UNIVERSIDAD PERUANA UNIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA Ingeniería Ambiental
Propuesta de biorremediación Proponer una biotecnología para la recuperación de suelos salinos, en la zona de cultivo de Avena en Villa Chullunquiani
Docente: Ing. Pari Mamani Verónika Haydee
Autores: Edson Ramos Ninaja Luzmila D. Huanaco Quincho Franklin Sacaca Masco Juan Ascencio Pacho
Ciclo: V
Grupo: “B”
Noviembre, del 2017 2017
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Proponer una biotecnología para la recuperación recuperación de suelos salinos, en la zona de cultivo de Avena en Villa Chullunquiani 1. Introducción El hecho de mantener la capacidad productiva del suelo requiere integrar muchas prácticas de nutrición vegetal y de mejoramiento del suelo que permitan un manejo adecuado de los nutrimentos para evitar su carencia o pérdidas por lixiviación, y de la materia orgánica para potenciar la biodiversidad edáfica y optimar las variables edáficas ligadas a su conservación (Torres H. & Acevedo H., 2008) La salinidad en los suelos es una característica de algunos suelos que tienen la producción agrícola limitada, ya esto es un síntoma de la infertilidad infertili dad e improductividad (Alvardo, 2006). Por sus propias características las sales se pueden encontrar tanto en la fase sólida como en la fase líquida, por esta razón tiene ti ene una extraordinaria movilidad en el suelo. Existen métodos físicos, químicos y biológicos para recuperar los suelos afectados por sales, entre los que destacan la adición de abonos orgánicos que mejoran la estructura y permeabilidad del suelo, el uso de enmiendas químicas basadas en el empleo de sales cálcicas de alta solubilidad que intercambian el sodio por calcio y la aplicación de ácidos o sustancias formadoras de éstos (Manzano Banda, Rivera Ortiz, Briones Encinia, & Zamora Tovar, 2014). En el presente trabajo, regimos nuestra investigación hacía, los métodos de biorremediación, entonces es necesario tener en cuenta que para lograr cubrir las necesidades nutricionales de los cultivos que se realizan en la zona determinada, se requieren altas cantidades de materia orgánica.
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Partimos del hecho de que la descomposición de la materia orgánica en el suelo constituye un proceso clave en el ciclo de los nutrientes (Araujo, 2011). Así mismo los microorganismos, como las bacterias, hongos y protozoos, son los responsables de la descomposición de la materia orgánica y de hacer disponible de los nutrientes para las plantas, los animales y los humanos. la disponibilidad de nutrientes determina que un suelo fértil sea el que conserve las propiedades físicas, químicas y biológicas deseables (Etchevers, 1999; García et al, 2012) específicamente las propiedades químicas, son las que dan la disponibilidad de los macronutrientes primarios nitrógeno, fósforo y potasio. 2. Planteamiento del Problema
2.1.
Descripción de la situación problemática
El área de estudio está ubicada detrás del campus de la universidad peruana Unión, área en el cual se realizan distintos tipos de cultivos, para este estudio delimitamos como nuestra área en observación, asi como se muestra en la siguiente figura:
Imagen 1: Delimitación Del Área En Observación. Fuente: elaboración propia.
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El modelo de agricultura que se practica en la finca Villa Chullunquiani de la Universidad Peruana Unión filial Juliaca, se caracteriza por la producción de cultivos que tienen un gran valor social y cultural, como la papa, haba, quinua, avena y alfalfa lamentablemente estos cultivos, no son sembrados en gran cantidad, desperdiciando así terrenos aptos para cultivo por la falta de información agrícola del uso de los mismos. La problemática existente en esta zona, es que el suelo, a medida del paso del tiempo ha ido disminuyendo en su eficiencia de cultivos de calidad, esto es verificable con un indicador que es el color de la tierra, eque en este caso es un café algo claro, partiendo de la base del color como un indicador de la contención de materia orgánica y también algunos nutrientes (Ovalles Viani, 2005), podría conjeturarse que tiene un baja cantidad de nutrientes, por lo tanto bajo nivel de fertilidad, pues mientras más oscuro sea un suelo, se puede afirmar su alto contenido de materia orgánica y su contenido de hierro (fe), magnesio (mg), e incluso algunos cationes. (Ovalles Viani, 2005). 3. Objetivo
3.1.
Objetivo general
Proponer una biotecnología para la recuperación de suelos salinos, en la zona de cultivo de Avena en Villa Chullunquiani.
3.2.
Objetivos específicos
Descripción y delimitación del área de estudio.
Descripción de la problemática existente, a través de una profunda revisión bibliográfica.
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Planteamiento y evaluación de una alternativa de biotecnología aplicable en la zona.
3.3.
Marco teórico
En este caso, los biofertilizantes que se proponen en esta alternativa de tratamiento y recuperación de suelos de la zona de cultivo de avena detrás del campus de la Universidad Peruana Unión son los siguientes: Multibiol
Mezcla de microorganismos beneficos, biofungicidas, bioinsecticidas y nutrientes generadores de sustancias bioactivas que estimulan la germinación y desarrollo de las plantas. Biosol New
Fertilizante orgánico de suelos procedente de extractos vegetales. Promueve los procesos energéticos de microorganismos presentes en el suelo, mejorando la síntesis de ácidos orgánicos Biocompost
Enmienda orgánica y acondicionador biológico de suelos que actúa aportando nutrientes directamente asimilables por la planta y mejorando las condiciones de suelo al aportar humus y materia orgánica que será mineralizada. Mi crorr izas
Órganos formados por la raíz de una planta y el micelio de un hongo. Su función es la absorción, por lo que se extiende por el suelo proporcionando agua y nutrientes y protegiendo las raíces de algunas enfermedades.
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4. Fundamento teórico
4.1.
Antecedentes de la investigación
En esta zona, anteriormente se realizaron estudios, con la finalidad de valorar la calidad de suelo, a partir de un análisis de suelos, con las características organolépticas y químicas del suelo, en ese estudio se obtuvieron los siguientes resultados: Resultados de Ph: Neutro Alcalino
Ácido
Fuerte
Moderado
Moderado
Muy fuerte
Fuerte
Muy fuerte 3
4
PH: 5.85
5
6
7
8
9
10
11
Muestra
El suelo es moderadamente ácido.
4.1.1.
Resultados de cloruros
Los análisis de cloruros se hicieron para determinar la salinidad de la tierra en la cual los resultados de la Muestra A nos dio la cifra de 1.4 la cual fue obtenida reemplazando la fórmula presentada en métodos la cual nos indica que en esa tierra pueden crecer plantas moderadamente sensibles a la salinidad. Reemplazando: −/1 . =
(3.5)(0.02)(1000) (50)
−/1. = 1.4
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Los resultados de la muestra B obtuvimos 1.52 cifra que nos indica que en esa tierra pueden crecer plantas moderadamente tolerantes, como indica en el siguiente cuadro. Reemplazando: −/1 . =
(3.8)(0.02)(1000) (50)
−/1. = 1.52
Tolerancia de cultivos a la
CE en la cual la perdida de la
salinidad
producción comienza
Sensible
< 1.3
Moderadamente sensible
1.3 – 3.0
Moderadamente tolerante
3.0 – 6.0
Tolerante
6,0 – 10
Inadecuado para el cultivo
>10.0
El resultado es de 1.52, el cual se encuentra en el rango considerado MODERADAMENTE SENSIBLE. (Moreno Cusi , Sacaca Masco , & Calcina Mamani, 2016)
4.2.
Evaluación de tecnología de recuperación de suelos degradados por salinidad, 2010. (investigación semejante)
Para este estudio se utilizó una parcela de 2 Ha degradados por problemas de salinidad con un cultivo de maíz ubicado en la hacienda Las Gramas departamento del Valle del Cuaca-Colombia a una altura de 965 msnm, con una temperatura promedio de 26°C, la duración del periodo experimental fue de 5 meses. Se inició con el reconocimiento y descripción de suelos que permitió conocer las condiciones iniciales del terreno. La descripción de suelos incluyo barrenadas en diferentes puntos de la parcela para escoger el perfil modal, donde se construyó una
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calicata para su caracterización en cada horizonte con el fin de realizar una evaluación de la anisotropía del suelo teniendo en cuenta los resultados de dichas pruebas. Además, se contó con un sistema de drenaje entubado distribuido en espina de pescado, abarcando toda el área de cada parcela experimental. Para realizar el trabajo se presenta una tecnología principal que viene a ser “La tecnología de bio- electromagnetismo” el cual se relaciona con las demás que se mencionan.
Tecnología de electromagnetismo.
Método convencional
Tecnología de biofertilizantes
Una vez acabada la prueba se vio que el método por bio-electromagnetismo fue el más eficiente que los otros dos, en cuanto a coloración, biomasa entre otras características organolépticas del mismo modo se apreció mayor numero y tamaño de las mazorcas en el tratamiento bio-electromagnético. 5. Metodología
5.1.
Metodología de la investigación
FASE I. Descripción y delimitación del área de estudio: En esta etapa, se realizó una observación, para elegir un lugar adecuado para investigación, en la cual, también delimitamos el área haciendo uso del software de google earth pro, también de acuerdo a los requerimientos de la exigencia del curso, la zona debiera presentar alguna degradación en su ecosistema.
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FASE II. Descripción de la problemática existente, a través de una profunda revisión bibliográfica: En esta etapa se realizó una recopilación de información, tanto de las investigaciones en el área de estudios como, en la búsqueda de alternativas que vayan de acuerdo a las necesidades y problemáticas identificadas, para esto se hiso uso de bases de datos informativos, como son: redalyc.org, scielo, google académico, ebsco host, páginas web de entidades como el ANA, entre otras.
FASE III: Planteamiento y evaluación de dos alternativas de biotecnologías aplicables en la zona: Para esta etapa de la investigación, se realizó, la conceptualización de las dos propuestas, así como el campo administración de la misma, es decir, la inclusión del cronograma de actividades y el presupuesto requerido, todo esto adecuando estas alternativas a nuestra situación.
FASE IV: Descripción de la microbiología aplicada, en las biotecnologías presentadas: En esta se describe, la relación de las propuestas con la actividad microbiana, así como la acción que tienen los microrganismos en el suelo, en los ciclos biogeoquímicos, y en la fijación de nutrientes.
5.2.
Metodología de la propuesta
5.2.1. 5.2.1.1.
Metodología de bio-electromagnetismo. F uncionamiento del circuito de bio-electromagnetismo.
Generalmente la acción nutricional de los biofertilizantes sobre la planta es muy lenta a comparación de los fertilizantes químicos. Por lo tanto, los agricultores tienden más a la aplicación de fertilizantes químicos aumentando la problemática de degradación de los
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suelos. La propuesta de uso de la estimulación magnética sobre suelos salinos busca acelerar la acción nutricional de los biofertilizantes sobre la planta, lo cual estimula la actividad de los microorganismos benéficos para que intervengan mineralizando más rápidamente los componentes orgánicos, facilitando la absorción de elementos hacia la planta (Zuñiga Escobar & Ramiro Cuero, 2011). En esta tecnología se aplica 10 litros de biofertilizantes el cual contiene los microorganismos benéficos en un tanque de almacenamiento añadiendo agua hasta completar una mezcla de 200 litros, luego son sometidos al campo electromagnético de 4,0 mT con frecuencia de 25 Hz durante 2 horas sus componentes son: Multibiol, Biosol New, Desalt, Biocompost y Micorrizas (Zuñiga Escobar, Osorio Saravia , Cuero Guependo , & Peña Ospina , 2011). 5.2.1.2.
Bio-electromagnetismo y micr obiología
El agua con tratamiento magnético permite contar con un líquido físicamente modificado menor tensión superficial y mayor conductividad eléctrica, solubilidad, coagulación, cristalización y, lo que se conoce como memoria magnética que la hace más ligera, pura y fluida en comparación con el agua en estado normal ( Benavides Bolaños, 2015). Estas modificaciones repercuten favorablemente sobre los seres vivos y hacen que se comporte biológicamente más eficiente, en las plantas, elevando el nivel de la fotosíntesis, el crecimiento de las semillas y la productividad de las plantaciones obteniendo resultados satisfactorios ( Benavides Bolaños, 2015). Al tratar electromagnéticamente los biofertilizantes, disminuye la tensión superficial del líquido en el suelo y aumentar la solubilidad de las sales, coadyuvando a la liberación
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de sales en el suelo por infiltración (sistema de drenaje) y así recuperando los suelos degradados por salinidad (Zuñiga Escobar & Ramiro Cuero, 2011)
5.2.2.
Cronograma
Actividades
Tareas
Adquisición de equipos para el
Compra de tubos de PVC ½ pulgada
circuito de electromagnetización
Mangueras Bomba de centrifuga. Compra de dispositivos magnetizadores. Compra de tanque de almacenamiento de 500 litros. Compra de accesorios (Válvulas, llaves, cintas, etc.).
Adquisición de biofertilizantes
Multibiol Biosol New Biocompost Desalt Micorrizas
Armado de circuito de
Adquisición de personal calificado para construir el
electromagnetización.
circuito.
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Instalación del circuito para su
Transporte del circuito al lugar aledaño de la zona de
funcionalización
cultivo.
Funcionamiento del circuito de
Vertimiento de los biofertlizantes 10 litros, en el
electromagnetización
tanque de agua. Llenado hasta 200 litros con agua de caño. Enciende la bomba de centrifuga, para que funcione el circuito. Homegenización del agua con los biofertilizantes en el circuito durante 2 horas.
Salida del agua estimulada electromagnética
Conectar mangueras a las válvulas de salida. Irrigar la zona de cultivo con el agua tratada electromagnéticamente.
5.2.3.
Presupuesto
Accesorio
Monto
Compra de tubos de PVC ½ pulgada
150.00
Mangueras
250.00
Bomba de centrifuga.
500.00
Compra de accesorios (Válvulas, llaves, cintas, etc.).
300.00
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Compra de dispositivos magnetizadores.
5000.00
Compra de tanque de almacenamiento de
1500.00
500 litros. Multibiol
250.00
Micorrizas
250.00
Biosol New
250.00
Desalt
250.00
Biocompost
250.00
Tecnico para armar el circuito
500.00
Personal de logística
500.00
Transporte de circuito
150.00
Agua potable
50.00
Electricidad
200.00
Total Gastado.
10,350.00
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5.2.4. 5.2.4.1.
Análisis de viabilidad Presupuesto propio de los pobladores.
Este proyecto no requiere ningún fondo; si existen interesados se pueden aceptar el apoyo. 5.2.4.2.
Recursos del F ONA M
El FONAM, es un instrumento financiero de apoyo a la ejecución de la política y de manejo de los recursos naturales renovables. También se encarga de estimular la descentralización, y la participación del sector privado para el fortalecimiento de la gestión de los entes territoriales. Este organismo financia la ejecución de actividades, estudios, investigaciones, planes, programas y proyectos, de utilidad pública e interés social. Estas jornadas están encaminadas al fortalecimiento de la gestión ambiental, a la preservación, conservación protección, mejoramiento y recuperación del medio ambiente; y al manejo adecuado de los recursos naturales renovables, y de desarrollo sostenible. 6. Microorganismos involucrados. Azotobacter chroccocum
Comúnmente encontrada en suelos, es una bacteria Gram negativa tienen una pared celular compleja que consiste de una membrana externa y una capa interna de peptidoglicano que contiene ácido murámico y mureína. Se mueve por flagelos perítricos, es aerobia, pero puede crecer en concentraciones de oxígeno bajas, El rango de pH en el que crece en presencia de nitrógeno combinado es 4.8-8.5 el pH óptimo para crecer cuando fija nitrógeno es 7.0-7.5 (Instituto de Biotecnología, Universidad Nacional Autonoma de México, 2014).
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Por ser un microorganismo diazótrofo (es capaz de convertir el dinitrógeno atmosférico, N2, a amonio, NH4 mediante la acción de la enzima nitrogenasa), se utiliza como Biofertilizante los productos Dimazos (combinado con Azospirillum sp) y Dimargón. También sintetiza sustancias estimuladoras del crecimiento vegetal, tales como, vitaminas y hormonas vegetales que intervienen directamente con el desarrollo de la planta (Instituto de Biotecnología, Universidad Nacional Autonoma de México, 2014). Azotobacter Vinelandii
La familia Azotobacteriaceae comprende a las bacterias del género Azotobacter, las cuales son Eubacterias Gram-negativas que tienen una pared celular compleja que consiste de una membrana externa y una capa interna de peptidoglicano que contiene ácido murámico y mureína. Se reproducen por fisión binaria, viven en suelos y en aguas frescas, son células ovoi des y grandes de 1.5 a 2.0 μm de diámetro, Se mueven por flagelos perítricos, son aerobios, pero pueden crecer en concentraciones de oxígeno bajas (Biocultivos S.A., 2013). Son quimioorganotróficas, utilizan azúcares, alcoholes y sales inorgánicas para crecer. Son fijadores de nitrógeno; El rango de pH en el que crecen en presencia de nitrógeno combinado es 4.8-8.5 el pH óptimo para crecer cuando fijan nitrógeno es 7.0-7.5. Fija nitrógeno en presencia de oxígeno por tres sistemas diferentes de nitrogenasa, posee mecanismos de protección de la nitrogenasa, Posee una alta capacidad respiratoria que en condiciones diazotróficas o de fijación de nitrógeno es hasta 10 veces más alta que la de Escherichia coli (Biocultivos S.A., 2013). Pseudomonas fluorescens
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Vive vinculada a plantas, generalmente muy cerca de sus raíces, en una zona del suelo llamada rizósfera, Pseudomonas fluorescens tiene forma de bastón y presenta flagelos que le permiten moverse por el suelo (Biblioteca de ceibaj, 2015). El modo más conocido en que ayudan a estimular el crecimiento de la planta es produciendo antibióticos. Estos evitan que la planta se enferme por la presencia de otras bacterias u hongos patógenos. Cuando están presentes, las bacterias Pseudomonas fluorescens compiten con estos patógenos e impiden su crecimiento (Biblioteca de ceibaj, 2015). También tienen la capacidad de acelerar la germinación y el crecimiento de las plantas a través de hormonas. Algunas de estas bacterias pueden eliminar sustancias contaminantes para el suelo y el agua (Biblioteca de ceibaj, 2015). 7. Análisis FODA en la propuesta de manejo La matriz de Fortalezas, Oportunidades Debilidades y Amenazas [FODA] es una herramienta de análisis que puede ser aplicada a cualquier situación, individuo, producto, empresa, etc; que esté actuando como objeto de estudio en un momento determinado del tiempo. Es como si se tomara una “radiografía” de una situación puntual de lo particular que se esté estudiando. Las variables analizadas y lo que ellas representan en la matriz son particulares de ese momento. Luego de analizarlas, se deberán tomar decisiones estratégicas para mejorar la situación actual en el futuro (Terrel, 2009). En base a la definición que realiza Ballesteros (2010) (ver anexo 1), se realiza el análisis FODA en la propuesta de biorremediación:
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7.1.1. 7.1.1.1.
Fortalezas Valor paisajístico y ambiental del agroecosistema
Se considera una fortaleza al valor paisajístico que pueda llegar a tener las posibles ramificaciones al poner en marcha el proyecto, por distintos aspectos como lo son el turismo o como un centro de recreación no serían descartados. 7.1.1.2.
I nterés común de las autoridades de la localidad
El interés de las autoridades por plantear una solución pronta no es de despreciar puesto que si se le presenta una solución viable y con beneficios para la comunidad no tendrían puntos de objeción en este tema.
7.1.2. 7.1.2.1.
Oportunidades Punto de atracción
Que dicho ecosistema se convierta en un punto de atracción es directamente proporcional a que la economía se eleve con respecto al número de visitantes que se podrían tener en dicho agroecosistema. 7.1.2.2.
Generación de empleos
El empleo al momento de implementar el proyecto se vería favorecido, pero al momento de culminarlo se reduciría, pero no dejaría de ofrecer empleo a personas que tengan los conocimientos necesarios para el mantenimiento de este agroecosistema.
7.1.3. 7.1.3.1.
Debilidades Zonas no acondicionadas
En muchos casos, el acceso a las áreas donde se localiza el agroecosistema no es bueno. Además, también hace falta alguna infraestructura básica (miradores, senderos, paneles informativos y explicativos, etc.) y recursos que permitan desarrollar diversas actividades en la zona.
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7.1.3.2.
F alta de iniciativas para poner en marcha turismo local
Puede que en el caso de promocionar este nuevo lugar se presenten problemas como la descripción de las actividades que se podrían realizar como también lo que se puede hacer en el agroecosistema ya que estará limitado a algunas reglas para que este lugar se conserve en el tiempo; como el consumo de alimentos en el agroecosistema o extraer algunos implementos del mismo.
7.1.4. 7.1.4.1.
Amenazas F alta de conciencia de los pobladores
Para que este proyecto logre sostenerse en el tiempo se tiene que tener la seguridad que la población esté muy ligada con él, para que la población dependa de si mismo y lo proteja con esmero, lo cual puede que no llegue a ocurrir, aspecto que causa una amenaza a la propuesta que se presenta en el presente trabajo. 7.1.4.2.
Alteración d e la flora y fauna
Al momento de ejecutar el proyecto puede ocurrir que algunas plantas como también algunas especies endémicas que existen en este lugar decidan alejarse y emigrar, puesto que no están acostumbrados o no se adaptan al manejo del agroecosistema que se va a formar. Por otro lado, teniendo en cuenta que “e l objetivo principal del análisis FODA consiste
en obtener conclusiones sobre la forma en que el objeto estudiado será capaz de afrontar los cambios y las turbulencias en el contexto, (oportunidades y amenazas) a partir de sus fortalezas y debilidades internas ” (Ponce, 2007), se presenta la siguiente matriz FODA que se aprecia en la tabla 2, basada en el análisis FODA que se realizó.
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Tabla 1 Matriz FODA del análisis FODA realizado.
F. fortalezas: - Valor paisajístico y ambiental del agroecosistema. - Atracción local para personas interesadas del tema eco-amigable. - Interés común de las autoridades de la localidad. D. debilidades: - Zonas no acondicionadas. - Falta de iniciativas para poner en marcha turismo local. - Corrupción.
O. oportunidades: - Mejorar la economía local. - Punto de atracción. - Generación de empleos.
A. amenazas: - Falta de conciencia de los pobladores. - No mejore la calidad del ecosistema. - Alteración de la flora y fauna.
8. Conclusión La principal actividad humana que atenta con mayor influenza en el agroecosistema de cultivo de Avena en Villa Chullunquiani viene siendo el cultivo con fertilizantes químicos, lo cual hace que este agroecosistema involucrado sea degradado por los compuestos químicos. Ante esta problemática se estimó mediante antecedentes que hubo degradación del suelo por medio de sales, es decir, se presenta un suelo ciertamente salino debido a la existencia de cloruros, es más el suelo presentó un pH de 5.85 lo cual nos indica que es ácido. Con base en los presentes antecedentes, se presenta el método de bioelectromagnetismo, una tecnología para la recuperación de suelos salinos. Debido al estudio de viabilidad realizado a la propuesta de biorremediación para el agroecosistema afectado por factores críticos se concluye que la propuesta de Bioelectromagnetismo es viable, debido a que el presupuesto de inversión que requiere es posible ser solventado por el FONAM, además, haciendo aplicación de esta propuesta, las ventajas de manejo del agroecosistema de cultivo de Avena en Villa Chullunquiani es
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principalmente por biorremediación, lo cual nos garantiza una mínima alteración al lugar de estudio
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9. Flujo Grama de estimulación bio-electromagnetica (Metodología). Adquisión de circuito de estimulación bioelectromagnetica. Biofertilizantes 10 litros.
Circuito de estimulación electromagnética
Agua potable 190 litros.
Agua estimulada electromagnéticamente junto con los biofertilizantes.
Microorganismo actúan con una mayor eficacia frente a sus funciones.
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1. Anexos 1.1. Anexo
Imagen 1. Circuito de estimulación electromagnética.
1.2. Anexo
Imagen 2. Dispositivos magnetizadores.