Efecto Sobre los Indicadores de Crecimiento (IC)

El efecto de los factores de estrés sobre el cultivo se manifestó en términos generales como una reducción del área foliar y materia seca del follaje. El análisis de varianza (Cuadro 1) indicó que hubo efecto de tratamientos en todos los muestreos. La discriminación de efectos significativos mediante la prueba de medias se presenta en el Cuadro 2.

** Efectos significativos al 1 y 5% de probabilidad; DDT = días después del transplante.

Cuadro 1. Parámetros del análisis de varianza (ANVA): F calculada (Fc) y cuadrado medio del error (CME), para determinar efectos significativos de tratamientos sobre el índice de área foliar (IAF) y materia seca del follaje (MSF). 

* Significativo a 5% de probabilidad; NS = no significativo.

Cuadro 2. Resultados de la prueba de medias de indicadores de crecimiento (IC), índice de área foliar (IAF) y materia seca del follaje (MSF), por tratamiento (T1 a T6) y por muestreo, tomando como referencia el tratamiento 20% de hunedad aprovechable y 50% de nitrógeno de la solución nutritiva Steiner, testigo. 

El análisis de varianza indicó la presencia de efectos significativos de tratamientos en todos los muestreos, tanto para el IAF como para la MSF; sin embargo, en la prueba de medias se observa que fue sólo a partir del 5° muestreo, que los efectos de, prácticamente, todos los tratamientos fueron significativos en todos los muestreos para ambos IC, esto puede ser debido a dos razones: 1. A la mayor demanda nutrimental debida al crecimiento de la planta, a partir del 4° muestreo (Cuadro 2), y 2. A los efectos del periodo de inducción de estrés, el cual inició un día antes del 4° muestreo y terminó seis días después del 5° muestreo. También destaca el hecho de que los tratamientos T3 y T6 indujeron efectos significativos sobre los IC en todos los muestreos, este comportamiento puede deberse a que las plantas de estos tratamientos se mantuvieron con cero aplicación de nitrógeno hasta el segundo muestreo, y luego con el 10 % de nitrógeno respecto a la Solución Universal de Steiner.

En las curvas de la dinámica de IC se observó una marcada reducción del crecimiento en ambos IC por efecto de tratamientos, siendo mayor el efecto para los tratamientos, T5 y T6, afectados por ambos factores de estrés, y en T3 por tener el menor nivel de nitrógeno. También se observó que la reducción se acentúo en la medida que se disminuyó el contenido de nitrógeno en los tratamientos, independientemente del nivel de estrés por deficiencia de agua; entonces, estos resultados se explican por el efecto de tratamientos.

En general, los resultados encontrados en el presente estudio, concuerdan con los reportados en la literatura para plantas de tomate estresadas por deficiencia de nitrógeno y por deficiencia de agua. La deficiencia de nitrógeno se presenta como una reducción en tamaño y número de hojas (^{Scholberg et al., 2000}; ^{Suniaga et al., 1992}; ^{Martinez et al., 2005}); reducción en el área foliar (^{Martinez et al., 2005}; ^{Zhao et al., 2005}) y en la materia seca (^{Suniaga et al., 1992}; ^{Zhao et al., 2005}). Estas alteraciones en la morfología de la planta se deben a alteraciones fisiológicas como: reducción del contenido de nitrógeno en hojas y tallos (^{Scholberg et al., 2000}; ^{Martinez et al., 2005}); reducción del contenido de clorofila (^{Zhao et al., 2005}); reducción de la fotosíntesis neta (^{Guidi, et al., 1998}; ^{Martinez et al., 2005}); y reducción de la conductancia de CO₂ en el mesófilo (^{Guidi, et al., 1998}; ^{Zhao et al., 2005}). Los efectos por deficiencia de agua dependen del grado, la frecuencia y época en que se aplica, y se presentan como una reducción en el crecimiento (^{Abou Hadid et al., 1986}; ^{Bai, 1991}); desarrollo (^{Abou Hadid et al., 1986}); peso seco de follaje (^{Bai, 1991}; ^{Rahman et al., 1998b}; ^{García et al., 2004}); número de hojas (^{García et al., 2004}), y también están asociados con alteraciones en la fisiología de la planta, tales como: reducción en la fotosíntesis neta (^{Bai, 1991}; ^{Rahman et al., 1998a}; ^{Sirinivasa-Rao et al., 2000}; ^{Zgallai et al., 2001}; ^{Flexas y Medrano, 2002}; ^{Chen et al., 2004}; ^{Zgallai et al., 2005}), conductancia estomatal (^{Sirinivasa-Rao et al., 2000}; ^{García et al., 2004}; ^{Zgallai et al., 2005}), tasa de transpiración (^{Sirinivasa-Rao et al., 2000}; ^{Chen et al., 2004}; ^{Zgallai et al., 2005}), contenido de nitrógeno (^{Reynaldo et al., 2002}), absorción de nitrógeno por las raíces (^{Nahar y Gretzmacher, 2002}), contenido de proteína soluble (^{Reynaldo et al., 2002}; ^{Zgallai et al., 2005}), contenido de clorofila (^{Zgallai et al., 2005}), entre otros.

En base a lo anterior se puede decir que los efectos de los tratamientos afectados por un periodo de deficiencia de agua durante la etapa de floración y llenado de fruto, en la presente investigación, se manifiestan en forma similar a la deficiencia de nitrógeno como una reducción en el crecimiento de plantas de tomate, que está íntimamente asociada a una reducción en su capacidad fotosintética.

Efecto Sobre los Índices de Vegetación (IV)

Una vez calculados los IV fueron sometidos a diferentes pruebas, la primera fue para ver si el efecto de tratamientos se manifestaba en ellos en forma similar a los IC. Para ello se realizó un análisis de varianza que resultó significativo en todos los muestreos (Cuadro 3), y una prueba de medias cuyos resultados se muestran en el Cuadro 4.

** Efectos significativos al 1 y 5% de probabilidad.

Cuadro 3. Parámetros del análisis de varianza (ANVA): F calculada (Fc) y cuadrado medio del error (CME), para determinar efectos significativos de tratamientos sobre los índices de vegetación, clorofila total (CLT); diferencia normalizada (IVDN); infrarrojo medio con infrarrojo cercano (IRMYC), e infrarrojo cercano con azul (IRA) a diferentes días después del transplante (DDT). 

* Significativo a 5% de probabilidad; NS = no significativo; T1 = 20% de humedad aprovechable (HA) y 50% de nitrógeno (N) de la solución Steiner (SS); T2 = 20% HA y 25% N SS; T3 = 20% HA y 10% N SS; T4 = 80% HA y 50% N SS; T5 = 80% HA y 25% N SS; T6 = 80% HA y 10% N SS.

Cuadro 4. Resultados de la prueba de medias de índices de vegetación (IV): clorofila total (CLT); diferencia normalizada (IVDN); infrarrojo medio con infrarrojo cercano (IRMYC), e infrarrojo cercano con azul (IRA), por tratamiento (T1 a T6) y por muestreo (M1 a M8), tomando como referencia el tratamiento testigo, T1. 

En el Cuadro 3. se observó la presencia de efectos significativos de tratamientos; sin embargo, es evidente que los IV tienen una sensibilidad menor que los IC para manifestar dichos efectos (Cuadro 4), esto se debe a que los IV solo representan una medida indirecta del crecimiento de la planta. Los efectos significativos de los tratamientos T3 y T6 en todos los muestreos, tanto para los IC como para los IV se debió a que las condiciones de estrés impuestas por ellos, se manifestaron de manera drástica en la estructura de la planta, afectando, en la misma forma, sus propiedades ópticas, y también porque el sustrato siempre estuvo influyendo en dichos tratamientos (^{Sánchez et al., 2000}), debido a que durante todo el ciclo de desarrollo estuvieron por debajo del 50% de cobertura vegetal. La manifestación de efectos significativos en el 5° muestreo se debió a la inducción de estrés por deficiencia de agua que inició un día antes del 4° muestreo y terminó seis días después del 5° muestreo, ya que este período coincidió con la etapa de demanda alta de factores de la nutrición, por encontrarse en la etapa en que ocurren, simultáneamente, la floración, amarre de frutos y la mayor tasa de crecimiento de la planta.

En la discusión sobre IC se obtuvo que tanto la deficiencia de nitrógeno como de agua reducen la capacidad fotosintética de la planta, ya sea por una reducción en el área foliar o por una reducción de nitrógeno y clorofila en las hojas (^{Schepers et al., 1996}; ^{Carter y Knapp, 2001}; ^{Schlemmer et al., 2005}); estas alteraciones inciden directamente sobre los pigmentos, estructura del mesófilo y contenido de agua en la hoja, que son los factores dominantes que controlan las propiedades ópticas de las plantas (^{Al-Abbas et al., 1974}). La disminución de clorofila se representa, espectralmente hablando, como un incremento de reflectancia en las bandas del azul y el rojo, esto debido a que se reduce la absorción de energía al disminuir la de clorofila a y clorofila b; y como una disminución en la banda verde, debido a que se reduce el volumen de material reflejante verde (^{Carter, 1993}; ^{Gitelson y Merzlyak, 1996}). Por otro lado, la disminución del área foliar, implica, en términos globales, una reducción del volumen de espacios intercelulares en el mesófilo de las hojas, así como del volumen de agua líquida presente por unidad de área, estos cambios implican una reducción en la reflectancia espectral en la banda del infrarrojo cercano, debido a que al reducirse los espacios en el mesófilo se incrementa la dispersión en esta banda, reduciendo con ello la reflectancia; también implican un incremento de reflectancia en la banda del infrarrojo medio, debido a que al reducirse el volumen de agua líquida se reduce la absorción de la radiación en esta banda, y por lo tanto se incrementa la radiación reflejada. Estas alteraciones en las propiedades ópticas de plantas estresadas se traduce necesariamente en diferencias en los IV para cada tratamiento y para cada muestreo, esto se observa en el Cuadro 5, donde todos los IV tienen R² superiores a 0.9, lo que indica que representan satisfactoriamente a los IC en los diferentes niveles de estrés aplicados. Sin embargo, cuando la cobertura vegetal es superior al 50% (lo cual ocurrió alrededor del 4° muestreo para los tratamientos T1, T2, T4 y T5) se saturan las bandas del espectro visible (^{Sánchez et al., 2000}), y se observan los cambios antes indicados, y se reduce con ello el valor de predicción de los IV que las contienen, esto se observa también en el Cuadro 5 en los valores de R² de la correlación entre muestreos para un mismo tratamiento.

Cuadro 5. Valores promedio del coeficiente de determinación (R²), varianza (S²) y F calculada (F) de la regresión entre índices de vegetación: clorofila total (CLT); diferencia normalizada (IVDN); infrarrojo medio con infrarrojo cercano (IRMYC), infrarrojo cercano con azul (IRA) e indicadores de crecimiento (IC): índice de área foliar (IAF, m² m^-2); materia seca del follaje (MSF, g m^-2). 

Patrones de Comportamiento de IC e IV

La segunda prueba fue para ver la similitud de comportamiento entre IC e IV, esto se hizo mediante el análisis de la dinámica de los mismos; es decir, por sus cambios a través del tiempo (Figura 1 incisos a y b para IC, e incisos b, c, d y e para IV).

Figura 1. Dinámica de indicadores del crecimiento: (a) índice de área foliar (IAF, m² m^-2); (b) materia seca del follaje (MSF, g m^-2) e índices de vegetación por tratamiento (T1 a T6): (c) clorofila total (CLT); (d) índice de vegetación de diferencia normalizada (IVDN); (e) infrarrojo medio con infrarrojo cercano (IRMYC) y (f) infrarrojo cercano con azul (IRA). Todos los índices de vegetación son adimensionales. T1 = 20% de humedad aprovechable (HA) y 50% de nitrógeno (N) de la solución Steiner (SS); T2 = 20% HA y 25% N SS; T3 = 20% HA y 10% N SS; T4 = 80% HA y 50% N SS; T5 = 80% HA y 25% N SS; T6 = 80% HA y 10% N SS. 

Relación entre IC e IV

La tercera y última prueba fue establecer la medida en que ambas variables estaban relacionadas. La relación se estableció mediante ecuaciones de regresión obtenidas por un procedimiento de mínimos cuadrados. El modelo que mejor ajustó, para todos los casos, fue el exponencial del tipo y = ae^bx, donde el IV fungió como la variable independiente y el IC como la variable dependiente. Las ecuaciones se obtuvieron en dos sentidos, el primero estableciendo la relación IV contra IC entre tratamientos para cada muestreo; y el segundo, estableciendo la relación IV vs. IC entre muestreos para cada tratamiento. La bondad del ajuste entre dichos parámetros se determinó por el valor del coeficiente de determinación, varianza y F calculada de la regresión. Los resultados se muestran en el Cuadro 5.

Existe una clara correspondencia entre los efectos producidos por los tratamientos, tanto en los IC como en los IV (Figura 1) debido a que las alteraciones fisiológicas y estructurales en la planta se manifiestan a través de las propiedades ópticas (reflectancia, transmitancia y absorbancia) de las mismas. En la medida en que esa correspondencia fue más estrecha la correlación entre los parámetros tuvo mejor ajuste; por esta razón el índice IVDN resultó ser el mejor para representar el comportamiento entre tratamientos y el índice IRMYC para el comportamiento entre muestreos (Cuadro 5). Esta relación se entiende porque los IC y los IV cambian a través del tiempo y, en particular, porque el índice IRMYC se formuló con las bandas del IRC y el infrarrojo medio (IRM), cuya saturación es más lenta que las bandas del espectro visible (Figura 3b), y por lo tanto puede captar durante mas tiempo las diferencias biofísicas de las plantas que se presentan durante su ciclo de desarrollo. La tendencia que se observa en la gráfica de la Figura 2a representa adecuadamente este comentario, ya que a partir del 4° muestreo, cambios en el orden de las centésimas en el IV representan cambios en el orden de las unidades en el IC, mientras que en la Figura 2b los cambios en el IV corresponden con cambios proporcionales en los IC obteniendo de esta manera valores mas altos de R² y valores más pequeños de S². En este sentido, el índice CLT obtuvo el menor ajuste debido a que se formuló solo con bandas del espectro visible, que tienen el problema de saturación.

Figura 2. Comparativo de datos observados y estimados: (a) índice de vegetación de diferencia normalizada (IVDN) y (b) índice infrarrojo medio con infrarrojo cercano (IRMYC), ambos relacionados con el índice de área foliar (IAF, m² m^-2). Las líneas continuas corresponden a los valores estimados. T1 = 20% de humedad aprovechable (HA) y 50% de nitrógeno (N) de la solución Steiner (SS); T2 = 20% HA y 25% N SS; T3 = 20% HA y 10% N SS; T4 = 80% HA y 50% N SS; T5 = 80% HA y 25% N SS; T6 = 80% HA y 10% N SS. 

Figura 3. Dinámica de la reflectancia (REF) en las bandas del rojo (a) y del infrarrojo cercano (b). T1 = 20% de humedad aprovechable (HA) y 50% de nitrógeno (N) de la solución Steiner (SS); T2 = 20% HA y 25% N SS; T3 = 20% HA y 10% N SS; T4 = 80% HA y 50% N SS; T5 = 80% HA y 25% N SS; T6 = 80% HA y 10% N SS. 

Hasta aquí, se ha encontrado que todos los IV estudiados son convenientes para estimar el efecto de tratamientos hasta el 4° muestreo, 36 días después del trasplante, pero no todos son convenientes para ello en los muestreos siguientes porque se saturan las bandas del espectro visible, en este caso se encuentran los índices IRA, IVDN y CLT. Por otro lado el índice IRMYC, aunque su capacidad para predecir efectos entre tratamientos de un mismo muestreo no fue la mayor, si es aceptable (Cuadro 5) y por lo tanto, es el mas conveniente para estimar los cambios de crecimiento de plantas estresadas a través de su ciclo de desarrollo.

Comportamiento Gráfico de las Relaciones IV contra IC y Dinámica de la Reflectancia Espectral

Estos dos aspectos fueron importantes para definir el IV más conveniente. La relación IV contra IC se ilustra en la Figura 2. En la Figura 2a se muestra que las observaciones del 4° al 8° muestreo se concentraron en un intervalo de valores estrecho; esto ocurrió para los índices CLT, IVDN e IRA, mientras que en la Figura 2b el índice IRMYC mostró una mejor distribución. En la Figura 3a se observa que las bandas del espectro visible se saturaron alrededor del 4° muestreo, mientras que las del infrarrojo cercano continuaron creciendo (Figura 3b).