Sistemas de monitorización del estado de nitrógeno en cultivos hortícolas
- Autores: María Teresa Peña Fleitas
- Directores de la Tesis: Rodney Thompson (dir. tes.), Francisco Manuel Padilla Ruiz (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Almería ( España ) en 2014
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Miguel Quemada (presid.), Silvia Jiménez Becker (secret.), Dolores Quílez Sáez de Viteri (voc.)
- Materias:
- Texto completo no disponible (Saber más ...)
- Resumen
El manejo óptimo del nitrógeno (N) en agricultura es esencial para la producción de cultivos rentables y para reducir al mínimo las pérdidas de N al medio ambiente. Este es el caso de cultivos hortícolas intensivos, los cuales tienen un elevado potencial de contaminación por nitratos debido a las grandes aplicaciones de fertilizantes nitrogenados y a los grandes volúmenes de agua de riego aplicados para asegurar altos niveles de producción. Para optimizar la fertilización, el N debe aplicarse a una dosis consistente con los requerimientos del cultivo. Tal fertilización óptima requiere del correcto diagnóstico del estado de N de los cultivos a lo largo de todo el ciclo productivo. Se pueden emplear varias aproximaciones para monitorizar el estado N de cultivos, tales como los análisis de suelos y plantas y el uso de sensores ópticos proximales. Numerosos estudios han demostrado el potencial de estos enfoques para el manejo de N de cultivos extensivos, pero se dispone de información limitada sobre su uso con cultivos hortícolas intensivos, especialmente en cultivos bajo invernadero. En esta tesis se evaluó el uso de diferentes sistemas de monitorización para evaluar el estado de N de cultivos de tomate indeterminado y melón, desarrollados en invernadero en Almería (SE España).
Se llevaron a cabo dos cultivos experimentales sobre suelo en un invernadero durante los años 2010 y 2011, en condiciones similares a las de explotaciones comerciales del sureste de España. Los cultivos fueron de melón y de tomate indeterminado para consumo fresco. Cada cultivo se sometió a cuatro tratamientos experimentales consistentes en cuatro concentraciones diferentes de N (de deficiente a excesiva) aplicadas en la solución nutritiva del fertirriego a lo largo de todo el cultivo, sin limitaciones en el resto de nutrientes. A través de muestreos de biomasa periódicos y análisis del contenido de N del cultivo, se determinaron las curvas críticas de dilución de nitrógeno para cada uno de los cultivos de melón y tomate indeterminado, como punto de referencia para evaluar el estado de N de los cultivos. Estas curvas críticas de nitrógeno permitieron el cálculo de los valores del índice de nutrición nitrogenada (NNI) que proporcionaron información a lo largo del ciclo de los cultivos referente a si tenían un contenido de N deficiente, óptimo o excesivo para un crecimiento óptimo.
Se realizaron medidas periódicas con sensores ópticos proximales y otras técnicas de monitorización a lo largo de ambos cultivos. Estas medidas consistieron en: el contenido de clorofila en hoja usando un medidor de clorofila, el contenido de flavonoles en hoja y un índice relacionado (el índice de balance de nitrógeno (NBI)) con un fluorímetro portátil, índices de reflectancia de la vegetación como el NDVI (índice de vegetación de diferencias normalizadas) con un sensor proximal de reflectancia del dosel del cultivo, nitrato en savia, contenido total de N en hoja y concentración de nitrato en la solución del suelo. Se evaluó la sensibilidad de cada uno de estos sistemas de monitorización para evaluar el estado de N de los cultivos mediante análisis de regresión lineal entre estas medidas y el contenido de N en planta y el índice NNI.
Cuatro índices de reflectancia del cultivo (NDVI, índice de vegetación de diferencias normalizadas del verdor (GNDVI), índice rojo de vegetación (RVI) y el índice verde de vegetación (GVI)) y las medidas ópticas del contenido de clorofila en hojas, se relacionaron linealmente con el contenido de N en planta y con el NNI a lo largo de la mayor parte del cultivo, tanto para melón (Padilla et al. 2014a) como para tomate indeterminado (Padilla et al. 2014B). Los índices basados en la reflectancia en el rojo, el NDVI y el RVI, fueron mejores predictores del estado en N de los cultivos en términos de bondad de ajuste, en precocidad y en el mantenimiento de las relaciones a lo largo del cultivo, que los índices basados en la reflectancia en el verde. Las medidas ópticas del contenido de clorofila en hoja y los índices de reflectancia basados en la reflectancia en el verde, el GNDVI y el GVI, fueron buenos indicadores del estado de N de los cultivos para la mayor parte del cultivo, pero con un menor grado de ajuste en la última parte del ciclo productivo, probablemente debido al moteado y la decoloración de las hojas envejecidas. Las relaciones entre las sucesivas medidas semanales con los sensores ópticos y el contenido de N en planta o el NNI fueron consistentes para períodos de 2 ó más semanas (a menudo 2-3 semanas). En algunos casos, las relaciones consistentes cubrieron períodos de hasta 4 semanas.
Generalmente, las relaciones entre las medidas ópticas y NNI fueron igual o ligeramente mejores que con el contenido de N en planta. Estas relaciones se obtuvieron para un amplio rango en el contenido de N en planta y para valores de NNI que discurrieron desde deficiente a excesivo. En melón, se encontraron relaciones similares entre las medidas ópticas de contenido de flavonoles en hoja y el índice de balance de nitrógeno (NBI), calculado como la relación entre clorofila y flavonoles, pero el NBI fue capaz de predecir el estado de N de los cultivos con más precisión que los índices de reflectancia y el contenido de clorofila en hoja. En este trabajo también se sugieren valores umbrales para una nutrición óptima de N en planta (NNI=1) para los índices de reflectancia del cultivo y para las medidas ópticas del contenido de clorofila para tomate indeterminado. La determinación de los valores umbrales a partir del NNI puede facilitar la implementación del uso de los sensores ópticos en las explotaciones agrícolas para monitorizar el estado de N en planta, permitiendo diagnosticar estados de N excesivos, insuficientes o adecuados.
En los cultivos de melón y tomate indeterminado, la concentración de nitrato en savia y el contenido de N en la hoja se relacionaron con el índice NNI y con el contenido de N en la planta. Se obtuvieron relaciones similares para el cultivo de tomate indeterminado y también para los datos publicados de cultivos de tomate industrial determinado, lo que llevó al ajuste de una relación lineal general entre la cocnentración de nitrato en savia y el NNI que es aplicable tanto a tomate industrial determinado como a tomate indeterminado de consumo fresco, cada uno cultivado bajo condiciones muy diferentes. Se sugiere un valor umbral de concentración de nitrato en savia de 1.000 mg N-NO3- L-1 para una nutrición óptima de N (NNI=1) en cultivos de tomate. En melón, se derivó una única relación lineal entre la concentración de nitrato en savia y el NNI para una gran parte del cultivo. La concentración de nitrato en la solución del suelo en la zona radicular no se relacionó con el estado de N en el cultivo, pero puede ser usado como indicador de una aplicación excesiva de N.
En general, los resultados de esta tesis demostraron el potencial del uso de medidas ópticas de clorofila en hoja y del contenido de flavonoles en hoja, y de los índices de reflectancia de la vegetación para la monitorización de la nutrición de N de cultivos de melón y tomate indeterminado (las medidas ópticas de flavonoles no se hicieron en tomate). El enfoque desarrollado y los valores umbrales de las medidas ópticas a partir del NNI puede facilitar el uso de los sensores ópticos en las explotaciones agrícolas para monitorizar el estado de N de los cutlivos. Esto permitirá evaluar si el contenido de N en planta es excesivo, insuficiente o adecuado en cualquier momento a lo largo del cultivo, lo que facilitará el ajuste rápido del N aplicado en la solución nutritiva por fertirrigación.
De los tres sistemas simples de monitorización del estado de N examinados, la concentración de nitrato en savia se sugiere como el más útil en comparación con el contenido total de N en hoja y con la concentración de nitrato en la solución del suelo, debido a su sensibilidad al estado de N en planta y a varias ventajas prácticas. La propuesta de un valor umbral general de concentración de nitrato en savia para una nutrición óptima de N que es aplicable tanto a tomate indeterminado como a tomate industrial incrementa la fuerza de esta técnica de monitorización.
Sin embargo, es necesario seguir investigando para validar los valores umbrales propuestos en esta tesis y para examinar los efectos de los diferentes cultivares y las condiciones de crecimiento en las relaciones y los valores umbrales descritos.
