Diseño experimental y variables evaluadas

Se estableció un diseño completamente al azar con cinco tratamientos y cinco repeticiones. Los tratamientos fueron diferentes concentraciones de la SN universal propuesta por ^{Steiner (1984)}: 25, 50, 75, 100 y 125 % (Cuadro 1). Diariamente se suministraron de manera manual 300 mL de la SN por bolsa. La SN se preparó con fertilizantes solubles: nitrato de potasio, sulfato de potasio, nitrato de calcio, sulfato de magnesio y fosfato monopotásico; como fuente de micronutrimentos se utilizaron 0.025 g·L^-1 de una mezcla comercial Ultrasol^® microMix. Durante todo el ciclo de cultivo, el pH de la SN se ajustó entre 5.5 y 6.0 con H₂SO₄. La presión osmótica se mantuvo en -0.018, -0.036, -0.054, -0.072 y -0.090 MPa en los tratamientos, respectivamente. La unidad experimental consistió en cinco bolsas con sustrato, con una planta en cada bolsa, lo que dio un total de 125 plantas.

Durante el experimento se realizaron cuatro cosechas (C), a los 30, 60, 90 y 120 días después del trasplante, y se cuantificaron las siguientes variables:

Producción de materia fresca y seca por planta: Se pesó la materia fresca aérea acumulada al momento en que los tallos alcanzaron tamaño comercial (15 cm). El corte se realizó 5 cm arriba de la superficie del sustrato para permitir la rebrotación. La cantidad de biomasa por planta se obtuvo a partir del promedio de la unidad experimental. Posteriormente, el material fresco se secó en una estufa (EI45-AIA, Novatech^®, México) a 70 °C hasta peso constante para registrar la materia seca aérea acumulada y conocer su contenido de agua. La producción de materia fresca y seca total se estimó mediante la suma de la cantidad obtenida en las cuatro cosechas y considerando 15 plantas·m^-2.

Concentración de nitrógeno, fósforo y potasio (%): Se realizó una extracción en digestión húmeda de acuerdo con los procedimientos descritos por ^{Alcántar-González y Sandoval-Villa (1999)}. Para el caso del N, se utilizó una mezcla de ácido sulfúrico con ácido salicílico; mientras que para el P y K se usó una mezcla de ácido nítrico con ácido perclórico. El contenido total de N se determinó por el método semi-microkjeldahl, el P por colorimetría con un espectrofotómetro (DR2800, Hach^®, EUA) y el K con un flamómetro (Flame Photometer 410, Sherwood^®, Gran Bretaña).

Requerimiento nutrimental

Una vez identificada la concentración de la SN que indujo la mayor producción de materia fresca, se procedió a calcular el requerimiento nutrimental de N, P y K para el cultivo con los datos de concentración nutrimental obtenidos. A partir de los valores de materia fresca y seca por planta, se calculó la cantidad de materia seca necesaria para producir una tonelada de materia fresca, y con base en su concentración nutrimental se calculó la cantidad de nutrimentos necesarios para producir dicha cantidad de materia fresca.

Análisis estadístico

Con los resultados obtenidos de cada corte, se realizó un análisis de varianza y una prueba de comparación de medias de Tukey (P ≤ 0.05) con ayuda del programa Statistical Analysis System (^{SAS Institute, 2004}). Adicionalmente, se realizó un ajuste cuadrático entre la concentración de la SN y la producción de materia fresca.

Materia fresca y seca

En cuanto a la producción de biomasa, los tratamientos de la SN al 50 y 75 % tuvieron la mayor producción de materia fresca y seca total (P ≤ 0.05), mientras que los de 25 y 125 % fueron las concentraciones con menor producción de biomasa (Cuadro 3). Tanto la materia fresca como la seca son el producto de interés económico en el cultivo, y dichos resultados permiten definir que la SN de Steiner al 50 y 75 % es óptima para la producción de orégano en sistemas hidropónicos; sin embargo, la SN al 50 % representa un menor uso de fertilizantes con respecto a la de 75 %.

Los resultados encontrados coinciden con los reportados por ^{Carrasco, Ramírez, y Vogel (2007)}, quienes indicaron que la mayor producción de biomasa se logró con la SN que tuvo una conductividad eléctrica (CE) de 1.5 dS·m^-1, la cual es similar a la que tiene la SN de Steiner al 75 %. No obstante, dichos resultados contrastan con los obtenidos por ^{Juárez-Rosete, Olivo-Rivas, Aguilar-Castillo, Bugarín-Montoya, y Arrieta-Ramos (2014)} en el cultivo de menta, otra especie aromática de importancia comercial establecida bajo las mismas condiciones de producción utilizadas en el presente estudio. Estos autores obtuvieron la mayor ganancia de peso en biomasa aérea con la SN al 125 %.

La disminución significativa de la producción de biomasa en las cuatro FC con la SN al 25 y 125 % indica, por un lado, que la concentración de nutrientes en el caso de SN al 25 % no abastece la necesidad nutrimental del cultivo, principalmente de N. Por otro lado, la SN al 125 % es excesiva e induce problemas de absorción de nutrientes por poseer un potencial osmótico alto, lo cual limita la absorción de iones por la raíz (^{Trejo-Téllez & Gómez-Merino, 2012}).

La producción de biomasa está en función del tiempo, lo que ha facilitado predecir de manera exitosa la producción de materia seca a lo largo del ciclo de crecimiento en cultivos como maíz, trigo y algunas especies olerícolas como lechuga, rábano y col china (^{Bugarín-Montoya et al., 2011}). Sin embargo, en el caso de especies de hojas que rebrotan, la producción de biomasa posee una dinámica diferente, debido a que después de cada corte hay un incremento en el número de tallos que rebrotan.

En general, cuando el orégano es cultivado para consumo en fresco se realizan cortes cada 30 días (^{Juárez-Rosete et al., 2013}), y si es para la producción de hojas secas, las plantas se cosechan hasta que se forman yemas florales. Para cuantificar el requerimiento nutrimental interesa conocer la cantidad de nutrientes que extrajo el cultivo al momento de la cosecha, cuando su crecimiento y desarrollo han sido en condiciones óptimas. En ese sentido, se observó que la mayor producción de biomasa se logró con la SN de Steiner al 50 y 75 %; sin embargo, los cálculos de requerimiento nutrimental del cultivo se hicieron con la SN al 50 %, por representar ahorro en el uso de fertilizantes.

Nitrógeno

La concentración de N muestra diferencias estadísticas significativas entre tratamientos, en las cuatro FC. La mayor concentración de N se registró en las SN con 100 y 125 % de concentración (de 3.06 a 3.46 % de N); sin embargo, estos tratamientos no reportaron mayor producción de biomasa, lo que indica que tales concentraciones de N para este cultivo son excesivas. Los niveles de este elemento que reportaron la SN al 50 y 75 % se encuentran en un intervalo de 2.55 a 3.16 %, los cuales pueden considerarse como óptimos (Cuadro 4).

En la medida en que la concentración de la SN fue mayor (100 y 125 %), el contenido de N también lo fue. ^{Azizi, Yan, y Honermeier (2009)} indicaron que el suministro de N en exceso tiene otras repercusiones en el cultivo de orégano, como la disminución significativa de la concentración de aceites esenciales, lo cual es otro aspecto de interés en la producción de este cultivo. En este sentido, es primordial identificar la concentración de SN que no cause una nutrición nitrogenada excesiva, y que además permita la mayor producción de biomasa.

El N es uno de los nutrientes responsables del crecimiento vegetativo; sin embargo, no sigue una tendencia lineal infinita, sino que los cultivos llegan a un punto de saturación del elemento (^{Alejo-Santiago et al., 2015}), lo que conlleva a una disminución en la producción de biomasa. Una explicación a este comportamiento es la dinámica que sigue el N en la planta, ya que una vez que se absorbe y llega a las hojas sufre una conversión a amonio para continuar su ruta hacia la formación de proteína. Tal reducción de N implica la oxidación de carbonos (^{Xu, Fan, & Miller, 2012}), lo cual es un proceso de desgaste energético que afecta la acumulación de biomasa. ^{Barreyro, Ringuelet, y Agrícola (2005)} también encontraron un efecto de disminución del rendimiento al elevar la dosis de N de 80 a 120 kg·ha^-1 en la producción de orégano en campo; esto confirma que un exceso de fertilizante nitrogenado afecta el rendimiento.

Fósforo

La concentración de P en biomasa mostró diferencias estadísticas significativas en tres FC. La SN que provocó mayor concentración de este elemento fue la de 125 %, mientras que la SN a 25 % fue la que tuvo el menor valor. La SN al 50 y 75 % reportaron valores de P entre 0.35 y 0.48 % (Cuadro 5).

Aunque existe diferencia estadística significativa en la concentración de P por efecto de tratamientos, los niveles fluctuaron en un intervalo de 0.31 a 0.51 %, los cuales se consideran óptimos en la mayoría de los cultivos. Uno de los factores que más influyen en la absorción de P en los cultivos es el pH de la SN, y en esta investigación se mantuvo entre 5.5 y 6.0 durante el ciclo de producción, por lo que se observó un aumento en la absorción del nutrimento conforme incrementó la concentración de la SN. ^{Pal et al. (2016)} obtuvieron una concentración de P de 0.25 % con una dosis de este elemento de 125 a 250 kg·ha^-1 y con rendimiento de 18.60 t·ha^-1 de materia fresca. En este sentido, se infiere que la concentración de P en la presente investigación estuvo en los rangos de suficiencia.

El orégano es un cultivo que puede soportar altos niveles de P sin presentar problemas fitotóxicos. Al respecto, ^{Karagiannidis, Thomidis, Lazari, Panou-Filotheou, y Karagiannidou (2011)} lograron concentraciones de P de 0.90 % al incorporar hongos micorrízicos (G. etunicatum y G. lamellosum) en el manejo de este mismo cultivo, mientras que sin micorrizas obtuvieron una concentración de 0.10 %. Dichos valores, aparentemente elevados, no afectaron negativamente la producción de biomasa, aunque en el presente experimento no se incrementó a tales niveles la concentración de P.

La concentración de P que se presenta en biomasa se puede explicar por la función que desempeña este elemento en las plantas y su ruta que finaliza en la semilla, cuando el órgano de interés es la producción de semilla, como lo reporta ^{Dordas (2009)}, quien indica que existe una fuerte traslocación de P y N, de los tejidos vegetativos hacia el desarrollo de grano. En el caso del orégano, el interés económico es la producción de materia fresca o seca; por lo tanto, la planta no culmina su ciclo de vida y no llega a la producción de flor y fruto, esto ocasiona una acumulación del P en el tejido.

Potasio

La concentración de K mostró diferencias estadísticas significativas por efecto de tratamientos en la FC₃ y la FC₄, mientras que en los dos primeros cortes no hubo diferencia estadística. Las SN al 75, 100 y 125 % presentaron la concentración más alta de K (Cuadro 6). Probablemente esto ocurrió debido a que al incrementar la concentración de la SN, aumentó la concentración de los iones, incluido el K, lo cual favoreció una mayor absorción por la planta. De acuerdo con ^{Marschner (2012)}, en la absorción del K pueden operar dos mecanismos dependiendo de la concentración de K en el exterior de las raíces. El mecanismo I sucede cuando la concentración de K en el medio que crecen las raíces es menor de 0.5 mmol·L^-1, y la absorción de K es más selectivo. Por su parte, el mecanismo II opera en concentraciones mayores de 50 mmol·L^-1, y es menos selectivo el proceso de absorción.

^{Economakis (1993)} reportó que la concentración de K en la SN en un rango de 150 a 450 mg·L^-1 no tuvo efecto significativo en el crecimiento de la planta; aunque no reporta la concentración nutrimental, el estudio se realizó con las mismas concentraciones de K en la SN que en la presente investigación. Esta información permite inferir que el K puede acumularse en la biomasa, pero no precisamente conlleva a un incremento significativo en producción de material vegetativo.

Requerimiento nutrimental

La producción de materia fresca presentó diferencia significativa (P ≤ 0.05), y las SN al 50 y 75 % tuvieron la mayor producción de biomasa total en comparación con los demás tratamientos. El requerimiento nutrimental se estimó con los tratamientos de mayor producción de materia fresca total y su concentración de N, P y K; en este caso, las concentraciones que destacaron fueron las de 50 y 75 % con coeficientes significativos (Figura 1). Se consideró la SN al 50 % para el cálculo de requerimiento nutrimental ya que es más económica, por utilizar menos fertilizante. Por su parte, la cantidad de materia seca en una tonelada de materia fresca equivale a 167.24 kg, debido a que el tejido posee 83.28 % de agua. La concentración de N, P, y K en materia seca para dicho tratamiento fue de 2.85, 0.42 y 3.05 %, respectivamente (Cuadro 4, 5 y 6); por lo que el requerimiento nutrimental del orégano se estimó en 4.76 kg de N, 0.70 kg de P y 5.10 kg de K, por tonelada de materia fresca.

Figura 1 Efecto de concentración de la solución nutritiva de Steiner en la producción total de biomasa fresca en Origanum vulgare ssp. hirtum (Link) Ietswaart. Pr > t (x = 0.03; x² = 0.03). Las líneas verticales indican los errores estándar (n = 5). ^zMedias con la misma letra entre concentraciones no difieren estadísticamente (Tukey, P ≤ 0.05).