En viveros forestales tecnificados, el riego de uso más frecuente es mediante aspersión; sin embargo, el agua no se distribuye de manera uniforme y una gran proporción se desperdicia, lo que resulta en pérdidas de nutrimentos, en espacial nitrógeno y fósforo (^{Gent et al., 2012}).

El problema del desperdicio de agua se agrava cuando es limitada, pues la producción de planta forestal demanda una gran cantidad de esta y de otros recursos (^{DeVincentis et al., 2015}). Ante esas circunstancias, una posible solución es el uso de sistemas de riego cerrados como la subirrigación (^{Wan et al., 2019}).

Así, los objetivos del presente trabajo consistieron en diseñar un prototipo de sistema de fertirriego por subirrigación para la producción de planta forestal, y cuantificar la cantidad de agua y fertilizante utilizado durante el ciclo de producción, mismo que se comparó con un sistema manual con regadera. Además, se evaluó la morfología de la planta producida con ambos sistemas.

El experimento se estableció en el ejido Palo Bendito, Huayacocotla, Veracruz, México (20°30’33” norte y 98°30’14” oeste). El clima es templado subhúmedo con lluvias en verano y nieblas frecuentes; temperatura media anual de 14° C y precipitación pluvial media anual de 1 315 mm (^{García, 2004}).

El prototipo se implementó dentro de un invernadero rústico; con una temperatura mínima de 4 °C y la máxima de 32 ºC.

El funcionamiento del sistema se valoró mediante la producción de Fraxinus uhdei (Wenz.) Lingelsh., Pinus patula Schltdl. & Cham. y Pinus pseudostrobus Lindl. Las plantas se produjeron en tubetes de 310 mL de capacidad con dos mezclas de sustrato. Las plantas de fertirriego con regadera recibieron una mezcla de fertilizante de liberación lenta, Osmocote 14-14-14 y Multicote 18-06-12, de formulación 0.6, 0.21 y 0.45 g de N, P y K, en dosis de 3 y 1 g L^-1, respectivamente.

El diseño experimental fue completamente al azar con arreglo factorial 2², en el que se probó el factor sistema de fertirriego (regadera vs subirrigación) y la mezcla de sustratos (60:30:10 de turba:perlita:vermiculita, Vol.:Vol. vs 60:30:10 de aserrín crudo de pino:perlita:vermiculita, Vol.:Vol.).

El modelo utilizado fue:

Donde:

yijk = Variable k-ésima en el i-ésimo sistema de fertirriego del j-ésimo sustrato base

μ = Media poblacional

sis = i-ésimo sistema de fertirriego

sus = j-ésimo sustrato base

Ɛ _ijk = Error experimental

Dado que las especies presentan distinto hábito de crecimiento, se analizaron por separado. La unidad experimental fue una rejilla con 25 plántulas; se aplicaron cuatro tratamientos por especie con cuatro repeticiones cada uno.

Se midió la altura total con un flexómetro Truper ^® modelo FH-5M y el diámetro basal con un vernier Truper ^® modelo CALDI-6MP. Conjuntamente, se estimó el Índice de Calidad de Dickson (ID), para ello se obtuvo el peso seco de muestras de tejido aéreo y subterráneo. El Índice de Dickson (^{Dickson et al., 1960}) se calculó con la fórmula:

Donde:

Pst = Peso seco total

At = Altura total

Db = Diámetro basal

Psa = Peso seco aéreo

Pss = Peso seco subterráneo

El prototipo consistió de un tinaco de 1 100 L para almacenar la solución nutritiva y se colocó por debajo del nivel del suelo. Para suministrar la solución a las cuatro zanjas, en el interior se colocaron dos bombas sumergibles con una potencia de 17 W cada una y se utilizaron tubos PVC de ½ pulgada. Para el control del flujo de agua, se instalaron válvulas de control en el extremo de salida de los tubos PVC. El vaciado de las zanjas se realizó con sifones ubicados en un extremo de estas. Los sifones se conectaron a un tubo PVC de dos pulgadas de diámetro, el cual retornó la solución al depósito (Figura 1).

Figura 1 Diagrama del prototipo de sistema de fertirriego por subirrigación. 

Las dimensiones de las zanjas de subirrigación fueron: 0.30×0.30×3.0 m con un espacio entre zanjas de 0.5 m. Se niveló el fondo de cada zanja para evitar encharcamiento y se cubrieron con plástico para impedir la infiltración de la solución. Las plantas recibieron agua y nutrimentos por medio de la inundación de zanjas. Los riegos se programaron diariamente por secciones. Cada sección estuvo constituida por dos zanjas. Una vez inundada la primera sección, se vaciaron las zanjas gradualmente a través de los sifones y se inició el llenado de la otra sección (Figura 1). El tiempo de carga por sección fue de una hora y 20 minutos y el tiempo de descarga de 40 minutos. No se incorporó fertilizante de liberación controlada al sustrato, para no alterar la composición de la solución. La solución nutritiva aplicada fue la propuesta por ^{Landis (1989)} y se preparó con fertilizantes solubles (Cuadro 1).

Tres muestras de la solución se analizaron químicamente cada dos semanas durante las tres fases de crecimiento para reponer los nutrimentos faltantes y mantener la solución en las concentraciones óptimas (^{Landis, 1989}). Para cada etapa de crecimiento en este sistema, se prepararon 600 L de solución nutritiva. Mediante regadera, se utilizaron 40 L de agua por cada incorporación. Dos días a la semana se agregó el fertirriego con la solución nutritiva, y tras considerar la presencia de fertilizante de liberación lenta en el sustrato, los demás días solamente se aplicó agua. Se estimó la cantidad de agua y fertilizante utilizado durante la producción en ambos sistemas.

La cantidad de agua utilizada en el sistema manual con regadera fue 219 % mayor que en subirrigación (8 960 y 2 808 L, respectivamente). ^{Jani et al. (2021)} en un estudio de sistemas de riego, señalan un ahorro de 87 % en subirrigación en comparación con aspersión; mientras que, en la presente investigación fue de 69 %. El agua usada en subirrigación, con excepción de la evaporada desde las zanjas, del sustrato y la transpirada por las plantas se recuperó diariamente y reutilizó para la fertilización de un huerto de árboles frutales, al final de cada etapa de crecimiento. El suministro diario de agua en el prototipo implementado fue de 4.7 L y 40Ll en regadera. En subirrigación se consumió 11.25 % de agua, con respecto al sistema con regadera. A pesar de los ahorros de agua en subirrigación, este representó más gasto de fertilizante (11.9 %) (Cuadro 2).

La mayor cantidad de fertilizante usada en subirrigación se debió a que al inicio de cada etapa se prepararon 600 L de solución nutritiva nueva, pero al analizarlas se agregaron los nutrimentos faltantes. Lo anterior, debido a que mediante análisis químicos de la solución nutritiva o del crecimiento de las plantas es posible desarrollar técnicas para preparar una nueva solución, a partir de la anterior; y con ello es factible tener mayor ahorro de agua y fertilizantes (^{Dumroese et al., 2011}).

En el Cuadro 3 se muestra que los sistemas de fertirriego no afectaron la altura (At), ni el diámetro basal (Db) en las especies de pino, pero sí la altura de las plantas de F. uhdei. Según el Índice de Dickson, los sistemas de fertirriego impactaron la calidad de planta de las especies de pino, pero no al fresno. La mezcla de sustratos repercutió en la altura total y en el Índice de Dickson en los taxones de pino. En ejemplares de fresno, este factor tuvo un efecto en el diámetro basal. La interacción entre sistemas de fertirriego y mezclas de sustratos no fue significativa en ninguna de las especies, ni variables evaluadas.

En el Cuadro 4 se observa que en las especies de pino el Índice de Dickson fue mejor con fertirriego mediante regadera (Reg), lo que no se verificó para F. uhdei. Las mezclas de sustratos afectaron la altura e Índice de Dickson en los taxones de pino y el diámetro basal en fresno.

Los valores promedio en altura y diámetro basal de las plántulas (Cuadro 4), a los siete (coníferas) y cinco meses (F. uhdei) superaron los valores indicados por ^{Prieto et al. (2009)}: 15-20 cm para altura y >5 mm para diámetro basal, independientemente del tipo de fertirriego.

La producción de planta mediante subirrigación se ha implementado con fines de investigación; por ejemplo, en Brasil para la producción de 200 plantas de Eucalyptus grandis W. Mill ex Maiden en un sistema denominado “Bosque Acuático”. Las plántulas crecieron dentro de albercas con agua a una profundidad de 0.6 m y los contenedores se sumergieron a una profundidad de 0.2 m. El prototipo consistió de una estructura de madera, poliestireno, malla sombra y plástico transparente (^{Celentano et al., 2004}).

Otros autores como ^{Ribeiro et al. (2014)} evaluaron la eficiencia del riego por subirrigación para producir 226 800 clones de Eucalyptus spp. En el citado estudio, se utilizó un total de 36 500 L de agua. ^{Dumroese et al. (2006)} documentan que la subirrigación es una opción viable para áreas donde no se tiene una fuente permanente de agua o en regiones áridas.

En el experimento descrito, mediante el sistema de subirrigación, se produjo planta de coníferas de igual talla, aunque con menor índice de Dickson; y se logró un ahorro de agua superior a 50 %. Este sistema permitió producir planta de Fraxinus uhdei de igual Índice de Dickson que con fertirriego mediante regadera, pero con menor altura. A pesar de que el consumo de fertilizantes fue mayor en subirrigación, la solución nutritiva se reutilizó para el fertirriego de otros cultivos al final del ciclo de producción.