Macronutrient extraction in peper 'chile de agua' (Capsicum annuum L.)
María Celedonia Valentín-Miguel; Rogelio Castro-Brindis*; Juan Enrique Rodríguez-Pérez; Mario Pérez-Grajales
Universidad Autónoma Chapingo, Departamento de Fitotecnia, Instituto de Horticultura. km 38.5 Carretera México Texcoco. Chapingo, Estado de México. MÉXICO. C. P. 56230. Correo-e: rcbrindis69@gmail.com (*Autor para correspondencia)
Recibido el 7 de febrero, 2012. ]]> Aceptado el 5 de junio, 2013.
Resumen
Con el objetivo de conocer los requerimientos nutrimentales del cultivo de chile de agua, se determinó la absorción y la curva de extracción de N, P, K, Ca y Mg. Para ello la colecta denominada 'Ocotlán', proveniente del estado de Oaxaca, se estableció en un sistema hidropónico abierto con sustrato de espuma volcánica (tezontle rojo). Se empleó la solución nutritiva de Steiner bajo cinco potenciales osmóticos (0.018, 0.036, 0.054, 0.072 y 0.090 MPa). La unidad experimental fue una planta y el diseño experimental usado fue completamente al azar con tres repeticiones. Se determinó la acumulación de materia seca, el rendimiento de fruto y la extracción de N, P, K, Ca y Mg, y se aplicaron análisis de varianza y pruebas de comparación de medias. Mediante regresión se estimaron los parámetros de modelos no lineales, para realizar un análisis de crecimiento, los cuales determinaron que la presión osmótica de 0.054 fue la adecuada para obtener el mayor rendimiento del cultivo. La extracción nutrimental (g·planta-1) obtenida al final del ciclo de crecimiento fue 16.93, 1.12, 16.62, 3.54 y 1.27 de N, P, K, Ca y Mg, respectivamente. La cantidad de nutrimento para producir una tonelada de fruto fue 7.7, 0.5, 7.64, 1.6 y 0.6 kg de N, P, K, Ca y Mg, respectivamente. La máxima tasa de absorción de los nutrimentos se observó durante la fructificación.
Palabras clave: Extracción nutrimental, tasa de absorción, hidroponia.
Abstract
Absorption and extraction of N, P, K, Ca and Mg were determined to meet the nutritional requirement of the crop, known in Mexico as "chile de agua". For this purpose the collection called 'Ocotlán', from the state of Oaxaca, was established in an open hydroponic system with red volcanic rock. The Steiner nutrient solution was used under five osmotic potentials (0.018 0.036, 0.054, 0.072 and 0.090 MPa). The experimental unit was a plant and the experimental design used was completely randomized with three repetitions. Accumulation of dry matter, fruit yield and N, P, K, Ca and Mg were determined. Analysis of variance and mean comparison test of Tukey (P ≤ 0.05) were performed. Parameters of nonlinear models were estimated using regression for growth analysis, which determined that the osmotic pressure of 0.054 was adequate to obtain the highest yield of the crop. The nutrient extraction (g·plant-1) obtained at the end of the cycle was 16.93, 1.12, 16.62, 3.54 and 1.27 for N, P, K, Ca and Mg, respectively. The amount of nutrients to produce a ton of fruit was: 7.7, 0.5, 7.64, 1.6 and 0.6 kg of N, P, K, Ca and Mg, respectively. The maximum nutrient absorption rate was observed during fruiting.
Keywords: Nutrient extraction, absorption rate, hydroponics.
]]> INTRODUCCIÓN
Entre la diversidad de tipos de chile que se producen en México se encuentra el chile de agua (Capsicum annuum L), el cual es cultivado en el estado de Oaxaca y posee un excelente valor de comercialización, por lo que representa una alternativa para manejarse bajo sistemas de producción intensivos. No obstante, la falta de información necesaria que permita realizar de manera racional la aplicación de fertilizantes repercute en la obtención de bajos rendimientos de 6 t·ha-1 (López, 2007).
El conocimiento de los requerimientos nutrimentales y de la dinámica de absorción de éstos por la planta, atendiendo las diferentes etapas fenológicas y su crecimiento, permitirá el diseño adecuado de calendarios para la aplicación de fertilizantes de acuerdo con las necesidades específicas del cultivo. Esto permitirá aumentar el potencial productivo y la calidad de los productos agrícolas, así como la optimización del uso de fertilizante. Con lo anterior se mejorará la rentabilidad del cultivo y la conservación del recurso suelo. La forma para establecer las necesidades de fertilizante de los cultivos se basa en el cálculo de la cantidad de los diferentes nutrimentos requeridos por la planta para expresar un rendimiento esperado (Castro et al., 2004).
A partir de la evaluación de la producción de biomasa, es posible estimar la extracción de nutrimentos durante el desarrollo del cultivo. Con ello, es posible obtener la curva de extracción nutrimental, la cual determina, por un lado, la cantidad de nutrimentos extraída por la planta y por otro, el comportamiento de la extracción durante el ciclo de cultivo. Con esta información es posible conocer la etapa de mayor absorción de cada nutrimento y definir un programa de fertilización adecuado para el cultivo (Etchevers, 1999), en el cual se considera tanto la cantidad de fertilizante requerido como el momento idóneo para su aplicación, lo que finalmente favorecerá el rendimiento y la calidad de la producción.
Con base en lo anterior, el objetivo de este trabajo fue determinar el contenido, la extracción nutrimental y la tasa de absorción de N, P, K, Ca y Mg, en plantas de chile de agua, con la hipótesis de que el requerimiento de N, P, K, Ca y Mg en el cultivo de chile de agua es mayor en la etapa de fructificación, en virtud de que en esta etapa de desarrollo ocurre la máxima tasa absoluta de absorción nutrimental.
MATERIALES Y MÉTODOS
El experimento se llevó a cabo en la Universidad Autónoma Chapingo bajo condiciones de invernadero en un sistema hidropónico abierto, con sustrato de espuma volcánica (tezontle rojo). Se utilizó la colecta de chile de agua nombrada 'Ocotlán', colectada en los valles centrales de Oaxaca.
El trasplante se realizó 50 días después de la siembra en macetas de 12.0 litros, colocadas a 0.9 y 0.5 m entre hileras y macetas, respectivamente, que corresponde a una densidad de 2.2 plantas·-2. Veinte días después del trasplante (ddt), se tutoró el cultivo.
La fuente de nutrimentos del sistema hidropónico fue la solución nutritiva formulada por Steiner (1984) y fueron evaluados los efectos de cinco concentraciones osmóticas de ésta (Cuadro 1).
]]> Las soluciones nutritivas del Cuadro 1 fueron preparadas con nitrato de calcio (2 N), nitrato de potasio (1 N), sulfato de potasio (1 N), sulfato de magnesio (1 N) y fosfato monopotásico (0.5 N). La concentración (mgkg-1) de micronutrimentos en cada solución nutritiva fue Fe 0.6, Mn 0.3, Zn 0.08, Cu 0.06, Mo 0.05 y B 0.9. El pH de las soluciones fue 5.5.La unidad experimental consistió en una maceta con una planta y se utilizó el diseño experimental completamente al azar con tres repeticiones. Se hicieron 10 muestreos quincenales a partir de los 15 días después del trasplante (ddt), en los que se cuantificó la materia seca total y el rendimiento de fruto (g·planta-1).
En cada muestreo se determinaron los contenidos (%) en materia seca de N (método Microkjeldahl), y los de P, K, Ca y Mg (método de espectrometría de inducción de plasma acoplado, ICP).
Se realizaron análisis de varianza y comparaciones de medias para concentraciones osmóticas (Tukey, P ≤ 0.05). Mediante técnicas de regresión se estimaron los parámetros del modelo logístico y posteriormente se realizó un análisis de crecimiento del cultivo y con ello se generaron modelos de la extracción de nutrimentos de la planta. Se empleó el paquete de análisis estadístico SAS versión 9.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
A medida que se incrementó el potencial osmótico en las soluciones nutritivas, la magnitud de los caracteres evaluados también se incrementó. Sin embargo, a partir de 0.054 MPa de potencial osmótico, la expresión en las variables fue estadísticamente igual (P ≤ 0.05), a pesar de que la disponibilidad de nutrimentos fue mayor en las soluciones nutritivas con 0.072 y 0.90 MPa (Cuadro 2). Con base en lo anterior, para el cultivo de chile de agua en sistema hidropónico, se genera como propuesta tecnológica el aplicar durante los primeros 75 ddt una solución nutritiva con potencial osmótico de 0.036 MPa y, posteriormente durante el resto del ciclo, una con 0.054 MPa, ya que bajo estas condiciones nutrimentales la planta produjo alrededor de 2 kg de fruto (Cuadro 2). Por otra parte, desde el punto de vista económico y ecológico, es conveniente el empleo de soluciones nutritivas con menor concentración de nutrimentos, ya que el costo por adquisición disminuye al igual que el riesgo de liberar al ambiente excedentes de sales, sobre todo cuando se emplea un sistema hidropónico abierto.
De acuerdo con los resultados del Cuadro 2, se determinó el contenido de nutrimentos en la biomasa de las plantas que se desarrollaron en la condición nutrimental de 0.054 MPa (Cuadro 3). Con ello se obtuvieron los valores de absorción, los índices de extracción nutrimental del cultivo y los parámetros de los modelos de extracción. También se identificó el momento de mayor absorción de nutrimentos (Cuadro 4).
Contenido nutrimental
]]> En relación al contenido de nutrimentos en el tejido aéreo de la planta de chile de agua, con excepción del N, los elementos determinados tuvieron un efecto de dilución, ya que a medida que transcurrió el desarrollo de la planta, disminuyó la concentración de los elementos nutriente en el tejido. Esta tendencia se asoció con el momento en que ocurrió la mayor tasa de extracción del nutrimento. Para el caso de N y K, la mayor tasa se dio a los 117 y 112 ddt, respectivamente (Cuadro 4), cuando había transcurrido 75 % del ciclo del cultivo, por lo que su concentración en el tejido, en general fue alto, y K sólo disminuyó 18 % durante las cinco fechas de muestreo (Cuadro 3). Este comportamiento del N se debe a que es esencial en la división y expansión celular, y en el crecimiento de estructuras vegetativas, como tallos y hojas, principalmente (Barker y Pilbeam, 2006).En el caso de P, Ca y Mg, al final del ciclo, mostraron concentraciones menores a 50 %, respecto a la primera fecha de muestreo. En ellos la máxima tasa de extracción ocurrió en 96, 102 y 104 ddt, respectivamente, antes que N y K, debido a que tallos, hojas jóvenes y meristemos se encuentran en activo crecimiento y contienen altas cantidades de P orgánico en forma de ácidos nucleicos y fosfolípidos. Asimismo, el Ca participa en el almacenamiento de azúcares en los frutos y mejora la firmeza de los mismos (Mengel et al., 2001). Esto ocasionó la disminución en las concentraciones de P y Ca.
Con respecto a Mg, entre el 15 y 30 % está asociado con la molécula de clorofila, por lo que su mayor absorción ocurre en las hojas. Entre 70 y 85 % restante está asociado como cofactor en diversos procesos enzimáticos de la fotosíntesis y respiración, y en la asimilación de carbono y transformaciones de energía (Mengel et al., 2001).
Otro aspecto que influyó en la disminución de la concentración de elementos en el tejido es que después de la mitad del ciclo de cultivo se cosecharon frutos, que implica pérdidas de elementos en la planta. Adicionalmente, la magnitud de los contenidos totales de nutrimentos en la planta, obtenidos en los muestreos (Cuadro 3), pueden ser utilizados directamente como criterios para establecer niveles críticos y rangos de concentración con propósitos de diagnóstico (Westerman, 1990).
Algunos autores presentan valores superiores de contenido nutrimental para otros miembros de la misma especie (Terbe et al., 2006). Sin embargo, debe considerarse que los resultados de este trabajo corresponden a una muestra de materia seca de la planta completa.
Extracción nutrimental
La extracción de N, P, K, Ca y Mg siguió la misma tendencia que la acumulación de materia seca (Figura 1). En orden decreciente, la extracción de nutrimentos fue N>K>Ca>Mg>P (Cuadro 4).
La máxima extracción del N (Cuadro 4) se debe a que en el tejido verde las proteínas representan entre 80 y 85 %; los ácidos nucleicos, 10 %, y el amino soluble, 5 % ( Mengel et al., 2001 ). En los cloroplastos de las células foliares, 75 % del nitrógeno orgánico se encuentra como proteínas enzimáticas (Marshner, 1995).
La cantidad extraída de K fue semejante a la de N (Figura 1), debido a que los procesos de formación y crecimiento de frutos llegan a constituir el principal órgano de demanda, con valores entre 70 y 80 % de la cantidad total extraída por la planta (Bugarín et al., 2002).
A partir de los contenidos de nutrimentos, del rendimiento de fruto comercial por planta y de la cantidad de materia seca acumulada en éstos, se calcularon los índices de extracción nutrimental (IEN), que indican la cantidad necesaria de cada nutrimento para producir una tonelada de fruto comercial (Cuadro 4). En estas determinaciones, no se consideraron frutos no comerciales para evitar subestimar dichos índices.
]]> Los IEN ofrecen la información necesaria para diseñar programas de fertilización en campo abierto, ya que junto con el valor de rendimiento esperado es posible calcular la demanda nutrimental del cultivo. Es decir, la cantidad de nutrimentos (en kg·ha-1) que el cultivo debe extraer del suelo e incorporar a sus tejidos para alcanzar el rendimiento esperado (Castro et al., 2004).Para otros tipos de chile, Terbe et al. (2006) establecieron que el requerimiento de N, P2O5 y K2O para producir una tonelada de fruto se encuentra en los intervalos de 2.4 a 3.8, de 0.7 a 1.1 y de 4.9 a 6.9, respectivamente. Insunza et al (2010) en chile jalapeño observó extracciones de 3.55, 0.54 y 6 g·planta-1 de N, P y K, respectivamente, valores inferiores a los obtenidos en chile de agua (Cuadro 4).
Las mayores tasas absolutas de extracción de N, K, Ca, P y Mg ocurrieron en 117, 102, 112, 104 y 96 ddt, respectivamente (Cuadro 4), momento en que la planta se encontraba en plena fructificación, lo que indica que los frutos constituyen la principal demanda de nutrimentos.
En la mayoría de los sistemas de producción de cultivos en campo, generalmente se aplican cantidades significativas de fertilizante al inicio del ciclo, desde una tercera parte y hasta la mitad de la dosis de fertilización total. Esta práctica no es recomendable debido a que en la etapa inicial del cultivo el escaso desarrollo del sistema de raíces de la planta impide disponer de una gran proporción de nutrimentos, puesto que queda fuera de su alcance. Además, la cantidad extraída y la velocidad de extracción de nutrimentos en la etapa inicial es baja (Figura 1).
CONCLUSIONES
Los índices de extracción nutrimental y las curvas de extracción nutrimental, estimadas a partir de modelos de regresión, permitieron generar la información necesaria para diseñar en forma adecuada, programas de fertilización para el cultivo de chile de agua en campo.
Se determinó que para el cultivo de chile de agua bajo un sistema hidropónico abierto y con el uso de solución nutritiva con concentración osmótica menor a 0.054 Mpa es posible la obtención de rendimientos mayores de 2 kg de fruto comercial por planta.
El N y K son los nutrimentos extraídos en mayor cantidad por la planta de chile de agua a través del ciclo de cultivo, en tanto que los mayores contenidos de P, K y Mg ocurren en la etapa de floración y formación de fruto.
Durante la etapa de crecimiento y maduración de frutos (a partir de 90 días después del trasplante), ocurrió la mayor tasa de extracción de N, P, K, Ca y Mg.
]]>LITERATURA CITADA
BARKER, A. V.; PILBEAM, D. J. 2006. Handbook of plant nutrition. CRC Press. Boca Raton, Florida, United States of America. 613 p. [ Links ]
BUGARIN-MONTOYA, R.; GALVIS SPINOLA, A.; SÁNCHEZ GARCÍA, P.; GARCÍA PAREDES, D. 2002. Demanda de potasio del tomate tipo saladette. Terra Latinoamericana 20(4): 391-399. www.chapingo.mx/terra/contenido/20/4/art391-399. [ Links ]
CASTRO-BRINDIS, R; GALVIS SPINOLA, A.; SÁNCHEZ GARCÍA, P.; PEÑA LOMELÍ, A.; SANDOVAL VILLA, M.; ALCANTAR GONZÁLEZ, G. 2004. Demanda de nitrógeno en tomate de cáscara (Physalis ixocarpa Brot.). Revista Chapingo Serie Horticultura 10(2): 147-152. http://www.chapingo.mx/revistas/viewpdf?pdf_file=46a7e2c5f1ec9e4735c56d6023c50e57.pdf [ Links ]
ETCHEVERS B., J. D. 1999. Técnicas de diagnóstico útiles en la medición de la fertilidad del suelo y el estado nutrimental de los cultivos. Terra Latinoamericana 17(3): 209-219. http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=57317305 [ Links ]
INZUNZA-IBARRA, M. A.; VILLA-CASTORENA, M.; CATALÁN-VALENCIA, E. A.; ROMÁN-LÓPEZ, A. 2010. Extracción de nutrientes y producción de chile jalapeño bajo acolchado plástico y niveles de riego. Terra Latinoamericana 28(3):211-218. http://www.chapingo.mx/terra/download.php?file=completo&id=MjgzMjEx [ Links ]
LÓPEZ-LÓPEZ, P. 2007. El Chile de agua: Un chile típico de los Valles Centrales de Oaxaca INIFAP-CRUSO. Campo Experimental Valles Centrales de Oaxaca. Oaxaca, México. 36 p. [ Links ]
MARSCHNER, H. 1995. Mineral nutrition of higher plants. 2nd ed. Academic Press. San Diego, CA, USA.889 p. [ Links ]
MENGEL, K., E. A. KIRKBY, H. KOSEGARTEN, AND T. APPEL. 2001. Principles of plant nutrition. 5th ed. Kluwer Academic Publishers. Dordrecht, The Netherlands. 635 p. [ Links ]
STEINER, A. A. 1984. The universal solution. pp. 633-649. In: Proceedings of 6th International Congress on Soilless Culture. ISOSC. Lunteren, The Netherlands. [ Links ]
TERBE, I.; SZABO, ZS.; KAPPEL, N. 2006. Macronutrient accumulation in green pepper (Capsicum annuum L.) as affected by different production technologies. International Journal of Horticultural Science 12(1):13-19. http://www.agroinform.com/files/aktualis/pdf_agroinform_20070215112528_03Terbe_Szabo.pdf [ Links ]
WESTERMAN, R. L. 1990. Soil testing and plant analysis. 3rd ed. Soil Science Society of America. Madison, Wisconsin. 812 p. [ Links ]
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