Ubicación y condiciones ambientales del lugar

El presente trabajo se llevó a cabo en un invernadero de tipo túnel de 120 m², con control pasivo de clima, en él se estableció un sistema hidropónico cerrado, en el cual se midieron tres tiempos de riego con uno y dos goteros, para obtener seis porcentajes de drenaje de la SN desde las macetas a un reservorio para su reciclaje, el invernadero se ubica en la Unidad Académica de Agronomía de la Universidad Autónoma de Zacatecas, en las coordenadas: 22.72° latitud norte y 102.68° longitud oeste, y altitud de 2 440 m.

Tratamientos y diseño experimental

Se evaluaron seis tratamientos de drenaje de la SN, resultantes de la combinación de tres tiempos de duración del riego (1, 2 y 3 min) y dos flujos de los emisores (2 y 4 L h^-1), los porcentajes de drenaje (%D) de la SN en los tiempos de riego mencionados y el flujo de 2 L h^-1 fueron: 25, 30 y 40, los cuales corresponden a los tratamientos 1, 2 y 3, respectivamente; las combinaciones con los mismos tiempos de riego y el flujo de 4 L h^-1, los %D fueron de 45, 50 y 60, correspondientes a los tratamientos 4, 5 y 6, respectivamente. Las frecuencias de los riegos variaron entre 20 y 30 min, dependiendo de la etapa de desarrollo de las plantas.

Cada tratamiento constó de cinco repeticiones, donde cada unidad experimental estuvo constituida por seis macetas con 25 litros de perlita fina como sustrato y dos plantas de tomate en cada maceta, teniéndose una densidad de 3 plantas por metro cuadrado. Cada hilera de seis macetas contó con un sistema de captación de la SN que por gravedad la condujo de las macetas hasta un contenedor para determinar el volumen de la SN drenada, con este valor y el volumen de SN aplicada por día, se determinó el %D (^{Massa et al., 2010}), la SN drenada de cada tratamiento fue conducida hasta un depósito con capacidad de 1000 L en el cual se midió la conductividad eléctrica y el pH, para restaurar a la SN en estos parámetros.

Material vegetal y sistema de producción

La variedad de tomate (Lycopersicum esculentum Mill.) utilizada fue el híbrido “El Cid”, de hábito de crecimiento indeterminado, del tipo saladette. El trasplante se realizó a los 35 días después de la siembra. La perlita fue reutilizada de cuatro ciclos previos para la producción de tomate, pepino (Cucumis sativus L.), tomate y tomate nuevamente. La perlita fue desinfectada antes de ser utilizado en cada ciclo de cultivo con hipoclorito de sodio a una concentración de 4 mg L^-1 (^{Cayanan et al., 2009}).

Manejo de la solución nutritiva durante el experimento

Se utilizó la SN Steiner en 75% de los primeros riegos (entre 28 y 32 riegos) de cada día, la SN drenada de cada tratamiento se almacenó en su respectivo reservorio, antes de los últimos ocho riegos de cada día la SN drenada se restableció añadiendo el agua necesaria para disminuir la CE a 1.7 ± 0.1 dS m^-1 y la cantidad necesaria de una solución 1 N de nitrato de potasio para lograr una CE de 2 ± 0.1 dS m^-1 y la cantidad necesaria de una solución 1 N de ácido sulfúrico o fosfórico para re-establecer el pH a 5.5 ± 0.1. El ácido fosfórico sólo se utilizó cuando el contenido de fósforo presente en la SN descendió a 35 ppm.

El agua utilizada para preparar la SN tuvo: pH= 7.23, CE= 0.55 dS m^-1, concentración de iones solubles en mol_c m^-3: NO₃= 0.21, P-PO₄= 0.02, SO₄= 0.7, HCO₃= 3.6, Cl= 0.8, Ca= 1.85, Mg= 1.48, K= 0.26, Na= 2.09 y en mg L^-1 los micronutrimentos: Fe= 0.03, Mn= 0.02, Zn= 0.01, Cu= 0 y B=0.1.

Los fertilizantes utilizados para preparar la SN fueron nitrato de calcio (Ca(NO₃)₂·0.2NH₄NO₃·H₂O), nitrato de potasio (KNO₃), sulfato de potasio (K₂SO₄), sulfato de magnesio (MgSO₄·7H₂O), fosfato monopotásico (KH₂PO₄), ácido fosfórico (H₃PO₄) y ácido sulfúrico (H₂SO₄). Para proporcionar los micronutrimentos se utilizó un fertilizante que contiene una concentración de: 6.6, 2.6, 1.1, 0.9, 0.3 y 0.2%, de Fe, Mn, Zn, B, Cu y Mo, respectivamente, cuya concentración en la SN fue de: 1.98, 0.78, 0.33, 0.27, 0.09 y 0.06 mg L^-1, para los micronutrimentos respectivos; Fe, Mn, Zn y Cu se aplicaron en forma de quelato con EDTA. El agua utilizada fue directamente de pozo profundo, la presencia en ella de bacterias y hongos fue negativa.

Variables medidas en la planta

En una planta de cada unidad experimental se llevaron a cabo las siguientes mediciones.

Rendimiento. Fue expresado en kilogramos producidos por cada metro cuadrado, también se evaluaron tres componentes de rendimiento fundamentales que fueron:

Número de frutos por planta. Se contaron los frutos cosechados durante el ciclo que llegaron a madurez fisiológica y finalmente se obtuvo la media de los frutos cosechados por planta.

Tamaño de frutos. Se obtuvo al momento de cosecha con un vernier digital ScalaTM en milímetros midiendo los diámetros ecuatorial y polar.

Peso de frutos. Los frutos fueron pesados al ser cosechados, el pesaje se realizó con una báscula digital EK-200i con precisión de 0.01 g. La medición de tamaño y peso de frutos permitió clasificar los frutos en categorías de acuerdo con la siguiente escala: 1a (>130 g), 2a (100-130 g), 3a (60-100 g) y 4a (<60 g).

Variables medidas en calidad de fruto

Fueron tomadas muestras de frutos en dos etapas de la producción, con el mismo índice de madurez (color), en el cuarto y en el octavo racimos, las muestras estuvieron constituidas por cinco frutos considerando la misma posición de ellos en racimo. Los frutos fueron triturados y molidos en un extractor de jugo marca Krups 267. Después de extraer el jugo con una fibra de malla 80 se utilizó para determinar las siguientes variables de calidad:

Sólidos solubles totales (SST). Se tomó una gota del jugo de la muestra obtenida y fue colocada en el sensor de un refractómetro Atago, modelo N-1E, con un rango de lectura de 0 a 32 °Brix.

pH y Conductividad eléctrica. Fueron medidas con un potenciómetro LAQUAtwin B-712 para la prueba de pH y un conductivímetro Laquatwin B-771 para conductividad eléctrica en una muestra de 50 mL de jugo extraído de los frutos, la precisión de la medición fue de 0.01 en ambas propiedades.

Acidez titulable. Fue determinada mediante el método utilizado por ^{San Martín et al. (2012)}. Esta variable se expresó en porcentaje (AT%) como porcentaje de ácido cítrico.

Índice de madurez (IM). Para la determinación de este parámetro se calculó con el método usado por ^{San Martín et al. (2012)}, obteniendo la relación entre SST y AT.

Variables medidas en la solución nutritiva

CE y pH. Estos parámetros fueron medidos con un medidor PCE-CM 41 para conductividad eléctrica y un medidor PCE-PH 22 para pH. Estos parámetros se midieron para regular la nutrición del cultivo y tener un desarrollo normal y equilibrado y se midieron tanto en la SN aplicada como en la drenada.

Para restablecer el pH, se utilizaron ácidos sulfúrico y fosfórico, la cantidad que se aplicó fue la requerida para disminuir nuevamente el pH a un valor de 5.5.

Volumen de solución aplicada. Se instaló un gotero extra en cada unidad experimental en un recipiente para captar la solución aplicada en un día, al término del día se midió con una probeta graduada, obteniendo el volumen aplicado por día por planta.

Volumen de solución drenada. En cada contenedor (bandeja de drenaje) instalado en cada repetición se colectó la SN drenada y se midió su volumen con la ayuda de una probeta graduada, por día y por unidad experimental. Este parámetro también permitió controlar el riego (frecuencia, entre cada 30 y 40 minutos; y número de riegos, entre 30 y 50) y la restauración del pH y la CE de la SN.

Porcentaje de drenaje (%D). Se obtuvo mediante la relación entre el volumen aplicado y el volumen drenado.

Productividad del agua. Se realizó un registro de la cantidad de SN aplicada para cada tratamiento durante el ciclo de cultivo. Posteriormente se obtuvo la relación en kilogramos por metro cúbico de la cantidad de agua aplicada y la cantidad de frutos producidos con tal cantidad.

Análisis estadístico

Los datos obtenidos fueron analizados en un diseño experimental en bloques completos al azar y sometidos a un análisis de varianza (Anova) y una prueba de medias mediante el criterio de Tukey, con (α≤ 0.05). Este análisis se realizó con el programa estadístico SAS (Stadistical Analysis System) versión 9.4.

Variables medidas en la planta

Rendimiento. El rendimiento fue mayor en los tratamientos con 40 y 45% D con respecto a los demás tratamientos (Cuadro 1), estos rendimientos son mayores 14% a los obtenidos por ^{Sánchez et al. (2014)}, donde evaluaron sistemas hidropónicos abiertos y cerrados, la presente investigación proporcionó resultados un poco inferiores a los obtenidos por ^{Oztekin et al. (2008)} y ^{Nakano et al. (2010)} ya que no encontraron diferencias significativas utilizando sustratos distintos y nuevos y diferentes sistemas hidropónicos abiertos y cerrados en cultivo de tomate.

Número de frutos. El número de frutos por planta no fue diferente entre los tratamientos evaluados (Cuadro 1). El número de frutos en los tratamientos osciló con mayor frecuencia entre 40-50 frutos por planta durante los 18 cortes realizados en todo el ciclo (mayo a noviembre), estos resultados son similares a los obtenidos por ^{Urrieta et al. (2012)}. La razón de no haber diferencias se debe probablemente a que el número de frutos está fuertemente influenciado por algunas características morfológicas de las plantas, entre ellas el tipo de inflorescencia y el número de flores por racimo (^{Rivas et al., 2012}).

Tamaño de frutos. Esta variable fue mayor en los tratamientos con 40 y 45% D respecto a los demás tratamientos (Cuadro 1); sin embargo, los resultados de los seis tratamientos son similares a los de ^{Ucan et al. (2004)}. El tamaño del fruto está fuertemente relacionado con el número de frutos, ya que, a un menor número de frutos, mayor es la cantidad de fotoasimilados destinados a cada fruto, propiciándose mayor tamaño de fruto (^{Ucan et al., 2004}; ^{Rivas et al., 2012}).

Peso de frutos. El peso de los frutos se relacionó fuertemente con el tamaño, a mayor tamaño mayor peso, por esta razón el peso de los frutos también fue mayor en los tratamientos con 40 y 45% D (Cuadro 1), estos tratamientos presentaron un peso medio de fruto superior 23% respecto al tratamiento con el menor peso promedio de fruto, correspondiente al tratamiento con 25% D, lo cual puede deberse principalmente a que en este tratamiento se presentó mayor estrés en la planta afectando su rendimiento (^{Sengupta y Banerjee, 2012}; ^{Sánchez et al., 2014}).

Las variables mencionadas anteriormente (tamaño y peso de frutos) se determinó que los frutos que predominaron tuvieron pesos de 60 a 100 g para los tratamientos con 25, 30, 50 y 60%D y de categoría 2 (100-130 g) para los tratamientos con 40 y 50%D (Cuadro 1), de acuerdo con la escala establecida para los tamaños (diámetros polar y ecuatorial) y pesos de los frutos.

Variables medidas en calidad de fruto

Sólidos solubles totales (SST). El tratamiento con 25%D fue estadísticamente mayor a los demás en ambas etapas de medición; asimismo, el tratamiento con 30%D también fue mayor en la segunda etapa, los resultados obtenidos variaron desde 4.85 hasta 5.99 °Brix (Cuadro 2), estos valores son superiores a los encontrados por ^{Rivas et al. (2012)} de 4.57 a 5.10 °Brix en distintos cultivares de tomate y ^{Urrieta et al. (2012)} de 4.81 a 5.33 °Brix usando variedades nativas como material vegetal.

Los SST son un parámetro de calidad del fruto que varía con la conductividad eléctrica de la SN y el estrés hídrico del fruto durante su desarrollo (^{Céspedes et al., 2004}), la mayor condición de estrés hídrico en esta investigación se presentó en los tratamientos de 25 y 30%D, los frutos de tomate de plantas bajo este tipo de estrés almacenan principalmente iones y moléculas orgánicas como fructosa y glucosa (^{Munns, 2002}), lo cual incrementa los SST. Los resultados de la presente investigación van de acuerdo con los encontrados por ^{Chang et al. (2012)} quienes encontraron que con porcentajes de drenaje de SN menores a 30% o cercanos, se incrementan los SST y al aumentar %D los SST disminuyen.

pH de jugo. El pH en el jugo no tuvo diferencia significativa en ninguno de los tratamientos evaluados. El pH es un indicador de calidad, los mejores valores en tomates de calidad para esta variable están entre 4 y 5 (^{Aguayo et al., 2004}) y los resultados obtenidos en esta investigación concuerdan con lo mencionado (Cuadro 2), un jugo de frutos con menor acidez tiene mayor aceptación, ya que así resalta más su sabor dulce y agradable al consumirlo en fresco (^{Urrieta et al., 2012}).

Conductividad eléctrica. En esta variable se encontraron valores desde 5.30 (tratamiento con 60 %D, Etapa 1) hasta 6.32 (tratamiento con 25 %D, etapa 2) (Cuadro 2). Los tratamientos con 25 y 30 %D presentaron mayor CE, debido a la acumulación de solutos (sales) en el sustrato, los resultados encontrados en esta variable en todos los tratamientos concuerdan con los observados por ^{San Martín et al. (2012)}, quienes encontraron que existe una relación directa entre la salinidad acumulada en el sustrato y la conductividad eléctrica del fruto; asimismo, a medida que se disminuye %D, la acumulación de sales aumenta elevando la CE en la raíz y también en el jugo del fruto (^{Sengupta y Banerjee, 2012}).

Acidez titulable. Los tratamientos ensayados no presentaron diferencias estadísticas en las dos etapas de producción (Cuadro 2). Los seis tratamientos presentaron valores desde 0.15 hasta 0.32% de acidez (Cuadro 2), similares a los obtenidos por ^{Bugarín-Montoya et al. (2002)} (0.19-0.32%) con diferentes concentraciones de potasio en un sistema hidropónico cerrado, y un poco menores a los encontrados por ^{Rivas et al. (2012)} (0.25-0.43%) utilizando cultivares diversos.

Índice de madurez. Este índice fue mayor en el tratamiento con 55%D en la primera etapa y con 55 y 60%D en la segunda etapa, lo cual se debe a la combinación de altos valores de SST con bajos en AT, los resultados obtenidos en los seis tratamientos variaron entre 16.9 y 33.4 para el IM (Cuadro 2) con una media de 26.7. Con valores obtenidos en un intervalo de 12 a 18 el índice de madurez es el indicado para muchas variedades de tomate (^{Bugarín-Montoya et al., 2002}). De acuerdo con ^{Kader et al. (1978)} cuando el IM es mayor a 10 los frutos de tomate son considerados de mejor calidad.

Variables medidas en la solución nutritive

Es importante destacar, que estas variables en la solución nutritiva sólo fueron medidas con el fin de llevar una adecuada nutrición vegetal y correcta aplicación de la misma, para así tener un equilibrio en el desarrollo de las plantas.

CE y pH. En la SN aplicada se mantuvieron valores entre 1.7 y 2.6 dS m^-1 y entre 5.5 y 6 respectivamente, dependiendo de la etapa de desarrollo en la que se encontraba el cultivo como lo recomiendan ^{Putra y Yuliando (2015)}; ^{Baca et al. (2016)}. La CE y el pH de la SN drenada se incrementaron durante el ciclo (resultados no reportados), con medias de 4.28, 4.19, 4.11, 4.04, 3.82, 3.77 y 4.32 dS m^-1 de CE para los seis tratamientos y medias de 6.65, 6.62, 6.79, 6.37, 6.58, y 6.5.

En la CE estos resultados obtenidos se deben probablemente a que la planta absorbe en proporción mayor cantidad de agua que nutrimentos, y tomando en cuenta la cantidad de agua que se pierde por evaporación, la solución drenada tendrá una concentración de soluto (nutrientes) mayor que de agua (solvente), aumentando de esta manera la conductividad eléctrica. Resultados semejantes a la presente investigación encontraron ^{Chang et al. (2012)} con distintos porcentajes de drenaje y porcentaje de drenaje cero, ya que la conductividad eléctrica aumentaba al disminuir el porcentaje de drenaje obteniendo de 2-6 dS m^-1 con porcentajes de 30 a 50%.

Productividad del agua. La productividad obtenida en los seis tratamientos osciló entre los 18 y 43 kilogramos de frutos producidos por cada metro cúbico de agua aplicado (Cuadro 1), a pesar de que no hubo diferencia en la variable de número de frutos, si hubo diferencia significativa para productividad, presentando los mayores valores los porcentajes de drenaje más bajos (25 y 30%) ya que fueron en los que la cantidad de agua aplicada fue menor y a medida que el porcentaje de drenaje aumentó la productividad del agua disminuyó. La productividad refleja un uso eficiente del agua, en los sistemas hidropónicos y en especial los cerrados se pueden alcanzar ahorros de agua desde 30 a 40% (^{Komosa et al., 2011}) o hasta 46% (^{Dasgan y Ekici, 2005}).