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La reducción en los aportes de riego y nutrientes no afectó al rendimiento total que fue ligeramente superior en el tratamiento DSS

Evaluación del sistema de recomendaciones iGUESS-MED para el manejo del riego y la fertilización en cultivo de tomate bajo invernadero

Gallardoa, M., Peña-Fleitasa, M.T., Sáncheza, F., Bonachelaa, S., Fernándezb, M.D.

aDepartamento de Agronomía, Universidad de Almería

bEstación Experimental de la Fundación Cajamar, El Ejido, Almería

01/03/2024
Este trabajo es parte del proyecto europeo iGUESS-MED en el que se ha desarrollado un sistema de ayuda a la toma de decisiones (DSS) para cultivo de tomate en invernaderos mediterráneos. Uno de sus objetivos prioritarios es mejorar la gestión del riego y la fertilización para reducir el uso de agua y nutrientes y la contaminación ambiental asociada. En este estudio se ha realizado una evaluación de la gestión del riego y la fertilización con el nuevo DSS desarrollado en el proyecto iGUESS-MED.
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Introducción

Recientemente y en el marco del proyecto europeo iGUESS-MED se ha desarrollado un innovador sistema de ayuda a la toma de decisiones (DSS) para cultivo de tomate en invernaderos mediterráneos (https://www.iguessmed.com/). Uno de los objetivos prioritarios de este DSS es mejorar la gestión del fertirriego en zonas con aguas de baja calidad para reducir el uso de agua y nutrientes y la contaminación ambiental asociada. Otros componentes del DSS son predecir plagas y enfermedades, y mejorar la eficiencia climática del cultivo de tomate en invernadero. El DSS requiere datos climáticos medidos en finca a tiempo real e información básica sobre el suelo y cultivo. El consorcio del proyecto está formado por centros de investigación, PYMES y usuarios finales de países de la UE y de países no pertenecientes a la UE pertenecientes a la cuenca mediterránea.

El DSS desarrollado incorpora recomendaciones de riego calculadas con la herramienta PrHo (Fernández et al., 2009) basada en modelos simples de cálculo de las necesidades hídricas de los cultivos de invernadero y recomendaciones del contenido óptimo de nutrientes en la solución nutritiva de aporte en fertirriego con el VegSyst-DSS v2 (Gallardo et al., 2014, 2023a). El VegSyst-DSS considera la demanda del cultivo y los nutrientes que aporta la materia orgánica del suelo, el estiércol aportado y los nutrientes disponibles del suelo al inicio del cultivo. El objetivo de este artículo es presentar los resultados más relevantes de un ensayo en cultivo de tomate en invernadero y suelo en el que se evaluó el manejo del riego y la fertilización según recomendaciones del DSS del proyecto iGUESS-MED en relación con un manejo convencional.

Material y Métodos

El trabajo experimental se realizó en un invernadero de plástico de 1400 m2 tipo raspa y amagado situado en la Estación Experimental de la Universidad de Almería, Retamar, Almería. Se cultivó un tomate larga vida (Solanum Lycopersicum L.), variedad Pontal (Rijk Zwaan), injertado sobre el portainjerto Emperador (Rijk Zwaan). El trasplante se realizó el 30 de diciembre de 2022 y el cultivo finalizó el 14 de junio de 2023; la densidad de plantación fue de 2 plantas m-2. El cultivo se realizó en suelo enarenado y se empleó riego por goteo con emisores de 3 L h-1. Los nutrientes se aplicaron mediante fertirriego. El ensayo se realizó en uno de los módulos con una superficie cultivada de 800 m2 que se dividió en 8 parcelas experimentales de 42 m2 por parcela elemental; se aplicaron aleatoriamente dos tratamientos de manejo del riego y la fertilización disponiéndose de 4 replicaciones/tratamiento siendo el diseño experimental de bloques al azar. Las condiciones de cultivo y la gestión de éste fueron muy similares a las de los invernaderos comerciales de esta región.

Los dos tratamientos de manejo del riego y la fertilización fueron, un manejo convencional (CONV) y un manejo según recomendaciones del iGUESSMED DSS, que incorpora el PrHo para el manejo del riego (Fernández et al., 2009) y el VegSyst-DSS V2 para la fertilización (Gallardo et al., 2014, 2023a). En el tratamiento CONV se aportó un volumen de riego un 20% superior al riego del DSS y la fertilización se basó en soluciones nutritivas estándar para tomate en invernaderos de Almería. En el tratamiento DSS, el volumen de riego correspondió a la ETc/CU siendo ETc la evapotranspiración del cultivo y CU el coeficiente de uniformidad del sistema de riego. La ETc se determinó con PrHo usando datos climáticos medidos a tiempo real y cálculos semanales.

La frecuencia de riego fue la misma en los dos tratamientos y osciló entre 1 y 3 días según la época del año. Las recomendaciones de nutrientes se basaron en el VegSyst-DSS V2 usando datos de clima históricos y un seguimiento del estado nutricional del cultivo mediante análisis de nutrientes en savia y en solución de suelo. Se realizó un análisis físico-químico completo del suelo antes del trasplante y determinaciones de (1) volumen y composición de la solución nutritiva aportada, (2) contenido de nutrientes en savia de peciolos y en la solución del suelo y (3) producción y calidad de frutos según se describe en detalle en Gallardo et al., (2023b). Todas las medidas son el promedio de 4 replicaciones.

Tabla 1. Resultados del análisis de suelo (0-20 cm) realizado antes de trasplante...
Tabla 1. Resultados del análisis de suelo (0-20 cm) realizado antes de trasplante. También se incluye la evaluación del suelo y recomendaciones de aporte según VegSyst-DSS v2.

En la Tabla 1 se presentan los resultados del análisis de suelo antes de plantación y de la evaluación del suelo mediante VegSyst-DSS v2. En el cálculo del balance de N se considera el contenido de materia orgánica, los aportes de estiércol y de N mineral del suelo. No se había añadido estiércol en los 3 años anteriores al cultivo, por lo que la mineralización de N procedente del estiércol se consideró nula. La contribución del N procedente del suelo al cultivo fue despreciable debido los bajos niveles de materia orgánica y de N mineral antes de trasplante (Tabla 1).

Los altos niveles de carbonatos requirieron un aporte adicional de P (Gallardo et al., 2023a). El contenido de K intercambiable del suelo era muy bajo y el de P asimilable muy alto (Tabla 1). El VegSyst-DSS V2 ajustó las recomendaciones de fertilización según la fertilidad del suelo siendo necesario un aporte adicional de K para considerar las extracciones del cultivo y enriquecer el suelo; al contrario, en P solo se recomendó aportar el 50% de las extracciones dada la elevada cantidad de P disponible en el suelo (Tabla 1).

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Resultados

En la Fig. 1 se presenta la evolución estacional de las concentraciones de N, P y K medidas en la solución nutritiva aportada en los tratamientos CONV y DSS para periodos de 2 semanas. De forma generalizada, la concentración de aporte fue inferior en el tratamiento DSS con valores del 78% en N, 58% P y 86% para K en el tratamiento DSS en relación con el CONV. Hubo algunos periodos en los ambos tratamientos fueron muy similares como el periodo final del ciclo para el P y el inicial para el K (Fig. 1).
Fig. 1...
Fig. 1. Evolución estacional de la concentración de nutrientes N, P y K aportados en la solución nutritiva en los tratamientos convencional (CONV) y DSS.
De igual manera, las cantidades totales de N, P y K aplicadas durante el ciclo de cultivo en el tratamiento DSS fueron considerablemente menores que en el CONV, existiendo una reducción en aportes en el tratamiento DSS en relación con el CONV de 35% para el N, 48% para el P y 33% para el K. El aporte de agua de riego se redujo en un 19% en el tratamiento DSS en relación con el CONV (Tabla 2).
Tabla 2...

Tabla 2. Aportes totales de riego y de nutrientes N, P y K durante el ciclo de cultivo en los tratamientos convencional (CONV) y DSS y % de reducción en aportes en DSS en relación con el tratamiento convencional.

La producción total de fruto fue en el DSS ligeramente superior a la del CONV con diferencias estadísticamente significativas entre ambos tratamientos (Tabla 3). No hubo diferencias estadísticamente significativas (P≤0.05) entre tratamientos en producción de fruto comercial, ni en número de frutos y peso medio de los frutos (Tabla 3). En relación con la calidad organoléptica, no se encontraron tampoco diferencias significativas (P≤0.05) entre los dos tratamientos en contenido en sólidos solubles totales (TSS), acidez valorable y pH del fruto (Tabla 3). En relación con la calidad externa tampoco se encontraron diferencias significativas (P≤0.05) entre tratamientos en la firmeza del fruto y en los índices de color de la epidermis del fruto (datos no presentados).
Tabla 3. Producción de fruto total y comercial, número total de frutos y peso medio de los frutos en cada tratamiento...

Tabla 3. Producción de fruto total y comercial, número total de frutos y peso medio de los frutos en cada tratamiento. Se incluyen también parámetros de calidad organoléptica del fruto como contenido en solidos solubles (TSS), pH y acidez valorable. Letras distintas indican diferencias significativas (P≤0.05) entre medias según el procedimiento LSD. Se presenta un resumen del análisis de varianza, no significativo (ns), significativo a P ≤ 0.05 (*), muy significativo a P ≤ 0.01 (**) y altamente significativo a P ≤ 0.001 (***).

Se realizó un análisis económico de los costes de riego y fertilización asociados a cada uno de los dos tratamientos de gestión de la fertirrigación examinados. En relación con el tratamiento CONV, la gestión del riego en DSS mediante el uso del PrHo, supuso un ahorro de costes de agua de riego de 445.2 € ha-1, un 18% menos que la gestión CONV. En relación con los costes de fertilizantes, la gestión mediante el VegSyst-DSS v2 combinado con monitorización, supuso un ahorro de costes de fertilizantes de 3.661,5 euros ha-1, lo que representaba el 40% del coste de fertilizantes del tratamiento CONV.

El análisis económico realizado mostró que el uso de la gestión del riego y fertilización basados en las herramientas PrHo y VegSyst-DSS v2 integrados en el DSS iGUESS-MED supuso un ahorro del 18% en el coste del agua y del 40% en el coste del fertilizante

Discusión

Estos resultados muestran que el DSS iGUESS-MED que combina el PrHo y el VegSyst-DSS v2 para la gestión del riego y la fertilización en cultivo de tomate bajo invernadero en suelo supuso un importante ahorro en los aportes de agua y macronutrientes (N, P, K) sin comprometer la producción. Este ahorro en los aportes supuso una reducción en los costes de cultivo y del impacto ambiental asociado a los aportes excedentarios de nutrientes. Los resultados de este estudio demuestran que la programación del riego y la fertilización considerando (i) las necesidades del cultivo, (ii) los nutrientes disponibles en el suelo y los aportes de estiércol y (iii) la monitorización del estado hídrico y nutricional del suelo y cultivo es factible y tiene ventajas tanto económicas como medioambientales.

Nuestros resultados confirman trabajos previos en cultivos hortícolas de invernadero en los que la gestión del riego y del N basada en las estimaciones de las necesidades del cultivo resultó en una reducción importante de los aportes de riego y fertilizantes N y en las pérdidas de nitratos por lixiviación (Granados et al., 2013; Magán et al., 2019).

La reducción en los aportes de riego y nutrientes no afectó al rendimiento total que fue ligeramente superior en el tratamiento DSS, ni al comercial y no hubo diferencias entre tratamientos en los componentes del rendimiento. Tampoco hubo diferencias significativas entre tratamientos en los parámetros evaluados de calidad organoléptica y calidad externa. El análisis económico realizado mostró que el uso de la gestión del riego y fertilización basados en las herramientas PrHo y VegSyst-DSS v2 integrados en el DSS iGUESS-MED supuso un ahorro del 18% en el coste del agua y del 40% en el coste del fertilizante.

El sistema de recomendación de riego y abonado evaluado es compatible con el uso de sistemas de fertirrigación estándar comúnmente utilizados en los invernaderos de Almería. Es previsible que el uso de estas herramientas a nivel comercial sea necesario en el contexto actual de (i) digitalización de la agricultura y de (ii) implantación de la reciente legislación sobre fertilización sostenible (BOE, 2022); esta nueva legislación requiere que los agricultores preparen antes del cultivo planes de fertilización basados en la demanda del cultivo y compatibles con buenas prácticas agrícolas (BOE, 2022).

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Referencias bibliográficas

BOE. Real decreto 1051/2022 de 27 de diciembre, por el que se establecen normas para la nutrición sostenible en los suelos agrarios. Boletín Oficial del Estado. N°312. 42 pp. https://www.boe.es/diario_boe/txt.php?id=BOE-A-2022-23052

Gallardo, M., Thompson, R.B., Giménez, C., Padilla, F.M., Stöckle, C.O. 2014. Prototype decision support system based on the VegSyst simulation model to calculate crop N and water requirements for tomato under plastic cover. Irrig. Sci. 32, 237–253.

Gallardo, M., Peña-Fleitas, M.T., Giménez, C., Padilla, F.M., Thompson, R.B.2023a. Adaptation of VegSyst-DSS for macronutrient recommendations of fertigated, soil-grown, greenhouse vegetable crops. Agric. Water Manag., 278, 107973.

Gallardo, M., Peña-Fleitas, M.T., Padilla, F.M., Cedeño, J., Thompson, R.B. 2023b. Prescriptive-Corrective irrigation and macronutrient management in greenhouse soil-grown tomato using the VegSyst-DSS v2 Decision Support Tool. Horticulturae 9, 1128.

Granados, M.R., Thompson, R.B., Ferna´ndez, M.D., Marti´nez-Gaita´n, C., Gallardo, M. 2013. Prescriptive–corrective nitrogen and irrigation management of fertigated and drip-irrigated vegetable crops using modelling and monitoring approaches. Agr. Water Manage.119, 121–134.

Fernández, M.D., Baeza, E., Céspedez, A., Pérez-Parra, J., Gázquez, J.C. 2009. Validation of on-farm crop water requirements (PrHo) model for horticultural crops in an unheated plastic greenhouse. Acta Hort. 807, 295-300.

Maga´n, J.J., Gallardo, M., Ferna´ndez, M.D., Garci´a, M.L., Granados, M.R., Padilla, F.M., Thompson, R.B. 2019. Showcasing a fertigation management strategy for increasing water and nitrogen use efficiency in soil-grown vegetable crops in the FERTINNOWA project. Acta Hortic. 1253, 17-24.

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