ARTICULO ORIGINAL

Influencia de la fertirrigación nitrogenada en la concentración de nitratos en el extracto celular de peciolo, el rendimiento y la calidad de tomate de invernadero

Nitrogen fertigation influence on nitrate concentration of nitrates on extract cellular of petiole, yield and quality of greenhouse tomato

Fidel Núñez-Ramírez ¹, Raúl Leonel Grijalva-Contreras ², Fabián Robles-Contreras ², Rubén Macías-Duarte ², María Isabel Escobosa-García ¹, Jesús Santillano Cázares ¹

1 Instituto de Ciencias Agrícolas, Universidad Autónoma de Baja California (ICA-UABC), Carretera a Delta s/n Ejido Nuevo León, 21705, Mexicali, Baja California, México. fidel.nunez@uabc.edu.mx

2 Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias. Campo Experimental Costa de Hermosillo. Sitio Experimental Caborca. Apartado Postal 125. H. Caborca, Sonora, México.

Originales: Recepción: 30/04/2015 - Aceptación: 21/04/2016

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RESUMEN

El nitrógeno es el macronutriente que más afecta el rendimiento y la calidad de los productos hortícolas cosechados. Sin embargo, es importante conocer la respuesta de cada cultivo y ambiente en particular a fin de obtener el mayor uso eficiente del nutriente aplicado. El cultivo de tomate (Lycopersicon esculentum Mill.) "Beatrice" fue cultivado bajo condiciones de invernadero con cubierta plástica sobre un suelo árido del desierto sonorense en el noroeste de México. Se evaluó la concentración de nitratos en el extracto celular de peciolo (ECP), el rendimiento de fruta (total y comercial), así como parámetros de calidad (sólidos solubles totales: TSS, acidez titulable: AT, relación TSS/AT) en relación con cuatro dosis de fertilización nitrogenada (250, 500, 750 y 1000 kg N ha^-1). Durante nueve fechas, se midió la concentración de nitratos en el ECP y los valores obtenidos se relacionaron con el rendimiento comercial. Las dosis de nitrógeno tuvieron efecto positivo en el rendimiento (P < 0,05) mientras que la calidad y el tamaño de la fruta no resultaron afectadas por ninguno de los tratamientos aplicados (P ˃ 0,05). De la misma manera, la concentraciones de nitratos en ECP estuvieron asociadas al rendimiento de la fruta en ocho de las nueve fechas evaluadas (P < 0,05). De acuerdo con los resultados obtenidos, se concluye que bajo las condiciones de suelo y clima en que se desarrolló el experimento, el cultivo de tomate responde a altas dosis de nitrógeno (750 kg ha^-1) sin afectar su calidad. Así mismo, debido a la relación encontrada entre la concentración de nitratos en ECP y el rendimiento de fruta, podría ser posible utilizar los rangos de suficiencia en nitratos en ECP obtenidos en este estudio.

Palabras clave: Nitrógeno; Extracto celular de peciolo; Nutrición mineral; Rendimiento; Invernadero

ABSTRACT

Nitrogen is the macronutrient that most affect the yield and quality of harvested horticultural products. However it is important to know the response of each environment and horticultural crop in order to get a most efficient use of nutrient applied. Tomato crop (Lycopersicon esculentum Mill.) "Beatrice" was cultivated under plastic greenhouse conditions on arid soil of Sonoran desert of Mexico Northwest. Nitrates in extract cellular of petiole, fruit yield (total and marketable) and quality parameters (total soluble solids: TSS, titratable acidity: AT and soluble solids titratable acidity ratio: TSS/AT) were evaluated in relation of four nitrogen fertilization rates (250, 500, 750 and 1000 kg N ha^-1). During nine dates, nitrate concentrations in extract cellular of petiole (ECP) were determined and the relationship with marketable yield was considered. Significant differences were found in total and marketable yield (P < 0.05) but not with quality attributes by any nitrogen rates applied at crop (P > 0.05). Size fruit resulted not affected by any nitrogen rates. On the other hand, when nitrate concentrations on ECP were related at nitrogen rates applied, a significantly response was found (P < 0.05). Similarly, nitrate in ECP concentrations were associated with marketable yield on eight of nine dates tested (P<0.05). Under this environment soil and climate conditions, greenhouse tomato respond at high nitrogen rates with high yields, with none effect on quality. On the other hand, because nitrate concentrations in ECP were in relation with fruit yield, it could be possible to identify preliminary sufficiency nitrates ranges.

Keywords: Nitrogen; Extract cellular of petiole; Mineral nutrition; Yield; Greenhouse

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INTRODUCCIÓN

México es líder en la industria de la producción de hortalizas bajo agricultura protegida en América del norte, con una superficie cercana a las 20.000 hectáreas (SIAP, 2014). Los prototipos de las estructuras para producción consisten en invernaderos de cristal, de plástico incluso mallas-sombra; algunas de ellas incluyen la utilización de acolchado plástico, riego por goteo, ventilación pasiva, sustratos hidropónicos e incluso ambientes climatizados (control de temperatura e inyección de CO₂). El cultivo de tomate en invernadero es el más importante y cubre una superficie de más de 7.000 hectáreas producidas anualmente (14).

En años recientes, este tipo de tecnología ha revolucionado la producción y ha incrementado las expectativas de rendimiento de fruta; de tal forma que algunos productores alcanzan rendimientos promedio de 55 kg m² de tomate, considerando el nivel de tecnología empleada en los diversos tipos de invernaderos (8).

El noroeste de México, con un total del 50% de la superficie nacional (GAIN, 2010), es común la utilización de invernaderos plásticos sin control de temperatura y empleando el suelo como sustrato. En este sentido, el conocimiento de la fertilidad intrínseca del suelo en respuesta al crecimiento de cada cultivo es importante (9); con ello es posible evitar realizar aplicaciones excesivas de nutrientes o manejar posibles interacciones y deficiencias nutrimentales, las cuales podrían afectar la productividad y los rendimientos.

Dentro de los elementos esenciales el N es el que tiene mayor respuesta. El crecimiento de las plantas dependen principalmente de la nutrición nitrogenada, debido a que representa cerca del 80% del total de los elementos absorbidos (22).

El nitrógeno es un componente básico de la clorofila, el compuesto por el cual las plantas usan la energía solar para producir azúcares durante el proceso de la fotosíntesis.

En las plantas está directamente relacionado con los rendimientos y por esta razón, las concentraciones en los tejidos y en el extracto celular, son utilizadas como indicadores del estado nutrimental de las plantas (1). Bajo esta perspectiva, han sido realizados diversos estudios con el objetivo de identificar rangos de suficiencia que permitan monitorear la nutrición nitrogenada durante la estación de crecimiento en diversos cultivos hortícolas (1, 7, 34).

El análisis de nitratos en tejido fresco y seco ha sido extensivamente utilizado, sin embargo la ventaja del primero es debido a que se realiza de forma rápida y fácil (17).

La nutrición nitrogenada en cultivos hortícolas como papa (36), berenjena (18), brócoli (20), coliflor (18) y tomate de campo (31), son extensivamente manejados con el análisis de ECP, pero para el caso del tomate de invernadero son pocos las investigaciones que existen además de que reportan valores muy variables (29, 35). Lo mencionado anteriormente, sugiere la necesidad de evaluar los requerimientos minerales para este cultivo en particular y sobre todo para determinadas condiciones de suelo y clima.

Objetivo

Evaluar el efecto de la fertirrigación nitrogenada sobre la concentración de nitratos en ECP, el rendimiento y la calidad de tomate de invernadero crecido en un suelo árido del desierto de Sonora en el Noroeste de México.

MATERIALES Y MÉTODOS

El presente estudio fue realizado en un invernadero localizado en el Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y Pecuarias, campo experimental localizado en Caborca Sonora, México (30º42'55" N, 112º21'18" W), durante el período de invierno a primavera (sept. 2008-mayo 2009).

Plántulas de tomate "Beatrice" de cinco semanas de edad fueron trasplantadas en parcelas dentro de un invernadero plástico sin calefacción.

El sistema de cultivo incluyó la utilización de acolchado plástico color negro y una línea central de riego por goteo.

El suelo utilizado tenía alrededor de 25 años sin haberse cultivado y presentó una textura areno (22%) limosa (78%), un pH moderadamente alcalino (7,96) y una conductividad eléctrica de 1,22 dS/m, bajo en materia orgánica (0,2%) y bajo en capacidad de intercambio catiónico (14,62 cmol•kg^-1) (6), medida sobre el perfil de los primeros 20 cm de suelo.

La calidad del agua utilizada en este experimento tuvo un pH de 7,74; una conductividad eléctrica de 0,81 dS/m; 65,9; 16,4; 75,6 y 4,5 mg•L^-1 de calcio, magnesio, sodio y potasio respectivamente.

El manejo de los riegos se realizó de acuerdo con el monitoreo de la tensión de humedad del suelo obtenidas de tensiómetros insertados en el centro del surco y a lecturas de 20-25 kPa.

El diseño experimental utilizado fue de bloques al azar con cuatro repeticiones por tratamiento.

Las dosis evaluadas fueron 250, 500, 750 y 1000 kg N ha^-1, y se utilizó como fuente nitrogenada el UAN 32 (32-00-00) y nitrato de calcio (16-00-00-26).

Las dosis fueron fraccionadas a lo largo de la estación de crecimiento del cultivo siguiendo la recomendación de Papadopoulos (1991).

Antes del trasplante, se aplicó una dosis de 150 kg de fósforo en forma de fosfato monoamónico, mientras que durante el experimento se aplicaron 800, 100 y 100 kg ha^-1 de potasio, calcio y magnesio utilizando como fuentes sulfato de potasio, nitrato de calcio y sulfato de magnesio.

Las plantas fueron crecidas y conducidas a un solo tallo (33), los racimos fueron podados a cuatro frutos.

La cosecha comenzó a los 110 días después del trasplante (DDT), cuando las frutas estuvieron a madurez fisiológica.

Los datos de rendimiento incluyeron el tamaño, el peso de fruta comercial y fruta descartada.

La categoría de fruta comercial fue graduada en cuatro categorías: extragrande (>74 mm), grande (73-65 mm), mediana (64-59 mm) y chica (58-54 mm) (19).

La fruta descartada comprendió aquella menor de 54 mm o con defectos por pudrición apical o defectos de reventado y cicatrices. En dos fechas durante el experimento (febrero 15 y marzo 21) se midió la calidad bioquímica de la fruta y comprendió los parámetros de sólidos solubles totales (TSS), acidez titulable (AT) y la relación sólidos solubles totales/acidez titulable (TSS/AT).

Los TSS fueron determinados con un refractómetro digital y se expresaron con ºBrix, mientras que la acidez titulable se determinó con 0,1 N de NaOH a pH de 8,2 y se expresó como g 100 g^-1 de ácido cítrico.

Justo después de la floración (40 DDT), y a intervalos de 14-30 días, se identificó la concentración de nitratos en el ECP de la hoja más recientemente madura.

La determinación se realizó con un sensor manual (Cardy meter) siguiendo las recomendaciones de Hochmuth (1994).

Con los datos de rendimiento y calidad, se realizó análisis de varianza y comparación múltiple de medias de Tukey (P ≤ 0,05), así como análisis de regresión utilizando MINITAB® Release 14 Statistical Software. Las concentraciones de nitrato en ECP fueron relacionadas al máximo rendimiento relativo y a los valores encontrados entre el 95 y 100%, fueron identificados como rangos nutrimentales (11).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Rendimiento

La figura 1 (pág. 97) muestra los rendimientos de las cosechas realizadas durante el experimento. Se aprecia que durante los primeros cuatro cortes, no se encontró diferencia significativa entre los rendimientos obtenidos por las dosis de nitrógeno aplicadas (P > 0,05).

Figura 1. Efecto de cuatro dosis de nitrógeno sobre la dinámica de rendimiento de fruta en tomate de invernadero.

Figure 1. Effect of four nitrogen fertigation rates on the dynamics of fruit yield in greenhouse tomato.

Sin embargo, desde la cosecha cinco hasta la doce y de la trece a la quince, los rendimientos fueron significantes y altamente significativamente afectados por la fertilización nitrogenada (P < 0,05 y P < 0,01, respectivamente). Al fin del período de cosecha, los rendimiento fluctuaron entre los 19,3 y 22,3 kg m² de fruta.

Los mayores rendimientos se obtuvieron con las dosis de 500 y 750 kg N ha^-1, y los más bajos rendimientos con las dosis de 250 y 1000 kg N ha^-1 (tabla 1, pág. 97).

Tabla 1. Efecto de la fertirrigación nitrogenada sobre el rendimiento de fruta comercial, descartada y rendimiento total en tomate de invernadero.

Table 1. Nitrogen fertigation effect on marketable, cull and total fruit yield of greenhouse tomato.

Por otro lado, los rendimientos máximos de fruta comercial, estuvieron en el orden de los 17 y 20,6 kg m², con respuesta a las mismas dosis de nitrógeno estudiadas.

Por otra parte, el rendimiento de fruta descartada mostró diferencia entre los tratamientos evaluados, indicando que a dosis bajas y altas, la cantidad de este tipo de fruta aumenta. Lo anterior permitiría inferir que las plantas crecidas bajo dosis mayores a 500 kg N ha^-1 invirtieron la energía producida, en el crecimiento vegetativo y no en el reproductivo afectando los rendimientos (3).

Montemurro et al. (2007), identificó que el cultivo de tomate crecido bajo altas dosis de nitrógeno, inducían a la planta al retraso en la aparición de racimos florales y por consecuencia el rendimiento se reducía al final de la estación de crecimiento.

Por otra parte, las bajas dosis de nitrógeno aplicadas al tratamiento 250 kg N ha^-1, sacrificaron el crecimiento vegetativo y este a su vez no permitió una mayor aparición y desarrollo de órganos reproductivos, lo que explicaría también la reducción del rendimiento.

La hipótesis anterior es reforzada por los resultados encontrados por Bernard et al. (2009), quienes encontraron una reducción en el crecimiento expresado como materia seca en hojas, pedúnculos y tallos de plantas crecidas bajo condiciones de estrés por nitrógeno.

Así mismo, Frias-Moreno et al. (2014) encontraron una reducción en el crecimiento de las láminas foliares en plantas de tomate sometidas a bajas dosis de nitrógeno.

Tamaño y distribución porcentual de la fruta

Cuando el número y la proporción de fruta cosechada fueron evaluadas con respecto a las dosis de nitrógeno, solamente las frutas de tamaño chico mostraron diferencia significativa (P < 0,05; tabla 2).

Tabla 2. Efecto de la fertirrigación nitrogenada sobre el número y proporción de fruta en tomate de invernadero.

Table 2. Nitrogen fertigation effect on number and proportion fruit of greenhouse tomato.

Se encontró que a mayor dosis de nitrógeno, mayor cantidad de fruta de tamaño chico. Así mismo, el número de frutas chicas, medianas grandes y extragrandes estuvieron en el orden de los 23,6 a 28,3; 27,9 a 32,3; 36,7 a 46,7 y 30,2 a 39,0 frutas por m² (tabla 2).

Lo anterior indica que los rendimientos expresados como la suma de las frutas de tamaño mediano, largo y extralargo dependen de la dosis de nitrógeno aplicado pero no, la distribución del tamaño de la fruta, la cual resulta ser una variable independiente de los tratamientos evaluados (23).

Si se toma en cuenta los rendimientos encontrados en este estudio bajo condiciones de suelo árido y clima cálido y debido a la gran diversidad de altitudes y ambientes prevalecientes en México, son considerados aceptables. Grijalva et al. (2011) obtuvo rendimientos similares al evaluar el comportamiento de algunos híbridos bajo las mismas condiciones ambientales y de suelo que en este experimento.

Calidad química de la fruta

La aplicación de nitrógeno puede afectar los parámetros de calidad en tomate. Una revisión realizada por Dorais et al. (2001), explica que altas dosis de fertilización nitrogenada tiene influencia negativa sobre el color, tiempo a maduración, uniformidad de maduración y reduce el contenido de sólidos solubles en la fruta. Sin embargo, bajo las condiciones de este experimento, las dosis de nitrógeno evaluadas no afectaron la calidad de la fruta expresada como TSS en ninguna de las dos fechas evaluadas (P > 0,05; tabla 3).

Tabla 3. Efecto de la fertirrigación nitrogenada sobre los sólidos solubles totales (TSS), acidez titulable (AT) y la relación sólidos solubles totales/acidez titulable (TSS/AT) en tomate de invernadero.

Table 3. Effect of nitrogen fertigation on total soluble solids (TSS), Titratable acidity (AT), and total soluble solid/titratable acidity ratio (TSS/TA) in greenhouse tomato.

Los valores identificados en TSS durante el mes de febrero fueron más bajos que aquellos presentados en el mes de marzo.

Los valores fluctuaron entre los 3,17 a 3,65ºBrix en la primera fecha y de 4,3 a 4,46ºBrix en la segunda. Resultados similares han sido encontrados por Hartz et al. (2005), cuando estudió el efecto de las dosis de potasio en tomate para uso industrial cultivado en suelos de California U.S.A. Ellos encontraron valores de 4,69 a 4,84ºBrix.

Por otro lado, al evaluar la AT y la relación TSS/AT, no se encontró respuesta significativa a las dosis de nitrógeno aplicadas en ninguna de las fechas evaluadas (P > 0,05; tabla 3).

Para los valores de AT, los valores estuvieron en el orden de los 0,28 a 0,36 para el mes de febrero y 0,32 a 0,35 g 100 g^-1 de ácido cítrico, mientras que los valores para TSS/AT fueron de 9,26 a 12,37 en febrero y de 12,64 a 14,07 para el mes de marzo.

Toor et al. (2006), indicaron que muchos de los parámetros bioquímicos de la fruta en tomate pueden verse afectados por factores como temperatura, humedad relativa o radiación solar prevalecientes dentro del invernadero. En su estudio, encontraron incrementos en la concentración de TSS e incrementos en la concentración de fenólicos totales durante el trascurso de la estación de crecimiento del cultivo de tomate.

Otros investigadores han demostrado que la AT y TSS pude incrementarse cuando se utiliza agua de riego salina (5) o cuando las plantas cultivados son sometidas a estrés moderado de agua (26).

Nitratos en el extracto celular de peciolo

La concentración de nitratos en el ECP mostró los menores valores durante la estación de crecimiento del cultivo de tomate (tabla 4), comenzando con un valor promedio de 2530 mg L^-1 NO₃ y finalizando con una cantidad de 940 mg L^-1 NO₃.

Tabla 4. Efecto del a fertirrigación nitrogenada sobre la concentraciones de nitratos en extracto celular de peciolo en tomate de invernadero.

Table 4. Nitrogen fertigation effect on nitrate concentrations in extract cellular of petiole on greenhouse tomato.

Una excepción de esta tendencia en el decremento de la concentración de NO₃ resultó a los 68 DDT cuando se presentaron valores entre los 1737 y 2725 mg L^-1 NO₃. Posiblemente pudo deberse a descensos en temperatura ocurrida dentro del invernadero.

En un estudio realizado bajo condiciones similares al presente, Núñez et al. (2012) encontraron un decremento del área de la hoja más recientemente madura por efecto del descenso de temperaturas, situación que pudo haber originado un aumento en la concentración de NO₃ en este tejido.

En todas las fechas de muestreo evaluadas la concentración de NO₃ mostró relación significante con las dosis de nitrógeno aplicadas encontrando valores de R² en el orden de 0,743 a 0,992 (significante a P ≤ 0,05: tabla 4).

Una excepción fue relacionar las concentraciones con el rendimiento a los 124 DDT. Los rangos críticos para NO₃ y N-NO₃ (mg L^-1), en ECP para tomate de invernadero son presentados en la tabla 5.

Tabla 5. Rangos críticos para NO₃ y N-NO₃ (mg L^-1) en ECP en tomate de invernadero.

Table 5. Critical ranges for NO₃ and N-NO₃ (mg L^-1) in ECP for greenhouse tomato.

Los valores identificados resultaron ser más bajos que aquellos publicados por Hochmuth (1994). Este investigador reportó valores de N-NO₃ de 1000-1200 mg L^-1 desde el trasplante del cultivo hasta la aparición del segundo racimo floral, de 800-1000 mg L^-1 desde la aparición del segundo al quinto racimo floral, y de 700-900 mg L^-1 para el comienzo de la cosecha hasta finalización del cultivo (diciembre a junio).

Más recientemente, Ojodeagua et al. (2008) cultivando tomates en invernadero en el centro de México, donde prevalecen inviernos suaves, reportó valores de 588-787 mg L^-1 N-NO₃ para el desarrollo vegetativo (17-45 DDT), de 595-926mgL^-1 N-NO₃ enestadoreproductivo (59-101 DDT) y de 542-548 mg L^-1 N-NO₃ desde la cosecha al final del cultivo (120-195 DDT).

La diversidad de valores encontrados en la literatura con los obtenidos en esta investigación fortalece la necesidad e importancia de desarrollar este tipo de tecnologías de diagnóstico nutrimental para cada agroambiente en particular (2).

CONCLUSIONES

Para alcanzar máximos rendimientos totales y comerciales en tomate de invernadero crecido en suelos áridos del desierto de Sonora en el noroeste de México, se requirió aplicar 500 kg ha^-1 de nitrógeno.

Las cantidades de nitrógeno evaluadas en este estudio, no afectaron la distribución de tamaño de fruta ni la calidad química de la misma expresada como sólidos solubles totales, acidez titulable y la relación entre ambos.

Las concentraciones de nitratos en el extracto celular de peciolo estuvieron relacionadas con la aplicación de nitrógeno al cultivo y pueden ser utilizados como una herramienta para monitorear la nutrición nitrogenada en tomate de invernadero cultivado bajo estos ambientes.

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AGRADECIMIENTOS

Al Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y Pecuarias, CIRNO-Caborca por las facilidades otorgadas durante la investigación, así mismo al Sr. Javier Gonzales de la Riva y Sr. Bernabé Zavala Aragón por la asistencia técnica recibida en el manejo del riego dentro del invernadero durante el experimento.