Respuestas de lechuga a la conductividad eléctrica con riego superficial y subirrigación*

Lettuce response to electrical conductivity with surface irrigation and sub-irrigation systems

Alejando Cepeda-Guzmán¹, Luis A. Valdez-Aguilar^1§, Ana M. Castillo-González², Norma A. Ruiz-Torres³, Valentín Robledo-Torres¹ y Rosalinda Mendoza-Villarreal¹

¹ Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro-Departamento de Horticultura. Calzada Antonio Narro 1923, Col. Buenavista, Saltillo, Coahuila, México. C. P. 25315. (acepeda89@hotmail.com; varoto@prodigy.net.mx; rosalindamendoza@hotmail.com). ^§Autor para correspondencia: luisalonso.valdez@uaaan.mx.

³ Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro-Departamento de Fitomejoramiento, Calzada Antonio Narro 1923, Col. Buenavista, Saltillo, Coahuila, México. C. P. 25315. (n_nruiz@hotmail.com).

* Recibido: febrero de 2014
Aceptado: julio de 2014

Resumen

La salinidad inhibe el crecimiento de las plantas y reduce la productividad agrícola a causa de un déficit hídrico, toxicidad por los iones que la inducen y al desbalance nutrimental que ocasiona. Un sistema de subirrigación parte del principio del ascenso capilar del agua hasta la zona radical, reduciendo la lixiviación de nutrimentos en comparación con los sistemas tradicionales de riego. En las zonas áridas del norte de México se presentan con frecuencia altos niveles de calcio (Ca), magnesio y sulfato en el agua de riego, lo que impacta directamente en la conductividad eléctrica (CE). El presente estudio se planteó con el objetivo de evaluar el efecto de la CE sobre el crecimiento de plantas de lechuga empleando dos tipos de sistemas de riego: superficial y subirrigación. El diámetro de las plantas fue mayor en plantas con riego superficial en comparación con aquellas con subirrigación; sin embargo, las plantas subirrigadas con solución de 3.3 dS m^-1 mostraron un mayor peso fresco que aquellas con riego superficial, por lo que este sistema es una buena opción para mitigar el efecto por salinidad en lechuga. La tasa de fotosíntesis neta, transpiración y conductancia de la hojas no fueron afectadas por el sistema de riego empleado, pero la transpiración y conductancia fueron mayores en plantas subirrigadas. A mayor CE de la solución nutritiva se presentó un aumento en la CE de la parte inferior del sustrato, así como del estrato medio y superior, y con riego superficial esta fue mayor en comparación con subirrigación. La alta CE de la solución nutritiva no afectó la concentración de nitrógeno ni de fosforo, pero al elevarse la CE de la solución se incrementó la concentración foliar de potasio.

Palabras clave: cultivos sin suelo, nutrición, salinidad, tolerancia al estrés.

Salinity suppresses plant growth and reduce agricultural productivity due to a water deficit, ion toxicity, causing nutrient skewness. A sub-irrigation system on principle, is based on capillary rise of water, up to the root zone, decreasing nutrient leaching compared with traditional watering systems. In void areas of northern Mexico, there are often high levels of calcium (Ca), magnesium and sulphate in irrigation water, directly affecting the electrical conductivity (EC). This paper proposed to evaluate the effect of EC on the growth of lettuce plants using two types of irrigation systems: surface and sub-irrigation. The diameter of the plants was bigger in plants with surface irrigation system compared to those with sub-irrigation; however, plants sub-irrigated with solution 3.3 dS m^-1 showed a higher fresh weight than those with surface irrigation, so this system is a good option to meliorate the effect of salinity. The rate of photosynthesis, transpiration and leaf conductance were not altered by the irrigation system at all, but transpiration and conductance were higher in sub-irrigated plants. A higher EC of the nutrient solution increased the bottom EC of the substrate, and the middle and top layer, and the surface irrigation system was higher compared to that presented by sub-irrigation. High EC of the nutrient solution did not attain the concentration of nitrogen or phosphorus whatsoever, but at elevated EC of the substance, the foliar potassium concentration did increased.

Keywords: soilless crops, nutrition, salinity, stress tolerance.

Introducción

La salinización ha sido identificada como un factor muy importante en la degradación de los suelos agrícolas (Barkla et al., 2007) ya que afecta 7% de la superficie terrestre del mundo (Szablocs 1994; FAO, 2008; Munns y Tester, 2008). Se estima que por una alta salinidad se pierden al año cerca de 1.5 millones de hectáreas de suelos irrigados, lo cual reduce la productividad agrícola (Barkla et al., 2007). De los 1 500 millones de hectáreas de tierras cultivadas por la agricultura de secano, 32 millones de hectáreas (2.1%) se ven afectados por la salinidad en diversos grados (FAO, 2008).

Por otra parte, 30% de los 5.5 millones de hectáreas que son irrigadas en México están afectadas por una alta salinidad (Barkla et al., 2007). El problema se produce por acumulación de sales solubles en la zona radical hasta niveles o concentraciones que causan pérdidas de rendimiento (Báez, 1999). La salinidad es causada por una excesiva acumulación de iones, principalmente sodio (Na), calcio (Ca), magnesio (Mg), cloro (Cl), sulfato (SO₄^2-), carbonatos (CO₃^2-) y bicarbonatos (HCO₃^-) (Cartmill et al., 2007; Grattan y Grieve, 1999), y cuando la CE es igual o mayor de 4 dS m^-1 (USDA-ARS, 2008), lo que equivale a aproximadamente 40 mM de NaCl y una presión osmótica de -0.2 MPa (Munns y Tester, 2008). Lo anterior provoca un incremento en el potencial osmótico y la presencia de algunos iones que alcanzan concentraciones tóxicas para algunos cultivos (INIFAP, 2001).

La salinidad puede inhibir el crecimiento de las plantas y reducir la productividad a causa de factores como: el déficit hídrico, la toxicidad por iones y un desbalance nutrimental (Munns, 2002). La reducción en la capacidad de la planta para absorber agua debido al bajo potencial hídrico rápidamente da lugar a reducciones en la tasa de crecimiento (Barrett-Lennard, 2003) junto con una serie de cambios metabólicos relacionados con los causados por el estrés hídrico. Las cantidades excesivas de iones que entran a la planta sometida a estrés por salinidad elevan las concentraciones de estos en las hojas más viejas, llegando a niveles tóxicos y causando envejecimiento prematuro, además de reducción en el área foliar (Munns, 2002).

El diseño del sistema de subirrigación parte del principio de que el estrato actúa como una barrera al movimiento vertical del agua, lo cual produce el movimiento lateral de la misma (Renny et al., 2003; Schmal et al., 2011). El ascenso del agua hasta la zona radical por efecto de la capilaridad reduce la cantidad de agua necesaria para el crecimiento de las plantas, permitiendo la utilización de aguas residuales y reduciendo la lixiviación de nutrientes, en comparación con los sistemas tradicionales de riego; además, la subirrigación produce beneficios adicionales como una mayor uniformidad de los cultivos y mejora del rendimiento (Schmal et al., 2011).

Considerando que en las zonas áridas del norte de México se presentan con frecuencia altos niveles de Ca, Mg y SO₄^2- en el agua de riego, y que estos impactan directamente la conductividad eléctrica (CE), se planteó evaluar el crecimiento y estado nutrimental de plantas de lechuga empleando dos tipos de sistemas de riego: superficial y subirrigación, con soluciones nutritivas de alta CE causada por alta concentración de los iones mencionados para definir si el sistema de subirrigación influye en la respuesta de las plantas a la salinidad al aprovechando el movimiento vertical de las sales, alejándolas de la zona radical.

Materiales y métodos

El presente trabajo se realizó en el invernadero del Departamento de Horticultura de la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro, ubicado en la ciudad de Saltillo, Coahuila, en las coordenadas geográficas: 25° 27' de latitud norte, 101° 02' de longitud oeste y a una altitud de 1 610 m.

Se utilizaron plántulas de lechuga (Lactuca sativa L.) cv. Iceberg las cuales fueron trasplantadas en un contenedor (bolsas de polietileno negro de 10 L) con un sustrato compuesto de una mezcla de turba acida (80% v/v) y perlita (20% v/v). El pH del sustrato fue ajustado a 6 con bicarbonato de sodio y posteriormente lavado para eliminar el exceso del catión. El trasplante, una planta por contenedor, se realizó el 10 de octubre de 2012 y los contenedores se distribuyeron utilizando el sistema a tresbolillo.

Los tratamientos consistieron en soluciones nutritivas con concentraciones variantes de Ca, Mg y SO₄^2-, lo que permitió la obtención de una CE determinada, como se muestra en el Cuadro 1, y se aplicaron tanto en un sistema de riego superficial como en subirrigación. Los restantes nutrimentos se mantuvieron constantes y correspondieron a la concentración de la solución de Hoagland.

Los riegos se efectuaron según las necesidades del cultivo; durante los primeros 12 días las plantas se regaron con la solución de Hoagland al 100%; posteriormente, a partir de día 13 después del trasplante, se inició el riego con los tratamientos indicados. El riego superficial consistió en aplicar el agua manualmente, 3 a 4 L por planta, en la superficie del sustrato cuando se había evapotranspirado 50% del contenido de humedad. En el caso de la subirrigación, la solución se mantenía en un recipiente en donde se encontraban tres contenedores con su respectiva planta; la duración del riego fue de 20 min, administrando una lámina de 12 cm (15.5 L) de solución nutritiva en cada uno de los contenedores utilizados para mantenerla. En subirrigación, el sustrato retuvo entre 2.5 y 5.5 L de la solución por planta, dependiendo de la etapa fenológica del cultivo.

Para la preparación de las soluciones nutritivas se consideró la composición química del agua de riego previamente analizada y se utilizaron los siguientes sales fertilizantes: fosfato monopotásico (KH₂PO₄), nitrato de potasio (KNO₃), nitrato de calcio (Ca(NO₃)₂ 5H₂O), ácido nítrico (HNO₃), sulfato de magnesio (MgSO₄ 7H₂O), cloruro de calcio (CaCl₂), y ácido sulfúrico (H₂SO₄); los micronutrimentos fueron aplicados en forma de quelatos.

La cosecha se realizó cuando las plantas alcanzaron madurez comercial, a los 70 días después del trasplante. Se evaluaron las variables: diámetro de la planta y peso fresco, además de la CE del sustrato en el estrato inferior, medio y superior del cepellón. La CE se determinó en tres muestreos del sustrato durante el desarrollo del experimento (a los 25, 50 y 70 días después del trasplante), para lo cual el cepellón fue seccionado en los estratos mencionados y se secaron para posteriormente preparar una mezcla de sustrato más agua destilada en una proporción de 1:2 (v/v). Esta mezcla se mantuvo por 60 min y al filtrado se le cuantificó la CE con un conductivímetro. Previo a la cosecha, se determinó la tasa de fotosíntesis neta, transpiración, y conductancia en hojas maduras de las plantas con un analizador de gases en infrarrojo (IRGA Li-cor LI-6200 Licor Inc.); esta medición se hizo entre las 12:00 y 14:00 h.

El experimento se estableció en un diseño en bloques completos al azar con arreglo factorial, con cuatro niveles de CE y dos niveles de sistemas de riego. Cada tratamiento tuvo 4 repeticiones y cada unidad experimental estuvo constituida por tres contenedores con una planta cada uno. Los datos se analizaron mediante análisis de varianza con SAS v. 8.0.

Resultados

El diámetro fue mayor en plantas con riego superficial en comparación con aquellas con subirrigación (Figura 1), sin embargo, esta diferencia fue más marcada cuando las plantas se irrigaron con soluciones de baja CE (≤ 2.84 dS m^-1). Las plantas irrigadas con soluciones con CE de 2.5 dS m^-1 fueron las de mayor diámetro cuando se regaron superficialmente. En plantas subirrigadas no se detectó algún efecto en el diámetro.

El peso fresco fue afectado significativamente por la CE (Figura 1). En plantas con riego superficial se presenta un claro efecto entre las que recibieron una CE ≤2.5 dS m^-1 en comparación con el resto, siendo este superior en 50% comparado con el de las plantas que recibieron una CE de 3.3 dS m^-1. Las plantas subirrigadas con solución de 3.3 dS m^-1 mostraron mayor peso fresco que aquellas con riego superficial, por lo que este sistema podría ser una buena opción para mitigar el efecto por salinidad en lechuga.

La tasa de fotosíntesis neta, transpiración y conductancia de la hojas (Figura 2) no fueron afectadas por el sistema de riego empleado, pero la transpiración y conductancia fueron mayores en plantas subirrigadas que en aquellas con riego superficial. Esta diferencia, incluida en la tasa de fotosíntesis, fue más notoria cuando la CE de las soluciones fue de 2.5 y 2.84 dS m^-1.

El sistema de riego afectó de manera significativa la CE del sustrato en la parte inferior desde el primer muestreo, al igual que la CE de la solución nutritiva en el tercero de ellos (Figura 3). En general, a mayor CE de la solución nutritiva se presentó un aumento en la CE del sustrato, aunque en el primer muestreo no existe mucha diferencia entre los sistemas de riego; sin embargo, en el segundo y tercer muestreo se observó que la CE del medio de cultivo fue mayor en plantas que recibieron riego superficial.

Las soluciones nutritivas aplicadas al cultivo, junto con el tipo de riego, afectaron de forma significativa la CE del estrato superior del sustrato (Figura 5). Los tratamientos aplicados aumentaron la CE del sustrato en plantas subirrigadas, superando a la CE cuando se utilizó el riego superficial. En el primer muestreo no se observa una tendencia clara de la forma en que actúan las sales de las soluciones en los sistemas de irrigación, sin embargo, a partir del segundo muestreo, se puede observar como la tendencia es a aumentar las cantidades de sales en el nivel superior en plantas subirrigadas.

La alta CE de la solución nutritiva no afectó significativamente la concentración de N o de P (Figura 6), en las plantas, pudiendo observarse como los tratamientos no muestran una tendencia definida. La CE en la solución nutritiva y el sistema de riego afectó significativamente la concentración foliar de K (Figura 6). Al elevarse la CE de la solución se incrementó la concentración foliar de K pero más marcadamente en plantas con riego superficial, lo cual también se observó con respecto al Ca (Figura 6). No se detectó efecto significativo en la concentración de Mg (Figura 6).

Discusión

El aumento en la CE de 2.19 a 2.84 dS m^-1 en la solución nutritiva tuvo un efecto promotor del crecimiento en plantas con riego superficial pues las lechugas resultaron de mayor diámetro que aquellas irrigadas con la solución control. Incluso, el cultivar evaluado en este estudio muestra cierto nivel de tolerancia a la CE pues plantas irrigadas con soluciones con 3.3 dS m^-1 resultaron con un diámetro similar al de las plantas control. Estos resultados coinciden con los reportados por Nagaz et al. (2013), quienes utilizaron agua para el riego de lechugas con una CE de 3.6 dS m^-1, resultando en una alta salinidad en el sustrato y un diámetro de la cabeza 33, 26 y 22 cm en el otoño-invierno de 2009-2010, y de 31, 24 y 20 cm en 2010-2011, cuando el aporte de agua fue de 100%, 60% y 30% de la evapotranspiración, respectivamente.

Se realizó un trabajó con lechuga en un sistema de subirrigación evaluando cintas de exudación de diferentes diámetros y varias líneas de riego, concluyendo que el desarrollo no fue dependiente del agua aplicada, sin embargo, el tratamiento que mostró un mejor peso a cosecha fue el testigo con riego superficial por goteo. Éstos resultados están en contraste con los obtenidos en la presente investigación ya que no se detectó algún efecto del sistema de riego en cuanto al peso fresco de las lechugas; sin embargo, cuando la CE de la solución nutritiva fue de 2.5, 2.84, y 3.3 dS m^-1, las plantas subirrigadas mostraron un peso fresco mayor (7%, 9%, y 20%, respectivamente) en comparación con las plantas con riego superficial, lo que permite sugerir que el efecto adverso de una alta CE en la solución nutritiva puede ser contrarrestado cuando se emplean sistemas de subirrigación.

Ahmed et al. (2000) mencionan que las plántulas de lechuga subirrigadas fueron más altas; sin embargo, la cabeza de las plantas con riego superficial tuvo más hojas y un peso seco más alto, lo que contrasta con los resultados del presente estudio ya que con subirrigación se superó al riego superficial cuando la CE de la solución nutritiva era más elevada. También están en contraste con los resultados reportados por Rouphael et al. (2006) que señalan que el rendimiento de calabacín fue 13% inferior con la subirrigación comparado con el riego por goteo, pero al elevar la CE en la solución nutritiva de 2 y 4.1 dS m^-1, la producción de calabacín con subirrigación fue aún más bajo (36%) en comparación al riego superficial.

A diferencia del diámetro de planta, tanto las lechugas regadas superficialmente como con subirrigación mostraron un aumento en el peso fresco al elevarse la CE de la solución nutritiva de 2.19 a 2.5 dS m^-1. Tesi et al. (2003) reportan que al elevar la salinidad causada por NaCl en la solución nutritiva se presenta una reducción tanto en el peso freso y diámetro en lechuga; el contraste con nuestros resultados se puede deber a los niveles de CE probados por estos autores. Sin embargo, lo más interesante es que la marcada diferencia en el diámetro de plantas con riego superficial en comparación con las subirrigadas casi desaparece en cuanto al peso fresco.

Esto sugiere que las lechugas subirrigadas, aunque son más pequeñas, resultan con un peso comparable al de las lechugas más grandes obtenidas con riego superficial, por lo que las lechugas subirrigadas son de una mayor densidad. El comparativamente menor efecto sobre el peso fresco de las plantas subirrigadas puede estar asociado con una mayor eficiencia en el uso de nutrimentos y agua en las plantas reportado en impacientes Nueva Guinea (Blessington-Halley y Reed, 2004; Kent y Reed, 1996) y en vinca y petunia (Blessington-Halley y Reed, 2004), así como al menor incremento en la CE en los estratos inferior y medio detectado en el muestro final cuando la CE de la solución fue de 2.5 dS m^-1.

Han y Lee (2005) mencionan que la reducción del crecimiento en lechuga bajo estrés salino se debe a la alteración de actividades fisiológicas como la fotosintética, absorción de minerales y la actividad antioxidante; de acuerdo con estos autores, un aumento en la salinidad de 1.5 a 7.5 dS m^-1 estuvo asociado con una disminución en la tasa fotosintética, probablemente relacionado a su vez con la disminución en la concentración de clorofila, y un aumento en la actividad de la catalasa y peroxidasa, lo cual capacita a las plantas a tolerar condiciones de estrés, Lo anterior no pudo ser demostrado en esta investigación ya que no fue posible detectar alguna tendencia en cuanto a la actividad fotosintética; sin embargo, en plantas subirrigadas si se detectó una modificación en la conductancia y transpiración de la hoja al aumentar la CE de la solución, las cuales fueron mayores que la de las plantas regadas superficialmente. El hecho de que la conductancia y transpiración sean mayores en plantas subirrigadas sugiere un mejor estado hídrico de estas plantas, lo que también podría explicar el mayor peso fresco en plantas a pesar de su menor diámetro. Han y Lee (2005) reportaron resultados similares ya que en plantas de lechuga tratadas con bacterias promotoras del crecimiento en plantas se presenta un aumento en la conductancia, lo cual les impartieron una mayor tolerancia al estrés salino.

Rouphael et al. (2006) mencionan que a la mitad y final de su ensayo las plantas de calabacita zucchini cultivadas con el sistema de subirrigación resultaron en una CE mayor en las partes superior e inferior del sustrato en comparación con el sistema de riego superficial, especialmente cuando el agua tenía una CE de 4.1 dS m^-1. Lo anterior esta en contraste con los resultados obtenidos en la presente investigación en el estrato inferior del sustrato ya que se detectaron CE similares al estrato medio, los que a su vez estuvieron por debajo del estrato superior, lo que sugiere que se presentó una mayor concentración de sales en este último.

Blessington y Reed (2004) resaltan que al utilizar un sistema de subirrigación, la CE del medio de cultivo se mantuvo por debajo del nivel recomendado de 1.2 dS m^-1 en la capa inferior y media, sin embargo, en la parte superior la CE estaba por encima de los niveles recomendados, demostrando así que en el estrato medio e inferior, la CE es más baja que la parte superficial del sustrato. Kent y Reed (1996) al utilizar un sistema de subirrigación confirmaron que la CE se mantuvo baja en las capas media e inferior, mientras que el estrato superior fue de 2 a 5 veces mayor que los estratos inferiores. Richards y Reed (2004); Whitcher et al. (2005) reportan tendencias similares.

En el presente estudio, la CE del estrato inferior del sustrato al momento de la cosecha fue mayor en plantas regadas superficialmente en comparación con aquellas subirrigadas, especialmente cuando la CE era de 2.5 dS m^-1. Lo anterior se debe a la migración de las sales contenidas en la solución nutritiva, la cual es principalmente hacia abajo en el perfil del sustrato cuando se emplean sistemas de riego superficial (Reed, 1996). Lo anterior puede explicar porque con esta solución nutritiva en riego superficial permite la obtención de plantas con mayor diámetro y peso fresco, lo cual coincide con lo reportado por Douglas (2001) al trabajar con flor de nochebuena, quien al analizar las muestras de estratos superiores del medio de crecimiento, encontró que la CE fue superior a las muestras inferiores en el sistema de subirrigación. Incrocci et al. (2006) realizaron un trabajo en tomate cultivado en turba con perlita en un sistema de subirrigación, con una solución nutritiva que contenía 10 mol m^-3 de NaCl, mencionando que el movimiento capilar hacia arriba del agua en el sustrato, junto con la absorción selectiva de minerales por las raíces, causa una acumulación salina en la región superior del sustrato.

A nivel nutrimental, es un hecho documentado ampliamente que la salinidad disminuye tanto la concentración de Ca así como la de K en plantas, lo se atribuye a que altos niveles de Na en el suelo o la solución nutritiva desplazan al Ca de la pared celular y compiten por los sitios de absorción con el K en la membrana celular (Grattan y Grieve, 1999).

Conclusiones

En conclusión, el riego por subirrigación permite obtener lechugas de mayor peso cuando se emplean soluciones con alta CE y contenido de Ca, Mg y SO₄^2-, y estas resulten más compactas. Esto estuvo relacionado con una menor CE del sustrato en la parte superior en plantas subirrigadas, lo cual permitió obtener niveles de CE más cercanos al óptimo en tales condiciones a nivel del estrato medio e inferior.

Literatura citada

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