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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel Víctor J. Flórez R. Editor

∙ Tabla de contenido ∙

Catalogación en la publicación Universidad Nacional de Colombia Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel / Víctor J. Flórez R., editor. -- Primera edición. -Bogotá : Universidad Nacional de Colombia. Facultad de Ciencias Agrarias, 2017. 212 páginas : ilustraciones (principalmente a color), diagramas, fotografías Incluye referencias bibliográficas ISBN 978-958-783-185-6 (rústica) 1. Cultivo sin tierra 2. Cultivos de invernadero 3. Cultivo hidropónico 4. Floricultura 5. Nutrición de plantas 6. Nutrientes minerales 7. Horticultura 8. Lisímetros 9. Floricultura 10. Tecnología poscosecha 11. Sabana de Bogotá (Cundinamarca) (Colombia) I. Flórez Roncancio, Víctor Julio 1961-, editor II. Título CDD-23

631.583 / 2017

Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

9 13

Introducción 1.

Consideraciones sobre los cultivos sin suelo de clavel María F. Quintero C., Miguel Guzmán P., Carlos A. González M., Juan Luis Valenzuela, José Marín Sánchez y Pablo Delgado Sánchez

35

2.

Aplicaciones de nutrición vegetal en cultivos de flor de corte Raúl I. Cabrera, Alma R. Solís-Pérez, Carlos A. Gómez G.

51

3.

Química de la solución del suelo Martha C. Henao T.

65

4.

Tolerancia y manejo de salinidad, pH y alcalinidad en cultivos de flores Raúl I. Cabrera y Alma R. Solís-Pérez y William J. Cuervo-Bejarano

© Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá - Facultad de Ciencias Agrarias

77

5.

Manejo de la nutrición nitrogenada en cultivos de flores Raúl I. Cabrera

© Víctor J. Flórez R. - Editor © Autores varios

89

6.

Fertilización foliar complementaria para cultivos de flores de alto rendimiento Manuel I. Gómez S.

ISBN (papel): 978-958-783-185-6 ISBN (digital): 978-958-783-xxx-x Primera edición impresa, noviembre de 2017

99

7.

Aspectos relacionados con la calidad de los análisis de suelo y de tejido vegetal, y su uso en las recomendaciones de manejo de la fertilización de cultivos Martha C. Henao T.

Preparación editorial Facultad de Ciencias Agrarias [email protected]

117

8.

Corrección de estilo: Deixa Moreno Castro

135

9.

Lisímetros volumétricos Carlos A. González M., Quelbis R. Quintero B., Víctor J. Flórez R. y María F. Quintero C.

Diseño y diagramación: Laura Londoño M. Gráfica de la portada: Información registrada por un lisímetro de pesada en campo - Leonardo Sandoval, Víctor Flórez y Carlos González

Interpretación de análisis de suelos y sustratos Jaime Torres B.

www.cienciasagrarias.bogota.unal.edu.co

167

10. Lisímetros de pesada Carlos A. González M., Quelbis R. Quintero B., Víctor J. Flórez R. y Harold Tafur H.

Prohibida la reproducción total o parcial por cualquier medio sin la autorización escrita del titular de los derechos patrimoniales

Todos los derechos reservados Bogotá, D. C., Colombia

191

11. Consideraciones sobre factores que influyen en la longevidad poscosecha de flores de corte Carlos A. Gómez G., Aníbal O. Herrera A. y Víctor J. Flórez R.

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Introducción

El editor, a través de los autores del presente documento, intenta abordar aspectos de manejo con la más amplia óptica del desarrollo del cultivo; es decir, desde características del sustrato hasta consideraciones en poscosecha que afectan la longevidad de los tallos florales. Esto, con la finalidad de aportar a los interesados en el sector floricultor colombiano insumos que pudieran influir en la optimización de los manejos de los cultivos de flor de corte en la horticultura intensiva que se desarrolla en las zonas productoras del país. Por eso, se hacen contribuciones sobre la cascarilla de arroz como sustrato, sin duda el ingrediente más ampliamente utilizado en los sustratos que se han usado en los cultivos sin suelo en la floricultura colombiana; luego se abordan aplicaciones de nutrición, la química de la solución del suelo, la tolerancia y el manejo de parámetros de la solución salina fertilizante y completa con consideraciones sobre fertilización foliar complementaria. Posteriormente, se incursiona en la calidad de los análisis de suelo y de tejido vegetal, así como su uso en las recomendaciones de manejo y en la interpretación de análisis de suelos y sustratos; son capítulos de relevancia para los técnicos y estudiosos y se espera que sean una herramienta útil en el adecuado manejo de los análisis que tanto se emplean pero se interpretan y utilizan generalmente de manera pobre o inadecuada. La parte de nutrición se profundiza con el manejo de la nutrición nitrogenada, esencial en las fórmulas de fertirriego en la horticultura intensiva y tal vez el ingrediente más polémico y de más cuidado para un agroecosistema como el de la Sabana de Bogotá. Recuerden que el movimiento del nitrato en el perfil del suelo básicamente acompaña al del agua y, en ese sentido, hay una gran responsabilidad en la contaminación de aguas superficiales y profundas si no se toman las medidas correctivas oportunamente. El capítulo Consideraciones sobre los cultivos sin suelo de clavel, de autoría de Quintero et al., se reformuló con base en la publicación Quintero et al. (2013): ‘Utilización de la

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cascarilla de arroz en sistema de cultivos sin suelos: una revisión’ en la Revista Flor y Cultura Colombiana, edición No. 2:39-44. De manera similar, el capítulo Manejo de la nutrición nitrogenada en cultivos de flores, de autoría de Cabrera, se reformuló con base en la publicación Cabrera (2005): ‘El nitrógeno afecta la productividad y calidad en rosas de invernadero así como el medio ambiente’ de la Revista Asocolflores, volumen 66:34-4. En el capítulo Aplicaciones de nutrición vegetal en cultivos de flor de corte, de autoría de Cabrera et al., los autores se propusieron actualizar la información publicada en 2011, con el título ‘Particularidades de fisiología vegetal y nutrición mineral, con énfasis en estreses, en rosas de invernadero’, de autoría de Cabrera y Solís (páginas 91 a 105). Asimismo, para fortalecer el conocimiento previo, en el capítulo Tolerancia y manejo de salinidad, pH y alcalinidad en cultivos de flores, Cabrera et al. se propusieron a actualizar la información publicada en 2011, por Cabrera, con el título ‘Importancia de la calidad química del agua en el fertirriego en cultivos ornamentales’ (páginas 17 a 26). Ambos capítulos fueron publicados en el libro Avances sobre fisiología de la producción de flores de corte en Colombia, de la Editorial de la Universidad Nacional de Colombia. No obstante lo anterior, el libro profundiza en lisímetros como herramienta en la optimización del manejo del riego. Hay una gran diferencia entre el manejo del riego tradicional, que se aplica a los cultivos expuestos directamente a las condiciones ambientales locales, y los que se siembran en invernaderos, como las flores de corte cultivadas en la Sabana de Bogotá, con fines de exportación. Los primeros se siembran en el suelo, donde se aprovecha la precipitación que cae y la aplicación de riego se convierte en una actividad complementaria a este suministro de agua por lluvia, con el fin de satisfacer las necesidades hídricas de los cultivos. En la horticultura intensiva bajo cubierta, en invernadero, no se considera la precipitación local como componente directo en el balance hídrico del cultivo. Para el caso especial del cultivo de clavel, inicialmente por razones fitosanitarias, este se ha venido sembrado en sustrato, cuyas características físicas permiten gran permeabilidad. De manera similar, en el cultivo de rosa también se ha adoptado la dinámica de su siembra en sustrato, cuyas características físicas condicionan un régimen de riego completamente diferente al que se realiza en cultivos sembrados en el suelo en campo abierto. En los cultivos intensivos, a través del sistema de riego por goteo, se irriga entre tres y cinco veces en el día, en eventos denominados comúnmente pulsos de riego, según las condiciones climáticas de la zona que se regará, a diferencia de lo que se realiza en el sistema tradicional de riego por goteo, con frecuencias de riego que pueden ser de uno, dos y hasta tres días. En el sistema de riego por goteo usado en la floricultura colombiana se aprovecha para aplicar solución fertilizante, práctica denominada fertirriego, la cual presupone que los aportes de nutrientes esenciales que provienen del sustrato son mínimos a diferencia de los aportes del suelo, que se evidencian mediante el análisis químico del mismo. La acer-

∙ 10 ∙

Introducción

tada aplicación de la tecnología de fertirriego necesariamente contribuye a generar mayor competitividad de la producción de flores de corte. Dicha aplicación de la tecnología debe resolver, entre otras, preguntas básicas como: i) ¿cuánta agua consume el cultivo durante su ciclo de producción y por estadios fenológicos?; ii) ¿qué porcentaje de drenaje sería el más conveniente para mantener unos rangos de salinidad en el sustrato apropiados para el cultivo?, y iii) ¿cuántos pulsos de riego y que volumen debería ser aplicado al cultivo? Para resolver estas preguntas, la Dirección de Investigación de la Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá, financió el proyecto Lisímetro de pesada en campo, como herramienta de ayuda en la toma de decisiones para aplicación de fertirriego en el cultivo de clavel. En este proyecto se evaluó el uso de un lisímetro de pesada desarrollado durante el último lustro por el equipo del proyecto, el cual combina un sistema mecánico que permite su instalación en campo y monitorear en forma continua el peso de las plantas. El sistema mecánico está integrado a un proceso electrónico de adquisición, manipulación y visualización de la información generada por el lisímetro. Este proceso como un todo permite determinar en forma horaria el consumo de agua por las plantas y finalmente establecer los requerimientos de fertirriego del cultivo. En forma general y con especial énfasis en los lisímetros volumétricos y de pesada, construidos y desarrollados por el equipo del proyecto, se presentan las ventajas, desventajas, tipos de usos y potencialidad en la investigación de las diferentes clases de lisímetros, los cuales son tratados en los capítulos 9 y 10 de este libro. En el trabajo de maestría ‘Medición y modelamiento de la evapotranspiración real del cultivo de clavel en invernadero en la Sabana de Bogotá’, financiado por el proyecto en mención, se usaron lisímetros de pesada y se empezó a recolectar la información producida por este instrumento para determinar un coeficiente de cultivo cercano a las condiciones de la Sabana de Bogotá que coadyuve al propósito de estimar el consumo de fertirriego, así como a disminuir costos de este rubro. Trabajos relacionados con la evaluación de fórmulas de fertirriego aplicadas, la optimización de los porcentajes de drenaje en las camas de cultivo, así como la medición del contenido de humedad (en qué sitios y a qué profundidad en las camas con sustrato) son preguntas que con un adecuado proceso de investigación y con el apoyo del equipo lisímetro de pesada (en proceso de mejora continua) pueden empezar a ser respondidas. Como era de esperar, al final de libro se ubica el capítulo sobre poscosecha, que aborda la compleja bioquímica característica en el manejo de un producto vegetal altamente perecedero, sin dejar de plantear estrategias que en el futuro podrían implementarse para el control de la fitohormona naturalmente asociada con la senescencia, el etileno. El editor y los autores esperan que sus contribuciones sirvan como insumos que incidan de manera significativa en mejorar el manejo de los cultivos, la productividad y la calidad

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

de flores de corte, teniendo en cuenta que esta horticultura, a pesar de ser intensiva, debe propender por el uso eficiente del agua y de los nutrientes, enfocándose en mitigar impactos ambientales de tal forma que la actividad continúe siendo social, económica y ambientalmente sostenible.

∙ Capítulo 1 ∙

Consideraciones sobre los cultivos sin suelo de clavel* María F. Quintero C.1, Miguel Guzmán P.2, Carlos A. González M.3, Juan Luis Valenzuela4, José Marín Sánchez5 y Pablo Delgado Sánchez6

Resumen El cultivo sin suelo es una técnica muy utilizada en la Sabana de Bogotá para cultivar flores de corte. Un alto porcentaje de los cultivos de clavel y miniclavel se llevan a cabo sobre un sustrato diferente al suelo natural. Fusarium oxysporum f. sp. dianthi es el patógeno de suelo más limitante para estos cultivos y los sistemas de cultivo sin suelo pueden contribuir a mitigar la problemática de la marchitez vascular, enfermedad causada por el hongo en mención. El sustrato más utilizado en los cultivos de clavel y miniclavel es la cascarilla de * Para citar este capítulo: Quintero C., M.F., M. Guzmán P., C.A. González M., J.L. Valenzuela, J.M. Sánchez y P.D. Sánchez. 2017. Consideraciones sobre los cultivos sin suelo de clavel. En: Flórez R., V.J. (Ed.). Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel. Bogotá: Editorial Universidad Nacional de Colombia. pp. 11-32. Este capítulo de libro se reformuló con base en la publicación Quintero C., M.F., M. Guzmán P., C.A. González M. y J.L. Valenzuela. Utilización de la cascarilla de arroz en sistema de cultivos sin suelos: una revisión. Revista Flor y Cultura Colombiana, edición No. 2:39-44, abril – junio de 2013. Con autorización de la revista de la Asociación Colombiana de Exportadores de Flores – Asocolflores. 1  Profesora tiempo completo, Facultad de Agronomía y Veterinaria, Universidad Autónoma de San Luis Potosí. San Luis de Potosí, México. [email protected]. 2  Profesor titular, Departamento de Agronomía. CeiA3, Universidad de Almería. Almería, España. [email protected]. 3  Profesor asociado, Departamento de Ingeniería Civil y Agrícola, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá. [email protected]. 4  Profesor titular, Departamento de Biología y Geología. CeiA3, Universidad de Almería. Almería, España. [email protected]. 5  Profesor tiempo completo, Facultad de Agronomía y Veterinaria, Universidad Autónoma de San Luis Potosí. San Luis de Potosí, México. [email protected]. 6  Profesor tiempo completo, Facultad de Agronomía y Veterinaria, Universidad Autónoma de San Luis Potosí. San Luis de Potosí, México. [email protected].

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

arroz, ya sea cruda o tostada, sola o en mezcla con otro medio de cultivo. En este capítulo se aborda el estudio de las principales propiedades químicas de la cascarilla de arroz, con un especial énfasis en el estudio de su capacidad de intercambio catiónico, su porcentaje de saturación en bases (K+, Ca2+, Mg2+ y Na+) y el riesgo de salinización que se presenta con su uso, ofreciendo recomendaciones para el manejo de las soluciones de fertirrigación. Del mismo modo, se estudian sus principales características físicas, profundizando en la retención de humedad y se propone un modelo útil para calcular la cantidad y la frecuencia de agua a aplicar en función del volumen de sustrato, la edad y los requerimientos del cultivo. Finalmente se hacen observaciones sobre la problemática económica y ambiental asociada a la utilización de este sustrato y se propone la búsqueda de sustratos complementarios y alternativos a la cascarilla de arroz. Palabras clave: flores de corte, sustratos, cascarilla de arroz, retención de humedad, fertirriego.

Introducción Los cultivos sin suelo o cultivos hidropónicos se han implementado a nivel mundial desde la década de los 70. Una cantidad importante de materiales se ha ensayado como medio de cultivo para sustituir aquellos considerados como recursos no renovables, que inicialmente se utilizaron, como el caso de la turba, o con elevados costos de obtención, como es el caso de la vermiculita. Estos ensayos van desde subproductos del mesocarpio del coco –fibras y polvos de coco– (Abad et al., 2005; Barreto et al., 2012; Arancon et al., 2014), hasta el bagazo del agave tequilero (Rodríguez-Macías et al., 2010), pasando por cáscara de almendra, residuos de la obtención de aceite de oliva (Altieri et al., 2010), vermicompost (compost derivado del proceso de la lombricultura) (Lazcano et al. 2010; Ameri et al., 2012), lignocelulosa (Fornes et al., 2010) y agregados sintéticos (Jayasinghe et al., 2010). Entre ellos se encuentra un subproducto que ha venido posicionándose en las últimas dos décadas en Colombia y en otros países: la cascarilla de arroz, ya sea cruda, quemada, carbonizada, compostada o en mezcla con diversos sustratos comerciales para mejorar sus propiedades y su precio. En Colombia este material es comúnmente usado como sustrato en los cultivos de flores en la Sabana de Bogotá desde la década de los 90.

La cascarilla de arroz como sustrato La cascarilla de arroz es un tejido vegetal constituido principalmente por celulosa y sílice, el cual se puede usar como combustible por su alto poder calorífico de entre 13,20 a 14,20 MJ kg. Su ceniza, el residuo de la quema de la cascarilla, se puede utilizar como aditivo en la mezcla de concreto para la obtención de ladrillos, entre otros productos (Mattey et

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Capítulo 1

al., 2015), o para la fabricación de filtros de carbón activado (Valverde et al., 2007). Su uso alimenticio en harinas para animales es muy limitado por el alto contenido de sílice. Las propiedades físicas y químicas de la cascarilla de arroz pueden variar según su procedencia (Valverde et al., 2007), la variedad de arroz, el tipo de suelo, las condiciones climáticas y la fertilización aplicada al cultivo (Papafotiou et al., 2001; Kang et al. 2004; Dede et al., 2012). En general, los compuestos orgánicos más importantes de la cascarilla de arroz son celulosa (39 %), hemicelulosa (20 %) y lignina (22 %), que es más del 75 % de su masa seca; el resto lo constituyen grasas y proteínas (3,6 %), entre otros (De Souza et al., 2002; Chaudhary y Jollands, 2004; Valverde et al., 2007). Dicho tejido vegetal presenta un contenido relativamente alto en compuestos inorgánicos de aproximadamente el 20% de su masa seca. De estos, el silicio representa el 94 %, y el 6 % restante está compuesto de K2O, CaO, MgO, Al2O3 y P2O5 en cantidades decrecientes (Gallo et al., 1974). Es un material rico en potasio (3000 a 3.500 mg L-1) y fósforo (80 a 120 mg L-1), y pobre en nitrógeno (menos de 100 mg L-1). Las cenizas de la cascarilla de arroz contienen un 1,55 % de K; 0,23 % de Ca y 0,24 % de Mg, que pueden ser utilizados por el cultivo donde se utilice como sustrato. El proceso de quemado libera Cu (0,23 %), Zn (0,46 %) y Mn (0,17 %), que quedan disponibles para el cultivo de clavel (Calderón, 2001; Valverde et al., 2007; Quintero et al., 2011b; Carmona et al., 2013). Este material como sustrato de cultivo es considerado orgánico de baja tasa de descomposición dado su alto contenido de sílice; es liviano puesto que su densidad aparente varía entre 0,090 y 0,30 g de masa seca por cm3 (Quintero et al., 2006a). Tiene porosidad elevada y capacidad de retención de humedad baja (Quintero et al., 2013a), su conductividad hidráulica es elevada y su pH es neutro, mientras que su conductividad eléctrica y su capacidad de intercambio catiónico son bajas (Quintero et al., 2011a). Mientras en Europa y Norteamérica los sustratos más utilizados son la turba, la lana de roca, la fibra de coco, la perlita, la vermiculita y otros derivados de arcillas expandidas, en los sistemas de cultivo sin suelo en Colombia, el sustrato por excelencia es la cascarilla de arroz parcialmente quemada o tostada (anexo 1). En Colombia, el quemado o tostado de la cascarilla puede realizarse directamente en las zonas productoras de arroz o en las fincas de flores donde se va a utilizar. Tradicionalmente, la cascarilla de arroz se acumulaba en pilas y se encendía por un costado mientras se revolvía con cascarilla cruda hasta obtener el grado de quemado deseado, entre 60 y 100 %. Debido al impacto ambiental del quemado de la cascarilla se decidió cambiar este proceso por uno de tostado más controlado, que minimiza las emisiones y que genera un producto más

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

Capítulo 1

homogéneo. Por estos motivos, desde 2005 se está utilizando, especialmente en las fincas productoras de clavel, la cascarilla tostada en calderas a temperaturas entre 60 y 80 ºC (Patiño, 2000; Quintero et al., 2006 b) (anexo 1). Ello seguramente incide en una estandarización del tostado, el cual está directamente relacionado con la retención de humedad y por ende con el manejo del fertirriego.

Así mismo, Colombia se ubica en el puesto 25 de la producción mundial de arroz, con 2.434.853 t en 2013 (Finagro, 2015). Por esto y por la cercanía relativa a la zona productora, este residuo-sustrato resulta de bajo costo (comparado con turba, lana de roca o perlita) y de fácil adquisición por ser un subproducto de esta importante industria arrocera. El costo más significativo lo constituye el transporte a la zona de producción de clavel.

Desde la década de 1970, Colombia (1.300 ha) y, actualmente, Kenia son los mayores productores de claveles; otros países productores son Turquía (515 ha), México (420 ha), Ecuador (150 ha), y Costa Rica y Zimbawe (100 ha). La ubicación ecuatorial de Colombia, que implica ausencia de estaciones climáticas marcadas, posibilita la producción de flores de corte al mismo costo en cualquier época del año, sin necesidad de enfriar o calentar las estructuras de protección. Además, esta ubicación permite que los rayos del sol lleguen perpendiculares, lo que se traduce en una intensidad lumínica muy alta, bajo la cual se producen flores grandes y de colores intensos. Las temperaturas imperantes para el cultivo dependen de la altura y justamente alrededor de Bogotá se ubica la Sabana, enorme extensión plana con altura aproximada de 2.600 msnm, un clima ideal para la producción de claveles, con una temperatura media diurna de 18 a 20 ºC y nocturna de 6 a 8 ºC, lo cual la hace geográficamente una ubicación ideal. Como colofón, Bogotá se encuentra a tres horas y media, por avión, de la ciudad de Miami, EE. UU., primer mercado para las flores colombianas (Pizano de Marques, 2001; Asocolflores, 2011).

Estas dos circunstancias, la disponibilidad de cascarilla de arroz y la incidencia de fusarium han sido determinantes para convertirla en el sustrato más utilizado en los cultivos sin suelo en la floricultura Colombiana y ha conducido a que más del 90 % de la producción colombiana de clavel y miniclavel se obtenga actualmente sobre cascarilla de arroz parcialmente quemada o tostada, o alguna mezcla de estas (anexo 1).

Pero por otra parte, el hongo Fusarium oxysporum f. sp. dianthi es, posiblemente, el patógeno más limitante para el cultivo de clavel. Su presencia en los suelos de la Sabana de Bogotá ha obligado a que más del 70 % de la producción de clavel tenga que ser obtenida mediante cultivo sin suelo (anexo 1), pues otra alternativa, como la desinfección de suelos con fumigantes o con vapor, práctica común en la década de los 80, es hoy en día inviable desde el punto de vista económico, medioambiental y social, pero también desde el punto de vista legal, por la prohibición del uso de bromuro de metilo, consignado en el Protocolo de Montreal en 1987, donde se acuerda acabar totalmente con el uso de esta sustancia en la agricultura mundial para el año 2015. En Colombia, esta prohibición se reglamenta mediante la Resolución 00138 de 1996 del Ministerio de Salud, donde se prohíbe la importación, fabricación, comercialización y uso de los plaguicidas y desinfectantes con base de bromuro de metilo, solo o en combinación. Esta resolución fue modificada por el Acuerdo 000643 del 12 de marzo de 2004 del Ministerio de Protección Social, donde se autoriza la importación, comercialización y uso del bromuro de metilo únicamente en tratamiento cuarentenario para el control de plagas en tejidos vegetales frescos y embalajes de madera a nivel de puertos y pasos fronterizos, pero no para la desinfección de suelos agrícolas.

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Brasil, Malasia, Italia, Estados Unidos, Japón, Grecia, España, Turquía, China y otros países utilizan ampliamente la cascarilla de arroz como sustrato de cultivo, precisamente debido a que son países productores de arroz y este subproducto está disponible. Se utiliza solo o mezclado con fibra de coco, perlita, compost u otro tipo de residuos industriales (Iranzo et al., 2004; Suzuki et al., 2007; Yahya et al., 2009; Evans et al., 2011; Zanin et al., 2011; Dede et al., 2012). Por su parte, Burés (1997) señala que en Japón la cascarilla de arroz es bastante utilizada. Al material empleado se le denomina kuntan, el cual consiste en cascarilla de arroz tostada en un horno entre 300 y 600 ºC. En la tabla 1 se hace referencia de la utilización de este sustrato en diferentes partes del mundo. El aporte de cascarilla en los sustratos busca mejorar las propiedades de los mismos, así la adición de cáscara de arroz a la turba disminuye su porosidad y la cantidad de agua fácilmente disponible. En cambio, en Brasil se mezcla con polvo de coco o residuos sólidos urbanos (RSU), para agregar materiales gruesos y por tanto aportar porosidad al medio de cultivo (Guerrini y Trigueiro, 2004; Peil et al., 2012).

Propiedades físico-químicas de la cascarilla de arroz Entre las propiedades físicas, químicas y bioquímicas que describen la dinámica de la transferencia de materia entre el sustrato y la solución del mismo, se encuentran principalmente: la disolución e hidrólisis de los constituyentes minerales, el intercambio de iones y la biodegradación de la materia orgánica (Terés, 2001; Higashikawa et al., 2010; Dumroese et al., 2011).

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

Tabla 1. Referencias de la utilización de la cascarilla de arroz como medio de cultivo en algunos países. País

Cultivo o etapa de cultivo

Fuente

Argentina

Plántulas

Valenzuela et al. (2008)

Brasil

Calabacín, cattleya intermedia, alfalfa, portainjertos de cítricos, Vasconcelos et al. (2012), Peil et al. (2012), plántulas de café, esquejes de Guerrini y Triguero (2004) pino, crisantemo, lirio

Colombia

Rosa, clavel

González-Murrillo et al. (2006), Quintero et al. (2006a; 2006b), Quintero et al. (2009), Quintero et al. (2012), Rodríguez y Flórez (2012), Vélez et al. (2014a; 2014b)

Costa Rica

Almácigos de hortalizas

Quesada y Méndez (2005)

China

Ao et al. (2008) Geranio, tomate, vinca, impatiens, gerbera

Evans et al. (2011), Evans y Gachukia (2008), Kamenidou et al. (2010)

España

Gerbera, pimiento morrón

Caballero et al. (2009), Iranzo et al. (2004)

Grecia

Plántulas de pino, ornamentales

Tsakaldimi (2006), Papafotiou et al. (2001)

EE. UU.

Capítulo 1

ti-simétricos (Carmona et al., 2013). Tras el quemado parcial o tostado de la materia orgánica de la cascarilla, las láminas y las zonas interlaminares de este esqueleto silíceo (tetraedros de sílice enlazados de forma similar a los minerales secundarios de los suelos) también presentan zonas de ruptura con cargas negativas, capaces de intercambiar cationes con la solución del medio (Guzmán, 2007; Quintero et al., 2011a; Vélez et al., 2014a). Las partículas de sílice presentes en las cenizas muestran una distribución bimodal, se crean nanopartículas descubiertas que pueden transformarse en micropartículas por agregación; en medios ácidos estas tienen la facultad de generar geles amorfos de Si (Carmona et al., 2013). En la tabla 2 se presenta el promedio y la desviación estándar de la capacidad de intercambio catiónico (CIC), la capacidad de intercambio catiónico efectiva (CICE), contenidos y saturación de bases, así como el pH, la conductividad eléctrica (CE), el porcentaje de materia orgánica y la concentración de microelementos en el complejo de cambio de cascarilla de arroz tostada antes de usar, obtenida de diferentes orígenes en Colombia. Tabla 2. Propiedades físico-químicas de cascarilla de arroz tostada, utilizada en cultivos de clavel en Colombia. Propiedad pH

Japón

Tomate

Inden y Torres (2004), Islam et al. (2002)

CE

Italia

Pimiento, tomate, achicoria

Zanin et al. (2011), Sambo et al. (2008)

Materia orgánica

Irán

Fresa, aglaonema

Ameri et al. (2012)

CIC

Malasia

Celosía

Yahya et al. (2009)

CICE

Pakistán

Rosa, clavel

Ahmad et al. (2012)

Carga variable

Uruguay

Hortalizas

Barbazán et al. (2011)

Turquía

Pino

Aklibasinda et al. (2011)

La cascarilla de arroz se caracteriza por presentar un esqueleto silíceo, el cual constituye un componente adicional para justificar esta capacidad de cambio. El 98 % de las cenizas de la cascarilla de arroz son óxidos (Si-O) e hidróxidos (Si-OH) de silicio con enlaces simétricos y an-

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(mS cm-1) (%) cmol (+) kg-1

Promedio

Desviación estándar

5,99

0,3

1,2

0,21

36,8

8,00

19,5

5,7

7,7

1,7

11,8

5,3

K

cmol (+) kg-1 %

3,6

0,8

48,7

9,3

Ca

cmol (+) kg %

2,7

0,9

34,7

7,7

Mg

cmol (+) kg-1 %

1,3

0,5

16,1

5,2

Na

cmol (+) kg-1 %

0,1

0,03

1,3

0,5

Fe

13,1

21,3

Mn

62,9

20,1

0,4

0,4

Zn

3,9

1,1

B

18,8

5,9

Capacidad de intercambio catiónico (CIC) La capacidad de intercambio catiónico (CIC) es una medida de la aptitud de un sustrato para contener los nutrientes que se encuentran en él (Abad et al., 2002; Benito et al., 2006). En los sustratos orgánicos, la CIC procede de las superficies y las zonas de ruptura de las moléculas de celulosa, hemicelulosa y lignina, que forman las paredes celulares de las células vegetales (Prasad y O’Shea, 1998; Gogo y Pearce, 2009).

Unidad

Cu

-1

mg L

-1

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

Capítulo 1

Se observa que esta cascarilla tiene una capacidad de intercambio catiónico de alrededor de 20 cmol (+) kg-1, lo que se corrobora con lo obtenido por Vélez et al. (2014a). Dicha CIC debe tenerse en cuenta a la hora de planear la fertilización en este tipo de sistemas.

• Aporte excesivo de sales con el agua de riego o con la solución nutritiva, por la utilización de aguas de mala calidad o por la reutilización de los drenajes, como lo hacen algunas fincas de flores en la Sabana de Bogotá.

Con respecto a la saturación de K+, Ca2+, Mg2+ y Na+ se ha observado un elevado contenido de K, respecto de Ca y Mg, en los materiales originales. Este desequilibrio debe ser corregido antes del comienzo del cultivo mediante la aplicación de enmiendas calizas con CaCO3, CaSO4 y MgO, para disminuir los elevados niveles de K (y Na) y aumentar la disponibilidad el Ca y Mg en el complejo de cambio, así como corregir el pH (Quintero et al., 2011a).

• Presencia en el sustrato de una alta CIC junto con una rápida descomposición del sustrato, lo que libera cantidades excesivas de nutrientes al medio de cultivo, como sería el caso de la cascarilla de arroz y sustratos a base de cascarilla reutilizada o reciclada, o mezclas con fibra de coco (Vélez et al., 2014a).

Vale la pena resaltar la gran variabilidad (desviación estándar) de algunos parámetros químicos, sobre todo de Fe y Mn, entre los microelementos, que corrobora la variación debida al origen de la cascarilla y posiblemente al método y tiempo de tostado. La información que se presenta en la tabla 2 proviene de una serie de análisis de sustratos realizados en el lapso de cuatro años para cascarilla de arroz tostada obtenida de diferentes zonas arroceras de Colombia.

Salinización del sustrato a base de cascarilla de arroz En la solución del sustrato se encuentran sales minerales disueltas como una solución acuosa de diversa composición y concentración no homogéneas, que conforman la fase líquida del sistema. Esta composición depende del material del que está formado el sustrato, mientras que su concentración depende del contenido de humedad y del espacio poroso, de manera que aquella aumenta a medida que disminuye el contenido de humedad (Burés, 1997). Esta concentración en la solución acuosa suele ser superior a la habitual en cultivos en suelo, lo que aumenta el riesgo de acumulación de sales disueltas y provoca lo que se conoce como salinidad. Por esta razón, muchos autores han resaltado la importancia de mantener una elevada fracción de lavado en los sistemas de cultivo sin suelo (Ansorena, 1994; Guzmán, 2007; Jones et al., 2012; Peil et al., 2012). Según diferentes autores (Terés, 2001; Lozano y Guzmán 2007; Evans et al., 2011), las causas que pueden originar un incremento en la salinidad del sustrato, una vez introducido en el contenedor, son: • Presencia de concentraciones elevadas de sales procedentes de algunos de los componentes del sustrato. En el caso de la cascarilla de arroz tostada o mezclas con esta, se presentan elevadas concentraciones de K y Mn.

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• Muchas de las propiedades químicas del sustrato y de su solución se modifican en la medida que avanza el tiempo de uso con el cultivo de clavel, entre ellas la CIC, lo que modificaría su pH e incrementaría su concentración o almacenamiento de sales (Quintero et al., 2011a). Esta salinidad puede provocar toxicidades específicas de determinados iones (magnesio, sodio y boro, entre otros). Los efectos de la salinidad se deben generalmente a un aporte excesivo de nutrientes minerales con el fertirriego, con respecto a las cantidades absorbidas por las plantas y pérdidas por lixiviación (principalmente nitrógeno y potasio) y a la acumulación de otros iones (como sodio y cloro) (Ansorena, 1994; Guzmán. 2007). El incremento en la salinidad en un sustrato puede corregirse o prevenirse mediante el control en los lixiviados (Terés, 2001; Evans et al., 2011). Por otro lado, es necesario ajustar las cantidades de fertilizantes requeridas por el cultivo y evitar las aplicaciones excesivas de los mismos. En la práctica del riego en el cultivo en sustrato se aplica agua excedentaria, generando elevadas fracciones de lavado para evitar la acumulación de sales. Este exceso de agua aportada debería variar en función de la época del año, el estado de desarrollo de la planta y la calidad del agua de riego de la finca. Todas estas situaciones pueden ser prevenidas, en gran parte, si se conocen las propiedades físicas y químicas y las variaciones que sufre la cascarilla a lo largo de su ciclo de utilización. El conocimiento de estos factores integrados seguramente redundará en una mayor eficiencia del fertirriego.

Propiedades físicas e hidráulicas de la cascarilla de arroz Con la caracterización física e hidráulica de los sustratos se pretende estudiar una serie de propiedades tales como: densidad real, densidad aparente, distribución de tamaño de partículas, porosidad o retención de humedad. También se busca poder estimar las curvas de retención de humedad y de conductividad hidráulica, para estudiar la dinámica del agua en el sustrato.

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

Capítulo 1

El estudio de las propiedades físicas debería ser el primer paso para luego diseñar un contenedor apropiado, teniendo en cuenta la disposición y tamaño de las raíces, la retención de humedad y el espacio poroso de dicho material (Sambo et al., 2008; Quintero et al., 2013a). En la tabla 3 se presentan las propiedades físicas de densidad aparente, densidad real y porosidad total, para cascarilla de arroz sometida a procesos de carbonización, quemado o tostado.

Manejo del riego y la nutrición en sistemas con cascarilla de arroz

Tabla 3. Propiedades físicas de la cascarilla de arroz sometida a diferentes procesos. Cascarilla de arroz y sus mezclas

Densidad aparente

Densidad real

Porosidad total

(kg L )

Fuente

(%)

-1

Cascarilla de arroz carbonizada (nueva)

0,10

71,0

Cascarilla de arroz carbonizada (usada)

0,14

76,8

Cascarilla de arroz quemada

0,29

1,00

79,2

Quintero et al. (2006a)

0,14

1,69

92,0

Ríos (2008)

0,13

0,78

82,4

Quintero et al. (2009)

0,12

1,68

92,2

Quintero et al. (2013a)

Islam et al. (2002)

Cascarilla de arroz tostada

Tabla 4. Agua fácilmente disponible y agua de reserva para cascarilla de arroz utilizada en Colombia. Sustrato

Calderón (2001)

Meneses (2004)

Quintero et al. (2006b)

Quintero et al. (2013a)

Bohórquez (2008)

Agua fácilmente disponible (% vol.) Cascarilla de arroz quemada 10 - 20

2,76

17,4

9,57

-

Cascarilla de arroz tostada

-

-

-

-

4,6

35CAQ

-

-

10,8

7,72

-

65CAQ

-

-

11,4

5,18

-

Agua de reserva (% vol.) Cascarilla de arroz quemada 5 - 10

2,52

5 - 11

0,59

-

Cascarilla de arroz tostada

-

-

-

-

1,2

35CAQ

-

-

5,2

2,11

-

65CAQ

-

-

4,9

1,87

-

35CAQ = Mezcla 65% fibra de coco más 35% cascarilla de arroz quemada. 65CAQ = Mezcla 35% fibra de coco más 65% cascarilla de arroz quemada.

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Se ha establecido que la conductividad hidráulica en saturación para la cascarilla de arroz tostada es de entre 30 y 32 m día-1 (Quintero et al., 2006a). Otros parámetros hídricos importantes son las formas en las que el agua se encuentra en el sustrato (agua disponible y agua de reserva). En la tabla 4 se presentan parámetros hidráulicos para cascarilla de arroz quemada, tostada, nueva y algunas mezclas comúnmente utilizadas en Colombia.

Los cultivos de clavel en la Sabana de Bogotá presentan una tecnología de fertirriego que podría considerarse de las más modernas en la producción agrícola nacional. Los nutrientes son aportados en forma de fertilizantes de alta solubilidad inyectados dentro del sistema de irrigación que transporta los nutrientes a las plantas disueltos en el agua de riego (Ortega, 1997; Rodríguez y Flórez, 2012). Desde el punto de vista agronómico, el fertirriego permite suministrar a las plantas los nutrientes en cantidades apropiadas y mejor equilibradas, en los momentos en que estas los demandan durante las diferentes etapas de su ciclo fenológico: desarrollo vegetativo, floración y producción (Ortega, 1997). La utilización de sistemas que separen el cultivo físicamente del suelo (cultivos sin suelo) en la producción de clavel en la Sabana de Bogotá se ha debido principalmente a la problemática fitosanitaria. La alternativa más satisfactoria es la de cultivar las plantas aisladas del suelo mediante el uso de láminas de polietileno, cemento u otro tipo de malla aislante. También cuando se usa suelo en dichas camas, este es enmendado con turba, arena o gravilla para mejorar la aireación y la retención de agua (Kazaz et al., 2010). En otros casos, el suelo se reemplaza por materiales como perlita, fibra de coco, turba, lana de roca o mezclas de turba y arena (Winsor y Adams 1987; Huett, 1994; Borrero et al., 2009). En Colombia este cultivo se realiza mayoritariamente utilizando cascarilla de arroz pura o en mezclas (González-Murillo et al., 2006; Quintero et al., 2006b; Vélez et al., 2014a y 2014b). La poca profundidad de estas camas o contenedores, usualmente entre 13 y 20 cm, suponen un confinamiento restringido de la zona radical. Este hecho requiere de los productores una atención especial para mantener niveles deseables de humedad y nutrientes en forma permanente, por lo que son imprescindibles sistemas de riego por goteo o de baja descarga que permitan este control. En los cultivares de clavel, la naturaleza de su follaje es tal que las clorosis o las variaciones de color debido a deficiencias o excesos de elementos nutritivos son menos obvias que

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

en otros cultivos de ornamentales de invernadero (Nelson y Boodley, 1966). Por otro lado, el amplio periodo de cultivo, su crecimiento lento y el hecho de ser propagado vegetativamente han sido factores que limitan el número de estudios nutricionales ya que ha sido un cultivo poco atractivo para realizar este tipo de ensayos por los investigadores (Nelson y Boodley, 1966; Winsor y Adams, 1987). Sin embargo, se han establecido algunos aspectos de la nutrición de cultivos comerciales de clavel que requieren atención especial. Los síntomas de deficiencia de N son descritos por Winsor y Adams (1987) como disminución en el crecimiento de la planta y producción de pocos tallos axilares, los entrenudos con alargamiento anormal y las hojas viejas se vuelven amarillas. Del mismo modo se encontró que en las hojas inferiores comenzó una necrosis en su punta, que progresó hasta extenderse por toda la lámina hacia la base de la hoja. Las plantas que soportan suministro inadecuado de N, en diferentes etapas de desarrollo, sufren de ‘punta doblada’ en varias épocas del año, pero el problema se hace más frecuente en condiciones de baja luminosidad. Por otra parte, los síntomas de deficiencia de potasio se describen por el desarrollo de manchas amarillas (finalmente necróticas) en las hojas superiores, medias y bajas, especialmente en la punta y a lo largo de los márgenes superiores. La región afectada se vuelve seca y marchita. Las plantas desarrollan tallos delgados y cortos, hojas angostas y flores pequeñas (Winsor y Adams, 1987). Según Holley y Baker (1991) el clavel tiene la capacidad de absorber calcio tan fácilmente como potasio, en este sentido es diferente a otras muchas plantas reportadas en la literatura. El sodio y el potasio son competitivos, independientemente de otros iones presentes y es probable que haya un cierto nivel de sodio en el cual se mejora considerablemente la absorción de otros cationes; sin embargo, el sodio puede ser un problema cuando el potasio en la solución nutritiva es extremadamente bajo, como podría ser el caso en algunas fincas productoras de claveles en la Sabana de Bogotá. Los autores citados también sugieren que hay tres sistemas que operan en la absorción de cationes en la planta de clavel: a) cuando hay un buen suministro de potasio, su presencia suprime la absorción de sodio; b) cuando hay un suministro deficiente de potasio, los cuatro iones K+, Na+, Ca2+ y Mg2+ compiten por ser absorbidos; c) Ca2+ y Mg2+ pueden ser absorbidos por sistemas separados, compitiendo por igual (Holley y Barker, 1991; Navarro et al., 2012; Somasekhara y Manasa, 2012; Vélez et al., 2014b). Como se ha mencionado anteriormente, la cascarilla de arroz tostada nueva presenta un desbalance en estos cationes que debe que ser corregido en los sistemas de producción de clavel que utilizan dicho sustrato. Estos son apenas algunos aspectos descritos como deficiencia de elementos en clavel. Para que la planta tenga una nutrición adecuada y balanceada y pueda expresar plenamente

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Capítulo 1

su potencial genético, es necesario que todos los elementos estén presentes en los tejidos no solamente en concentraciones determinadas, sino también que, entre uno y otro elemento, existan relaciones adecuadas. Dichas relaciones no son obras al azar, pues reflejan funciones que los elementos ejercen en el metabolismo de la planta (Ortega, 1997). Asimismo, son numerosos los estudios e investigaciones que muestran la existencia de una problemática en materia de cálculo de consumo y aplicación de agua, así como de operación de los sistemas de riego que se emplean en las empresas de flores (González-Murillo et al., 2006; Esmeral et al., 2011; Rodríguez y Flórez, 2012). La necesidad de racionalizar y optimizar el uso del agua y de fertilizantes de manera que la producción de flores sea sustentable ambiental y económicamente es una necesidad cada vez más sentida. Este concepto aparece consignado en el código de conducta en cuya elaboración participó la Asociación Colombiana de Exportadores de Flores, Asocolflores, a través del programa Florverde (Ortega, 1997; Asocolflores, 2007; Parrado, 2011). Sin embargo, al definir las dotaciones de riego y fertilizantes no se contemplan las condiciones climáticas ni las propiedades físico-químicas de los materiales de cultivo utilizados. Habitualmente la planificación del fertirriego responde más a un manejo empírico o mediante un modelo de programación que surge de trasladar el manejo aplicado en suelo a un cultivo sin suelo. Es evidente que un modelo que nace así no es el más adecuado y por lo tanto debe generarse conocimiento que permita su optimización. En los cultivos de clavel en la Sabana de Bogotá se ha encontrado que la cascarilla de arroz tostada presenta una variación con el tiempo de utilización que debe tenerse en cuenta a la hora de gestionar el riego (Quintero et al., 2011b; 2013a). En este sentido, Quintero et al. (2013a) han propuesto un modelo para calcular la dotación y la frecuencia de agua que se deba aplicar en los diferentes estadios del cultivo de clavel (semanas de cultivo), dependiendo de la variación temporal en la retención de humedad por el sustrato, de las condiciones climáticas y de la fracción de lavado a aplicar:

donde, Ff = Frecuencia de fertilización Ig = Necesidad de riego Vs = Volumen de sustrato ADw = Agua disponible

ETc = Evapotranspiración del cultivo Dr = Fracción de drenaje AD = Agua disponible ADi = Agua disponible inicial

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

Problemática en relación con el uso de la cascarilla de arroz en los cultivos de clavel La utilización de cascarilla de arroz tostada como sustrato para el cultivo de clavel en Colombia se ve amenazada debido a tres factores fundamentales: a. Los requerimientos ambientales y sociales exigidos por los estándares de certificación (Florverde) para la exportación de flores que permita obtener una adecuada trazabilidad de este material (Asocolflores, 2007). Por otro lado, el proceso de quemado de la cascarilla es muy cuestionado debido a la contaminación ambiental que genera. Hoy en día se está requiriendo a las empresas dedicadas a tostar cascarilla una certificación en determinados estándares ambientales, cuyo incumplimiento obliga al cierre de algunas de estas plantas.

Capítulo 1

Adicionalmente en Colombia hay una gran cantidad de materiales de residuo o subproductos de diferentes actividades agroindustriales, como fibra de coco de origen local, aserrines y virutas de madera, desechos del cultivo de champiñón, escoria de carbón, entre otros. Estos residuos podrían utilizarse, con los tratamientos adecuados, como materia prima para generar un medio de cultivo para flor de corte, específicamente para la producción de clavel. En este escenario debe buscarse un sustrato que reúna todas las características físicas, químicas, biológicas y económicas para que sea una alternativa de cultivo a las aproximadamente 1.000 hectáreas de clavel sembradas en la Sabana de Bogotá y que sirva de partida para el desarrollo de sustratos para cultivos sin suelo con una tecnología local que sea económico, estandarizado y ambientalmente amigable. En esta búsqueda se propone la metodología sintetizada en el Diagrama 1, la cual constituye una adecuación de lo propuesto por Faus (2010) y modificado por Quintero et al. (2012).

b. Eventos fortuitos como copiosas lluvias, que provocaron problemas de comunicación entre la zona productora de arroz, zona del Tolima y del Meta y la Sabana de Bogotá, y dificultades durante el tostado de la cascarilla demasiado húmeda, se pueden traducir en disminución de la oferta de cascarilla de arroz, que pone en riesgo la producción de clavel. c. Por último, la producción de arroz puede verse amenazada en Colombia por la baja competitividad de este cereal, debido a la entrada en vigencia de tratados de libre comercio, como por ejemplo con los EE. UU. Ante este panorama, los productores de clavel están siempre en la búsqueda de sustratos alternativos sustitutivos de la cascarilla de arroz tostada que sean económicos, ampliamente disponibles y ambientalmente respetuosos, que permitan la automatización del fertirriego y que presenten una baja incidencia de plagas y enfermedades, básicamente por la severidad de fusarium. Tras su utilización como sustrato para el cultivo del clavel, la cascarilla puede suponer un problema adicional ya que se pueden generar 68 t ha-1 año-1 de residuos. Si se tienen en cuenta los residuos de este tipo generados por otros cultivos que se transforman progresivamente a cultivos sin suelo (rosa, gerbera, estatice), la cifra de residuos de sustratos generados en la Sabana de Bogotá podría estar cerca de las 100.000 t año-1. Por otra parte, estos cultivos generan unas 1.700 t de residuos vegetales, que manejados apropiadamente pueden producir un compost de buena calidad (Quintero, 2013b).

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Diagrama 1. Metodología general para la evaluación de residuos o subproductos de materiales alternativos o mezclados con cascarilla de arroz.

Un aspecto al que poco se le ha dado su importancia es la falta de estandarización para la caracterización de estos materiales. Localmente tampoco se ha investigado sobre la vida microbiana en dichos sustratos ni en la posible incidencia de estos microrganismos sobre el control de plagas y enfermedades, su papel en la nutrición de las plantas y finalmente su influencia sobre la calidad y productividad de las plantas. A futuro y con el objetivo de mejorar intensivamente la producción de sustratos, se recomienda que se produzca un sustrato cuyas características físicas, químicas y microbiológicas sean explícitamente cuantificadas

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

y conocidas por los agricultores, de tal manera que ello incida directamente en el manejo del fertirriego.

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Capítulo 1

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

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Capítulo 1

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

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Capítulo 1

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

a

b

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Aplicaciones de nutrición vegetal en cultivos de flor de corte* Raúl I. Cabrera1, Alma R. Solís-Pérez2, Carlos A. Gómez G.3

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d

Resumen



e

f

La demanda de agua y fertilizantes para el cultivo de flores de corte es alta así como intensiva, comparada con otros cultivos de interés agrícola. Por ejemplo, la producción de rosa de corte en invernadero está asociada con usos de agua evapotranspirada y nitrógeno (N) de 2.200 mm año-1 y 1.900 kg ha-1 año-1, respectivamente. Considerando que la eficiencia en el uso de agua y sales fertilizantes es baja para la mayoría de cultivos de flor de corte, el minimizar la pérdida del recurso hídrico y de nutrientes es uno de los retos de la floricultura moderna. La evaluación de los patrones de absorción de agua y nutrientes en estos cultivos a lo largo de un día, un flujo de floración o una temporada de crecimiento (un año) ilustran una aplicación práctica de la fisiología y nutrición vegetal, que ofrecen la posibilidad de incrementar la eficiencia del uso de agua y fertilizante en estos cultivos, al mismo tiempo que se pretende mantener la productividad y la calidad de los mismos, exigencias propias del mercado. Palabras clave: absorción de iones, estrés, fisiología vegetal, relaciones hídricas, salinidad.



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Anexo 1. Características generales del sistema de cultivo en sustrato en clavel implementado en la Sabana de Bogotá. a y b: apariencia de la cascarilla de arroz cruda y tostada, respectivamente; c: acondicionamiento del sustrato (cascarilla de arroz tostada – CAT) en contenedores plásticos o camas de cultivo para la posterior siembra de los esquejes de clavel; d: aplicación de enmiendas cálcicas en las camas con CAT como sustrato para la siembra de clavel; e y f: camas sembradas con esquejes de clavel utilizando sustrato a base de CAT. Al comparar las dos fotografías se aprecia la variación en el nivel de tostado de la cascarilla utilizada. Fotografías: María F. Quintero C.

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* Para citar este capítulo: Cabrera, R.I., A.R. Solís-Pérez y C.A. Gómez G. 2017. Aplicaciones de nutrición vegetal en cultivos de flor de corte. En: Flórez R., V.J. (Ed.). Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel. Bogotá: Editorial Universidad Nacional de Colombia. pp. 33-47. 1 

Department of Plant Biology, Rutgers University Agricultural Research and Extension Center, 121 Northville Road, Bridgeton, New Jersey 08302 (USA). [email protected].

2 

Colegio de Postgraduados, Km. 348 Carretera Federal Córdoba-Veracruz, Amatlán de los Reyes, Veracruz, México 94946.

3  Químico, magíster en Ciencias Agrarias. Estudiante de doctorado en Ciencias Agrarias, Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá. [email protected].

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

Capítulo 2

Introducción

Agua: disponibilidad, requisitos y eficiencia de uso

La alta productividad de los cultivos de flor de corte en invernadero está asociada con altas demandas y manejo intensivo en cuanto al uso del agua, fertilizantes, agroquímicos y mano de obra. Específicamente, Colombia es el segundo exportador de flores de corte en el mundo y Estados Unidos (USA), al que exporta entre 70 % y 80 % de la producción, su principal mercado. En Colombia se cultivan alrededor de 50 especies, entre ellas: rosa, clavel, alstroemeria, pompón, lirios y gerberas, y también se cultivan especies que sirven de follajes como eucalipto, viburnum, leucadendron, entre otras. La mayor área sembrada corresponde al cultivo de rosa, que representa el 29,7 % del total del área dedicada a la floricultura; además, 1.300 colombianos dependen de forma directa de dicha actividad y alrededor del 65 % son mujeres cabeza de hogar. Los departamentos líderes del sector son Cundinamarca y Antioquia (Asocolflores, 2015).

Las limitaciones de agua para riego, evaluadas desde el punto de vista de proyecciones de oferta y demanda, en donde se incluye el impacto de condiciones ambientales en su disponibilidad, podrían requerir la reversión de 20 a 60 millones de hectáreas en el uso de tierras aptas para la agricultura, de acuerdo con proyecciones para finales de siglo y la disminución en la producción de alimentos en regiones como Estados Unidos, partes de América del Sur, gran parte de Europa y el sudeste asiático (Elliott et al., 2014). El agua de riego de buena calidad cada día es más escasa en el planeta; por lo tanto, las prioridades de uso y distribución afectarán a cultivos de ornamentales en favor de la producción de alimentos. En este escenario se hace necesario el uso eficiente del agua y la implementación de algunos sistemas productivos bajo cubierta, como también la inversión en infraestructura de riego, entre otros aspectos. La eficiencia en el uso del agua (EUA) comúnmente se define como la proporción de biomasa aérea del cultivo en relación con la evapotranspiración (ET, en kg) acumulada usada para producir esta biomasa (EUAET) (Stanhill, 1986; Kirkham, 2005). La EUA efectiva (EUAAA) es la biomasa producida por unidad de agua total aplicada, riego más precipitación, expresados en kg (Raviv y Blom, 2001; Cabrera y Solís, 2013).

En el caso de la rosa, se estima que su productividad neta en invernadero, en promedio, es de hasta 45.000 kg ha-1 año-1 de biomasa seca (Cabrera et al., 1993; Cabrera et al., 1995; Cabrera, 2000; Arévalo et al., 2013). Esta productividad a su vez está asociada con usos de nitrógeno (N) de 1.900 kg ha-1 año-1 y de agua evapotranspirada de 2.200 mm año-1, lo cual es indicador de la alta productividad que presenta este cultivo (Cabrera et al., 1993; Cabrera et al., 1995; Cabrera, 1997a; Cabrera y Solís, 2013). Dichos datos distinguen a este cultivo entre los sistemas agrícolas más productivos, que gracias a su funcionamiento fisiológico permite programación de acuerdo con la demanda del mercado y también responde a modificaciones en su nutrición, lo que conlleva a respuestas en productividad y calidad (Sharma et al., 2012; Bohórquez et al., 2013). Al mismo tiempo, considerando sus requerimientos y aplicaciones de agua y nutrientes así como sus bajas eficiencias de uso, es un sistema productivo potencialmente contaminante del ecosistema; principalmente el nitrógeno causa un impacto ambiental importante. La generación de lixiviados aporta N y P, entre otras sales, que se pueden incorporar a aguas superficiales y subterráneas (Cabrera et al., 1993). En Colombia, durante los últimos años, por razones sanitarias en clavel y por conveniencia de mercado en el caso de rosa, la modalidad de cultivo sin suelo ha tomado importancia y, en consecuencia, el área de siembra en sustratos se ha incrementado. Esta alternativa de cultivo, entre otros factores, permite controlar y optimizar el uso del agua y fertilizantes reutilizando la solución de drenaje (Cuervo et al., 2011). Para profundizar sobre esta temática, los autores se propusieron actualizar la información publicada en 2011, con el título ‘Particularidades de fisiología vegetal y nutrición mineral, con énfasis en estreses, en rosas de invernadero’, en el libro Avances sobre fisiología en de la producción de flores de corte en Colombia, de la editorial de la Universidad Nacional de Colombia.

Es conveniente tener en cuenta que, entre los posibles estreses a los cuales la planta pueda estar sometida, al igual que la ocurrencia simultánea de estreses de tipo abiótico, han contribuido a cambios en la modalidad del sistema de producción para mitigar condiciones adversas (Mittler, 2006). Actualmente, la concurrencia de diferentes estreses es abordada desde el punto de vista molecular, con el fin de explicar la aclimatación y tolerancia de las plantas; las condiciones de estrés por sequía, salinidad, calor, frío y luz han sido objeto de intensa investigación (Ahuja et al., 2010). En condiciones cambiantes de clima se buscan materiales con resistencia a diferentes estreses bióticos y abióticos, para lo cual se tienen en cuenta aspectos moleculares y metabólicos en respuesta a una condición o la combinación de estreses. Katsoulas et al. (2006), al estudiar los efectos combinados de sequía y salinidad sobre la fotosíntesis en varios cultivos, destacan que, en rosas, estos estudios han sido limitados; para este cultivo, la frecuencia de riego afecta la productividad y calidad. En este sentido, en la mayoría de los cultivos de invernadero existe una estrecha relación entre el potencial total de agua en la zona radical (ΨTsuelo) y en el tallo (ΨTtallo), lo que permite a la planta realizar ajustes osmóticos con el fin de disminuir ΨTtallo y evitar pérdidas excesivas de agua, manteniendo un contenido de agua óptimo. Raviv y Blom (2001) destacaban que estudios en rosa podrían proporcionar una mejor comprensión de los procesos de adaptación de la planta cuando es expuesta a condición de salinidad y déficit hídrico. Una mejor comprensión de los efectos de la frecuencia de riego en la producción y calidad de los tallos florales de rosa puede contribuir a optimizar la programación del riego. En estu-

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

dios de frecuencia de riego sobre la masa fresca y seca, número de flores y longitud del tallo floral de rosa (Rosa x hybrida ‘First Red’) cultivada en un sistema de cultivo sin suelo a base de lana de roca, con programación de riego de acuerdo con la evapotranspiración del cultivo, se encontró que la frecuencia del riego (0,2 mm) tiene efecto de 33 % más en masa fresca y seca, en comparación con el control (0,4 mm). Al parecer, la alta frecuencia de riego mejora la producción de biomasa sin afectar la calidad de los tallos florales (Katsoulas et al., 2006). Cabrera y Solís (2013) enfatizan que los datos de EUA en cultivos de flores de corte son muy escasos. Algunos indicadores para la EUAET son de 3,1 g kg-1 en rosa ‘Royalty’ cultivada en sustrato a base de turba y arena, y de 2,3 g kg-1 para la cultivada en solución hidropónica recirculante (Cabrera, 1997a; Cabrera, 1997b). La disminución en la EUAET, como consecuencia de una conductividad hidráulica baja –factor limitante de la velocidad de absorción de agua por las raíces– reduce el potencial hídrico de la hoja. A su vez, esto provoca disminución en el área foliar y fomenta su engrosamiento, con reducción en tasas de asimilación y transpiración, lo cual conduce a una menor productividad, en razón a que el contenido de agua en la planta juega un papel importante en la asimilación de CO2 (Raviv y Wallach, 2007). Cabrera y Solís (2013) indican que la EUAAA es una medida más relevante, debido a que el agua lixiviada en sistemas de producción abiertos (sin recirculación de drenajes) es significativa. El uso de una fracción drenada o lixiviada con el fin de reducir la acumulación de sales solubles en la rizósfera es una práctica común en algunas zonas productoras de flores de corte. Por ejemplo, Canadá e Israel, utilizando recirculación de drenajes y lixiviados en el cultivo de rosa, reportan EUAAA entre 1,7 y 2,8 g kg-1 (Raviv y Blom, 2001). En contraste, zonas productoras de rosas del mar mediterráneo, en donde la fracción de los lixiviados no recirculados es del orden de 40-50 %, logran EUAAA alrededor de 0,7 g kg-1 (Raviv y Blom, 2001). En Holanda también se tienen reportes de EUAAA similares, a pesar de tener mejor calidad en el agua de riego. A pesar de las pérdidas de agua por transpiración, este es un proceso indispensable en la producción de biomasa. Así, una alta productividad de tallos florales requiere contenidos de agua en el suelo cercanos a capacidad de campo o capacidad de contenedor para aquellos producidos en sustratos con porosidad de aire entre 10 y 30 % en volumen (Fonteno, 1996; Hanan, 1998; Wallach, 2008; Cabrera y Solís, 2013). Al mantener el porcentaje de humedad cercano a capacidad de contenedor, con este rango de porosidad, las raíces no experimentan estrés por falta de oxígeno. Finalmente, las propiedades físicas y químicas en un sustrato, el agua de riego y el fertirriego tienen un efecto en el potencial hídrico del sustrato, la disponibilidad de agua y de nutrientes que afectan directamente el proceso fotosintético, la absorción y transporte de iones y la regulación de la temperatura de la planta (Fonteno, 1996; Hanan, 1998; Wallach, 2008).

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Capítulo 2

Nutrientes: absorción de iones y optimización de fertirriego Además de los factores fundamentales en la planta, como edad, concentración interna de nutrientes y las diferentes fases de desarrollo del cultivo, deben considerarse aspectos fisiológicos de relevancia en el entendimiento del metabolismo, respuesta a estreses y la dinámica de la fertilización. Dentro de estos aspectos, los mecanismos de entrada de iones minerales y la respuesta de la planta son útiles para establecer diagnósticos y recomendaciones de nutrición edáfica y foliar. De acuerdo con Cabrera (2000 y 2006) y Tamimi et al. (1999), una manera para estimar requerimientos nutricionales es tener en cuenta la productividad, en términos de masa seca, y el contenido de iones minerales. Los nutrientes esenciales para las plantas entre otras funciones regulan el metabolismo, incluso en condiciones de estrés, actuando como cofactores enzimáticos. Por ejemplo, el Mg, componente de la clorofila; el Fe, componente de la ferredoxina y citocromos; el Zn, en la deshidrogenasa láctica y la anhidrasa carbónica; el Cu, en la citocromo oxidasa, ascorbato oxidasa y polifenol oxidasa; el Mn, componente de la fosfotransferasa; y el Mo, en la nitrogenasa, nitrato reductasa y aldehído oxidasa (Loneragan, 1975). Es importante mencionar que la movilización y la utilización de ciertos elementos minerales dependen de las condiciones de cultivo y ambientales, como por ejemplo, el empleo de silicio (Si) para casos de intoxicación con Na (Alam, 1999; Savvas y Ntatsi, 2015). Con el fin de establecer los requerimientos nutricionales se debe tener en cuenta el entorno de la planta que afecta la dinámica de absorción de nutrientes. Entre los factores ambientales involucrados en la absorción y utilización de nutrientes en favor de la productividad y la calidad, se incluyen: temperatura, luz, humedad relativa, contenido de agua en el suelo, disponibilidad y oferta de nutrientes (Cabrera y Solís, 2013; Marschner, 1995). El silicio es un nutriente que recientemente ha tenido interés en la agricultura. Actúa cuando se presenta daño oxidativo, en relaciones hídricas, fotosíntesis, absorción de iones, biosíntesis de hormonas y también en los tejidos que proporcionan resistencia mecánica a la planta. Mejora la respuesta durante el desarrollo de cultivos hortícolas expuestos a estrés abiótico y su aplicación puede ser vía foliar y edáfica (Savvas y Ntatsi, 2015). Mattson y Leatherwood (2010) aplicaron silicio a través de drench a 21 especies de plantas ornamentales anuales en dosis de 100 mg L-1. Aunque las concentraciones foliares de Si se mantuvieron entre 13 y 145 % más en comparación con el tratamiento control, se registró aumento en altura, diámetro, masa fresca, masa seca, diámetro de la flor y espesor de la hoja. Sin embargo, concentraciones excesivamente altas de Si son responsables de la disminución en el rendimiento y en otros rasgos morfológicos que se registraron en algunas especies. De hecho, de acuerdo con Kamenidou et al. (2008), se observaron anomalías en el crecimiento de girasol cultivado en sustrato, cuando se suministraron concentraciones

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

El patrón de absorción y demanda de nutrientes está directamente relacionado con el desarrollo de la planta y la dinámica de distribución de asimilados. La absorción de nutrientes es un proceso fisiológico con requerimiento de energía (Marschner, 1995), la cual proviene de fotoasimilados sintetizados por la planta que se distribuirán a los diferentes órganos en función de su desarrollo. Para describir la absorción de nutrientes en rosa y su relación con otros parámetros fisiológicos, de acuerdo con la figura 1, en el día cero se representa el momento de cosecha del ciclo anterior. Como es esperado, la dinámica de transpiración acompaña la curva de crecimiento de los nuevos tallos florales, que está en función del aumento del área foliar (figura 1b). La remoción de esta biomasa por cosecha de los tallos florales conlleva a la reducción en la tasa de absorción de nutrientes (figura 1d), porque los nuevos fotoasimilados van a ser direccionados al crecimiento de los nuevos brotes. Durante períodos de rápida elongación de los brotes florales, los nuevos tallos y hojas se convierten en los mayores importadores de fotoasimilados (Halevy, 1996). De acuerdo con Cabrera et al. (1995), después de la cosecha, la tasa de asimilación de iones (nitrógeno, fósforo, potasio, calcio y magnesio) permanece alta, aunque en descenso, a pesar de aún no ser evidente el crecimiento de los nuevos brotes. Sin embargo, la absorción de iones continúa disminuyendo hasta el estadio en donde los nuevos

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Tasa de elongación

Tasa de elongación (cm/día)

Longitud de tallo (cm)

a

Transpiración (mL/planta)

b

CE de la solución (dS/m)

En general el sistema de cultivo, donde puede presentarse modificación en variables fisicoquímicas como la Capacidad de Intercambio Catiónio (CIC), Conductividad Eléctrica (CE) y pH, entre otras, y el sistema de riego son factores que se deben tener en cuenta para la absorción de nutrientes. Cabrera et al. (1995), al igual que Cabrera y Solís-Pérez (2009), mencionan que con el empleo de fertirriego e hidroponía en rosa la oferta nutricional es óptima y las plantas pueden mantener control y regulación en la absorción de nutrientes. De acuerdo con la demanda de la planta, la absorción no necesariamente es proporcional a la concentración suministrada al sustrato o a la solución externa, salvo algunas excepciones (Cabrera y Solís, 2013). La regulación en la absorción de iones y agua ha sido estudiada en rosa a lo largo de ciclos de crecimiento y floración (figura 1). En estos estudios, se cultivaron plantas de rosa en hidroponía con recirculación y con las raíces expuestas a la solución nutritiva (Cabrera y Solís-Pérez, 2009; Solís-Pérez y Cabrera, 2012).

brotes florales comienzan su elongación. La distribución de carbohidratos se direcciona hacia la raíz cuando la tasa de elongación comienza a disminuir, momento a partir del cual se visualiza un aumento significativo en las tasas de absorción de nutrientes (Cabrera et al., 1995). Las mayores tasas de absorción de iones se observan próximas al punto de cosecha de los tallos florales (figura 1a y 1d), coincidiendo con una distribución proporcionalmente más alta de fotoasimilados hacia la raíz durante ese ciclo de floración (Halevy, 1996). Cuando la tasa de absorción de iones es baja, estos se acumulan en la solución, lo que incide en el aumento de la CE (figura 1c y 1d). Estas dinámicas de elongación, transpiración, absorción de iones y CE en la solución hidropónica se repiten en ciclos de floración sucesivos (Cabrera et al., 1995).

Absorción de iones totales (mg/planta)

de 100 y 200 mg L-1 KSiO3. En general, la fuente y la concentración de Si tiene impacto significativo en ornamentales. En estacas de rosa, la adición de Si al sustrato, entre 50 y 100 mg L-1, aumenta el porcentaje de enraizamiento y fomenta el desarrollo foliar (Gillman y Zlesak, 2000). Según Savvas et al. (2007), el suministro de Si a través de la solución nutritiva (2 mM y 0,3 mM) en rosas cultivadas en hidroponía y sometidas a condiciones de estrés salino (NaCl 0,8 mM y 40 mM) mejora significativamente el crecimiento vegetativo, disminuye los síntomas del estrés por salinidad y también se aumenta la productividad (número de tallos florales por planta), comparado con el control (NaCl, sin silicio). De igual manera que se reporta en literatura, el aumento de la concentración de Si en el entorno de las raíces limita la translocación de Na y Cl a las hojas jóvenes de rosas.

Capítulo 2

c

d

Tiempo (días) Figura 1. Elongación en tallos florales (a); transpiración (b); CE de la solución nutritiva (c) y absorción total de iones (d) sobre un ciclo de crecimiento y floración en rosas ‘Erin’ (sobre ‘Manetti’) cultivadas en hidroponía. Datos recopilados por Cabrera y Solís-Pérez (2009) y publicado en Cabrera y SolísPérez (2013).

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

En su conjunto, estas observaciones confirman que los procesos de absorción de agua y nutrientes, aunque ligados intrínsecamente, son regulados de manera diferencial por las plantas de rosa (Cabrera et al., 1993, 1995). En la práctica, estas observaciones podrían ayudar a optimizar la eficiencia de uso de agua y elementos fertilizantes, y también contribuir a mejorar la tasa de elongación de los brotes florales. Las tasas máximas de elongación diurna en rosas son observadas entre las 6 pm y 10 pm (Oki y Lieth, 2004), y pequeños cambios en la CE o salinidad de la solución nutritiva en la zona radical durante estos períodos las afectan significativamente. Así, la manutención de concentraciones de nutrientes más bajas, reduciendo el efecto osmótico (indeseable) durante los períodos de máxima elongación, sería una buena práctica para considerar en los cultivos hidropónicos o con fertirriego intensivo (múltiples pulsos por día).

Intervalo en el día

Intervalo en el día

Ciclo de floración 10 enero a 2 marzo

Ciclo de floración 3 marzo a 18 abril

Intervalo en el día

Intervalo en el día

Absorción relativa de agua (% del total para el día)

Absorción relativa de agua (% del total para el día)

Ciclo de floración 3 marzo a 18 abril

Absorción relativa de iones (% del total para el día)

La absorción de iones es más alta en las horas de la tarde (entre 2 pm y 8 pm), sin importar el estadio fenológico del cultivo (figuras 2c y 2d), que en promedio está entre 35 % y 40 % del total diario. En un estudio anterior en rosa ‘Royalty’ (sobre ‘Manetti’) Cabrera et al. (1996) mostraron un patrón diurno similar en la absorción de NO3-N en plantas control y deficientes en N, donde se encuentran tasas máximas de absorción horas después del pico de transpiración. Sin embargo, se encuentran pocos reportes sobre la fisiología que explique este fenómeno. Cabrera et al. (1996) proponen que las fluctuaciones en la tasa de suministro de fotoasimilados de las hojas a las raíces podrían explicar estos patrones diarios de absorción iónica.

Ciclo de floración 10 enero a 2 marzo

Absorción relativa de iones (% del total para el día)

Por otro lado, además de la dinámica de transpiración y absorción iónica sobre ciclos de floración, existen también dinámicas a lo largo de cada día. Solís-Pérez y Cabrera (2012) han monitoreado la absorción neta y relativa de agua (figura 2a, 2b) y de iones (figura 2c, 2d) en rosas cultivadas en hidroponía a lo largo de ciclos de 24 h, dentro de varios ciclos de crecimiento y floración. Con respecto a la absorción de agua, de acuerdo con la expectativa previa, se observó que la mayor parte del volumen transpirado, ~ 80%, ocurre durante las horas luz del día (figura 2a y 2b) y solo ≤20% fue absorbido durante el periodo nocturno (8 pm a 8 am). Fisiológicamente esto se explica por la operación de los estomas sólo durante el periodo luminoso y su cese en horas de la noche (Hannan, 1998; Raviv y Blom, 2001). Es interesante anotar que el consumo nocturno de agua fue relativamente más bajo durante los días más cercanos a la cosecha de los tallos florales (días 44 y 46) que durante los períodos de rápida elongación y desarrollo de los mismos (días 24 y 28). Syvertsen (1982) menciona que la conductancia estomática (y transpiración) en plantas leñosas es más alta en hojas jóvenes, comparada con hojas viejas, sin importar la hora del día.

Capítulo 2

Figura 2. Absorción relativa de agua (a, b) y de iones (c, d) en rosas ‘Erin’ (sobre ‘Manetti’) cultivadas en hidroponía a lo largo de ciclos de 24 h. La absorción de agua e iones se caracterizó para períodos de 24 h dentro de dos ciclos de crecimiento y floración (períodos de 24 h dentro de cada ciclo). Datos obtenidos por Solís-Pérez y Cabrera (2012) y publicado en Cabrera y Solís (2013).

Manejo de salinidad en fertirriego Una de las razones por las cuales en flores de corte se puede presentar salinidad es la absorción selectiva de nutrientes y agua por las raíces, lo cual tiende a contribuir a la concentración de sales solubles en la zona radical (Cabrera et al., 1993; Marschner, 1995). Entendiendo que la CE o la salinidad del agua de riego está constituida principalmente por los

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

cationes calcio, magnesio, potasio y sodio, y por los aniones sulfato, bicarbonato y cloruro, se puede hacer un manejo en la programación e intensidad de las láminas de riego y recirculación de drenajes o lixiviados. De acuerdo con Martínez et al. (2011), los cultivos sin suelo (CSS) pueden clasificarse en cultivos hidropónicos (cultivos en agua más nutrientes o sobre materiales inertes) y cultivos en sustrato. En general, los cultivos de flores están clasificados como sensibles a la salinidad, en la medida que puede presentarse reducciones en su productividad y calidad a CE bajas. Niveles de CE en el rango de 2 a 3 dS m-1 (Hanan, 1998), que pueden conducir a problemas de salinidad incipiente en flores de corte, son fácilmente alcanzados al aplicar soluciones nutritivas con CE de hasta 2 dS m-1 (Cabrera, 2006; Cabrera y Solís-Pérez, 2007; White, 1987). El uso de aguas de mala calidad, prácticas de lixiviado mínimas o recirculación de soluciones drenadas (Raviv et al., 1998) pueden afectar aún más a la acumulación de sales en la rizósfera. Al investigar la respuesta de lisianthus, una especie moderadamente tolerante a la sal, al riego con agua en condición salina (CE entre 2 y 12 dS m-1), Valdez-Aguilar et al. (2014) afirman que el aumento de la CE del agua de riego causó en las plantas disminución significativa del crecimiento en los brotes y hojas, pero no tuvo ningún efecto sobre el contenido de Ca2+ y Mg2+ en brotes y hojas. La concentración de K en las hojas jóvenes y maduras aumentó a medida que la CE aumentó de 2 a 8 dS m-1; posteriormente disminuyó significativamente una vez se superó una conductividad de 8 dS m-1. Los aumentos de CE causaron un aumento significativo de sodio (Na+) en hojas y estas plantas mostraron el mayor crecimiento, incluso cuando los niveles de sodio eran lo suficientemente altos como para ser considerados perjudiciales para el crecimiento. Vélez et al. (2014) analizaron el comportamiento de variables químicas en algunos sustratos, entre ellos cascarilla de arroz quemada y fibra de coco. Encontraron que la CE en el lixiviado es influenciada por la recirculación y por los sustratos, y es significativamente mayor cuando se recircula el 100 % de los lixiviados. Sin embargo, un factor limitante para la recirculación fue el aumento de la concentración de Na+ en los depósitos de agua. Un ejemplo de tolerancia a salinidad en donde se exceden de forma significativa los límites máximos históricamente recomendados en rosa son los reportes de Cabrera et al. (2003, 2007 y 2009). Para rosa, la tolerancia a salinidad en sustrato podría ser mayor en comparación con la producción en suelo. La rosa ‘Bridal Pink’ (sobre ‘Manetti’) en sustrato a base de turba toleró concentraciones de NaCl de hasta 30 mM (690 mg L-1 de Na+ y 1065 mg L-1 de Clˉ) (Cabrera y Perdomo, 2003). A pesar de valores en lixiviados con CE de hasta 7 dS m-1 y Cl de hasta 70 mM (2.485 mg L-1), en este tratamiento no se ven afectados el rendimiento ni la biomasa seca durante dos periodos experimentales de seis meses cada uno. En contraste, se presentan reducciones en rendimiento de 2 a 7 % por unidad de CE (en lixiviados) en

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Capítulo 2

rosas cultivadas en sistemas hidropónicos a base de lana de roca, donde se emplearon CE similares (De Kreij y van der Berg, 1990; Baas y Van der Berg, 1999). Las rosas con portainjerto ‘Manetti’ tienden a acumular niveles relativamente bajos de Na (Cabrera y Perdomo, 2003; Cabrera y Solís-Pérez, 2007; Cabrera et al., 2009). A diferencia de Na+, la acumulación de Clˉ en las hojas es directamente proporcional a su disponibilidad en la solución del suelo. También se debe tener en cuenta que la tolerancia del portainjerto a la salinidad puede modular la acumulación relativa de iones que contribuyen a un estrés por sal (Cabrera et al., 2009). Cabrera y Perdomo (2003) determinaron, en rosa, el Clˉ foliar y el rendimiento relativo de biomasa seca en donde se encuentran relaciones cuadráticas, con aumento aparente de biomasa, e incrementos de Clˉ foliar hasta 0,4 a 0,5 % (4.000 a 5.000 mg kg-1). +

Aunque el portainjerto en rosa afecta la absorción y el transporte de iones Na+ y Clˉ, algunos estudios también señalan la capacidad osmorreguladora de algunos cultivares. Rosa ‘Sonia’ expuesta a CE de hasta 3,8 dS m-1 presentó osmorregulación sin afectar las relaciones hídricas de su follaje (Urban et al., 1994). En rosa ‘Mercedes’, cultivada en sustrato y con recirculación de lixiviados hasta lograr CE de 7 dS m-1 (Raviv y Blom, 2001), no se evidenciaron efectos negativos en su tasa fotosintética, pero, eventualmente, su área foliar se vio afectada negativamente. Además del efecto osmótico de la CE total de la solución nutritiva, el tipo y la concentración relativa de los iones salinizantes tienen influencia marcada en el nivel de tolerancia a la salinidad. Solís-Pérez y Cabrera (2007), en rosa ‘Bull’s Eye’ cultivada en sustrato e injertada en ‘Manetti’ y en ‘Natal Briar’, fertirrigaron con soluciones de CE total de 2,7 dS m-1, constituidas por concentraciones de 12 mM de Na, aplicado en diversas proporciones de NaCl, Na2SO4 y NaNO3. Resultados acumulativos de este estudio, después de cuatro ciclos de floración (~7 meses), muestran que la composición de las mezclas de sales afectó en forma significativa la biomasa seca en plantas injertadas en ‘Natal Briar’, con los valores más altos en las plantas fertirrigadas 100 % con Na2SO4 y los más bajos en las que recibieron 100 % de NaNO3. El tratamiento NaNO3 comparado con NaCl mostró un mayor efecto salinizante y de desbalance nutricional, acorde con un reporte previo de fertilización excesiva con nitrógeno (Cabrera, 2000; Cabrera 2006; Cabrera y Solís-Pérez, 2007). Las observaciones de este estudio sugieren que rosas injertadas sobre ‘Natal Briar’ pueden expresar una sinergia potencialmente negativa en rendimientos y calidad de flores cuando se mantengan altas concentraciones de Na+ en niveles altos de NO3-N, los cuales tienden a ser intrínsecamente altos en el cultivo de rosa en invernadero (Cabrera, 2000; Cabrera 2006). El silicio (Si) se ha reconocido como un potencial mitigante del estrés salino (Savvas y Ntatsi, 2015). Por ejemplo, Soundararajan et al. (2015) observaron un crecimiento mayor

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en plantas de clavel expuestas a salinidad cuando se realizan tratamientos de recuperación con Si en comparación con el control. Una mayor vida en florero se ha reportado en plantas de gerbera a las cuales se les suministró Si (Savvas y Ntatsi, 2015); sin embargo, los mecanismos subyacentes a la mitigación mediada por Si aún no se tienen bien definidos. Se han mencionado los siguientes: (i) cambios anatómicos en tejidos de la planta que proporcionan rigidez y modulan la movilidad de nutrientes; (ii) mejoras en el sistema antioxidante; (iii) inmovilización de metales tóxicos a través de complejación o coprecipitación con Si en los tejidos de la planta y en el suelo; (iv) modulación de la expresión génica y de señalización a través de fitohormonas, que según Soundararajan et al. (2015) parece ser indirecta.

Consideraciones para aplicar en el manejo de fertirriego En cultivos intensivos de flores de corte en invernadero se ha creado una dinámica “viciosa” de fertirriego, con aplicaciones excesivas tanto de agua como de iones fertilizantes, producto de un efecto alterno de dilución-concentración. Esto ha sido el resultado de programas de manejo empírico que han excluido el monitoreo sistemático de la concentración total y específica de iones en la solución del suelo y en los lixiviados/drenajes resultantes, así como el aplicar láminas de riego que no son acordes con la demanda evapotranspirativa (real o estimada). La optimización de agua y fertilizantes a través del manejo de fertirriego en cultivos de flores, producidos tanto en suelos como en sustratos, requiere, por tanto, del uso adecuado y sistemático de instrumentación que proporcione datos que permitan al horticultor o productor hacer ajustes precisos en tiempo, espacio y ejecución. Se recomienda entonces el uso de equipos como medidores portátiles de pH, CE e iones específicos (como nitratos), y sondas de extracción de solución del suelo, así como sensores de humedad del suelo o estaciones meteorológicas que calculen demanda evapotranspirativa en tiempo real. El uso de estos equipos y la información generada, así como la aplicación de múltiples pulsos de fertirriego con CE moderadas a lo largo del día, ayudarán a mantener niveles adecuados de humedad que disminuyan el estrés hídrico, y a reducir efectos osmóticos o de iones específicos indeseables de la solución nutritiva.

Agradecimientos Se agradece el apoyo de la Joseph H. Hill Foundation, International Cut Flower Growers Association, Asocolflores, Texas A&M AgriLife Research, USDA-CSREES Rio Grande Basin Initiative (2001-2011), Colegio de Postgraduados y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (México).

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

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Química de la solución del suelo* Martha C. Henao T.1

Resumen La caracterización química de la solución del suelo es importante ya que tiene la ventaja de proporcionar información simultáneamente sobre la disponibilidad de nutrientes y los riesgos de contaminación causados por procesos de lixiviación. El monitoreo de la solución del suelo en cultivos que reciben fertilización continua ayuda a identificar los efectos adversos del manejo en la composición química de esa fase del suelo, como las altas concentraciones de nitrógeno o de sales. La correcta caracterización de la solución del suelo implica la medida de pH, conductividad eléctrica y concentración total de todos los cationes y aniones mayores; estos son respectivamente los metales (Al3+, Ca2+, Mg2+, K+ y Na+) y ligandos (HCO3-, Cl-, NO3- y SO42-). En suelos con pH mayor de 5,5 no hay Al3+ en la solución del suelo, sino formas hidrolizadas. Para suelos fuertemente alcalinos, con pH por encima de 8,5, predominan el CO32- y el Na+. Además de estos parámetros, se debe estimar la fuerza iónica y expresar la concentración iónica en términos de actividad iónica, con el fin de efectuar la especiación y así comprender mejor la dinámica química de la solución del suelo. La concentración de iones en la solución del suelo es un indicador importante de las limitaciones que se pueden presentar para la nutrición de un cultivo; sin embargo, se requiere más investigación para lograr incorporar esta herramienta en la formulación de las estrategias de fertilización. Palabras clave: cationes, aniones, balance de cargas, lisímetros.

* Para citar este capítulo: Henao T., M.C. 2017. Química de la solución del suelo. En: Flórez R., V.J. (Ed.). Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel. Bogotá: Editorial Universidad Nacional de Colombia. pp. 49-62. 1 

Profesora asociada, Departamento de Agronomía, Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá. [email protected].

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

Introducción Las plantas toman los nutrientes directamente de la solución del suelo. Esta es un constituyente del suelo muy importante porque en la interfase entre la solución del suelo y la superficie de los coloides ocurren las reacciones de intercambio catiónico; además, la solución del suelo impone estrés osmótico a las plantas y microorganismos en función de la concentración de sales y posibilita el transporte de iones y sólidos en suspensión a través del suelo. La fase líquida o solución del suelo ocupa entre una y dos terceras partes del volumen del suelo. Esta constituye el depósito de los productos de disolución de los sólidos del suelo, principalmente aquellos que se disocian en iones (electrolitos) (Sposito, 2008). A pesar de que ocupa el espacio poroso del suelo, la solución del suelo se comporta como cualquier otra fase acuosa y su comportamiento químico es gobernado por las reglas de la química del agua, excepto por la presencia de la fase sólida, que impone reacciones de adsorción, intercambio iónico, disolución y precipitación (Lewis, 2009). Según Smethurst (2000), a pesar de la reconocida importancia de la solución del suelo, esta no es usada más frecuentemente como una herramienta para el diagnóstico y manejo de la fertilidad del suelo, debido a la dificultad para ser extraída y analizada. Además, está claro que la concentración de iones en la solución del suelo se modifica con los cambios en el contenido de agua del suelo (Wolt, 1994) y, siendo este un sistema abierto, está sujeto a esas variaciones permanentemente. Por eso, la percepción de alta variabilidad espacial y temporal dificulta la interpretación de los niveles de iones en solución. Algunos autores sostienen que la composición de la solución del suelo en la rizósfera difiere a la del suelo global, debido al efecto en la toma de nutrientes por las raíces. Las diferencias dependen del tipo de planta y de los minerales del suelo; particularmente es el pH el parámetro más sensible de presentar cambios (Jaillard et al., 2003). El objetivo del presente documento es presentar una revisión de los aspectos más relevantes relacionados con la química de la solución del suelo, extracción y caracterización, para ampliar al lector su visión general sobre la importancia de esta fase del suelo en la productividad de las plantas.

Caracterización química de la solución del suelo La composición de la solución del suelo está afectada por los intercambios de materia y energía con el aire, sólidos y biota del suelo, y por el campo gravitacional terrestre, lo que lo constituye un sistema abierto. Se denomina ‘fase’ debido a que tiene propiedades macros-

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Capítulo 3

cópicas uniformes (temperatura y composición) y puede ser aislada del suelo y analizada en el laboratorio (Sposito, 2008). La composición de la solución del suelo presenta una alta variabilidad espacial y temporal, a pequeña y gran escala, que hace parte de la naturaleza del suelo. Los ocho elementos químicos típicamente más abundantes que forman iones con concentraciones importantes en soluciones del suelo no contaminadas son carbono, nitrógeno, azufre, cloro, sodio, magnesio, potasio y calcio; sus formas iónicas comunes respectivamente son HCO3-, NO3-, SO42-, Cl-, Na+, Mg2+, K+ y Ca2+. La mayoría son macroelementos, aunque el silicio también está presente como ácido silícico (H4SiO40), que es una especie neutra. En la tabla 1 se presentan ejemplos de la composición de diferentes soluciones acuosas, de las que la más concentrada es el agua de mar. En el caso de la solución del suelo, se ilustra con dos suelos contrastantes por clima y material parental, como factores importantes de formación: un vertisol de la Costa Atlántica colombiana, en bosque seco tropical, y un andisol de Chinchiná, en la zona cafetera central. La solución de suelo más concentrada se halla en clima seco, pues la evaporación excede la precipitación y hay tendencia a que se acumulen sales. El otro suelo es derivado de cenizas volcánicas, de baja fertilidad natural, caracterizado por una pobre saturación de bases intercambiables, lo cual se refleja en la poca cantidad de iones en solución. El efecto de la adición continua de sales fertilizantes se ve claramente reflejado en la solución del suelo del andisol, con un notable aumento en la conductividad eléctrica (CE) y disminución del pH por el uso de fertilizantes de reacción ácida como son la urea y los fosfatos (Henao, 2002). La solución del suelo con pH menor de 5 presenta un contenido importante de aluminio, catión típico en suelos fuertemente ácidos. El aluminio es un elemento abundante en la fase sólida del suelo y los minerales que lo contienen lo liberan por meteorización a la solución del suelo, lo que produce una hidrólisis ácida del elemento que aumenta la actividad de protones y disminuye el pH. Además la actividad del Al3+ en solución puede llegar a ser fitotóxica, al inhibir el crecimiento de las raíces de las plantas (Schulze et al., 2005). Aunque los autores no reportan el valor de la CE del agua de mar para ese caso en particular, esta se puede estimar aproximadamente en 50 dS m-1 con base en las concentraciones de aniones y cationes. Gros et al. (2008) reportan un valor de 47,7 dS m-1 para el agua de mar estándar, que concuerda bien con la estimación propuesta. Lo anterior indica que la CE del agua de mar puede ser entre 100 y 500 veces más alta que la de la solución del suelo. La CE es una medida de la capacidad de una solución para conducir la corriente eléctrica en función de la presencia de iones en solución o electrolitos. Para determinar la CE, se sumergen dentro de la solución del suelo dos electrodos de área estándar (usualmente 1 cm2) con distancia de separación constante y se aplica un voltaje de corriente alterna, con el fin

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

Capítulo 3

de imponer un potencial eléctrico entre los dos electrodos. A un potencial constante, la corriente es directamente proporcional a la conductancia de la solución, cuya unidad estándar de medida es el Siemens (S). Además de la concentración de sales, la conductancia medida es el resultado de la geometría del electrodo, la cual se considera a través de la constante de la celda. Dicha constante es el cociente entre la distancia entre los electrodos y su área transversal efectiva. La CE de la solución del suelo es expresada en unidades de conductancia por unidad de distancia, y por conveniencia se usa dS m-1 (Abrol et al., 1988).

nes) se ilustra en la figura 1, con los datos obtenidos por Escobar (2013), para la solución del suelo extraída de 180 muestras de suelo bajo cobertura forestal, de zona cálida y seca en Zambrano (Bolívar). Estas gráficas muestran bien que la CE aumenta a medida que se incrementa la concentración de iones, ya que, como indican Snoeyink y Jenkins (1980), la corriente eléctrica se transporta por el movimiento de los iones. En este caso particular, el factor a emplear es de 15, según las ecuaciones de regresión lineal obtenidas. y= 0,065x R2=0,97

Parámetro

pH

5,5

CE (dS m-1) Normalidad

5,64

5,30

4,39

1,00

0,03

0,27

0,6

0,001

0,0004

0,008

0,015

0,0002

0,002

Ca2+

19,96

0,04

0,20

4,59

1,87

0,09

0,25

Mg

111,04

0,10

0,09

2,80

1,29

0,01

0,77

456,52

0,41

0,11

0,36

11,83

0,12

0,12

9,74

0,00

0,02

0,04

0,13

0,01

0,51

NH4+

0,00

0,01

Al3+

0,00

0,59

2+

Na+ K

+

mmolc L-1

Suma de cationes HCO3SO42Cl-

mmolc L

NO3BrSuma de aniones

-1

597,27

0,55

0,42

7,78

15,12

0,23

2,25

2,33

0,07

0,30

5,56

0,19

0,09

0,00

56,25

0,16

0,03

1,75

5,62

0,05

0,05

535,97

0,48

0,06

0,27

7,92

0,01

0,87

0,00

0,00

0,01

0,21

1,49

0,07

1,33

0,70

0,40

7,79

15,22

0,22

2,25

0,81 595,36

Agua superficial (de represa), en cuencas sobre rocas graníticas. Agua de pozo, captada entre 10 y 20 m de profundidad. 5 Solución del suelo extraída con microlisímetros de succión, en suelos de clima tropical seco. 6 Agua de percolación del suelo extraída con lisímetros de succión 0 a 30 cm de profundidad, en suelos de clima tropical húmedo. 1, 2, 3, 4 Snoeyink y Jenkins (1980); 5Escobar (2013); 6Henao (2002).

Suma de cationes (mmolc L-1)

y= 0,068x R2=0,98

CE (dS m-1)

Solución Solución del suelo en andisol6 Agua de Agua de Agua Agua del 1 2 3 4 mar lluvia superficial subterránea suelo en Suelo sin Suelo vertisol5 fertilizar fertilizado

CE (dS m-1)

Tabla 1. Composición de soluciones acuosas de diferentes ambientes.

3 4

La concentración de cationes o aniones totales en la solución del suelo en términos de mmolc L-1 puede ser estimada multiplicando la CE (dS m-1) por un factor que varía entre 12 y 15. La estrecha relación entre la CE y la concentración de electrolitos (cationes y anio-

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Suma de aniones (mmolc L-1) Figura 1. Relación entre la conductividad eléctrica en la solución del suelo y la suma de cationes y de aniones en 180 muestras provenientes de suelos esmectíticos de Zambrano (Bolívar).

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

La concentración de sólidos disueltos totales (mg L-1), una medida de la presencia de sales en el suelo, puede igualmente ser estimada con la CE, en dS cm-1, multiplicándola por un factor de 640 (Rhoades, 1996). La CE de la solución del suelo para la mayoría de los suelos es inferior a 0,5 dS m-1 principalmente en el caso de suelos ácidos. Valores por encima de 2 dS m-1 indican una condición de alerta por salinidad.

Capítulo 3

Balance de carga Todas las soluciones en la naturaleza son eléctricamente neutras. Para satisfacer la ley de electroneutralidad, el número total de moles de carga por litro de los iones de carga positiva (cantidad total de carga positiva aportada por los cationes presentes) debe ser igual al número total de moles de carga por litro de los iones de carga negativa (cantidad total de carga negativa aportada por los aniones presentes) (Snoeyink y Jenkins, 1980). El balance de cargas se ilustra en la figura 2, nuevamente con los análisis de la solución de suelo efectuados por Escobar (2013). La relación entre la suma de cationes y de aniones muestra alta dependencia, representada por una ecuación lineal con pendiente cercana a 1, que evidencia la correspondencia de valores y por consiguiente el balance de cargas. Esto refleja la exactitud del análisis efectuado, debido a que se valoraron todos los iones presentes en cantidades importantes, por lo que se halló la condición de neutralidad de cargas en la solución.

Expresión de concentraciones en la solución del suelo

En la tabla 1 mostrada anteriormente, también se puede observar que todas las soluciones cumplen con el balance de cargas, pues se constata que la suma de cationes es igual a la suma de aniones.

Entre los aniones y cationes de las soluciones acuosas se presentan reacciones químicas que se rigen por la termodinámica y que se caracterizan por constantes de equilibrio basadas en la ley de acción de masas, en donde la cantidad de especies reactantes se expresan en términos de moles. Por eso, aunque es común expresar la concentración de las especies disueltas en términos de unidades de masa de soluto en un volumen unitario de solución (mg L-1), en la química del agua es más común emplear las moles o los equivalentes de soluto por volumen de solución en litros (mol L-1 o eq L-1) y, debido al rango de valores hallados habitualmente en la solución del suelo, es aún más frecuente emplear mmol L-1 o meq L-1. La expresión de las concentraciones de solutos en términos de equivalentes por litro representa la concentración normal o normalidad, donde una solución 0,5 normal es aquella que contiene medio peso equivalente de solutos por litro de solución. En la química del agua, el peso equivalente se define en tres sentidos: i) la carga de un ion, ii) el número de protones o hidroxilos transferidos en una reacción ácido-base y iii) el número de electrones transferidos en una reacción de óxido-reducción. Los equivalentes/litro de las unidades de carga, que son denominadas también ‘moles de carga/litro’, son útiles para verificar la exactitud de los análisis de las soluciones acuosas.

Suma de aniones (mmolc L-1)

Otro parámetro importante es el pH de la solución del suelo, ya que determina la presencia y movilidad de iones y puede variar ente 4 y 9 en la mayoría de los suelos. El pH está relacionado con la alcalinidad, que es una medida de la capacidad del agua para neutralizar un ácido fuerte; en la solución del suelo, esta se debe a la presencia de iones como bicarbonato, carbonato e hidroxilo. Los carbonatos presentes en las soluciones acuosas tienen una fuerte influencia en el pH del suelo y son predominantes a valores por encima de 8,4.

y= 0,96x R2=0,99

Suma de cationes (mmolc L-1)

Figura 2. Relación entre la suma de cationes y de aniones totales en la solución del suelo de 180 muestras provenientes de suelos arcillosos de Zambrano (Bolívar).

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

Capítulo 3

Actividades iónicas

donde:

Según Snoeyink y Jenkins (1980), en los sistemas acuosos un ion tiene una concentración analítica o real, que equivale a la concentración total, y una concentración aparente o activa, inferior a la real, que es la que efectivamente interviene en las reacciones químicas que ocurren en la solución. Esa concentración activa se conoce como la actividad iónica y la relación entre la actividad y la concentración analítica se conoce como coeficiente de actividad (γ).

γi: Coeficiente de actividad del ion i A, B: Constantes dependientes de la temperatura (a 25ºC, A = 0,509 y B = 0,328x10-8) Zi: Carga del ion i a: Radio hidratado de cada ion (en Å) µ: Fuerza iónica de la solución

En soluciones acuosas muy diluidas, como la solución del suelo de suelos ácidos (ejemplo, andisol de la tabla 1), los iones se comportan en forma independiente uno del otro y los coeficientes de actividad pueden ser cercanos a 1. En soluciones acuosas concentradas, como ocurre en suelos salinos o de regiones secas con alta tasas de evaporación (ejemplo, vertisol de la tabla 1), las interacciones electrostáticas entre los iones son altas y los coeficientes de actividad disminuyen, lo que se refleja en que la actividad de los iones se hace menor a su concentración analítica.

µ (M)

y= 0,384x R2=0,97

Para calcular los coeficientes de actividad de los iones en la solución acuosa debe utilizarse la fuerza iónica (μ), que describe la intensidad del campo eléctrico en la solución del suelo: CE (dS m-1) Figura 3. Variación de la fuerza iónica (µ) en función de la CE en la solución del suelo de 180 muestras provenientes de suelos arcillosos de Zambrano (Bolívar).

donde ci es la concentración de la especie iónica i (mol L-1) y zi es la carga de la especie i. La fuerza iónica presenta una relación directa con la CE. Esta relación también es mostrada con los datos de Escobar (2013) en la figura 3. A partir de ellos se deriva que para la solución del suelo, la fuerza iónica se puede estimar con los valores de CE expresados en dS m-1, multiplicando por 0,0384. La ecuación para calcular los coeficientes de actividad en las soluciones acuosas fue propuesta por Debye-Hückel para soluciones con fuerza iónica menores de 5x10-3 M (Sparks, 2003), considerando las interacciones electrostáticas entre iones así como el movimiento térmico de estos:

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Especiación La mayoría de solutos en la solución del suelo son iones que ocurren como iones hidratados libres. Sin embargo, los iones metálicos (cationes) y los ligandos (aniones) interactúan directamente en solución para formar especies iónicas, cuya determinación se denomina ‘especiación’ (Sparks, 2003). La formación de especies afecta la solubilidad y la movilidad de los átomos, iones o moléculas. Algunas especies representan formas disponibles para las plantas, o se encuentran concentraciones tóxicas, o son biológicamente disponibles, o se pueden acumular en tejidos biológicos, mientras que otras no. Por eso es importante establecer las especies presentes en el suelo al considerar la disponibilidad de nutrientes para las plantas y la contaminación ambiental por cationes metálicos, entre otros (Conklin, 2005).

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Las formas de un elemento o molécula presentes bajo ciertas condiciones ambientales en la solución del suelo dependen de los diferentes estados de oxidación de los cationes metálicos y oxianiones, de la asociación entre cationes y aniones, de los estados de ionización de compuestos orgánicos y de la asociación entre moléculas orgánicas e inorgánicas (Conklin, 2005). Las diferentes especies se forman por reacciones ácido-base, hidrólisis, precipitación, disolución, oxido-reducción y formación de complejos. Algunas especies en la solución del suelo se presentan en forma simple, con un solo estado de oxidación e hidratadas, mientras que otras son más complejas ya que presentan varios estados de oxidación y pueden tener oxígenos o grupos hidroxilos asociados (tabla 2). Para efectuar la especiación de la solución del suelo se usan modelos que emplean los datos de la concentración total de cada metal y ligando presente en la solución. Se deben incluir todos los componentes catiónicos y aniónicos mayores ya que estos contribuyen de manera significativa con la fuerza iónica y la especiación. Para estimar la concentración de las especies iónicas libres y las asociadas con los otros iones presentes formando complejos metal-ligando, se considera la ecuación del balance de masas de todas las reacciones que potencialmente pueden ocurrir con sus constantes de equilibrio (Sparks, 2003).

Equilibrio químico Los iones presentes en las soluciones acuosas se combinan para formar pares y especies iónicas, mediante reacciones reversibles regidas por las leyes del equilibrio químico. Sparks (2003) lo ilustra con la especiación del calcio de un suelo alcalino de pH 7,9 y concentración total de Ca2+ de 3,7 mmol L-1. El Ca se puede acomplejar con los ligandos inorgánicos CO32-, SO42- y Cl- presentes en la solución del suelo, de tal modo que: Catotal = Ca2+libre + CaCO3 + CaHCO3+ + CaSO4 + CaCl+ En el caso de la formación del par iónico CaSO4, los reactantes Ca2+ y SO42- se combinan para formar el producto CaSO4. Durante la reacción, las concentraciones de Ca2+ y SO42- disminuyen, mientras que las de CaSO4 aumentan hasta alcanzar valores constantes después de cierto tiempo, llamados concentraciones de equilibrio. La relación de las concentraciones de equilibrio de productos a reactantes se denomina constante de equilibrio (Keq):

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Capítulo 3

donde los paréntesis denotan las actividades iónicas en mol L-1. Conociendo la constante de equilibrio y las actividades iónicas, se puede obtener la concentración de los iones libres a través de un cálculo iterativo, y estimar la concentración de los complejos metal-ligando. Existen softwares que emplean bases de datos con las constantes de equilibrio y otros parámetros de equilibrio termodinámico, tales como el GEOCHEM o el MINTEQ, ampliamente utilizados para efectuar la especiación de la solución del suelo. Tabla 2. Formas iónicas comunes en la solución del suelo. Elemento/compuesto

Catión

Anión

Fósforo

-

H2PO4-, HPO42-, PO43-

Azufre

-

S2-, SO42-

Cloro

-

Cl-

Carbono

-

HCO3-, CO32-

Boro

-

H2BO3-, H3BO3

Molibdeno

-

MoO42-, HMO4-

Nitrógeno

NH4+

NO3-, NO2-

Potasio

K

-

Sodio

Na

Calcio

Ca

Magnesio

Mg2+

Hierro

Fe , Fe(OH)2 , Fe(OH) , Fe

-

Manganeso

Mn , Mn , Mn

-

Cobre

Cu2+, Cu(OH)+

-

Zinc

Zn , Zn(OH)

-

Níquel

Ni , Ni

-

Cobalto

Co2+

-

+ +

-

2+

-

2+

2+

3+

2+

2+

2+

+

4+

+

3+

3+

La tabla 3 muestra la especiación de una solución del suelo de pH 7,85 y CE 0,39 dS m-1, extraída de un Vertisol con microlisímetros de copa porosa, efectuada por Escobar (2013). Los resultados muestran que casi todo el sodio, potasio, cloruro, nitrato y nitrito se encuentran en forma libre, mientras que el calcio, magnesio, sulfato, fosfato y bicarbonato tienen una mayor tendencia a formar especies iónicas, siendo los sulfatos y fosfatos de calcio y de magnesio las especies iónicas que más se forman en este caso en particular. Esto indica que no todo el calcio, magnesio, azufre y fosforo presentes en la solución del suelo estarían disponibles para la toma por la planta.

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

Tabla 3. Distribución de especies iónicas (porcentaje entre paréntesis) de una solución de un suelo Vertisol del departamento de Bolívar en condiciones de clima seco (Escobar, 2013). Constituyente

CT

Porcentaje de especies presentes1

mmolc L-1

1

Na

3,01

Na+ (99,19), NaSO4- (0,58), NaHPO4- (0,07), NaH2PO4 (0,02), NaCl (0,12), NaNO3 (0,03)

K

0,10

K+ (99,0), KSO4- (0,74), KHPO4- (0,04), KH2PO4 (0,02), KCl (0,12), KNO3 (0,08)

Ca

0,86

Ca2+ (84,43), CaSO4 (13,3), CaHPO4 (1,41), CaH2PO4+ (0,13), CaCl+ (0,42), CaNO3+ (0,26)

Mg

0,72

Mg2+ (86,49), MgSO4 (10,82), MgHPO4 (2,0), MgCl+ (0,68)

SO4

1,10

SO4-2 (89,67), NaSO4- (1,57), KSO4- (0,05), CaSO4 (5,12), MgSO4 (3,58)

PO4

0,19

HPO4-2 (39,79), H2PO4- (47,72), NaHPO4- (1,49), KHPO4- (0,03), CaHPO4 (4,53), MgHPO40 (5,51), NaH2PO40 (0,37), KH2PO40 (0,01), CaH2PO4+ (4,53), MgH2PO4+ (5,51)

HCO3

1,38

HCO3- (81,8), NaHCO30 (0,16), CaHCO3+ (0,4), MgHCO3+ (0,28)

Cl

1,33

Cl- (99,57), NaCl0 (0,2), CaCl+ (0,1), MgCl+ (0,13)

NO3

0,26

NO3- (99,76), NaNO30 (0,11), CaNO3+ (0,12)

NO2

0,29

NO2- (99,99)

Especiación efectuada con el programa Visual MINTEQ (Gustafsson, 2016).

Técnicas de extracción de la solución del suelo La solución del suelo es difícil de muestrear debido a que está retenida en el suelo a altas tensiones, usualmente mayores de 0,08 MPa, por lo que se deben usar fuerzas de succión para extraerla (Smethurst, 2000). Un método apropiado no debe cambiar la composición de la solución del suelo al extraerla (Soon y Warren, 1993). Los métodos empleados directamente en campo son no destructivos y permiten monitorear la solución del suelo a través del tiempo. Los aparatos empleados para remover la solución del suelo directamente in situ se denominan lisímetros de tensión, ya que aplican vacío para lograr la extracción; son fabricados con material inerte, usualmente con copas porosas de cerámica o de polímeros sintéticos. Los que permiten colectar las aguas que drenan o percolan por gravedad a través del perfil se conocen como lisímetros de tensión cero. Estos instrumentos se pueden instalar permanentemente para evaluar cambios en la calidad de la solución del suelo.

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Capítulo 3

Las muestras de suelo también pueden ser llevadas al laboratorio para efectuar extracciones por métodos destructivos sobre muestras disturbadas, con la limitación de que se obtienen volúmenes muy pequeños, generalmente menores de 10 mL por cada 250 g de muestra (Smethurst, 2000). Uno de los métodos más comunes para lograr un acercamiento a la solución del suelo es el del extracto de la pasta saturada, en el cual se aplica agua al suelo en contenidos mayores a los que se encuentran normalmente en campo y se deja equilibrar por algún tiempo. La cantidad de agua requerida para obtener la pasta saturada depende de la textura del suelo. Sin embargo, se debe tener en cuenta que la concentración de solutos se afecta por la relación suelo:agua, y al adicionar agua para facilitar la extracción se produce la dilución de iones.

Conclusiones La solución del suelo se comporta como cualquier solución acuosa y su correcta caracterización química debe cumplir con el balance de cargas, y la CE y la suma de cationes o de aniones deben estar relacionadas por un factor cercano a 15. Esto también aplica para las aguas de riego, las soluciones de fertirriego y los lixiviados obtenidos de la producción de flores de corte cultivadas sobre sustratos. El uso de la solución del suelo como herramienta de diagnóstico de disponibilidad de nutrientes o de limitaciones por desbalance entre iones o especies iónicas en solución resulta promisorio, aunque su aplicación no se ha extendido debido a la dificultad de extraer y analizar este constituyente del suelo. Sin embargo, la aparición de nuevas tecnologías para el análisis de microvolúmenes de agua facilitará hacer más investigación que permita relacionar la composición y dinámica de la solución del suelo con la nutrición vegetal.

Bibliografía Abrol, I.P., J.S.P. Yadav y F.I. Massoud. 1988. Salt-Affected soils and their management. Soils Bulletin 39. Rome: FAO. 93p. Disponible en Internet: http://www.fao.org/docrep/x5871e/ x5871e00.htm Lewis, B.G. 2009. Environmental and Ecological Chemistry. Vol 2. Soil Chemistry. Unesco - EOLSS. 452p. Conklin, A.R. 2005. Introduction to soil chemistry. Analysis and instrumentation. En: Winefordner, J.D. (Ed.). Chemical Analysis: A Series of Monographs on Analytical Chemistry and its Applications, Volumen 167. Hoboken: John Wiley & Sons, Inc. 256p. Escobar, L.J. 2013. Relación de parámetros de fertilidad del suelo con el índice de sitio determinado para plantaciones forestales de melina (Gmelina arborea) y ceiba (Pachira quinata) en

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

Zambrano-Bolívar (Colombia). Tesis de Maestría. Facultad de Agronomía. Universidad Nacional de Colombia. Bogotá. 83p. Gros, N., M.F. Camões, C. Oliveira y M.C.R. Silva. 2008. Ionic composition of seawaters and derived saline solutions determined by ion chromatography and its relation to other water quality parameters. Journal of Chromatography, 1210:92-98. Gustafsson, J.P. 2016. Visual MINTEQ version 3.1. KTH, Suecia. https://vminteq.lwr.kth.se/ download/. Henao, M.C. 2002. Dynamique d’éléments fertilisant dans des sols dérivés de cendres volcaniques de la zone caféière centrale de Colombie, sous culture de bananier plantain. Tesis de doctorado. Facultad de Ingeniería Biológica, Agronómica y Ambiental. Université Catholique de Louvain. Bélgica. 239p. Jaillard, B., C. Plassard y P. Hinsinger. 2003. Measurements of H+ fluxes and concentrations in the rhizosphere. En: Rengel, Z. (Ed.). Handbook of Soil Acidity. New York: Marcel Dekker. 496p. Roadhes, J. D. 1996. Salinity: electrical conductivity and total dissolver solids. En: D.L. Sparks, A.L. Page y P.A. Helmke (Eds.). Methods of Soil Analysis Part 3. Chemical Methods. Madison: Soil Science Society of America. pp. 417-435. Schulze, E. D., E. Beck y K. Muller-Hohenstain. 2005. Plant Ecology. 1.a Ed. Berlin: Springer-Verlog. 702p. Smethurst, P.J. 2000. Soil solution and other soil analyses as indicators of nutrient supply: a review. Forest Ecology and Management, 138:397-411. Snoeyink, V.L. y D. Jenkins. 1980. Water Chemistry. New York: John Wiley & Sons. 463p. Soon, Y.K. y C.J. Warren. 1993. Soil solution. En: Carter, M.R. (Ed.). Soil Sampling and Methods of Analysis. Canadian Society of Soil Science. Boca Raton: Lewis Publishers. pp. 147-160. Sparks, D. 2003. Environmental Soil Chemistry. 2.a Ed. San Diego: Academic Press. 352p. Sposito, G. 2008. The Chemistry of Soils. 2.a Ed. New York: Oxford University Press. 329p. Wolt, J.D. 1994. Soil Solution Chemistry: Applications to Environmental Science and Agriculture. 1.a Ed. New York: John Wiley & Sons. 345p.

∙ Capítulo 4 ∙

Tolerancia y manejo de salinidad, pH y alcalinidad en cultivos de flores* Raúl I. Cabrera1, Alma R. Solís-Pérez2 y William J. Cuervo-Bejarano3

Resumen Dentro de los criterios de calidad del agua y del suelo requeridos para la producción exitosa de flores de corte, los parámetros de salinidad, pH y alcalinidad ocupan un papel preponderante. En conjunto determinan qué cultivos se pueden producir, prácticas de manejo, riego y fertilización que deba utilizarse. Un análisis y evaluación completa del suelo/sustrato y del agua de riego debe preceder cualquier decisión de producción y manejo de estos cultivos. En términos generales, los límites máximos de salinidad, expresada en conductividad eléctrica, y alcalinidad en el agua de riego no debieran exceder 1 dS m-1 (o 3 dS m-1 en extracto de suelo) y 3 meq L-1, respectivamente. Otros parámetros químicos que considerar son los niveles de sodio y cloruro en el agua, los cuales se recomienda no excedan 3 meq L-1, adicional al boro, elemento que se recomienda no encontrar por encima de 1 mg L-1, para evitar problemas de toxicidad específica. El uso de cultivares y portainjertos (en el caso de rosas) tolerantes a condiciones adversas de salinidad, alcalinidad o acidez, así como mezclas de aguas de riego de mala calidad con

* Para citar este capítulo: Cabrera, R.I., A.R. Solís-Pérez y W.J. Cuervo-Bejarano. 2017. Tolerancia y manejo de salinidad, pH y alcalinidad en el cultivo de flores. En: Flórez R., V.J. (Ed.). Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel. Bogotá: Editorial Universidad Nacional de Colombia. pp. 63-73. 1  Department of Plant Biology, Rutgers University Agricultural Research and Extension Center, 121 Northville Road, Bridgeton, New Jersey 08302 (USA). [email protected]. 2  Colegio de Postgraduados, km 348 Carretera Federal Córdoba - Veracruz, Amatlán de los Reyes, Veracruz, México 94946. 3  Programa de Ingeniería Agroecológica, Corporación Universitaria Minuto de Dios, Centro Regional Zipaquirá, Zipaquirá, Colombia. Estudiante de doctorado en Ciencias Agrarias, Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá. [email protected].

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otras de buena calidad son algunas de las opciones para un manejo adecuado de estas condiciones. Palabras clave: calidad de agua, desórdenes nutricionales, fertirriego, invernaderos, toxicidades. 

Introducción Dentro de las actividades agrícolas, la producción de flores de corte en invernaderos es uno de los sistemas de producción más intensivos que se conocen, con demandas y aportes de grandes cantidades de agua y fertilizantes (Cabrera, 2003). Para fortalecer el conocimiento previo de esta actividad, los autores se propusieron a actualizar la información publicada en 2011, con el título ‘Importancia de la calidad química del agua en el fertirriego en cultivos ornamentales’, en el libro Avances sobre fisiología en la producción de flores de corte en Colombia, de la editorial de la Universidad Nacional de Colombia. La literatura relacionada ha clasificado a varias plantas ornamentales como especies sensibles a la salinidad, que presentan reducciones en su rendimiento y calidad a niveles de conductividad eléctrica (CE) relativamente bajos, normalmente en el rango de 2 - 3 dS m-1 (Bernstein et al., 1972; Hughes y Hanan, 1978; Maas, 1990; Sonneveld, 2000). Dichos niveles de CE se alcanzan fácilmente en estos cultivos si se considera que las soluciones nutritivas usadas en fertirriego generalmente están cerca de 2 dS m-1 (Cabrera, 2003; Nelson, 1991; White, 1987) y el proceso de absorción selectiva de nutrientes por la raíz contribuirá a concentrar sales solubles en la zona radicular (Cabrera et al., 1993; Hanan, 1998; Marschner, 1995). Esta condición se empeora cuando se usan aguas de mala calidad, con prácticas de lixiviaciones mínimas o cuando se recirculan soluciones drenadas (Bass et al., 1995; Baas y van den Berg, 1999; Bernstein et al., 2006; Raviv et al., 1998). Con respecto a efectos de iones específicos, se ha reportado que concentraciones relativamente bajas de sodio (Na+) y de cloruro (Clˉ) en el agua de riego, que oscilen entre 2 y 4 mM, ocasionan problemas de toxicidad (Farnham et al., 1985; Hanan, 1998; Hughes y Hanan, 1978), lo que condujo a recomendar que estos elementos sean evitados en la producción de rosa de invernadero (White, 1987) y de otros cultivos florícolas (Farnham et al., 1985; Petersen, 1996). Con respecto al pH del agua y del suelo, los rangos sugeridos para el cultivo de flores y otras especies ornamentales oscilan justo por debajo de la neutralidad, entre 5,5 y 7,0, pero a menudo se olvida contemplar su intrínseca relación con la alcalinidad, la cual realmente es el parámetro químico que se debe monitorear y ajustar para la manutención del pH deseado en la zona radical de los cultivos (Bailey, 1996; Cabrera, 2011).

Salinidad La salinidad se refiere a la concentración de sales totales disueltas en el agua, en la solución del suelo o en extractos de pastas de suelo o sustratos saturados. En la actualidad,

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la manera más práctica de medir la salinidad del agua es indirectamente, a través de determinaciones de CE; asimismo, la CE es utilizada como índice de riesgo por salinidad (Tan, 2011). La habilidad del agua para conducir una corriente eléctrica está directamente relacionada con la concentración de sales presentes en solución (Farnham et al., 1985; Petersen, 1996; Kirkham, 2005). La salinidad afecta directamente el crecimiento y la calidad de las plantas debido a efectos osmóticos (reduciendo la capacidad de la planta para absorber agua), por toxicidad específica y desbalance iónico, en particular, en los cloroplastos de las hojas, con la consecuente disminución de la fotosíntesis (Cabrera 2011; Küçükahmetler, 2002, Duncan et al., 2009; Farnham et al., 1985; Marschner, 1995). Es de resaltar que en sistemas de cultivo en invernadero la concentración de sales en la solución del ambiente radicular es mayor que la de sistemas a campo abierto (Sonneveld y Voogt, 2009). Estos efectos osmóticos están en función de la concentración y el tipo de sales, así como de la sensibilidad de las plantas (tabla 1). En particular, las plantas ornamentales leñosas tienden a ser más afectadas por la salinidad, incluso a niveles considerados bajos o moderados para otras plantas y cultivos agrícolas (Bass et al., 1995; Niu y Cabrera, 2010; Cabrera, 2011; Farnham et al., 1985; Maas, 1990). Los efectos negativos de la salinidad muchas veces están relacionados con la apariencia visual y estética, rasgos definitivos en el valor comercial de especies ornamentales (Cassaniti et al., 2012). La CE o salinidad de aguas subterráneas y superficiales para riego está definida principalmente por los cationes calcio, magnesio, potasio y sodio, y por los aniones sulfato, bicarbonato y cloruro. De acuerdo con el United States Salinity Laboratory (1954), la CE del agua, en dS m-1, es aproximadamente igual a la suma de la concentración de cationes o aniones (en meq L-1) dividida entre 10. En la práctica, esta relación empírica se utiliza para comprobar que el laboratorio realizó un análisis completo y preciso de los cationes y aniones principales en el agua, cuando este valor calculado se aproxima en un 5 a 10 % del valor de CE medido (con un conductímetro) directamente en la muestra de agua analizada. Como recomendación general se sugiere que la CE del agua para riego sea menor que 1,0 dS m−1, aunque en regiones áridas y semiáridas son comunes valores más elevados (Schröder y Lieth, 2002). En análisis de aguas para uso hortícola, otros constituyentes químicos de interés reportados comúnmente son fosfato, amonio, nitrato, boro, hierro, manganeso y flúor. Entre estos, el nitrato (NO3ˉ) podría constituirse en el anión dominante en un agua de riego, sobre todo cuando se reutilizan o reciclan los drenajes. Es interesante puntualizar que, en estas instancias, muy a menudo se ignora el efecto salinizante de dicho anión (Cabrera, 2003; Cabrera et al., 1993), al considerarse únicamente su efecto benéfico como fuente de nitrógeno y no ser un agente causal de toxicidades específicas como el Na+ y el Clˉ. Muestreos de suelos en cultivos comerciales de rosas en California revelaron concentraciones de hasta 700 mg L-1 de NO3-N (Cabrera y Evans, 2001), las cuales por sí solas representarían una CE de aproxi-

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madamente 5 dS m-1 de acuerdo con la relación mencionada y desarrollada por el US Salinity Laboratory (1954). De manera similar, en drenajes de cultivos de rosa en la Sabana de Bogotá establecidos en sustratos orgánicos se reportaron hasta aproximadamente 500 mg L-1 de NO3-N (Rodríguez y Flórez, 2012). Este nivel de estrés osmótico por NO3-N, aunado a la contribución osmótica del resto de los iones en solución, sería mayor que el doble de la CE máxima recomendada en extractos de pasta saturada para el cultivo de la rosa (Bernstein et al., 1972; Hughes y Hanan, 1978; Maas, 1990). Tabla 1. Tolerancia de cultivos de flor a la salinidad, expresada como conductividad eléctrica (dS m-1) en extractos de pasta saturada en suelo o sustrato (CEe), o en el agua de riego (CEw). Basado en información de Bunt (1988), Cabrera et al. (2009), Costello et al. (2003), Farnham et al. (1985), Grieve et al. (2005), Maas (1990), Nelson (1991) y Valdez-Aguilar et al. (2009). Baja

Mediana

Alta

(CEe < 1,5; CEw < 0,7)

(CEe 1,5 - 3,0; CEw 0,7 - 3,0)

(CEe > 3,0; CEw > 3,0)

Camellia japonica

Agapanthus spp.

Bougainvillea spectabilis

Canna (híbridos)

Coreopsis grandiflora

Gazania spp.

Delphinium spp.

Gerbera jamesonii

Hemerocallis spp.

Gardenia spp.

Hibiscus rosa-sinensis

Petunia hybrida

Gladiolus spp.

Rosa spp. (para jardinería)

Lilium (híbridos)

Limonium sinuatum

Pelargonium x hortorum

Tagetes patula, T. erecta

Rhododendron spp.

Chrysanthemum morifolium

Rosa spp. (híbridos de té)

Dianthus caryophyllus

Saintpaulia ionatha Strelitzia reginae Viola tricolor (pansy) Euphorbia pulcherrima

En sistemas de cultivo de hortalizas en invernadero, las cantidades de Cl- son mayores que las requeridas; esto obedece a la interacción de Cl- con la absorción de Ca2+ (Sonneveld y Voogt, 2009). Entre las toxicidades específicas asociadas con salinidad, las más sobresalientes son aquellas causadas por sodio, cloruro y boro (Farnham et al., 1985). Aunque el Cl- es considerado un elemento esencial a causa de su papel en la osmorregulación, puede ser tóxico (Flowers, 1988). Los tejidos vegetales generalmente contienen cantidades de Cl- en el rango de 2 a 20 mg g-1 de masa seca (Mengel y Kirkby, 2001). Al ser absorbido pasivamente con el agua por las raíces de las plantas, el Clˉ es comúnmente transportado a las hojas, donde se acumula (Marschner, 1995). Esta acumulación eventualmente produce efectos negativos en la productividad de las plantas y síntomas estéticamente indeseables en las hojas, como quemaduras

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marginales, necrosis y abscisión. Las especies leñosas, tanto ornamentales como frutales, son particularmente sensibles a toxicidades por cloruro (Cabrera et al., 2009; Maas, 1986; Farnham et al., 1985). Las respuestas de las plantas a concentraciones tóxicas de Cl- varían entre géneros, especies y cultivares. La toxicidad ocurre a concentraciones, con base en masa seca, entre 4 y 7 mg g-1 y entre 15 y 50 mg g-1, en especies sensibles y tolerantes, respectivamente (White y Broadley, 2001). En rosas cv. ‘Bridal Pink’ concentraciones foliares de Cl- mayores que 4 mg g-1 fueron asociadas con reducciones significativas de biomasa (Cabrera y Perdomo, 2003), lo que confirma su clasificación como especie y como cultivar sensible a toxicidad por Cl-. Los síntomas se observan primero en el follaje más viejo. Por lo general, aguas de riego con concentraciones de Clˉ mayores que 100 mg L-1 deben considerarse cuidadosamente, ya que el crecimiento y la calidad de los cultivos ornamentales se verán afectados negativamente. Por ejemplo, en un estudio realizado en seis cultivos de flores de corte, Sonneveld et al. (1999) hallaron que plantas de bouvardia y aster eran específicamente sensibles al cloruro de sodio. La casi imperceptible entrada de sodio a través del plasmalema celular se debe a la similitud entre el radio iónico hidratado de sodio y de potasio, que hace difícil la discriminación entre estos dos iones por parte de las proteínas transportadoras. La entrada del sodio a la célula vegetal es un proceso pasivo y, en contraste, la extrusión y compartimentación en la vacuola son procesos activos indirectos. Mientras que las plantas sensibles a la salinidad dependen principalmente de la exclusión de Na+ en la plasma membrana, las especies tolerantes acumulan grandes cantidades de Na+ en las vacuolas (Blumwald et al., 2000). Al igual que para el Clˉ, las raíces de las plantas pueden absorber sodio y transportarlo hacia las hojas, las cuales también pueden absorberlo y acumularlo directamente (Marschner, 1995). Los síntomas de toxicidad por Na+ son similares en apariencia a los de Clˉ, comenzando por las quemaduras en los bordes de las hojas más viejas. El uso de aguas con niveles de Na+ mayores que 70 mg L-1 puede empezar a afectar el crecimiento y la calidad de muchos cultivos de plantas ornamentales (Farnham et al., 1985). Algunos estudios sugieren el uso de aguas de riego con concentraciones menores que 0,05 mmol L-1 (1,15 mg L-1) (Sonneveld, 2000). A diferencia de la dinámica de acumulación acropétala de cloro en las plantas, varios cultivos, como la rosa (Cabrera, 2002; Cabrera et al., 2009) tienen la capacidad de compartimentar o acumular Na+ en células de la raíz (Marschner, 1995), minimizando su transporte al follaje y a los brotes. Sin embargo, cultivos de ornamentales expuestos de manera prolongada o continua a altas concentraciones de sodio pueden perder esta capacidad, lo cual afecta la productividad y la calidad si no se realizan prácticas de manejo dirigidas a minimizar la concentración del Na+ en la solución del suelo (Cabrera et al., 2009; Cabrera y Perdomo, 2003; Farnham et al., 1985). En estudios recientes se ha observado que la presencia de altas concentraciones de Na+ (12 mM o 276 mg L-1) sumadas a concentraciones igualmente altas de NO3- causan reduc-

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ciones más severas en productividad y calidad de tallos florales en rosa cv. Bulls Eye (sobre R. x ‘Natal Briar’) que cuando estos niveles de Na+ eran acompañados por los aniones Clˉ o SO42- (Solís-Pérez y Cabrera, 2007). Por el momento, se considera como hipótesis que el suministro de concentraciones altas de N-NO3-, al provocar una mayor absorción del anión NO3-, también incrementa la absorción y acumulación del catión Na+, cuando se presenta en concentraciones altas; este eventualmente es el agente causal de las reducciones significativas en el rendimiento, en comparación con las plantas expuestas al tradicional agente salinizante NaCl. En el caso específico de rosas, los resultados de investigaciones indican que este cultivo puede tolerar concentraciones de NaCl entre 15 y 30 mM, con un manejo adecuado del riego y la fertilización, dependiendo del cultivar y portainjerto usados (Cabrera, 2002; Cabrera y Perdomo, 2003; Cabrera et al., 2009). En el caso del boro, aún en su condición de nutriente mineral esencial para las plantas (Marschner, 1995), su presencia en concentraciones relativamente bajas en el agua es altamente tóxica para muchas especies ornamentales (Farnham et al., 1985). Concentraciones tan bajas como 0,7 mg L-1 pueden causar necrosis en el margen de las hojas. La acumulación de boro en las hojas es causada principalmente por absorción radicular, ya que, a diferencia de cloro y sodio, el boro no es fácilmente absorbido por las hojas cuando se aplica a través de sistemas de riego por aspersión.

Alcalinidad y pH El pH es una propiedad química importante, relacionada con el crecimiento y la calidad de las plantas que crecen en suelos, sustratos y soluciones hidropónicas, en particular por su efecto sobre la disponibilidad de los nutrientes minerales (Cabrera, 2011; Farnham et al., 1985; Hanan, 1998; Marschner, 1995). Es por esto que su monitoreo y control son imprescindibles en el manejo de cultivos, y mucho más crítico en aquellos producidos en sustratos e hidroponía (Bailey, 1996; Bunt, 1988; Jones, 1997). Contrario a la importancia que se le adjudica, de por sí, solamente el pH del agua es un parámetro que regularmente no tiene un efecto importante durante la producción de flores. El rango normal de pH para la mayoría de las aguas de riego está entre 5 y 8, y los valores mayores que 7 son considerados generalmente como indeseables para cultivos de ornamentales (Bunt, 1988; Farnham et al., 1985). Sin embargo, la relación entre el pH y el nivel de alcalinidad del agua es la que efectivamente tiene un efecto más significativo sobre el control del pH en la solución del suelo, del sustrato o en hidroponía; para estos dos últimos sistemas se recomiendan valores de pH en la rizósfera entre 5 y 6 (Adams, 2002; Sonneveld, 2002). Por definición, la alcalinidad es la medición de la capacidad de un agua para neutralizar ácidos, que establece la capacidad tampón de esa agua, es decir, la resistencia a cambios en

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su pH (Bailey, 1996; Bunt, 1988). Entre mayor sea la alcalinidad del agua, más estable será su pH, y se requerirán mayores aplicaciones de ácido para causar reducciones en el mismo. Si no se utiliza ácido para neutralizar un agua con alcalinidad alta, se elevará significativamente el pH del sustrato o suelo a través del tiempo, hasta alcanzar niveles indeseables que reducirán el crecimiento o calidad de las plantas (Bailey, 1996; Farnham et al., 1985; Hanan, 1998; Nelson, 1991). La alcalinidad se suele expresar en unidades de concentración de equivalentes de CaCO3 (mg L-1 o meq L-1). Algunos laboratorios reportan indirectamente la alcalinidad como la concentración de HCO3ˉ, lo cual es aceptable para aguas con pH menor que 8,5 y se requiere la adición del anión CO32- a valores de pH superiores. Estos aniones alcalinizantes por sí solos no causan toxicidades específicas; sin embargo, al combinarse con concentraciones igualmente elevadas de Ca2+ y Mg2+ forman complejos de cal y dolomita, que contribuyen a la paulatina alcalinización de suelos y sustratos, además de depositar precipitados y residuos indeseables en el follaje de plantas y cultivos asperjados con esta agua de riego o soluciones de fertirriego (Cabrera, 2011; Farnham et al., 1985). En cuanto a la sodicidad en aguas, esta se relaciona con un desbalance entre carbonato y bicarbonato y los cationes divalentes, principalmente Ca2+ y Mg2+ (Bernstein, 1975). Cuando para el riego se utiliza agua con problemas de sodicidad, el carbonato o el bicarbonato se precipitan con los cationes divalentes presentes en el suelo o sustrato. Los cationes monovalentes restantes en el agua de riego, en su mayoría Na+, sobreviven en la solución del suelo o del sustrato, y en el complejo de adsorción. Los suelos y sustratos afectados por este fenómeno se caracterizan por altas concentraciones de Na+ y bajas concentraciones de Ca2+ y Mg2+ (Sonneveld y Voogt, 2009). Los niveles de alcalinidad considerados apropiados para cultivos de flor de corte oscilan entre 1 y 2,5 meq L-1 (Bailey, 1996; Nelson, 1991). Para aguas con valores de alcalinidad mayores que 5 meq L-1 es casi inevitable la inyección de ácidos minerales para ajustar y mantener un pH deseable y estable durante el ciclo de producción del cultivo. Esta práctica requiere del asesoramiento especializado para la instalación de equipos de riego y sistemas de inyección de ácido. En el caso de aguas de riego con alcalinidad intermedia (3 a 4 meq L-1), su ajuste se podría manejar satisfactoriamente con la selección de los componentes del sustrato y los fertilizantes que se emplearán, con preferencia a aquellos con reacción alcalina (Bailey, 1996; Bunt, 1988; Farnham et al., 1985; Nelson, 1991).

Conclusiones y aplicaciones prácticas Se ha argumentado que aguas de riego con concentraciones moderadamente altas de Na+ y Clˉ limitan su uso potencial en sistemas de riego por aspersión. Sin embargo, esto no necesariamente impide su uso con sistemas de riego superficiales, como por ejemplo por

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goteo o con microaspersión, donde las propiedades físico-químicas del suelo o del sustrato, y el proceso selectivo de absorción, exclusión o compartimentación de iones en las raíces puede limitar su translocación y acumulación indeseable en las hojas (Cabrera et al., 1993, Hanan, 1998; Marschner, 1995). Estas aguas de riego podrían también ser aplicadas por aspersión nocturna, cuando las temperaturas son bajas y los estomas en las hojas están cerrados (Burkhardt et al., 1999), con lo que se minimiza su absorción foliar directa. Estas prácticas de manejo de riego para dichas aguas requerirán conocer los límites de tolerancia o susceptibilidad de los cultivos a problemas de toxicidad específica por estos iones. En el caso de sistemas de riego por goteo o microaspersión, donde los emisores son de diámetro reducido, debe considerarse especialmente el pH, la alcalinidad y las concentraciones de bicarbonatos, carbonatos, calcio y magnesio, pues el balance o equilibrio entre estos pueden causar la acumulación de depósitos insolubles que obturen los emisores de riego (Cabrera, 2011; Farnham et al., 1985). En estos casos, la reducción de alcalinidad (bicarbonatos y carbonatos) con inyección de ácido puede permitir exitosamente el uso de estas aguas en sistemas de riego por goteo o microaspersión (Bailey, 1996). En cuanto a la calidad del agua de riego y su impacto y manejo en programas de fertilización (granular, liberación lenta y fertirriego), las deficiencias son más fáciles de controlar que los excesos. Por ejemplo, las deficiencias de elementos más frecuentes como las de azufre y micronutrientes pueden suplementarse y manejarse relativamente fácil. El azufre a menudo puede ser deficiente en aguas y suelos y, por lo general, la forma más común de suplementar este elemento esencial es con fertilizantes a base de sales de azufre (Bunt, 1988). En cuanto a los micronutrientes, por lo general la corrección del pH y la alcalinidad del suelo o sustrato, y la utilización de fuentes quelatadas de los mismos puede efectivamente sobreponer potenciales deficiencias (Bunt, 1988; Hanan, 1998; Nelson, 1991; Reed, 1996). Por otro lado, con la excepción del bicarbonato (alcalinidad), excesos de sales totales o concentraciones elevadas de iones, como cloruro, sodio y boro, podrían ser difíciles de manejar con prácticas de fertilización. No existen materiales químicos que puedan “neutralizar” excesos de sales (Cabrera, 2011). Por lo general, la solución más práctica y económica es diluir la concentración de sales totales o iones específicos, mezclando el agua problema con agua de buena calidad, como por ejemplo agua de lluvia adecuadamente colectada (Reed, 1996; Hanan, 1998). En ocasiones, la inversión en sistemas de purificación de agua, como ósmosis inversa, puede ser económicamente justificable para producir un volumen suficiente de agua de buena calidad que permita diluir el agua de mala calidad y generar la calidad química mínima de agua que requiere la producción exitosa del cultivo de interés (Reed, 1996). Estas opciones tendrán que ser consideradas cuidadosamente, con base en los requerimientos específicos del cultivo en cuanto a cantidad y calidad de agua, infraestructura de los sistemas de riego y fertilización, y prácticas adecuadas o pertinentes para su manejo.

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Agradecimientos Parte de la información presentada en este capítulo fue generada en proyectos de investigación financiados conjuntamente por Joseph H. Hill Foundation, International Cut Flower Growers Association, Asocolflores, Texas A&M AgriLife Research y Rio Grande Basin Initiative patrocinada por USDA-CSREES-NIFA (2001-2011).

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Capítulo 4

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∙ Capítulo 5 ∙

Manejo de la nutrición nitrogenada en cultivos de flores* Raúl I. Cabrera1

Resumen La producción de flores de corte en invernadero es uno de los sistemas de producción agrícola más intensivos. La fertilización con nitrógeno (N) de estos cultivos alcanza aplicaciones mayores a 5.000 kg ha-1 año. Dichas aplicaciones excesivas se han asociado con pérdidas de N por lixiviación y acumulación en los horizontes superiores del suelo de hasta 3.000 kg ha-1 año, además del indeseable efecto ambiental, y generan salinidad y desbalance nutricional en los cultivos, lo cual reduce la productividad y la calidad de la flor cortada. Resultados de investigación sugieren que el fertirriego con 100 a 150 mg L-1 de N es adecuado para mantener productividad y calidad en cultivos como rosas, además de incrementar la eficiencia de uso de este fertilizante y minimizar pérdidas por lixiviación. Estos estudios también indican que concentraciones de N foliar mayores a 3 % en rosas no resultan en mayor productividad y calidad de las flores de corte, y concentraciones ligeramente menores tampoco causan reducciones significativas en estos parámetros. La aplicación práctica de estos resultados en fertirriego podría resultar en mayores rendimientos de flores, ahorros significativos de fertilizante y reducciones en el potencial impacto ambiental por fertilizantes. Palabras clave: contaminación, fertilizantes, fertirriego, invernaderos, nitrógeno. * Para citar este capítulo: Cabrera, R.I. 2017. Manejo de la nutrición nitrogenada en cultivos de flores. En: Flórez R., V.J. (Ed.). Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel. Bogotá: Editorial Universidad Nacional de Colombia. pp. 75-85. Este capítulo de libro se reformuló con base en la publicación. Cabrera, R.I. El nitrógeno afecta la productividad y calidad en rosas de invernadero así como el medio ambiente. Revista Asocolflores, volumen 66:34-41, enero – junio de 2005. Con autorización de la Revista de la Asociación Colombiana de Exportadores de Flores – Asocolflores 1  Department of Plant Biology, Rutgers University Agricultural Research and Extension Center, 121 Northville Road, Bridgeton, New Jersey 08302 (USA). [email protected].

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

Introducción La productividad (masa seca y número de tallos florales por planta o m2) y calidad de las flores cortadas son factores de primordial importancia para los productores de flores de corte en invernadero. Por lo general, los productores recurren a prácticas de manejo y producción que promueven y maximizan un crecimiento vigoroso y acelerado del cultivo, incluyendo el suplemento continuo y elevado de fertilizantes, en particular nitrógeno (N). Esto se debe a que el N es el nutriente mineral que mayor efecto tiene sobre el crecimiento y la productividad en la mayoría de las plantas cultivadas (Marschner, 1995). De aquí surge la percepción de que aplicaciones altas y frecuentes de N reducirán las posibilidades de caer en rangos de deficiencia y ayudarán a mantener tasas máximas de crecimiento en los cultivos. Esta percepción errónea, aunada al hecho que los fertilizantes constituyen un costo relativamente mínimo en la producción de cultivos florícolas, ha resultado en las tasas más altas de fertilización nitrogenada, comparadas con cualquier otro cultivo agrícola (Cabrera, 2000). En promedio, la fertilización nitrogenada en un cultivo de flores en invernadero fluctúa entre 4.000 y 7.000 kg ha-1 de N por año, comparado con 100 a 200 kg ha-1 aplicados a otros cultivos. A continuación se presenta un análisis sobre los requerimientos y sobre la eficiencia de uso del nitrógeno en un cultivo de flor de corte, usando datos de investigación generados en estudios con rosas de invernadero.

Capítulo 5

sot, 1978). Valores promedio de NO3-N de 70 mg kg-1 de suelo observado en la zona radical son considerados adecuados (25 a 130 mg kg-1) por laboratorios de suelo universitarios y comerciales (White, 1987). Usando estas mismas normas de interpretación, el valor medio de NO3-N de 14 mg/kg-1 encontrado en la zona radical de suelos arenosos se consideraría deficiente. Sin embargo, es interesante notar que cultivadores de flores en estos suelos arenosos no informaron de rendimientos bajos o indeseables en estas condiciones de fertilidad. De hecho, antiguos trabajos de investigación sobre la fertilización en rosas de invernadero citan rendimientos óptimos de flores con niveles de NO3-N entre 25 y 100 mg kg-1, con suficiencia entre 25 y 50 mg kg-1, y que niveles por encima de 100 mg kg-1 causaban reducciones en el rendimiento y la calidad de las flores (Seeley, 1943; Seeley y Post, 1948). Tabla 1. Fertilización nitrogenada en cultivos hortícolas ornamentales. Cultivos

Aplicación de N (kg ha-1 año-1)

Referencias

Rosas (flor de corte)

5.000 - 9.000

Cabrera et al. (1993, 1995a); White (1987)

Planta de flor en maceta (nochebuena, crisantemo)

Hasta 4.500

Nelson (1991); Reed (1996)

Plantas de follaje

1.300 - 2.800

Joiner et al. (1981); Reed (1996)

Viveros – Macetas

1.500 - 4.000

Cabrera (cifras estimadas); Morey (1987)

Viveros – Campo

50 - 170

Fay y Good (1995); Davidson et al. (1994)

Fertilización con N y su acumulación en el suelo El uso extensivo e intenso de fertilizantes nitrogenados en actividades agrícolas es fuente potencial de contaminación para aguas superficiales y subterráneas. Cultivos agronómicos como maíz y trigo, que reciben típicamente aplicaciones anuales de 100 a 200 kg ha-1 de N pueden contribuir a la acumulación de niveles de hasta 350 kg ha-1 de N debajo de la zona radicular. En contraste, la descarga y acumulación de fertilizante nitrogenado en suelos de invernaderos florícolas es de una magnitud mayor. Varios autores estadounidenses (Dreesen y Walker, 1990; McAvoy et al., 1992) han reportado acumulaciones máximas de NO3-N que exceden los 2.000 kg ha-1 en suelos de invernaderos comerciales y de investigación (tabla 1). Muestreos de suelos en invernaderos comerciales de rosa y clavel en la parte centro-sur de Francia también revelaron resultados similares (Morisot, 1978). En la década de 1990 se hizo un muestreo de suelos en invernaderos de rosa en California (USA) para caracterizar la acumulación y distribución de N a distintas profundidades (Cabrera y Evans, 2001). Se tomaron muestras de camas en producción cada 15 cm hasta una profundidad máxima de 2 m. Las concentraciones promedio de N encontradas en invernaderos con suelos arcillosos y franco-arcillosos (tabla 2) fueron equivalentes o más altas que valores anteriormente reportados (Dreesen y Walker, 1990; McAvoy et al., 1992; Mori-

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La observación más alarmante de este estudio fueron las altas concentraciones de NO3-N por debajo de la zona radical, particularmente en suelos arcillosos y franco-arcillosos. De hecho fue común observar que los niveles de NO3-N en la solución de suelo en zona radicular excedieron los usados en las soluciones de fertirriego (200 mg L-1), observación que evidencia aplicaciones de N en exceso de la capacidad de absorción del cultivo. Además de una indeseable liberación de N al medio ambiente, estas altas concentraciones de N en la solución del suelo podrían contribuir significativamente a altos niveles de salinidad en la zona radicular. Usando la relación empírica desarrollada por el United States Salinity Laboratory (1954), donde la conductividad eléctrica (CE, en dS m-1) es aproximadamente igual a la suma de la concentración de cationes (meq L-1) dividida entre 10, se estimó que una solución de suelo con 700 mg L-1 de NO3-N (máxima observada en suelos arcillosos) resulta en una CE de aproximadamente 5 dS m-1. Esta salinidad sobrepasa significativamente el límite máximo de 3 dS m-1 establecido para la rosa (Bernstein, 1964; Cabrera y Perdomo, 2003). El potencial impacto ambiental de NO3-N en la contaminación de aguas superficiales y subterráneas se aprecia en las estimaciones de N total expresados en kg ha-1 (tabla 2). Este muestreo reveló que el 60 % de los invernaderos inspeccionados tenían niveles de N mayores a 500 kg ha-1 en zona radicular, con un máximo de 1.736 kg ha-1 a lo largo de un perfil

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

Capítulo 5

de 180 cm de profundidad. Estos resultados corroboran los resultados de Morisot (1978), quien inspeccionó 32 invernaderos de clavel y rosa en Francia, y encontró que una tercera parte de ellos retenían de 500 a 2.700 kg ha-1 de NO3-N en los primeros 50 cm de suelo. Tabla 2. Concentraciones y acumulaciones de nitrógeno inorgánico encontradas en suelos bajo invernaderos comerciales de rosas en California (Cabrera y Evans, 2001). Concentración de N en suelo seco (mg kg-1)

Textura del suelo

Profundidad (cm)

Arenoso y francoarenoso

0 - 30 30 - 60 60 - 120 120 -180

15 - 29 15 - 17 15 - 37 11 - 16

0 - 30 30 -60 60 - 120 120 - 180

43 - 182 15 - 72 25 - 106 8 - 64

NO3-N

NO3-N en la solución del suelo (mg L-1)

Acumulación total de N (kg ha-1)

0,7 - 5,9 0,9 - 1,0 1,3 - 1,9 0,8 - 1,9

102 - 210 112 - 114 108 - 333 105 - 160

108 - 123 87 - 92 194 - 208 139 - 152

0,7 - 6,7 0,8 - 2,8 0,9 - 5,2 0,6 - 14,1

152 - 670 45 - 262 85 - 283 7 - 255

190 - 460 55 - 269 245 - 525 248 - 481

NH4-N

Camas de suelo profundas

Arcilloso y francoarcilloso

proporción (%) del volumen de riego aplicado que se pierde de la maceta por concepto de drenaje. Los tratamientos de 77, 154 y 231 mg L-1 de N no tuvieron efectos significativos sobre la biomasa seca y el número de flores cosechadas por planta, conque se promedió 325 g/año y 42 flores/año, respectivamente (tabla 3). Por otra parte, en las plantas sometidas a diferentes FL se obtuvieron diferencias significativas entre tratamientos, con contenidos de N más altos en plantas del tratamiento FL50. Esta respuesta está relacionada con los altos volúmenes de solución aplicados, los cuales mantuvieron la CE, o salinidad, más bajas registradas entre todos los tratamientos. Considerando la aparente sensibilidad de la rosa a condiciones de salinidad (Bernstein, 1964; Cabrera y Perdomo, 2003), se concluye que el mantenimiento de una baja CE en las rosas tratadas con FL50 favoreció sus rendimientos. Tabla 3. Rendimientos de biomasa seca y flores, y balance de N en rosas ‘Royalty’ crecidas bajo tres niveles de N y tres láminas de riego durante un año (Cabrera et al., 1993).

Concentración de N

Camas con sistemas de recolección de drenaje Arenoso

0 - 30 30 - 60 60 - 90

9 - 17 6 - 22 20 - 27

1,0 - 8,6 1,2 - 2,1 5,0 - 7,7

117 - 224 74 - 163 175 - 208

84 - 109 57 - 87 30 - 119

Arcilloso y francoarcilloso

0 - 30 30 - 60 60 - 90

17 - 343 7 - 109 2 - 36

1,1 - 6,5 0,5 - 4,7 1,8 - 29,0

59 - 731 25 - 508 8 - 216

147 - 740 30 - 565 129 - 165

Balance de nitrógeno y pérdidas por lixiviación Los resultados del muestreo de suelos fueron reconfirmados en un estudio en invernadero diseñado para cuantificar las pérdidas de N por lixiviación en un cultivo de rosa (Cabrera, 1997; Cabrera et al., 1993). Rosas ‘Royalty’ injertadas en ‘Manetti’ fueron sembradas en micro-lisímetros (materas plásticas de 20 L) modificados con un sistema de drenaje que permitió imitar las características hidráulicas de un suelo mineral. Esto permitió además la recolección de los drenajes, que técnicamente constituyen la solución lixiviada por debajo de la zona radical en un cultivo establecido en un suelo mineral. Las plantas crecieron por un año (12 meses) sujetas a dos estudios: uno de fertirrigación, con soluciones nutritivas completas con tres concentraciones de N: 77, 154 y 231 mg L-1, y el otro estudio con una sola solución nutritiva completa con 154 mg L-1 de N pero usando tres láminas de riego que produjeran fracciones lixiviables (FL) de 10, 25 y 50 % (tabla 3). La FL se define como la

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No. Flores por planta

Tratamiento

Fracción lixiviable de la lámina de riego (%)

Biomasa seca

N (g/planta)

(g/planta) (g/tallo)

Aplicado Lixiviado Cosechado

77

40,6

334

8,2

17,1

3,7

8,3

154

40,8

318

7,9

26,7

10,6

9,0

231

45,1

324

7,2

41,0

20,3

8,5

10

34,4

245

7,2

19,2

4,2

6,6

25

39,5

286

7,3

25,9

9,8

7,9

50

49,4

418

8,5

50,3

28,2

11,1

La concentración de N en las hojas fue similar para todos los tratamientos, con promedio de 3 a 3,2 % en base a peso seco. Esto se tradujo en que la cantidad anual promedio de N cosechado en las flores fue similar en todos los tratamientos, excepto el FL50 (tabla 3). Este valor no representa la cantidad total de N requerido o usado por las plantas dado que no toma en cuenta el N en el follaje viejo perdido (caído) a lo largo del año, ni tampoco el N presente en la porción sin cosecharse de la planta. Sin embargo, y basándose en la cantidad de N intercambiable que se midió en el sustrato al final del experimento, así como haciendo uso de las cantidades totales de N aplicado y lixiviado, se calculó que el N total usado por planta fue en promedio 14 g por año. Asumiendo una densidad de siembra de 11 plantas por m2 de suelo, esto se traduce en una demanda real de N por el cultivo de aproximadamente 1.540 kg ha-1 de N por año, valor corroborado después en un estudio hidropónico (Cabrera et al., 1995a). Usando esta misma densidad de plantación (11 plantas/m2), se puede también apreciar la magnitud de los niveles de N aplicado y lixiviado expresados en kg ha-1 (tabla 3). Por ejemplo, las aplicaciones promedio de N en los tratamientos de 231 mg L-1 de N y el FL50 se extrapolan a 4.510 y 5.533 kg ha-1 de N, respectivamente. Asimismo, las pérdidas de N por lixiviación para estos mismos tratamientos serían 2.233 y 3.102 kg

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

ha-1 de N, respectivamente. Los resultados de dicho estudio nos llevaron a concluir que los niveles de N encontrados en suelos bajo invernaderos de rosas en Francia (Morisot, 1978) y en California (Cabrera y Evans, 2000) son reales e infortunadamente realzan el indeseable impacto ambiental que podrían tener las prácticas de fertilización excesiva de N en rosas y otros cultivos similares de flor cortada.

Optimizando los niveles de nitrógeno en fertirriego El uso excesivo de N en cultivos de flores y otros ha tenido probablemente su origen en la percepción de que si N es el nutriente que más afecta la productividad de un cultivo (Marschner, 1995), entonces este debe aplicarse liberalmente para evitar caer en situaciones de deficiencia, y así ayudar a mantener altos rendimientos (Cabrera, 2000). Uno de los parámetros que históricamente se ha utilizado para determinar la suficiencia de N y otros elementos en cultivos de invernadero, ayudando a modular las aplicaciones de fertilizante, es el análisis foliar. Infortunadamente, una revisión de la literatura hortícola revela que el establecimiento de criterios de diagnóstico de deficiencia de N en rosas y otros cultivos se ha hecho empíricamente, basándose principalmente en sintomatología visual de deficiencia y casi sin consideración a parámetros de rendimiento (producción) y calidad de las flores. Con fundamento principalmente en observaciones y estudios de sintomatología de deficiencia de N durante la década de 1960 (Carlson y Bergman, 1966), un contenido de N foliar mayor o igual a 3 % (en base a peso seco) se estableció como el parámetro estándar para seguir por la industria de la rosa (White, 1987). Datos obtenidos en algunos de nuestros trabajos de investigación (Cabrera et al., 1993, 1995) sugirieron, sin embargo, que los rendimientos y calidad de las flores podrían mantenerse aun con concentraciones de N foliar menores a 3 %. De ser así, esto significaría que se podrían reducir las aplicaciones de fertilizante nitrogenado sin temor a caer en los supuestos rangos de deficiencia establecidos anteriormente. Este razonamiento se validó en un experimento en plantas de rosa ‘Royalty’, injertadas en ‘Manetti’ (Cabrera, 2000). Estas plantas crecieron en los microlisímetros de 20 L mencionados anteriormente, y fertirrigados por 13 meses (390 días) con soluciones nutritivas completas, con seis niveles de N: 30, 60, 90, 120, 150 y 220 mg L-1. Ocho ciclos de crecimiento y floración ocurrieron durante este periodo experimental y solamente durante los últimos tres se pudo observar síntomas visuales de una aparente deficiencia de N en plantas fertilizadas con las soluciones de 30 y 60 mg L-1 de N. Los componentes de rendimiento comenzaron a mostrar respuestas diferenciales después de la segunda cosecha y respondieron en general en una forma asintótica (cuadrática) con incrementos en la concentración de N (tabla 4). Para la mayoría de las cosechas los rendimientos de biomasa seca y flores por planta se incrementaron de 30 a 60 mg L-1 de

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Capítulo 5

N, para después nivelarse entre 90 y 150 mg L-1, y finalmente decaer con fertilizaciones de 220 mg L-1. Tabla 4. Productividad y calidad en rosas ‘Royalty’ fertirrigadas con soluciones nutritivas completas con diferentes concentraciones de N. La respuesta estadística está abreviada: ns = no significativa; L = linear; C = cuadrática. Datos de Cabrera (2000). Rendimiento por planta

Tratamiento Masa N aplicado) N.o de seca -1 flores (mg L ) (g)

Largo de tallo (cm)

Rendimiento por planta

Concentración de N foliar Masa N.o de (%) seca flores (g)

Cosecha 1 (agosto 1) 30 60 90 120 150 220 Respuesta

9,1 9,0 8,8 7,9 8,5 7,4 ns

46,3 44,6 52,3 44,6 40,3 38,6 L*

46 44 50 48 44 45 ns

2,54 2,77 2,81 2,71 2,80 2,58 Ns

6,5 7,5 8,6 9,0 9,0 8,5 C**

44,2 55,6 56,2 62,3 53,0 53,6 C**

66 59 59 60 58 59 C**

2,38 3,05 3,64 3,59 3,28 3,59 C***

8,3 9,4 9,9 10,0 10,5 8,0 C***

3,1 5,5 7,0 5,6 6,6 4,4 C***

20,8 34,9 40,9 35,5 39,0 30,1 C**

30 60 90 120 150 220 Respuesta

6,1 8,6 8,3 7,4 8,1 6,5 C*

34,3 41,2 43,8 37,4 49,7 35,4 C*

60 57 57 58 53 57 ns

4,5 5,9 5,8 6,0 6,4 6,3 ns

54 50 53 51 48 51 ns

2,43 2,87 3,19 3,19 3,18 3,23 C***

20,6 24,0 22,8 22,1 22,3 22,7 ns

51 45 46 43 41 41 C*

2,74 3,33 3,54 3,78 3,88 3,82 C***

Cosecha 6 (abril 13)

2,37 3,16 3,68 3,75 3,77 3,70 C***

2,8 7,1 7,9 8,4 8,5 8,1 C**

29,2 62,6 --65,9 70,5 --C*

1,91 2,65 3,20 3,27 3,20 3,17 C***

3,9 9,0 11,3 10,5 12,1 11,0 C***

29,0 62,9 59,7 52,6 63,9 59,4 C**

Cosecha 7 (junio 7) 48 44 46 44 48 47 ns

48,4 51,6 59,1 55,7 51,9 44,0 C**

Cosecha 4 (diciembre 29)

Cosecha 5 (febrero 15) 30 60 90 120 150 220 Respuesta

Concentración de N foliar (%)

Cosecha 2 (septiembre 7)

Cosecha 3 (octubre 23) 30 60 90 120 150 220 Respuesta

Largo de tallo (cm)

68 63 63 59 60 61 L**

1,91 2,56 --3,22 3,15 --C***

Cosecha 8 (julio 15) 62 55 49 47 48 48 C***

1,79 2,46 2,99 3,11 2,99 2,94 C***

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

Las concentraciones de N total en el tejido foliar mostraron también un comportamiento asintótico (cuadrático) con respecto a las aplicaciones de N (tabla 4) y se estabilizó para las soluciones de fertirriego mayores o iguales a 90 mg L-1 de N. Sin embargo, fue muy interesante notar que los valores promedio de N en las hojas fueron afectados significativamente por la estación del año, más altos en el invierno y más bajos en el verano. Por ejemplo, la concentración de N foliar promedio para plantas fertilizadas con 150 mg L-1 de N se redujeron en casi 1 % (en base a peso seco) del invierno al verano; compárese el 3,88 % de la cosecha 4 contra el 2,99 % de la cosecha 8. Estos resultados son consistentes con trabajos previos (Carlson y Bergman, 1966; Johansson, 1978), y cuestionan la validez de usar un criterio de diagnóstico fijo para cualquier época del año, como el de 3 %, que se emplea habitualmente.

100

C1, Ago 1

C2, Sep 7

C3, Oct 23

C4, Oct 29

100

80

80

60

60

40

40

20

20

0

R2=0,30 (todos) 100 R2=0,77 para NF sulfatos. En el caso del magnesio, la solubilidad y condición higroscópica sigue la secuencia MgCl2 >> Mg (NO3)2 > MgSO4 (Allen, 1969). En el cultivo de cítricos, la asimilación y transporte de Zn fue más favorable en las forma de ZnCl2 > ZnSO4 > EDTA-Zn (Boareto, 2007). • Finalmente, el tipo de equipo, descarga de agua y técnica de aplicación son fundamentales para lograr optimizar las aplicaciones.

• La siguiente es la secuencia de absorción y asimilación foliar de complejos: aminoácidos >> citratos >> gluconatos > edetatos > ácidos fúlvicos > ácidos húmicos.

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

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∙ Capítulo 7 ∙

Aspectos relacionados con la calidad de los análisis de suelo y de tejido vegetal, y su uso en las recomendaciones de manejo de la fertilización de cultivos* Martha C. Henao T.1

Resumen Los análisis de suelo son ampliamente utilizados como criterio para efectuar recomendaciones de la fertilización en los cultivos. Al elegir un método de análisis en particular, se debe tener en cuenta que las propiedades del suelo son operacionales, lo que quiere decir que varios métodos empleados sobre una misma muestra producen resultados diferentes para la misma propiedad evaluada. Por ejemplo, la CIC por el método del acetato de amonio 1M pH 7 es apta para clasificar suelos, pero no siempre resulta adecuada para evaluar la fertilidad catiónica del suelo, ni tampoco para medir el Ca intercambiable. La competencia de los laboratorios de suelos y la calidad del dato analítico son aspectos que afectan la efectividad del uso del análisis de suelos en búsqueda de altos rendimientos en los cultivos. Igualmente son fundamentales la verificación de la relación entre el método analítico y la respuesta de la planta en las condiciones de suelo, clima y cultivo particulares (correlación), y posteriormente si esta relación se presenta, la obtención de niveles críticos y de respuesta para ese método en particular (calibración). En Colombia es frecuente el uso de métodos que no correlacionan con el rendimiento de la planta y de niveles críticos o de referencia generados para las condiciones de otros países, principalmente de clima templado. Palabras clave: correlación, calibración, nivel crítico.

* Para citar este capítulo: Henao T., M.C. 2017. Aspectos relacionados con la calidad de los análisis de suelo y de tejido vegetal, y su uso en las recomendaciones de manejo de la fertilización de cultivos. En: Flórez R., V.J. (Ed.). Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel. Bogotá: Editorial Universidad Nacional de Colombia. pp. 97-112. 1  Profesora asociada, Departamento de Agronomía, Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá. [email protected].

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Introducción La investigación en nutrición vegetal y fertilidad del suelo ha involucrado el desarrollo de técnicas para evaluar la disponibilidad potencial de nutrientes en el suelo. Los análisis de suelos corresponden a métodos que utilizan soluciones químicas para extraer las formas más solubles y, por tanto, disponibles para las plantas. Existen varios métodos de extracción para cada nutriente y el valor interpretado como nivel adecuado de disponibilidad es diferente para cada método. Las mediciones de buena calidad de una característica de cualquier objeto de estudio son fundamentales para generar conocimientos sólidos dentro de una ciencia o disciplina, y se logran mediante el uso riguroso de métodos analíticos. Los laboratorios de suelos son laboratorios de ensayos químicos que se deben regir por la norma ISO-17025, en la cual se relacionan los requisitos para implementar un sistema de gestión de calidad que garantice que el laboratorio tiene la competencia técnica y por lo tanto es capaz de generar resultados válidos. Vale la pena considerar que la acreditación de los laboratorios de suelos bajo dicha norma es un proceso voluntario en Colombia. Para cada método normalizado que se emplea se debe tener establecida la incertidumbre de la medición. A esa incertidumbre del análisis en el laboratorio debe agregarse la incertidumbre propia del muestreo. La efectividad del diagnóstico hecho a partir del análisis de suelo no depende solamente de la calidad del muestreo y del análisis de laboratorio, ya que la respuesta a la fertilización también se relaciona con la fuente fertilizante, o con la probabilidad de lavado de nutrientes más allá de la zona de raíces (Rayment, 2005). Además, la biodisponibilidad de nutrientes es espacial y temporalmente dinámica, y está afectada por eventos climáticos a veces impredecibles (Hedley, 2008). Por lo anterior, el análisis de suelo no es más que una de las herramientas que ha de considerarse para desarrollar el plan de manejo de la fertilización. El objetivo de la presente revisión es presentar los aspectos más destacados relacionados con el uso de los análisis de suelos y del tejido vegetal en el diagnóstico de la fertilidad del suelo, que pueden conducir o no a un manejo exitoso de la nutrición del cultivo, con el fin de generar conciencia en los agricultores sobre sus ventajas y limitaciones.

Calidad del muestreo La calidad del análisis de una muestra depende, además del manejo de la muestra y del empleo correcto de métodos analíticos validados, de la calidad del muestreo. El muestreo

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Capítulo 7

es, entonces, esencial para obtener un análisis de laboratorio útil, sobre el cual se puede efectuar una adecuada interpretación de la fertilidad de un lote agrícola y la consecuente recomendación del manejo de nutrientes. El propósito de cualquier análisis de una muestra es obtener un valor preciso, confiable y representativo de una característica del suelo o del tejido vegetal para una población de interés. Si la población es relativamente homogénea, una muestra pequeña es suficiente para lograr el objetivo; sin embargo, el suelo es de naturaleza variable y heterogénea, debido al efecto diferencial de los factores de formación (geología y geomorfología, clima, vegetación y tiempo) y de las actividades antrópicas (Petersen y Calvin, 1996). Por ejemplo, suelos formados de diferente material parental difieren entre sí y suelos formados de un mismo material parental presentan diferencias debido a variaciones climáticas, topográficas o de vegetación. Las propiedades del suelo varían no solamente de un sitio a otro, sino también con la profundidad en el perfil. Estas variaciones deben ser tenidas en cuenta para planificar el muestreo, según el objetivo planteado. En este sentido, cuando se toma una muestra de suelo se deben tomar decisiones sobre los puntos de muestreo que deben ser incluidos o excluidos de la muestra, con el fin de obtener una muestra representativa.

Calidad de los análisis de suelo Es bien sabido que en la planta una parte importante de la demanda de nutrientes es suministrada por el suelo y que el análisis de este recurso es una herramienta importante para evaluar la capacidad del mismo de suministrar nutrientes a aquella. Sin embargo, se debe tener claro que la cuantificación de todas las propiedades químicas del suelo depende del método empleado para caracterizarlas, lo cual significa que esta es operacional, de tal manera que dos métodos diferentes producen resultados dispares para un mismo nutriente o propiedad. Los métodos de análisis de suelos difieren según el tipo y la concentración de la solución extractora, el tiempo de extracción, la relación peso a volumen entre el suelo y la solución extractora, entre otros. Cualquier modificación de alguno de estos aspectos arroja resultados diferentes para una misma muestra de suelo. Los laboratorios tienen la responsabilidad de emplear métodos normalizados y hacer un aseguramiento de la calidad, que implica efectuar un control de calidad que garantice la generación de datos analíticos reproducibles y confiables. Los métodos de análisis de suelos deben estar documentados a través de Procedimientos Operativos Estándar (POES), resultantes de procesos rigurosos de revisión y validación (Klesta y Bartz, 1996). Para lograrlo se toman medidas como emplear materiales de referencia certificados, analizar per-

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Fe: 5 Zn: 0,8 mg kg-1 Fe, Mn, Cu, Zn

Morgan (CH3COONa 0,72M + CH3COOH 0,52M pH 4,8)

DTPA-Trietanolamina (DTPA 0,005M + CaCl2 0,01M + TEA 0,1M, pH 7,3)

Olsen (NaHCO3 0,5M, pH 8,5)

Utiliza ácido dietilen-diamino-penta acético (DTPA) como agente quelante.

S: >10 mg kg-1 P, S

P, K, Ca, Mg, Cu, Fe, Mn, Zn, NH4, NO3, SO4, Al

Menlich 3 (NH4NO3 0,25M + CH3COOH 0,2M + NH4F 0,015M + HNO3 0,013M + EDTA 0,001M)

S, B

Aptos para suelos ácidos.

P, K, Ca, Mg, Na, B, Cu Fe, Mn, Zn

Menlich 1 (HCl 0,05M + H2SO4 0,0125M, pH 1)

B

Apto para suelos neutros, calcáreos y alcalinos.

P, K, Ca, Mg, Na, Mn, Zn

Bray - II (NH4F 0,03M + HCl 0,1M)

Aptos para suelos ácidos. P

P

Bray - I (NH4F 0,03M + HCl 0,025M, pH 3)

Ca(H2PO4)2.H2O pH 4

CIC, Ca, Mg, K y Na intercambiables Acetato de amonio (NH4OAc) 1M pH 7

Agua caliente (100ºC)

Ca: 1,25 - 2,50 Mg: 1,5 K: 0,26 - 0,64 cmolc kg-1 Si el pH del suelo es menor en más de 1 unidad al pH de la solución extractora (pH 7), modifica el pH de este durante la extracción. Inapropiado para determinar CIC de suelos fuertemente ácidos o con niveles medios a altos de materia orgánica.

NH4, NO3 KCl 2M

Inapropiado para determinar Ca intercambiable de suelos calcáreos.

NO3: 18 - 23 mg kg-1 Para NO3 requiere muestreos profundos (a más de 60 cm) para lograr un mejor diagnóstico (Barker y Bryson, 2006).

N total Kjeldalh

Estimación indirecta a partir de la determinación del porcentaje de materia orgánica, asumiendo que esta tiene 58% de C y 4 - 5% de N.

En función del clima No cuantifica las tasas de transformación de N orgánico a formas inorgánicas disponibles para las plantas.

N orgánico Walkley y Black (oxidación del carbono orgánico con K2Cr2O7 en presencia de H2SO4)

CaCl2 0,01M o KCl 1M

Nivel adecuado

pH en agua (1:1) 5,5 a 6,5 pH

Dan valores entre 0,5 y 1,5 unidades más bajos que los medidos en agua. El pH medido en KCl resulta más bajo que el de CaCl2 y su determinación permite establecer la acidez potencial de suelos que requieren encalado.

Mide la acidez activa. Afectado por el efecto de dilución. A mayor dilución, el pH medido resulta más alto que el pH real del suelo. Suspensión suelo: agua destilada relación 1:1, 1:5 u otras

En la figura 1 se observa que el 88 % de las muestras corresponden a suelos entre extremada a moderadamente ácidos (pH entre 3 y 6,5) y solamente el 12 % corresponde a suelos ligeramente ácidos, neutros y alcalinos (pH > 6,5); esto es acorde con la condición de clima tropical en la cual se forman, caracterizado por una alta precipitación y temperatura. Suelos con pH de 7,6 a 8,3 generalmente indican la presencia de materiales calcáreos (CaCO3), mientras que aquellos que presentan pH mayor de 8,3 indican la presencia de sodio (Na2CO3) (Thomas, 1996).

Observaciones

A manera de referencia, la tabla 2 muestra la estadística descriptiva de algunas propiedades químicas del suelo relacionadas con la fertilidad, para una población representativa de muestras analizadas en el Laboratorio de la Facultad de Ciencias Agrarias de la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá, originarias de todos los departamentos del país, aunque predominan las de Cundinamarca, Boyacá y Santander. Como complemento a esta información, la figura 1 muestra la distribución de frecuencia de algunas de estas propiedades. Las barras oscuras indican el rango que se ha interpretado como adecuado para el crecimiento y desarrollo de las plantas, según los datos propuestos por el ICA (1992). Los histogramas muestran los principales rangos de variación del pH, contenido de carbono orgánico, cationes intercambiables y fósforo disponible, información de referencia que resulta útil para evaluar datos inconsistentes en reportes de laboratorio. Valores reportados por fuera de estos rangos generan incertidumbre, ya que pueden indicar errores en los resultados. Con excepción del pH, la dispersión de valores de cada una de las propiedades es muy alta, generalmente mayor al 100 %, condición inherente a la naturaleza del suelo.

Índice de fertilidad o de disponibilidad

Existe una amplia variedad de métodos empíricos de análisis de suelo para determinar formas disponibles de nutrientes para la planta. En la tabla 1 se listan los métodos más empleados para valorar algunas de las propiedades que corresponden a índices de fertilidad del suelo o formas de los elementos en el suelo que son considerados índices de disponibilidad, además de algunos niveles considerados adecuados en la literatura (Prasad y Power, 1997; Barker y Bryson, 2007).

Método

manentemente patrones internos de control o participar en programas de comparación de resultados entre laboratorios. Estos programas funcionan a escala nacional e internacional y muestran siempre alguna divergencia entre los resultados reportados por la red de laboratorios participantes, aunque se usen los mismos métodos. Para la interpretación siempre se considera el valor de consenso y cada laboratorio evalúa qué tan lejos está su resultado de ese valor.

Capítulo 7

Tabla 1. Métodos de rutina comúnmente empleados en los laboratorios colombianos para determinar propiedades del suelo con fines de diagnóstico de la fertilidad y recomendaciones de manejo de la fertilización.

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Capítulo 7

Tabla 2. Estadística descriptiva de las variables del suelo relacionadas con la fertilidad, para una población de 6.500 muestras provenientes de varias regiones del país. Parámetro

pH1

CO2 (%)

Ca3

K3 Mg3 Na3

AI4 CIC3

P5

S6

Cu7

cmolc kg-1

Fe7 Mn7 Zn7

B6

mg kg-1

Mínimo

3,06 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,00 0,49

0,42 0,40 0,01 0,8 0,01 0,02 0,10

Máximo

9,2 42,0 63,4 14,1 20,6 16,6 22,5 120

745 417 69,8 1429 498 342 8,93

Media

5,41 4,00 7,61 0,57 1,74 0,28 1,78 23,5

44,9 47,4 1,80 154 12,9 5,70 0,44

Mediana

5,23 2,53 4,64 0,31 0,99 0,11 0,75 19,5

17,1 18,7 0,90 115 4,62 1,74 0,32

DS

0,96 3,58 8,30 0,91 2,13 0,82 2,42 14,5

71,3 65,7 3,16 123 26,1 14,9 0,43

CV (%)

18

90

109 158 123 294 136

62

159 139 175

80

201 262

97

Suspensión suelo: agua 1:1; 2Carbono orgánico oxidable por Walkley y Black; 3Extracción con acetato de NH4 1M pH 7; 4Acidez intercambiable por extracción con KCl 1M; 5Bray II; 6Extracción con fosfato monocálcico; 7 Extracción con DTPA-ETA.

1

Los niveles de carbono orgánico son muy variables, ya que la población incluye suelos orgánicos y minerales que han sufrido manejos muy diversos. Los suelos orgánicos incluidos, que frecuentemente poseen valores de carbono orgánico mayores del 20 %, representan menos del 2 % de las muestras analizadas. Los histogramas reflejan el comportamiento típico de las bases intercambiables, cuyos rangos de variación del calcio son mayores que los de magnesio, seguidos por el potasio y finalmente por el sodio. El calcio y el magnesio son predominantes en el complejo de cambio, excepto en suelos extremadamente ácidos, donde prevalece el aluminio. La disponibilidad de las bases de cambio Ca, Mg y K depende no solamente de la cantidad extraída con acetato de amonio, sino también del tipo de arcillas y de las relaciones catiónicas (Prasad y Powers, 1997). La extracción del P por el método de Bray II resulta apropiada para suelos ácidos y se basa en la solubilización de los fosfatos en presencia de F- como agente acomplejante del Al. Este método no es satisfactorio para suelos calcáreos, debido a la neutralización del ácido por carbonato de calcio y la formación de CaF2, que reacciona con el P disuelto para formar precipitados secundarios (Kuo, 1996). La figura 1 muestra que aproximadamente el 60 % de las muestras tienen niveles de fósforo por debajo de 25 mg kg-1, que corresponden a suelos considerados de baja disponibilidad. Con respecto a la determinación del azufre disponible, los métodos generalmente muestran baja o ninguna correlación con el rendimiento del cultivo, por lo que se han evaluado un gran número de soluciones extractoras en búsqueda de un método apropiado (Haneklaus et al., 2007). Las soluciones de fosfato monocálcico son comúnmente empleadas para extraer el sulfato disponible en el suelo. La tabla 2 muestra un alto coeficiente de variación para el azufre medido por este método. El método del DTPA-TEA se implementó para extraer los microelementos que se presentan en forma catiónica simultáneamente (Fe, Mn, Cu y Zn), aunque es difícil encontrar niveles de referencia para este y otros métodos reportados en la literatura (Fageria et al., 2002). La tabla 2 muestra una mayor dispersión de datos para Mn y Zn, con coeficientes de variación por encima de 200 %. En la figura 1 no se indica la barra con los rangos adecuados de Fe y Mn, por la dificultad de encontrar información en las condiciones de Colombia para el método del DTPA. El 80 % de los suelos analizados presentan niveles relativamente altos de Fe (> 50 mg kg-1), lo cual corresponde al predominio de suelos ácidos.

Figura 1. Distribución de la frecuencia de valores para algunas variables químicas indicadoras de fertilidad del suelo, a partir de muestras provenientes de varias regiones del país (n = 6.500).

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Capítulo 7

Correlación y calibración de análisis de suelo y tejido vegetal

Algunas limitaciones en el uso de los análisis de suelos

El uso de un método de análisis de suelo para el diagnóstico de la disponibilidad de un determinado elemento se basa en la relación directa hallada entre este y el rendimiento de una especie, observada a través de un experimento. La correlación significativa permite asumir que la planta puede extraer las mismas cantidades de un elemento que son removidas por un extractante químico; por lo tanto, la correlación del análisis de suelo es el proceso de determinar la relación entre la respuesta de la planta (en rendimiento, o por la cantidad de nutriente absorbido) y la cantidad de nutriente extraído del suelo por un método analítico en particular (Glossary of Soil Science Terms, 2008).

Para ilustrar una de las limitantes en la interpretación de los análisis de suelos por las metodologías tradicionalmente empleadas, se debe considerar la capacidad de intercambio catiónico (CIC). La CIC es una de las propiedades más importantes relacionadas con la fertilidad del suelo, que afecta la disponibilidad de elementos nutritivos como K, Ca y Mg, o de elementos que resultan problemáticos en ciertos niveles como Al y Na.

Sin embargo, el éxito del uso de los análisis de suelos depende de una previa calibración de estos con la respuesta de la planta, para cada condición propia de suelo y cultivo. La Sociedad Americana de la Ciencia del Suelo define la calibración del análisis de suelo como el proceso que consiste en determinar los requerimientos nutricionales de cada cultivo para diferentes valores del análisis de suelo (Glossary of Soil Science Terms, 2008). Infortunadamente, las calibraciones se han extendido a otras zonas, sin tener en cuenta que sean dependientes del tipo del suelo, por lo que en muchos casos el uso de dichos análisis no permite lograr los rendimientos esperados. En Colombia, la interpretación de los análisis de suelos para formular un plan de fertilización se basa principalmente en resultados de correlación y calibración publicados en otros países. Se debe tener presente que la calibración de los análisis de suelos debe hacerse a través de experimentación local o, en su defecto, regional. La interpretación del análisis de suelos es el proceso mediante el cual se desarrolla una recomendación de aplicación de nutrientes (un plan de fertilización), a partir de las concentraciones del análisis, considerando otra información adicional del suelo, cultivo, clima, ambiente y aspectos económicos (Glossary of Soil Science Terms, 2008). Hedley (2008) menciona tres pasos en la calibración de los valores de los análisis de suelos con la respuesta de la planta en experimentos con un nutriente como único factor. Para calibrar un método de análisis de suelo, dichos experimentos se deben replicar en diferentes tipos de suelo y bajo diferentes condiciones de clima. Primero, se evalúa la respuesta en rendimiento de la planta a dosis crecientes de fertilizante (paso A); luego, se determinan los niveles del nutriente en el suelo que proporcionan un óptimo rendimiento (paso B), y, finalmente, se establece qué cantidad de fertilizante se requiere aplicar al suelo para aumentar por encima de esos niveles de óptimo rendimiento los niveles extraídos del nutriente (paso C). En el paso B, el óptimo rendimiento determina el nivel crítico, valor con el que el cultivo alcanza más del 90 % del máximo rendimiento y por encima del cual ya no hay respuesta significativa a la adición de fertilizante.

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Los sitios de intercambio catiónico corresponden a cargas negativas en la superficie de las partículas coloidales del suelo, que pueden ser de tipo permanente o variable, dependiendo de si las características químicas de la solución del suelo (pH o presencia de sales) afectan o no su magnitud (Sumner y Miller, 1996). Todos los suelos contienen cationes en la solución del suelo, que son atraídos por cargas negativas superficiales para su neutralización, con lo cual pasan de formas solubles a formas intercambiables. Los cationes en la solución del suelo están en equilibrio con los cationes intercambiables y durante la determinación de la CIC ambos son extraídos. La determinación cuantitativa de la CIC en laboratorio consiste en desplazar los cationes intercambiables con un catión indicador puesto en contacto con el suelo a través de una solución de equilibrio; posteriormente se desplaza ese catión indicador por otro catión diferente y se valora con una técnica volumétrica o espectrométrica, como una medida de la CIC. Usualmente se emplea NH4+ en una solución de acetato de amonio 1M como catión indicador y Na+ en una solución de cloruro de sodio para desplazar el amonio intercambiado. El método del acetato de amonio 1M es ampliamente utilizado en Colombia para determinar la CIC y su uso a nivel mundial es aún generalizado ya que representa un método estándar para la clasificación de suelos. Este método fue ajustado con suelos neutros a alcalinos de zona templada, pero su uso en las condiciones tropicales, específicamente en suelos ácidos altamente meteorizados, resulta inapropiado, ya que la solución extractora, por tratarse de una solución búfer a pH 7, eleva el pH y, con este, la CIC que realmente existe en el suelo al pH en las condiciones iniciales de campo (Sumner y Miller, 1996). Una parte importante de los suelos colombianos son de carga variable, ya que presentan coloides de carga variable en su fracción fina, como las alófanas o los óxidos e hidróxidos de hierro y aluminio, o coloides orgánicos. Por eso, en estos suelos en particular, su CIC es alterada por el pH y la concentración y valencia de los iones presentes en la solución de equilibrio empleada para la determinación. Tal como indican Sumner y Miller (1996), la medida de la CIC de estos suelos depende críticamente de la manera y las condiciones en las cuales es determinada y, en consecuencia, va a ser operacionalmente definida en términos de las características de la solución extractora empleada en el laboratorio. Estos autores

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La CIC estimada por suma de cationes intercambiables no muestra ninguna correlación con el contenido de materia orgánica del suelo estimada a través del carbono orgánico (r = 0,03) (figura 3b), lo cual indica que esta última no es una buena indicadora de la capacidad real del suelo para retener cationes al pH de este. No obstante, cuando se considera la diferencia entre la CICNH4OAc y la CICE, denominada aquí CICV (CIC variable) y su variación en función del contenido de carbono orgánico (figura 3c), el coeficiente de correlación aumenta (r = 0,89), indicando que a mayor contenido de materia orgánica en el suelo, es mayor la sobreestimación de la CIC del suelo. En suelos alcalinos, con presencia de CaCO3, el método del acetato de amonio ofrece otra dificultad particular, ya que una parte del material calcáreo se puede solubilizar en la solución extractora, lo que produce una sobreestimación del calcio intercambiable. En este caso, ni el calcio intercambiable ni la CICE ofrecen valores confiables. Para este tipo de suelos, Mehlich (1942) propuso emplear una solución de BaCl2 0,1M tamponada a pH 8,2 con

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El cálculo del porcentaje de saturación de bases ([bases intercambiables/CIC] x 100) resulta irrealmente bajo cuando se calcula con la CIC obtenida por el método del acetato de amonio 1M a pH 7, aplicado en suelos ácidos de carga variable. En suelos que no corresponden a una condición de salinos, calcáreos o magnésicos, la suma de cationes intercambiables da una mejor medida de la CIC, conocida como capacidad de intercambio catiónico efectiva o CICE. En el caso de suelos ácidos con pH menor de 5,5, este valor debe incluir el Al3+ determinado por extracción con una solución salina neutra.

a

b

c

90

90

75

75

75

60 45 30 15 0

R = 0,79 2

0

10

20

30

CICV (cmolc/kg)

90 CICE (cmolc/kg)

La CIC determinada por el método del acetato de amonio a pH 7 en suelos ácidos presenta una relación significativa y directa con el contenido de materia orgánica del suelo, el cual es un constituyente del suelo típicamente de carga variable. Para verificar lo anterior, se tomaron 8.500 datos de análisis de suelos de muestras procesadas en el Laboratorio de Aguas y Suelos de la Facultad de Ciencias Agrarias de la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá, durante un período determinado de tiempo (figura 3). La relación del contenido de materia orgánica, expresado como porcentaje de carbono orgánico, con la CIC medida por el método del acetato de amonio es estrecha (r = 0,89) (figura 3a). Sin embargo, en los suelos con niveles altos de materia orgánica, la CIC no es tan alta al pH real del suelo en campo, lo cual se evidencia a través de la estimación de la CIC por suma de cationes (CICE o capacidad de intercambio catiónica efectiva). Por ejemplo, un suelo de uso agrícola proveniente de Umbita (Boyacá), con un contenido de carbono orgánico de 6,16 % y un pH de 4,67, tiene una CIC por el método del acetato de amonio 1M pH 7 de 32,6 cmolc kg-1, la cual es relativamente alta; pero, cuando se suman todos los cationes intercambiables mayores, incluyendo Al, la CIC estimada es de 12,1 cmolc kg-1, valor que estima la CIC real al pH del suelo. Esa diferencia entre ambos valores de CIC, es decir, entre la CICNH4OAc y la CICE, de 20,5 cmolc kg-1, puede ser considerada la carga variable generada al subir el pH del suelo desde 4,67 y el pH de la suspensión al momento de hacer la extracción con el acetato de amonio, el cual debió ser superior a 6. En conclusión, la CICNH4OAC resulta sobreestimada para el pH del suelo.

trietanolamina, en la cual el CaCO3 es prácticamente insoluble, aunque, como la cantidad de Ba2+ intercambiado en el suelo es una medida de la CIC, la presencia de sulfatos puede producir una sobreestimación de esta.

CIC (cmolc/kg)

resaltan además que la selección de un método para cuantificar la CIC debe fundamentarse en el propósito para el cual se busca conocer esta propiedad del suelo; por ejemplo, en el caso de un suelo ácido, si se requiere conocer su valor al pH actual del suelo o el valor que tendría después de ser encalado para subir el pH a 7.

Capítulo 7

60 45 30 15 0

Carbono orgánico (%)

0

10

20

Carbono orgánico (%)

30

60 45 30 15 0

R2= 0,77

0

10

20

30

Carbono orgánico (%)

Figura 3. Variación de la CIC determinada por (a) el método del acetato de amonio 1M pH 7, (b) por suma de cationes intercambiables, y (c) por diferencia entre las dos anteriores (CIC variable), en función del carbono orgánico del suelo (N = 8.500).

Análisis de tejido vegetal Los análisis de tejido vegetal se efectúan asumiendo que la cantidad de un determinado nutriente presente en la planta está relacionada con la cantidad de este en el suelo, por lo que se emplea como una herramienta para determinar la capacidad de suministro de nutrientes por el suelo (Havlin et al., 1999). Si bien el análisis de suelo indica la cantidad de nutrientes potencialmente disponibles para la planta, el análisis de tejido vegetal indica el efecto de esa disponibilidad y de la efectividad de la fertilización realizada. Por eso, los análisis de tejido vegetal se complementan con los análisis de suelos y el historial de manejo del cultivo para establecer planes de fertilización. El diagnóstico de deficiencia, suficiencia o exceso de nutrientes en la planta se hace a través de los análisis de tejido vegetal. Sin embargo, la concentración de elementos en las

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

hojas, a menudo, no se correlaciona con el rendimiento de la planta, por lo que no siempre es fácil hacer un diagnóstico a partir del análisis de tejido vegetal. De acuerdo a Cadahía et al. (2008), las limitaciones en el uso del análisis foliar están asociadas a la respuesta lenta de la hoja a cambios en los contenidos de nutrientes en el suelo, que no permite realizar un diagnóstico temprano. Además el análisis foliar da un valor promedio en el momento de la toma de la muestra, por lo cual se sobreponen varios efectos a lo largo del ciclo del cultivo y, con ello, se enmascara la relación causa/efecto en ese momento. Una de las dificultades en el uso de los resultados de los análisis de tejido vegetal con fines de diagnóstico radica en que los niveles de elementos en el tejido vegetal pueden fluctuar en periodos cortos, ya que se ven afectados por la concentración o la dilución, cuando las plantas presentan respectivamente factores limitantes o favorables para su desarrollo (Cadahía et al., 2008). Se puede presentar concentración, por ejemplo, cuando las plantas sufren efectos transitorios de sequía, o dilución cuando hay un crecimiento rápido de la planta (Marschner, 2012). En otras palabras, estos niveles pueden variar no solamente por la disponibilidad de nutrientes en el suelo, sino también por factores ambientales.

Capítulo 7

En la tabla 3 se presentan niveles promedio de elementos foliares determinados dentro del servicio de análisis prestado a agricultores en el Laboratorio de Aguas y Suelos de la Facultad de Ciencias Agrarias de la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá, de cultivos provenientes de varias regiones del país. Con los datos presentados se ilustran las diferencias en los contenidos promedio de nutrientes, entre algunas especies de interés de plantas cultivadas en condiciones colombianas. Los datos de la tabla 3 no se pueden considerar niveles adecuados, ya que no se tiene información que los relacione con los rendimientos del cultivo. Para una correcta interpretación y recomendación basada en los resultados de análisis foliar debe generarse información a través de experimentos hechos localmente. Aunque en la mayoría de especies la concentración foliar de N y K predomina sobre los demás elementos, algunas pueden absorber y traslocar más Ca que K, como es el caso del aguacate y el mango, datos que muestran el mismo comportamiento que los reportados por Reuter y Robinson (1986), al estar incluidos dentro de los rangos de concentración adecuados publicados por estos autores.

Barker y Bryson (2007) indican que la concentración de nitrógeno varía según la especie sea perenne o anual, con la edad y con la fase de desarrollo fenológico de la planta, entre variedades de una misma especie, o incluso con la fuente fertilizante aplicada, lo cual afecta las relaciones entre el rendimiento y el estado de acumulación de nutrientes en los órganos de la planta durante el ciclo del cultivo.

Otras alternativas de diagnóstico nutricional

Para el análisis de tejido vegetal generalmente se usan las hojas, más concretamente la lámina foliar, como el órgano más adecuado para efectuar un diagnóstico, por corresponder a órganos de asimilación activa, aunque para algunos cultivos se recomienda el peciolo. Usualmente se cuantifica el contenido total de nutrientes, luego de calcinar la muestra a temperaturas entre 450 y 600 ºC empleando una mufla, o de disolverla en uno o más ácidos concentrados por medio de digestión en hornos microondas especiales. La cuantificación de los elementos se hace generalmente por métodos colorimétricos y espectrométricos.

La savia analizada representa el líquido extraído de tejidos conductores tanto del xilema como del floema (Cadahía et al., 2008). Cabe recordar que el xilema es el tejido que transporta agua y minerales del sistema radical a los órganos aéreos de la planta y el floema, el tejido que trasloca los productos de fotosíntesis desde las hojas maduras a las áreas de crecimiento y almacenamiento, incluyendo las raíces (Taiz y Zeiger, 2006). Generalmente, la savia es extraída luego de triturar o moler los tejidos, y filtrar el fluido para efectuar los análisis, que corresponden más a los nutrientes minerales que a los compuestos orgánicos.

La metodología de muestreo de tejidos vegetales con respecto al tipo de muestra (hoja entera, peciolo, lámina foliar), estadio fenológico del cultivo (floración, llenado de fruto), tipo de hoja a seleccionar (hojas jóvenes o maduras), cantidad de tejido por hectárea, entre otros, depende de la especie. Generalmente, se recomienda tomar muestras de hojas recientemente maduras, que han alcanzado su tamaño final y que se han tornado de un color verde más oscuro, aunque en el caso de elementos poco móviles se deben considerar hojas más jóvenes (Hochmuth et al., 2004).

Cadahía et al. (2008) reconocen como ventajas del análisis de savia: proporcionar un diagnóstico rápido para corregir problemas durante el mismo ciclo del cultivo en que se hace el muestreo; permitir fraccionar los nutrientes como el N en nitratos, amonio o aminoácidos, y ser menos afectado por fenómenos de concentración o dilución, entre otros aspectos. El nitrato es la forma más medida, ya que representa una forma no asimilada que está en tránsito hacia las hojas y muestra una mejor respuesta a la relación con otros nutrientes que la determinación del nitrógeno total en las hojas (Barker y Pilbeam, 2007).

∙ 110 ∙

Una herramienta de diagnóstico nutricional alternativa a los análisis de suelo y foliar tradicionales es el análisis de savia, el cual, según Hochmuth et al. (2004), parece resultar útil para evaluar nutrientes móviles como N y K.

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

Capítulo 7

Esta técnica se puede emplear directamente en el campo, de manera semicuantitativa, con el uso de kits de análisis.

Tabla 3. Nivel promedio de nutrientes en muestras foliares de diferentes especies cultivadas en Colombia, según datos de análisis efectuados en el Laboratorio de Aguas y Suelos, Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá. Especie

N

P

K

Ca

Mg

Cu

Fe

%

Mn mg kg

Zn

B

-1

Aguacate

2,28

0,15

0,80

1,50

0,31

61,7

77

192

63

52

Albahaca

3,45

0,43

4,53

2,09

0,57

14,2

160

66

123

59

Apio

2,78

0,55

4,26

1,41

0,30

6,7

210

75

102

31

Arroz

4,39

0,17

2,44

0,37

0,12

3,4

84

181

25

19

Café

2,70

0,21

1,44

1,11

0,34

11,7

115

237

46

93

Caña panelera

1,68

0,18

1,12

0,28

0,09

5,4

70

25

92

62

Cebollín

4,44

0,48

3,69

1,51

0,32

12,3

435

38

89

78

Clavel

3,54

0,42

3,95

1,29

0,37

10,0

103

134

55

65

Espinaca

5,75

0,50

4,97

1,39

1,00

15,2

309

53

135

77

Feijoa

1,69

0,08

0,95

1,21

0,16

2,9

63

80

93

67

Fresa

2,06

0,22

0,82

1,21

0,40

3,1

73

25

40

34

Gulupa

2,95

0,17

2,36

1,81

0,21

24,3

110

54

75

123

Habichuela

4,63

0,49

3,22

3,40

0,58

12,8

325

36

134

80

Maíz

2,73

0,32

2,24

0,50

0,16

6,1

150

82

69

29

Mango

1,16

0,09

0,41

2,97

0,18

6,2

50

502

62

59

Manzana

2,19

0,18

1,29

1,17

0,23

7,0

177

98

67

28

Menta

3,88

0,45

4,18

1,07

0,34

41,6

195

136

86

56

Mora

2,30

0,17

1,23

0,86

0,27

9,8

98

362

94

63

Palma de aceite

2,31

0,15

0,94

0,67

0,32

6,9

88

217

54

50

Papa criolla

4,31

0,29

5,41

1,14

0,42

7,6

221

313

120

78

Papa de año

5,74

0,42

5,24

0,77

0,23

53,5

332

425

126

72

Pasto kikuyo

1,91

0,34

4,14

0,38

0,25

5,3

75

191

75

38

Romero

2,33

0,21

2,26

0,72

0,23

9,8

130

27

66

50

Rosa

2,85

0,38

1,89

1,41

0,41

7,8

127

107

66

129

Tomate

2,75

0,28

3,03

2,68

0,29

10,7

92

54

194

41

Uchuva

4,43

0,40

4,88

1,79

0,76

28,8

253

16

96

107

Yuca

5,24

0,34

1,51

1,38

0,50

8,5

144

317

113

29

∙ 112 ∙

Conclusiones Los análisis de suelos no son medidas exactas de la cantidad de un nutriente disponible para la planta, sino que proporcionan un índice de disponibilidad cuya validez depende de la correlación con la respuesta de la planta y posterior calibración en bajo o deficiente, adecuado o suficiente y alto o tóxico. La investigación se ha enfocado en desarrollar métodos de análisis de suelos que permitan extraer del suelo las cantidades de nutrientes que correlacionen con la respuesta del cultivo en rendimiento y que, por lo tanto, reflejen las cantidades crecientes de nutrientes aplicados a través de ensayos de campo. Se han efectuado calibraciones buscando la función de respuesta del rendimiento relativo a la cantidad de nutriente aplicado al suelo y el cambio en los valores obtenidos a través del método evaluado. Esta información ha sido usada para calcular las tasas de fertilización dentro de una agricultura sostenible y rentable. Los análisis de suelos también deben soportar la toma de medidas conducentes a mejorar el uso de fertilizantes para proteger la calidad del agua y del suelo. Hay métodos que resultan inapropiados para un determinado tipo de suelo. Es el caso de la capacidad de intercambio catiónico del suelo, que está operacionalmente definida, por lo que se debe tener en cuenta el propósito con el cual se analiza y las características particulares de los suelos que se piensan analizar. Se debe tener especial cuidado cuando se analizan suelos salinos y calcáreos, ya que puede haber una sobreestimación del Ca disponible.

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

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∙ Capítulo 8 ∙

Interpretación de análisis de suelos y sustratos* Jaime Torres Bazurto1

Resumen El presente documento muestra los criterios técnicos que deben ser tenidos en cuenta para la interpretación de análisis de suelos y para la selección del sustrato más apropiado en cultivos que los requieren en alguna o todas las etapas de su desarrollo. Por ello, se recuerdan conceptos como ‘disponibilidad’, ‘contenido’, ‘solubilidad’, ‘movilidad’ y su estrecha relación con la dinámica nutricional en el suelo; se mencionan las metodologías analíticas empleadas en nuestro país y las principales herramientas de interpretación de análisis de suelos. Bajo este contexto, el criterio de fertilidad cobra relevancia en razón de que es el que se manejará a partir de las características del suelo o sustrato, de la planta y su interacción con las condiciones medioambientales. El profesional de campo debe estar en capacidad de integrar todos los elementos descritos para diseñar un programa de manejo de la fertilidad del suelo que haga de la fertilización una herramienta eficiente y de bajo impacto negativo para el medio ambiente. Por ello, los procedimientos y valores mostrados en el presente documento son puntos de referencia que deben enriquecer la construcción de esos modelos de manejo, que en principio deben ser de aplicación y carácter particular, y que pueden variar en el tiempo con base en los cambios que se den en los diferentes elementos contemplados, según sean las condiciones. Palabras clave: comportamiento, criterios, nutriente, procedimientos, valores.

* Para citar este capítulo: Torres B., J. 2017. Interpretación de análisis de suelos y sustratos. En: Flórez R., V.J. (Ed.). Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel. Bogotá: Editorial Universidad Nacional de Colombia. pp. 115-130. 1  Profesor asociado, Departamento de Agronomía, Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá. [email protected].

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

Introducción La interpretación de los análisis de suelos está ligada a procedimientos de campo y de laboratorio, los cuales determinan su confiabilidad y validez; además, depende necesariamente de la fertilidad actual y potencial del suelo. Esto es a su vez resultado de los procesos pedogenéticos que no solo definen esta característica sino todas aquellas químicas, físicas y biológicas inherentes a él, y que hoy ayudan a definir los criterios de calidad del suelo, donde las condiciones medioambientales juegan un papel importante. Por su parte, la fertilización como práctica derivada de la interpretación del análisis de suelos debe aportar al suelo los nutrientes necesarios para equilibrar la fertilidad y garantizar un aporte continuo y apropiado a la planta, lo que lo constituye en un factor decisivo para la producción de los cultivos. Sin embargo, dada la complejidad del suelo, tanto la fertilidad como la fertilización requieren cada vez más un mayor y mejor conocimiento de la planta que se cultivará y de su comportamiento en las condiciones específicas donde se le siembre, además de las características de las fuentes fertilizantes que se pueden emplear, con el objeto de ajustar los criterios de manejo que permitan maximizar el potencial productivo de la especie seleccionada. Por tanto, es prioritario que los criterios que se utilicen para la interpretación de los análisis de suelos y la posterior toma de decisiones tengan el suficiente soporte técnico y claridad necesarias para determinar el manejo nutricional más adecuado de un cultivo y el suelo donde este se establece. Si bien es cierto que el proceso de interpretación, en principio, se basa en la valoración química de una muestra de suelo, es necesario entender que es un proceso integral donde el profesional de campo, con su conocimiento del suelo, del cultivo y su manejo, juega un rol muy importante en la definición de los criterios de manejo nutricional. Por ello, la utilización que él haga de las guías de interpretación de análisis de suelos es crucial en la expresión productiva del cultivo, en el comportamiento del suelo y en su efecto sobre el medio ambiente. De esta manera, el principal objetivo del presente documento es generar conciencia sobre la necesidad de construir modelos o fórmulas que satisfagan las necesidades nutricionales del cultivo a partir de principios técnicos.

Conceptos básicos Dinámica de los nutrientes en el suelo Es de resaltar que la dinámica de los nutrientes en el suelo define las ganancias y las pérdidas, pero principalmente la disponibilidad nutricional, y aunque el concepto de disponibilidad es claro teóricamente y los análisis químicos de suelo aportan información importante

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Capítulo 8

y necesaria para poder interpretarla, no es totalmente clara desde la práctica, por causa de los diversos factores que influyen sobre ella y especialmente las condiciones de manejo del suelo. Por ello, es importante identificar, para cada condición, cuál o cuáles son esos factores edáficos, climáticos, o de manejo que mayor influencia tienen sobre la disponibilidad de nutrientes y la fertilidad del suelo. Castro y Gómez (2010) ratifican este concepto cuando indican que la disponibilidad de los nutrientes hacia la planta son el resultado de un gran número de variables que se pueden dividir en tres grandes grupos: en primer lugar están las ambientales, donde la temperatura, la precipitación y la altitud y latitud juegan un papel importante, incluidos los eventos por cambio climático que han afectado de manera drástica el comportamiento de los suelos y, por ende, de los cultivos; el segundo grupo es el suelo mismo, donde los factores y procesos de formación más el manejo agronómico afectan la fertilidad y disponibilidad de nutrientes, y el tercer grupo lo constituyen los factores del cultivo, entre los que se pueden mencionar la variedad o híbrido, densidad de siembra y requerimientos nutricionales, entre otros. La disponibilidad se divide en tres grupos, a saber (Plaster, 2009): • Factor restitución (fase sólida): de disponibilidad a largo plazo, está determinada por los nutrientes que se encuentran asociados a la fracción mineral del suelo, la cual hace parte del material parental y cuyo proceso de liberación es lento. Esto permite referirse a aquella fracción como la reserva nutricional del suelo que determina su fertilidad potencial. Dependiendo de la riqueza nutricional del material parental y del nivel de evolución del suelo, la proporción de este factor o fase varía en el tiempo. • Factor capacidad (fase cambiable): disponibilidad a mediano plazo; algunos autores se refieren a ella como la disponibilidad de nutrientes para el ciclo de cultivo. Está asociada a la fase coloidal del suelo donde los nutrientes son almacenados en sus formas iónicas sobre las superficies de las micelas del suelo y pueden pasar por intercambio iónico al siguiente factor. En la medida que cede iones, este factor los recibe del de restitución para reponerlos. Desde el punto de vista agronómico, es la disponibilidad más importante porque es la que normalmente se determina en laboratorio y sobre la cual se hace el análisis e interpretación del nivel nutricional. • Factor intensidad (fase solución): lo ocupa la disponibilidad a corto plazo o inmediata, que está determinada por la solución del suelo, donde los iones son absorbidos por la planta, y se puede lixiviar, fijar o inmovilizar y en algunos casos volatilizarse (caso del N); esta es la zona de mayor actividad iónica. Normalmente se asume que en los reportes dados por el laboratorio se incluyen los dos últimos factores, debido a que la proporción de los nutrientes solubles es muy pequeña con respecto a lo almacenado en el factor cambiable, aunque en los últimos años se ha hecho

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

más frecuente que profesionales y productores soliciten la valoración independiente de los dos factores para poder establecer la disponibilidad real del cultivo. El único inconveniente de la determinación de la fase soluble es que los resultados dan un comportamiento puntual, asociado con el momento de toma de la muestra. Para que estas determinaciones puedan ser utilizadas dentro de un proceso de interpretación de análisis de suelos, requerirían ser tomadas de manera periódica y durante varios ciclos de cultivo, de manera que se definan rangos de concentración nutricional en el suelo asociables con los requerimientos nutricionales de la planta.

Fertilidad del suelo La evaluación de fertilidad se basa en el análisis químico del suelo y en las técnicas que se utilizan en este para valorar los contenidos de los diferentes elementos nutrientes. Es un aspecto de gran importancia, pero puede ser insuficiente si no se toman en cuenta parámetros como la física y la biología del suelo, que hoy en día están tomando relevancia y hacen parte de las interacciones que se pueden dar entre los grandes grupos mencionados en el acápite anterior. En la tabla 1 se presentan las diferentes metodologías analíticas que se emplean en Colombia para los análisis de suelos. Los resultados son representativos de las muestras que el laboratorio recibe, esto significa que la confiabilidad en la posterior recomendación de fertilización está supeditada a la representatividad que posea la muestra del suelo, que depende de lo riguroso que se haya sido en el muestreo. Este aspecto tan sencillo pero de gran relevancia puede marcar la diferencia en recomendaciones de manejo nutricional y por ende en producción, siempre y cuando este análisis tome en cuenta todos los aspectos medioambientales de suelos y de planta. Como se observa en la tabla 1, no aparece la determinación de N. La razón es que en el análisis convencional, que es el que realizan la mayoría de los laboratorios de suelos del país, el N se expresa como parte del carbono orgánico o de la materia orgánica, lo que hace un poco más complejo el manejo de este elemento. Sería ideal que se pudiera determinar independientemente y como parte de ese análisis convencional; la determinación del N total por el método de Kjeldahl o por tecnologías más recientes como el del analizador elemental NC o NCS son alternativas viables. De igual forma, otro elemento importante que no hace parte de este tipo de análisis es el S.

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Capítulo 8

Tabla 1. Métodos utilizados en laboratorio para el análisis de muestras de suelo (IGAC, 2006). Variable medida

Método de análisis utilizados

Valoración

pH

Relación suelo-agua (p/v)

Potenciométrica

CO (Carbono Orgánico)

Método de Walkley - Black

Volumétrica

Ca, K, Mg, Na intercambiables Extracción con acetato de amonio 1N pH 7

Absorción atómica

Acidez de cambio (Al)

Extracción con KCl 1M

Volumétrica

CIC

Desplazamiento del NH4 intercambiado con NaCl 1M

Volumétrica

P aprovechable

Método de Bray II

Colorimétrica

Cu, Fe, Mn, Zn

Extracción con DTPA

Absorción atómica

B

Extracción con fosfato monobásico (Azometina-H)

Colorimétrica

Textura

Bouyoucos

Es importante aclarar que existen otras metodologías analíticas que son igualmente confiables a las mencionadas en la tabla 1 y cuya aplicación depende de las características del suelo y de la normatividad existente en cada país. Una vez escogidas las metodologías que se emplearán y comprobada su confiabilidad y representatividad, desde la perspectiva analítica y del muestreo para la determinación de los diferentes nutrientes presentes en el suelo, se debe contar con herramientas mínimas y lineamientos técnicos que den al profesional de campo los elementos necesarios para la toma de decisiones, realizando las interacciones pertinentes con las condiciones ambientales y las características del material vegetal utilizado. Por ello, a continuación se hará una breve exposición de algunas de las herramientas que se emplean para la interpretación del análisis del suelo.

Criterios de interpretación Valores de referencia sin cultivo Se podría considerar la base de los criterios, porque compara los resultados del análisis de suelos con valores de referencia. Esta herramienta fue propuesta por el ICA (1992), y aunque no tiene versiones recientes, se sigue trabajando como insumo de propuestas que han elaborado algunas casas comerciales de fertilizantes; no involucra el cultivo y solamente establece los niveles de referencia de los diferentes parámetros químicos del suelo, permitiendo inferir si este es fértil o no. Uno de los primeros parámetros planteados en este documento es el pH, cuyos valores y clasificación se presentan en la tabla 2.

∙ 121 ∙

Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

Capítulo 8

puede contar la planta a corto y mediano plazo, en la medida que hacen parte de las fases cambiable y soluble. Para estar seguros de este criterio se debe conocer la mineralogía de la fase cambiable y parámetros físicos como la densidad, la estructura y la porosidad (Castro y Gómez, 2010; Havlin et al., 2005), además de su comportamiento en el tiempo, porque algunos pueden cambiar de época seca a época lluviosa, lo que afecta el desarrollo del cultivo.

Tabla 2. El pH y su clasificación (ICA, 1992). Valor de pH

Clasificación

< 5,5

Fuerte a extremadamente ácido

5,5 - 5,9

Moderadamente ácido

6,0 - 6,5

Ligeramente ácido

6,6 - 7,3

Casi neutro a neutro

7,4 - 8,0

Alcalino

> 8,0

Muy alcalino

Tabla 4. Niveles de referencia para Ca, Mg, K, Na, Al y P. Contenido

Elemento

En la tabla 3 se muestran los niveles de materia orgánica, información que se complementa con su transformación a carbono orgánico (CO) y a N. Se aprecia que estos contenidos están establecidos para los diferentes pisos térmicos y, además, se añaden los niveles de la capacidad de intercambio catiónico (CIC) y la forma de hallar la CIC efectiva (CICE).

Ca

Alto

Medio

Bajo

meq 100 g-1

>6

3-6

50

30 - 50

< 30

meq 100 g

> 2,5

1,5 - 2,5

< 1,5

Saturación (%)

> 25

25 - 15

< 15

meq 100 g

> 0,40

0,40 - 0,20

< 0,20

Saturación (%)

>3

2-3

5,8

2,9 - 5,8

< 2,9

Al

Medio

> 2,9

1,7 - 2,9

< 1,7

Cálido

> 1,7

1,16 - 1,7

< 1,16

P

Frío

> 10

5 -10

5

3-5

3

2-3

0,50

0,25 - 0,50

< 0,25

> 0,25

0,15 - 0,25

< 0,15

Elemento

Cálido

> 0,15

0,10 - 0,15

< 0,10

> 20

< 20

B

10 - 20

En las tablas 4 y 5 se muestran los niveles de referencia para las bases, el Al, el P y los microelementos. Como se puede observar en la tabla 4, se incluyen las saturaciones, criterio que determina la proporción nutricional de las bases y el aluminio con relación a la capacidad de almacenamiento de cationes por parte del suelo, representada por la CIC. A juicio de muchos profesionales de campo, este parámetro puede ser más importante que los mismos contenidos de los elementos, porque definen la proporción de nutrientes con los que

Su contenido debe ser < 1

Saturación (%)

Debe ser < de 15

meq 100 g

> 3,0

-1

Saturación (%)

Debe ser > de 15

mg L-1

> 40

1,5 - 3,0

< 1,5

20 - 40

< 20

Tabla 5. Niveles de referencia para microelementos.

Frío

Sumatoria de las bases y el aluminio

meq 100 g-1

Fuente: ICA (1992)

Medio

Fuente: adaptado de ICA (1992)

∙ 122 ∙

K

Contenido (mg L-1) Alto

Medio

Bajo

> 0,40

0,40 - 0,20

< 0,20

Cu

> 3,0

1,0 - 3,0

< 1,0

Mn

> 10,0

5,0 - 10,0

< 5,0

Fe

> 50

25 - 50

< 25

Zn

> 3,0

1,5 - 30

< 1,5

Mo

-

-

0,1

S

Dependiente del suelo y el cultivo se considera bajo < 15 Fuente: ICA (1992)

∙ 123 ∙

Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

En lo que respecta a los elementos menores, su interpretación, aunque aparentemente sencilla, es más complicada porque por sus bajos niveles en el suelo pueden pasar rápidamente de la suficiencia a la deficiencia o, incluso, acumularse hasta llegar a ser tóxicos para la planta (Plaster, 2009). Otros parámetros que se incluyen en esta herramienta son las relaciones catiónicas (tabla 6), que establecen la proporción matemática entre las principales bases del suelo y permiten determinar cuál o cuáles están en desequilibrio con relación a las demás, indicando al profesional de campo las que requerirían de una eventual corrección con aplicación de enmiendas o fertilizantes. Se aclara que no son las únicas relaciones entre elementos, pero son las más utilizadas. Existen otras relaciones que muestran antagonismo o sinergismo entre elementos, por ejemplo, la relación K/Ca es antagónica, pues indica que excesos de Ca dificultan la absorción de K, o viceversa; por su parte, la relación P/S es sinérgica, en la medida que el aumento de la concentración de uno de los dos favorece la toma del otro (Castro y Gómez, 2010).

Capítulo 8

Tabla 7. Niveles para algunos parámetros de suelos en invernadero. Parámetro

Nivel bajo

Nivel óptimo

Nivel alto

pH

< 6,0

6,0 - 6,5

> 6,5

CE (dS m-1)

< 1,5

1,5 - 2,4

> 2,4

-

-

-

CIC (cmol kg ) -1

N mineral (mg kg )

< 80

80 - 100

> 140

P (mg kg-1)

< 410

410 - 690

> 690

-1

Saturación en el complejo de cambio (%) Saturación de K

6

Saturación de Ca

< 40

40 - 60

> 60

Saturación de Mg

< 12

12 - 20

> 20

Saturación de Na

-

2

Tabla 8. Niveles de interpretación de análisis químico de suelos en floricultura, adaptado de Microfertisa (2006).

Tabla 6. Relaciones catiónicas básicas. Valor normal

Inicio de deficiencias

CIC (cmol kg-1)

Ca/Mg

2-4

< 2 de Ca > 4 de Mg

Parámetro

Mg/K

3

< 3 de Mg > 3 de K

NH4

10 - 27

12 - 34

15 - 40

20 - 54

Ca/K

6

< 6 de Ca > 6 de K

NO3

50 - 120

70 - 140

70 - 160

90 - 200

Ca + Mg/K

10

< 10 de Ca y Mg > 10 de K

P

60 - 100

60 - 100

60 - 100

60 - 100

Relación catiónica

Fuente: Salamanca (1990)

Para el caso de suelos en invernadero, en la tabla 7 se presentan algunos valores de referencia (Datos del Laboratorio de Fertilidad de Suelos del CIAA (2004-2005)), reportados por Medina (2006).

Valores de referencia con recomendaciones de fertilización para el cultivo Este tipo de comparación es más frecuente para cultivos sembrados a libre exposición que en invernadero, donde se ha venido incrementando el área sembrada de cultivos en sustrato. La aplicación de fertilizantes en estos cultivos en invernadero se realiza por el sistema de fertirriego y los diagnósticos de las dosis que se aplicarán se basan en los análisis foliares, para lo cual existen algunas referencias de niveles nutricionales en suelos para cultivos de flores que establecen valores ideales con base en la CIC. En la tabla 8 se muestran algunos de esos valores (Ortega, 1997, referenciado por Microfertisa, 2006).

∙ 124 ∙

15 - 20

20 - 25

25 - 30

35 - 40

mg kg

-1

K

156 - 312

196 - 391

235 - 469

312 -625

Ca

1200 - 2400

1800 - 3000

2400 - 3000

3600 - 4800

Mg

240 - 280

300 - 600

360 - 720

480 - 960

B

0,4 - 0,8

0,4 - 1

0,6 - 1,2

0,6 - 1,6

Cu

1,5 - 2,5

2-3

2 - 3,5

2 - 4,5

Fe

60 - 140

80 - 160

100 - 180

140 - 220

Mn

10 - 18

15 - 21

15 - 24

15 - 30

Zn

2,5 - 6

3-7

4-8

6 - 10

Lo mostrado en la tabla 8 indica que si los niveles en el suelo con base en la CIC no se encuentran en esos rangos ideales, la diferencia se debe aplicar a la solución del suelo en el fertirriego.

∙ 125 ∙

Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

Fertilización del cultivo a partir de lo extraído para una producción potencial Otra herramienta que se emplea para poder determinar las cantidades de nutrientes con que se debe fertilizar un cultivo es aquella que establece la diferencia entre los contenidos de nutrientes en el suelo, en kg ha-1, para una profundidad dada y los extraídos por la planta para una producción específica, también expresados en kg ha-1 (Garces, 1998).

Capítulo 8

CO o MO (kg ha-1) =

100 kg

Para la segunda expresión es necesario transformar el CO o la MO a N total (Nt), como sigue: Nt = CO x 0,086 o Nt = MO x 0,05 o MO/20 (Castro y Gómez, 2010). En algunos casos este valor lo reporta el análisis de suelo. Nt (kg ha-1) =

Para poder encontrar los contenidos de nutrientes en el suelo se parte de la información que suministra el análisis de la profundidad a la que, se estima, se encuentra la mayor proporción de raíces que toman nutrientes; esta normalmente corresponde a la profundidad en la que se tomó la muestra de suelos. También se parte de la densidad aparente, único parámetro que no reporta un análisis convencional de suelos, pero cuya valoración se puede realizar de manera sencilla con el método del cilindro (IGAC, 2006). A continuación, se presentan las expresiones matemáticas requeridas para calcular los contenidos de nutrientes.

Peso de la hectárea (P ha) Para efectos de facilitar los procedimientos matemáticos de los parámetros, se sugiere trabajar el volumen en m3, lo cual implica que al transformar la densidad aparente a kg m-3 se debe multiplicar por 1.000.

contendido de CO o MO (kg) x P ha (kg ha-1)

contenido Nt (kg) x contenido de CO o MO (kg ha-1) 100 kg

Por el comportamiento de este elemento en el suelo y los factores que lo afectan, es difícil calcular cuánto del Nt queda disponible en el suelo para la planta. Castro y Gómez (2010) proponen emplear una constante de mineralización que calculan en 2% (0,02) para suelos templados y entre 2,7 y 3,2 % (0,027 a 0,032) para suelos cálidos. Esa constante la aplican al valor del Nt antes de transformarlo en kg ha-1. Nd (%) = Nt (%) x constante de mineralización

Luego, al aplicar este valor a los contenidos de CO o MO en kg ha-1, se tendrá: Nt (kg ha) =

contenido Nt (kg) x contenido de CO o MO (kg ha-1) 100 kg

P y microelementos Densidad = masa/volumen Masa = densidad x volumen Volumen = hectárea en m2 x profundidad en m P ha = densidad (kg m-3) x 1.000 x volumen (m3) Nitrógeno Normalmente este se expresa a partir de los contenidos de MO o de los de CO, por tanto las expresiones matemáticas que determinan su contenido total en el suelo son como siguen.

Estos nutrientes se trabajan juntos debido a que la unidad en que se expresan es la misma: ppm o mg kg-1 de suelo. En este procedimiento de puede incluir al S cuando sea solicitada su determinación, en razón a que su contenido en el suelo se expresa en las unidades mencionadas. Dado que se trata de unidades equivalentes, se pueden trasformar en unidades que permitan su fácil procesamiento y expresión. Por ello ppm o mg kg-1 se pueden expresar como kg del elemento en un millón de kg de suelo o, si se desea, g del elemento por millón de gramos de suelo. Para efectos prácticos, en la siguiente fórmula se emplean kg del elemento por millón de kg de suelo. Elemento (kg ha-1) =

En primer lugar se debe hallar el contenido de CO o MO en el peso de la hectárea, con la siguiente expresión. Como los valores de MO y CO están en porcentaje, es decir son adimensionales, se les puede asignar cualquier unidad; razón por la cual, para este caso, se expresan en kg por 100 kg de suelo.

∙ 126 ∙

P ha (kg ha-1) x contenido del elemento en el análisis (kg) 106 (kg)

La disponibilidad de P al igual que la de N es difícil de calcular y, casi siempre, se supedita a las necesidades del cultivo, aunque Havlin et al. (2005) al analizar el comportamiento de este elemento en el suelo con relación a la planta, manifiestan que su contenido es extremadamente bajo para suplir las necesidades del cultivo, pero que cuando se fertiliza se

∙ 127 ∙

Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

pueden alcanzar valores de utilización hasta del 20 %, lo que implica que la disponibilidad es menor a ese valor. En lo que respecta a los microelementos, la disponibilidad no ha sido propuesta por las cantidades tan pequeñas que se manejan en los suelos, además de las bajas cantidades que requieren las plantas. Ca, Mg y K Las expresiones matemáticas que se emplean para calcular la disponibilidad (kg ha-1) de estos elementos son las siguientes: Para la transformación de meq 100 g-1 de suelo a kg 100 kg-1, se establece la equivalencia por elemento como sigue: 1 meq de Ca = 0,02 g 1 meq de Mg = 0,012 g 1 meq de K = 0,039 g

Capítulo 8

invernadero, y específicamente para las flores de corte, la comparación se realizaría entre la cantidad presente en el suelo y la requerida para producir el número de flores deseado por área de cultivo, según la especie. Aunque matemáticamente los resultados son exactos en esta herramienta, no necesariamente el valor obtenido en uno o varios elementos es lo que se tiene que aplicar, porque se requiere conocer la valoración de otros parámetros ya expuestos para ajustar esos valores. Por ejemplo, es necesario conocer los datos de saturación de bases y sus relaciones catiónicas, para ver si están en las proporciones y niveles adecuados; de no estarlo es necesario calcular a partir de los niveles de referencia cuánto más se tendría que aplicar. En este punto un criterio que pesa bastante es el económico porque técnicamente la justificación no tendría discusión.

Sustratos Dada la diversidad de este tipo de materiales en el mercado, es necesario realizar una selección a partir de lo que se requiere. Por esto, se deben tener en cuenta los siguientes aspectos (Martínez y Roca, 2011):

Por tanto,

Clasificación • contenido del elemento en g = valor meq (0,02; 0,012; 0,039 g, según el elemento) por contenido en el análisis. • g del elemento por 100 g de suelo es equivalente a kg del elemento por 100 kg de suelo. Luego, la expresión final queda: Elemento (kg ha-1) =

P ha (kg) x contenido del elemento (kg)

Según sus propiedades. Químicamente inertes: grava, arena silícea, lana de roca y perlita son algunos de los que se pueden emplear. Químicamente activos: se pueden emplear vermiculita, turbas, residuos de madera, entre otros. Según su origen. Orgánicos, que pueden ser naturales como las turbas, o sintéticos como el poliuretano. Minerales, naturales como la grava y la arena o tratados como la perlita y la vermiculita.

100 kg

Propiedades de los sustratos Para la disponibilidad de estos elementos, Castro y Gómez (2010) recomiendan manejar rangos mínimos de saturación más que un valor puntual, proponiendo como alternativa 50 % para Ca, 15 % para Mg y 2 % para K. Conocidos los contenidos nutricionales en el suelo de cada elemento (kg ha-1), se pueden comparar con lo extraído para un nivel específico de producción, con el fin de establecer las diferencias positivas o negativas; las primeras indican que los contenidos en suelo podrían suplir las necesidades del cultivo y las segundas, que es necesario suplementar ese elemento para aportar lo que el cultivo requiere. En el caso particular de los cultivos en

∙ 128 ∙

Mecánicas. Que no sufra deterioro en el tiempo para mantener sus propiedades físicas. Propiedades físicas. Ellas definen las características del espacio poroso donde se alojarán las raíces, el aire y la solución nutritiva. Entre ellas se destacan: granulometría, densidad real y aparente, porosidad total, agua disponible, agua de reserva, capacidad de contenedor (cantidad de agua que queda en el sustrato después de saturarlo y dejarlo drenar) y capacidad de aire.

∙ 129 ∙

Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

Propiedades químicas. Hace referencia a la capacidad que tienen los sustratos de generar intercambio iónico (químicamente activos) o no (materiales inertes). Cuando se da el primer caso se genera CIC, lo que permite definir un nivel de recepción de cargas del material; en el segundo caso, como no existe carga, se garantiza que la solución nutriente mantenga su concentración nutricional. En el caso de los materiales activos, estos se ven expuestos a generar salinidad, por ello, el manejo de la fertirrigación con relación a la CIC es importante y, aunque en los inertes la carga es muy baja o nula, este inconveniente se puede corregir con un simple lavado. Otra característica importante es la relación C:N, que se da fundamentalmente en los sustratos orgánicos, porque ayuda a determinar el nivel de deterioro del sustrato y qué tanto se afecta la dinámica de estos dos elementos.

Capítulo 8

Tabla 9. Parámetros y valores para la clasificación de aguas. Problema potencial Salinidad CEa (dS m-1)

meq L

Moderado

Severo

< 0,7

0,7 - 3,0

> 3,0

Riego superficial

meq L

-1

< 3,0

3,0 - 9,0

> 9,0

< 3,0

> 3,0

Cloruros

Elementos traza

∙ 130 ∙

RAS

Riego por aspersión

Es un fenómeno de contaminación que se origina fundamentalmente por problemas de mal drenaje o por el empleo de riego o fertirriego en cultivos en invernadero, lo que causa poco movimiento de la humedad en profundidad. Esto genera un desequilibrio químico donde predominan cationes, como Na y Mg sobre Ca y K, y aniones, como los nitratos, los sulfuros, los cloruros, los carbonatos y bicarbonatos. Para detectar este problema se emplean parámetros relacionados con el agua, como se muestra en la tabla 9 (Ayers y Wescot, 1987).

En razón a la complejidad del suelo y su variabilidad en el tiempo, por efectos del manejo agronómico, influencia de las condiciones climáticas y uso de aguas de riego de baja calidad, se requiere por parte de los profesionales de campo una mayor atención a todos aquellos elementos que puedan intervenir de manera directa o indirecta en el comportamiento del suelo y por ende de la planta cultivada en este. Un elemento crucial para disminuir los riesgos de contaminación y deterioro del suelo es la adecuada interpretación de los análisis de suelos, para lo cual es pertinente emplear más de una herramienta, con el objeto de definir los criterios que ayudarán al establecimiento del plan de fertilización. La respuesta a un plan de fertilización no solo está supeditada a lo mencionado, también lo está a aquellas prácticas de aplicación y a la clase y calidad de los productos seleccionados.

Ninguno

Sodio Riego superficial

Salinidad

Consideraciones finales

Grado de restricción en el uso

Toxicidad de iones específicos

Riego por aspersión

Dentro de las consecuencias de la salinidad se tiene incremento del potencial osmótico del suelo, que genera dificultades en la disponibilidad de nutrientes hacia la planta y afecta su desarrollo y producción. Asimismo, las características físicas del suelo o del sustrato se pueden ver afectadas, disminuyendo el espacio poroso a causa de la desagregación de los peds del suelo o de los gránulos del sustrato.

Unidades

-1

< 4,0

4,0 - 10,0

< 3,0

> 3,0

> 10,0

Boro < 0,7

0,75 - 3,0

> 3,0

Nitratos

< 5,0

5,0 - 30,0

> 30,0

Bicarbonatos

< 1,5

1,5 - 8,5

> 8,5

meq L

-1

pH rango normal: 6,5 - 8,4

En los casos en que se emplean los sustratos en mezcla con el suelo o solos, es necesario caracterizarlos, si no poseen ficha técnica, y estar pendientes de su comportamiento físico-químico porque de él depende una adecuada respuesta a la fertilización o al fertirriego. Se ha insistido en el empleo de herramientas para facilitar el proceso de interpretación de los análisis de suelos y así poder establecer planes de fertilización, pero estos últimos están relacionados directamente con la planta de cultivo. Por ello, el conocer las etapas fenológicas, los niveles de absorción, acumulación y distribución de nutrientes en la planta cada día cobra mayor importancia, para hacer más eficiente la fertilización y maximizar la respuesta de la planta.

Bibliografía Ayers, R.S. y D.W. Wescot. 1987. Water Quality for Agriculture. FAO Irrigation and drainage paper 29(1). Roma: FAO. 174p. Castro, F.H.E. y M.I. Gómez. 2010. Fertilidad de suelos y fertilizantes. En: Burbano H. y F. Silva (Eds.). Ciencia del Suelo Principios Básicos. Sociedad Colombiana de la Ciencia del Suelo. 1.a Ed. Bogotá: Editorial Guadalupe. pp. 248-264. Garces, T.G. 1998. Interpretación de Análisis de Suelos con Fines de Fertilización. Fundamentos Básicos. Coljap. Seminario - taller. Capitanejo, octubre 29 y 30.

∙ 131 ∙

Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

Havlin, J.L., J.D. Beaton, S.L. Tisdale y W.L. Nelson. 2005. Soil Fertility and Fertilizers an Introduction to Nutrient Management. 7.a Ed. New Jersey: Pearson Prentice Hall. 515p. ICA. 1992. Fertilización en Diversos Cultivos. Quinta aproximación. Manual de Asistencia Técnica No. 25. Bogotá. 64p. IGAC. 2006. Manual de Métodos Analíticos de Laboratorio de Suelos. 6.a Ed. Bogotá: Imprenta Nacional. pp. 149-228. Martínez, P.F. y D. Roca. 2011. Sustratos para el cultivo sin suelo. Materiales propiedades y manejo. En: Flórez R., V.J. (Ed.). Sustratos, Manejo del Clima, Automatización y Control en Sistemas de Cultivo sin Suelo. Bogotá: Editorial Universidad Nacional de Colombia. pp. 37-78. Medina T., A. 2006. Métodos de diagnóstico nutricional para fertirriego utilizados en Colombia. Experiencias y perspectivas. En: Flórez R., V.J., A. de la C. Fernández, D. Miranda L., B. Chaves C. y J.M. Guzmán P. (Eds). Avances sobre Fertirriego en la Floricultura Colombiana. Bogotá: Unibiblos. pp. 191-216. Microfertisa. 2006. Manual Técnico de Fertilización de Cultivos. 1.a Ed. Bogotá: Produmedios. Plaster, E.J. 2009. Soil Science and Management. 5.a Ed. New York: Delmar Cengage Learning. 495p. Salamanca, S.R. 1990. Suelos y Fertilizantes. Bogotá: Universidad Santo Tomas. 354p.

∙ 132 ∙

∙ Capítulo 9 ∙

Lisímetros volumétricos* Carlos A. González Murillo1, Quelbis R. Quintero Bertel2, Víctor J. Flórez R.3 y María F. Quintero C.4

Resumen Ante la creciente necesidad de manejar cada día con mayor eficiencia el agua, el uso de los lisímetros volumétricos permite desarrollar estrategias para cuantificar en forma muy aproximada los requerimientos de agua de los cultivos, igualmente útil en el desarrollo del monitoreo a través del perfil del suelo de los químicos solubles y no solubles del agua del suelo. En este documento se presenta la definición del lisímetro, la determinación del balance hídrico y se hace una revisión del fin con que es usado en muchos países así como los elementos que deben tenerse en cuenta en la instalación. Finalmente se presenta el proceso de diseño y construcción de una batería de lisímetros multipropósito instalada en el Centro Agropecuario Marengo de la Universidad Nacional, que tiene diferentes potencialidades de uso. El lisímetro está equipado con medidores de humedad capacitivos en el centro de los mismos, tensiómetros construidos para este propósito, un tubo de drenaje para controlar el nivel freático y un protector de lluvia automatizado mediante un sensor de presencia de la misma, para que los niveles de humedad aplicados no se vean afectados por la pre* Para citar este capítulo: González M., C.A., Q.R. Quintero B., V.J. Flórez R. y M.F. Quintero C. 2017. Lisímetros volumétricos. En: Flórez R., V.J. (Ed.).Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel. Bogotá: Editorial Universidad Nacional de Colombia. pp. 133-164. 1  Profesor asociado, Departamento de Ingeniería Civil y Agrícola, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Colombia. Grupo de Investigación Geotecnologías. [email protected]. 2  Profesor programa de Ingeniería Ambiental de la Universidad Autónoma de Colombia. Director Grupo de Investigación Bioindustrias. [email protected]. 3  Profesor asociado, Departamento de Agronomía, Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá. Grupo de Investigación Horticultura. [email protected]. 4  Profesora Tiempo Completo, Facultad de Agronomía y Veterinaria, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, México. [email protected].

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

cipitación. El diseño estructural se realizó usando el método de resistencia última y el del protector de lluvia, el método de esfuerzo admisible. Palabras clave: eficiencia de riego, coeficiente de cultivo, uso consuntivo, balance hídrico, batería de lisímetros.

Introducción Entre los principales retos para el uso sostenible del recurso hídrico en la agricultura está la cuantificación de la cantidad de agua disponible en el medio, en función de las diferentes necesidades provenientes de los sectores industrial y de consumo humano. El manejo eficiente está priorizado por la magnitud del consumo de agua en el sector agrícola, el cual corresponde a un 69 % (FAO, 2002). Los estudios buscan encontrar respuestas para satisfacer las aspiraciones sociales, económicas y ambientales sobre el uso sostenible del recurso, asegurando una producción competitiva y rentable. Mortsch (2006) señala de particular interés una provisión suficiente y con un suministro seguro, en cantidad y calidad, teniendo en cuenta las vicisitudes presentadas por el cambio climático; para adaptarse a este fenómeno, uno de los aspectos recomendados es el reforzamiento de las prácticas de conservación del agua, referido a la búsqueda permanente del aumento de la eficiencia de riego. Para cuantificar el consumo de agua de los cultivos existen diferentes aproximaciones que buscan estimar, de la forma más precisa, la evapotranspiración (ET) de los cultivos. En la estimación de la ET se pueden tener modelos que usan métodos aerodinámicos (Thornthwaite y Holzman, 1942), de balance de energía (Bowen, 1926), combinados (Penman, 1948; Monteith, 1965) y empíricos, los cuales tratan de relacionar las variables climáticas con la ET del cultivo (Blaney-Criddle, 1950; FAO, 1977). Los lisímetros se han constituido en un método estándar para medir la ET (Payero e Irmak, 2008) e investigar en la calidad del agua (Howell et al., 1991), usándose para medir la ET real del cultivo y la ET del cultivo de referencia. La construcción del tipo de lisímetro, de pesada o volumétrico, depende de la disponibilidad de recursos, pero los más usados con esos propósitos son los lisímetros de pesada. Sin embargo, un monitoreo apropiado de las variables climáticas y del suelo, así como un adecuado control de las limitaciones experimentales que puedan presentarse en un lisímetro gravimétrico o volumétrico, puede suministrar muy buena información mediante el balance de masas para estimar con mayor exactitud el consumo de agua de los cultivos.

∙ 136 ∙

Capítulo 9

Los lisímetros de pesaje son más precisos. Howell et al. (1991) señalan que las precisiones pueden ser menores a 0,05 mm y algunos tienen precisiones de menos de 0,02 mm, aunque su construcción se torna más onerosa. Mientras los lisímetros volumétricos pueden ser menos costosos y la exactitud en las mediciones por sus características constructivas, depende de una medición precisa de cada una de las variables introducidas para realizar el balance hídrico así como del control de las limitaciones experimentales. Los lisímetros para la mayoría de ingenieros, por su perfil de formación, fueron concebidos para estimar la ET; sin embargo otras mediciones (experimentales) pueden ser realizadas, entre las que podrían señalarse: determinar funciones de producción y productividad de los cultivos, estimar los efectos de la altura del nivel freático sobre el rendimiento de los cultivos, modelar y verificar los procesos de transporte de solutos miscibles y no miscibles, estimar los procesos de salinidad en el suelo, entre otros. El objetivo de este trabajo es compartir la experiencia en la etapa de diseño y construcción de una batería de lisímetros volumétricos multipropósito, en la cual se puede estimar la evapotranspiración real y potencial de los cultivos potencialmente exportables y de alto valor comercial en la Sabana de Bogotá. Además, se busca calcular la huella hídrica y la función de producción, así como modelar el transporte de los solutos durante el ciclo productivo de los cultivos de interés.

Definición La palabra ‘lisímetro’ es derivada de la palabra griega lysis, que significa ‘disolución’ o ‘movimiento’ y metron, que significa ‘medida’ (Aboukhaled et al., 1982). Podría ser interpretada, entonces, como la medida del agua infiltrada en el suelo (Howell et al., 1991). El lisímetro consiste en un recipiente impermeable que contiene un volumen de suelo y que, mediante el monitoreo de algunos parámetros del suelo que puedan ser usados en el balance hídrico del volumen de control, permite estimar las variables de interés. Inicialmente los lisímetros fueron concebidos para estudiar el drenaje profundo y la concentración de nutrientes extraídos del suelo. La evapotranspiración era determinada como subproducto (Pereira et al., 1997), pero Howell et al. (1991) y Goss y Ehlers (2009) evidencian la importancia que han tomado los lisímetros en la estimación de esta. Por su parte, Lopez (1970) afirma que los lisímetros permiten un mejor conocimiento de los factores que influyen en el proceso de evapotranspiración y comparar el grado de exactitud de los métodos indirectos que son utilizados para estimarla, así como en su utilidad para el entendimiento del proceso de infiltración del agua en el suelo y la manera como las plantas utilizan esa agua. Allen et al. (2011) refuerzan el concepto sobre su utilidad, observada desde sus inicios, señalando

∙ 137 ∙

Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

Capítulo 9

que los lisímetros han sido usados intensivamente para proveer información útil en el desarrollo, calibración y validación de los métodos de estimación de ET. Según el manejo de la humedad del suelo y del tipo de cultivo se puede medir la evapotranspiración real o del cultivo (ETc) o la evapotranspiración potencial (ETo), cuyo término ha evolucionado para ser conocida como evapotranspiración del cultivo de referencia5,6,7,8. Berrada et al. (2008) consideran que las mediciones directas de la ET son más precisas cuando se usan lisímetros de pesada, dado que aquellos que no son de pesada o volumétricos, aunque más comunes, no son considerados los más indicados para medir ET del cultivo de referencia o coeficiente de cultivo Kc. Para determinar la ETc, deben mantenerse las condiciones naturales de humedad del suelo y, para la ETo, se debe aplicar riego al cultivo sembrado en el lisímetro manteniendo la humedad del suelo a capacidad de campo. Las mediciones de humedad obtenidas pueden ser volumétricas o de masa, dependiendo del tipo de medidor instalado (Tuccy y Beltran, 1993). La ecuación general de balance hídrico puede ser expresada como: Entradas - Salidas = Cambio en el contenido de humedad del suelo (∆θ)

1

De la cuantificación de cada una de las variables que pueden ser medidas se puede obtener la ETo o ETc en función del tipo de experimento que se esté llevando a cabo. Las entradas que pueden ser medidas o contabilizadas son Precipitación P (mm), Riego R (mm), Escorrentía de entrada Ei (mm) y de salida Es (mm), Percolación profunda Pp (mm), 5  La ET del cultivo de referencia aparece en el documento FAO 24 (1977) como la velocidad de evapotranspiración de una superficie verde de gramíneas que ofrezca cobertura total, en crecimiento activo, entre 8 y 15 cm de altura uniforme y sin déficit de humedad. 6  Evoluciona un poco con la especificación del método de estimación de Penman-Monteith por un grupo de expertos de la FAO en 1990 y fue acogida en FAO 56 (2006). Fue definida como la evapotranspiración de un cultivo hipotético con una altura asumida de 0,12 m, una resistencia de la superficie de 70 s m-1 y un albedo de 0,23 m, lo que asemeja a la evaporación que ocurre en una superficie extensa de pasto verde de altura uniforme, creciendo activamente y bien regada. 7 Berrada et al. (2008) reseñan que la ecuación de Penman-Monteith calcula la evapotranspiración (ET) de un cultivo de referencia, que en este caso es alfalfa, usando datos meteorológicos tales como temperatura máxima y mínima, radiación solar y velocidad del viento. La definen como la evapotranspiración de un cultivo de alfalfa (50 cm de altura) que no sufre estrés de humedad y que ofrece cobertura total. A diferencia del estado de Colorado, otros estados de EE. UU. usan como cultivo de referencia gramíneas de 12 cm de alto. 8 Wright et al. (2000) señalan que el comité técnico de evapotranspiración en riego e hidrología de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles (ASCE) ha recomendado la adopción de dos modelos estandarizados de estimar ETo: ETn para ser determinada en cultivos de porte alto (por ejemplo alfalfa) y ETos para determinar ETo en cultivos de porte bajo (pastos; gramíneas). Esta última ecuación es equivalente a la FAO 56 (2006) que se recomienda para determinaciones diarias.

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Aporte por capilaridad Ac (mm) y el cambio del contenido de humedad del suelo ∆θ. La ET como una variable de salida del sistema es evaluada a partir del balance hídrico o de masas que se realice, así: ET (mm)=

[P+R+Ei+Ac] [Pp+Es] ∓[∆θ*Pr] Suma de las entradas Suma de las salidas

2

El cambio del contenido de humedad del suelo puede ser positivo o negativo en función de si el suelo está perdiendo o ganando humedad. Pr es la profundidad del suelo analizado con el objeto de conservar la misma dimensión de longitud (mm), que tienen las otras variables del balance hídrico; midiendo o eliminando algunas de estas, las restantes pueden determinarse por diferencia entre los componentes del balance (Grillo, 1983). Por ejemplo, en función del lisímetro montado se puede considerar que tanto la escorrentía de entrada como de salida pueden ser despreciadas, este es el caso correspondiente a la batería de lisímetros instalada en el Centro Agropecuario Marengo (CAM), campo experimental de la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá. Igualmente, si la salida es tipo lisímetro y no existe nivel freático se puede despreciar el Ac, de manera que el balance de masas quede más fácil de evaluar dependiendo de las mediciones del riego, la precipitación, del contenido de humedad a través del perfil de suelo y del drenaje interno o percolación profunda que puede fácilmente monitorearse. En este contexto, el objetivo de la instalación de la batería de lisímetros en el CAM es la determinación del consumo de agua de diferentes cultivos comúnmente sembrados en la Sabana de Bogotá, así como la determinación de procesos de movimiento de agroquímicos usualmente aplicados a estos cultivos, con el fin de realizar una gestión más eficiente del agua para riego.

Importancia de los lisímetros Los lisímetros son dispositivos que permiten estimar de manera directa el balance de masas del agua del suelo y de los solutos solubles y no solubles que son aplicados al suelo. Se puede considerar como un instrumento muy adecuado dado que permite realizar mediciones de volúmenes y flujos de agua, y solutos en el suelo. Sin embargo, podrían resultar costosos porque además exigen personal de investigación entrenado aunque la precisión de la información obtenida facilitaría los diferentes procesos de investigación que se lleven a cabo. Los trabajos realizados, entre otros, por Vanclooster et al. (1994), Vink et al. (1997), Schoen et al. (1999), Vanderborght et al. (1997), De Rooij y Stagnitti (2002), Karapana-

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

gioti et al. (2004), Pallavi et al. (2009), Creutzfeldt et al. (2010), Meissner et al. (2010), Piwowarczyk et al. (2010), y Schrader et al. (2013) muestran múltiples aplicaciones de los lisímetros volumétricos o gravimétricos. Reportan investigaciones de la dinámica de pesticidas, herbicidas y solutos en el suelo, su movimiento, la validación de modelos de transporte de solutos, y la variabilidad espacial y temporal en estado estable o no estable. De acuerdo con Goss y Ehlers (2009), los lisímetros, además de coadyuvar en la comprensión de la fisiología de los cultivos, facilitan conocer la dinámica del cultivo en campo y su relación con la hidrología regional. Uno de los campos en que los lisímetros son más usados es en la estimación de evapotranspiración para calibrar y validar los parámetros de diferentes modelos de evapotranspiración. Esto constituye una herramienta eficaz para planificar el riego, hacer gestión integral de los recursos hídricos y, en general, estudios medioambientales (Gavilán y Berengena, 2004; Jia et al., 2006). No es un proceso simple, debido a la interacción suelo-planta-ambiente y para determinarla experimentalmente se requiere hacer mediciones apropiadas de varios parámetros físicos con equipos de precisión (Tuccy y Beltran, 1993). Se han reportado una gran cantidad de modelos analíticos y empíricos para estimar la evapotranspiración potencial o del cultivo de referencia (ETo). Si se observa la evolución en la terminología y definición empleada sobre la ETo, se puede encontrar desde la descrita por Thornwaite (1948) hasta la definición ampliamente aceptada hoy en día sobre la evapotranspiración del cultivo de referencia, que puede ser atribuida a la FAO 56 (2006). Yin et al. (2008) recomiendan calibrar regionalmente la radiación neta del modelo combinado de Penman-Monteith, expresado en FAO 56 (2006), porque podría producir sobreestimaciones hasta del 27 %; no obstante, es el modelo que más razonablemente puede aplicarse para regiones áridas o húmedas. El modelo de estimación Thornwaite (1948) tiene como principal ventaja el uso solamente de la temperatura del aire, que todavía en algunas regiones y aplicaciones sigue siendo de gran utilidad, especialmente en zonas donde existe un monitoreo escaso y pueden indicarse tendencias en la lluvia, ET, humedad del suelo y escorrentía; adicionalmente, constituye uno de los métodos de balance hídrico más utilizado, para fines climatológicos, en escala mensual (Tateishi y Ahn, 1996). Hargreaves y Samani (1985) es un modelo empírico basado en la radiación y en la temperatura del aire, y usado en donde los datos climáticos son limitados (Djaman et al., 2015). El método es aplicable en climas áridos y semiáridos9, con limitación en condiciones de clima húmedo porque puede presentar valores mayores a los reales. Linacre (1977) presenta unos modelos que requieren solo las temperaturas promedio y de 9  Se caracterizan por tener una relación de precipitación media anual y ETo inferior a 0,65 (Fernández, 2003).

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Capítulo 9

punto de rocío del aire para estimar ETo y evaporación desde lagos. En zonas con elevada humedad el método propuesto por Linacre (1977), que es una modificación de Penman, puede utilizarse para estimar la evapotranspiración de referencia con buena aproximación en períodos menores a un mes. Cuando no se tienen datos meteorológicos para estimar la evapotranspiración de referencia, el método de Budyko (Castro Neto y Soares, 1989) puede arrojar datos aproximados, aunque este método es muy simplificado, pues considera que la ETo media por día equivale a 1/5 de la temperatura media del aire (Schäfer, 2009). Estos elementos son presentados para mostrar como los métodos empíricos y analíticos podrían ser aplicados para cualquier región, siempre y cuando se consideren con suficiente ponderación las limitaciones que cada modelo presente así como la viabilidad de ser aplicado para una región o para un desarrollo particular. Lanthaler (2004), en un reconocimiento e investigación sobre el uso de los lisímetros en Europa, reporta la existencia de 2.440 lisímetros, de los cuales el 84,2 % (2.304) son volumétricos o gravimétricos. Esto evidencia un bajo porcentaje de lisímetros de pesaje, posiblemente por ser de difícil construcción y por su costo elevado. En el estudio describen cómo los lisímetros son utilizados con diferentes propósitos y por la cantidad de lisímetros instalados y por la variedad de sus aplicaciones se puede inferir la importancia de su uso.

Uso de los lisímetros en diferentes campos de la investigación En la tabla 1 se presentan diferentes usos de los lisímetros, con base en encuesta a los centros de investigación europeos realizada por Lanthaler (2004); también, complementariamente se presentan algunas investigaciones en los tópicos señalados y se resalta la importancia del uso de los lisímetros por su gran variedad de aplicaciones. Se puede observar la diversidad de estudios que pueden realizarse con lisímetros, que aportan de manera significativa para el desarrollo sostenible de áreas y actividades de la producción agrícola, minera, forestal e industrial.

Requerimientos para la ubicación de una batería de lisímetros Los lisímetros deben reflejar las condiciones in situ del experimento que se realiza; por lo tanto, el lugar donde se instale el lisímetro debe corresponder a las mismas condiciones climáticas, de suelo y de vegetación, así como la misma distancia a las aguas subterráneas como a toda la zona de ensayo. Los aspectos que se deben tener en cuenta sobre la selección del emplazamiento de los lisímetros son mostrados en la figura 1. Se muestra que es prioritario analizar tres elementos: a) las características edafo-climáticas del entorno; b) la determinación de parámetros de clima y del suelo, y c) los aspectos administrativos relativos al manejo y toma de información.

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∙ 142 ∙ • Balance hídrico en el suelo (Creutzfeldt et al., 2010). Determinación de la evapotranspiración. Infiltración y recarga de las aguas subterráneas en diferentes áreas y uso del suelo para diferentes condiciones climáticas y topográficas. (Tyagi et al., 2000; Tuñón, 2000). • Contenido de agua en el suelo, temperatura del suelo, potencial matricial del suelo, movimiento del agua en el suelo, velocidad de infiltración en la zona no saturada (Sackschewsky et al., 1995). • Suministro de agua: calidad del agua subterránea y del agua potable. • Monitoreo de las aguas de infiltración (calidad y cantidad) y la fluctuación del nivel freático (Meissner et al., 2010). • Calibración de los modelos de transporte de agua y solutos en el suelo en la zona no saturada (Vanderborght et al., 1997; Smith et al., 1995). • Experimentos de trazadores (Schoen et al., 1999). • Obtención de muestras de agua del suelo para las investigaciones de procesos químicos del agua. • Comparación de los resultados de diferentes tipos de lisímetros. • Mediciones de infiltración y la interacción con las aguas subterráneas. Propósito de investigación • Entrada de sustancia antropogénica en los agroecosistemas: movimiento de nutrientes, sales, acumulación de nutrientes y pesticidas, lixiviación de agroquímicos (Vanclooster et al., 1994). • Investigaciones sobre el catabolismo y el destino de los productos fitosanitarios en diferentes cultivos y suelos a diferentes niveles freáticos (Karapanagioti et al., 2004). • Demanda de agua de las zonas agrícolas. • Balances hídricos y de nutrientes para las zonas agrícolas. • Comparación de los diferentes sistemas de cultivo / pastizales / agro-forestal y su influencia en la cantidad de agua de infiltración y la calidad (Green et al., 1995). • Calibración los modelos de transporte de nutrientes (Jabro et al., 1997). • Evaluación del riesgo de contaminación de las aguas subterráneas por algunos herbicidas y pesticidas (Schoen et al., 1999; Vink et al., 1997). • Precisión en la planificación del riego. • Predicción de filtración de agua de sitios contaminados. • Obtención de indicadores de calidad de agua de filtración, para utilizarlos como valores de referencia para la validación de la predicción de las aguas de drenaje de otras áreas contaminadas. • Efecto de la precipitación en la lixiviación de contaminantes (Stark et al., 1995). • Investigación de la eficacia de los sistemas de sellado de superficie para pozos de áreas que fueron de explotación minera. • Examinar los revestimientos de lodos de aguas residuales. • Estudios sobre la calidad y cantidad de agua lixiviada, incluyendo la variación del nivel freático en zonas que han sido de explotación minera. • Determinación de contaminantes liberados de materiales contaminados y modelación del transporte de lixiviado.

Hidrología, Física de suelos, Edafología, Hidrogeología, Economía del agua

Campo de investigación

Agronomía, Economía agrícola, Economía forestal

Ecología y Protección del Ambiente

Fuente: adaptado de Lanthaler (2004)

Propósito de investigación

Campo de investigación

Tabla 1. Uso de los lisímetros para diferentes campos de investigación.

Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel Capítulo 9

Localización de lisímetros

Características edafoclimáticas del entorno Aspectos administrativos

Determinación de parámetros edafoclimáticos in situ • Mantenimiento • Fácil acceso • Capacitación operario • Protección perimetral • Evaluación de datos

Clíma local (Precipitación, temperatura, dirección y velocidad del viento, humedad relativa radiación solar, nubosidad, etc.)

Figura 1. Elementos que tener en cuenta para determinar la localización de una batería de lisímetros. Adaptado de OECD (2000).

Limitaciones de los lisímetros

Cuando se instala un lisímetro, las condiciones hidráulicas e hidrofísicas naturales se alteran induciendo a errores en las mediciones obtenidas, por lo que deben plantearse estrategias para su minimización.

En los trabajo de Lopez (1970), Tzenova (1978), Grillo (1983), Howell et al. (1991) y Lanthaler (2004) se mencionan los siguientes errores y sugerencias para evitarlos en la construcción de lisímetros: • Efecto oasis: los valores obtenidos son para la posición del lisímetro, lo que implica eliminar el aumento de disipación del vapor por calor latente, debido a la presencia de aire más caliente y más seco en el lisímetro. Ello implica que se requiere extender

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

significativamente la superficie contigua al lisímetro con el mismo cultivo que se va a usar para el experimento, en el caso que se esté investigando sobre uno. Se deben evitar igualmente construcciones y árboles en las zonas aledañas, con el objeto de que sea representativo de las condiciones climáticas e hidrológicas de la zona, con el fin de poder realizar escalamiento de los resultados y minimizar errores. • Efecto pared: se presenta por la imposibilidad de flujo lateral entre el lisímetro y las zonas aledañas, con lo cual se presenta advección en pequeña escala desde las paredes del lisímetro hacia el cultivo debido a calor latente. Este efecto se puede minimizar reduciendo la relación de superficie de pared a superficie evapotranspirante bajo medición, construyendo lisímetros de pared muy delgada y máxima área posible. Otro aspecto que debe ser minimizado es el flujo preferencial que se puede dar a lo largo de las paredes. • Área y profundidad: un área de paredes mayor que la superficie experimental y la forma de los lisímetros produce una limitante en la veracidad de los resultados obtenidos, llamado efecto lateral. Una manera de reducir el efecto de la relación entre la superficie de paredes y superficie experimental es construir lisímetros con una superficie experimental mayor, que incide en los costos de construcción, funcionamiento hidráulico y, para el caso de lisímetros de pesada, la medición del peso. En la tabla 2 se encuentra la influencia lateral de acuerdo con la forma de los lisímetros. Se puede observar que la forma circular es la de menor influencia lateral, muy similar a esta la forma cuadrada. También a mayor superficie experimental la influencia lateral disminuye. • Alteración del suelo. Al colocar el suelo en los lisímetros se modifican la retención de humedad, difusividad del calor, densidad y arreglo de los horizontes, por lo que es importante colocar las capas de suelo en el orden original, tratando de mantener igual la densidad, debido a su relación directa con la compactación y a su vez con el desarrollo de las raíces. • Flujo de calor. El almacenamiento y flujo de calor en las paredes del lisímetro no deben ser diferentes a las del suelo adyacente. La diferencia de conductividad térmica entre el material de las paredes de los lisímetros y el suelo produce alteración en el balance de energía. Se tiene que garantizar el equilibrio de calor entre el suelo en el lisímetro y el suelo circundante no alterado. Para minimizar este error se debe realizar una selección adecuada del material así como de la disposición de los lisímetros. Si se tienen lisímetros de pesaje circulares, independientes y metálicos conviene sellarlos bien en la parte superior con un material aislante y flexible con el fin de evitar intercambio de aire con diferentes temperaturas, entre el exterior y las cámaras entre los recipientes.

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Capítulo 9

Tabla 2. Influencia lateral según la forma de lisímetro. Rectangular

Cuadrada

Circular

Influencia lateral (m m-2)

Dimensiones (m)

Influencia lateral (m m-2)

Dimensiones (m)

Influencia lateral (m m-2)

-

1,000/1,000

4,00

1,128

3,54

2/1

3,00

1,414/1,414

2,83

1,596

2,51

3/1

2,67

1,732/1,732

2,31

1,954

2,05

4/1

2,50

2,000/2,000

2,00

2,258

1,77

5/1

2,40

2,236/2,236

1,79

2,524

1,59

Dimensiones (m)

• Equilibrio de humedad y drenaje. En la parte inferior de lisímetro se produce un cambio brusco entre el suelo y material más permeable generalmente (gravas, arenas) debido a la interrupción del perfil natural de los suelos; esto genera irregularidades en la presión y los flujos de agua. Se genera un almacenamiento al final del lisímetro cuyo resultado es que el flujo de agua ocurre cuando la presión hidráulica supera la presión de aire (atmosférica), los poros se saturan y el agua de drenaje queda acumulada (en contraste con las condiciones naturales del suelo). Es por ello que un buen sistema de drenaje en el fondo del lisímetro garantiza que no haya acumulación de humedad en esta parte del mismo. • Un manejo inadecuado de los controles que permiten un flujo apropiado de agua puede afectar la evapotranspiración con errores significativos en los resultados obtenidos. • Una vez se presente ingreso de agua al lisímetro por precipitación, se genera modificación del flujo de agua en el suelo y de drenaje en el perfil del suelo y en el fondo del mismo, lo cual afecta directamente el consumo de agua del cultivo. En este sentido, es importante que los lisímetros dispongan de mecanismos para controlar la cantidad de agua de ingreso, usando alguna de las dos alternativas: a) emplazar un mecanismo para evitar la caída del agua directamente al lisímetro utilizando un protector móvil de lluvia, cuando la precipitación afecta una variable de investigación, como por ejemplo el estudio sobre el efecto de los niveles de humedad en la producción (figura 2); b) en el caso de lisímetros descubiertos, es necesario implementar equipos de medición cercanos a la estación de lisímetros (pluviográfos) para cuantificar de manera precisa la precipitación caída, con el fin de establecer un apropiado balance hídrico. Algunas veces, podría ser diferente la precipitación medida a la que reciben los lisímetros. Este aspecto es fácilmente corregible con la medición en tiempo real de las variables involucradas en el balance hídrico. • Cultivo. Entre los factores para considerar con respecto al cultivo que se sembrará, se pueden mencionar la profundidad de las raíces, cobertura vegetal y corte de materia

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verde. Con el fin de minimizar errores en las mediciones es necesario diseñar lisímetros de acuerdo con el cultivo objeto de estudio, para definir la profundidad en función de la profundidad efectiva. También es necesario diferenciar si el experimento busca obtener la ETo o la ETc, dados los requerimientos de cobertura para el primer caso. Es importante especificar el tipo de cultivo que se planea sembrar para determinar la ETo; es decir si es gramíneas o alfalfa. Cuando se realiza el experimento para determinar ETc es necesario definir la densidad de siembra, de otra manera no podrían generalizarse los resultados obtenidos. En cuanto al corte de materia verde (aplicable a cultivo estándar, generalmente pasto o alfalfa), este debe ser frecuente para evitar remoción de materia vegetativa en activo estado fisiológico, que afecta el consumo potencial.

a

b

Capítulo 9

• Sensibilidad de las mediciones. Debido a que los cambios de humedad son pequeños, se requieren instrumentos con muy buena precisión. Es igual de importante garantizar una relación favorable entre la superficie con el volumen, por lo que se recomienda reducir la profundidad del tanque, teniendo en cuenta no limitar el desarrollo radicular.

Tipos de lisímetros Los lisímetros difieren en sus características, desde unos muy sencillos hasta otros de gran precisión. Según Lanthaler (2004), los lisímetros se clasifican según el tamaño, así: pequeño, si la superficie experimental es < 0,5 m²; estándar, cuando la superficie oscila entre 0,5 y 1 m², y grande, si la superficie es > 1 m². Según la forma de medición de la evapotranspiración existen dos tipos básicos de lisímetro: de pesaje, utilizados para fines agrícolas, y de no pesaje (gravimétricos o volumétricos), utilizados para el análisis químico de las aguas de drenaje (Parisi et al., 2009). Sin embargo, en los últimos, midiendo los cambios de humedad del suelo con sonda de neutrones o transductor de presiones, puede estimarse la evapotranspiración del cultivo realizando el balance de agua en el suelo (Poss et al., 2004). Lisímetros gravimétricos o volumétricos

c

d

El principio básico consiste en un recipiente con una tubería de drenaje, donde se descarga el agua de exceso (figura 3). En el fondo es conveniente colocar una capa de gravilla, separado del suelo por un geotextil u otro tipo de material que regule la velocidad con que el agua del perfil se distribuye en el filtro, para evitar su colmatación y posibles errores en las mediciones por redistribución interna del agua y la percolación profunda. El suelo debe ser dispuesto dentro del lisímetro en el mismo orden de los horizontes con sus respectivos espesores y las propiedades aproximadamente iguales a las condiciones naturales (densidad aparente, porosidad, conductividad hidráulica, etc.).

Figura 2. Lisímetros con protección de lluvia ubicados en el Centro Internacional de Agricultura Tropical CIAT (Palmira – Colombia). a) Vista frontal, b) y c) Vista lateral y d) Cultivo de frijol en lisímetros en etapa de investigación.

Este tipo de lisímetro mide la evapotranspiración de manera indirecta, resolviendo la ecuación de balance hídrico en el suelo (Tuñón, 2000). Con el control de la precipitación y su consecuente escorrentía, la ecuación de balance hídrico queda reducida, como se muestra, a las ecuaciones 1 y 2.

Fotos: Carlos A. González M.

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Capítulo 9

La humedad del suelo puede ser determinada a través de métodos gravimétricos, resistencia eléctrica, tensiómetros, reflectometría en el dominio del tiempo (TDR), reflectometría en el dominio de la frecuencia (FDR) o dispersión de neutrones. Por esto se requiere la dotación de equipos según el método adoptado para la medición del cambio de humedad en el suelo, así como su correspondiente curva de calibración.

Lisímetro volumétrico multipropósito construido en el Centro Agropecuario Marengo, de la Universidad Nacional de Colombia El lisímetro está construido en el lote 5 del Centro Agropecuario Marengo (CAM), de la Universidad Nacional de Colombia, en el municipio de Mosquera – Cundinamarca (figura 4). La temperatura promedio mensual del área de influencia es de 13 oC, con fluctuaciones diurnas y nocturnas, conque presentan valores menores a 0 oC en las madrugadas y mayores a 20 oC hacia el mediodía en las épocas secas del verano (Arévalo y Morales, 2002). La precipitación promedio anual entre los años 1981 y 2001 fue de 666,95 mm, aunque en los años 2013 y 2014 la estación registró valores de 997,2 y 926,5 mm, respectivamente. El promedio mensual de la humedad relativa es de 82,6 %, con brillo solar de 1.662,6 horas/año, evaporación de 1.114,0 mm/año y velocidad del viento predominante de 3,0 m s-1 en la dirección sur (Arévalo y Morales, 2002).

Figura 3. Esquema típico de un lisímetro gravimétrico o volumétrico y lisímetro de la estación meteorológica Tibaitatá – Mosquera. a) Disposición general en el campo del lisímetro, b) estructura del contenedor de los recipientes de medida, c) suelo debidamente aislado del medio, d) recipiente de almacenamiento o provisión de agua, e) recipiente de distribución de agua y f) recipiente de drenaje. Fotos: Carlos A. González M.

De la medición diaria de los volúmenes de agua aportados por los diferentes componentes del balance hídrico y los recogidos en el drenaje, se obtiene el volumen de agua evapotranspirada, que al ser dividida por la superficie del lisímetro, proporciona la evapotranspiración en lámina por unidad de tiempo. Con mediciones periódicas de humedad del suelo en un determinado espacio de tiempo, se puede obtener el otro componente del balance hídrico que lo constituye el almacenamiento ganado o perdido debido al riego, lluvia o evapotranspiración (Tuccy y Beltran, 1993).

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Figura 4. Ubicación del Centro Agropecuario Marengo de la Universidad Nacional de Colombia.

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En la figura 5 se muestra la calicata M4 del estudio detallado de suelos realizado por el IGAC (2014), así como las otras realizadas por el proyecto. La calicata M4 fue llevada a cabo en las coordenadas geográficas: 4o40’51,276” N - 74o12’48,330” W y altitud de 2.541,2 m.

a

b

Capítulo 9

racterísticas indican que estos suelos son apropiados para el buen desarrollo de especies cultivadas con buena profundidad radicular. Por su parte, los resultados del análisis químico indican que estos suelos presentan reacción fuertemente ácida, capacidad de intercambio catiónica alta, bases totales altas en el primer horizonte y medias en profundidad, saturación de bases altas en la capa arable y medias en los horizontes inferiores; relación iónica entre Ca/Mg ideal en todos los horizontes, al igual que Mg/K, Ca/K y (Ca+Mg)/K, fósforo muy alto en los primeras capas y de nivel medio en los demás horizontes. Además se presentan niveles bajos de elementos menores como zinc, cobre y boro.

Diseño conceptual del lisímetro multipropósito Se denomina lisímetro multipropósito porque tiene la ventaja de ser utilizado para desarrollar investigación que permita analizar diferentes factores edafo-climáticos y ambientales del suelo, la planta y la interacción suelo - planta - atmósfera. Por su diseño y construcción puede ser utilizado, en principio, para determinar:

c

d

Figura 5. a) Perfil de la calicata M4 descrita en IGAC (2014), b) perfil en el sector sur del lote, c) perfil observado en la excavación y d) perfil de la excavación con nivel freático alto.

1. E vapotranspiración del cultivo de referencia. 2. Evapotranspiración del cultivo y determinación de coeficientes de cultivos para aquellos que pueden ser sembrados en la región y en los lisímetros construidos. 3. Evaluación de los niveles de humedad más apropiados para potenciar la productividad de los cultivos. 4. Evaluación del movimiento de solutos solubles en el suelo. 5. Evaluación del movimiento de agua en el suelo no saturado. 6. Respuesta de los cultivos a la posición del nivel freático.

Según Lopez (1970), las limitantes que pueden tener los lisímetros son: el efecto oasis, el efecto de pared, la alteración del suelo, el flujo de calor, el equilibrio de humedad y drenaje, la precipitación, el cultivo y la sensibilidad a las mediciones. Por otro lado, Tzenova (1978) considera como limitante la relación entre el área y la profundidad de los lisímetros, que la denomina ‘efecto lateral’. Para cada limitación, es necesario considerar estrategias de diseño y procedimentales con el fin de minimizar errores en los datos obtenidos, como se muestra en la tabla 3.

La interpretación del perfil señala que estos suelos se han originado de sedimentos aluviales medianamente finos y medios; presentan moderada evolución edafogenética; tienen epipedón úmbrico, endopedón cámbico y baja saturación de bases; son moderadamente profundos, moderadamente bien drenados y de texturas medianamente finas; dichas ca-

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Capítulo 9

a

Tabla 3. Estrategias de diseño consideradas para minimizar limitantes. Tipo de efecto

Estrategia

Oasis

Fue reservada un área experimental de 2.400 m2, 50 veces mayor al área de la batería de lisímetros (45 m2), ubicada en un lugar alejado de la entrada de los vientos predominantes, en medio de cultivos de frutales, espárragos, alstroemerias e invernaderos para investigación. (figura 6).

Pared

Por requerimientos estructurales es difícil eliminar el efecto de pared, por lo que se seleccionó la construcción en bloque de espesor 0,20 m, el menor para contrarrestar los esfuerzos del suelo. Igualmente, las paredes fueron construidas de forma rugosa, de tal manera que el flujo preferencial se disminuyera ostensiblemente.

Lateral

Fue disminuido con las dimensiones del lisímetro de 1,20 x 1,20 m y una profundidad de 1,0 m en la parte menos profunda y de 1,2 m en la parte profunda, con un ángulo de 9o, como se muestra en la figura 7b.

Alteración del suelo

Los perfiles del suelo se colocaron teniendo en cuenta el estudio de suelos del IGAC (2014); se pusieron capas pequeñas de 10 cm de espesor y estas se humedecieron para tratar de obtener la densidad aparente del suelo circundante. Pese a esto, es menester resaltar que la evapotranspiración es sobre cultivos mecanizados, por lo que el perfil del suelo será disturbado a una profundidad de 0,5 m (figura 5).

Equilibrio de humedad y drenaje

Se instaló una tubería de PVC de 4 pulgadas, perforada, recubierta con un geotextil y conectada al drenaje externo, lo cual garantiza una salida rápida de los excesos de humedad (figura 8). Este sistema adicionalmente sirve para simular la presencia del nivel freático en cada unidad experimental.

Precipitación

Se proyectó un protector de lluvias equipado con sensor de lluvia que cubra el área de los lisímetros cuando esté lloviendo y la descubra, para exponer las plantas a las condiciones ambientales naturales cuando cese la lluvia (figuras 7a y 9). De esta manera se garantiza que la precipitación no altere las condiciones de humedad (niveles de humedad investigados) en cada unidad experimental.

b

Figura 6. Área experimental reservada para los diferentes trabajos de investigación que se realizarán. a) Vista general del lisímetro y del lote y b) ubicación con el lote experimental y los lotes vecinos.

a Protector de lluvia o ‘rain shelter’ Salidas de drenaje que permiten controlar el nivel freático en los lisímetros

12 unidades de lisímetros

b 0.2 m

Cultivo

Sensibilidad de las mediciones

La profundidad de los lisímetros es superior a la profundidad efectiva del grupo de cultivos a ensayar, por lo que se espera que esta limitación no afecte las mediciones realizadas en los lisímetros.

1.2 m 1m

1.2 m

1.2 m 9º

Es abordada con la instalación de diferentes instrumentos: 1) tensiómetros construidos para tomar medidas de tensión de humedad del suelo con un transductor de presión; 2) Medidor capacitivo de humedad; y 3) Medidor TDR de humedad (figuras 11 y 12).

0.8 m 0.8 m Columneta en concreto reforzado con acero de diámetro de 3/8”

1.2 m

Figura 7. Aspectos generales y detalles del plano del lisímetro. a) Esquema general y componentes, b) dimensiones de los lisímetros que confinan el suelo para la siembra del cultivo.

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Capítulo 9

Diseño y construcción del lisímetro multipropósito

a

b

c

d

c

d

e

f

e

f

g

h

g

h

Teniendo en cuenta los criterios establecidos en el diseño conceptual de acuerdo con la tabla 3, se dispusieron 12 lisímetros, seis lisímetros por lado, con un área superficial de 1,44 m2, 1,2 m de profundidad en la parte más profunda y 1,0 m en la parte más superficial (figura 7b). Se construyó un pasillo central que permite movilizarse para realizar las correspondientes mediciones de las variables de interés y de acuerdo con los instrumentos usados (figuras 7 y 9). La cimentación fue construida en concreto reforzado y la paredes en mampostería estructural confinada, atendiendo la solicitación de cargas y cálculo de los esfuerzos, según lo establecido por la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica (2010). La figura 10 muestra el proceso constructivo de la placa de cimentación y la mampostería estructural correspondiente a los lisímetros.

a Drenaje del lisímetro.

b Conexión del drenaje interno a la tubería externa, para controlar el nivel freático.

c





d

Figura 8. Aspectos constructivso del lisímetro. a) Lisímetro donde se observa el drenaje interno con su envoltura de geotextil, b) conexión del drenaje y tubo para controlar el nivel freático, c) preparación de la tubería de drenaje y frontal, y d) capa de grava encima de los drenajes recubiertos con geotextil.

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Figura 9. Protector de lluvia. a) Dimensiones horizontales y verticales, b) apariencia final después de plastificado, c) posición de la cercha, d) cercha y estructura para ubicar el motor de movimiento, e) rodamiento inferior de la cercha, f) detalle del rodamiento, g) motor de rodamiento mediante cadena realizado en al parte superior de la estructura y h) detalle de ubicación del motor.

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a

b

Capítulo 9

c

das en mampostería estructural con bloque en concreto 0,20, confinada con columnetas cada 1,2 m y una viga de amarre perimetral en la superficie exterior (figura 7b). Todos los muros fueron cubiertos con pañete e impermeabilizados con el fin de evitar infiltraciones y la consecuente pérdida de agua (figuras 10e y 10f), lo que ocasionaría distorsiones en las mediciones de los cambios de humedad en el suelo contenido en los lisímetros. Tabla 4. Variables de diseño estructura de concreto.

d

e

f

Figura 10. Proceso constructivo de la mampostería contenedora de suelo. a) Excavación, b) loza de concreto de pisos, c) ladrillos utilizados, d) mampostería estructural, e) mampostería cubierta con pañete (cemento más arena), y f) cultivo de remolacha sembrada en los lisímetros.

El dimensionamiento de los elementos horizontales en concreto, cuyo diseño se realizó como una losa en dos direcciones soportada en los extremos, con identificación de las cargas actuantes y la interacción entre ellas, se realizó en SAP2000, con los parámetros mostrados en la tabla 4. Los elementos verticales fueron diseñados en mampostería estructural. Tanto estos como los horizontales atienden la solicitación de cargas y cálculo de los esfuerzos, según lo establecido por la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica (2010), tomando como la situación más crítica la producida por el suelo cuando los lisímetros se encuentran vacíos. Una vez realizado el análisis de los resultados arrojados por SAP2000, se configuraron los elementos con dimensiones y refuerzos del concreto, según las especificaciones descritas a continuación. La cimentación del pasillo está construida en concreto reforzado con un espesor de 0,25 m, doblemente reforzado con acero de diámetro 3/8” separados a 0,25 m. La cimentación de los lisímetros está construida en concreto con un espesor de 0,20 m reforzado con acero de diámetro de 3/8” separado a 0,20 m. Las paredes están construi-

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Parámetros

Valor

Unidad

Ángulo de fricción del suelo (θ)

10

(o)

Coeficiente activo de presión de tierra (Ka)

0,70

(-)

Coeficiente pasivo de presión de tierra (Kp)

1,42

(-)

Peso específico del suelo (ϒS)

2,08

(g m-3)

Peso específico del concreto (ϒconcreto)

24000

(N m-3)

Resistencia a la compresión del concreto (f’c)

28,1

(Mpa)

Esfuerzo de fluencia del acero (fy)

420

(Mpa)

El protector de lluvia tuvo dos etapas relacionados con el diseño: a) diseño eléctrico, que consistió en la selección del motor y la elaboración de la tarjeta de control para asegurar el movimiento con el sensor de presencia de lluvia acoplados a los interruptores de final de carrera; esta parte fue realizada con base en el trabajo de Mora (2006); b) el diseño estructural de la cercha metálica, construida en tubería de 1” de diámetro y 5/16” de espesor.

Equipos del sistema de monitoreo y control para el protector de lluvias Para el diseño eléctrico, Mora (2006) concibió un sistema de control que permite a un usuario presente en el cultivo manipular el movimiento del protector de lluvia (rain shelter) a distancia. Además, en ausencia del personal del cultivo, el control debe ser capaz de cerrar el invernadero ante la presencia de lluvia y abrirlo en estado de clima seco. Es un requisito indispensable que el control manual de cierre y el sistema de monitoreo y control automático puedan funcionar en paralelo, es decir, que no sea necesario tener funcionando el control automático para operar el control manual y viceversa. Por otro lado, funcionar en paralelo significa que las decisiones tomadas por el usuario y el control automático son igualmente prioritarias en el manejo del protector. El cierre del rain shelter debe hacerse en un tiempo prudente para evitar errores en las medidas, y se prevé para ello un tiempo no mayor a 30 s. Este sistema en conjunto cuenta con dispositivos de protección por sobrecarga y corto circuito. Con el fin de transmitir el movimiento, el sistema está equipado con rodamientos de desplazamientos impulsados por un motor reductor de 0,5 HP con alimentación trifásica

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y velocidad igual a 1.800 rpm con reducción 1:40. El montaje está en una torre para aislar el sistema del cultivo. El sistema de monitoreo consta de un microcontrolador con seis entradas lógicas provenientes del sistema de control manual y de un sensor de lluvia. Cuenta con una salida a una pantalla de cristal líquido donde se muestran los seis posibles estados del cobertor de lluvia y los dos posibles estados del clima (seco o lloviendo). El sistema de control automático fue implementado sobre el mismo microcontrolador utilizado para el sistema de monitoreo, que a su vez recibe la señal del sensor de presencia de lluvia. A partir del estado del rain shelter y del estado del clima se toman decisiones en el controlador y se dispone de tres salidas optoacopladas que están conectadas en paralelo con las salidas de la estación de mandos del control manual del sistema. El control manual tiene la misma posibilidad de ejercer el control sobre aquel aunque el control automático solo operará una vez inicie la lluvia. En esta etapa se seleccionaron el motor y los elementos necesarios para llevar a cabo el buen funcionamiento del mismo.

Capítulo 9

Tabla 5. Parámetros de diseño considerados en el diseño de la estructura metálica. Descripción Combinaciones de carga

Ecuación

Observaciones 1,4D 1,2D + 1,6L 0,9D + 1,6W

Carga en área de inclinación

V es la velocidad básica del viento en el lugar (22 m s-1). Kd = 0,85, definido en la tabla B.6.5-4; I = 1,0, definido en la tabla B.6.5-1 de acuerdo con la sección A.2.5, en la cual se toma el grupo 1. Kzt = 1,0, definido en la sección B.6.5.7.2. Kz = 0,697. Z es tomado hasta la altura media de la cubierta. Según la tabla B.6.5-2 se tomará el valor de Zmin = 9,0 m. El valor de C = 0,3 es obtenido de la misma tabla. Se obtiene que Iz = 0,305; Lz = 94,13 m; Q = 0,929. G = 0,883; CNbarlovento = 1,3; CNsotavento = -0,9; Pbarlovento = 201,77 Kg m-2; Psotavento =-139,69 Kg m-2.

Carga vertical

Cf = 1,65 de acuerdo con la sección B.6.5.14, cargas de viento de diseño en muros libres y vallas macizas, se requiere el valor de Cf el cual es obtenido de la figura B.6.5-17

La metodología para el diseño estructural del protector de lluvia corresponde a los estados límites, contemplados por la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica (2010) en el reglamento Colombiano NSR-10, utilizando los factores de resistencia y combinaciones sugeridas en el título F.2.2.3; los parámetros de diseño para el dimensionamiento de los elementos de la cercha se presentan en la tabla 5. La disposición de la estructura metálica y el sistema de rodamiento del cobertor de lluvias se muestra en la figura 9. Una vez realizado el cálculo de los esfuerzos de cada elemento, se aprecia que los elementos en mayor carga axial se encuentran en la parte superior del área inclinada de la cercha, sin presentarse mayor nivel de carga en los tendones, con los siguientes valores: Desplazamiento máximo en los nodos de X = 2 mm, Y = 13 mm, Z = 3 mm Fuerza axial máxima a tensión = 1832,2 kg Fuerza axial máxima a compresión = 2180,87 kg Fuera cortante máxima = ± 270,72 kg Los desplazamientos en los nodos están por debajo del máximo permisible para este tipo de estructura, según la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica (2010).

D = Carga muerta (183,90 N m-2) L = Carga viva (5 KN m-2) W = Carga de viento (0,4 KN m-2)

Perfil

Uniones

ɸ = 3/4” e = 1/8” Se seleccionó unión soldada para los elementos de la estructura. Se aplica un factor de seguridad de 1,5 (factor de mayoración de carga), con el fin de satisfacer los requerimientos del reglamento NRS-10 Titulo F

Circular

Dado que la mayor fuerza axial es de 1832,2 kg, se requerirá un cordón no menor de 3 mm en todo el perímetro de la unión, con un electrodo E700xx.

Fuente: Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica (2010)

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Capítulo 9

a

Equipos de medición de tensión de humedad y de contenido de humedad del suelo Para la medición de la tensión de humedad del suelo, en cada lisímetro se instalaron seis tensiómetros (72 tensiómetros en total) construidos en los laboratorios de Ingeniería Agrícola de la Universidad Nacional de Colombia y Diseño Industrial de la Universidad Autónoma de Colombia, y cuya medición se realizó utilizando un transductor de presión (figura 11).  Para la medición de humedad del suelo se utilizan dos instrumentos, el sensor Profile Probe 2 PR2 (hasta 1 m de profundidad) conectado al transductor y data logger HH2 de DELTA-T devices®, y el Minitrase de Soil Moisture®. La diferencia en la medición de humedad radica en el principio físico que utilizan para medirla: mientras el PR2 es un medidor capacitivo, el Minitrase es un TDR (figura 12). Con las mediciones sucesivas de los cambios de humedad en los lisímetros y la apropiada utilización del balance de humedad se estima el agua evapotranspirada por el cultivo a través del tiempo en el período del cultivo.

b

c

d

d

e

f

Conclusión A diferencia de Europa, en donde una prospección llevada a cabo por Lanthaler (2004) mostró el número de lisímetros que se encuentran así como su gran espectro de aplicabilidad, en nuestro medio este instrumento es poco usado con propósitos de investigación. Los lisímetros volumétricos presentan ventajas para llevar a cabo el desarrollo de tareas de investigación básicas, tales como la determinación del coeficiente de cultivo a lo largo de los diferentes estadios fenológicos de las plantas cultivadas en el país, así como la determinación de los niveles de humedad más apropiados para obtener la mayor rentabilidad de los cultivos. Es menester informar que algunos estudios se están realizando en la actualidad sobre la huella hídrica de diferentes cultivos; sin embargo se parte de la estimación de la evapotranspiración potencial y con base en coeficientes de cultivos obtenidos en otras latitudes, lo que indudablemente llevaría a sobreestimar o subestimar este componente. Igualmente es prioritario tener herramientas que permitan determinar los diferentes procesos de evolución de químicos solubles y no solubles en el suelo; esto permitiría complementar las diferentes tareas de manejo y conservación de los suelos que se tienen en el futuro cercano.

Figura 11. Proceso constructivo de tensiómetros para los lisímetros. a) Esquema general de un tensiómetro, cuya medición se realiza con un transductor digital de presión, b) cápsula porosa importada, c) tubo de acrílico transparente, d) tapón maquinado para ser inyectado con la aguja del transductor, e) maquinado de las llaves de cada tensiómetro y f) set de tensiómetros construidos e instalados.

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a

b



c

d

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f

4

Figura 12. Medidores de humedad. a) Accesorios del kit del Minitrase, b) vista de las sondas de acero para conectar el TDR, la cápsula negra es el conector entre las sondas y el equipo medidor; c) data logger y transductor del sensor PR2, denominado HH2; d) sensor del medidor PR2, previamente se debe instalar una cápsula en donde se embebe el medidor para registrar el contenido de humedad; e) cápsula vacía para introducir el PR2, y f) la cápsula se instaló una vez se empezaron a llenar los lisímetros.

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Capítulo 9

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Lisímetros de pesada* Carlos A. González M.1, Quelbis R. Quintero B.2, Víctor J. Flórez R.3 y Harold Tafur H.4

Resumen El UNLisitron, un lisímetro de pesada diseñado y construido en la Universidad Nacional de Colombia se presenta. Se muestran los resultados que pueden ser obtenidos de la información almacenada y transmitida, como pueden desplegarse en una página web, la forma de operación en campo y el diagrama de bloques de la manera como están entrelazados los diferentes componentes de su sistema electrónico. El capítulo empieza por señalar algunos aspectos generales sobre la evolución de la definición de la evapotranspiración potencial o del cultivo de referencia, su importancia y uso en la determinación de la huella hídrica de los cultivos, pasando a mostrar consideraciones generales relacionados con el balance de masa en un lisímetro, así como los diferentes tipos de lisímetros de pesada que se pueden encontrar. Se concluye que el instrumento puede ser de gran utilidad para el manejo del riego en clavel y en hortalizas sembradas en sustrato en función de su contenido de humedad así como controlar el porcentaje del lixiviado del riego aplicado al cultivo. Palabras clave: evapotranspiración, huella hídrica, Evapotranspiración del cultivo de referencia, consumo de agua, sustrato. * Para citar este capítulo: González M., C.A., Q.R. Quintero B., V.J. Flórez R. y H. Tafur H. 2017. Lisímetros de pesada. En: Flórez R., V.J. (Ed.). Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel. Bogotá: Editorial Universidad Nacional de Colombia. pp. 165-186. 1  Profesor asociado, Departamento de Ingeniería Civil y Agrícola, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Colombia. Grupo de Investigación Geotecnologías. [email protected]. 2  Profesor programa de Ingeniería Ambiental de la Universidad Autónoma de Colombia. Director Grupo de Investigación Bioindustrias. [email protected]. 3  Profesor asociado, Departamento de Agronomía, Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá. Grupo de Investigación Horticultura. [email protected]. 4  Profesor asociado, Departamento de Ingeniería, Facultad de Ingeniería y Administración, Universidad Nacional de Colombia - Sede Palmira. [email protected].

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Introducción Estimar la evapotranspiración (ET) es importante para el desarrollo y manejo de los recursos de agua y suelo así como para evaluar y cuantificar la producción de alimentos fibras y biocombustibles (González et al., 2017, Allen et al., 2011). Schultz y Wrachien (2002) señalan que para aprovechar al máximo las inversiones en la agricultura se requiere un mayor esfuerzo para modernizar los sistemas de riego y drenaje, así como desarrollar apropiadas estrategias de manejo, compatibles con las tendencias socioeconómicas, financieras y ambientales. Para ello, se debería buscar una aproximación holística al monitoreo y manejo del riego y el drenaje con el objeto de incrementar la producción de alimentos, conservar el agua, evitar procesos de salinización y proteger el ambiente. Para afrontar estos retos, los mismos autores sugieren enfocarse en una serie de aspectos entre los cuales explicitan los métodos de cálculo para estimar la ET y los requerimientos hídricos de los cultivos. La apropiada determinación de la ET del cultivo coadyuva a manejar el recurso hídrico más eficientemente (Tyagi et al., 2000; Benli et al., 2006). Con el uso de la huella hídrica como un indicador del agua limpia utilizada por los diferentes consumidores de uso directo e indirecto, y concebida como el volumen de agua empleado para producir un bien particular, medida en el punto de la producción (Chapagain y Hoekstra, 2011), algunos investigadores han desarrollado estrategias para su determinación en la producción de cultivos a nivel local, como el realizado por Chouchane et al. (2015) en Túnez, o para su determinación en el proceso de producción de vino en Italia (Lamastra et al., 2014), hasta aproximaciones realizadas a nivel global, como la llevada a cabo por Chapagain y Hoekstra (2011) para el arroz y los resultados sobre la huella hídrica verde, azul y gris, presentados por Mekonnen y Hoekstra (2011). Podría señalarse que la estimación de la huella hídrica se está comenzando a utilizar a nivel mundial como un indicador de la eficiencia de producción aplicado a casi todos los sectores de la economía. En el sector agrícola se plantea como una herramienta que coadyuva en la identificación de la eficiencia de un proceso de producción. Los resultados de huella hídrica presentados para los diferentes cultivos muestran que están directamente relacionados con el consumo de agua por ET. Una deficiente estimación de esta, generada por la falta de estimación de parámetros locales como Kc, afecta los resultados obtenidos de huella hídrica. Es indudable que la huella hídrica puede ser utilizada como un instrumento de política que permita crear conciencia colectiva sobre el uso del agua en la rutina diaria de la población; sin embargo, es pertinente refinar su estimación apropiadamente para ser adecuada a las condiciones locales donde los diferentes cultivos se han establecido, con mayor justificación para la región Andina. Allí las condiciones topográficas inciden directamente en los microclimas y, por ende, en la estimación de la evapotranspiración potencial (ETo) y de la

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evapotranspiración del cultivo (ETc). En este contexto, una adecuada estimación de la ET se torna indispensable en la determinación de la huella hídrica. Cuando se va a aplicar el concepto a un determinado cultivo, sus resultados dependen en gran medida de la cuantificación de la ET localmente. Es importante resaltar la forma genérica que se ha utilizado para la obtención de la huella hídrica: a) se hace énfasis en la estimación de la ETo obtenida del modelo de Penman-Monteith; b) se estima la ETc en función de los Kc tabulados en FAO 56; c) la huella hídrica se calcula en m3 t, obtenido de la relación volumen de agua consumida por año por el área sembrada total, y d) se determina cada uno de sus componentes; la huella hídrica verde, que corresponde al agua evapotranspirada y suministrada por la lluvia en la producción del cultivo; la huella hídrica azul registrada como aquella porción de agua evapotranspirada y suministrada por riego artificial desde la superficie o de aguas subterráneas, y la huella hídrica gris correspondiente con aquella porción de agua limpia contaminada en el proceso de producción. De acuerdo con Chapagain y Hoekstra (2011), la mayoría de estudios en el cálculo de la huella hídrica ha hecho énfasis en los dos componentes relacionados con la ETc. Este método o modelo Penman-Monteith se refiere a la ecuación que se usa para determinar evaporación de superficies con vegetación. El modelo fue desarrollado por Monteith (1965), a partir del trabajo de Penman (1948), quien derivó el método analítico combinado (aerodinámico y balance de energía) para estimar la ETo. Monteith (1965) demostró su base termodinámica y posteriormente esta ecuación fue recomendada por el grupo de expertos de la Comisión Internacional de Riego y Drenaje (ICID) y la FAO (Allen et al., 1994a), la cual se vio posteriormente reflejada en la publicación FAO 56 (Allen et al., 2006).

Consideraciones sobre la evapotranspiración (et) de los cultivos La ET es el producto combinado de la evaporación del suelo y transpiración de la planta; se constituye en el mismo proceso de evaporación del agua, desde dos superficies diferentes: planta y suelo. Sin embargo, para identificación, manejo y acorde con la nomenclatura usada universalmente, a su combinación se le denomina evapotranspiración (ET). Para el proceso de ET, tres requerimientos físicos básicos son necesarios (Feddes y Lenselink, 1994): i) un suministro continuo de agua; ii) energía disponible para pasar de agua líquida a vapor; y iii) un gradiente de vapor de agua para mantener el flujo desde la superficie evaporante a la atmósfera. Similarmente ha existido una evolución en el concepto de evapotranspiración potencial (ETo). La FAO 24 (Doorenbos y Pruitt, 1977) introduce el concepto que revalida lo que se manejaba como ETo y acuña como nuevo término Evapotranspiración del Cultivo

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de Referencia (ETo)5, el cual se maneja actualmente. Se define como la velocidad de evapotranspiración de una superficie extensa de pasto verde de altura uniforme entre 8 y 15 cm de alto, creciendo activamente y ofreciendo cobertura total y que no tiene déficit de humedad. En este trabajo se busca estandarizar el procedimiento mediante la determinación de la ETo, con base en información climática y de lisímetros, representando diferentes condiciones ambientales para ser aplicadas, tal como se señala en el apéndice II del texto FAO 24. Fueron usados cuatro modelos para determinar ETo: Blaney–Criddle, Radiación, Penman y Tanque de Evaporación. Las ecuaciones originales de estimación fueron llevadas a un mismo concepto de ETo, mediante la aplicación de coeficientes que dependían de las condiciones locales. Una vez se obtiene la ETo, se determina la evapotranspiración del cultivo (ETc) mediante la multiplicación de la ETo por un coeficiente de cultivo, que es aplicable a cualquiera de las estimaciones de ETo obtenidas por alguno de los cuatro modelos citados. Cuando la estimación del modelo se realiza por la estrategia planteada por FAO 24, muchos autores llaman las ecuaciones o modelos como FAO Blaney-Criddle, FAO Penman, FAO Radiación o FAO Tanque de Evaporación (Smith et al., 1996). En 1990, a un panel de expertos e investigadores les fue encomendada la revisión de las metodologías que aparecen en el documento FAO 24. Este requerimiento fue realizado por la FAO, la Comisión Internacional de Riego y Drenaje (ICID) y la Organización Meteorológica Mundial (OMM). El reporte de los consultores recomendó adoptar el modelo Penman-Monteith. Estos autores revisaron la definición de la ETo así como los procedimientos de cálculo para determinar la evapotranspiración del cultivo de referencia (Allen et al., 1994a; Allen et al., 1994b). De acuerdo con Allen et al. (1994a), la evapotranspiración de referencia ETo se refiere a una superficie vegetal sobre la cual las medidas del clima son realizadas y provee una serie consistente de estimaciones que puede ser usada para estimar la ETc de otros cultivos. Relacionar ETo a un cultivo específico tiene la ventaja de proveer una imagen mental del proceso de ET así como representar el proceso biológico y físico involucrado en el balance de energía de una superficie cultivada. FAO 56 (Allen et al., 2006) señala que el concepto se introdujo para estudiar la demanda de evapotranspiración de la atmósfera, de forma independiente del tipo y desarrollo del cultivo y de las prácticas de manejo. El documento FAO 56 define la ETo como la producida en un cultivo hipotético de pasto (gramíneas), con una altura asumida de 0,12 m, con una resistencia superficial fija de 70 s m-1 y un albedo de 0,23. La superficie de referencia es muy similar a una superficie extensa de pasto verde, bien regada, de altura uniforme, con crecimiento activo y dando sombra totalmente al suelo. 5  ETo. Obsérvese que se mantiene igual la nomenclatura para especificar evapotranspiración potencial y evapotranspiración del cultivo de referencia porque en este reporte se considera que lo que se ha logrado es una evolución del concepto mismo, el cual se popularizó con el segundo término.

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Los coeficientes de cultivo (Kc) para determinar la evapotranspiración del cultivo (ETc), en muchos casos, se extraen de la compilación realizada por la FAO 56 (Allen et al., 2006). La ET del cultivo (ETc) está directamente relacionada con la ET del cultivo de referencia, a través de la relación: {Evapotranspiración del cultivo (ETc)} = {Evapotranspiración del cultivo de referencia (ETo)} x {Coeficiente de cultivo (Kc)}

1

González et al. (2017) señalan que la definición de ETo es la que ha evolucionado desde una noción muy ambigua como la expresada por Thornthwaite (1948), como la máxima evapotranspiración que se alcanza por un cultivo cuando no hay déficit de humedad del suelo, hasta la aceptada hoy en día (FAO 56). Grassi (1988) expresa que la tendencia fue ubicar el proceso evapotranspiratorio en una situación análoga a la evaporación de una superficie de agua libre, en cuyo caso son los factores climáticos los determinantes de la velocidad de evapotranspiración. Este sentido lo tienen los trabajos de Penman (1948) y Thornthwaite (1948).

Sobre los lisímetros González et al. (2017) presentan diferentes funcionalidades de los lisímetros desde el monitoreo al crecimiento y estimación del consumo de agua de los cultivos hasta la verificación de modelos de movimiento de agua y solutos a través del perfil de suelo, entre otros. La ecuación general de balance hídrico presentada por los autores se constituye en la herramienta que coadyuva a integrar las diferentes variables monitoreadas para determinar el consumo de agua por los cultivos y se expresa como: ET (mm)=

[P+R+Ei+Ac]

-

[Pp+Es]

Suma de las entradas Suma de las salidas

∓[∆θ*Pr]

2

donde P, R, Ei y Ac son las entradas al sistema (mm) de precipitación, riego, escorrentía superficial de entrada y aporte por ascenso capilar, respectivamente; Pp y Es son las salidas del sistema (mm) por percolación profunda y escorrentía superficial de salida. El término que puede ser negativo o positivo es el cambio del contenido de humedad con base en volumen (∆θ), adimensional; el balance hídrico se debe expresar en términos de lámina de agua (mm), que se obtiene de multiplicarlo por la profundidad del perfil de suelo (Pr) estudiado. El signo positivo o negativo indica que es necesario reconocer si el suelo se está secando (perdiendo humedad) o humedeciendo (ganando humedad) a fin de realizar apropiadamente el balance hídrico.

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Las determinaciones lisimétricas están orientadas a la obtención de datos experimentales que permitan tener un mejor conocimiento de los factores que influyen en el proceso evapotranspiratorio y medir el grado de exactitud de procedimientos indirectos que se utilizan para estimarlo. Tuñón (2000) y Allen et al. (2006) concuerdan con que los lisímetros son difíciles de manejar, caros de construir y que su operación y mantenimiento requieren especial cuidado. Wright (1991) señala que los lisímetros de pesada son instrumentos de gran utilidad para determinar la ET del cultivo y de referencia y, por ende, el coeficiente de cultivo. Los lisímetros pueden ser clasificados como volumétricos o gravimétricos, donde la ecuación 2 es fácilmente aplicable para determinar el balance hídrico del suelo y obtener indirectamente la ETo o la ETc del cultivo. Los lisímetros de pesada generalmente tienen un sistema hidráulico o una celda de carga conectada a un sistema electrónico que permiten desplegar la pérdida de peso del contenedor, midiendo directamente la ETc o ETo. El objetivo de este trabajo es compartir la experiencia en la etapa de diseño y construcción de un lisímetro de pesada, en el cual se puede monitorear en forma continua la evapotranspiración real y potencial de los cultivos sembrados en sustratos.

Tipos de lisímetros de pesada En los lisímetros de pesada se utiliza la característica intrínseca del agua, cuya densidad es conocida 1 t m-3 a 20 oC, lo que facilita medir la evapotranspiración gravimétricamente en lugar de disturbar el suelo para obtener un contenido de humedad con base en peso, o medir el contenido de humedad con base en volumen con alguno de los métodos conocidos de medición de humedad. A continuación se presentan algunos tipos de esta clase de lisímetros. Contenedores comerciales: consisten en emplear recipientes comunes en donde el material vegetal (cultivo) sembrado pueda desarrollarse apropiadamente y donde el contenedor le permita desarrollar las capacidades productivas similares a las que se desarrollarían si el cultivo estuviese sembrado en el suelo. Estos contenedores llenos con el mismo material de suelo circundante se pesan frecuentemente, por lo general diariamente, y la pérdida de peso entre dos mediciones corresponderá al agua perdida durante el periodo, la cual puede ser expresada en términos de lámina de agua al dividir por el área del recipiente. La unidad que se utiliza generalmente es mm día-1.

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ción usada, y no es aplicable para todo tipo de cultivo. Sin embargo, en la fase inicial de cultivos de palma africana, antes de establecerse y para las etapas fenológicas iniciales, podría dar resultados que mejorarían el manejo del agua en los viveros y primeros estadios de la palma. Así como este ejemplo se pueden usar otros cultivos que aparentemente son muy grandes. Estos lisímetros se podrían catalogar como móviles. Una ligera variación de este tipo de lisímetro fue el trabajo realizado por Esmeral et al. (2011), en la estimación de ET en rosa cultivada en materas como contenedores. Usaron esta facilidad de aislamiento de las materas para pesar diariamente en una balanza de precisión el volumen de agua drenada, así como el volumen de agua regado, y lograron obtener valores de consumo diario de agua para este cultivo. En la figura 1 se muestra la producción de un cultivo semicomercial, el diseño experimental y la disposición de las plantas de rosa en materas. En la Sabana de Bogotá, la rosa de exportación se cultivaba solo en suelo, sin embargo su área sembrada en contenedores ha venido incrementándose. Los lisímetros estacionarios son aquellos cuyo dispositivo sensor permite transferir los cambios de peso en forma instantánea al sistema de registro. El registro de información puede ser realizado en forma continua o discreta. Los sensores pueden ser por medio de balanzas, constituidas por celdas de carga o de funcionamiento hidráulico, donde el cambio de peso dentro del lisímetro se transfiere a cambio de presión del fluido que lo está soportando. Los lisímetros de funcionamiento hidráulico, o flotantes, depositan el contenedor con suelo flotando directamente en un soporte o membrana, puede ser un neumático de los que se usaban en el interior de las llantas de los carros lleno de agua u otro fluido. Una vez el peso del contenedor con suelo se deposita en el mismo, este se transfiere en forma de presión, monitoreada continuamente. La aplicación de agua, como riego o precipitación, se verá reflejada en un cambio de peso del contenedor con suelo, que se traduce en cambio de presión del fluido que se monitorea. Para que este proceso no genere errores de medición, el contenedor debe estar aislado de las paredes laterales del suelo, de tal forma que se pueda mover libremente sin rozamiento, y la parte superior, impermeabilizada para evitar caída de suelo o agua entre la pared del contenedor y el suelo adyacente. Por ello, generalmente se tiene una pared externa que produce una separación total del suelo, lo cual permite el libre movimiento del contenedor.

Como estos evapotranspirómetros son livianos, no se necesita ubicarlos sobre básculas, sino en el suelo, y se sacan de allí para pesarlos. Evidentemente estos instrumentos son de uso muy limitado, la precisión depende del diseño experimental y la instrumenta-

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a

b

c

d

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Una aplicación de este sistema fue realizada por Khan et al. (1998), cuyo principio se observa en la figura 2. Consiste en una porción de suelo compuesto por la matriz del suelo y un estrato de grava que facilite el drenaje dentro de un contenedor, el cual puede ser de concreto, fibra de vidrio o tuberías de drenaje de gran diámetro. Todo el cilindro, rectángulo o cuadrado descansa sobre una estructura que permita sensar el peso mediante los cambios de presión realizados en toda la estructura soportada. Este sistema de medición puede tener un monitoreo continuo si se le adiciona un sistema electrónico que tenga un transductor de presión conectado a un sistema de almacenamiento de información que en algunas localidades se le denomina por su mismo nombre en inglés, data logger, y permite transferir al computador, en tiempo real, las variaciones de presión o de pérdida o ganancia de peso en razón al balance hídrico del suelo que se está monitoreando. El estudio de Khan et al. (1998) realizó una calibración de la medición, midiendo apropiadamente el agua aplicada al contenedor y detectando los cambios de presión obtenidos; arrojó como resultado de la medición de ETo que el equipo, además de ser fácil de construir y económico, es muy estable y de gran confiabilidad.



100 cm

e Altura de agua (mm/día)

140 cm 100 cm

ESCALA

VÁLVULA DE DRENAJE SISTEMA HIDRÁULICO

SUELO

SISTEMA DE MEDICIÓN DE PRESIÓN (PIEZÓMETRO O MANÓMETRO GRAVA

AGUA, AIRE O ACEITE

TABLONES DE MADERA

Estadio fenológico 100CAQ = 100 % cascarilla de arroz quemada; 65CAQ = 65 % cascarilla de arroz quemada más 35 % de fibra de coco; 35CAQ = 35 % cascarilla de arroz quemada más 65 % de fibra de coco.

Figura 1. Estimación de ET en diferentes estadios de desarollo en rosa cultivada en materas, utilizando mezclas de cascarilla de arroz con fibra de coco como sustrato. (a) Camas que hicieron parte del experimento; (b) disposición de elementos constitutivos de la cama experimental; (c) toma de datos diarios de riego aplicado; (d) toma de diaria de drenaje; (e) riego y drenaje aplicado diariamente. Fuente: Esmeral (2010)

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Figura 2. Lisímetro de pesada. Adaptado de Khan et al. (1998).

Otra clase de lisímetro tiene como principio físico poner a flotar un cilindro interno lleno con el suelo dentro de otro que contiene agua u otro líquido. La pérdida o ganancia de peso producida por el agua del suelo en el cilindro interno se refleja en un cambio de nivel del fluido en el cilindro externo. El cambio de nivel de agua puede ser calculado con base en el principio de Arquímedes y es descrito por Chang et al. (1997).

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Los lisímetros de pesada están compuestos por una estructura similar a la anterior: un contenedor de suelo encerrado por otro contenedor de mayor dimensión, cuya estructura interna se mueve libremente descansando en una disposición de celdas de carga, que son usadas para obtener la capacidad de medición del peso del suelo6, el cual puede ser cilíndrico como el descrito por Lanthaler (2004) (diámetro 1,13 m x 2,0 m de profundidad), cuadrado o rectangular como el diseñado y construido por Berrada et al. (2008) (3 m x 3 m x 2,4 m de profundidad), o triangular como el diseñado y construido por Ruiz et al. (2013) para evaluar consumo de agua de plantas de uva en crecimiento. Como estos lisímetros son normalmente de grandes dimensiones y soportan pesos mayores a una tonelada, puesto que en la mayoría de los casos su volumen es mayor a 0,8 m3 , la estrategia que se siguió en el emplazamiento descrito por Lanthaler (2004) fue instalar en una base de concreto tres celdas de carga equidistantemente separadas, conectadas a un sistema que permita el ajuste de las celdas de carga. Obsérvese que es requisito para las celdas permitir la medición del peso de suelo depositado, pero al mismo tiempo tener una sensibilidad grande para lograr detectar decimas de milímetros de lámina de agua aplicada o pérdida por el suelo; en este sentido, se requiere una selección apropiada de las celdas de carga. Esta estrategia es desarrollada en el diseño del lisímetro para materas ubicando una celda de carga en cada vértice de la estructura triangular, diseñada por Ruiz et al. (2013).

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del contenedor, construido en lámina de hierro galvanizado calibre 18, con este y las plantas colgadas. Como el procedimiento requería que el sistema estuviera colgado y dada la forma como crece el cultivo y el tutorado que se le realiza al mismo, hubo dificultades de orden práctico que exigieron desarrollar otra estrategia de medición. ii) se probó otro esquema; en la figura 3 se muestra como el lisímetro es instalado en el terreno y en la figura 4 los componentes del lisímetro de pesada construido.

a

b

c

Para utilizar solo una celda de carga, los lisímetros empleados por Wright (1991), Marek et al. (1988) y Berrada et al. (2008) presentan la misma estrategia. Consiste en un sistema combinado, mecánico – electrónico, donde el monolito de suelo descansa sobre una balanza de escala mecánica, generalmente construida con este propósito, y está equipada con un contrapeso que se ajusta de tal manera que solo el 10 % del peso total del monolito sea transferido a la celda electrónica de carga a tensión y que permita reflejar una buena sensibilidad de hasta centésimas de mm. La celda de carga de capacidad entre 22 y 25 kg permite registrar cambios de hasta 800 kg de peso. Posteriormente, se calibran las celdas de carga así como aquellos equipos de medición de humedad y de presión que se instalen en el contenedor con suelo. El procedimiento para la calibración de las celdas de carga es descrito por Howell et al. (1995). El UNLisitrón es un tipo de lisímetro de pesada que se desarrolló en la Universidad Nacional de Colombia, para estimar el consumo de agua de plantas sembradas en contenedor. Aprovecha las condiciones en que se siembra el clavel en la Sabana de Bogotá (figura 3), en camas conformadas por dos hileras de contenedores. Esta configuración permitió probar diferentes esquemas: i) se intentó desarrollar un sistema que sensara el peso en forma continua usando celdas de carga que trabajaran a tensión, manteniendo una porción de la cama colgada; para ello se diseñó un sistema electrónico que medía en tiempo real el peso

Figura 3. Disposición de las camas de cultivo para la siembra de clavel en la Sabana de Bogotá. a) Disposición de las camas, contenedores plásticos con sustrato; b) camas sembradas en clavel con su correspondiente sistema de tutorado; c) instalación del lisímetro de pesada en los contenedores utilizados para la siembra de clavel.

6  La densidad real de los suelos minerales es una primera aproximación al peso del suelo sensado 2,65 t m-3.

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b

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Los contenedores son emplazados sobre balanzas que funcionan mediante sensores. Para su funcionamiento se emplea celdas de carga que generan una salida eléctrica correspondientemente, calibrada con la masa del objeto que se está pesando. Una celda de carga consiste en un puente resistivo wheatstone, que es un arreglo de cuatro resistencias eléctricas del mismo valor, excitadas por un voltaje externo en estado de equilibrio; es decir, que su salida en mV varía en función de la variación del peso. Al variar la masa o el esfuerzo aplicado a la celda de carga, la resistencia asociada a la carga cambia su valor, lo que produce un desequilibrio en el puente que genera una salida de voltaje. Esta salida es proporcional al voltaje de excitación y a la masa aplicada. El estándar para las celdas de carga es una salida de 2 mV/V. Esto significa que si se excita la celda de carga con 10 V y se aplica una masa de 2 kg, se tendrá una salida de 20 mV y, si se aplicara 5 kg, se tiene una salida de 50 mV. Un circuito electrónico programable se debe ajustar para una correspondencia inicial entre el valor de voltaje medido y la masa aplicada (calibración). El sistema debe calibrarse con masas de pesos conocidos y patronados, dadas las imprecisiones que pueda tener las resistencias del puente de wheatstone, la celda de carga o el circuito de instrumentación electrónica. Para la calibración se toman diferentes pesos y, a partir de una relación entre estos y los valores de salida de voltaje que se presenten, se obtiene la curva de calibración de la celda de carga. La exactitud y repetibilidad del componente depende de la implementación del circuito de medición. Sistema de toma de datos. Un equipo del sistema consiste en la medición de los dos contenedores: a) el contenedor que contiene el sustrato y las plantas, usando una celda de carga a compresión de 50 kg y b) una celda de carga de 9 kg para obtener las variaciones de masa del contenedor de drenaje. El sistema es alimentado con Energía AC 110 V y tiene una UPS de 1000 W de soporte. Por su parte, los sensores de las celdas de carga marca Zemic tienen una resolución de 2[mv/V] [kg] y la señal obtenida de ellos es procesada en la tarjeta de manejo de señales para enviar la información a través del sistema de radio transmisión Xbee S2 de 2,4 GHz, como el que se observa en la figura 5a.

Figura 4. Componentes del UNLisitrón. Incluye los contenedores, registros de salida de las celdas de carga y la transmisión de información al almacenamiento y procesamiento en el computador embebido. a) Descripción gráfica; b) diagrama de bloques del funcionamiento.

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Un Xbee es un dispositivo electrónico diseñado y fabricado por Digi International, que tiene integrado un módulo microcontrolador y un radio de comunicación implementado bajo el protocolo de comunicación inalámbrica Zigbee IEEE 802.15.4-2003. Se eligió este protocolo de comunicación inalámbrica porque es uno de los más robustos, permite la creación de mallas de varios Xbees y su configuración es rápida y sencilla, gracias al software X-CTU que suministra DIGI. La ventana de configuración se observa en la figura 5b.

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cómputo, entonces se le programó un servidor de correo SMTP automático que envía el archivo de datos cada vez que el sistema es reiniciado junto con su dirección IP pública del embebido. El sistema accede a internet a través de una conexión LAN, hecha a través de un router conectado a un módem de internet 3G. La razón para usar este sistema de cómputo embebido es su bajo consumo de energía, entre 5 y 10 W, a diferencia del consumo de un computador portátil que puede ser de 100 W, su facilidad para programar y sus puertos de comunicación serial, que permiten una comunicación directa con el radio receptor.

a

b Módulo receptor

Figura 5. Componentes de la tarjeta de manejo de señales: a) radio transmisor y receptor XBee® con ADC 10 Bits Digitales I/O 2,4 GHz, alcance 50 m, y b) ventana de configuración del software X-CT del Xbee.

Se configuraron unos Xbees® como puntos finales de medición y uno como receptor, para enviar la señal medida por comunicación serial UART al concentrador de datos. Este sistema envía los datos a un concentrador, como el que se observa en el esquema de la figura 6. Consiste en un equipo embebido de cómputo Beaglebone White, que tiene una memoria FLASH de 16 GB, un procesador ARM® 1 GHz de velocidad y una memoria RAM de 512 MB, conexión LAN, USB HOST y puertos digitales I/O. Este sistema fue programado en Linux (software libre): Angstrom (versión 2012 para ARM®) y fue parcialmente programado en lenguaje Python 2,7 para recibir la información desde el Xbee®. Permite almacenar la información en la memoria interna del equipo embebido e igualmente se le programó un Servidor Web: Lighttpd, el cual está diseñado para ser rápido, seguro, flexible, y que cumpla con los estándares de programación WEB. Este servidor es de software libre y está optimizado para entornos donde la velocidad es muy importante, por lo que consume menos CPU y memoria RAM que otros servidores (Taborda, 2012). El servidor permite acceder a través de una conexión a internet remota a los datos que el equipo está almacenando, para ser descargados y analizados con otras herramientas de software. Dentro del servidor se implementó una página web Amcharts desarrollada en Javascript, para la visualización y comparación de los datos en tiempo real. Para acceder a esta página web se requiere conocer la dirección IP pública a la que está conectado el equipo de

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Figura 6. a) Sistema de cómputo embebido Beaglebone White; y b) Esquema de recepción y envío de información a través de internet desde el Beaglebone.

El proyecto ‘Lisímetro de pesada en campo como herramienta de ayuda en la toma de decisiones para la aplicación del fertirriego en el cultivo de clavel’, financiado por Colciencias y la Universidad Nacional de Colombia, consistió en unir tres lisímetros de pesada, que envían la información sensada de los diferentes contenedores al computador embebido Beaglebone. En la figura 7 se muestra el esquema y en la figura 8 se presenta la información obtenida de la página web desarrollada por el equipo técnico para mostrar la información en tiempo real.

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Los números en círculo son anotaciones sobre lo que permite la página web desplegar, así:

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SISTEMA LISÍMETRO

1. Selección de sensor de masa. Al seleccionar aparece un desplegable que permite elegir el contenedor o recipiente de lixiviado que se quiere graficar. 2. Selección de comparación de gráficas. Se puede comparar la gráfica seleccionada contra unos de estos contenedores o recipientes de lixiviado. La comparación se hará en porcentajes para efectos de análisis. 3. Visualización de fecha que se está graficando. Solo se puede graficar un día por la cantidad de información almacenada. 4. Selección de periodo de tiempo que se quiere visualizar. Se puede elegir uno de estos botones para hacer un zoom en tiempo de un periodo que se quiera visualizar. 5. Se puede poner el cursor sobre una hora para visualizar el valor promedio que tuvo la gráfica durante ese momento. En este espacio aparece el valor, para este caso 0,71. Sistema receptor

6. Barra que indica un promedio de masa para ese tiempo. 7. Herramienta de la selección del tiempo o momento que se desea visualizar en el monitoreo. El monitoreo continuo de las diferentes variaciones de peso del contenedor con sustrato y el contenedor con drenaje permite construir en forma inmediata gráficas como la que se presenta en la figura 9. En ella se pueden observar los aumentos de peso debidos al riego así como las disminuciones rápidas que se presentan después de un riego, debido a la gran velocidad de percolación que presenta el sustrato y las disminuciones lentas generadas por el consumo de agua del cultivo. Un aspecto que fue relevante en este trabajo es el registro que se realizó del aumento de peso atribuido al aporte por rocío.

Figura 7. Sistema Lisímetro completo para la toma de datos en el Centro Agropecuario Marengo, de la Universidad Nacional de Colombia, constituido por tres lisímetros.

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

Capítulo 10

Peso (kg)

a

Hora de medición

b

E = Evapotranspiración

R = Riego

Figura 9. Magnitudes de pesos registrados por el sistema lisímetro, en kilogramos, a lo largo del día, para clavel estándar cultivado en condiciones de invernadero en el Centro Agropecuario Marengo de la Universidad Nacional de Colombia, Mosquera, Cundinamarca.

Conclusiones El desarrollo UNLisitrón, tanto del hardware como del software para entregar en tiempo real la información de peso del contenedor y del lixiviado, mostró una gran robustez para ser aplicado en los estudios de consumo de agua del cultivo de clavel en particular y su uso puede ser ampliado a otros cultivos hortícolas sembrados en sustrato, ajustando el tipo de contenedor y sistema de pesaje del mismo.

Figura 8. Despliegue en el computador de la información solicitada, número de lisímetro y tipo de contenedor a través de la dirección IP. a) Información del 26/11/2013; y b) información del 16/12/2013.

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Mediante el UNLisitrón no solo es posible identificar los niveles de humedad para riego y los que finalmente quedan al aplicarse, sino también garantizar un apropiado y previamente seleccionado nivel de lixiviado, por cuanto la estrategia generalizada de aplicación de fertirriego en el clavel depende específicamente de un valor establecido de porcentaje de lixiviado. Es decir, el riego se puede realizar con base en los contenidos de humedad del contenedor de sustrato, lo que implicaría una sustancial diferencia con lo que actualmente se lleva a cabo: pulsos de riego aplicados en intervalos de tiempo fijos. Esto inexorablemente conduce a desperdicios de agua y fertilizante.

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

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Capítulo 10

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

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Consideraciones sobre factores que influyen en la longevidad poscosecha de flores de corte* Carlos A. Gómez G.1, Aníbal O. Herrera A.2 y Víctor J. Flórez R.3

Resumen La fisiología poscosecha de flores de corte y los factores que influyen en la longevidad floral son temas en los cuales el sector floricultor colombiano necesita estar actualizado. Asimismo, se deben conocer aspectos relevantes en la poscosecha y métodos para el control del etileno con el fin de generar un valor agregado en el producto, a través del aumento de vida en florero, por medio de alternativas basadas en inhibidores de su biosíntesis y su acción. Se considera que el uso de la nanotecnología con respecto a los manejos convencionales puede ser una alternativa para el manejo del etileno. Por su parte, las buenas prácticas agrícolas en pre y poscosecha son factores que inciden en la longevidad floral; entre ellas se destacan el fertirriego, la recirculación de solución de fertirriego y el uso de sustrato con características fisicoquímicas relevantes en sistemas de cultivo sin suelo. Sin embargo, no son los únicos factores determinantes en la longevidad floral, ya que los manejos pre y poscosecha, además de la interacción entre factores genéticos y ambientales, afectan la fisiología poscosecha de la flor de corte. El etileno y la temperatura ambiental son los principales factores que afectan la conservación de las flores de corte. A partir del papel del etileno en la senescencia floral y de su relación con la vida en florero, es necesario establecer alternativas para su control a través de posibles tratamientos. Palabras clave: etileno, longevidad floral, cultivo sin suelo. * Para citar este artículo: Gómez G., C.A., A.O. Herrera A. y V.J. Flórez R. 2017. Consideraciones sobre factores que influyen en la longevidad poscosecha de flores de corte. En: Flórez R., V.J. (Ed.). Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel. Bogotá: Editorial Universidad Nacional de Colombia. pp. 189-210. 1  Químico, magíster en Ciencias Agrarias. Estudiante de doctorado en Ciencias Agrarias, Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá. [email protected]. 2, 3 Profesores Asociados, Departamento de Agronomía, Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá. [email protected] y [email protected].

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

Introducción La búsqueda de alternativas en la poscosecha de flores de corte para mantener los tallos florales y buqués dentro de los estándares que el mercado exige ha llevado al sector floricultor colombiano a la implementación de tratamientos que otorguen valor agregado en longevidad floral, calidad y mantenimiento del color, entre otros atributos. En la senescencia de un tallo floral están involucrados diversos factores, que sumados al manejo pre y poscosecha conllevan a la pérdida de valor de ornato. Sin embargo, en poscosecha no hay un tratamiento estándar para todas las flores de corte que retrase la senescencia y aumente su longevidad floral. Algunos tratamientos específicos contribuyen a mitigar factores como balance hídrico, contenido de carbohidratos, balance hormonal, manejo precosecha, deterioro del color, entre otros. Al plantear alternativas para el manejo de la pérdida del valor de ornato, se encuentra que existe opciones para el control del etileno utilizando compuestos diferentes a 1-metilciclopropeno (1-MCP) que han sido considerados para aumentar la vida poscosecha como derivados del ciclopropeno, por ejemplo el ácido 3-ciclopropil-1-enil propanoico o su sal sódica (Goren et al. 2011), así como otros productos utilizados para inhibir la acción y biosíntesis del etileno. Además del control convencional del etileno, se pueden utilizar sensores basados en compuestos nanometálicos para la detección y eliminación del etileno durante el almacenamiento, en el empaque y en florero.

Fisiología poscosecha en flores de corte La fisiología de la flor cortada con respecto a su proceso poscosecha está determinada por una serie de factores endógenos y exógenos. Debido a la exigencia durante el transporte y almacenamiento de la flor de corte, las condiciones precosecha como intensidad lumínica, temperatura, humedad relativa, nutrición y el suministro de agua son factores importantes para producir flores con alto contenido de carbohidratos y durabilidad en la poscosecha (Smith et al., 2014). En cultivo, los tallos florales se cosechan en diferentes estadios de desarrollo fenológico, ya sea cuando los botones comienzan a abrir (rosa, gladiolo), o cuando están completamente abiertas o cerca de estarlo (crisantemo, clavel); por tanto, se debe tener en cuenta que para el mercado local generalmente se cosechan los tallos florales con flores más abiertas que aquellas destinadas al almacenamiento o transporte a larga distancia. Por otra parte, debe considerarse que el mercado exige cambios y renovación constante de sus productos de acuerdo con buenas prácticas agrícolas (BPA) y manejos poscosecha que permitan mayor tiempo de almacenamiento y longevidad floral (Scariot et al., 2014).

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Capítulo 11

El proceso de senescencia floral puede entenderse como cambios degenerativos endógenamente controlados, que son la causa de eventos genéticamente programados; por ejemplo, la senescencia de pétalos es parte de un continuo del desarrollo de la flor, que fue precedido por diferenciación celular, crecimiento y la establecimiento de pétalos (Eason, 2006). La senescencia de pétalos está acompañada de cambios funcionales a nivel celular, en la membrana se destacan cambios en la permeabilidad, en la actividad enzimática y en la capacidad de toma y movilización de solutos y receptores hormonales (Fanourakis et al., 2013). De acuerdo con Baker et al. (1982), la senescencia floral se caracteriza por el aumento de la actividad RNasa y de otras enzimas hidrolíticas, producción de etileno, aumento de la viscosidad y permeabilidad de membranas con pérdida de iones y estabilidad celular, lo que conlleva al marchitamiento de pétalos, un indicador de la senescencia en rosa que se determina en términos de longevidad floral (Fanourakis et al., 2013).

Factores que afectan la vida poscosecha Aunque los criterios externos de calidad como la apariencia, el color y la uniformidad son las principales variables que influyen en la decisión del consumidor para su compra, el factor longevidad floral es fundamental. Mantener una buena calidad en las flores de corte para exportación depende de un buen entendimiento de los factores que conducen a su deterioro (Fanourakis et al., 2013). La vida en florero es importante y a menudo no se considera que pueda depender en gran medida de factores precosecha y de las condiciones ambientales durante el desarrollo de las plantas. Esta dependencia se relaciona principalmente con dos aspectos: la capacidad de respuesta de los estomas que regulan la pérdida de agua y el nivel de carbohidratos de la flor (Fischer, 1999; Fanourakis et al., 2013). Al comparar cultivares de rosa, la pérdida de agua después de la cosecha y la vida en florero no muestran correlación, lo que indica que la resistencia del tejido a la cavitación y a la pérdida de agua desempeña un papel importante en la incidencia de los síntomas del estrés hídrico. Así, la vida en florero está determinada por la interacción fenotipo versus condiciones de poscosecha, mientras que el fenotipo es el resultado de la interacción entre el genotipo y el ambiente del desarrollo de las plantas (Fanourakis et al., 2013).

Factores ambientales Los factores ambientales tales como nutrición, época de desarrollo del cultivo, contaminantes en invernadero, susceptibilidad a patógenos e interacciones entre los factores genético y ambiental tienen influencia en la vida en florero y, por tanto, se deben establecer cuáles condiciones afectan la longevidad floral. Los factores abióticos como la luz (intensidad, calidad y periodicidad), aire, suelo, temperatura, dióxido de carbono, humedad relativa del aire, velocidad del viento, nutrición y sus interacciones son determinantes en el desarrollo de las plantas y tienen efectos en poscosecha (Fanourakis et al., 2013).

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Capítulo 11

En los Países Bajos, Marissen y Benninga (2001) encontraron una variación de hasta el 70 % cuando, en condiciones idénticas en poscosecha, evaluaron la vida en florero de rosas cv. First Red procedentes de 35 productores. Como en este caso el componente genético y las condiciones de poscosecha pueden ser excluidos, la variación en la vida en florero sería causada por el entorno de desarrollo de las plantas; por ejemplo, cuando se presentan humedades relativas por encima del 85 %, común en el invernadero especialmente durante el invierno debido principalmente a una baja ventilación, se ejerce un efecto menor sobre el crecimiento y la calidad visual en rosas de corte (Torre y Fjeld, 2001), aunque a menudo, dependiendo del cultivar, se reduce la vida en florero (9 - 80 %) y el diámetro de la flor entre 3 y 27 %. En rosas sensibles a humedad relativa alta la funcionalidad de los estomas es más afectada durante el desarrollo de la planta, lo cual está relacionado con baja concentración endógena de ácido abscísico en las hojas (Mortensen y Gislerød, 2005; Fanourakis et al., 2012; Arve et al., 2013).

capacidad de respuesta de los estomas en rosas cultivadas en humedad relativa alta y con el uso de lámparas de sodio o diodos emisores de luz (roja y azul), con lo cual se encontró que entre 5 y 20 % de luz azul aumentó el desarrollo foliar. La luz azul afecta el comportamiento de los estomas; sin embargo, la interacción del efecto de la luz azul con humedad relativa elevada, en la capacidad de cierre de los estomas y sobre la vida en florero, aún no ha sido estudiada (Shimazaki et al., 2007; Hogewoning et al., 2010). De acuerdo con Oyaert et al. (1999) el uso de mallas de colores en crisantemo, como una alternativa de filtro espectral, proporciona a los agricultores una herramienta para la regulación del crecimiento en ornamentales. En el estudio se utilizaron tres mallas de colores de polietileno y se observó un aumento en la elongación del tallo con el incremento del porcentaje de color azul, en comparación con el control. Aunque se desarrollaron menos hojas, la longitud de los entrenudos fue significativamente más corta, conque se presentó menor número de brotes axilares, área foliar y masa seca.

La alternativa de aumentar la temperatura del aire no tiene acogida entre los productores, debido al aumento en los costos por el calentamiento de los invernaderos. Igualmente, la ventilación inducida por el aumento en la velocidad del viento también incrementa la tasa de transpiración de la planta, que, a su vez, aumenta la conductancia estomática y modifica la humedad relativa en la capa límite; sin embargo, el efecto de velocidad del viento en la funcionalidad de los estomas en ambientes de humedad relativa alta aún no se ha estudiado. Una humedad relativa elevada durante la última fase de expansión foliar (95 % HR y más de dos días a 19 oC) es el factor más decisivo que determina la capacidad de cierre de los estomas (Fanourakis et al., 2011).

Los fotoperiodos cortos y una mayor concentración de CO2 no inducen grandes efectos en la vida en florero, por tanto, no se puede explicar lo reportado para efectos estacionales; sin embargo, con baja intensidad lumínica, la vida en florero decrece significativamente. Las rosas cultivadas durante el invierno o el verano presentan diferencias en la vida en florero, factor que debe considerarse cuando se realizan las investigaciones. Si bien en el territorio colombiano no se observa el efecto estacional de forma marcada, es necesario tener en cuenta las épocas de sequía y de lluvia.

Se han realizado investigaciones en diferentes cultivares relacionadas con la longevidad floral en respuesta a humedad relativa elevada y a luz continua (Mortensen y Gislerød, 2005; Fanourakis et al., 2012); en contraste, hay pocas investigaciones acerca de los efectos de la velocidad del viento (Mortensen y Gislerød, 1997) y temperatura del aire (Marissen y Bennigna, 2001). Se han encontrado cultivares que muestran tolerancia a humedad relativa elevada y a luz continua, cuando estos factores se aplicaron por separado; sin embargo, cuando son aplicados simultáneamente, la vida en florero disminuye en por lo menos 34 % en todos los cultivares examinados, en comparación con rosas cultivadas con humedad relativa baja (75 %) y fotoperiodo más corto (18 h) (Mortensen y Gislerød, 1999).

Prácticas en cultivo para mitigar condiciones ambientales En raras ocasiones se han reportado los factores ambientales o prácticas de cultivo que contrarresten el efecto negativo de la humedad relativa alta sobre la vida en florero en rosas, sin disminuir el déficit de presión de vapor (DPV), a pesar de que esto sea una limitante significativa de la calidad poscosecha en flores de corte. Terfa et al. (2012) estudiaron la

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Durante el período de cultivo de rosa, Marois et al. (1988) mencionan que un aumento en el déficit de presión de vapor, causado por mayor temperatura del aire y menor humedad, se correlaciona con menor susceptibilidad a infecciones por Botrytis cinerea. En el mismo estudio, flores cultivadas en condiciones de alta velocidad del viento (0,55 m s-1) fueron significativamente más susceptibles a la infección en comparación con las cultivadas a 0,18 m s-1. Los síntomas de infección de la enfermedad son uno de los criterios de descarte en la evaluación de la vida en florero (Macnish et al., 2010). Otra área que no ha recibido suficiente atención es el papel de los contaminantes del aire, como dióxido de azufre y compuestos nitrogenados, que podrían estar presentes en niveles relativamente elevados en el invernadero, a menudo originados a partir de hornos o generadores de dióxido de carbono y de fuentes externas. La capacidad de respuesta de los estomas es variada ante la exposición a estos contaminantes (Wilkinson y Davies, 2009). A pesar de la importancia demostrada de las condiciones ambientales durante el desarrollo del cultivo y en la vida en florero, estos factores no han recibido la atención requerida en los estudios de poscosecha.

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Consideraciones sobre producción, manejo y poscosecha de flores de corte con énfasis en rosa y clavel

Para prolongar la vida en florero de tallos florales, entre otros, los tratamientos poscosecha a base de 1-metilciclopropeno (1-MCP), metil jasmonato (MeJA), tiosulfato de plata (STS), ácido 3-ciclopropil-1-enil propanoico o su sal sódica (CPAS), auxinas y citoquininas, junto a las condiciones de almacenamiento, tipos de embalaje y demás medidas adoptadas en la cadena, facilitarían los procedimientos a optimizar en la comercialización de flores de corte.

Importancia del momento de cosecha El momento del día de la cosecha generalmente no se indica en los estudios de poscosecha, excepto para un número limitado, por ejemplo en rosa, realizado por Ahmad et al. (2011). Al menos en parte, la variación en el potencial hídrico (Ψ) y conductividad explican la heterogeneidad en la longevidad floral, afectada por el periodo trascurrido desde la cosecha. Como el Ψ disminuye en el transcurso del día (Fanourakis et al., 2011), se entiende que en respuesta al corte ocurra la obstrucción en haces del xilema por acumulación de calosa (van Leperen et al., 2001) o por la formación de vapor de agua a presiones negativas en el conducto de xilema, en donde la savia es reemplazada instantáneamente por vapor de agua (Doorn y Suiro, 1996). Bajo esta condición de estrés, el xilema experimenta alta tensión (presión negativa), promoviendo la entrada de aire al xilema. Debido a estas razones, se considera adecuado planificar la cosecha al comienzo del periodo de luz, en un intervalo de tiempo corto. La decisión del momento del corte tomada con respecto a las condiciones del entorno del cultivo afecta la vida en florero. Las variaciones pueden deberse a cuatro aspectos: i) hora del día para la cosecha, ii) métodos de corte y acondicionamiento, iii) condiciones de la sala de almacenamiento, y iv) pico de producción. Además, la longevidad floral depende de los criterios para determinar la pérdida de valor de ornato. Por ejemplo, en clavel la primera señal de marchitamiento, el grado de inclinación del botón floral, y la incidencia de patógenos son considerados para establecer la pérdida de valor de ornato. La incidencia de B. cinerea, aunque disminuye la vida en florero, no está directamente vinculada con el estatus hídrico del tallo floral; el tratamiento con 1-MCP puede disminuir la incidencia de este patógeno y retrasar la senescencia en clavel (Seglie et al., 2009).

Influencia de la nutrición en la longevidad floral En general, el incremento de la conductividad eléctrica (CE) en hasta 5 mS cm-1 con respecto a los niveles normales (alrededor de 2 mS cm-1) en la solución de fertirriego, ya sea por el aumento de los macronutrientes, ejerce un efecto poco significativo en la longevidad floral (Gislerød et al., 1993). Sin embargo, un aumento en la concentración de nitrógeno en la solución nutritiva disminuye la vida en florero entre 0,3 y 2,5 días (Menard et al., 1996). De otro lado, la reducción en las concentraciones de nutrientes hasta en un 40 % disminuye

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Capítulo 11

la vida en florero de rosa por cerca de 1 día, debido a una inadecuada regulación del balance hídrico (Gorbe, 2009). Khoshgoftarmanesh et al. (2008) evaluaron el efecto de diferentes concentraciones de Fe, Zn, Mn y Cu en la solución nutritiva en tres cultivares de rosa y encontraron que, dependiendo del cultivar y considerando que los otros micronutrientes no tuvieran ningún efecto, el aumento en la concentración de Zn prolonga la vida en florero en más del 5 %. En general, aunque la disponibilidad de nutrientes parece tener efectos limitados sobre la vida en florero, el potencial de micronutrientes específicos (por ejemplo Zn y Ca) aún debe ser estudiado, al igual que su sinergismo con algunas proteínas y hormonas, por ejemplo auxinas y citoquininas.

El etileno en el manejo poscosecha en flores de corte Las características propias de cada producto como el contenido de agua, carbohidratos, la intensidad respiratoria y la sensibilidad al etileno se asocian al grado de perecibilidad. Además de la fisiología y bioquímica del etileno en flores de corte, donde se sabe que algunos materiales presentan comportamiento climatérico y no climatérico, la sensibilidad al etileno es uno de los limitantes más importantes para ofertar productos de mejor calidad y con una mayor longevidad floral. El etileno ha sido reconocido por controlar procesos fisiológicos, incluyendo la maduración, abscisión, senescencia y las respuestas a estreses biótico y abiótico (Khan, 2007). Considerables evidencias fisiológicas, bioquímicas y moleculares indican que la regulación de su acción es mediada por niveles endógenos y exógenos que son determinantes en la biosíntesis de etileno, su percepción por los receptores (ETRs), la transducción de señal y regulación positiva y negativa (CTR, EIN2, EIN3 etc.), al igual que la regulación de la expresión de genes mediante factores de transcripción como los factores de respuesta a etileno (ERFs) que regulan firmeza, sabor, color, aroma, eventos fisiológicos regulados por un conjunto o factores individuales de transcripción (Bapat et al., 2010). La modificación genética de plantas puede ser muy eficaz en el control de la síntesis de etileno y su percepción. Las respuestas generadas por el etileno, ya sea por su producción endógena o por la aplicación, se pueden clasificar como deseables y no deseables (Scariot et al., 2014; Blankenship y Dole, 2003). El etileno media la senescencia floral prematura de pétalos en flores, por lo que afecta la vida poscosecha de varias especies utilizadas como flor corte. La exposición a etileno exógeno o producido de forma endógena se puede controlar de varias maneras, que incluyen el uso de inhibidores de la biosíntesis de etileno o inhibidores de su acción y tecnologías de eliminación (Scariot et al., 2014). Sus aplicaciones sirven para controlar

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los niveles de etileno, manejar la poscosecha en la industria de las flores y mejorar la eficacia de inhibidores como el 1-MCP y el ion Ag+1; por ejemplo, en clavel la aplicación del 1-MCP (3,6 μL L-1) disminuye la incidencia de Botrytis cinerea (Seglie et al., 2009). Goren et al. (2011) patentaron el producto conocido como ácido 3-ciclopropil-1-enil propanoico o su sal sódica (CPAS), un nuevo antagonista de etileno que en Colombia aún no ha sido utilizado. Es soluble en agua, no es tóxico y se puede utilizar a concentraciones del orden de 0,8 a 1,5 μg mL-1 en flores de corte.

El etileno como un regulador endógeno y exógeno La vida en florero termina con la abscisión de pétalos que aún están turgentes o por marchitamiento del pétalo. En muchas especies estos procesos están regulados por cambios en los niveles endógenos de etileno (van Doorn, 2001; van Doorn y Woltering, 2008), considerando que los tejidos vegetales sintetizan pequeñas cantidades de etileno (0,1 - 0,2 μL kg-1 h-1 Martínez-Romero et al., 2007); sin embargo, los cambios en la producción de etileno durante el desarrollo de la planta están relacionados con sus estadios fenológicos (Yang y Hoffman, 1984). Aunque el etileno es biológicamente activo a concentraciones muy bajas (nL-1 L-1), hay diferencias significativas en la sensibilidad al etileno entre especies e incluso entre cultivares de la misma especie (Serek et al., 2006; Scariot et al., 2008). Una clasificación detallada de la sensibilidad de diferentes especies de plantas al etileno fue reportada por van Doorn (2001).

Susceptibilidad a etileno y efectos La sensibilidad al etileno en plantas ornamentales se puede clasificar en tres tipos (Kumar et al., 2008): en primer lugar, aquellas cuya senescencia está regulada por una mayor cantidad de producción de etileno con el envejecimiento o después de la polinización; por ejemplo, en clavel y petunia (Serek et al., 1995); en segundo lugar, las que solo se vuelven sensibles al etileno y producen mayores cantidades de la hormona cuando son polinizadas, por ejemplo en ciclamen (Halevy et al., 1984), y, en tercer lugar, las flores sensibles al etileno después de la apertura floral, pero que no producen cantidades elevadas a medida que envejecen, por ejemplo rosa (Kumar et al., 2008). Además de acelerar la senescencia de pétalos y el deterioro de la flor, el etileno, endógeno o exógeno, puede inducir a otros trastornos fisiológicos indeseables durante el almacenamiento poscosecha, incluyendo la susceptibilidad a patógenos, por ejemplo a botrytis. La enfermedad causada por este hongo en rosa y clavel se contrarrestaría con aplicaciones de 1-MCP (Seglie et al., 2012). Sin embargo, dependiendo del tipo de patógeno y del material vegetal, el papel del etileno puede ser diferente; de hecho, las plantas deficientes en la señalización de etileno pueden mostrar aumento en susceptibilidad o en resistencia.

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Estrategias y control de etileno La biosíntesis de etileno, la percepción y transducción de señal, y su regulación bioquímica y genética están bien documentadas (Wang et al., 2002). Este conocimiento se ha utilizado para desarrollar diferentes estrategias con la finalidad de reducir la producción de etileno o inhibir su acción, ya sea con nuevos cultivares o con tratamientos en la fase poscosecha. La senescencia prematura y la abscisión causada por la exposición a etileno exógeno o endógeno pueden ser mitigadas de varias maneras, incluyendo estrategias genéticas, ambientales y químicas; la modificación genética es una manera eficaz de control de la síntesis de etileno y su percepción. Los intentos de obtener plantas con biosíntesis reducida de etileno endógeno o una sensibilidad menor a etileno han sido revisados por Serek et al. (2006). En cuanto a las estrategias genéticas, se han estudiado los cambios en la expresión génica durante la senescencia de pétalos a través de la transcriptómica de un número de especies modelo, por ejemplo, petunia, arabidopsis y especies de flores de corte (alstroemeria y clavel). En especies en las que la senescencia de pétalos está relacionada con la sensibilidad a etileno, los grupos de genes pueden ser identificados como etileno-regulados que comprenden factores de transcripción, genes que codifican para enzimas en la ruta de biosíntesis, receptores y señalización, y genes de respuesta para etileno (Rogers, 2013). La biosíntesis de etileno está regulada principalmente por el ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílico (ACC), ACC sintasa y ACC oxidasa. El éxito de la empresa Florigene en retrasar la senescencia floral en clavel fue a través de la regulación de ACC oxidasa (Savin et al., 1995); sin embargo, la regulación del gen de la ACC sintasa en clavel reduce la producción de etileno y el uso de secuencias antisentido en petunia para ACC oxidasa y ACC sintasa retrasa la senescencia floral (Huang et al., 2007), por lo que la estrategia en el control del etileno puede tener un enfoque más amplio. Estas estrategias no tienen ningún efecto cuando las flores están expuestas a etileno exógeno, como puede ocurrir durante el transporte y la comercialización. Por lo anterior, centrarse en la percepción al etileno es un enfoque más eficaz para proteger las flores del etileno exógeno en la cadena de suministro. La percepción de etileno se produce a través de una vía de señalización bien conservada y el receptor está codificado por una familia de cinco genes: ETR1, ETR2, EIN4, ERS1 y ERS2 (Yoo et al., 2009). El descubrimiento de la expresión de un gen mutado ETR1 de arabidopsis (etr1-1), que altera la señalización de etileno (Wilkinson et al., 1997), es una herramienta útil que se ha utilizado con éxito para retrasar la senescencia en petunia y clavel (Clevenger et al., 2004; Binder, 2008). Otros genes en la vía de señalización de etileno, como EIN2, que es corriente abajo del receptor, también han sido regulados en ornamentales como petunia, resultando en el retraso de su senescencia (Shibuya et al., 2004).

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Aunque estos enfoques parecen haber tenido éxito, falta comercialización de líneas transgénicas de plantas ornamentales. Uno de los obstáculos es que hay cientos de variedades de especies ornamentales de flores de corte y solo alrededor de cincuenta especies ornamentales son transformables (Chandler y Sánchez, 2012). Una barrera adicional se atribuye al costo y la complejidad del proceso de regulación en los diferentes mercados. Por otra parte, a pesar de que el mercado europeo es el mayor mercado de plantas ornamentales, es uno de los más estrictos en cuanto a regulación. En las flores de corte, concentraciones de 0,015 a 0,100 μL L−1 se han recomendado en las áreas de procesamiento y almacenamiento como un indicador, en donde se empiezan a presentar efectos de la percepción al etileno exógeno (Reid y Jiang, 2012). Las opciones comerciales para el control de etileno en la vida de florero, entre otros, incluyen materiales como: membranas para filtración, bolsas pequeñas como parte del ramo de flores, películas de polietileno para generar atmósfera modificada, materiales adsorbentes tipo zeolitas (Limtrakul et al., 2001) y carbón activado (Bailén et al., 2006). La eficiencia del carbón activado como un adsorbente depende de sus propiedades físicas y químicas, así como de la formulación del material de forma granular, en polvo o fibra. Al respecto, Martínez-Romero et al. (2007) encontraron los mejores resultados, en términos de tasa de adsorción de etileno, en la presentación de forma granular (80 %) y de fibra (40 %); sin embargo, las técnicas de adsorción transfieren el etileno a otra fase (la matriz adsorbente sólida), en lugar de oxidarlo y no garantizan su total eliminación. Finalmente, en las estrategias químicas para el control de etileno, el uso de inhibidores de la biosíntesis de etileno y su percepción, conduce a una reducción en los niveles de etileno endógeno en tallos florales. Estos incluyen, entre otros productos, iones de cobalto (Lau y Yang, 1976), ácido aminooxiacético (AOA) (Baker et al., 1982), aminoetoxivinilglicina (AVG) (Baker et al., 1977; Wang et al., 1977) y metoxivinilglicina (MVG) (Reid y Wu, 1992). El AVG y MVG son difíciles de preparar, por tanto, demasiado costosos para su uso práctico. Los estudios con AOA también indican riesgos toxicológicos. Además, la fitotoxicidad es a menudo un problema con estos compuestos. Nuevos derivados del AOA se han propuesto recientemente, incluyendo butanoato de 4-[[2-[[(1-fenilmetilideno) amino] oxi] acetil] oxi] etilo, más eficaz que el AOA (Zeng et al., 2012). Estos productos químicos solo son eficaces contra la acción del etileno endógeno; en consecuencia, a pesar de que hay reportes de su eficacia en tallos florales de clavel estándar cv. Nelson (Cubillos et al., 2001), no tienen efecto cuando las flores están expuestas a etileno exógeno, como puede ocurrir durante el transporte y la comercialización. Su uso es valioso para los estudios de la biosíntesis de etileno, pero poco efectivos en la práctica.

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Capítulo 11

El 1-MCP fue el primer inhibidor de la acción del etileno patentado. Las condiciones del tratamiento y los efectos sobre especies ornamentales han sido revisados por Blankenship y Dole (2003). Además, su eficacia ha sido documentada y es utilizado con el nombre comercial de EthylBloc® y SmartFreshTM (Serek et al., 2006). Sin embargo, las características químicas del 1-MCP conllevan a dificultades en su uso debido principalmente a: i) el material vegetal debe mantenerse en lugar cerrado para evitar pérdida de producto; ii) el efecto puede ser transitorio en algunas plantas, dependiendo de la especie, concentración e iluminación (Blankenship y Dole, 2003), por lo tanto, en ornamentales se requieren aplicaciones adicionales o mayores concentraciones (Serek y Sisler, 2005); iii) su acción parece ser reducida por la baja temperatura del tratamiento (0 a 5oC) y en presencia de etileno exógeno (Seglie et al., 2011). Además, vehículos convencionales de suministro de 1-MCP, tales como ciclopropenos y ciclodextrinas, tienen baja eficacia conservante y, en consecuencia, requieren altas concentraciones de ingrediente activo. Se ha avanzado en contrarrestar algunas de estas limitaciones mediante el desarrollo de compuestos a base de 1-MCP, que puedan ser aplicados en formulaciones no volátiles. Compuestos derivados del ciclopropeno, como el ácido 3-ciclopropil-1-enil propanoico o su sal sódica (Goren et al. 2011) y N,N-dipropil (1-ciclopropenilmetilo) amina (DPCA) (Sisler et al., 2009). Los compuestos derivados del ciclopropeno difieren entre sí en su estructura química, pero todos tienen un grupo metilo en la posición 1, en la que una amina está sustituida. Estos compuestos pueden ser utilizados como gas en espacio confinado o como ácido o su sal en espacios abiertos. En este sentido, la compañía Floralife comercializa el 1-MCP en pequeñas bolsas que se asemejan a las de té, las cuales se deben sumergir en agua justo antes de ser puestas en la caja de embalaje; el agua se difunde a través de la bolsa y el 1-MCP se libera dentro de la caja. Esta técnica es eficaz y puede aplicarse con el objeto de prolongar la longevidad floral y disminuir el efecto del deterioro causado por botrytis, determinante en la vida en florero (Reid y Celikel, 2008).

Nanotecnología para el control del etileno Además de las alternativas descritas anteriormente, la aplicación de compuestos a escala nano puede ser útil para el manejo del etileno en la poscosecha de flores de corte. La nanotecnología se define como el diseño, caracterización, producción y aplicación de estructuras, dispositivos y sistemas mediante el control de la forma y tamaño en la escala nanométrica (Mousavi y Rezaei, 2011). La nanotecnología utiliza las características particulares de las nanopartículas (estructuras de dimensiones 1 a 100 nm); estas y materiales nanoporosos se pueden utilizar como soporte para inhibidores de la acción del etileno y

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para controlar el crecimiento y el desarrollo de microorganismos. Al introducir estos compuestos en el material de empaque se puede adsorber y oxidar etileno dentro de los rangos que permita dicho compuesto (Mousavi y Rezaei, 2011; Yadollahi et al., 2010); así, estas estrategias ofrecen una alternativa para el manejo del etileno en la etapa de almacenamiento, empaque y transporte. En la primera se pueden usar filtros (nanocatálisis/fotocatálisis) y sensores que detecten concentraciones en el orden de microlitros en dispositivos electrónicos. Nanocompuestos con partículas activas en el material de empaque, en contenedores para el trasporte o en la solución de rehidratación en florero pueden ser una opción para el control de etileno en flores de corte sensibles a la fitohormona.

Sensores usados en nanopartículas para la detección del etileno Los sensores de etileno se utilizan para detectar y controlar su concentración alrededor de los tallos florales con el objetivo de evitar la exposición del material vegetal a etileno exógeno que aumentaría la senescencia y marchitamiento de la flor, con la disminución de su longevidad floral. Los nanomateriales más comunes utilizados para la detección de etileno son: dióxido de estaño (óxido de estaño, SnO2), trióxido de tungsteno (WO3), paladio, platino, dióxido de titanio y óxido de zinc. La mayoría de estos materiales se utilizan en los dispositivos basados en resistencias, donde su conductividad aumenta o disminuye en respuesta al etileno. Igualmente, su uso se puede extender a los empaques y materiales utilizados durante el transporte y distribución de los tallos florales (tabla 1).

Color, el valor del ornato Para los consumidores, el color es un atributo importante al adquirir tallos florales. El color consiste en una sensación visual que se origina por la estimulación que produce la luz que refleja un objeto sobre la retina del ojo; en el caso de las flores sucede por el estímulo que se genera cuando interactúa la luz con las betalaínas, los carotenoides y los flavonoides, que son los principales pigmentos presentes en las flores (Tanaka et al., 2009). Infortunadamente la percepción del color por parte de las personas tiene un carácter subjetivo y no provee la precisión necesaria para describir adecuadamente los cambios de color y las diferencias de color entre muestras, tal como se requiere en el mercado de las flores. Por lo anterior, se han desarrollado métodos cuantitativos que permitan detectar diferencias y establecer parámetros objetivos.

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Tabla 1. Nanomateriales reportados en la literatura para la detección, oxidación e inhibición de etileno. Nanomateriales

Referencia bibliográfica

Óxido de estaño, SnO2

Ivanov et al. (2005); Agarwal et al. (2012)

Óxido de tungsteno, WO3

Pitcher et al. (2003)

Paladio, Pd

Pietrucha y Lalevic (1988)

Platino, Pt

Winquist y Lundström (1987)

Óxido de titanio, TiO2

Zhang et al. (2002)

Óxido de zinc, ZnO

Kang et al. (2004)

Óxidos binarios WO3–SnO2

Pimtong-Ngam et al. (2007)

Nano-Au/Co3O4

Li et al. (2008), catalizador Au

Polímero CD con liberación de 1-MCP

Patentado por Trotta et al. (2006)

Ácido 3-ciclopropil-1-enil propanoico o su sal sódica

Goren et al. (2011)

Entre los primeros sistemas de color se conoce el desarrollado por A.H. Munsell en 1905, a partir de grupos de tarjetas clasificadas a partir de su tono, luminosidad y saturación, y que son la base de sistemas tradicionalmente usados como las cartas de color de la Royal Society of Horticulture of England. Posteriormente se desarrollaron otros sistemas, entre los que se destacan a nivel industrial y de investigación el sistema CIELab o CIE 1976, creado por la organización internacional de luz y color CIE (Commission Internationale de L’Eclairage), que concibe el color como un concepto continuo que se puede representar en un espacio esférico definido por las coordenadas L* (Luminosidad), a* tendencia del color entre rojo (positivo) y verde (negativo) y b* tendencia del color entre amarillo (positivo) y azul (negativo). Como se observa, la combinación de los valores determinados en los ejes a* y b* definen la combinación cromática de un objeto, a lo cual se le suma el valor de la luminosidad definida en el eje L (Barrett et al., 2010); los tres puntos definen la ubicación exacta de un color en un espacio esférico y permiten la comparación entre diferentes objetos. Para medir las coordenadas anteriores se han desarrollado colorímetros, espectrofotómetros y ecuaciones que permiten determinar las diferencias de color entre muestras. Con este sistema se pudo comprobar el efecto de las temperaturas de almacenamiento en el color de heliconias (Costa et al., 2011), el efecto de cubiertas plásticas en el color de flores de áster (Solaiman, 2008) o el efecto estacional sobre el color de gerberas (Tourjee, 1993). De la misma manera, se podrían evaluar los cambios de color en programas de mejoramiento de flores, los cambios generados por prácticas agronómicas, por cambios climáticos, por tratamientos en poscosecha o para definir estándares de calidad en procesos comerciales, entre otras aplicaciones.

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Otro aspecto que según Yang et al. (2014) se debe tener en cuenta es la dependencia del color de la iluminación, puesto que generalmente presenta diferencias cuando se tienen lámparas fluorescentes de 3.500 K, en 500 y 2.000 lx. A 500 lx, los valores del índice de color son superiores para flores de color púrpura-azul, donde color púrpura es el más adecuado en arreglos florales que se mantendrán a menor iluminación en la etapa de florero. Por lo tanto, los colores percibidos por el consumidor son un aspecto que los productores y comercializadores deben tener en cuenta para posicionarse en nuevos mercados. Una práctica común en las salas de poscosecha de flores de corte es la adición de sacarosa a la solución de hidratación, lo cual prolonga la vida de la flor, promueve su apertura e incrementa la expresión del color de la flor en clavel (Zhao y Tao, 2015), rosa y lisianthus, cuyos pigmentos son principalmente antocianinas. Los efectos de la adición de azúcar están asociados con optimizar la absorción de agua.

Aspectos relevantes en el cultivo sin suelo y su influencia en la poscosecha En investigaciones realizadas en cultivos sin suelo (CSS), Abad et al. (2005) y Farahi et al. (2014) mencionan que los diferentes factores que afectan la nutrición, como la composición y concentración de nutrientes a nivel de rizósfera, entre otros, son dependientes del sustrato empleado y finalmente determinarán la vida en poscosecha del tallo floral. El CSS puede ser en un sistema abierto a solución perdida (no recirculante), como el que comúnmente se usa en la Sabana de Bogotá para el cultivo de clavel, como lo describe Vélez et al. (2014); o un sistema cerrado, con recirculación de la solución nutritiva (Marfá, 2000). No obstante, hay riesgos al tener raíces pequeñas, baja capacidad de intercambio y movilidad de nutrientes, debido a variaciones en la temperatura en la rizósfera (Silber y Bar-Tal, 2008). Así, los problemas nutricionales de plantas cultivadas en sustrato, se centran en los efectos del pH sobre las funciones de la raíz, en variaciones en la capacidad de intercambio catiónico (CIC), conductividad eléctrica (CE), relación C:N, y en la disponibilidad de nutrientes específicos en los diferentes estadios fenológicos (Argo et al., 1997). Un ejemplo de investigaciones realizadas en cultivos de flores de corte en el sistema de CSS son los reportados de Farahi et al. (2014), Vélez et al. (2014), Martínez et al. (2011), Barrientos et al. (2011), Cuervo et al. (2011), y Asocolflores en sus investigaciones con el apoyo del sector productivo, y publicaciones realizadas por el grupo de Horticultura de la Universidad Nacional de Colombia, liderados por investigadores como Víctor Flórez, Carlos González y colaboradores en los últimos años. Dichas investigaciones abarcan temas sobre del uso de sustratos, recirculación de lixiviados (drenajes), riego y fertirriego, y otros pro-

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pios del sector floricultor. Entre los resultados obtenidos con aplicación en el sector, están las recomendaciones para el uso sustrato proveniente de la mezcla de cascarilla de arroz quemada (CAQ) con fibra de coco (FC), donde es importante tener en cuenta recomendaciones que son dependientes de cada especie. Sin embargo, para las condiciones y requerimientos de cada cultivo es necesario determinar la fracción del drenaje que se utilizará para mantener un nivel aceptable de CE, entre otros parámetros. Es este mismo estudio, la CIC y la relación C:N solo fueron influenciadas por el factor sustrato, y se obtuvieron valores de CIC significativamente mayores a medida que aumentó el porcentaje de FC. En este estudio, la C:N tendió a valores mayores en el sustrato con mayor contenido de CAQ, que principalmente son más ácidos y presentan mayor CIC. Por tanto, en flores de corte, donde es importante el nivel nutricional adecuado, reserva de carbohidratos, balance hídrico y hormonal a través de los diferentes estadios fenológicos, la CIC, CE, pH, C:N, propiedades físicas y químicas, y carga microbiana entre otras, se hacen importantes al momento de seleccionar y usar un sustrato que podría tener influencia en la poscosecha de flores de corte, específicamente en la longevidad floral. Los requerimientos nutricionales en CSS y los impactos de la relación NO3- /NH4+ en el agua de riego sobre la rizósfera y pH son factores determinantes en la longevidad floral, por ejemplo en rosa, caso de estudio de Farahi et al. (2014). En este contexto, con el objeto de determinar el efecto NO3-, NH4+ y proporción de urea en la solución nutritiva sobre la concentración de minerales y la vida en florero de rosa, los autores encontraron que la concentración más baja de Ca se obtuvo en las plantas a las que se les suministró 0 NO3-; 100 NH4+ y 0 Urea. Las relaciones más altas del ion nitrato en la solución de nutrientes aumentaron la cantidad de N, P, K y Ca. La cantidad de microelementos (Fe, Zn y Cu) mostró un fuerte descenso por el aumento de amonio y urea en la solución nutritiva; sin embargo, con un aumento de la concentración de nitrato en la solución, la concentración de microelementos aumentó. Al usar urea en solución se mejora la nutrición, pero la vida en el florero se reduce. Se presenta la vida en florero más baja, 11,1 días, cuando se utiliza 0 NO3-; 0 NH4+ y 100 Urea, y 17,6 días en 50 NO3-; 25 NH4+ y 25 Urea. En conclusión, la aplicación de 70:15:15 y 50:25:25 de NO3-, NH4+ y urea, respectivamente, generan mayor longevidad floral, en el caso de rosa cultivada en CSS. La composición de un sustrato puede afectar directamente el éxito de la propagación, el establecimiento, el desarrollo, la calidad y la vida poscosecha. Por lo tanto, se han formulado y comercializado sustratos para mejorar el drenaje, la distribución de las raíces y el desarrollo de las plantas. Igualmente, se debe seguir las recomendaciones para garantizar rendimiento y la duración de la flor teniendo en cuenta que estos factores varían por tratamiento y especie estudiada (Smith et al., 2014).

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La FAO (2003) considera una Buena Práctica Agrícola (BPA) la recirculación de nutrientes, debido a que la solución de nutrientes es almacenada, tratada y reutilizada, conque se reduce la contaminación del suelo y cuerpos de agua. Así, las BPA como la recirculación de la solución drenada, riego y la fertilización (fertirriego), las relaciones de nutrientes y el uso del sustrato adecuado con características fisicoquímicas relevantes, además de las prácticas realizadas en pre y poscosecha, pueden afectar la longevidad de tallos florales de plantas cultivadas en un sistema de CSS. Los tallos florales producidos en la modalidad de CSS pueden tener un valor agregado que le permitirá competir bajo referentes de calidad por mayor duración en poscosecha, y aceptabilidad por parte de los consumidores.

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