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Terra Latinoamericana

versión On-line ISSN 2395-8030versión impresa ISSN 0187-5779

Terra Latinoam vol.29 no.4 Chapingo oct./dic. 2011

 

DIVISIÓN II

Uso de diferentes sustratos y frecuencias de riego para disminuir lixiviados en la producción de tomate

Use of Different Substrates and Irrigation Frequencies to Reduce Leachate in Tomato Production

Pablo Yescas-Coronado1 

Miguel A. Segura-Castruita1   

Jorge A. Orozco-Vidal1 

Miguel Enríquez-Sánchez1 

José L. Sánchez-Sandoval1 

José E. Frías-Ramírez1 

José A. Montemayor-Trejo1 

Pablo Preciado-Rangel1 

1Instituto Tecnológico de Torreón (ITT). Carretera Torreón-San Pedro km 7.5. 27170 Torreón, Coahuila, México.

Resumen

Los lixiviados de la solución nutritiva se asocian al sobre-riego, lo que genera pérdidas económicas, cambios drásticos en el pH y en la conductividad eléctrica (CE) de la solución, saturación del medio de cultivo, disminución de la fotosíntesis, desequilibrios nutricionales, desarrollo de patógenos y frutos de mala calidad. El objetivo de esta investigación fue determinar la frecuencia de riego y sustrato que reduzcan los volúmenes lixiviados de solución nutritiva y relacionarlos con el rendimiento del cultivo. Cinco diferentes frecuencias de riego durante el día (un riego a las 8:00 h; dos a las 8:00 y 10:00 h; tres a las 8:00, 10:00 y 12:00 h; cuatro a las 8:00, 10:00, 12:00 y 14:00 h; cinco a las 8:00, 10:00, 12:00, 14:00 y 16:00 h) y tres sustratos (arena, perlita y una mezcla de arena-vermicompost) fueron evaluadas en tres etapas fenológicas de tomate (vegetativa, floración y fructificación). Los lixiviados dependieron de las frecuencias de riego durante la etapa vegetativa. El tipo de sustrato influyó en la lixiviación de las etapas de fructificación y maduración del fruto, los lixiviados dependieron de los sustratos utilizados. La menor cantidad de lixiviados se logró al aplicar el volumen total de agua en un solo riego al día en el sustrato arena. El lixiviado de la mezcla 75% de arena y 25% de vermicompost presentó mayor CE. La eficiencia en el uso del agua fue de 22.16 kg m-3, cuando se aplicó el volumen total diario, dividido en cuatro riegos; esto corresponde a una productividad de 6.38 kg m-2 de fruto.

Palabras clave: Lycopersicon esculentum; vermicompost; fertirriego; lixiviación; arena

Abstract

Nutrient solution leachate is associated with over-irrigation, which generates economic losses, drastic changes in pH and electrical conductivity (EC) of the solution, saturation of the culture medium, decreased photosynthesis, nutritional imbalances, growth of pathogens and poor quality fruit. The objective of this research was to determine the frequency of irrigation and substrate to reduce leachate volumes of nutrient solution and to relate tomato yield. Five different irrigation frequencies during the day (one irrigation at 8:00 h., two at 8:00 and 10:00 h, three at 8:00, 10:00, and 12:00 h, four at 8:00, 10:00, 12:00, and 14:00 h, five at 8:00, 10:00, 12:00, 14:00, and 16:00 h) and three substrates (sand, perlite, and a mixture of sand, vermicompost) were evaluated in three tomato phenological stages (vegetative, flowering, and fruiting). Leachate depended on the frequency of irrigation during the vegetative stage. The substrate type influenced the leaching of the stages of fruiting and ripening, leachate depended on the substrates used. The least amount of leachate was obtained when the total volume of irrigation water in a single day in the sand substrate. The leachate from the mix 75% sand and 25% of vermicompost showed higher EC. Efficiency in water use was 22.16 kg m-3, when the total volume applied daily, divided into four irrigation, this corresponds to a productivity of 6.38 kg m-2 of fruit. Soluble solid in fruit (°Brix) depended exclusively of substrate used.

Keywords: Lycopersicon esculentum; vermicompost; fertirrigation; leach; sand

Introducción

El tomate es la segunda hortaliza de mayor consumo mundial (Ozenc, 2008; Al-Omran et al., 2010). El incremento de la productividad de ésta hortaliza es el mayor reto entre los países, sustentado en la optimización de los factores agua y nutrientes, destacando como sistema el fertirriego (Aoumare et al., 2003). La aplicación de agua a través del fertirriego en invernadero se basa en programas de riego fijo (cantidades de agua) a diferentes frecuencias durante el día (Ouma, 2007a) y en distintos sustratos (Levy y Tylor, 2003), mediante equipos automatizados de fertirriego (Radin et al., 2004). Generalmente, la demanda hídrica del cultivo se estima utilizando la evapotranspiración (Fernández et al., 1995) y radiación diaria o el volumen de lixiviados (Casanova et al., 2009); además de, la disponibilidad de los nutrientes para el cultivo (Cadahía, 2005), condiciones específicas para el lugar donde se está cultivando. Por lo anterior, estos métodos requieren de evaluaciones y ajustes de calibración para las condiciones climatológicas regionales y para las condiciones específicas de operación en cada invernadero. La falta de los ajustes y calibraciones provoca la subestimación de los efectos indeseables del sobre riego (Ouma, 2007b).

El sobre-riego genera pérdidas económicas por la lixiviación de la solución nutritiva, cambios drásticos en el pH y la conductividad eléctrica (CE) de la solución, saturación de agua en la zona radical del cultivo y reducción de la fotosíntesis; así como fisiopatías por desbalances nutrimentales, activación de microorganismos fitopatógenos y frutos de mala calidad (Castillo et al., 2004), problemas que están vigentes actualmente.

Los objetivos de esta investigación fueron determinar la frecuencia de riego que aplicada a plantas de tomate en las etapas vegetativas-floración-fructificación, en tres sustratos diferentes, reduzca el volumen lixiviado de solución nutritiva; además de, relacionar el volumen de agua utilizado con el rendimiento de este cultivo en invernadero.

Materiales y métodos

El estudio se realizó en el Instituto Tecnológico de Torreón, ubicado en la carretera Torreón San Pedro km 7.5, Torreón, Coahuila, México. El periodo fue otoño- invierno (de los años 2005 y 2006) en un invernadero semiautomático tipo túnel de 250 m2, de los cuales, 81 m2 fueron destinados para este trabajo. Un sistema de fertirriego con un gasto hidráulico nominal por gotero de 3.84 L h-1, se utilizó durante el experimento. La uniformidad de emisión del sistema se estandarizó con base en el método ASAE-EP458 (ASAE, 1991), logrando establecer la uniformidad de emisión con una eficiencia de 90%, considerado como muy bueno (Safi et al., 2007).

La solución nutritiva se preparó con 12, 1, 7, 7, 9, y 4 meq L-1 de NO3 -, H2PO4 -, SO4 2-, K+, Ca2+ y Mg2+, respectivamente (Steiner, 1984). También, contó con los microelementos Fe, Zn, Mn y B (0.06, 0.03, 0.02 y 0.02 mg L-1, respectivamente). La solución tuvo una conductividad eléctrica (CE) de 2 dSm-1 y un pH de 5.5.

La elección de los diferentes tiempos de riego se realizó como lo indica Cadahía (2005), considerando al riego como función de la evolución de la radiación solar durante el día, donde el período de demanda máxima se registra durante la mañana hasta las 13:00 h, aproximadamente. Los sustratos que se utilizaron se obtuvieron fácilmente en el área de influencia del experimento y fueron tres tipos: arena, perlita y una mezcla arena-vermicompost. Los sustratos arena y vermicompost se tamizaron en cribas de 4 y de 2 mm. En el caso de la perlita B12, una limpieza de sedimentos de polvo fue realizada con el paso de un flujo de viento. El sustrato arena más vermicompost se mezcló en forma homogénea en una proporción de 75:25 proporción en volumen como lo indica Moreno et al. (2005). Un volumen de 15 L de esta mezcla, y de los diferentes sustratos, fueron depositados en macetas de polietileno negro de 0.3 m de diámetro y 0.25 m de altura, con capacidad para 17.5 L.

Un diseño experimental completamente al azar se utilizó en el experimento. Los factores en estudio fueron frecuencias de riego por día (un riego a las 8:00 h.; dos a las 8:00 y 10:00 h; tres a las 8:00, 10:00 y 12:00 h; cuatro a las 8:00, 10:00, 12:00 y 14:00 h; cinco a las 8:00, 10:00, 12:00, 14:00 y 16:00 h) y sustratos (arena, perlita y arena vermicompost) con un arreglo factorial 5 × 3. Quince tratamientos se originaron, cada tratamiento tuvo cuatro repeticiones, para un total de 60 unidades experimentales. Se incluyó un testigo que consistió en la aplicación de un sólo riego con el agua requerida por día y como sustrato arena. La unidad de muestreo constó de tres macetas en un metro cuadrado.

El genotipo utilizado fue Romana Élite, de crecimiento indeterminado y resistente a Fusarium, Verticilium, virus del mosaico del tabaco y a Meloidogyne arenaria (Western Seed, 2005). El trasplante se realizó el 9 de septiembre, 35 días después de la germinación. En el primer riego se aplicó un bactericida fungicida orgánico (Sedric 650), a modo de prevención, compuesto de extractos vegetales, Ca, Mg, K, Zn, Fe y Cu en una proporción de 97.88, 1.20, 0.04, 0.780, 0.004, 0.059 y 0.028%, respectivamente. La polinización se realizó cada cinco días aplicando aire al cultivo con la parte posterior de una aspiradora doméstica de 0.25 HP. La planta se deshojó, conforme se completaba el llenado de fruto por racimo, siendo este en forma ascendente según la fisiología de la planta. La cosecha se realizó semanalmente hasta el séptimo racimo en virtud de que se programó como de ciclo corto (Camacho, 2003); ésta se hizó cuando el fruto mostró un color rosado.

El registró de datos se llevó a cabo de acuerdo a tres etapas del cultivo; el primero en el primer día después de trasplante (ddt) hasta los 22 ddt, el segundo de 23 a 66 ddt y el tercer registro de los 67 a 159 ddt. Las etapas anteriores corresponden a las fases fenológicas del cultivo, que de acuerdo con Nuez (2001), son la etapa vegetativa, etapa de floración-fructificación y por último la de maduración y cosecha.

La cantidad de agua para el riego se determinó con el método del tanque evaporímetro (Doorenbos y Pruitt, 1977). El lixiviado se colectó en una charola de drenaje 35 cm de ancho por 40 de largo, de superficie acanalada, para conducir el lixiviado hacia un punto común con conexión a un recipiente de plástico sellado, con capacidad de un litro colocado a un lado de la maceta y por debajo del nivel del piso.

Variables a Evaluar

Cuatro variables fueron evaluadas en este experimento: volumen lixiviado, pH y CE del lixiviado, y rendimiento del cultivo, relacionados con las frecuencias de riego y los sustratos. El volumen lixiviado (VL) se midió en probetas de 1000, 300 y 20 ml después de 24 h de haberse aplicado el riego correspondiente. El volumen retenido (VR) se determinó a partir de la diferencia del volumen aplicado (VA) en el riego y el volumen lixiviado: VR = VA - VL. Un índice de retención (IR) se calculó a partir del volumen retenido respecto al volumen aplicado: IR = VR / VA. Un índice de lixiviación (IL) se determinó a partir del volumen lixiviado respecto al volumen aplicado: IL = VL / VA. La CE (dS m-1) se midió con el conductímetro marca Hanna Instruments modelo H19033, de uso portátil. El fruto cosechado se pesó con una báscula TOR-REY EQ 10/20. Un análisis de varianza y una prueba de medias de Tukey (P ≤ 0.05) se realizó con el programa Statistic Analysis System (SAS/STAT, 1998).

Resultados y discusión

La cantidad de agua que se aplicó a las plantas de tomate, en sus diferentes etapas, aumentó conforme transcurrió el tiempo (Cuadro 1). El volumen de agua requerido por las plantas durante todo el experimento, se calculó con datos de evaporación dentro del invernadero. Los requerimientos de agua para cada etapa fueron diferentes (Figura 1). En un principio se puede observar un comportamiento acumulativo; es decir, el volumen de agua en la etapa vegetativa (16.11 L planta-1) fue menor que 77.07 L planta-1 de agua aplicada a la planta en la etapa de fructificación (Cuadro 1). Sin embargo, al analizar el volumen de agua por día, se observó que el consumo es parecido; aunque, el consumo de la floración y fructificación por día fue mayor que el periodo vegetativo por más de 100 mL. El comportamiento anterior se debe a la evapotranspiración que se presentó dentro del invernadero, puesto que la evaporación en los primeros días del cultivo fue mayor que en las siguientes etapas. Lo anterior se puede deber al efecto ocasionado por la temporada en la que se llevó a cabo el experimento, ya que la radiación solar no incide de la misma manera en otoño-invierno que en primavera- verano (Radin et al., 2004); además, del efecto que tiene el invernadero al disminuir la evaporación que se presenta dentro de éste (Casanova et al., 2009).

ddt = días después del trasplante. Letras distintas en la misma columna indican diferencias significativas, según la prueba de Tukey (P ≤ 0.05).

Cuadro 1 Agua aplicada durante las diferentes etapas del cultivo de tomate. 

Figura 1 Evaporación diaria dentro del invernadero en el ciclo otoño-invierno. 

Sin embargo, el agua aplicada en las diferentes frecuencias no presentó interacciones por sustrato, sólo se detectaron efectos independientes. El espacio poroso y la distribución de la porosidad fue diferente entre sustratos, lo cual influye en la cantidad de lixiviado por sustrato independientemente de la frecuencia de riego (Cooke et al., 2005; Cavins et al., 2005). Aunque, en la etapa vegetativa, los volúmenes lixiviados dependieron de las frecuencias de riego (Figura 2). Pero en las dos etapas posteriores, la lixiviación fue altamente influenciada por los sustratos utilizados. De tal manera que, en la etapa vegetativa el mayor porcentaje de lixiviados se presentó cuando se aplicó un riego (1.68%); mientras que, en cinco riegos sólo se tuvo un 0.19%. En cambio, en la etapa de fructificación, cuando se aplicó un riego se tuvo el menor porcentaje de lixiviado (19.2%) en esta etapa; mientras que, con cinco riegos el porcentaje fue mayor (25.25%). Lo anterior se debe al efecto del contacto del agua con las diferentes partículas de los sustratos (Hanks, 1992). Al inicio del humedecimiento, las distintas proporciones de agua crean un gradiente en el potencial matricial (de mayor a menor) de las partículas (Hillel, 1982); es decir, cuando las partículas están secas y se agrega agua, la mayor parte de ésta pasa rápidamente por los poros antes de que se efectúe una retención. Situación contraria cuando las partículas están húmedas, por ello en las etapas posteriores a la vegetativa, el volumen lixiviado dependió únicamente a las características de los sustratos.

Figura 2 Llixiviado de solución nutritiva respecto al número de riegos y etapas del cultivo. 

El porcentaje de lixiviado en las distintas etapas del cultivo fue diferente, independientemente de las frecuencias de riego (Cuadro 2). La arena y la perlita B12 presentaron el menor volumen de solución nutritiva lixiviado en las tres etapas; estadísticamente pueden considerarse iguales (Tukey P ≤ 0.05). En cambio, el sustrato arena-vermicompost tuvo los porcentajes más altos de lixiviados en la etapa vegetativa, floración y fructificación (1.49, 14.71 y 26.94%, respectivamente). Lo anterior se da por la presencia de materiales orgánicos y las partículas de arena, los cuales incrementan el espacio poroso y facilitan la lixiviación (Sumner et al., 2000; Márquez et al., 2006).

Letras distintas en una misma columna por fase fenológica en cada sustrato, indican diferencias significativas, de acuerdo a la prueba de Tukey (P ≤ 0.05).

Cuadro 2 Volúmenes acumulados por sustratos en las fases fenológicas del cultivo. 

La arena fue el sustrato, que menor lixiviación registró durante las tres etapas analizadas, debido a que las macetas con este sustrato retuvieron hasta un 90% del volumen aplicado durante el riego, independientemente de la frecuencia, liberando el agua retenida en función de la demanda de la planta y las condiciones ambientales dentro del invernadero. Aún cuando la perlita tuvo un comportamiento estadísticamente similar al de la arena, su reducido peso (15 veces más liviana que la arena) y su amplia dispersión, genera la flotación de las partículas durante los riegos, por lo que llega rápidamente al punto de drenaje (Heiskanen, 1995; Jackson, 2004). La condición anterior es uno de los factores para que la perlita no se utilice exclusivamente como sustrato, exceptuando los sistemas hidropónicos (Martínez et al., 2006).

Conductividad Eléctrica de los Lixiviados

La conductividad eléctrica (CE) varió en los lixiviados de los diferentes sustratos (Cuadro 3) y por etapa de cultivo. El análisis de varianza detectó diferencias significativas entre etapas y por sustrato (Tukey P ≤ 0.05). El sustrato arena-vermicompost lixivió la solución con mayor CE en las tres etapas vegetativas. Al relacionar la CE del lixiviado que resultó en cada sustrato por el tiempo que correspondió para cada etapa fenológica (Cuadro 4) se obtuvo que la CE del lixiviado en el sustrato arena-vermicompost tuvo un tendencia negativa conforme se incrementó el tiempo (R2 = 0.7897); en otras palabras, la CE del lixiviado en este sustrato disminuye conforme avanzan las etapas fenológicas del cultivo de tomate (Malash et al., 2005). En cambio, al relacionar la CE de los lixiviados de la arena y la perlita con el tiempo se presentó una tendencia positiva (R2 = 0.9875; R2 = 0.9221, respectivamente); lo que significa que la CE aumenta al incrementarse el tiempo. Bunt (2005) indica que a medida que se incrementa la cantidad y frecuencia de riego la concentración de sales aumenta, pero si la cantidad de agua sigue incrementándose se induce a que las sales acumuladas sean lixiviadas gradualmente, por ello el incremento en la solución lixiviada.

Letras distintas en la misma columna, indican diferencias significativas, según la prueba de Tukey (P ≤ 0.05).

Cuadro 3 Conductividad eléctrica del lixiviado por sustrato y fase fenológica. 

CE = conductividad eléctrica; t = tiempo; a-v = arena-vermicompost.

Cuadro 4 Relación entre el tiempo y la conductividad eléctrica de la solución lixiviada. 

Producción del Cultivo

El análisis de varianza para la producción detectó diferencias estadísticas altamente significativas debidas a la frecuencia de riego. La frecuencia de cuatro riegos durante el día, produjo 2.9 kg planta-1, superando con 0.530 kg planta-1 al menos productivo que fue la frecuencia de tres riegos durante el día (Cuadro 5). Sin embargo, esta producción no fue suficiente para superar la obtenida para un ciclo corto 7 a 9 kg m-2 equivalente de 3 a 4 kg planta-1 (Camacho, 2003; Moneruzzaman et al., 2009).

Letras distintas en una misma columna, indican diferencias significativas, de acuerdo a la prueba de Tukey (P ≤ 0.05).

Cuadro 5 Rendimientos por planta para los diferentes números de riego en el sustrato arena y productividad en el uso del agua. 

Sólidos Totales

Los sólidos totales (°Brix) fueron afectados por el sustrato (Tukey P ≤ 0.05). El sustrato arena- vermicompost, registró la mayor concentración de sólidos totales: 6.4 °Brix; superando en 0.65% al más bajo que fue para el sustrato de perlita. El valor más alto de °Brix en el sustrato arena más vermicompost, se puede atribuir a una mayor CE en los sustratos, lo cual coincide con lo reportado por Katerji et al. (1998), Dorais et al. (2001) y Ochoa et al. (2009) que indican que el incremento de sólidos solubles obedece a un aumento de la salinidad del medio.

Productividad del Uso de Agua

La productividad se define en cualquier sistema como la relación resultante entre los insumos (entradas) y los productos elaborados (salidas). Bajo este concepto, la productividad del agua fue el índice resultante entre la cantidad de agua utilizada durante el ciclo y el producto ó salida, la producción total (UN-WWDR, 2006). El mayor coeficiente de productividad de 22.16 kg m-3 se obtuvo al aplicar el volumen total diario requerido, fraccionado en cuatro riegos (Cuadro 5), superando lo encontrado por Al-Omran et al. (2010) que reportaron 17.01 kg m-3. El volumen total aplicado fue de 2900 m3 ha-1, lo cual es menor respecto al recomendado para este tipo de sistema de producción, que son superiores a los 6000 m3 ha-1 (Albiac y Tapia, 2004). Esta diferencia favorable se atribuye a la reducida lámina aplicada, ocasionada por la poca evapotranspiración por efecto del invernadero y la época de cultivo. Además de la alta eficiencia de uniformidad de emisión del sistema que abasteció con mayor precisión el volumen diario requerido por la planta mediante las distintas frecuencias de riego evaluadas.

Conclusiones

El volumen lixiviado de solución nutritiva es afectado por la frecuencia de riego en la etapa vegetativa y por el sustrato durante la floración y fructificación, en otoño- invierno y bajo condiciones de invernadero. La utilización de arena como sustrato disminuye el volumen de lixiviados independientemente de las frecuencias de riego que se apliquen durante el día; aunque, en la etapa vegetativa del cultivo se presentó el menor volumen de solución retenido en este sustrato. Asimismo, las plantas de tomate cuando reciben cuatro riegos diarios en sustratos de arena tienen un rendimiento (2.90 kg planta-1) mayor que cuando se utilizan sustratos como perlita o mezclas de arena-vermicompost. Los resultados en esta investigación muestran que se puede obtener una eficiencia en el uso del agua de hasta 22.16 kg m-3, cuando se aplica el riego con una frecuencia de cuatro veces por día. Este estudio demostró que la productividad del agua se incrementa cuando se utiliza un sistema de riego calibrado y la cantidad de agua cumple con los requerimientos para satisfacer las necesidades del cultivo durante el día. Asimismo, el tipo de sustrato juega un papel preponderante en el uso eficiente del agua y por ende de la solución nutritiva, pues éste es capaz de disminuir las pérdidas por lixiviación.

Literatura citada

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Recibido: Abril de 2010; Aprobado: Agosto de 2011

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