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Es recomendable hacer los análisis a temperatura en torno a 20°C evitando temperaturas extremas

Uso de sistemas de análisis rápidos para mejorar el manejo del nitrógeno en cultivos hortícolas

Thompson R.B.; Padilla, F.M.; Peña-Fleitas, M.T.; y Gallardo M. (Universidad de Almería) y Fernández Fernández, M.M. (IFAPA-La Mojonera)

03/12/2014

El manejo del nitrógeno (N) es muy importante en la producción de cultivos hortícolas dado que el N es el nutriente que los cultivos requieren en mayores cantidades, controla fuertemente el crecimiento de los cultivos y supone un coste importante del cultivo cuyo precio está muy vinculado al del petróleo y, por tanto, aumenta continuamente. Además, actualmente hay una presión creciente sobre los agricultores para que adopten prácticas de manejo que mejoren la eficiencia del uso de fertilizantes nitrogenados debido a los problemas ambientales asociados con las pérdidas de nitratos (NO3-) desde la agricultura al medio ambiente. La capacidad para analizar el nitrato (NO3-) de forma rápida en medios acuosos en la finca puede ayudar a los agricultores a realizar una gestión más eficiente del N, permitiendo aplicar las concentraciones de N deseadas y, facilitar la adopción de prácticas de manejo de nutrientes como el análisis de la solución del suelo y análisis de savia para optimizar el abonado N.

Características de los sistemas de análisis rápidos de nitrato

Actualmente, si un agricultor desea conocer la concentración de NO3- de una solución, tiene que enviar o llevar la/s muestra/s a un laboratorio analítico, y esperar varios días para recibir los resultados. El tiempo de espera y los inconvenientes involucrados disuaden a los agricultores a hacer análisis que podrían ayudar al manejo preciso de nutrientes en su finca.

Hay disponibles comercialmente varios sistemas de análisis que permiten analizar NO3- en la misma finca en minutos. Para que estos sistemas analíticos sean adecuados para su uso en campo por agricultores y técnicos deben presentar una serie de características como son: ser pequeños y portátiles; hacer el análisis con rapidez, en pocos minutos; tener un funcionamiento sencillo y que no requiera una formación especializada; ser razonablemente precisos y mantener su precisión; ser suficientemente robustos para su uso en finca; tener un rango de medida adecuado para aplicaciones en horticultura; y ser fáciles de calibrar y mantener la calibración. Estos equipos van a permitir a los agricultores/técnicos el poder hacer los análisis en la misma finca, y en un corto período de tiempo (por ej. menos de 10 minutos), de modo que el agricultor/técnico pueda tener los resultados de forma inmediata lo cual va permitir hacer los ajustes necesarios para el manejo de N.

Aplicaciones de los sistemas de análisis rápidos de nitrato

  • Control más exacto de la composición de la solución nutritiva: En los sistemas modernos de fertirrigación, con múltiples tanques de soluciones de nutrientes concentradas controlados por ordenador, la composición de la solución nutritiva está controlada por sensores de conductividad eléctrica (CE) y válvulas venturi o inyectores que a menudo no están bien calibrados. El análisis periódico del NO3- en la solución nutritiva permitirá que se apliquen las concentraciones de NO3- deseadas por el agricultor.
  • Seguimiento del nivel de nitrógeno de los cultivos: Los dos métodos para monitorizar si la cantidad de N que se aplica a un cultivo es adecuada son, el análisis de NO3- en la solución del suelo extraído con sondas de succión y el análisis de NO3- en la savia de la planta.

Nitrato en la solución del suelo

Las muestras de la solución del suelo se extraen con sondas de succión que consisten en un tubo de plástico estrecho que termina en una capsula de cerámica porosa que se instala a la profundidad deseada en el suelo. Al mantener el vacío en el tubo, la solución del suelo entra en la cápsula de cerámica donde se queda almacenada y de la que se extrae posteriormente. Sobre esta solución podemos analizar parámetros como pH, conductividad eléctrica y concentración de iones solubles en agua.

En los últimos 10 años ha habido varios estudios en invernaderos de Almería sobre el uso de las sondas de succión para el manejo del nitrógeno de cultivos hortícolas mediante el control de la concentración de NO3-  de la solución del suelo. En estos trabajos se demuestra que el control de la concentración de NO3- en la solución del suelo, en la zona de mayor concentración de raíces, se puede utilizar para reducir la cantidad de fertilizante de N aplicado y la pérdida de N por lixiviación de NO3- mientras que se mantiene la producción (Granados y cols, 2007; Fernández Fernández y cols, 2011).

Estudios recientes en el IFAPA La Mojonera sugieren que la producción se puede mantener con un valor mínimo de 5 mmol NO3-/L. Este valor mínimo es para cultivos con riego por goteo y fertirrigación con aplicación frecuente de NO3- en el riego. El gran valor del uso de las sondas de succión es la identificación de un suministro excesivo de N, que es aparente en un aumento en la concentración de NO3- en la solución de suelo a lo largo del tiempo.

Nitrato en Savia

El análisis del NO3- en la savia del pecíolo indica si el contenido de N de un cultivo es insuficiente, suficiente o excesivo. El análisis de savia se hace separando los pecíolos de las hojas, exprimiendo la savia con una prensa de ajo y analizando la concentración de NO3- en la solución exprimida. Una descripción detallada de los procedimientos de muestreo, preparación de las muestras y valores de referencia para los cultivos hortícolas se presenta en el libro ‘La savia como índice de fertilización’, del Profesor Carlos Cadahía López de la Universidad de Autónoma de Madrid (Cadahía, 2008); información similar de la Universidad de Florida está disponible en Internet (Hochmuth, 2009). Los valores recomendados varían entre especies y con la etapa de crecimiento, por lo tanto se recomienda consultar las fuentes de referencia más relevantes. Las concentraciones de NO3- en savia son mucho mayores que en la solución del suelo o en soluciones nutritivas; como ejemplo, el rango de suficiencia para el tomate es aproximadamente 40-60 mmol NO3-/L (Burt y cols, 1995; Cadahía, 2008).

Equipos disponibles

En los últimos 20 años, se han comercializado varios sistemas de análisis portátiles para la determinación de NO3- ‘in-situ’ en la finca. El más establecido es el Laquat metro para NO3- fabricado por Horiba de Japón. El RQflex Reflectoquant de Merck mide concentraciones de amonio y nitrato en soluciones acuosas. Un sensor muy reciente y prometedor es el sistema Clean Grow. En la tabla 1 se presenta información relevante sobre estos equipos. La tecnología de sensores es un área con un desarrollo tecnológico muy rápido y es muy probable que haya nuevos sistemas analíticos en un futuro próximo.

Laquat metro

El Laquat metro (Imagen 1) es un electrodo selectivo de iones que se ha utilizado para medir NO3- en aplicaciones hortícolas durante 20 años. Hay un otro modelo que mide solamente el potasio. El rango de concentración de análisis de NO3- es de 1 a 100 mmol NO3-/L; los resultados se presentan como mg NO3--N/L o mg NO3-/L. Este rango es suficiente para el análisis de las soluciones nutritivas, de solución del suelo, y muchas, pero no todas las muestras de savia. Las medidas se realizan en menos de un minuto. El sensor mide 17 x 3 x 2 cm y pesa 52 g. El coste estimado por análisis es 0,25€ basado en el uso de los estándares de calibración.

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Imagen 1. El Laquat metro con las soluciones de calibración. A la izquierda se muestra el depósito donde se colocan las soluciones a medir

El Laquat metro tiene dos electrodos para medir la concentración de NO3-, uno (A en la imagen 2, izquierda) está en el depósito de medida, y el otro (B en la imagen 2, izquierda) en el sensor.

Las medidas con el Laquat metro se pueden realizar, 1) colocando varias gotas de la solución a medir en un depósito que tiene debajo el electrodo (imagen 2, izquierda), o 2) mediante la inserción del parte del sensor directamente en la solución (imagen 2, derecha). El procedimiento más común es 1. Para analizar con el Laquat metro no es necesario preparar las muestras ni añadir reactivos. Normalmente se puede trabajar directamente con las soluciones a medir.

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Imagen 2. Los dos procedimientos para medir la concentración de NO3- en solución con el Laquat metro (izquierda) se aplican varias gotas sobre el electrodo en la celda, (derecha) se sumerge parte del equipo en la solución. A y B en la imagen a la izquierda son los electrodos selectivos.

En invernaderos de Almería, el Laquat metro se ha utilizado para medir la concentración de NO3- en soluciones nutritivas, solución del suelo y savia y para cada solución se compararon los resultados de cada análisis con los resultados de un laboratorio analítico (Figura 1). En cada una de las tres soluciones, el Laquat metro proporcionó medidas adecuada de la concentración de NO3- en comparación con los resultados del laboratorio (Figura 1).

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Figura 1. Comparación entre la concentración de NO3- medida con el Laquat metro y en un laboratorio analítico para muestras de solución nutritiva de fertirriego, solución de suelo y savia de planta. Se presenta la línea 1:1 (y=x) para comparar.

RQ Flex Reflectoquant

El RQflex Reflectoquant de Merck (imagen 3) es un reflectómetro que mide la concentración de NO3- y amonio (NH4+) en soluciones. El reflectómetro mide la intensidad del color en tiras (8 x 70 mm) que tienen una zona impregnada con reactivos (Imagen 3). El reflectómetro puede analizar más de 50 compuestos diferentes en soluciones (Tabla 1). Para algunos compuestos, se añaden reactivos adicionales a la solución que se mide. Las tiras, y reactivos se compran juntos como un kit; cada kit tiene su propia calibración que se introduce en el equipo con una tira de plástico con un código de barras magnético. El sistema dispone de un cronómetro digital y mensajes visuales que ayudan al usuario a controlar el proceso analítico. Con esta ayuda, el proceso de análisis es sencillo. El reflectómetro se desarrolló inicialmente para el análisis de aguas superficiales en ecosistemas naturales; como consecuencia, para las aplicaciones en horticultura, el rango de concentración es algo limitado.

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Imagen 3. Medida con el RQ Flex reflectometro Merck. La tira se introduce en el equipo para tomar la medida.

Sistema Clean Grow

El Clean Grow es un nuevo medidor de electrodos selectivos de iones que utiliza nanotecnología. En apariencia y tamaño (Imagen 4), es similar a los equipos portátiles que miden la conductividad eléctrica (CE) de soluciones. Hay varios modelos del Clean Grow para el análisis de distintos iones. Hay un modelo que analiza sólo NO3- y otro que analiza NO3- y NH4+ (Tabla 1). Hay modelos que analizan hasta seis iones diferentes de interés en agricultura (NO3-, NH4+, Ca2+, Cl-, K+, Na+).

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Imagen 4. Sistema Clean Grow con un sensor conectado

Para la medida de NO3-, el rango de concentración es 0,005 a 1.000 mmol/l, y para NH4+ es 0,04 a 640 mmol/l. Estos rangos de concentración cubren todas las aplicaciones hortícolas, incluyendo el rango completo de NO3- en savia. Para NO3- y NH4+, el tiempo de medida es menos de un minuto. El equipo mide 22,5 x 11,5 x 5 cm y pesa 500 g. El sistema Clean Grow se vende como un kit que incluye varios accesorios, soluciones de calibración y un estuche para transportarlo todo. Al ser un equipo reciente no hay mucha información contrastada sobre el mismo.

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Tabla 1. Métodos de análisis, rango de concentración de NO3- medido y coste aproximado del equipo y de cada análisis para el Laquat metro, RQ Flex Reflectoquant y sistema Clean Grow.

Observaciones sobre el uso de los equipos

En general, el Laquat metro tiene una buena exactitud para medir NO3- en soluciones nutritivas, solución del suelo y savia (Figura 1). Durante los últimos 20 años, el Laquat metro se ha usado bastante en horticultura y agricultura, y los resultados publicados en la bibliografía científica internacional son generalmente consistentes con los resultados obtenidos en invernaderos de Almería y presentados en este artículo. Para el análisis de la solución nutritiva, solución del suelo y savia utilizando el RQ Flex Reflectoquant, generalmente es necesario diluir las muestras para que estén dentro del rango analítico del instrumento, lo cual no es generalmente necesario cuando se usa el Laquat. Con equipos de electrodos selectivos como el Laquat metro y el sistema Clean Grow hay posibilidades de interferencias con otros iones que pueden afectar la exactitud de las medidas. Las situaciones más problemáticas son concentraciones elevadas de aniones como cloruro, bromuro y de algunos compuestos orgánicos. Cuando hay posibilidades de que haya interferencias es aconsejable comprobar los resultados de estos equipos con un laboratorio de análisis.

Consejos generales

Los sistemas de análisis rápidos, como muchos equipos analíticos, están afectados por la temperatura. Por eso es recomendable hacer los análisis a temperatura en torno a 20 °C evitando temperaturas extremas. La luz directa puede influir en los equipos, particularmente los equipos como el RQ Flex Reflectoquant que miden intensidad de color; por tanto es recomendable evitar medidas al aire libre y donde hay luz directa. Para minimizar los efectos de las condiciones ambientales sobre los equipos, se recomienda hacer siempre los análisis en condiciones similares durante el seguimiento de un cultivo.

Mientras que estos equipos de análisis rápido son adecuados para su uso en la finca, es necesario tener en cuenta que son equipos científicos y es necesario que se traten con cuidado. Para optimizar su precisión, es aconsejable mantener los equipos calibrados y limpios siguiendo las recomendaciones de los fabricantes. Hay que tener en cuenta que estos equipos sirven para dar una buena idea de las concentraciones de NO3- en las soluciones de interés. Pero, sus resultados son menos exactos que los de un laboratorio analítico. Es aconsejable comprobar periódicamente los resultados con los análisis de un laboratorio analítico.

Ejemplos de seguimiento de cultivos en Almería

En un estudio realizado por la Universidad de Almería con un cultivo de tomate en un invernadero comercial en La Cañada, Almería, se realizaron medidas cada dos semanas de la concentración de NO3- en la solución del suelo con el RQ Flex Reflectoquant y en un laboratorio analítico. Los resultados para la solución del suelo se presentan en la Figura 2. En este estudio, el RQ Flex Reflectoquant proporcionó resultados muy similares a los del laboratorio durante todo el cultivo de concentración de NO3- en la solución del suelo (Figura 2). Estos resultados demuestran que el sistema de análisis rápido proporcionó información al agricultor muy similar a la del laboratorio. En este ejemplo, los resultados del análisis de NO3- en la solución del suelo sugieren que la aplicación de N durante todo el cultivo era excesiva y que se podría haber aplicado menos N.

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Figura 2. Concentración de NO3- en la solución de suelo durante un cultivo de tomate en un invernadero comercial. La concentración de NO3- se midió con el RQ Flex Reflectoquant y en laboratorio. En la figura se indican los índices de referencia.

Protocolos para el uso de análisis rápido de nitrato en la solución del suelo

La Estación Experimental de Cajamar Caja Rural ha elaborado un manual sobre el uso de la sondas de succión para ayudar con la gestión del nitrógeno en cultivos hortícolas en Almería, titulado ‘Reducción de la lixiviación de nitratos y manejo mejorado de nitrógeno con sondas de succión en cultivos hortícolas’ (Granados y cols., 2007). Este manual describe resultados experimentales y contiene protocolos detallados de la instalación y uso de las sondas de succión y su aplicación para controlar la concentración de NO3- de la solución del suelo. La portada se reproduce a continuación (Imagen 5). Esta publicación se puede obtener en la página web de la Estación Experimental de Cajamar Caja Rural.

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Imagen 5. A la izquierda, portada del manual de Granados y cols. publicado por la Estación Experimental de Cajamar Caja Rural, y a la derecha portada del protocolo preparado por IFAPA La Mojonera.

El IFAPA La Mojonera dispone de un protocolo sobre el uso de las sondas de succión en combinación con sistemas de análisis rápidos para controlar la concentración de NO3- en la solución del suelo. El título de este documento es ‘Protocolo de actuación para disminuir la contaminación por nitratos en cultivos de pimiento y tomate bajo abrigo’. Este documento describe la legislación vigente, resultados experimentales y procedimientos para el uso de sondas de succión y del RQ Flex Reflectoquant y del Laquat metro. La portada se reproduce a continuación (Imagen 5). Este protocolo se puede obtener en la página web de SERVIFAPA en:

http://www.juntadeandalucia.es/agriculturaypesca/ifapa/servifapa/contenidoAlf?id=da076140-e700-4166-8d69-74bed98e86de

Bibliografía

  • BURT C, O’CONNOR, K O, RUEHR, T. (1995): Fertigation. Irrigation Training and Research Center, California Polytechnic State University, San Luis Obispo, California, EE UU.
  • CADAHIA LÓPEZ, C. (2008). La savia como índice de fertilización. Ed. Mundi Prensa, Madrid.
  • FERNÁNDEZ FERNÁNDEZ, Mª.M., BAEZA CANO, R., CÁNOVAS FERNÁNDEZ, G., MARTÍN EXPÓSITO, E. (2011). Protocolo de actuación para disminuir la contaminación por nitratos en cultivos de pimiento y tomate bajo abrigo. IFAPA, Andalucía.
  • GRANADOS GARCÍA, Mª.R., THOMPSON, R.B., FERNÁNDEZ FERNÁNDEZ, Mª.D., GÁZQUEZ GARRIDO, J.C., GALLARDO, M., MARTÍNEZ GAITÁN, C. (2007): Reducción de la lixivación de nitratos y manejo mejorado de nitrógeno con sondas de succión en cultivos hortícolas. Ed. Fundación Cajamar, Almeria.
  • HARTZ, T.K., HOCHMUTH, G.J. (1996). Fertility management of drip-irrigated vegatetables. HortTecnology, 6, 168-172.
  • HOCHMUTH, G. (2009). Plant petiole sap-testing for vegetable crops. CR144/CV004, IFAS Extension, University of Florida http://edis.ifas.ufl.edu/cv004

Comentarios al artículo/noticia

#2 - Marisa Gallardo
06/12/2014 13:49:12
Le recomendaría el Laquat metro porque no hace falta diluir las muestras permitiendo analizar directamente las muestras de solución de suelo o de savia y los resultados son muy similares a los análisis de laboratorio
#1 - santos.abascal@aurigasv.es
05/12/2014 12:03:24
Buenos días, Quería preguntar cuál de los sistemas es mejor para el control de N en cultivos de arroz gracias

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