Maestría en Ciencias Forestales

Vinagre de madera procedente de la pirólisis lenta de residuos de madera de Gmelina arborea: producción, composición química y efectos biológicos en cultivos

2025-11-14T21:20:19Z

Vinagre de madera procedente de la pirólisis lenta de residuos de madera de Gmelina arborea: producción, composición química y efectos biológicos en cultivos Granados-Chacón, Jair La pirólisis lenta es una solución innovadora para la gestión de residuos forestales, ya que permite obtener productos energéticos como el biocarbón, gases de síntesis, alquitrán y vinagre de madera. El vinagre de madera (VM) presenta altos rendimientos y ofrece potenciales aplicaciones para la agricultura y el sector forestal. En Costa Rica hay una alta generación de residuos de madera de Gmelina arborea Roxb. ex Sm; sin embargo, existe poca información sobre los rendimientos de los productos de la pirólisis lenta de residuos forestales y sus potenciales usos en el país. Por lo tanto, los objetivos de este trabajo fueron: (i) determinar el proceso y los rendimientos de los diferentes productos (carbón vegetal, VM, bio-aceite, y gases no condensables) de la pirólisis lenta de dos formas de residuos (astillas de madera y madera maciza) de G. arborea en un prototipo de reactor semiindustrial; (ii) determinar las propiedades físicas y la composición química del VM de residuos de G. arborea; (iii) determinar los efectos del VM sobre el crecimiento, la biomasa, la clorofila, los nutrientes y el color de las plantas de lechuga (Lactuca sativa L); y (iv) evaluar la eficacia, en tres dosis diferentes del VM para controlar arvenses en una plantación de árboles de Navidad de Cupressus lusitanica Mill., evaluando el daño visual y la reducción de biomasa. Los resultados no mostraron diferencias significativas en los rendimientos de carbón vegetal (26-28%), VM (28-30%) y gases no condensables (37%), pero el rendimiento de bio-aceite fue superior en el caso de los residuos de madera maciza (7.7%). Los fenoles (32,9%) fueron identificados como la clase química dominante en el VM. El fenol 2,6-dimetoxifenol (siringol, 14,8%) fue el principal componente. Las plantas de lechuga tratadas con VM al 0,25% mostraron un aumento del contenido de clorofila; sin embargo, no se observó ninguna mejora en el crecimiento ni en la producción de biomasa. En cambio, el VM al 0,50 % produjo efectos perjudiciales en el diámetro de la lechuga, el contenido de clorofila, la producción de biomasa y causó daños visuales. Las aplicaciones de VM diluido al 75% mostraron una rápida desecación de gramíneas y arvenses de hoja ancha, proporcionando un 85-88% de lesión visual y una significativa reducción de biomasa aérea (< 40%) tras el tratamiento con 3000 y 5000 L ha-1 . En general los resultados sugieren que: (i) los residuos de madera maciza son recomendables para completar el proceso en un menor tiempo y consumiendo menor energía, pero las astillas producen carbón con mejores propiedades energéticas; (ii) el uso del VM como fertilizante foliar puede ser perjudicial y no aumenta los rendimientos de las plantas de lechuga; (iii) el VM es una potencial alternativa natural para el control de arvenses, pero se necesita mayor investigación sobre la frecuencia y momento de aplicación para mejorar su eficacia.; Slow pyrolysis is an innovative solution for the management of forest residues, as it allows obtaining energy products such as biochar, syngas, tar and wood vinegar. Wood vinegar (WV) presents high yields and offers potential applications for agriculture and forestry. In Costa Rica there is a high generation of wood residues from Gmelina arborea Roxb. ex Sm; however, there is little information on the product yields of slow pyrolysis of forest residues and their potential uses in the country. Therefore, the objectives of this work were to: (i) determine the process and yields of the different products (charcoal, WV, bio-oil, and non-condensable gases) from the slow pyrolysis of two forms of residues (wood chips and solid wood) of G. arborea in a prototype semi-industrial reactor; (ii) determine the physical properties and chemical composition of the WV from G. arborea wood residues; (iii) determine the effects of WV on growth, biomass, chlorophyll, nutrients and color of lettuce (Lactuca sativa L) plants; and (iv) evaluate the efficacy of three different doses of WV to control weeds in a Christmas tree plantation of Cupressus lusitanica Mill. by assessing visual damage and biomass reduction. Results showed no significant differences in charcoal (26-28%), WV (28-30%) and non condensable gas (37%) yields, but bio-oil yield was higher for solid wood residues (7.7%). Phenols (32.9%) were identified as the dominant chemical class in the WV. Phenol 2,6- dimethoxyphenol (syringol, 14.8%) was the major component. Lettuce plants treated with 0.25% WV showed an increase in chlorophyll content; however, no improvement in growth or biomass production was observed. In contrast, 0.50% WV produced detrimental effects on lettuce diameter, chlorophyll content, biomass production and caused visual damage. Applications of 75% diluted WV showed rapid desiccation of grasses and broadleaf weeds, providing 85-88% visual injury and significant aerial biomass reduction (< 40%) after treatment with 3000 and 5000 L ha-1 . Overall the results suggest that: (i) solid wood residues are recommended to complete the process in less time and consuming less energy, but wood chips produce charcoal with better energy properties; (ii) the use of WV as a foliar fertilizer can be detrimental and does not increase lettuce plant yields; (iii) WV is a potential natural alternative for weed control, but more research is needed on the frequency and timing of application to improve its efficacy. Proyecto de Graduación (Maestría en Ciencias Forestales) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Escuela de Ingeniería Forestal, 2024.; Esta tesis cumple con el objetivo ODS 7: garantizar el acceso a una energía asequible, fiable, sostenible y moderna para todas las personas. Meta 2: aumentar considerablemente la proporción de energía renovable en el conjunto de fuentes energéticas.

Modelo de costos y análisis financiero para cultivo de teca (Tectona grandis Linn f.) en sistema silvopastoril, Costa Rica

2025-11-14T20:22:00Z

Modelo de costos y análisis financiero para cultivo de teca (Tectona grandis Linn f.) en sistema silvopastoril, Costa Rica Jiménez-Jiménez, Joshua Jesús El sector ganadero a nivel mundial representa una de las actividades con mayor impacto en la sostenibilidad del sector alimenticio, dada su importancia se han creado diferentes iniciativas que impulsan las prácticas de una ganadería sostenible. En América Latina la ganadería es la actividad de mayor uso de la tierra, con más de un 33% en Costa Rica, en regiones con los indicadores más bajos de desarrollo humano y con serias limitaciones para su sostenibilidad. Los sistemas silvopastoriles (SSP) ofrecen la oportunidad de integrar la actividad ganadera con la actividad forestal, con el fin de contribuir a lograr la carbono neutralidad de la ganadería y a generar nuevos ingresos en las fincas. Esta investigación tuvo como objetivo desarrollar un modelo de costos por árbol, para dos diseños de cultivo de madera de teca en franjas de SSP. Los tres primeros años representan el periodo de mayor inversión (56%), donde las actividades de mantenimiento acumulan la mayor cantidad de costo totales (52%). La inclusión de cerca eléctrica es rentable y representa el rubro de menor costo (7%). La producción de teca durante el ciclo completo de 16 años tiene un costo asociado por árbol de ₡3 178 ($5,16) para el diseño 1 y ₡2 990 ($4,82) para diseño 2.; The livestock sector worldwide represents one of the activities with the greatest impact on the sustainability of the food sector; given its importance, different initiatives have been created to promote sustainable livestock practices. In Latin America, livestock farming is the activity with the highest land use, with more than 33% in Costa Rica, in regions with the lowest human development indicators and with serious limitations for its sustainability. Silvopastoral systems (SSP) offer the opportunity to integrate livestock and forestry activities in order to contribute to achieving carbon neutrality in livestock farming and to generate new income on farms. The objective of this research was to develop a cost-per-tree model for two designs of teak wood cultivation in SSP strips. The first three years represent the period of greatest investment (56%), where maintenance activities accumulate the greatest amount of total costs (52%). The inclusion of electric fencing is profitable and represents the lowest cost item (7%). Teak production over the full 16-year cycle has an associated cost per tree of ₡3 178 ($5.13) for design 1 and ₡2 990 ($4.82) for design 2. Proyecto de Graduación (Maestría en Ciencias Forestales) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Escuela de Ingeniería Forestal, 2022.; Esta tesis cumple con el objetivo ODS 15: proteger, restablecer y promover el uso sostenible de los ecosistemas terrestres, gestionar sosteniblemente los bosques, luchar contra la desertificación, detener e invertir la degradación de las tierras y detener la pérdida de la biodiversidad. Meta b: movilizar un volumen apreciable de recursos procedentes de todas las fuentes y a todos los niveles para financiar la gestión forestal sostenible y proporcionar incentivos adecuados a los países en desarrollo para que promuevan dicha gestión, en particular con miras a la conservación y la reforestación.

Utilización de vehículos aéreos no tripulados (VANT´s) en la evaluación del estado de desarrollo de plantaciones forestales de Gmelina arborea, Tectona grandis y mixtas

2025-11-14T17:43:43Z

Utilización de vehículos aéreos no tripulados (VANT´s) en la evaluación del estado de desarrollo de plantaciones forestales de Gmelina arborea, Tectona grandis y mixtas Hernández-Cole, Javier Los vehículos aéreos no tripulados (VANT´s) tienen un gran potencial para el monitoreo de plantaciones forestales en Costa Rica, pero su uso requiere una adecuada planificación. Se realizaron pruebas para determinar el mejor software; opciones de procesamiento y parámetros de vuelo para obtener los datos requeridos en el manejo de plantaciones forestales. Para complementar estos resultados también se prepararon modelos alométricos para estimar el diámetro a 1,3 m de altura (d) en función del diámetro de la copa (dc). Se obtuvo que el procesamiento de las imágenes con el software Pix4D mapper® demanda menos tiempo de procesamiento que el requerido con el software WebODM®, especialmente cuando el ordenador utilizado tiene al menos 15 GB de memoria RAM, y cuando se tiene menor número de imágenes a procesar por unidad de área, esto es, cuando la distancia del muestreo del suelo (GSD) de las imágenes es baja (menos de 3,27 cm/píxel), y los vuelos se hacen con un diseño de trazado 2D. Por otro lado, los ortomosaicos tienen menos áreas con vacíos de información cuando las imágenes se procesan con WebODM, particularmente si las imágenes procesadas tienen una resolución espacial baja (3,27 y 3,32 cm/píxel), un trazado 2D o 3D y tienen una combinación de traslape de al menos 70 y 80% (lateral y frontal). El mayor número de fallos de procesamiento se produjo cuando el software utilizado es WebODM, y cuando aumenta el número de imágenes a procesar, esto cuando las imágenes tienen una resolución espacial alta (2,22 y 2,49 cm/píxel), los vuelos se hacen con diseño de trazado 3D y una combinación de traslapes de 80x80%. Los modelos desarrollados para estimar el "d" a partir del diámetro de copa (dc) para árboles de Tectona grandis, Gmelina arborea, Schizolobium parahyba, entre otros, alcanzaron un R2 superior a 0,40 y superaron con éxito las pruebas de validación realizadas. Este trabajo permitió el desarrollo de un protocolo estandarizado para la recolección y procesamiento de datos desde vehículos aéreos no tripulados (VANTs) para el monitoreo de plantaciones forestales en Costa Rica.; Unmanned aerial vehicles (UAVs) have great potential for monitoring forest plantations in Costa Rica, but its use requires adequate planning. Tests to determine the best software; processing options and flight parameters were made to obtain the data required in forest plantation management. To complement these findings allometric models to estimate diameter at breast height (d) as a function of crown diameter (dc) were also prepared. It was obtained that processing the images with the Pix4D mapper® software requires less processing time than the required with the software WebODM®, especially when the computer used has at least 15 GB of RAM memory, and the number of images to process per hectare decreases, such as when the ground surface distance (GSD) of the images is low (less than 3.27 cm/pixel), and the flight of the drone is a single grid (2D). On the other hand, ortho-rectified mosaics have less information gaps when the images are processed with WebODM particularly if the images processed have low spatial resolution (3.27 and 3.32 cm/pixel), and have an overlap combination of at least 70x80% (side and frontal). The highest number of processing failures occurred when the software used is WebODM, and number of images to process increases, that is, when images have high spatial resolution (2.22 and 2.49 cm/pixel), and drone flight is double grid (3D) with a combination of overlaps of 80x80%. The models developed to estimate “d” using crown diameter (dc) for trees of Tectona grandis, Gmelina arborea, Schizolobium parahyba, among others, achieved an R2 greater than 0.40 and successfully passed the validation tests performed. This work allowed the development of a standardized protocol to collect and process data from unmanned aerial vehicles (UAVs) for monitoring forest plantations in Costa Rica. Proyecto de Graduación (Maestría en Ciencias Forestales) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Escuela de Ingeniería Forestal, 2022.; Esta tesis cumple con el objetivo ODS 15: proteger, restablecer y promover el uso sostenible de los ecosistemas terrestres, gestionar sosteniblemente los bosques, luchar contra la desertificación, detener e invertir la degradación de las tierras y detener la pérdida de la biodiversidad. Meta b: movilizar un volumen apreciable de recursos procedentes de todas las fuentes y a todos los niveles para financiar la gestión forestal sostenible y proporcionar incentivos adecuados a los países en desarrollo para que promuevan dicha gestión, en particular con miras a la conservación y la reforestación.

Productividad de minijardines clonales de Tectona grandis (Linn. F.) en ambiente protegido

2025-11-14T16:42:25Z

Productividad de minijardines clonales de Tectona grandis (Linn. F.) en ambiente protegido Rodríguez-Solís, Jairan Arantxa El aumento sostenido en el área cultivada en Costa Rica, con la especie Tectona grandis (teca), se justifica por el alto precio de su madera en los mercados internacionales. Por lo que la demanda del material genético mejorado ha incrementado y la producción de plantas en ambientes protegidos ha sido una solución por las múltiples ventajas y los avances en material genético seleccionado. El presente estudio busca contribuir con el aumento de la productividad en minijardines clonales de teca en ambiente protegido. Esta investigación se realizó en los invernaderos del proyecto GENFORES en el Campus Tecnológico San Carlos (TEC), en donde se establecieron tres ensayos, con el fin de evaluar el efecto de dos sustratos y cinco arreglos espaciales de siembra, así como, el efecto de diferentes frecuencias de cosechas en cinco arreglos de siembra y por último se evaluó el efecto de fitorreguladores de crecimiento en diferentes dosis de aplicación. Para determinar el efecto del sustrato se utilizaron el polvo de piedra, carbón y la arena fina y gruesa que son cuatro sustratos inertes de fácil adquisición; se caracterizaron mediante un análisis de su granulometría y retención de humedad, de los cuáles se seleccionó el polvo de piedra como el mejor. Mediante un ensayo experimental con diseño factorial (2x5) se evaluó dos sustratos (polvo de piedra puro y mezclado con 25 % de carbón), cinco arreglos espaciales de siembra (10x10 cm, 10x5 cm, 7x5 cm, 10x10 cm con planta en el medio y 10x10 cm con dos plantas por hoyo) y cuatro clones como repeticiones. El ensayo se evaluó durante cinco ciclos continuos de producción para aumentar su robustez estadística y la representatividad de los resultados. El uso del polvo de piedra sin adición del carbón registró la mayor productividad a un menor costo. El arreglo espacial de siembra de 10x10 cm con una planta en el centro (n=145 plantas m-2 ) obtuvo el punto mayor producción de brotes por planta madre (1,16) y el arreglo 7x5 cm presentó la mayor la productividad por área, con 206 brotes m-2 por mes. El cambio de densidad de siembra del minijardín clonal, en una primera etapa a 10x10cm con una planta adicional en el centro, resultó en un alto impacto en productividad (74%), mayor eficiencia en el uso del espacio y, una mejor gradualidad del cambio en el sistema operativo. Para determinar el efecto de la frecuencia de cosechas y arreglos espaciales, se evaluó durante 9 ciclos continuos productivos, tres frecuencias de cosecha (10, 12 y 14 días) y cinco arreglos espaciales (10x10 cm, 10x5 cm, 7x5 cm, 10x10 cm con planta en el medio y 10x10 cm con dos plantas por hoyo) de siembra en los minijardines. Se estableció un diseño factorial (3x5) para evaluar frecuencia de cosecha (factor A) y cinco arreglos espaciales de siembra (factor B) con 4 repeticiones (genotipos). El análisis de varianza y prueba de Tukey (α=0,05), mostraron valores significativamente diferentes para los arreglos 10x10 cm*1/2, 10x5 cm y 7x5 cm con 0,90, 0,88 y 0,86 brotes planta madre-1 respectivamente, con relación al arreglo 10x10 cm*2, que presentó un promedio por cosecha de brotes planta madre -1 bajo (0,77). El arreglo 7x5cm registró un promedio de 247 brotes m-2 por cosecha como la mayor producción. Se utilizó un modelo lineal para explicar la influencia de arreglos espaciales de siembra, densidad, frecuencia, humedad relativa (%), temperatura y radiación sobre la tasa de brotadura, que mostró correlaciones positivas con todas las variables excepto con la densidad de siembra. Dentro del modelo, la frecuencia y radiación presentaron una relación positiva con la productividad, mientras que la temperatura fue negativa. Se concluye que una frecuencia cada 14 días y arreglos de siembra de 10x10 cm*1/2 y 10x5 cm, promueven una mayor productividad de brotes por planta madre del minijardín clonal. Finalmente, se evaluó el efecto de dos reguladores de crecimiento (ácido giberílico (GA3) y 6-bencilaminopurina (BAP)). El estudio se llevó a cabo mediante un ensayo con diseño factorial (2x4), como factor (A) se utilizó al GA3 y la BAP, mientras que como factor (B) las dosis 0, 5, 10 y 20 mgl-1 . El análisis de varianza y pruebas de comparación mostraron que el uso del GA3 aumentó significativamente la producción y longitud de brotes. Por su parte, el BAP no presentó efectos significativos en la producción. La aplicación de 10 y 20 mgl-1 de GA3 aumentó la producción de brotes por planta madre de 1,02 como base a 1,47 y 1,50 aumentando la producción en un 44 y 47% respectivamente, en cosecha quincenal ordinaria, y de 169 hasta 172 brotes por metro cuadrado correspondiente a un 38 y 33 %. Al aplicar 5 mgl-1 hasta 20 mgl-1 de GA3 se obtuvo brotes desde 4,19 a 4,44 cm de longitud. En la tasa de enraizamiento, las diferencias se presentaron en el GA3 que demostró ser superior al BAP en un 49% para el enraizamiento diario medio, con una velocidad de 1,30 brotes por día. En conclusión, aplicar 10 mg l -1 de GA3 es suficiente para aumentar el rendimiento en la productividad de minijardines clonales de teca. Proyecto de Graduación (Maestría en Ciencias Forestales) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Escuela de Ingeniería Forestal, 2022.; Esta tesis cumple con el objetivo ODS 8: promover el crecimiento económico sostenido, inclusivo y sostenible, el empleo pleno y productivo y el trabajo decente para todas las personas. Meta 4: mejorar progresivamente la producción y el consumo eficientes de los recursos mundiales y procurar desvincular el crecimiento económico de la degradación del medio ambiente, conforme al Marco Decenal de Programas sobre modalidades de Consumo y Producción Sostenibles, empezando por los países desarrollados.