Departamento de Física

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Efecto de campos electromagnéticos inducidos a baja intensidad sobre procesos morfo-fisiológicos y de productividad de Zea mays L. var Porva, como alternativa tecnológica sostenible para la producción agrícola
(Tecnológico de Costa Rica, 2023) Suárez Rivero, Deivis; Guzmán Hernández, Tomas J.; Héctor Ardisana, Eduardo F.; Galvis Vanegas, Jesús A.
Al analizar la problemática del sector primario agrícola, se puede observar que la calidad de las semillas botánicas como material de propagación se convierte en una limitante productiva. Uno de los principales problemas que se registra en la literatura especializada en materia de propagación por semilla botánica es la dormancia seminal, lo que impacta al agricultor en el momento de siembra, puesto que tendrá que utilizar más semillas para la misma superficie o tendrá menor número de plantas por unidad de superficie. En el anterior contexto, este proyecto buscó evaluar el efecto que generan los campos electromagnéticos inducidos sobre las variables de crecimiento, desarrollo y productividad de plantas de Zea mays L. var Porva como alternativa tecnológica sostenible para la producción agrícola de este cultivo. Para ello, las semillas se sometieron, previo a la siembra, a tres intensidades de campo electromagnético (23, 70 y 118 µT) con cuatro tiempos de exposición (1, 3 y 5 horas diarias por 15 días y exposición permanente durante los 15 días), dejando un grupo control sin exposición a campos electromagnéticos. Se analizaron variables relacionadas con el proceso de germinación, entre ellas el porcentaje de germinación, la germinación diaria y acumulada, altura (cm), longitud de la raíz (cm), masa fresca aérea y de la raíz (g), así como masa seca aérea y de las raíces (g). Las variables anteriormente mencionadas se determinaron en dos momentos, exceptúan las relacionadas a la germinación, para determinar indicadores fisiológicos que describen el desarrollo del cultivo (Tasa de Crecimiento Relativo – TCR, Tasa de Asimilación Neta – TAN, Índice de Área Foliar – IAF, Tasa de Crecimiento de Cultivo – TCC, Tasa Absoluta de Crecimiento – TAC, Duración de Área Foliar – DAF y Área Foliar Especifica - AFE). Por otra parte, con la finalidad de caracterizar la producción, se evaluaron las características morfológicas de la mazorca y frutos (peso de la mazorca con amero, peso de tusa, peso de frutos y número de hileras), así mismo se extrajo el almidón del maíz para su caracterización por Microscopia Electrónica de Barrido, análisis cristalográfico por difracción de Rayos X, espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y Viscosidad Aparente. Se realizó la prueba de normalidad de Shapiro-Wilk y de Levene, esta última para establecer la homogeneidad de la varianza y así proceder al ANOVA. Finalmente se realizaron pruebas de rangos múltiples para establecer el comportamiento de las variables en comparación con el control. En todos los casos se empleó el software SPSS. En el anterior contexto experimental se evidencia que el proceso de germinación se vio estimulado por la aplicación de los campos electromagnéticos a intensidad media (70 µT), pero a sus más altos tiempos de exposición (300ˈ y Permanente durante 15 días), presentándose una conducta similar para germinación diaria, dinámica de germinación, longitud de la raíz y altura de la planta, similar a lo ocurrido la síntesis de pigmentos, biomasa fresca y seca, con exposición a 70 µT por 180ˈ, con su consiguiente reflejo en los indicadores fisiológicos evaluados, difiriendo siempre del control. Por otra parte, en materia de rendimiento del cultivo, los análisis estadísticos reflejan un mejor comportamiento de todas las variables analizadas para la exposición a 118 µT por 300ˈ y Permanente durante 15 días, difiriendo significativamente en la mayoría de las variables que componen este. Así mismo, en materia de variables de calidad del almidón extraído del maíz, es de resaltar que esta no se vio afectada al ser comparada con el control para ninguno de las pruebas efectuadas.
Generación de un modelo de monitoreo de la contaminación atmosférica por metales pesados en zonas de flujo vehicular, basado en las propiedades magnéticas de biomonitores y polvo urbano
(Tecnológico de Costa Rica, 2023) Salazar Rojas, Teresa; Calvo Brenes, Guillermo; Cejudo Ruiz, Fredy Rubén; Gutiérrez Soto, Marco Vinicio
La contaminación atmosférica urbana es uno de los problemas medioambientales más serios a los que se enfrenta la humanidad ante el rápido crecimiento económico y demográfico. Los efectos en la salud asociados a la contaminación atmosférica están relacionados con problemas respiratorios, principalmente correlacionados con la exposición temporal a material particulado (PM, siglas en inglés), especialmente las más finas (PM con diámetro ≤ 2.5 µm), que provocan lesiones cardiopulmonares y difusión sistémica. Entre los diferentes componentes del PM se encuentran los metales pesados (MPs), los cuales son especialmente peligrosos para los seres vivos ya que se bioacumulan, causando importantes efectos negativos sobre el bienestar humano y el medio ambiente. Esta tesis tuvo como objetivo establecer un modelo para predecir las concentraciones de MPs en hojas y polvo de carretera, a través de las mediciones de sus propiedades magnéticas. Para ello, se usó algoritmos de aprendizaje automático, la regresión lineal automática (MLR, siglas en inglés) y de soporte de vectorial automático (SVM, siglas en inglés) para establecer modelos de predicción de MPs basados en las propiedades magnéticas del PM depositado en hojas y polvo de la carretera. Se hizo un muestreo de polvo de carreteras y hojas de dos especies comunes de tipo perenne (Cupressus lusitánica y Casuarina equisetifolia) durante dos años en la Gran Área Metropolitana (GAM) de Costa Rica. Los resultados mostraron tanto en la etapa de entrenamiento como en la de prueba, que las concentraciones de Fe, Cu, Cr, V y Zn fueron bien estimadas por los modelos de predicción SVM, con valores R2 ajustados > 0.7 y las concentraciones de Pb y Ni fueron estimados con menor precisión, con valores R2 ajustados < 0.7. El modelo de SVM que estimó mejor la concentración de MPs a partir de propiedades magnéticas fue el que se obtuvo de las hojas de C. equisetifolia, en comparación con C. lusitanica y el polvo de la carretera, mostrando valores R2 ajustados más altos y error medio absoluto (MAE) y el error medio cuadrático (RMSE), más bajos. Es posible establecer un modelo de SVM en la GAM de Costa Rica para determinar indirectamente la concentración de elementos en material particulado depositado en hojas mediante el uso de propiedades magnéticas, permitiendo disminuir los costos, tiempos y generación de desechos para el monitoreo de MPs en las áreas urbanas.
Plan de educación ambiental que apoye la gestión sostenible de los principales servicios ecosistémicos de provisionamiento y culturales en el manglar de Chacarita, Puntarenas
(Tecnológico de Costa Rica, 2023) Carvajal Oses, María del Milagro; Herrera Ulloa, Ángel; Moreira Segura, Christian; Pérez Molina, Junior
Introducción. A nivel mundial los bosques de manglar han sido afectados negativamente por agentes antropogénicos, y Costa Rica no es la excepción. Ante este panorama, se hace necesario el desarrollo de procesos educativos que faciliten el empoderamiento de las comunidades a sus recursos naturales aledaños. Objetivo. El principal objetivo de la presente investigación fue construir un Plan de Educación Ambiental contextualizado y constructivista que permita facilitar la gestión de servicios ecosistémicos de provisión y culturales en Chacarita, Puntarenas, Costa Rica. Metodología. El Plan de Educación Ambiental estuvo basado en el modelo de La Asociación Norteamericana de Educadores Ambientales (NAAEE). Como primer paso se aplicó una entrevista a profundidad a siete personas representantes de instituciones públicas con influencia en la comunidad y a 10 personas habitantes de la comunidad para obtener información sobre los principales servicios ecosistémicos que identificaban en el área de estudio. Seguidamente, se construyó un contexto a nivel ambiental y económico, para lo cual, mensualmente y durante un año, se realizaron visitas al área de estudio con el fin de establecer una base florística de árboles de mangle y se recolectaron moluscos bivalvos para analizar el estado de las poblaciones con base a las cantidades de organismos hallados y otras características como las longitudes de éstos. Para la base florística, se obtuvo el diámetro de la altura de pecho (DAP en cm), la altura (m), el índice de valor de importancia (IVI) y se obtuvo las reservas de carbono (Mg. ha-1) mediante una serie de fórmulas alométricas (este punto se determinó por la importancia del manglar para el equilibrio climático y que podría ser útil a futuro para búsqueda de fondos para la comunidad). En cuanto a los moluscos se analizaron cuatro especies de interés comercial, se evaluó la longitud (cm), peso (g), la madurez sexual, el índice gonadosomático, el índice de rendimiento de carne (IR) y el IVI. Se realizaron valoraciones económicas de los datos obtenidos, también se solicitó información de capturas de peces que realizan sus primeros estadios de vida en el manglar y de moluscos bivalvos al Instituto Costarricense de Pesca y Acuicultura. Paralelo al trabajo ambiental se fueron creando materiales didácticos de acuerdo con esta información base. Como siguiente paso se construyó un contexto social, para lo cual se aplicó una encuesta a 263 habitantes de la comunidad en estudio; referida al manglar y sus servicios ecosistémicos mayormente de provisión como pesca y extracción de moluscos y culturales como el turismo; la cual fue revisada por expertos y validada en la comunidad de Isla Venado en Puntarenas. Esto no solo permitió caracterizar aspectos sociales, sino que también identificar competencias generales y específicas las cuales fueron la base del Plan de Educación Ambiental. Se identificaron estrategias, técnicas, actividades e indicadores para cada competencia. Una vez finalizada la construcción del plan educativo se validó en un taller con 15 personas, se aplicó un pre y post-test, se midió el tamaño del efecto de Cohen (d) causado por el taller impartido a la comunidad en la adquisición de competencias ambientales y se construyó un manual de educación ambiental para la sostenibilidad del manglar. Resultados. La entrevista a profundidad reflejó un distanciamiento entre el sistema gubernamental costarricense y la población, los principales servicios ecosistémicos identificados correspondieron a la extracción de moluscos, pesca y aunque el turismo no se realiza en la actualidad hay un gran interés por implementarlo por ello en esta tesis se dio énfasis en aspectos que no solo contribuyan educativamente, sino que son herramientas para estos cometidos como especies de mangles y aves del manglar. A nivel ambiental, se hallaron cinco especies de mangles, siendo Pelliciera rhizophorae la de mayor índice de valor de importancia. Se obtuvo por hectárea un equivalente de carbono almacenado de 78,49 Mg· ha-1. Con respecto a los bivalvos, se muestrearon 357 organismos, de los cuales 18% correspondieron a Anadara similis; 37,5% Anadara tuberculosa; 41,46% a Leukoma spp. y 3,08% Mytella guyanensis. Al tomar en cuenta la valoración económica de las reservas de carbono y de los moluscos bivalvos presentes en el área de estudio se obtuvieron valoraciones económicas de 9 812,63 USD·ha-1 y 28 USD·ha1respectivamente. De acuerdo con la encuesta aplicada, la comunidad tiene debilidades a nivel de conocimientos (p <0,05; p=0,04) relacionados al manglar y lo servicios ecosistémicos analizados, pero presenta una alta disposición para colaborar en la protección del recurso manglar (p <0,05; p=0,001). Con base en esta información se lograron identificar seis competencias generales, además construir sus respectivas estrategias tales como método de indagación, ilustraciones y recursos audiovisuales; técnicas como discusiones y análisis de casos; actividades como lluvias de ideas, láminas ilustrativas y hojas de trabajo e indicadores que evaluaron todo el proceso. Esto último apoyado por una serie de materiales educativos contextualizados, así como recursos audio visuales. Una vez finalizada la redacción del Plan de Educación Ambiental se validó con habitantes del área de estudio. Estadísticamente, los participantes, tuvieron un incremento en el dominio de las competencias (p <0,05; p=0,002; d=0,45). Como producto del proceso de investigación, se creó un manual de actividades de fácil aplicación que permite que las personas comprendan la relevancia de los servicios ecosistémicos del manglar. Conclusiones. Esta investigación demostró que la comunidad en estudio requiere implementar medidas de gestión, en conjunto con instituciones gubernamentales y no gubernamentales, que permitan recuperar las poblaciones de moluscos de interés comercial para consumo humano. Además, se proponen actividades de aprovechamiento sustentables como turismo comunitario con fines educativos y culturales. Finalmente, la comunidad demostró tener interés de participar en actividades de educación ambiental y en contribuir en la protección de su manglar aledaño pues se logró avanzar durante este proceso en la creación de una Asociación Específica dirigida a la protección del manglar en Chacarita.

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