Proyecto de Investigación
En este proyecto buscamos resolver un problema muy común en la agricultura: los suelos sufren bastante por las lluvias fuertes que causan inundaciones o, al contrario, por épocas de sequía donde la tierra se seca rápido y las plantas se quedan sin agua. Para ayudar a solucionar esto, diseñamos un suelo "hidrorregulador". La idea es que la tierra pueda absorber el agua sobrante cuando llueve mucho y la vaya soltando poco a poco cuando haga falta.
Para lograr ese objetivo se necesita primero saber para qué tipos de suelo estamos haciendo este experimento y por cada tipo de suelo hay que hacer un producto un poco diferente en la composición química para que sea lo más efectivo posible. Nos centrarnos en la zona Norte y Noroeste del departamento de Santa Cruz (Warnes, Montero, Saavedra, etc.) porque allí es donde está el núcleo agrícola más importante y hay muchos problemas relacionados con las inundaciones y sequías.
En estas regiones nos encontramos mayoritariamente con tres tipos de suelos totalmente diferentes:
Absorben el agua al instante por sus poros grandes, pero no la pueden retener y se seca rapidísimo. El producto busca actuar como una esponja para atrapar la humedad y evitar que se escurra al fondo.
Tienen un equilibrio natural entre absorción y retención de humedad. El producto busca reforzar este balance para que soporten mejor los cambios climáticos sin perder sus propiedades.
Absorben el agua muy despacio y tienden a encharcarse muy fácil porque sus partículas están muy apretadas. El producto busca mejorar la porosidad de la tierra para que el agua circule mejor y no se estanque.
Para lograrlo, preparamos un producto combinando tres componentes principales: un hidrogel hecho con alginato de sodio y cloruro de calcio (que funciona como una esponja natural para guardar agua), biochar (carbón vegetal) y compost o materia orgánica. Como no todos los suelos son iguales, decidimos probar el producto en los tres tipos de tierra diferentes: ligera (más arenosa), media y pesada (con más arcilla). A cada una le pusimos una cantidad distinta de hidrogel para ver cuál funcionaba mejor según sus características.
Armamos columnas de prueba transparentes donde comparamos la tierra normal (sin nada) contra la tierra mezclada con nuestra fórmula. Con la ayuda de un cronómetro y un vaso medidor, echamos la misma cantidad de agua a cada muestra para medir qué tan rápido se filtraba el agua, cuánta agua salía por abajo y cuánta humedad lograba retener la tierra.
Con este experimento demostramos que es totalmente posible crear un suelo que absorba y guarde suficiente agua, sirviendo como una solución práctica para resistir las próximas sequías y mantener el pasto y la producción en el sector ganadero y agrícola.
Funciona como una esponja natural para guardar agua. Se obtiene de la reacción entre alginato de sodio y cloruro de calcio.
Carbón vegetal que le da espacio y estructura a la tierra, mejorando su porosidad y aeración.
Materia orgánica que nutre el suelo y aporta nutrientes esenciales para las plantas.
El agua es uno de los elementos más importantes para el suelo y para la agricultura. Sin embargo, cuando hay demasiada agua pueden aparecer problemas como el encharcamiento y, cuando hay muy poca, el suelo pierde humedad rápidamente. Por eso, no todos los tipos de suelo reaccionan de la misma manera frente a la lluvia o a los periodos secos, ya que su textura influye en la forma en que el agua entra, circula y se mantiene dentro del suelo.
A partir de esta situación, nuestro proyecto busca probar una mezcla hidrorreguladora formada por hidrogel de alginato de calcio, biochar y materia orgánica. La idea es observar si esta combinación puede ayudar a regular mejor el agua en el suelo, reteniendo una parte cuando sea necesario y evitando que el comportamiento sea igual en todos los tipos de tierra. Nuestro experimento se enfoca en tres grupos de suelo: ligero, medio y pesado, usando una formulación diferente para cada uno, porque un suelo arenoso no tiene las mismas características que uno arcilloso.
La investigación se plantea tomando como referencia zonas agrícolas del norte y noroeste del departamento de Santa Cruz, donde nuestro grupo desea estudiar problemas relacionados con el exceso y la falta de agua. Para comprobar si el producto funciona, compararemos muestras de suelo sin tratamiento con muestras que contengan la formulación correspondiente, midiendo aspectos como el tiempo de infiltración, la cantidad de agua que atraviesa el suelo y la humedad que queda retenida.
Este experimento es importante porque nos permite aplicar conceptos de química y de ciencias del suelo a un problema real. Además, nos ayudará a observar de manera práctica cómo materiales biodegradables como los hidrogeles de alginato y el biochar pueden modificar la retención y el movimiento del agua, y si es necesario cambiar las proporciones de la mezcla para obtener mejores resultados en cada tipo de suelo.
En la zona Norte y Noroeste de Santa Cruz, donde la agricultura y la ganadería son súper importantes, nos enfrentamos a dos extremos climáticos que golpean muy fuerte al campo: cuando caen lluvias intensas la tierra se encharca por completo, y cuando llega la época de sequía el suelo se seca tan rápido que los cultivos y el pasto para el ganado terminan muriendo.
A esto se le suma que no toda la tierra es igual. En estas zonas tenemos suelos arenosos por donde el agua se chorrea al instante sin guardarse, suelos arcillosos que son tan apretados que el agua tarda mucho en entrar y se queda estancada, y suelos francos que tienen un término medio pero igual sufren con el clima. Por eso, no podemos aplicar la misma solución a toda la tierra; cada tipo de suelo necesita una ayuda diferente para manejar bien el agua.
Pensando en esto, se nos ocurrió la idea de crear un suelo o mezcla "hidrorreguladora" usando tres ingredientes sencillos: un hidrogel de alginato de calcio (que funciona como una esponja para guardar agua), biochar (carbón vegetal que le da espacio y estructura a la tierra) y compost (materia orgánica para nutrirla). La clave de nuestro proyecto es probar diferentes cantidades de esta mezcla para cada tipo de suelo y ver en el laboratorio si realmente podemos controlar la velocidad del agua y mantener la tierra húmeda por más tiempo pensando en las próximas sequías.
Lluvias intensas, inundaciones y encharcamiento. El suelo se satura y el agua no puede ser aprovechada por los cultivos, generando pérdidas agrícolas.
Sequías y pérdida acelerada de humedad. Los cultivos y el pasto para el ganado se secan rápidamente, afectando la producción agrícola y ganadera.
El objetivo general de este proyecto es elaborar un suelo hidrorregulador a base de hidrogel de alginato de calcio, biochar y compost, adaptado a los distintos tipos de suelo de la zona Norte y Noroeste de Santa Cruz, con el propósito de mejorar la retención, infiltración y disponibilidad del agua durante periodos de lluvias intensas y sequía.
El suelo es un sistema complejo formado por minerales, partículas orgánicas, agua y aire. Sus propiedades físicas e hídricas dependen fundamentalmente de la textura del suelo, es decir, de las proporciones relativas de arena, limo y arcilla que contiene (Laredo-Alcalá et al., 2023).
Contienen una mayor proporción de arena. Sus partículas son relativamente grandes, lo que genera macroporos que permiten el paso del agua con gran rapidez pero reducen la retención hídrica.
Tienen una composición equilibrada entre arena, limo y arcilla, ofreciendo una capacidad media de drenaje y retención.
Tienen una alta concentración de arcilla. Sus partículas son muy pequeñas y compactas, lo que genera microporos, dificultando la infiltración y aumentando la tendencia al encharcamiento.
La infiltración es el proceso por el cual el agua en la superficie entra en el perfil del suelo. Este proceso depende de factores clave como el tamaño de las partículas, la cantidad y continuidad de los espacios porosos, el nivel de compactación, la humedad inicial del suelo y la tasa de aplicación del agua.
La distribución de tamaños de poro define el comportamiento hidráulico. En macroporos el agua fluye rápidamente por gravedad; en microporos las fuerzas matriciales retienen el agua fuertemente.
Esta ley física establece que la velocidad del flujo de agua a través de un medio poroso es proporcional al gradiente hidráulico y a la conductividad hidráulica del suelo. Al incorporar la mezcla hidrorreguladora, modificamos la permeabilidad efectiva para optimizar el flujo hídrico.
El agua se retiene en la matriz del suelo mediante fenómenos de adhesión y cohesión. El hidrogel de alginato de calcio retiene el agua mediante entramados poliméricos tridimensionales antes de que la gravedad la drene totalmente (Tay et al., 2017; Wolf et al., 2025).
El estudio de acondicionadores de suelo e hidrogeles agrícolas ha demostrado ser una herramienta eficaz para mitigar el estrés hídrico en cultivos (Granados-Carrera et al., 2026). Investigaciones recientes comprueban que los hidrogeles biodegradables no solo mejoran la germinación y supervivencia de especies vegetales como la alfalfa (Laredo-Alcalá et al., 2023), sino que también ofrecen alternativas sostenibles al elaborarse a partir de biopolímeros marinos u orgánicos (Gestores de Residuos, 2026; Vásquez Beecher, 2024).
El experimento busca verificar si la combinación de hidrogel de alginato de calcio, biochar y materia orgánica (compost) permite regular la absorción y retención del agua según la textura específica del suelo.
Colocamos la tierra sobre una bandeja para retirar restos vegetales, piedras y basura. Homogeneizamos el suelo pasándolo por un colador para eliminar grumos grandes. Nos aseguramos de que el suelo estuviera completamente seco para no alterar las mediciones de infiltración.
Clasificamos el suelo en tres grupos según la zona de estudio: ligero (arenoso), medio (franco) y pesado (arcilloso). Dividimos cada tipo de suelo en dos muestras (control y tratada), obteniendo seis tratamientos principales:
Suelo ligero sin producto (Control)
Alta proporción de hidrogel
Suelo medio sin producto (Control)
Proporción media de hidrogel
Suelo pesado sin producto (Control)
Baja proporción de hidrogel
Sintetizamos el hidrogel disolviendo alginato de sodio en agua y reaccionándolo con una solución de cloruro de calcio para reticular los polímeros mediante iones Ca²⁺ (Tay et al., 2017):
Posteriormente formulamos los tres productos específicos:
Biochar + Compost + Mayor proporción de hidrogel (para maximizar retención).
Biochar + Compost + Proporción media de hidrogel (para equilibrar filtración y almacenamiento).
Biochar + Compost + Menor proporción de hidrogel (para favorecer la estructura y porosidad sin encharcar).
Servimos la misma cantidad de suelo en las columnas transparentes (A, B, C, D, E, F) y aplicamos una compactación uniforme. Agregamos un volumen fijo de agua mediante jeringa e iniciamos el cronómetro al primer contacto con el suelo. Registramos el tiempo total de infiltración, medimos el volumen de agua drenada por la parte inferior y evaluamos la humedad retenida en la columna. Repetimos el procedimiento tres veces por tratamiento para garantizar consistencia estadística.
Selección, limpieza, tamizado y clasificación de los tres tipos de suelo (ligero, medio y pesado).
Síntesis del hidrogel mediante la reacción de alginato de sodio con cloruro de calcio.
Preparación de las seis columnas transparentes con sus respectivas formulaciones.
Aplicación de volumen fijo de agua, medición del tiempo de filtración y volumen drenado.
Tres repeticiones por tratamiento para garantizar consistencia estadística y evaluación de humedad retenida.
Antes de preparar cada mezcla, se determinó la masa de producto hidrorregulador y la masa de suelo seco necesarias para obtener 350 g de mezcla total al 5 % de concentración usando las siguientes formulas:
Masa total del producto:
Masa de suelo seco: = 332,5 g
Para cada tipo de suelo se utilizaran 332,5 g de suelo seco y 17,5 g de mezcla.
Los 17.5 g de producto se distribuyen en proporciones específicas de biochar (mB), compost (mCo) e hidrogel (mH) usando la fórmula:
Esto nos va a ayudar a saber el porcentaje de agua que retuvo el suelo con nuestro producto.
Donde:
Volumen retenido
Para evaluar la efectividad de las formulaciones hidrorreguladoras, llevamos a cabo pruebas comparativas de infiltración de agua utilizando las columnas transparentes. A continuación, se presenta la Tabla 1 con los tiempos de filtración registrados en las pruebas de laboratorio:
Tabla 1 — Tiempos de Filtración y Formulación Aplicada por Tipo de Suelo
| Tipo de Suelo | Muestra Control (Sin Hidrogel) | Muestra Tratada (Con Hidrogel) | Formulación Aplicada |
|---|---|---|---|
| Suelo Ligero (Arenoso) | 3:00 min | 2:25 min | Producto A: Biochar + Compost + Mayor hidrogel |
| Suelo Medio (Franco) | 2:25 min | 2:00 min | Producto B: Biochar + Compost + Hidrogel medio |
| Suelo Pesado (Arcilloso) | 4:30 min | 4:25 min | Producto C: Biochar + Compost + Poco hidrogel |
Nota. Tiempos promedio registrados en laboratorio durante la medición de filtración de volumen constante de agua.
La tierra arenosa tiene poros grandes por donde el agua se escapa muy rápido. Al agregar el Producto A (que tiene mayor proporción de hidrogel de alginato de calcio), el tiempo de filtración se redujo a 2:25 minutos, frente a los 3:00 minutos de la muestra sin tratar. Esto demuestra que el hidrogel actúa como una esponja, reteniendo la humedad en la matriz del suelo para evitar que la tierra se seque rápidamente por lixiviación.
En este suelo, el Producto B (con una cantidad moderada de hidrogel) logró un tiempo de filtración de 2:00 minutos, en comparación con los 2:25 minutos de la muestra normal. Este comportamiento demuestra un equilibrio óptimo, permitiendo que el suelo retenga agua sin perder su capacidad natural de drenaje.
La tierra arcillosa es muy compacta y tiende a encharcarse. Por esta razón, el Producto C incorporó una menor cantidad de hidrogel y mayor proporción de biochar y compost para abrir espacios porosos y mejorar la aeración. El tiempo de infiltración mejoró de 4:30 minutos a 4:25 minutos, evidenciando que el biochar aporta estructura física para que el agua circule de forma fluida sin estancarse.
Logramos responder nuestra pregunta de investigación y comprobar que la hipótesis planteada sí se cumple: al ajustar las proporciones de hidrogel de alginato de calcio, biochar y materia orgánica según las características de cada suelo, es posible regular la infiltración hídrica y conservar la humedad por más tiempo.
El diseño experimental en columnas transparentes permitió medir con precisión los tiempos de infiltración y los volúmenes de drenaje en laboratorio.
Los resultados demostraron que el Producto A evita la pérdida acelerada de agua en suelos arenosos, el Producto B equilibra la humedad en suelos francos y el Producto C mejora la estructura y permeabilidad en suelos arcillosos, constituyendo una solución tecnológica viable frente a fenómenos de sequía e inundación.
Registro visual del trabajo experimental y materiales utilizados en el proyecto.