Agronomía Costarricense 42(2): 59-73. ISSN:0377-9424 / 2018

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PARÁMETROS PARA EL MANEJO DEL AGUA EN TOMATE Y CHILE DULCE HIDROPÓNICO BAJO INVERNADERO

Freddy Soto Bravo*

Palabras clave: Manejo del riego; potencial hídrico; humedad del sustrato; intervalo hídrico óptimo;
punto de relleno.

Keywords: Irrigation management; water potential; substrate moisture; optimal water content interval;
refill point.

Recibido: 09/10/17 Aceptado: 05/02/18

RESUMEN

El intervalo hídrico óptimo, basado en umbrales de humedad volumétrica en el sustrato (θvs), permite un control preciso del volumen y la frecuencia de riego. Se determinaron los umbrales de θvs para el manejo del riego en los cultivos de tomate y chile dulce en fibra de coco en los invernaderos de la Estación Experimental Agrícola Fabio Baudrit Moreno (EEAFBM), Alajuela, Costa Rica, en el 2015. En ambos cultivos se aplicó un tratamiento con riego (CR) y otro sin riego (SR), en un diseño completamente aleatorio. Se evaluó el contenido de θvs, el potencial hídrico (ψh) y la temperatura de la hoja (Th) y se estimó la evapotranspiración de ambos cultivos mediante un balance de agua en el sustrato. El umbral de θvs en la fibra de coco, para el manejo del riego en ambos cultivos, podría establecerse en el rango de agua fácilmente disponible de 56% a 38%, donde los valores de ψh fueron inferiores al umbral crítico de < -1 MPa reportado por diferentes autores y las Th fueron similares a la temperatura del aire. En los tratamientos CR, los promedios de θvs en tomate (44%) y chile dulce (50%) estuvieron dentro del rango de agua fácilmente disponible (38% a 56%) de la fibra de coco. En las pruebas SR de ambos cultivos, la θvs descendió a un valor promedio de 32%, próximo al punto de marchitez permanente. En ψh y Th las diferencias entre experimentos fueron de mayor magnitud al m.d. del día 2, donde los tratamientos CR fueron -0,84 MPa en tomate y -0,98 MPa en chile dulce; mientras que en las prácticas SR fueron -1,24 MPa en tomate y -1,3 MPa en chile dulce. Al m.d. del día 2, las Th de ambos cultivos en los diseños SR y CR fueron similares e inferiores, respectivamente, a la temperatura del aire (32,9°C).

ABSTRACT

Water management parameters in hydroponic tomatoes and sweet pepper under greenhouse. The optimal water interval based on volumetric moisture thresholds in the substrate (θvs), allows precise control of the volume and frequency of irrigation. The research determined the thresholds of θvs for irrigation management in tomato and sweet pepper crops in coconut fiber in the greenhouses at the Fabio Baudrit Moreno Agricultural Research Station (EEAFBM), Alajuela, Costa Rica, 2015. In both crops, there were 2 treatments: with irrigation (CR) and without irrigation (SR), in a completely random design. The content of water θvs, the water potential (ψh) and the leaf temperature (Th) were evaluated and the evapotranspiration of both crops was estimated by means of a water balance in the substrate. The θvs threshold for water management in coconut fiber and both crops could be established in the readily available water range of 56% to 38%, where the ψh values were below the critical threshold of < -1 MPa reported by different authors and the Th were similar to the air temperature. The averages of θvs in tomato (44%) and sweet pepper (50%) in CR treatments were within the range of readily available water (38% to 56%) of the coconut fiber. In the SR treatments of both crops, the θvs decreased to an average value of 32%, close to the permanent wilting point. The differences between treatments of the ψh and Th were of higher magnitude at midday of 2nd day. The ψh in CR treatments were -0.84 MPa and -0.98 MPa, meanwhile in SR treatments they were -1.24 MPa and -1.3 MPa, in tomato and sweet pepper respectively. At midday of 2nd day, the Th of both crops and treatments were similar and lower, respectively, to the air temperature (32.9°C).

* Universidad de Costa Rica, Estación Experimental Agrícola Fabio Baudrit Moreno, Facultad de

Ciencias Agroalimentarias, Costa Rica. Correo electrónico: freddy.sotobravo@ucr.ac.cr

INTRODUCCIÓN

Actualmente, los temas de mayor importancia global son el cambio climático, la migración y la crisis del agua (WWAP 2016). Al mismo tiempo, el crecimiento demográfico mundial proyectado en 9000 millones de habitantes para el año 2050 (Tilman et al. 2002) supone un incremento sustancial en la demanda mundial de alimentos y, consecuentemente, en la demanda de agua para su producción. La escasez de agua dulce para riego podría duplicar los efectos perjudiciales del cambio climático en la agricultura, debido a la reducción de los rendimientos de cultivos básicos para la alimentación mundial como son maíz, soja, trigo y arroz (Elliott et al. 2014).

Lo anterior plantea la necesidad de realizar un uso eficiente del agua dulce disponible en el planeta. Diferentes criterios asociados a la interacción medio de cultivo-planta-atmósfera han sido utilizados mediante monitorización en tiempo real para el manejo de precisión del riego (Calado et al. 1990 citado por López et al. 2009.

Los métodos asociados al clima, tales como Penman Monteith, consideran parámetros climáticos tales como la radiación solar, temperatura, humedad del aire y velocidad del viento (Allen et al. 2006), sin embargo, su uso está limitado por la falta de datos disponibles en algunas regiones del mundo.

Dentro de los parámetros de planta están el ψh y la temperatura de la hoja (Th) (Ben-Asher et al. 1992), la contracción del tallo (Corell et al. 2014), el contenido relativo de agua y la conductancia estomática (García-Petillo 2008). El ψh ha sido utilizado principalmente con enfoques fisiológicos y ha tenido menos aplicación a nivel comercial, ya que el proceso de medición es lento y poco práctico (Ben-Asher et al. 1992).

El uso de parámetros asociados al medio de cultivo incluye temperatura, conductividad eléctrica, concentración de oxígeno y estado hídrico del medio. El uso de valores umbrales de potencial mátrico y contenido volumétrico de agua, como criterios para programar el volumen y frecuencia de riego, han sido descritos como intervalo de riego, porcentaje de agotamiento permisible, punto de relleno, umbrales de riego, límite superior e inferior de riego, entre otros (Thompson et al. 2007a y 2007b, Ali 2010, Van Der Westhuizen 2009, Incrocci et al. 2014, Pardossi et al. 2009, Pardossi y Incrocci 2011, van Iersel et al. 2010).

El límite superior es el valor máximo de contenido volumétrico de agua o potencial mátrico por encima del cual hay un exceso de aplicación de agua y usualmente corresponde a la capacidad de contenedor. El límite inferior es el valor mínimo a partir del cual el cultivo entra en estrés hídrico, lo que indica cuándo regar. El intervalo entre los límites superior e inferior permite determinar el volumen de riego y con ello la automatización y control del riego en tiempo real mediante sensores (Thompson et al. 2007a y 2007b, Ali 2010, Van Der Westhuizen 2009, Incrocci et al. 2014, Pardossi et al. 2009, Pardossi y Incrocci 2011, van Iersel et al. 2010).

Los valores umbrales de potencial mátrico y θvs reportados en la literatura son variables, ya que dependen de diferentes factores tales como el genotipo, el clima y manejo agronómico, el sustrato, morfología del contenedor y la técnica de cultivo, entre otros.

La mayoría de estudios han sido realizados en cultivos en suelo a campo abierto, muy pocos en sustrato bajo invernadero, enfocados en evaluar el efecto del agotamiento hídrico sobre el rendimiento y la calidad del producto, sin relacionarlo con el estado hídrico de la planta y con el clima.

El ψh de la planta es un excelente indicador del estrés hídrico de las plantas, ya que gobierna el flujo hídrico en el continuo suelo-planta-atmósfera. Algunos estudios han demostrado que el estrés hídrico a nivel de planta puede alcanzarse mucho antes de conseguir un determinado nivel de agotamiento de θvs (Thompson et al. 2007a y 2007b).

El tipo de sustrato, su granulometría y la forma del contenedor, podrían afectar el uso de umbrales de θvs para el manejo del riego, ya que influyen en el volumen y la frecuencia de este (Arguedas et al. 2006). Por tanto, es importante determinar las características físicas del sustrato, puesto que existe alta variabilidad según su origen y naturaleza (Abad et al. 2002). La relación entre contenido volumétrico de agua y el potencial matricial del sustrato, permite establecer el rango de humedad en el cual el agua es fácilmente disponible para la planta (Vence et al. 2013). Arguedas et al. (2006) determinaron que a mayor altura del contenedor, menor volumen de agua disponible y que materiales como peat moss requirió riegos cortos y más frecuentes que la grava.

Chen et al. (2013) y Kușçu et al. (2014) demostraron que la etapa de floración-fructificación-cosecha del cultivo es la de mayor sensibilidad a condiciones de estrés hídrico, lo cual influyó significativamente sobre el rendimiento y la calidad. La etapa de crecimiento vegetativo es relativamente corta, con un incremento variable y continuo de biomasa vegetativa que se estabiliza hasta que inicia el crecimiento de frutos. Por el contrario, la etapa productiva es más larga y coinciden simultáneamente ciclos de crecimiento vegetativo, floración, formación y crecimiento de frutos (Gallardo et al. 2011). Kusçu et al. (2014) demostraron que en la etapa productiva de tomate, el manejo de niveles de agotamiento de θvs, sin afectar el estado hídrico de la planta, contribuyó a incrementar hasta un 42% la eficiencia de uso de agua sin afectar el rendimiento y la calidad de frutos.

Por tanto, el uso de valores predefinidos pueden ser imprecisos en diferentes condiciones de cultivo, al plantearse la necesidad de realizar estos estudios in situ, al considerarse la interacción entre genotipo, el clima y el manejo agronómico, y al asociarlos con indicadores de estrés hídrico en la planta. El objetivo de este estudio fue identificar valores umbrales de humedad en el sustrato, como criterio para el manejo del riego durante la etapa de producción de cultivos de chile dulce y tomate en fibra de coco bajo invernadero.

MATERIALES Y MÉTODOS

El estudio se realizó en la Estación Experimental Fabio Baudrit Moreno (EEFBM), ubicada en San José de Alajuela, Costa Rica (10º 01’ N y 84º 16’ W, 840 msnm), con valores promedios de precipitación anual, temperatura y humedad relativa de 1940 mm, 22°C y 78%, respectivamente. Se utilizó un invernadero multitúnel de hierro galvanizado, con cubierta de polietileno transparente (200 µm) y malla anti-insectos (43 mesh) en las paredes, formado por 4 módulos de 9,75 m de ancho y 50 m de largo, alturas de 6 m al centro del túnel y 4 m a la canoa.

Durante la época de lluvia del 2015, se realizaron simultáneamente 2 cultivos hidropónicos, uno de tomate Cherry (Solanum lycopersicum L.) y otro de chile dulce “bell pepper” (Capsicum annuum). En tomate se utilizó el cultivar Super Suncherry, de crecimiento indeterminado, con ramos de frutos con un peso promedio de 20-30 g de color rojo intenso, un potencial de producción de 150-180 t.ha-1 y con buena tolerancia a enfermedades. En chile dulce se utilizó el híbrido Polaris, el cual presenta plantas vigorosas, frutos uniformes de color amarillo con un peso de 160 a 185 g, se adapta muy bien a temperaturas de 20 a 30ºC, con resistencia al virus Y de la papa (PVY) y alta resistencia a la manipulación pos-cosecha.

Durante el experimento los promedios globales de temperatura y humedad relativa, máximas, mínimas y promedios, fueron 23,7°C, 15,5°C y 19,5°C y 83%, 45% y 65%, en el mismo orden. El promedio máximo de radiación PAR incidente de 1293 µmol m-2.s-1 al mediodía.

En ambos cultivos se utilizó como sustrato fibra de coco en tablas de 3 kg en seco, con dimensiones de 16 x 3.5 x 100 cm y un volumen de 29 L una vez hidratada. A dicho sustrato se le determinó las características físicas utilizando métodos de laboratorio para sustratos (Ansorena 1994). Las tablas fueron hidratadas aplicando riegos cortos y frecuentes cada 20 minutos hasta saturación, los cuales alcanzaron un volumen aproximado de 28,8 L por tabla. Posteriormente, se realizaron 2 cortes en forma de T invertida de aproximadamente 4 cm en la parte inferior del saco de cultivo y lo más próximos al suelo para drenar el exceso de agua aplicada. Los sacos de cultivo fueron colocados consecutivamente, los cuales formaron hileras simples espaciadas a 1,5 m.

En cada cultivo el área experimental estuvo conformada por 6 hileras de 16 tablas con 3 plantas cada una, para un total de 288 plantas.cultivo-1, a una densidad de 2 plantas m-2. En ambos cultivos la siembra se realizó por trasplante. En tomate se utilizaron plántulas de 28 días, con 4-5 hojas verdaderas, mientras que en chile dulce se utilizaron plántulas de 6 semanas de edad, con aproximadamente 4-5 hojas verdaderas.

La planta de tomate fue formada a 2 tallos, mientras que en chile dulce se formó a 4 tallos por planta, los cuales fueron sujetados con cuerdas de nylon a las líneas de alambre colocadas en la parte superior del cultivo. Además, durante el ciclo de ambos cultivos se realizaron podas de brotes laterales, deshojas, y podas de saneamiento y aireación por debajo del último fruto cosechado. El manejo fitosanitario de ambos cultivos fue similar al utilizado en cultivos comerciales bajo invernadero, de acuerdo con el monitoreo semanal de plagas.

Cada cultivo tenía un sistema de riego por goteo superficial independiente, con tuberías de polietileno paralelas a las hileras de cultivo y provistas de 4 goteros autocompensados y antidrenantes (2 l.h-1) por tabla de cultivo. La nutrición mineral se realizó mediante la aplicación de soluciones nutritivas específicas para cada cultivo, según etapa fenológica (Cuadro 1). El pH de la solución nutritiva aplicada fue ajustado a un valor de 5,7 al utilizar ácido nítrico (56% v/v, 167 g.l-1).

Cuadro 1. Concentración de nutrientes (mg.l-1) en solución nutritiva utilizada por etapa fenológica en el cultivo de tomate cherry y chile dulce “bell pepper”. Alajuela, Costa Rica. Diciembre 2015.

Cultivo*		Ca	K	Mg	N	S	P	Fe	Cu	Mn	Zn	B	Mo	CE
Tomate	1	140	180	50	120	84	50	1,0	0,10	0,50	0,10	0,51	0,06	1,5
	2	160	250	50	135	96	50	1,50	0,15	0,75	0,15	0,50	0,05	1,9
	3	170	300	50	150	100	50	2,5	0,15	1,25	0,15	0,50	0,05	2,0
	4	170	280	40	170	110	45	2,0	0,23	1,0	0,23	0,50	0,08	2,3
Chile dulce	1	140	182	37	130	65	40	1,0	0,23	0,80	0,23	0,50	0,08	1,4
	2	150	205	45	140	74,95	46,9	1,50	0,23	0,80	0,23	0,50	0,08	1,6
	3	172	260	50	152	105	46	1,60	0,23	0,80	0,23	0,51	0,08	2,0
	4	195	300	50	169	119	50	2,0	0,23	1,0	0,23	0,50	0,08	2,3

*Etapas de cultivo: 1: establecimiento, 2: desarrollo vegetativo y radicular, 3: crecimiento- inicio producción y 4: inicio producción en adelante.

El estudio se realizó durante la etapa de producción, en la cual coinciden simultáneamente ciclos de crecimiento vegetativo, floración, cuaje, llenado y maduración de frutos. Según estudios realizados por Chen et al. (2013) y Kușçu et al. (2014), en dicha etapa el estrés hídrico tiene el mayor impacto negativo sobre el rendimiento y la calidad de frutos. En ambos cultivos se utilizaron 2 tratamientos, un control con riego (CR) y otro sin riego (SR). Un día antes ambos cultivos fueron regados abundantemente hasta obtener suficiente drenaje. En los tratamientos CR de ambos cultivos el riego se programó cada hora, desde 7 a.m. a 5 p.m, mediante un programador (timer) y fue ajustado según el objetivo de obtener un drenaje de entre 15% y 20%. En los tratamientos SR de ambos cultivos, después de regar abundantemente, cesar el drenaje y alcanzar la capacidad de contenedor en el sustrato, se suspendió definitivamente la aplicación de agua de riego.

Los 2 tratamientos fueron distribuidos en un diseño completamente aleatorio con 4 repeticiones y 8 unidades experimentales (UE) por cultivo. La UE consistió en 3 hileras conformadas por 4 tablas de cultivo con 3 plantas cada una, para un total de 12 tablas y y 36 plantas por UE. En cada repetición la unidad de muestreo (UM) consistió en 2 tablas centrales de la hilera central. Las hileras laterales y plantas ubicadas al final de la hilera central se utilizaron como plantas de borde.

Las variables evaluadas fueron θvs, ψh y Th en la planta, durante un periodo de 7 días, hasta que las plantas del tratamiento SR colapsaron, debido a la falta de agua. La θvs se midió 6 veces por día cada 2 horas entre 6 a.m. y 4 p.m. El ψh y la Th se midieron 2 veces diariamente, antes del amanecer (a.m.) y al medio día (m.d.). La Th se midió en 3 hojas jóvenes por repetición, completamente desarrolladas y expuestas a la radiación solar, utilizando un termómetro infrarrojo (Cooper-Atkins® mod.412) a una distancia de 40 cm en dirección perpendicular a la hoja. El ψh se determinó con la cámara de Scholander (Soil Moisture Equipment Corp®. mod. 3005) en 3 hojas jóvenes por repetición, expuestas al sol, que se colocaron en una bolsa plástica y se envolvieron con papel de aluminio para que el Ψh se equilibrara con el Ψ xilemático o del brote (McCutchan y Shackel, 1992, citados por Ferreyra
et al. 2007). Se extrajo la hoja de la planta, se colocó en una hielera e inmediatamente se transportó al laboratorio para medir el Ψh según Ferreyra et al. (2007).

En los tratamientos CR de ambos cultivos, se realizó un balance de agua diario en el sistema sustrato, en el cual se consideraron como entradas el riego aportado (R), y como salidas la evapotranspiración del cultivo (ETc), el drenaje (D) y la variación de humedad en el sustrato (Δθvs). El volumen de riego diario (R) fue estimado a partir del caudal promedio de los goteros, el número de goteros por planta y el tiempo de riego. El caudal promedio de los goteros fue obtenido mediante el coeficiente de uniformidad del sistema de riego (Christiansen 1942).

El volumen de drenaje (L) en los tratamientos CR, se midió diariamente a las 6 a.m. antes de iniciar el primer riego del día, desde una bandeja de drenaje impermeabilizada con plástico, la cual contenía una tabla de cultivo con 3 plantas. En un extremo de la bandeja se colocó una manguera plástica para recolectar el agua drenada. La bandeja se cubrió con plástico plata/negro para evitar la evaporación del agua drenada.

La θvs fue medida en la parte central del perfil del sustrato en la tabla de cultivo, en el que se utilizó un sensor TDR (Time Domain Reflectometry, model GS3 Decagon Devices) antes del inicio de los riegos diarios. La Δθvs fue obtenida por diferencia entre los contenidos de humedad volumétrica a las 6 a.m. del día actual (θvsa) y la 6 a.m. del día posterior (θvsf). Todos los componentes del balance fueron expresados en l.planta-1.día-1 y para estimar la evapotranspiración diaria del cultivo (ETc) se utilizó la siguiente ecuación, a partir de los componentes del balance de agua en el sustrato descrito por Soto et al. 2014.

ETc= R - D - (Δθi – Δθf) (Ecuación 1)

En los cultivos sin riego, al considerar que no hay entradas de agua mediante el riego y, por tanto, no hay agua drenada, se asume que la ETc diaria fue equivalente a la pérdida de agua en el sustrato (Δθvs = θvsa – θvsf).

Para evaluar los efectos de los tratamientos (T), del número de días (D) y de la hora del día (H), se consideraron todos los datos medidos cada 2 horas (6 a.m. a 4 p.m.) durante los 7 días, mediante el análisis de los datos con el siguiente modelo estadístico mixto de mediciones repetidas en el tiempo.

Yijkl= M+ Ti+ Rij+ Dk + TDik +TDRijk+ Hl + THijl+THRijl+ TDHikl + Eijkl; en el cual los términos de error utilizados en las pruebas estadísticas fueron los siguientes: para probar el efecto Ti se empleó Rij; para probar Dk y TDik se empleó TDRijk; para probar los efectos Hl y THil se empleó THRijl y para probar la triple interacción TDHikl se usó el término de error del modelo Eijkl. Lo anterior, de conformidad con la regla para determinar las pruebas apropiadas de F, según la cual, para probar un efecto mediante una prueba estadística de F, el cuadrado medio del error (denominador) debe ser aquel cuyo valor esperado es idéntico al valor esperado del cuadrado medio del efecto a probar (numerador), excepto que carece del término correspondiente al efecto a probar (Zar 1999, Steel y Torrie 1980). Para el análisis de la información generada se utilizó el paquete estadístico SAS versión 9.3 (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA.).

RESULTADOS

Humedad volumétrica y evapotranspiración

En la curva característica de desorción de agua de la fibra de coco, la relación entre la θvs y la tensión de succión matricial del sustrato fueron 56% a 1,0 kPa (capacidad de contenedor: CC), 44% a 2,5 kPa, 38% a 5 kPa y 30% a 10 kPa (punto de marchitez permanente: PMP) (Figura 1a).

Fig. 1. Curva característica de desorción de agua de la fibra de coco (1a) y evolución de la humedad volumétrica en sustrato (θvs) según día y hora en los cultivos de tomate (1b) y chile dulce (1c) bajo tratamientos con riego (CR) y sin riego (SR). El símbolo * indica el día_hora a partir del cual inician diferencias estadísticamente significativas (p<0,05) entre tratamientos. Las siglas AFD, AR y PMP significan el agua fácilmente disponible, agua de reserva y punto de marchitez permanente en la fibra de coco, respectivamente.

En el cultivo de tomate CR, la θvs fluctuó entre 42% y 51%, con un promedio de 44% durante el ciclo (Figura 1b). El tratamiento SR mostró una primer etapa, donde ocurre una rápida reducción de la θvs de entre los días 1 y 3, y una segunda etapa, donde las pérdidas de humedad fueron de menor magnitud (Figura 1b). Durante la etapa I, la θvs disminuye progresivamente desde 42 hasta un 15% a las 12 m.d. del día 3, en la cual presentó diferencias (p<0,05) entre tratamientos a las 6 horas del día 2 (Figura 1b). En la etapa II, la θvs disminuye ligeramente con pequeñas variaciones hasta alcanzar un valor de 7% al final del estudio.

En chile dulce CR, la θvs estuvo en un rango de 42% a 60% y un promedio de 50% (Figura 1c). En el tratamiento SR la θvs disminuyó paulatinamente desde 42% hasta 5% el día 7. En una primer etapa, la θvs disminuyó rápidamente hasta un 17% a las 12 horas del día 3, en la que presentó diferencias (p<0,05) respecto a CR a partir de 6 horas del día 2. En la etapa II, la pérdida de θvs es de menor magnitud, con una tendencia a estabilizarse y con un promedio de 14% (Figura 1c).

Efecto sobre la evapotranspiración del cultivo (ETc)

En los cultivos de tomate y chile dulce la evolución de la θvs (Figura 1b, 1c) fue consecuente con el comportamiento mostrado en la evolución de la ETc de los tratamientos CR y SR, y Pemman-Montieh FAO-56 (Allen et al. 2006) (Figura 2b, 2c).

Fig. 2. Evolución diaria de la integral de radiación solar fotosintéticamente activa (PAR) (2a), y evapotranspiración de los cultivos (ETc) de tomate (2b) y chile dulce (2c) con riego (CR), sin riego (SR) y estimada según Pemman-Montieh FAO-56 (PM-FAO 56).

La ETc de los cultivos de tomate y chile dulce CR también fue consecuente con la evolución diaria de la integral de radiación fotosintéticamente activa (PAR), puesto que mostró los menores valores de PAR (Figura 2a) y de ETc el día 4. La ETc fluctuó entre 1,9 a 2,3 l.planta-1.día-1 en tomate (Figura 2b) y entre 1,75 hasta 2,1 l.planta-1.día-1 en chile dulce (Figura 2c). La ETc de ambos cultivos CR fue similar a la de PM-FAO-56, con una diferencia promedio durante todo el periodo de 7,83% para tomate y de 10% en chile dulce.

En los cultivos de tomate y en chile dulce, el tratamiento SR mostró una reducción apreciable en la ETc los primeros 2 días, luego se mantuvo en valores muy bajos hasta el final del periodo (Figura 2b). La ETc del tratamiento SR, comparada con el tratamiento CR, disminuyó un 35% el día 1, un 77% el día 2, hasta alcanzar un 99% del día 7, con un máximo de 1,4 l.planta-1 el día 1. En chile dulce, la ETc del tratamiento SR respecto a CR, disminuyó un 38% el día 1, un 68,2% el día 2, hasta un 100% el día 7 (Figura 2c), con 1,3 l.planta-1 el día 1.

Parámetros de planta

En ambos cultivos de tomate y chile dulce CR y SR, el comportamiento en la evolución del ψh antes del amanecer (a.m.) y al medio día (m.d.) fue consecuente con el de la Th (Figura 3, Figura 4). Los valores de ψh a.m. en tomate CR oscilaron entre -0,43 MPa hasta -0,57 MPa, mientras que en el tratamiento SR variaron de -0,39 MPa hasta -1,67 MPa (Figura 3a), en el que presentaron diferencias (p<0,05) a partir del día 4, donde el tratamiento SR fue -0,47 MPa inferior al CR. Las mayores diferencias se presentaron durante el m.d., donde a partir del día 2 el cultivo SR fue -0,40 MPa inferior (p<0,05) al cultivo CR (Figura 3b).

Fig. 3. Evolución diaria del potencial hídrico (3a, 3b) y la temperatura de la hoja (3c, 3d), al amanecer (a.m.) y al medio día (m.d.) en el cultivo de tomate hidropónico bajo invernadero, bajo tratamientos con riego (CR) y sin riego (SR). El símbolo * indica diferencias estadísticamente significativas (p<0,05) entre tratamientos.

Fig. 4. Evolución diaria del potencial hídrico (4a, 4b) y la temperatura de la hoja (4c, 4d), al amanecer (a.m.) y al medio día (m.d.), en el cultivo de chile dulce hidropónico bajo invernadero, bajo tratamientos con riego (CR) y sin riego (SR). El símbolo * indica diferencias estadísticamente significativas (p<0,05) entre tratamientos.

En el cultivo de chile dulce CR los valores de ψh en a.m. oscilaron entre -0,43 MPa hasta -0,66 MPa, mientras que en el cultivo SR fluctuaron desde -0,39 MPa hasta -2,16 MPa. Se presentaron diferencias entre tratamientos (p<0,05) a partir del día 4 a.m., donde el ψh del tratamiento SR fue -0,46 MPa inferior al cultivo CR (Figura 4a). El ψh al m.d. mostró diferencias (p<0,05) entre tratamientos del día 2 en adelante, donde el cultivo SR fue -0,32 MPa inferior que el cultivo CR (Figura 4b).

Coincidente con el comportamiento del ψh, en ambos cultivos de tomate y chile dulce, las diferencias de Th entre tratamientos fueron menores en la mañana (Figura 3c, 4c) que al m.d. (Figura 3d, 4d). Las Th en a.m. fueron diferentes (p<0,05) a partir del día 6 en a.m. y a partir del día 2 en m.d. Dichas diferencias fluctuaron entre 3,3°C a las 6 a.m. en tomate (Figura 3c) hasta 7,4°C en m.d. en chile dulce (Figura 4d).

DISCUSIÓN

En este estudio, coincidente con otros autores (Starr y Paltineanu 1998, Thompson et al. 2007a y 2007b, Dorji y Behboudianet 2005), los tratamientos SR de ambos cultivos presentaron un punto de inflexión que definió la transición del proceso de desorción de agua en el sustrato, desde i- una etapa de rápida pérdida de agua a ii- otra subsecuentemente más lenta (Figura 2a, 2b). Dicha transición se manifestó a las 12 horas del día 3, cuando la θvs en tomate (15%) y en chile dulce (17%) fueron menores al punto de marchitez permanente (30%) de la fibra de coco.

La evolución de la θvs en los tratamientos SR, coincidió con una reducción de la ETc (Figura 2) de 92,5% en tomate y de 67% en chile dulce, debido al agotamiento del agua fácilmente disponible en el sustrato. Consecuentemente, se reduce el ψh y se limita la capacidad de enfriamiento evaporatorio de la hoja incrementando la Th (Ben-Asher et al. 1992). La transición de etapas, según la θvs, fue coincidente con en el comportamiento del ψh y Th en ambos cultivos SR, ya que a partir del día 3 al m.d. hubo una apreciable reducción en el ψh (Figura 4a, 4b) y consecuentemente un significativo incremento en la Th, respecto a los tratamientos CR (Figura 4c, 4d).

La mayoría de estudios reportados en la literatura se han enfocado en evaluar el efecto del porcentaje de agotamiento de la humedad sobre el rendimiento y la calidad de fruto (Chen et al. 2013). Sin embargo, estudios realizados por Davies y Zhang (1991) y Tardieu y Davies (1992) citados por Kirda et al. (2004), demostraron que la regulación estomática es controlada a través de señales químicas enviadas desde las raíces hasta las hojas, lo cual explica porqué los umbrales de θvs para ser utilizados como criterios de manejo del riego, deben ser determinados al relacionarlos con parámetros de planta. Por ello, en este estudio se evaluó paralelamente el ψh y la Th, y se consideró la curva característica de desorción de agua de la fibra de coco (Figura 1a).

La disminución de la θvs afecta la cantidad de agua fácilmente disponible para la planta, lo cual perjudica directamente la transpiración. En horas cercanas al amanecer, cuando el contenido de θvs es cercano a capacidad de contenedor (CC) y las condiciones de clima son óptimas, los estomas se mantienen abiertos y la planta transpira a su potencial normal (Pilatti et al. 2012). La θv en la fibra de coco de los cultivos de tomate y chile dulce CR estuvieron dentro del rango de agua fácilmente disponible para la planta, comprendido entre 56% (CC a -1 kPa) y 38% (-5 kPa), sin llegar a demandar el agua de reserva en el sustrato (Figura 1). Resultados similares en cultivos en sustratos han sido demostrados por Incrocci et al. (2014) y Van Der Westhuizen (2009).

Por otra parte, se presentaron diferencias en la θvs entre tratamientos (p<0,05) a las 6 horas del día 2 (Figura 1b, 1c), cuando los contenidos de la θvs fueron 32% en tomate y 34% en chile dulce. Dichos valores fueron similares al punto de marchitez permanente (PMP) de la fibra de coco (30%: Figura 1). Al m.d. cuando la θvs disminuyó cerca del PMP y las condiciones de clima eran críticas, probablemente la tasa de transpiración fue mayor que la de absorción. Consecuentemente, se redujo el ψh, por lo que la planta cierra estomas como mecanismo de defensa para evitar el colapso. En dichas condiciones el cierre es el mecanismo más dominante, debido a su valor protector durante sequías (San Martín y Acevedo 2001).

El uso de umbrales de θvs para el manejo del riego ha sido ampliamente descrito en cultivos en suelo (Thompson et al. 2007a y 2007b, Pilatti et al. 2012, Pardossi et al. 2009, Pardossi y Incrocci 2011, Capraro et al. 2008) y en menor escala en sustrato (van Iersel et al. 2010, Van Der Westhuizen 2009, Incrocci et al. 2014). Además, han sido utilizados para el control automático del riego mediante monitorización en tiempo real con sensores de θvs en suelo (Navarro-Hellín et al. 2015, Vellidis et al. 2008, Goumopoulos et al. 2014, Coates et al. 2013) y en sustratos (Van Der Westhuizen 2009, Rhie y Kim 2017).

En este estudio, el comportamiento del ψh y la Th de ambos cultivos de tomate y chile dulce fue diferente al amanecer (a.m) respecto al m.d., lo cual coincide con estudios realizados por Dorji y Behboudian (2005). Al amanecer (a.m.), las diferencias entre tratamientos se presentaron el día 3 en ψh y el día 6 en Th (3a, 3c, 4a, 4c). Por el contrario, al m.d. tanto el ψh como la Th, presentaron diferencias (p<0,05) entre tratamientos el día 2 (Figura 3b, 3d, 4b, 4d).

Lo anterior se debe a que el valor del ψh depende del balance entre ganancia y pérdida de agua a través de la transpiración, que a su vez depende de las condiciones atmosféricas (Ali 2010). En horas a.m., la transpiración es menor que la absorción de agua, lo que incrementó el ψh y redujo la Th, debido al descenso en la temperatura y al incremento de la humedad relativa. Por tanto, en a.m. el ψh representa el equilibrio hídrico entre sustrato-planta-atmósfera, lo cual redujo las necesidades de agua al mínimo. Consecuentemente, el ψh en condiciones a.m. es poco sensible al contenido de θvs, por lo que es un criterio poco aplicable al manejo del riego (Ferreyra et al. 2007). Lo anterior se evidencia en que en a.m. la Th de los tratamientos CR y SR de ambos cultivos fue similar a la temperatura del aire hasta el día 5, posteriormente el día 6, la Th promedio de los tratamientos SR de ambos cultivos, fue en promedio 5 grados superior a la temperatura del aire.

Después del amanecer, la ETc incrementa gradualmente conforme al incremento de la radiación solar y la temperatura, y a la reducción de la humedad. En las primeras horas de la mañana, cuando las condiciones climáticas son óptimas, hay una buena relación entre el estado hídrico del sustrato, la planta y la atmósfera. La planta transpira sin estrés hídrico y la Th puede ser de 1 a 4°C menor que la temperatura ambiental (García-Petillo 2008).

Durante las horas alrededor del m.d., bajo condiciones críticas de alta radiación solar (1200 µmol m-2.s-1), temperatura (35°C) y baja humedad relativa (64%), la transpiración se eleva al máximo excediendo la capacidad de absorción de agua del cultivo. Ferreyra et al. (2007) demostraron que bajo dichas condiciones climáticas el déficit de transpiración es cubierto por el agua del tejido, lo cual reduce el ψh y ocasiona el cierre de estomas. Por tales razones, Galvez et al. (2011) recomiendan que para efectos de manejo del riego, el ψh es útil cuando existe la máxima demanda de agua.

Respecto al comportamiento mostrado en ψh, en ambos cultivos se presentaron diferencias (p<0,05) al m.d. del día 2, donde los valores de ψh en tomate fueron -0,84 MPa en el tratamiento CR y -1,24 MPa en SR. En tomate bien regado García et al. (2007) reportaron valores de ψh de <-0,6 MPa y de -1,25 MPa bajo estrés hídrico, mientras que Ben-Asher et al. (1992) reportaron mínimo estrés hídrico cuando el ψh fue -1 MPa en cultivo de tomate bien regado. Por otra parte, Duniway (1971), citado por Zegbe y Behboudian (2006), estableció un umbral crítico en tomate de <-1 MPa, que teóricamente induciría al cierre estomático. En chile dulce CR los valores de ψh (-0,98 MPa) fueron similares a los valores reportados por Thompson et al. (2007a) y Dorji y Behboudian (2005); mientras que en chile SR (-1.3 MPa) fueron muy similares a los reportados por García et al. (2007) en cultivos sin riego (-1,24 MPa).

En este estudio, al m.d. la temperatura promedio del aire (32,9°C) y la Th de ambos cultivos SR fueron muy similares. En los cultivos CR al m.d., las Th en tomate (26,3°C) y en chile dulce (25,5°C) fueron 6,5°C y 7,3°C inferiores a la temperatura del aire, respectivamente. Cuando la planta cierra estomas se reduce la transpiración, lo cual afecta la capacidad de enfriamiento evaporativo del dosel vegetal. En dicha condición, la Th asciende y puede alcanzar de 4 a 6°C más que la temperatura del aire (López et al. 2009).

Diversos estudios han demostrado que el estrés hídrico a nivel de planta puede presentarse mucho antes de haber alcanzado un nivel de agotamiento de la θvs preestablecido (Thompson et al. 2007a). Por tal razón, el umbral de humedad en la fibra de coco, en el cual debe iniciar el riego, debe establecerse durante las primeras horas de la mañana cuando no ha sobrepasado 38% de θvs a una tensión de succión matricial de -5 kPa, definido según Ansorena (1994) como el umbral límite del agua fácilmente disponible en la fibra de coco (Figura 1). Además, en el rango de 56% a 38% de θvs, los ψh fueron aproximadamente -0,5 MPa y las Th fueron similares a la temperatura del aire.

LITERATURA CITADA

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