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El sistema de análisis rápido Laqua para [NO3-], [K+], [Ca2+] y [Na+] puede ser una herramienta útil para el seguimiento y control de la fertirrigación en cultivos hortícolas

Monitorización de la fertirrigación de cultivos hortícolas mediante métodos de análisis rápido

F.J. Cabrera1, S. Bonachela1, Mª.D. Fernández2, H. Bocos1, Mª.R. Granados1, J.C. López2 y D.E. Meca2 1 Dpto. de Agronomía, Campus de Excelencia Internacional Agroalimentario (ceiA3), Universidad de Almería 2 Estación Experimental de Cajamar 'Las Palmerillas', El Ejido, Almería27/02/2016

Se evaluó el uso de sistemas analíticos rápidos (sondas Laqua) para determinar el contenido de [NO3-], [K+], [Ca2+] y [Na+] en la solución del suelo, a lo largo de un ciclo de cultivo de tomate en invernadero y suelo enarenado, comparándolos con las medidas de análisis oficiales en laboratorio. En los cuatro nutrientes evaluados se obtuvo un buen ajuste entre la medida realizada con el equipo de análisis rápido y la realizada con el método de análisis oficial en laboratorio, y los errores cometidos fueron relativamente pequeños. Además, los errores pueden reducirse corrigiendo las medidas de los equipos Laqua con las rectas de regresión encontradas. Por ello, el sistema de análisis rápido Laqua puede ser una herramienta útil para el seguimiento y control de la fertirrigación en cultivos hortícolas en invernadero.

Introducción

La producción agrícola actual requiere de estrategias que ajusten los insumos de agua, fertilizantes y pesticidas a las necesidades de los cultivos para asegurar la sostenibilidad de los sistemas agrícolas y asegurar el rendimiento vegetal a un costo relativamente bajo.

En el sureste de España se encuentra la mayor zona de producción hortícola protegida de España, y una de las mayores concentraciones de invernaderos a nivel mundial. La provincia de Almería destaca con una superficie de cultivos de 29.000 ha. Aproximadamente el 80% de esta superficie se cultiva en suelo, mediante fertirriego, siendo escaso o nulo el control de nutrientes aportados de modo que estos se suelen acumular en época de baja demanda por el cultivo, produciéndose; (1) una contaminación ambiental por los lixiviados a los acuíferos superficiales que implica un aumento de iones principalmente [NO3-] y (2) a pérdida de calidad del agua de riego, manifestando toxicidades y/o carencias en los cultivos. Esta situación, que se ha prolongado durante varias décadas, ha generado una serie de problemas medioambientales en suelos y aguas (por ejemplo, la contaminación por los lixiviados de los acuíferos superficiales), que están acrecentándose en los últimos años.

Por esto es importante establecer métodos de control de la fertirrigación estableciendo un seguimiento a los nutrientes aportados para evitar de este modo estrés en el cultivo y daños en el medio ambiente. Estos métodos de control pasan por conocer la concentración de iones presentes en el suelo de forma rápida. Thompson et al. (2009), han estudiado varios métodos de análisis rápido para evaluar la concentración de [NO3-] en; soluciones acuosas, soluciones del suelo, muestras de savia y soluciones nutritivas, como son el reflectómetro RQFlex de Merck y el colorímetro C115 de Hanna.

El objetivo de este estudio fue evaluar y poner a punto métodos de análisis rápido para analizar las muestras de solución del suelo, mediante sensores Laqua de la concentración de [NO3-], [K+], [Ca2+] y [Na+] en cultivos hortícolas.

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Figura 1. Cultivo de tomate en invernadero y suelo enarenado en la Estación Experimental de Cajamar 'Las Palmerillas'.

Material y métodos

Los ensayos (Figura 1) se realizaron en la Estación Experimental de Cajamar ‘Las Palmerillas’ durante un ciclo de tomate (Solanum lycopersicum L.), cv. ‘Genio’, de febrero a julio de 2015, cultivado en un invernadero tipo parral con suelo enarenado (Wittwer and Castilla, 1995).

El agua de riego tenía una conductividad eléctrica (CE) de 1,7 dS.m-1 debido, sobre todo, a la elevada concentración de [Na+] y [Cl-]. Mediante un sistema de riego por goteo se aportaron los fertilizantes disueltos en el agua de riego obteniendo la solución nutritiva que muestra la Figura 4. Las necesidades de agua de riego se determinaron usando la metodología FAO adaptada a invernaderos con el software PrHo (Fernández et al., 2009), se aplicó una dosis total de riego de unos 350 mm.

Los análisis rápidos se realizaron con los medidores de iones B-743 LAQUAtwin Compact Nitrate Meter, B-731 LAQUAtwin Compact Potassium Ion Meter, B-751 LAQUAtwin Compact Calcium Ion Meter, y B-722 LAQUAtwin Compact Sodium Ion Meter (Horiba Co. Ltd., Japón), que miden la concentración de [NO3-], [K+], [Ca2+] y [Na+], respectivamente (Figura 2). Las medidas se llevaron a cabo en muestras de la solución nutritiva aportada (SN) y de la solución del suelo recogida con sondas de succión (SS) y FullStop (FS) a lo largo del ciclo de cultivo de tomate. Los equipos de análisis rápido, de pequeño tamaño, permiten la medición de iones de manera rápida en volúmenes de muestra de sólo 0,3 ml, pero requieren, previo a su uso, calibraciones a 150 ppm y 2.000 ppm.

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Figura 2. Sondas Laqua de análisis rápido de iones.
Las muestras se extrajeron del suelo a lo largo del ciclo del cultivo mediante 18 sondas de succión (modelo SSAT, Irrometer, Riverside, California) y 13 FullStop (Stirzaker, 2003) o detector del frente de humedad (Figura 3). Las sondas de succión (SS), son equipos lisimétricos activos que requieren la aplicación de una succión (−50 a −60 kPa), se instalaron en varias posiciones dentro del bulbo humedecido por el gotero, mientras que los FullStop (FS), equipos lisimétricos pasivos que generan una tensión matricial de −2 a −3 kPa y recogen la solución nutritiva que drena por gravedad (Fernández et al., 2015), se instalaron en dos posiciones del bulbo húmedo, bajo gotero a profundidades 0,25 y 0,35-0,40 m. Las muestras, que se mantuvieron refrigeradas, se dejaron reposar en el laboratorio hasta alcanzar la temperatura ambiente para ser analizadas.
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Figura 3. Extracción de la solución del suelo mediante sonda de succión (SS) y FullStop (FS).

Para evaluar la precisión de estos equipos de análisis rápido, en las muestras de los principales muestreos realizados durante el cultivo también se analizaron la concentración de [NO3-], [K+], [Ca2+] y [Na+] con los métodos oficiales de análisis en laboratorio (MAPA, 1994).

El comportamiento de los métodos de análisis rápido se ha evaluado mediante regresiones lineales (Statgraphics, Statpoint Technologies Inc., Virginia, USA) entre las medidas realizadas con los equipos rápidos y las medidas con los métodos oficiales en laboratorio. Se calculó el coeficiente de determinación (R2), el error cuadrático medio o error estándar en la estimación (RMSE) y el error medio absoluto (EMA).

Resultados y discusión

La Figura 4 muestra la evolución a lo largo del ciclo de cultivo de tomate de la concentración de [NO3-] en la solución del suelo recogida con SS y FS en dos profundidades del suelo, y compara la medida realizada con el equipo de análisis rápido (Laqua) con la realizada en laboratorio.

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Figura 4. Evolución de la concentración de [NO3-] en la solución extraída con SS y FS medidos con test de análisis rápido (líneas) y en laboratorio (puntos) durante un ciclo de cultivo de tomate en invernadero en suelo enarenado a 0,25 m (___ y O) y 0,35-0,40 m (__ _y O)  de profundidad y en la solución nutritiva (_ _ _), [las barras verticales indican la desviación estándar, valores con al menos 3 repeticiones].

La concentración de [NO3-] osciló entre 0,5-16,1 mmol.L-1 y los valores fueron, en general, similares tanto en las dos profundidades (0,25 y 0,35-0,40 m) como en los dos métodos de recogida (SS y FS). En general, para los otros tres macronutrientes evaluados ([K+] rango 2,3-16,9 mmol.L-1, [Ca2+] rango 2,7-12,7 mmol.L-1 y [Na+] rango 4,3-39,1 mmol.L-1) se encontró un comportamiento similar al observado en la evolución de la concentración [NO3-] entre la medida con el equipo de análisis rápido y la medida realizada en laboratorio (datos no presentados).

En los cuatro iones evaluados se han obtenido buenas relaciones entre la concentración medida con los equipos de análisis rápido y la medida en laboratorio con valores de R2 mayores de 0,87 y valores de RMSE de 1,0 mmol.L-1 para [NO3-], 1,1 mmol.L-1 para [K+], 0,8 mmol.L-1 para [Ca2+] y 2,1 mmol.L-1 para [Na+] (Figura 5).

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Figura 5. Relación entre la concentración de [NO3-], [K+], [Ca2+] y [Na+] en la solución del suelo recogida con SS y FS medida con los equipos de análisis rápido Laqua y la medida en laboratorio durante un ciclo de cultivo de tomate en invernadero con suelo enarenado. [-.-, línea 1:1; R2, coeficiente de determinación; RMSE, error cuadrático medio; EMA, error medio absoluto; n, número de valores].

Conclusiones

El sistema de análisis rápido Laqua para [NO3-], [K+], [Ca2+] y [Na+] puede ser una herramienta útil para el seguimiento y control de la fertirrigación en cultivos hortícolas al presentar un buen ajuste con las medidas realizadas con los métodos oficiales de laboratorio y errores relativamente pequeños. Además, estos errores pueden reducirse corrigiendo las medidas de los equipos Laqua con las rectas de regresión determinadas en este trabajo.

Agradecimientos

Los autores desean agradecer el apoyo financiero del Ministerio Español de Ciencia e Innovación, y Economía y Competitividad, y de los fondos FEDER en el marco del proyecto RTA2013-00045-C04-03.

Referencias bibliográficas

  • Fernández, M.D.; Baeza, E.; Céspedes, A.; Pérez-Parra, J. y Gázquez, J.C., (2009). Validation of on-farm crop water requirements (PrHo) model for horticultural crops in an unheated plastic greenhouse. Acta Hortic. (ISHS). 807, 295-300.
  • Fernández, M.D.; Bonachela, S.; Robles, M.; Granados, M.R.; Meca, D.; López, J.C. y Cabrera, F.J., (2015). Comparison of Passive and Active Methods of Soil Solution Sampling for Fertigation Control in a Mediterranean Greenhouse, International symposium on new technologies and management for greenhouses (Greensys 2015), Evora. Portugal. 19-23 July.
  • MAPA, (1994). Métodos oficiales de análisis. Tomo III: Métodos oficiales de análisis de suelos y aguas para el riego. Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación. Servicio de Publicaciones, Madrid, pp. 205-285.
  • Thompson, R.B.; Gallardo, M.; Joya, M.; Segovia, C.; Martínez-Gaitán, C. y Granados, M.R., (2009). Evaluation of rapid analysis systems for on-farm nitrate analysis in vegetable cropping. Spanish Journal of Agricultural Research 7, 200-2011.
  • Wittwer, S.H. y Castilla, N., (1995). Protected cultivation of horticultural crops worldwide. HortTechnology 5, 6-23.

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