Sitio experimental

El experimento se realizó en 2017 en el Centro de Hidroponía de la Facultad de Agronomía y Veterinaria de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí, ubicado en San Luis Potosí, México. Se utilizó un invernadero tipo túnel de dimensiones 5 × 9 m. Para la estación de crecimiento de verano (65 días, julio a septiembre), la temperatura media fue de 23.5 ºC y la luminosidad media de 17,417 lux. Para la estación de otoño (70 días, octubre a diciembre), la temperatura media fue de 15.1 ºC y la luminosidad media de 10,004 lux.

Material genético y manejo del experimento

Se utilizaron semillas de lechuga de la variedad Montemar, las cuales se sembraron en charolas de poliestireno con 220 cavidades, con un sustrato a base de turba ácida. A los 20 días después de la siembra, cuando las plantas tenían cuatro hojas verdaderas, se transplantaron en placas de unicel con 25 cavidades, distribuidas en tresbolillo y se cultivaron durante 45 días (verano) y 50 días (otoño) en un sistema hidropónico de raíz flotante. La aireación de la solución fue manual, con agitación durante 15 minutos por mesa (mañana y tarde), con una aportación de oxígeno entre 3 y 4 mg L^-1. Se utilizaron 12 mesas con 25 plantas cada una. Las mesas de madera tenían las siguientes dimensiones: 1 m de altura × 1 m de ancho × 1 m de largo. En la parte superior se formó un contenedor con la misma madera de 1 m de ancho × 1 m de largo × 0.10 m de profundidad, lo cual generó un volumen de 100 L de capacidad. El interior del contenedor fue cubierto con plástico de color negro calibre 600.

Diseño y unidad experimental

El diseño experimental fue completamente al azar con tres repeticiones, bajo arreglo factorial 4 × 2. El Factor A consistió de relaciones de NO₃ ^-/NH₄ ⁺, con cuatro niveles: 100/0, 80/20, 65/35 y 50/50 y el factor B fueron estaciones de cultivo, con dos niveles: verano y otoño. La unidad experimental fue una mesa con 25 plantas, de lo que resultó un total 12 unidades experimentales por cada estación de cultivo.

Aplicación de los tratamientos

Se utilizó la solución universal de ^{Steiner (1984)} conteniendo (en meq L^-1): 12 NO₃ ^-, 7 SO₄ ^-2, 1 H₂PO₄ ^-, 9 Ca⁺², 7 K⁺ y 4 Mg⁺². La solución se modificó utilizando como base 12 meq L^-1 de N total para obtener las cuatro relaciones de NO₃ ^-/NH₄ ⁺: 100/0 (12/0 meq L^-1), 80/20 (9.6/2.4 meq L^-1), 65/35 (8.5/4.2 meq L^-1) y 50/50 (6/6 meq L^-1). La solución de Steiner no incluyó el NH₄ ⁺ como fuente de N, por lo que la modificación consistió en la adición de una determinada concentración de NH₄ ⁺, lo que reduce una cantidad equivalente a la concentración total de NO₃ ^- (12 meq L^-1). Al disminuir la cantidad de NO₃ ^- disminuyó la concentración relativa de los aniones (NO₃ ^-, H₂PO₄ ^- y SO₄ ^-2), estos aniones deben mantener la concentración total de 20 meq L^-1, por lo que se incrementaron las concentraciones de H₂PO₄ ^- y SO₄ ^-2 hasta igualar la concentración de NH₄ ⁺, manteniéndose la relación mutua de H₂PO₄ ^- y SO₄ ^-2.

La adición de NH₄ ⁺ en la solución nutritiva incrementó la concentración de los cationes (K⁺, Ca⁺², Mg⁺² y NH₄ ⁺); de este modo, la cantidad de NH₄ ⁺ añadido se restó de las concentraciones de K⁺, Ca⁺² y Mg⁺², lo que permitió mantener la concentración total de los cationes en 20 meq L^-1, siempre manteniendo la relación mutua entre K⁺, Ca⁺² y Mg⁺². Se ajustaron las concentraciones de los iones mediante un factor de corrección (0.024), propuesto por ^{Steiner (1984)}, debido a que las modificaciones provocaron un cambio en la presión osmótica de la solución nutritiva. Las soluciones tenían una presión osmótica -0.072 MPa y una CE de 2 dSm^-1.

En la preparación de las soluciones nutritivas se consideró el análisis de agua que contaba con un pH de 7.5 y una CE 0.6 dSm^-1. Los fertilizantes utilizados fueron Ca(NO₃)₂·4H₂O, KNO₃, MgSO₄·7H₂O, K₂SO₄, H₃PO₄ y NH₄NO₃. Los micronutrientes se añadieron con Carboxy Micro, el cual aporta Fe 5 %, Zn 2.5 %, Mn 1 % y B 0.5 % en forma quelatada EDDHA. En el sistema hidropónico de raíz flotante las plantas transplantadas se establecieron para su adaptación durante 15 días (verano) y 20 días (otoño) en una solución Steiner completa. Después de la adaptación se cambió la solución nutritiva y se aplicaron los tratamientos de NO₃ ^-/NH₄ ⁺, estas soluciones nutritivas no se cambiaron durante los 30 días que duró el estudio. El pH de la solución inicial se ajustó con ácido sulfúrico a 5.5, se monitoreó diariamente y los valores de los tratamientos se mantuvieron durante el estudio entre 5.5 y 6.5, por lo que no fue necesario realizar más ajustes con ácido sulfúrico. Se restableció diariamente el agua transpirada con agua sin modificar.

Variables evaluadas

Las variables evaluadas al final de cada estación de cultivo fueron peso fresco de la cabeza de lechuga (balanza digital, Ohaus® PAJ4102N Gold series, Parsippany, New Jersey, USA) en g, peso seco de raíz, hojas y total (con estufa de secado de aire forzado Omron, Kyoto, Japón) a 70 ºC durante 72 h hasta obtener peso constante en g y se registró el área foliar en cm² (medidor laser de área foliar CI-202 CID Bio-Science, Camas, Washington, USA). En hojas intermedias de la parte externa de la cabeza se midieron también las unidades SPAD (Soil Plant Analysis Development, SPAD-502 Plus Chlorophyll Meter 2900P, Spectrum Technologies, Aurora, Illinois, USA) así como el índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI, GreenSeeker Trimble handheld crop sensor, Sunnyvale, California, USA). Además, se midió la conductividad eléctrica (medidor combo pH y CE, Hanna, Hanna Instruments, Woonsocket, Rhode Island, USA) y la concentración de NO₃ ^- y Ca⁺² en la solución nutritiva y en peciolo de la hoja; para esto, se muestrearon tres hojas intermedias a las cuales se les eliminó el peciolo y en un mortero se les extrajo la savia y las mediciones se hicieron con un ionómetro (Laqua Twin Compact Ion Meter, Horiba, Kyoto, Japón) para comparar los valores de NO₃ ^- con la norma Europea 1258/2011 (^{EC, 2011}), los datos fueron transformados a mg kg^-1 y ajustados a los valores de peso fresco y seco.

Análisis estadístico

Con los datos obtenidos se realizó un análisis de varianza y una comparación de medias con la prueba de Tukey (P ≤ 0.05), por medio del programa estadístico SAS (Statistical Analysis System) versión 9.0.

Peso Seco de Raíz (PSR)

En el Cuadro 1 se observa que la raíz acumuló 11 % más peso seco en el otoño que en el verano. En plantas de Antirrhinum majus L. se reportaron diferencias entre estaciones, ya que el peso radical fue mayor en el invierno, lo cual se atribuyó a que en condiciones de baja temperatura hay una menor demanda de fotosintatos en las hojas (^{Rojas-Velázquez et al., 2013}). En cuanto a la relación NO₃ ^-/NH₄ ⁺, el balance 50/50 causó un 16 % menos PSR que en el resto de los tratamientos. Este efecto de disminución del peso de raíz puede ser debido a la sensibilidad inherente de las plantas a la relación NO₃ ^-/NH₄ ⁺, como en el caso de tomate, cuyo peso seco de raíz fue disminuido con una relación 70/30 (^{Parra et al., 2012}). En contraste, ^{Cao et al. (2010)} mencionan que en pasto ryegrass (Lolium multiflorum) la materia seca de raíz fue más alta cuando se utilizó una relación de NO₃ ^-/NH₄ ⁺ de 75/25. La interacción entre estaciones y relaciones NO₃ ^-/NH₄ ⁺ no mostró efecto significativo sobre esta variable.

Peso seco de hojas (PSH)

No se detectaron efectos significativos por la estación de cultivo (Cuadro 1). Las relaciones NO₃ ^-/NH₄ ⁺ 80/20, 65/35 y 50/50 disminuyeron en 25 % el PSH comparado con las plantas control sin la aplicación de NH₄ ⁺ (100/0). La interacción entre ambos factores muestra que al aumentar la proporción de NH₄ ⁺ se disminuye el PSH; sin embargo, esta disminución fue más acentuada durante el verano, pues al elevarse el NH₄ ⁺ de 0 % a un 20 % hubo una reducción del 31 %, mientras que en el otoño la reducción fue del 27 % al elevarse el NH₄ ⁺ de 0 % a 35 % (Figura 1 A). Se ha reportado que en lechuga una baja radiación disminuye el peso de las hojas (^{De Grazia et al., 2001}), debido a que reduce la capacidad de fotosíntesis (^{Kataria y Guruprasad, 2012}), lo que puede explicar el mayor PSH observado durante el verano ya que, en el presente estudio, la radiación fue mayor en verano que en otoño (luminosidad media de 17,417 vs. 10,004 lux).

Figura 1 Interacción entre estaciones de cultivo y relaciones NO₃ ^-/NH₄ ⁺ en A: peso seco de hojas, B: peso seco total, C: peso fresco total y D: área foliar del estudio en lechuga Montemar. Medias con letras iguales no son estadísticamente diferentes (Tukey P ≤ 0.05). 

Peso seco total (PST)

En esta variable no se detectó efecto significativo de la estación del año (Cuadro 1). La relación NO₃ ^-/NH₄ ⁺ disminuyó en 24 % el PST con la aplicación de 80/20, 65/35 y 30 % con 50/50, comparado con las plantas control sin la aplicación de NH₄ ⁺ (100/0). En este sentido, el NH₄ ⁺ es tóxico para la planta, por lo que su absorción requiere de inmediata asimilación, consumiendo energía, la cual depende de la fotosíntesis, lo que reduce el crecimiento y con esto el peso seco (^{Britto y Kronzucker, 2002}). En contraste, se ha reportado en plantas de fresa (Fragaria × ananassa) que la aplicación de NH₄ ⁺ aumenta un 20 % el peso seco comparado con la sola aplicación de NO₃ ^- (^{Campos-García et al., 2016}). La interacción entre ambos factores muestra que al aumentar la proporción de NH₄ ⁺ disminuye el PST; sin embargo, esta disminución fue más acentuada durante el verano, pues al elevarse el NH₄ ⁺ de 0 a 20 % hubo una reducción del 28.8 %, mientras que en el otoño la reducción fue del 18.3 % al elevarse el NH₄ ⁺ de 0 a 35 % (Figura 1 B). En plantas de arroz (Oryza sativa), ^{Ta y Ohira (1981)} reportaron efectos similares, ya que los efectos dañinos del NH₄ ⁺ fueron más severos en verano que en otoño; esto se atribuyó a la alta temperatura y luminosidad, los cuales afectan el crecimiento, siendo éste mayor con NO₃ ^- que con NH₄ ⁺.

Peso fresco (PF)

No se detectaron efectos significativos en esta variable por la estación de cultivo (Cuadro 1). La relación NO₃ ^-/NH₄ ⁺ disminuyó 29 % el PF con la aplicación de 80/20, 65/35 y 50/50 comparado con las plantas control sin la aplicación de NH₄ ⁺ (100/0). En lechuga, ^{Urlić et al. (2017)} reportaron tendencias similares, ya que que el peso fresco disminuyó con la aplicación de NH₄ ⁺ y aumentó con la aplicación de NO₃ ^-; en contraste, en plantas de fresa, las relaciones altas en NH₄ ⁺ aumentaron 28 % el peso fresco (^{Campos-García et al., 2016}). La interacción entre ambos factores muestra que al aumentar la proporción de NH₄ ⁺ disminuye el PF; sin embargo, esta disminución fue más acentuada durante el verano, pues al elevarse el NH₄ ⁺ de 0 a 20 % hubo una reducción del 31 %, mientras que en el otoño la reducción fue del 27 % al elevarse el NH₄ ⁺ de 0 a 35 % (Figura 1 C). La reducción en el PF en plantas de lechuga con la aplicación de NH₄ ⁺, también reportada por ^{Urlić et al. (2017)}, se atribuye a un mayor suministro de carbohidratos en las raíces para la asimilación y desintoxicación del NH₄ ⁺ (^{White, 2012}).

Área foliar (AF)

No se detectaron efectos significativos por la estación de cultivo (Cuadro 2), aunque la relación NO₃ ^-/NH₄ ⁺ sí afectó significativamente el AF. En general, el AF disminuyó conforme aumentó la aplicación de NH₄ ⁺ en la solución nutritiva, lo que llegó a ser hasta 36 % en plantas tratadas con 50 % de este catión. Similar a otras variables, la interacción entre ambos factores de variación mostró efectos significativos, observándose que independientemente de la estación del año, al aumentar el NH₄ ⁺ disminuyó el AF, aunque la relación fue más marcada en las plantas cultivadas en verano, pues al elevarse el NH₄ ⁺ de 0 a 20 % hubo una reducción del 21 % (Figura 1 D). En fresa se ha reportado que a medida que aumenta la concentración de NH₄ ⁺, el área foliar se incrementa en 27 % (^{Campos-García et al., 2016}). Las plantas de lechuga producen más hojas en otoño que en primavera, además de que a mayor proporción de NO₃ ^- se obtiene un mayor número de hojas (^{Urlić et al., 2017}).

Unidades SPAD

La estación de cultivo influyó más en otoño al mostrar un incremento significativo del 25 % en unidades SPAD que en verano (Cuadro 2). En cuanto a la relación NO₃ ^-/NH₄ ⁺, no se encontraron diferencias significativas. En este sentido, ^{Cunha et al. (2015)} mencionan que a mayores dosis de N, mayor es la eficiencia fotosintética de la planta, y mayores las unidades SPAD, lo cual no se mostró en el presente experimento, ya que los tratamientos tuvieron la misma cantidad de N. La interacción entre ambos factores de estudio (Figura 2 A) mostró efectos significativos, ya que al elevarse el NH₄ ⁺ de 0 a 35 % en el otoño hubo un aumento de 18 % en unidades SPAD; sin embargo, durante el verano la relación 50/50 es igual estadísticamente a las relaciones 100/0 y 80/20 de otoño.

Figura 2 Interacción entre estaciones de cultivo y relaciones NO₃ ^-/NH₄ ⁺ en A) unidades SPAD, B) NDVI, C) NO₃ ^- en peciolo y D) Ca⁺² en peciolo del estudio en lechuga Montemar. Medias con letras iguales no son estadísticamente diferentes (Tukey P ≤ 0.05).  

Índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI)

No se detectaron efectos significativos entre las estaciones de cultivo (Cuadro 2); sin embargo, la aplicación del 50 % de NH₄ ⁺ disminuyó en 9 % el NDVI, lo cual refleja que estas plantas tienen mayores problemas fisiológicos ocasionados por el NH₄ ⁺. La interacción entre ambos factores de estudio (Figura 2 B) siguió con la misma tendencia, ya que con la aplicación de 50 % de NH₄ ⁺ se observó que durante el verano el efecto fue más acentuado con una disminución del 10 %. El NDVI refleja el estado fisiológico de los cultivos, los valores más cercanos a 1 indican que las plantas están en mejores condiciones debido a que absorben más luz roja y reflejan más luz infrarroja que aquellas con problemas fisiológicos (^{Gutiérrez-Soto et al., 2011}).

Conductividad eléctrica (CE)

En los factores estudiados y su interacción no se encontraron diferencias en la CE (Cuadro 2). En este sentido, ^{Moreno-Pérez et al. (2015)} reportaron tendencias similares en un cultivo de lechuga en raíz flotante, donde los valores iniciales de pH y CE se mantuvieron hasta el final del estudio, lo que se atribuyó a que el agua perdida por evapotranspiración se reponía diariamente y esto disminuía la salinización al consumirse más agua que sales.

Concentración de NO₃ ^-

Se detectaron efectos significativos entre estaciones de cultivo, con una concentración de NO₃ ^- 55 % mayor en verano (Cuadro 3). Esto se atribuye a que la temperatura en verano aumenta la transpiración, lo que provoca un flujo ascendente de NO₃ ^- de la raíz hacia la parte aérea (^{Muro et al., 1998}). La relación NO₃ ^-/NH₄ ⁺ disminuyó 15 % la concentración de NO₃ ^- con la aplicación de 65/35 y 50/50 comparado con las plantas con la aplicación de 100/0 y 80/20. En plantas de lechuga se han reportado tendencias similares (^{Urlić et al., 2017}), con una disminución en el contenido de NO₃ ^- en hojas con aplicaciones de NH₄ ⁺ de 25 a 100 %, lo que coincide con lo mencionado por ^{Xing et al. (2015)} en el cultivo de espinaca (Spinacia oleracea), ya que la concentración de NO₃ ^- en hojas disminuyó 38 % con aplicación de 25 % de NH₄ ⁺. En contraste, se reporta que el NH₄ ⁺ aumentó en varios cultivos el contenido de N en la hoja, como es en fresa (Campos-García et al., 20016) y lisianthus (Eustoma grandiflorum) (^{Hernández-Pérez et al., 2015}).

La interacción entre los dos factores de estudio siguió con la misma tendencia en ambas estaciones, en el verano la concentración de NO₃ ^- fue 55 % mayor que en otoño (Figura 2 C). En plantas de espinaca la concentración de NO₃ ^- puede variar hasta 37 % según el mes que se coseche (^{Jaworska, 2005}). La norma Europea 1258/2011 (^{EC, 2011}) menciona que la concentración permitida de NO₃ ^- en lechuga en invernadero cultivada de octubre a marzo es de 5000 mg NO₃ ^- kg^-1; en el presente estudio la concentración de NO₃ ^- en estos meses (otoño) estuvo por debajo de la norma con una concentración de 2416 mg kg^-1. En lechugas hidropónicas cultivadas en otoño se reportaron tendencias similares, ya que las concentraciones obtenidas de entre 1561 y 1780 mg NO₃ ^- kg^-1 estuvieron por debajo de la norma (^{Croitoru et al., 2015}); sin embargo, en los meses de abril a septiembre, concentraciones de 4000 mg NO₃ ^- kg^-1 son adecuadas según la norma, por lo que la concentración obtenida en el presente estudio durante el verano fue superior a dicha norma, ya que el promedio fue de 5431 mg NO₃ ^- kg^-1.

A pesar de que con las proporciones de NO₃ ^- y NH₄ ⁺ utilizadas en el presente estudio se rebasaron los niveles permitidos por la norma europea, es importante señalar que al aumentarse la proporción de NH₄ ⁺ hasta 50 % hubo una reducción en la concentración de NO₃ ^- en las lechugas (Figura 2 C), lo que se aproxima a los niveles permitidos; lo anterior sugiere que si la proporción de NH₄ ⁺ se hubiese elevado por arriba del 50 %, probablemente se hubiesen alcanzado los niveles permitidos. En contraste con los resultados observados en este estudio, ^{Croitoru et al. (2015)} reportaron valores menores en lechugas en hidroponía cultivadas en verano (entre 1603 y 2083 mg NO₃ ^- kg^-1); sin embargo, tuvieron 3 % más concentración de NO₃ ^- en hojas que en las de otoño. La mayor acumulación de NO₃ ^- puede deberse a que la mayor temperatura en el verano favorece la demanda de azúcares, por lo que disminuye la síntesis de proteínas, lo que aumenta la acumulación de NO₃ ^- en las vacuolas (^{Muro et al., 1998}).

En las concentraciones de NO₃ ^- en solución nutritiva no se detectaron efectos significativos de las estaciones de cultivo ni en la interacción de éstas con las relaciones NO₃ ^-/NH₄ ⁺ (Cuadro 3). En el factor relaciones NO₃ ^-/NH₄ ⁺ se encontraron diferencias significativas con la aplicación del 20 % de NH₄ ⁺ la cual aumentó 48 % la concentración de NO₃ ^- en la solución comparado con 50 % de NH₄ ⁺. Esto puede ser atribuido a que el sistema de raíz flotante proporciona mejores condiciones para la raíz, lo que favorece la absorción de agua y nutrientes en cualquier estación del año (^{Moreno-Pérez et al., 2015}).

Concentración de Ca⁺²

En el contenido de Ca⁺² en peciolo se detectaron efectos por la estación de cultivo, donde el verano fue significativamente mayor en 42 % (Cuadro 3). Los niveles de la relación NO₃ ^-/NH₄ ⁺ no mostraron significancia. En contraste, en plantas de lisianthus la aplicación de 50 % de NH₄ ⁺ en la solución nutritiva aumentó la concentración de Ca⁺² en las hojas y con NO₃ ^- ésta disminuyó (^{Hernández-Pérez et al., 2015}). En cuanto a la interacción entre ambos factores en la concentración de Ca⁺², ésta sólo se vio aumentada significativamente en verano en una proporción de 42 % (Figura 2 D).

En la concentración de Ca⁺² en la solución nutritiva se detectaron efectos significativos por la estación de cultivo, siendo mayor en verano en 18 % (Cuadro 3). El factor relaciones de NO₃ ^-/NH₄ ⁺ y la interacción entre ambos factores de estudio no mostraron significancia en la concentración de Ca⁺². En contraste, en plántulas en tomate al utilizar 30 % de NH₄ ⁺ en la solución nutritiva la concentración de Ca⁺² disminuyó, ésto debido a que el NH⁺ se absorbe más rápidamente que el Ca⁺² y el Mg⁺² (^{Parra et al., 2012}).