El enriquecimiento carbónico y la salinidad en la producción de tomate asurcado de alto valor comercial

La obtención de frutos de calidad organoléptica diferenciada requiere un manejo preciso del cultivo y condiciones de estrés salino y térmico que limitan la productividad. El control del clima en invernadero permite modular el efecto de la salinidad sobre el crecimiento y desarrollo del cultivo, por otra parte, diversos estudios sobre aplicación de CO₂ en la atmósfera del invernadero mediterráneo han mostrado que esta técnica da lugar a incrementos productivos entre el 15 y el 20% en diferentes especies hortícolas, por lo que la aplicación de CO₂ en condiciones de estrés salino puede ser una estrategia interesante para mitigar el efecto nocivo de la salinidad sobre la productividad, particularmente cuando se cultivan variedades valoradas por el consumidor, de alto valor comercial.

En un contexto de elevada competitividad en el sector hortícola, se muestra un creciente interés por el cultivo de variedades de alto valor económico como el tomate RAF. La obtención de estos frutos con una calidad organoléptica diferenciada requiere unas condiciones de cultivo de estrés osmótico y térmico (bajas temperaturas) para adquirir las características de calidad apreciadas por los consumidores.

Los niveles de salinidad moderados inciden, en mayor medida, sobre la disminución del tamaño del fruto asociado a una menor acumulación de agua (Ho et al., 1987) y la reducción del número de frutos se produce cuando el estrés osmótico es más severo. El aumento de materia seca en el fruto, obtenido bajo condiciones de salinidad, mejora sus cualidades organolépticas (Magán et al., 2008), por tanto, la salinidad podría considerarse como una herramienta estratégica para mejorar la calidad del fruto como el tomate, sin embargo, en contraposición, implica una reducción de la producción comercial potencial. No obstante, el crecimiento vegetal también depende de otros factores ambientales que influyen sobre la producción de asimilados, como la concentración de CO₂ en la atmósfera del invernadero, de manera que es posible una modulación del efecto negativo de la salinidad actuando sobre ellos.

Diferentes estudios sobre enriquecimiento carbónico en los invernaderos del ámbito mediterráneo, indican que la aplicación, basada en la variación de la concentración de CO₂ en función de la ventilación, originan incrementos productivos entre el 12 y el 25% para los cultivos de: pepino, pimiento y judía y mejoran la eficiencia en el uso del agua (Sánchez-Guerrero et al., 2010).

Este estudio pretende evaluar la influencia del enriquecimiento carbónico sobre la producción y la eficiencia en el uso del agua en un cultivo de tomate cv. Delizia (híbrido RAF) y valorar si la aplicación permite paliar el efecto nocivo de la salinidad en la producción de esta variedad de alto valor comercial.

El experimento se llevó a cabo en el Centro IFAPA 'La Mojonera' de Almería, en dos invernaderos multitúnel semejantes de 720 m² (30 x 24 m) con cubierta de polietileno. Se cultivó un ciclo de otoño-invierno de tomate, c.v. Delizia en contenedores de 27 l con sustrato de perlita. El trasplante se realizó el 29 de septiembre de 2011, a una densidad de 2,5 plantas m^-2. Las plantas se tutoraron verticalmente. El equipo de fertirrigación automatizado permitió aplicar la disolución nutritiva (SN). Se evaluaron dos niveles de conductividad eléctrica (CE) de la SN por invernadero, 4 y 7 dS m^-1, obtenidas mediante la adición de NaCl al agua de riego. Los valores de la CE de las disoluciones lixiviadas se situaron en torno a 6 dS m^-1 para (CE 4) y 12 dS m^-1 para (CE 7). El ciclo de cultivo finalizó a los 168 días después del trasplante (ddt).

Los dos invernaderos estaban equipados con sistemas de ventilación (cenital y lateral), calefacción y sombreado móvil (malla aluminizada OLS-ABRI del 35% de reducción de transmisión de radiación) gestionados mediante un controlador de clima. Las consignas de activación de la ventilación fueron: temperatura > 25 °C y/o humedad relativa >70/80% (día/noche). La calefacción se programó para actuar cuando la temperatura fuera inferior a 10 °C y se desactivó a los 130 días después del trasplante.

Un invernadero (C) disponía de una instalación para la distribución de CO₂ puro y un analizador (IRGA) (GMD20; Vaisala, Helsinki, Finlandia), para el registro continuo de la concentración de CO₂, conectado al controlador de clima. En el invernadero de referencia (T) no se aplicó dióxido de carbono. Las consignas para el control de la concentración de CO₂ en el invernadero enriquecido se vincularon a la dinámica de la ventilación. Se enriqueció la atmósfera del invernadero a 800 µmol mol^-1, cuando las ventanas permanecían cerradas o la apertura de las ventanas cenitales era inferior al 20%, y se aplicó una concentración próxima a la ambiental 350 µmol mol^-1 cuando operaba la ventilación por exceso térmico o higrométrico con el objetivo de reducir el gradiente de concentración interior/exterior y evitar pérdidas innecesarias. El periodo de aplicación de CO₂ durante el día se iniciaba 15 minutos antes del amanecer y terminaba 75 minutos antes del ocaso.

Los valores de los parámetros climáticos: radiación, temperatura, déficit de presión de vapor (DPV) y concentración de CO₂ se registraron con una periodicidad de 1 minuto y se almacenó el promedio de 5 minutos.

Se cuantificó el volumen de la disolución nutritiva y lixiviada tres veces por semana y se midió el pH y la CE de las disoluciones en cuatro puntos de control por cada tratamiento. Se determinó el volumen medio total acumulado de la disolución aportada y lixiviada. El fruto se recolectó dos veces por semana y se cuantificó el peso y el número de frutos en 6 repeticiones por tratamiento en zonas homogéneas del invernadero, cada una formada por 16 plantas. Se evaluó la calidad de los frutos según la normativa vigente de calidad de UE y se valoró la producción comercial y total.

La eficiencia en el uso del agua (WUE) se calculó como el cociente entre la producción comercial obtenida y el agua absorbida por el cultivo (g L^-1).

La influencia del enriquecimiento carbónico (C) y de la conductividad eléctrica (CE) sobre la producción se analizó estadísticamente aplicando un diseño factorial de dos factores y dos niveles por factor: Concentración de CO₂ (C y T) y conductividad eléctrica (CE 4 y CE 7). La discriminación de las medias se llevó a cabo por el método de la mínima diferencia significativa (LSD).

Clima

La integral de radiación global en el exterior durante el ciclo de cultivo fue de 2.243 MJ m^-2 y la transmisividad de la cubierta en los invernaderos C y T fue semejante, de forma que, la radiación incidente sobre los cultivos fue de 1.416 MJ m^-2 en el invernadero enriquecido (C) y 1.473 MJ m^-2 el testigo (T). En la tabla 1 se indican los valores medios del ciclo de la temperatura, del déficit de presión de vapor (DPV) y de la concentración de CO₂ en los dos invernaderos comparados C y T. La temperatura y el DPV adoptaron valores semejantes en ambos invernaderos.

Tabla 1: Condiciones ambientales en el interior de los invernaderos de referencia (T) y enriquecido con CO₂ (C). Valores medios del periodo experimental (1-168 ddt) de los registros máximos, medios y mínimos diarios de la temperatura del aire (Tª, °C), déficit de presión de vapor del aire (DPV, kPa) y concentración diurna de CO₂ (Cdiurna, μmol CO₂ mol^-1).

La aplicación de CO₂ aumentó la concentración media diurna en el invernadero enriquecido 127 µmol mol^-1 lo que supuso un aumento del 34%. El agotamiento diurno medio de CO₂ en el invernadero T fue del 25% respecto a la concentración ambiental en el exterior, Lorenzo et al. (1990) observaron un decremento de la concentración de CO₂ del 20% respecto al exterior en invernadero con ventanas abiertas, baja renovación del aire (inferior a 1,5 m s^-1) y condiciones de alto consumo (Índice de área foliar crítico y alta radiación). En invernadero cerrado Sánchez-Guerrero et al. (2010) observaron un agotamiento que alcanzó el 55%.

Producción

Figura 1: Evolución de la producción comercial acumulada (kg m^-2) de los cultivos en los invernaderos enriquecido (C) y de referencia (T) en los dos niveles de conductividad eléctrica de la disolución nutritiva: 4 y 7 dS m^-1.

Tanto la salinidad como el enriquecimiento carbónico influyeron significativamente en la producción de fruto. Las diferencias debidas al efecto del enriquecimiento carbónico se muestran muy evidentes a partir de los 102 ddt. El enriquecimiento carbónico incrementó la producción de fruto comercial en un 15% cuando se considera el valor medio de ambos tratamientos salinos (C4 y C7) y en el caso del cultivo regado con la disolución nutritiva de CE 7 dS m^-1, el aumento de la producción fue de un 19%, estos incrementos se sitúan dentro del rango de los obtenidos en invernaderos del ámbito Mediterráneo por Sánchez-Guerrero et al. (2005) en cultivo de pepino y Alonso et al. (2012) en un cultivo de pimiento.

El efecto de la salinidad sobre la producción comercial se observa en ambos invernaderos a partir de los 124 ddt, al final del ciclo la salinidad redujo la producción un 14 y 20% en el cultivo con aporte de CO₂ y en el de referencia respectivamente. La reducción de la producción de tomate por influencia de la salinidad a partir de un cierto umbral de CE ha sido ampliamente descrita para el cultivo de tomate en invernadero (Magán et al. 2008), éstos observaron una reducción en torno al 9% por incremento unitario de CE a partir de un valor umbral de 3,5 dS m^-1 para un ciclo de otoño, las diferencias pueden atribuirse principalmente a la distinta tolerancia a salinidad de la variedad estudiada y a las condiciones ambientales en las que se desarrolla el cultivo.

Tabla 2: Producción comercial (kg m^-2), número de frutos recolectados por m² y peso medio de los frutos (g) de los cultivos en los invernaderos enriquecido (C) y de referencia (T) en los dos niveles de conductividad eléctrica de la disolución nutritiva: 4 y 7 dS m^-1.

Absorción hídrica y eficiencia en el uso del agua

El aporte de CO₂ redujo la absorción hídrica acumulada hasta el final del periodo experimental. El volumen total de agua absorbida en el invernadero C fue de 321 L m^-2 (C4) y 287 L m^-2 (C7) y en el invernadero de referencia T, 348 L m^-2 (T4) y 317 L m^-2 (T7), lo que supuso una reducción en la absorción hídrica del 8 y 10% en el cultivo del invernadero enriquecido respecto al del invernadero de referencia para las CE de 4 y 7 dS m^-1 respectivamente. La salinidad disminuyó la absorción hídrica en C y T un 11 y 9% respectivamente.

La salinidad redujo la WUE de los cultivos en ambos invernaderos, un 4% con aplicación de CO₂ y un 12% en el de referencia. El enriquecimiento carbónico mejoró la eficiencia en el uso del agua, se cuantificó un incremento del 21% cuando se aplicó una CE de la disolución nutritiva de 4 dS m^-1 y del 31% para una CE de 7 dS m^-1. Estudios llevados a cabo sobre enriquecimiento carbónico en el invernadero mediterráneo también indican incrementos de la WUE en diferentes cultivos hortícolas (Sánchez-Guerrero et al., 2010).

En la atmósfera del invernadero mediterráneo durante el periodo de iluminación se produce un agotamiento de la concentración de CO₂ cuyo valor medio durante el ciclo de cultivo, en este estudio, se situó en torno al 25%.

La salinidad redujo la producción comercial de fruto de tomate cv. Delizia, mientras que el enriquecimiento carbónico incrementó la producción comercial un 19% en el cultivo donde se aplicó la disolución nutritiva de mayor salinidad, por otra parte, imprescindible para obtener la calidad que se exige en la variedad evaluada, por tanto, la aplicación de CO₂ mitigó el efecto nocivo de la salinidad, en parte, debido a su efecto positivo sobre el número de frutos.

El enriquecimiento carbónico redujo la absorción hídrica e incrementó notablemente la eficiencia en el uso del agua debido a la reducción de la absorción hídrica pero en mayor medida como consecuencia del incremento sobre la producción. Este resultado adquiere especial relevancia en las áreas productivas donde el agua es un recurso escaso.

Agradecimientos

Esta investigación ha sido cofinanciada por INIA a través del proyecto RTA 2010-00043-00-00 y recursos procedentes del FEDER. También se agradece la colaboración en la financiación a IFAPA y Carburos Metálicos.

Referencias bibliográficas

• Alonso, F., Lorenzo, P., Medrano, E. Sánchez-Guerrero, M.C, (2012). Greenhouse Sweet Pepper Productive Response to Carbon Dioxide Enrichment and Crop Pruning. Acta Horticulturae 927, 345-352.
• Ho, L.C., Grange, R.I. and Picken, A.J. (1987). An analysis of accumulation of water and dry matter in tomato fruit. Plant Cell Environ. 10, 157-162.
• Lorenzo, P., Maroto, C., Castilla, N. (1990). CO2 in plastic greenhouses in Almería (Spain). Acta Horticulturae 268, 165-169.
• Magán, J. J., Gallardo, M., Thompson, R. B., Lorenzo, P. (2008). Effects of salinity on fruit yield and quality of tomato grown in soil-less culture in greenhouses in Mediterranean climatic conditions. Agricultural Water Management 95, 1041-1055.
• Sánchez-Guerrero, M.C., Lorenzo, P., Medrano, E., Castilla, N., Soriano, T., Baille, A. (2005). Effect of variable CO2 enrichment on greenhouse production in mild winter climates. Agric.For.Met.132, 244-252.
• Sánchez-Guerrero, M.C., Alonso, F., Lorenzo, P., Medrano, E. (2010). Enriquecimiento carbónico del aire. En: Manejo del clima en el invernadero Mediterráneo. Eds: M.C. Sánchez-Guerrero, F. Alonso, P. Lorenzo y E. Medrano. IFAPA. Consejería de Agricultura y Pesca. Pp, 83-94.