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Introducción
En el año 2012, México fue el principal exportador de tomate a nivel mundial con 23.6% del total de las exportaciones, lo que generó un ingreso de divisas de 1 553 millones de dólares. En ese año, Sinaloa fue el primer productor de tomate con 21.8% de la producción total y un ingreso por valor de la producción de 254 millones de dólares (SAGARPA, 2012). En Sinaloa, el tomate se cultiva a campo abierto y en condiciones de agricultura protegida (invernadero y casa sombra). En estos sistemas de producción, el cultivo de tomate utiliza plántulas que se producen en invernadero, y después, son trasplantadas al sistema correspondiente.
La producción comercial de plántulas de tomate para el trasplante a campo abierto o en superficie protegida es una actividad que realizan algunos invernaderos sinaloenses, a petición de los productores interesados, los cuales proporcionan las semillas y pagan una remuneración económica al productor, para que se encargue de las labores culturales (siembra en recipientes con sustrato, riegos, fertilización, control de plagas y enfermedades) hasta que la plántula está lista para el trasplante.
En la etapa previa al trasplante la nutrición es uno de los factores que afectan el crecimiento y el estado nutrimental de las plántulas, lo cual está muy relacionado con precocidad, rendimiento y el número de frutos por planta (Markovié et al., 1997). De los 17 nutrimentos reconocidos como esenciales para las plantas, generalmente el productor de plántulas aplica una solución nutritiva que contienen 12 nutrimentos (N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Cu, Zn, Mn, B y Mo), ya que el C, H, O, Cl y Ni no son aplicados, porque los cuatro primeros las plantas los obtienen del agua o del aire, mientras que el níquel no se aplica porque se desconoce su impacto en las hortalizas.
El N es un componente del DNA, RNA, proteínas, enzimas, clorofila, ATP, auxinas y citoquininas (Hawkesford et al., 2012), y puede suministrarse a las plantas en cuatro formas: nítrica, amoniacal, ureica y aminoácidos, aunque la forma nítrica es absorbida preferentemente por la mayoría de los cultivos (Mengel y Kirkby, 2000), por lo que es la más usada en los cultivos hortícolas. Sin embargo, para aumentar algunos parámetros de calidad de las plántulas de tomate, puede sustituirse 15% del total de N nítrico en la solución nutritiva, con un porcentaje similar de N amoniacal y ureico o una mezcla 7.5% de N nítrico más 7.5% de N amoniacal (Parra et al, 2010).
El K es un macronutrimento esencial para las plantas; participa en el gradiente de potencial eléctrico en las membranas celulares, la turgencia, la activación de enzimas, la fotosíntesis, el metabolismo de azúcares y de almidón, la síntesis de proteínas, la apertura y cierre de los estomas, la estabilización del pH celular, y el balance catión-anión celular (Marschner, 1995; Mengel y Kirkby, 2000). Las concentraciones de NO3 -y de K+ en la solución nutritiva determinan la relación NO3-/ K+, mejor conocida como la relación N/K, la cual puede ser evaluada mediante relaciones relativas de iones, por lo que una concentración alta de NO3-, respecto a los aniones H2PO4 - y SO4 2-, y una baja concentración de K+, respecto a los cationes Ca2+ y Mg2+ en la solución nutritiva, indica una relación alta de NO3 -/ K+. Steiner (1961) menciona que, aunque muchas personas consideran importante la relación N/K, dicha importancia está sujeta a discusión.
En México, son escasos los estudios referentes a la relación N/K en la solución nutritiva, utilizando relaciones NO3-/ aniones y K+/cationes sobre el crecimiento de tomate, aunque a nivel comercial se presentan algunas recomendaciones generales, con base en proporciones totales de N y K (Resh, 1992). Los objetivos de este estudio fueron determinar el efecto de tres relaciones NO3-/aniones (NO3-, H2PO4 - y SO4 2-) y tres relaciones K+/cationes (K+, Ca2+ y Mg2+) en la solución nutritiva, en el crecimiento, composición mineral y extracción nutrimental de un híbrido de tomate.
Materiales y métodos
Desde el 21 de marzo al 30 de abril de 2013 se realizó un experimento en un invernadero de la Facultad de Agronomía, localizado entre 22° 30' y 27° 40' latitud norte y 105° 24' y 109° 27' longitud oeste, a una altitud de 38 m y temperaturas promedio de 38/17 °C (día/noche). Las semillas de tomate de crecimiento indeterminado cv. 3832 se sembraron en charolas de poliestireno de 200 cavidades con volumen individual de 30 cm3; que contenían una mezcla de turba y vermiculita (1:1 v/v). El diseño experimental fue completamente al azar con arreglo factorial de tratamientos 32, y cuatro repeticiones, para un total de 36 unidades experimentales, donde cada unidad experimental consistió de 30 plantas.
Los factores y niveles evaluados fueron: 1) relación porcentual NO3-/aniones (NO3-, H2PO4-, SO4 2-) (40/100, 60/100 y 80/100); y 2) relación porcentual K+/cationes (K+, Ca2+, Mg2+) (15/100, 35/100 y 55/100) (Cuadro 1). Al combinar las tres relaciones porcentuales NO3 -/aniones con las tres de K+/cationes resultan nueve soluciones nutritivas (SN), las cuales se diseñaron a partir de modificaciones de la SN universal (Steiner, 1984) y consistieron en variar la concentración de NO3- con relación a H2PO4 - y SO4 2-, así como la concentración de K+ respecto a Ca2+ y Mg2+. La composición química de las SN, se calculó y ajustó a un potencial osmótico de -0.072 MPa (Cuadro 2), de acuerdo con lo propuesto por Steiner (1984).
Las SN se prepararon con sales inorgánicas grado reactivo y agua destilada y se añadieron las concentraciones de micronutrimentos (mg L-1) siguientes: Fe 2.5, Mn 0.5, B 0.5, Cu 0.02 y Zn 0.05 (Parra et al., 2012). El Fe se proporcionó como Fe-EDTA y el pH de las SN se ajustó a 5.5±0.1 con HCl 1N o NaOH 1N. Nueve días después de la siembra, cuando las plántulas tenían dos hojas verdaderas, se inició la aplicación de las SN, cuyas concentraciones se aumentaron cada 10 d en el orden: 50, 75 y 100%. Las plantas se regaron diariamente a las 08:00 y 14:00 h asperjando al follaje los tratamientos con atomizadores (1 L de capacidad) hasta el escurrimiento de la solución por los orificios inferiores de las cavidades. Para evitar una posible acumulación de sales en el follaje de las plántulas, provenientes de las SN al evaporarse el agua, se roció agua destilada mediante atomizador después de cada aplicación de los tratamientos.
Para evaluar el efecto de los factores sobre las variables de crecimiento (altura, diámetro de tallo y peso seco de hojas, tallos y plántulas) se seleccionaron seis plantas por tratamiento, y para determinar la composición mineral del vástago se escogieron 20 plantas, a los 38 días después de la siembra, y se integraron cuatro repeticiones compuestas, cada una, con cinco plántulas, cuyos vástagos se fraccionaron en hojas y tallos. En estos órganos se realizó el análisis químico para determinar la concentración de N, P, K, Ca y Mg, conforme a las metodologías propuestas por Motsara y Roy (2008). El análisis de varianza incluyó los factores principales y su interacción. Los análisis estadísticos se hicieron con el programa SAS versión 8 (SAS, 1999).
Resultados y discusión
Variables de crecimiento
El análisis de varianza mostró efectos significativos (p≤ 0.05) de la interacción NO3 -/aniones x K+/cationes para altura de plántula (AP), diámetro de tallo (DT) y peso seco de tallo (PST), mientras que el factor relación porcentual NO3 -/ aniones tuvo diferencias estadísticas (p≤ 0.05) para peso seco de hojas (PSH) y para peso seco de plántulas (PSP) (Cuadro 3). Las AP obtenidas con las tres relaciones NO3-/ aniones fueron similares para las relaciones 35 y 55/100 K+/ cationes, sin embargo, para la relación 15/100 K+/cationes las AP variaron entre si (p≤ 0.05). Las mayores AP (26.7 y 27.5 cm) se obtuvieron con las combinaciones 60 y 80/100 NO3 -/aniones con 15/100 K+/cationes (Cuadro 4), atribuido a que aumentos del N en la SN incrementan el crecimiento (Fageria, 2001). La AP es un indicador básico de la calidad de plántula y de acuerdo con Lazic et al. (1993), la AP de tomate al momento del trasplante debe estar entre 20 y 30 cm. En el presente estudio todas las combinaciones NO3 -/aniones x K+/ cationes tuvieron valores adecuados de altura (22 a 27.5 cm).
Cuadro 3 Efecto de la relación NO3 -/aniones y K+/cationes en la solución nutritiva en la altura (AP), diámetro de tallo (DT), peso seco de hojas (PSH), peso seco de tallos (PST) y peso seco de plántulas (PSP) de tomate.
Medias con las mismas letras en cada columna y cada factor, son estadísticamente iguales (Tukey, 0.05); ns= no significativo.
Cuadro 4 Efecto de la interacción NO 3 7aniones x K+/cationes en la solución nutritiva sobre la altura (AP), diámetro de tallo (DT) y el peso seco de tallo (PST) de plántulas de tomate.
Medias con las mismas letras en cada columna y cada factor, son estadísticamente iguales (Tukey, 0.05).
Los diámetros de tallos (DT) obtenidos con las tres relaciones NO3 -/aniones fueron similares para las tres relaciones K+/ cationes (Cuadro 4); sin embargo, al analizar los DT obtenidos con las tres relaciones K+/cationes dentro de cada nivel de la relación NO3-/aniones, se observó que el mayor DT (3.24 mm) se obtuvo con la combinación 40/100 NO3-/aniones y 55/100 K+/cationes, mientras que el menor DT (2.52 mm) fue obtenido con 40/100 NO3 -/aniones y 15/100 K+/cationes, equivalente a una mayor relación N/K. El DT es un buen indicador del vigor de las plántulas, ya que refleja directamente la acumulación de fotosintatos, los cuales pueden trasladarse a los sitios de demanda (Preciado et al, 1992).
Además, un mayor DT previene el acame de las plantas por acción del viento en el campo (Orzolek, 1991), por lo que las plántulas obtenidas con la combinación 40/100 NO3-/ aniones y 15/100 K+/cationes tienen una menor calidad y por lo tanto, menos posibilidad de éxito durante el trasplante, especialmente en áreas con condiciones de vientos fuertes (Cuadro 4). Los PST obtenidos con las tres relaciones NO3 -/ aniones fueron similares para las relaciones 35 y 55/100 K+/ cationes. Sin embargo, para la relación 15/100 K+/cationes los PST variaron entre sí (p≤ 0.05).
El mayor PST (0.23 g) se obtuvo con la combinación 80/100 NO3 -/aniones x 15/100 K+/cationes, mientras que el menor (0.14 g) fue obtenido con 40/100 NO3 -/aniones x 15/100 K+/cationes; es decir, que al aumentar el N en el nivel 15/100 K+/cationes (mayor relación N/K) el PST aumentó significativamente (p≤ 0.05). Un mayor contenido de materia seca de los tallos proporciona mayor resistencia al frío y al ser menos suculentos por tener menor contenido de agua son menos quebradizos, lo que es importante para disminuir el estrés después del trasplante (Markovié et al, 1997). La relación porcentual de NO3 -/aniones en la SN aumentó (p≤ 0.05) el PSH y el PSP, donde los mayores valores (0.40 y 0.62 g) fueron obtenidos con la relación 80/100NO3 -/aniones y los menores valores (0.33 y 0.50 g) se obtuvieron con 40/100 NO3-/aniones (Cuadro 3), valor que posiblemente no cubrió la demanda de N de las plántulas, lo que redujo el PSH y el PSP.
Concentración de nutrimentos en hojas
La interacción NO3 -/aniones x K+/cationes fue significativa (p≤ 0.01) para la concentración de Ca en hojas, mientras que el factor relación porcentual NO3-/aniones en la SN afectó la concentración de N, P y K, y la relación K+/cationes fue diferente para N, K y Mg (Cuadro 5).
Cuadro 5 Efecto de la relación NO 3 - /aniones y K+/cationes en la solución nutritiva y la concentración de nutrimentos en hojas de plantas de tomate.
Medias con letras iguales en cada columna para cada factor, son estadísticamente iguales (Tukey, 0.05); ns= no significativo.
No hubo efecto en las concentraciones de Ca obtenidas con las tres relaciones NO3 -/aniones para la relación 55/100 K+/cationes, pero hubo diferencias para las relaciones 15 y 35/100 K+/cationes. En estas dos relaciones K+/cationes los mayores valores (2.11 y 1.87% de Ca) se obtuvieron con 80/100 NO3-/ aniones, las cuales fueron significativamente mayores a las concentraciones de Ca obtenidas con 40 y 60/100 NO3 -/ aniones (Figura 1).
Figura 1 Efecto de la interacción NO 3 7aniones x KVcationes en la solución nutritiva y la concentración de Ca en hojas de tomate cv. 3832. Puntos con letras diferentes en una columna y en una línea son estadísticamente diferentes (p≤ 0.05).
Estos resultados indican que aumentar la relación N/K en las relaciones bajas e intermedias de K+/cationes (15 y 35/100), incrementó la absorción de Ca en las hojas (Figura 1), lo que puede ser atribuido a las menores concentraciones de K, ya que este nutrimento cuando está presente en concentraciones elevadas tiene una movilidad alta y reduce la absorción de Ca (Kavvadias et al, 2012; Fageria, 2001). La concentración de N en las hojas presentó una tendencia lineal con el factor NO3 -/aniones, porque al incrementar la relación porcentual NO3 -/aniones en la SN, las concentraciones de N en las hojas aumentaron, y la mayor concentración (4.93% de N) se obtuvo con 80/100 NO3 -/aniones y la menor (4.42% de N) fue obtenida con 40/100 NO3-/aniones (Cuadro 5).
Hubo una tendencia negativa entre la relación NO3-/ aniones en la SN y las concentraciones de P en las hojas, debido a que al incrementar la relación NO3-/aniones las concentraciones de P fueron reducidas significativamente (p≤ 0.05), por lo que el mayor valor (0.81% de P) se obtuvo con 40/100 NO3-/aniones y el menor (0.45% de P) fue obtenido con 80/100 NO3-/aniones (Cuadro 5). Esta reducción en la concentración de P, posiblemente se origine por un efecto de dilución, debido a la mayor producción de materia seca en las hojas, desarrolladas en la relación 80/100 NO3-/aniones (Cuadro 3). Aunado a lo anterior, la extracción de P por las hojas provenientes de la relación 80/100 NO3-/aniones tuvieron el menor valor (1.85 mg planta-1), lo que aporta más evidencias del efecto de dilución (Cuadro 6).
Cuadro 6 Efecto de la relación NO3 -/aniones y K+/cationes en la solución nutritiva y la concentración de nutrimentos en tallos de plantas de tomate.
Medias con letras iguales en cada columna para cada factor, son estadísticamente iguales (Tukey, 0.05); ns = no significativo.
Hubo una tendencia cuadrática entre las relaciones NO3 -/ aniones y las concentraciones de K, ya que al incrementar de 40/100 a 60/100 NO3 -/aniones en la SN las concentraciones de K en hojas aumentaron (p≤ 0.05); sin embargo, con 80/100 NO3-/aniones, la concentración de K disminuyó, respecto a 40/100 NO3-/aniones (Cuadro 5), debido posiblemente al efecto de dilución discutido anteriormente. Las concentraciones de K en hojas se incrementaron linealmente (una concentración mayor de K podría aumentar (%) de K en las hojas), con las relaciones K+/cationes en la SN; la mayor concentración (5.83%) se obtuvo con 55/100 K+/cationes y la menor (3.67%) con 15/100 K+/cationes. Se presentó una tendencia negativa entre la relación K+/ cationes y las concentraciones de Mg en hojas, debido a que las concentraciones de Mg se redujeron con los aumentos en la relación K+/cationes, indicando antagonismo entre K y Mg (Fageria, 2001), ya que el menor valor (0.49% de Mg) se obtuvo con 55/100 K+/cationes y el mayor (0.88% de Mg) fue obtenido con 15/100 K+/cationes (Cuadro 5). La relación K+/cationes afectó (p≤ 0.05) la concentración de N en hojas donde la mayor concentración (4.87%) se obtuvo con la relación 15/100 K/cationes y la menor (4.52%) con 35/100 K+/cationes (Cuadro 5).
Concentración de nutrimentos en tallos
La interacción NO3 -/aniones x K+/cationes fue altamente significativa (p≤ 0.01) para las concentraciones de N, P, K y significativa (p≤ 0.05) para Mg, mientras que la relación NO3 -/aniones lo fue (p ≤ 0.05) para la concentración de Ca (Cuadro 6). Las concentraciones de N obtenidas con las tres relaciones NO3 -/aniones fueron iguales para la relación 55/100 K+/cationes, pero para las relaciones 15 y 35/100 K+/cationes hubo diferencias (Cuadro 7). Para estas dos relaciones K+/cationes al aumentar la relación NO3 -/aniones en la solución nutritiva, las concentraciones de N tuvieron incrementos significativos. Las concentraciones de P obtenidas con las tres relaciones fueron diferentes para las tres relaciones K+/cationes.
Cuadro 7 Efecto de la interacción NO3 -/aniones x K+/cationes en la solución nutritiva en la concentración de nitrógeno (N), fósforo (P), potasio (K) y magnesio (Mg) en tallos de plántulas de tomate.
Medias con letras iguales en cada columna, son estadísticamente iguales (Tukey, 0.05).
Para las relaciones 15 y 35/100 K+/cationes al aumentar las relaciones NO3-/aniones las concentraciones de P fueron reducidas, y los menores valores (0.20 y 0.14% de P) fueron obtenidos con 80/100 NO3 -/aniones y 15 ó 35/100 K+/cationes. En contraste, para la relación 55/100 K+/ cationes, la mayor concentración de P (0.43 %) se obtuvo con 80/100 NO3-/aniones y la menor (0.26 % de P) con 40/100 NO3-/aniones (Cuadro 7). Las concentraciones de K obtenidas con las tres relaciones NO3-/aniones fueron diferentes (p≤ 0.01) para las tres relaciones K+/cationes. Para las relaciones 15 y 35/100 K+/cationes los mayores valores (7.47 y 6.90% de K) se obtuvieron con 60/100 NO3-/aniones y al incrementar la relación a 80/100 NO3-/ aniones en la SN, para ambas relaciones K+/cationes, las concentraciones de K en los tallos fueron reducidas significativamente (p≤ 0.01).
Para la relación 55/100 K+/cationes los mayores valores (8.73 y 8.03% de K) se obtuvieron con 40 y 80/100 NO3 -/aniones y el menor valor (6.37% de K) con 60/100 NO3 -/aniones (Cuadro 7). Las concentraciones de Mg obtenidas con las tres relaciones NO3-/aniones no presentaron diferencias para la relación 15/100 K+/cationes; sin embargo, para las relaciones 30 y 45/100 K+/cationes si hubo diferencias (p≤ 0.05). En estas dos relaciones K+/cationes los mayores valores (0.70 y 0.53% de Mg) se obtuvieron con 80/100 NO3-/aniones, mientras que los menores (0.40 y 0.28% de Mg) fueron obtenidos con 40/100 NO3 -/aniones y 30 ó 45/100 K+/cationes.
Las interacciones de N, P, K y Mg encontradas en el presente estudio, coincide con Fageria (2001) quien menciona que las interacciones de los nutrientes en las plantas son complejas y que pueden inducir deficiencias, toxicidades, modificar la respuesta del cultivo y alterar la composición nutrimental y que el entender estas interacciones es importante para suministrar en forma balanceada los nutrientes. Las concentraciones de Ca en los tallos fueron afectados por la relación porcentual NO3 -/ aniones en la SN donde el mayor valor (0.84% de Ca) fue obtenido con 80/100 NO3 -/aniones y el menor (0.54 % de Ca) se obtuvo con 40 o 60/100 NO3-/aniones (Cuadro 6). Este resultado coincide con lo reportado por otros autores (Marschner, 1995; Mengel y Kirkby, 2000) quienes mencionan que las plantas que absorben preferencialmente los nitratos contienen niveles altos de cationes, entre los cuales está el calcio.
Extracción de nutrimentos por hojas
Las extracciones de N, K y Ca fueron diferentes para la relación porcentual NO3 -/aniones en la SN, donde las mayores extracciones se lograron con 80/100 NO3 -/aniones y las menores fueron obtenidas con 40/100 NO3-/aniones. Estos resultados se debieron al mayor peso seco de las hojas y a las mayores concentraciones de N, K y Ca en esos órganos vegetales. La relación porcentual K+/cationes afectó estadísticamente (p≤ 0.05) las extracciones de K, Ca y Mg, donde la mayor extracción de K (19.56 mg planta-1) se logró con 55/100 K+/cationes y la menor (13.46 mg planta-1) con 15/100 K+/cationes, sin embargo, la relación 55/100 K+/ cationes disminuyó significativamente las extracciones de Ca y de Mg, lo cual es un reflejo del antagonismo del K sobre la absorción de Ca y Mg.
Extracción de nutrimentos por tallos
La interacción NO3 -/aniones x K+/cationes fue significativa para las extracciones de N, P y K. Las extracciones obtenidas con las tres NO3 -/aniones fueron iguales (p≥0.05) para las relaciones 35 y 55/100 K+/cationes, aunque para 15/100 K+/cationes hubo diferencias (p≤ 0.05), ya que la mayor extracción (11.09 mg planta-1) se obtuvo con 80/100 NO3 -/aniones y la menor (5.42 mg planta-1) con 40/100 NO3 -/aniones. Las extracciones de P obtenidas con las tres relaciones NO3 -/aniones no presentaron diferencias para las relaciones 15 y 55/100 K+/cationes, sin embargo para la relación 35/100 K+/cationes si hubo cambios (p≤ 0.01), donde los mayores valores (1.21 y 1.21 mg planta-1) fueron obtenidos con 40 y 60/100 NO3 -/aniones y la menor extracción (0.28 mg planta-1) se obtuvo con 80/100 NO3 -/ aniones.
Conclusiones
La interacción entre NO3 -/aniones y K+/cationes en la solución nutritiva afectó (p≤ 0.05) la altura de plántula, el diámetro, el peso seco de tallo y las concentraciones de N, P y de K en el tallo, por lo que en la selección de plántulas de tomate para el trasplante en campo abierto debe de considerarse el efecto de dicha interacción sobre estas variables del crecimiento, así como también el estado nutrimental de las plántulas y las condiciones ambientales (viento y temperatura) del área de producción.
