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LOS CULTIVOS SIN SUELO EN LA HORTICULTURA INTENSIVA Juan José Magán Cañadas

CONCEPTO DE CULTIVO SIN SUELO El suelo constituye la rizosfera natural de la mayoría de las plantas terrestres. Los cultivos sin suelo (CSS) son todos aquellos sistemas que hacen crecer las plantas fuera del suelo.

Dependiendo del medio por el que se sustituya, podemos distinguir varios tipos de CSS: • Sólido (cultivos en sustrato) • Líquido (cultivos en agua - hidroponía) • Gaseoso (aeroponía)

VENTAJAS DE LOS CULTIVOS SIN SUELO • Bien gestionados, pueden conseguir aumentos de producción. • Permiten un mejor control de las enfermedades radiculares. • Reducen las necesidades de mano de obra al eliminarse las labores culturales del suelo. • Permiten una completa automatización de la fertirrigación. • Permiten disponer el cultivo a varias alturas, optimizando así el aprovechamiento del terreno.

• Pueden facilitar las labores culturales.

INCONVENIENTES DE LOS CULTIVOS SIN SUELO • Conllevan un mayor coste de instalación. • Suponen un riesgo adicional ante cualquier fallo. • Requieren un control muy preciso del manejo. • Algunos sustratos de cultivo pueden originar un residuo problemático de gestionar al final de su vida útil.

COMPONENTES DE UN SISTEMA DE CULTIVO SIN SUELO

• Unidades elementales de cultivo: o Sustrato o Contenedor • Equipamiento adecuado • Tecnología para correcto manejo

EVOLUCIÓN DE LOS CULTIVOS SIN SUELO Sistema Gericke

EVOLUCIÓN DE LOS CULTIVOS SIN SUELO Sistema de bancadas de arena

EVOLUCIÓN DE LOS CULTIVOS SIN SUELO Nutrient Film Technique (NFT)

EVOLUCIÓN DE LOS CULTIVOS SIN SUELO Cultivo en sacos de turba

EVOLUCIÓN DE LOS CULTIVOS SIN SUELO Cultivo en sacos de turba

EVOLUCIÓN DE LOS CULTIVOS SIN SUELO Cultivo en lana de roca

EVOLUCIÓN DE LOS CULTIVOS SIN SUELO Cultivo en lana de roca

EVOLUCIÓN DE LOS CULTIVOS SIN SUELO Cultivo en perlita

EVOLUCIÓN DE LOS CULTIVOS SIN SUELO Cultivo en fibra de coco

EVOLUCIÓN DE LOS CULTIVOS SIN SUELO Cultivo en fibra de coco

EVOLUCIÓN DE LOS CULTIVOS SIN SUELO Cultivo en fibra de coco

EVOLUCIÓN DE LOS CULTIVOS SIN SUELO Cultivo en fibra de coco

EVOLUCIÓN DE LOS CULTIVOS SIN SUELO Cultivo en materiales volcánicos

OTROS SUSTRATOS PARA CULTIVO SIN SUELO Arcilla expandida

OTROS SUSTRATOS PARA CULTIVO SIN SUELO Fibra de madera

DISTRIBUCIÓN DE LOS CULTIVOS SIN SUELO EN ESPAÑA

EVOLUCIÓN DE LOS CULTIVOS SIN SUELO EN ALMERÍA Cultivo en suelo enarenado

EVOLUCIÓN DE LOS CULTIVOS SIN SUELO EN ALMERÍA Sistema NFT (1980)

EVOLUCIÓN DE LOS CULTIVOS SIN SUELO EN ALMERÍA Cultivo en sustrato (años 80)

EVOLUCIÓN DE LOS CULTIVOS SIN SUELO EN ALMERÍA Sistemas de cultivo alternativos. Sistema QUASH

EVOLUCIÓN DE LOS CULTIVOS SIN SUELO EN ALMERÍA Sistemas de cultivo alternativos. Cultivo en contenedores de poliestireno

Perlita estratificada (Φ < 1,5 mm en la parte superior y Φ 1,5 – 5 mm en la parte inferior)

EVOLUCIÓN DE LOS CULTIVOS SIN SUELO EN ALMERÍA Sistemas de cultivo alternativos. Cultivo en sistema NGS

ESPECIES CULTIVADAS EN SISTEMAS SIN SUELO EN ALMERÍA

ESPECIES CULTIVADAS EN SISTEMAS SIN SUELO EN ALMERÍA

ESPECIES CULTIVADAS EN SISTEMAS SIN SUELO EN ALMERÍA

ESPECIES CULTIVADAS EN SISTEMAS SIN SUELO EN ALMERÍA

1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

Superficie (ha)

EVOLUCIÓN DE LA SUPERFICIE DE CULTIVO SIN SUELO EN ALMERÍA 6000

5000

4000

3000

2000

1000

0

Año

DISTRIBUCIÓN PORCENTUAL DE LOS SUSTRATOS UTILIZADOS EN CULTIVO SIN SUELO EN ALMERÍA (Céspedes y col., 2009)

DISTRIBUCIÓN PORCENTUAL DEL TIPO DE MEDIO DE CULTIVO EN LOS INVERNADEROS DE ALMERÍA EN 1997 Y 2013 (Valera y col., 2014)

DISTRIBUCIÓN DE LOS SISTEMAS DE CULTIVO EN ALMERÍA SEGÚN LA SUPERFICIE DE CADA TIPO DE ESTRUCTURA DE INVERNADERO. CAMPAÑA 2005/06 (Céspedes y col., 2009)

ESTUDIO COMPARATIVO ENTRE SISTEMAS DE CULTIVO SIN SUELO Y ENARENADO (López-Galvez y Naredo, 1996)

Estudio realizado en la Estación Experimental de Cajamar Las Palmerillas en las campañas 1992/93 y 1993/94. Tratamientos comparados: • A. Lana de roca de 10 x 10 x 100 cm (10 L)

• B. Lana de roca de 24 x 7,5 x 100 cm (18 L) • C. Perlita estratificada en contenedores de poliestireno de 27 L de capacidad • D. Perlita (Φ < 5 mm) en sacos de 40 L de capacidad • E. Suelo enarenado Se utilizaron dos aguas de riego de diferente CE, 0,5 y 3 dS/m. Ésta última se fabricaba mediante la adición de cloruro sódico.

EFECTO DEL SISTEMA DE CULTIVO SOBRE LA PRODUCTIVIDAD (López-Galvez y Naredo, 1996) Campaña

Tratamiento

Producción precoz (kg/m2)

Producción total (kg/m2)

1992/93 1992/93 1992/93 1992/93 1992/93 1992/93 1992/93 1992/93 1992/93 1993/94 1993/94 1993/94 1993/94 1993/94 1993/94 1993/94 1993/94 1993/94 1993/94

Lana roca 10 L ↓CE Lana roca 18 L ↓CE Perlita estratificada ↓CE Perlita en sacos ↓CE Enarenado ↓CE Lana roca 10 L ↑CE Lana roca 18 L ↑CE Perlita estratificada ↑CE Perlita en sacos ↑CE Lana roca 10 L ↓CE Lana roca 18 L ↓CE Perlita estratificada ↓CE Perlita en sacos ↓CE Enarenado ↓CE Lana roca 10 L ↑CE Lana roca 18 L ↑CE Perlita estratificada ↑CE Perlita en sacos ↑CE Enarenado ↑CE

2,7 a 3,2 a 3,2 a 2,8 a 0,9 b 2,5 a 2,2 a 2,7 a 2,5 a 4,4 ab 4,5 ab 3,5 b 5,9 a 2,8 b 4,1 ab 4,1 ab 3,4 b 3,1 b 3,0 b

17,8 a 16,8 ab 17,4 a 15,9 ab 13,5 ab 12,6 ab 12,7 ab 16,7 ab 11,6 b 18,6 a 19,0 a 20,0 a 19,2 a 17,1 ab 16,1 ab 16,4 ab 13,6 b 13,9 b 14,4 b

DISTRIBUCIÓN DE LA PRODUCCIÓN EN LOS SUSTRATOS Y EN EL ENARENADO (López-Galvez y Naredo, 1996)

RENTABILIDAD ECONÓMICA DE LOS CULTIVOS SIN SUELO. COMPARACIÓN DE LAS TIR (López-Galvez y Naredo, 1996) Campaña

1992/93

1993/94

*

Alternativa Enarenado existente Enarenado nuevo Lana de roca 10 L Lana de roca 18 L Perlita estratificada Saco de perlita Enarenado existente Enarenado nuevo Lana de roca 10 L Lana de roca 18 L Perlita estratificada Saco de perlita

Sustrato + riego

↓CE Total Sustrato + riego*

Total

*

↑CE Sustrato Total + riego

232,6

-

202,1

-

67,3

18,1

58,0

15,4

107,3

24,9

90,9

20,7

96,7

22,2

78,9

17,6

92,3

21,9

70,7

16,1

91,8

20,5

73,0

15,8

261,4

-

232,6

-

194,0

-

81,6

23,5

72,7

20,8

59,8

16,7

118,6

29,1

97,5

23,1

77,4

19,2

113,4

28,2

92,8

22,5

80,8

20,0

111,6

29,5

89,5

23,0

80,0

18,9

110,3

27,1

88,7

21,3

65,4

15,1

Considerando los gastos de desalación del agua utilizada y de traslado a vertedero de los residuos de sustratos

BALANCE DE NITRÓGENO (López-Galvez y Naredo, 1996)

ESTIMACIÓN DE LA LIXIVIACIÓN DE N EN EL CAMPO DE DALÍAS EN FUNCIÓN DEL MEDIO DE CULTIVO (Peña y col., 2012)

Sustrato

Suelo

Superficie

Cultivo Desinfección Pretrasplante Mantenim. Retranqueo

Cultivo Desinfección Pretrasplante Mantenim.

TOTAL

Riego

[NO3-] (mMol L-1)

(hm3)

(L m-2)

389 50 29 12 60 473

14,7 1,7 2,0 0,2 18,6

100 15 13 24 126

N lixiviado (kg N (t) ha-1) 1648 112 143 13 224 15 40 44 2055 140

20,9 0,2 0,1 0,8 21,9

584 9 2 23 614

6,5 0,03 0,02 0,08 6,6

181 2 0 2 185

1316 0 0 0 1316

368 0 0 0 368

14,2

91,5

500

25,2

138

3371

184

9,5

(ha)

(hm3)

14718 11304 14718 14718 922 14718

57,3 5,7 4,3 1,8 0,6 69,6

3579 1789 3579 3579 3579 18297

(L m-2)

Drenaje

7,9

EL FUTURO DE LOS CULTIVOS SIN SUELO • Progresiva evolución a sistemas cerrados (Holanda) • Rápidos avances en automatismos y electrónica • Abandono progresivo de los sustratos → hidropónicos puros.

SISTEMA HIDROPÓNICO

SISTEMA HIDROPÓNICO

SISTEMA HIDROPÓNICO

SISTEMA HIDROPÓNICO

SISTEMA AEROPÓNICO

SISTEMA AEROPÓNICO

PRINCIPIOS BÁSICOS DE LOS CULTIVOS SIN SUELO

PRINCIPIOS BÁSICOS DE LOS CULTIVOS SIN SUELO Los aportes del suelo a la planta (necesarios en el sistema artificial alternativo) son: • Anclaje de las raíces para la fijación de la planta • Volumen para el desarrollo de las raíces • Suficiente aire (oxígeno necesario para los procesos oxidativos de la respiración)

• Agua disponible a sus necesidades • Elementos minerales indispensables para su nutrición • Condiciones de salubridad, temperatura, etc. que permitan el adecuado funcionamiento y desarrollo de la raíz

PRINCIPIOS BÁSICOS DE LOS CULTIVOS SIN SUELO Los sistemas de cultivo sin suelo pretenden solucionar las necesidades radiculares ventajosamente, con el fin de lograr el máximo rendimiento de la planta.

Sustratos, hidroponía y aeroponía ofrecen una solución diferente de los aportes necesarios. Proporcionan una rizosfera más favorable que la natural → menor consumo de energía por la raíz → mayor porción de fotoasimilados destinados a biomasa → teórica superioridad productiva de los cultivos sin suelo sobre el suelo

ESTRÉS HÍDRICO Debido a la dificultad de absorción de agua por la raíz por: fuerzas de retención (potencial mátrico), presión osmótica de la solución y conductividad hidráulica del medio.

Suelo a capacidad de campo: agua en microporos y aire en macroporos (por fuerzas gravitacionales y profundidad del suelo) Sustrato: en general porosidad media/gruesa y poca altura → fuerzas gravitacionales pequeñas → poros en gran parte ocupados por agua y potencial mátrico mucho menor que en suelo

CURVAS DE RETENCIÓN DE AGUA

CURVA DE RETENCIÓN DE AGUA 300 Fuerza de retención del agua (cm columna agua)

POROS: 0,03 a 0,3 mm 250

PARTÍCULAS: 0,25 a 5 mm

200 150

Agua difícilmente disponible

100

Agua de reserva 50

Agua fácilmente disponible

0

Vol. de aire 0

0,05

0,1 0,15 0,2 Diámetro de poro (mm)

0,25

0,3

EFECTO DE LA ALTURA DEL CONTENEDOR SOBRE EL GRADIENTE DE HUMEDAD Capacidad de contenedor: cantidad total de agua retenida por un sustrato en un determinado contenedor. 17

151 cc

32%

15

153 cc

33%

156 cc

34%

160 cc

36%

9

168 cc

39%

7

180 cc

43%

199 cc

49%

229 cc

59%

291 cc

74%

13

11

Aire

5

Agua

3

1 100

50

0

% Volumen

Un mismo sustrato tendrá mayor retención media de agua cuanto más bajo sea el contenedor y más aireado cuanto más alto.

CONSIDERACIÓN DE LA ALTURA DEL CONTENEDOR Parámetro R: tensión (en cm de columna de agua) a la que se igualan los contenidos en aire y en agua del sustrato.

Para contenedores de media altura (10-20 cm): • Si R entre 10 y 30: suficiente aire y agua fácilmente disponible • Si R < 10: sustrato muy aireado pero poco contenido en agua fácilmente disponible • Si R > 30: contenido en aire limitante y riesgo de asfixia radicular

ESTRÉS HÍDRICO Hidropónico o aeropónico: agua en contacto directo con la raíz Fuerzas de retención de agua: • 10-30 kPa en suelo • 1-5 kPa en sustrato • 0 kPa en hidropónico

ESTRÉS HÍDRICO Presión osmótica de la solución: debida a nutrientes y minerales neutros o perjudiciales. Aumenta con la salinidad: 36 kPa por cada dS m-1 de CE → muy superiores a las fuerzas de retención. Hidropónicos: sistemas más favorables respecto a P.O. (CE puede mantenerse prácticamente constante)

Sustratos: CE varía ligeramente entre riego y riego Suelo: el cambio es mayor. CE del suelo a capacidad de campo: doble del extracto saturado.

Conductividad hidráulica (cm min-1)

ESTRÉS HÍDRICO Conductividad hidráulica Muy rápido cuando todos los poros están llenos de agua (saturación)

16 12

La velocidad desciende rápidamente al disminuir el contenido de agua

9 6 3

Fibra de coco Dap. 80 g L-1

2

Muy lentamente cuando la succión supera 10-15 cm

4 6 Succión (cm)

8

10

CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS EN FUNCIÓN DE SU CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA (Soil Conservation Service, EEUU) Muy lenta K (cm min-1)

0,42

ESTRÉS NUTRICIONAL Medio con capacidad de cambio catiónico → se evitan alteraciones bruscas

Medio hidropónico: las concentraciones varían directamente con los aportes o consumos Menor inercia de C.S.S. → más susceptibles a estreses puntuales ocasionados por averías o errores Sin embargo, se pueden evitar situaciones estresantes prolongadas más fácilmente que en el suelo.

ESTRÉS POR FALTA DE OXÍGENO Aire del que la raíz obtiene el oxígeno para respirar:

• Suelo: en macroporos • Sustratos: en porosidad media. El aire debe ser renovado para evacuar el CO2 producido y reponer el oxígeno consumido. El oxígeno se difunde a través del aire contenido en los poros. La difusión del oxígeno en el agua es mucho menor que en el aire. Para que el oxígeno sea absorbido por la raíz, debe disolverse previamente en el agua que la rodea.

ESTRÉS POR FALTA DE OXÍGENO Suelo: hipoxia estresante más o menos prolongada después de cada riego, hasta que los macroporos vuelven a llenarse de aire.

Sustratos: hipoxia mínima en general. Poco después de cada riego el sustrato alcanza un nivel de aireación muy alto (> 25%). Sin embargo, a concentraciones de oxígeno inferiores a 3 mg L-1 en la solución del sustrato pueden darse, teóricamente, condiciones limitantes de oxígeno.

ESTRÉS POR FALTA DE OXÍGENO Existen factores que pueden afectar tanto a la demanda como al suministro de oxígeno y provocar condiciones de deficiencia de oxígeno o hipoxia en los sustratos: • Gran desarrollo del cultivo junto con elevada demanda hídrica → abundante suministro de agua → posible reducción de la tasa de difusión de oxígeno, sobre todo en cultivos con una densa capa de raíces en el fondo, donde suelen ocurrir condiciones cercanas a saturación. • Alta temperatura → incremento de la tasa de respiración de las raíces y disminución del contenido de oxígeno disuelto en la solución del sustrato.

ESTRÉS POR FALTA DE OXÍGENO • El intercambio gaseoso dentro del sustrato puede verse dificultado por el contenedor que lo rodea. • Los microorganismos aeróbicos compiten con las raíces por el oxígeno, especialmente cuando el sustrato contiene materia orgánica.

• Las raíces, al ocupar espacio en los poros, pueden también modificar las características físicas de los sustratos, aumentando la capacidad de almacenamiento de agua y disminuyendo la porosidad llena de aire.

MEJORA DE LA OXIGENACIÓN DE LA SOLUCIÓN DEL SUSTRATO (Bonachela y col., 2010) Tomate (del 21 de agosto al 3 de junio)

MEJORA DE LA OXIGENACIÓN DE LA SOLUCIÓN DEL SUSTRATO (Bonachela y col., 2010) Pimiento (del 3 de agosto al 25 de febrero)

MEJORA DE LA OXIGENACIÓN DE LA SOLUCIÓN DEL SUSTRATO (Bonachela y col., 2010) Melón (del 3 de marzo al 21 de junio)

EVOLUCIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE OXÍGENO EN LA SOLUCIÓN DEL SUSTRATO (Holtman y col., 2005)

ESTRATEGIA DE RIEGO DE MUY ALTA FRECUENCIA. SISTEMA WISE IRRISYSTEM Es un novedoso sistema de fertirrigación basado en la dotación de pulsos de riego muy cortos (de menos de 2 minutos de duración) y frecuentes con emisores de bajo caudal (1 L h-1), lo que promueve el movimiento horizontal del agua, facilitando una alta oxigenación y un control eficiente del movimiento de sales.

ESTRÉS POR FALTA DE OXÍGENO Hidropónicos: falta de oxígeno en raíz → uno de los problemas más graves. Tasa de difusión del oxígeno en agua muy baja (10-4 que en el aire) Aeropónicos: no existen problemas de oxígeno

ESTRÉS POR TEMPERATURA Temperatura de la raíz: afecta a su desarrollo y actividad funcional

Aumento lineal de la actividad a partir de una temperatura mínima (10-14 ºC) hasta un máximo (crecimiento máximo por mayor división celular → mayor consumo de energía y de oxígeno) A partir de temperatura máxima: caída drástica de la actividad de la raíz (paralización de la mayoría de las reacciones bioquímicas)

ESTRÉS POR TEMPERATURA Temperatura óptima raíz: 5-7 ºC menos que óptima aérea

• Suelo: es el mejor sistema por su mayor inercia • Sustratos: oscilaciones térmicas mayores • Aún más en hidropónicos y aeropónicos

EFECTO DEL SISTEMA DE CULTIVO SOBRE LA TEMPERATURA RADICULAR (López-Gálvez y Naredo, 1996) Diferencia entre la temperatura máxima y mínima diaria (ºC) Campaña 1992/93 1993/94

Lana de roca 10 L 7,5 6,2

Lana de roca 18 L 6,9 5,0

Perlita en contenedor 4,1 4,3

Perlita en sacos 5,9 6,0

30/12/1992

Enarenado 3,1 2,6

MANEJO DEL CULTIVO SIN SUELO

CONSIDERACIONES PREVIAS A LA PLANTACIÓN • Uniformidad del sistema de riego • Colocación de los sacos de cultivo • Saturación del sustrato

CONSIDERACIONES PREVIAS A LA PLANTACIÓN • Apertura de drenajes

PLANTACIÓN Y SIEMBRA DIRECTA

MANEJO DEL RIEGO POR FASES • Implantación del cultivo y desarrollo inicial • Fase de máximo desarrollo y producción • Final del cultivo • Periodo entre cultivos

MANEJO DEL RIEGO AL PRINCIPIO DEL CULTIVO

MANEJO DEL RIEGO AL PRINCIPIO DEL CULTIVO

MANEJO DEL RIEGO AL PRINCIPIO DEL CULTIVO

MANEJO DEL RIEGO AL PRINCIPIO DEL CULTIVO

MANEJO DEL RIEGO EN LA FASE DE MÁXIMO DESARROLLO Y PRODUCCIÓN

MANEJO DEL RIEGO EN LA FASE DE MÁXIMO DESARROLLO Y PRODUCCIÓN DOSIS (VOLUMEN) Y MOMENTO (FRECUENCIA) DE RIEGO: Dosis de riego (suele ser fija): 5% agua útil del sustrato + drenaje Momento de riego (suele ser variable): cuando las condiciones empiezan a no ser favorables para la raíz CRITERIOS: • Agotamiento del agua fácilmente disponible • Superación de una presión osmótica crítica • Disminución crítica de la conductividad hidráulica del sustrato

EQUILIBRIO HÍDRICO ESTÁTICO

Flujo saturado Drenaje

CANALES PREFERENCIALES

Flujo saturado Drenaje

CÁLCULO DEL VOLUMEN DE RIEGO Sustrato: perlita A) Volumen de la unidad de cultivo B) Agua útil (AFD + AR) de la unidad de cultivo C) Nivel de agotamiento del agua en la unidad de cultivo (5 % de B) D) Porcentaje de lixiviación (25 % de C) E) Aporte de agua en cada riego (C + D) F) Caudal de los goteros G) Número de goteros en la unidad de cultivo H) Caudal unitario de la unidad de cultivo (F * G) J) Duración de cada riego (60 * E/H)

40 L 16 L 0,8 L 0,2 L 1L 3 L h-1 3 9 L h-1 6,7 minutos

CÁLCULO DE LA FRACCIÓN DE LIXIVIACIÓN

C s  Ca FL  Cm  Ca donde: Cs es la concentración del ion limitante en la solución nutritiva Ca es la concentración de absorción para ese ion, es decir, la cantidad del mismo absorbida por cada volumen de agua absorbido

Cm es la concentración máxima permitida para ese ion en el lixiviado

ABSORCIÓN DE SODIO Y CLORO (Sonneveld, 2000) CONCENTRACIONES DE ABSORCIÓN DE SODIO Y CLORO (mmol L-1) Cultivos Hortalizas Tomate Pimiento Pepino Rábano (verano) Rábano (invierno) Flores Gerbera Clavel Rosa Aster Bouvardia Azucena

Elemento

Concentración radicular < 5 mmol L-1 10 mmol L-1

Na Cl Na Cl Na Cl Na Cl Na Cl

0,4 0,6 0,2 0,3 0,3 0,3 0,3 0,5 1,8 0,9

0,8 1,0 0,3 0,6 1,0 1,5 -

Na Cl Na Cl Na Cl Na Cl Na Cl Na Cl

0,2 1,7 0,1 0,5 0,0 0,1 0,2 0,4 0,1 0,2 0,4 0,6

0,8 2,4 0,3 0,8 0,0 0,2 1,5 2,0 0,1 0,3 1,0 0,9

5

5

4

4

y = 0,068x + 0,83 2

y = 0,060x + 0,40

R = 0,99

2

R = 0,99

3

3

2

2

1

1

0

0

0

10

20

30

40

50

60 0

10

20

30

40

50

60

Concentración Na (mmol L -1) Concentración Cl (mmol L-1)

Concentración absorción Cl (mmol L -1)

Concentración absorción Na (mmol L -1)

CONCENTRACIONES DE ABSORCIÓN DE SODIO Y CLORO EN TOMATE (Magán y col., 2005)

RESPUESTA DE LOS CULTIVOS A LA SALINIDAD

Cosecha relativa

1

SYD

0

cmin

cmax

CE

RESPUESTA DEL TOMATE A LA SALINIDAD EN EL SURESTE PENINSULAR (Magán, 2005) 110

Producción comercial

Cosecha relativa (%)

Producción total

100 90 80 70 Exp.1 (Daniela prim.) Exp.2 (Boludo prim.)

60

Exp.3 (Boludo largo)

50 2

3

4

5

6

7

8

9 2

CE (dS m-1)

Experimento 1 Experimento 2 Experimento 3 Pendiente media

Producción total CEu a R2 3,74 -8,67 0,99 3,06 -9,95 0,99 3,19 -7,75 0,99 n.s. -8,49

3

4

5

6

7

8

9

CE (dS m-1) Producción comercial CEu a R2 3,80 -8,80 b 0,99 3,15 -11,84 a 0,99 3,27 -8,94 b 0,99 *

EJEMPLO DE CÁLCULO DE LA FRACCIÓN DE LIXIVIACIÓN (I)

CEss  3,5 dS m 1  CEss

Nu

 CEss

Re

 2  CEss

Re

 CEss

Re

 1,5 dS m1

donde: CEss es la CE permitida en la solución del sustrato CEss Nu es la CE en la solución del sustrato debida a nutrientes CEss Re es la CE en la solución del sustrato debida a iones residuales (NaCl)

EJEMPLO DE CÁLCULO DE LA FRACCIÓN DE LIXIVIACIÓN (II)

CE NaCl  0,115  C

NaCl

donde:

CENaCl es la CE debida a NaCl CNaCl es la concentración milimolar en la solución (hasta 50 mmol L-1 de NaCl) Por tanto:

Css

Re

CEss Re 1,5    13 mmol L1 0,115 0,115

EJEMPLO DE CÁLCULO DE LA FRACCIÓN DE LIXIVIACIÓN (III)

Ca

Re

 0,06  Css

Re

 0,4  0,06  13  0,4  1,18 mmol L1

donde:

Ca Re es la concentración de absorción correspondiente a los iones residuales Css Re es la concentración de iones residuales en la solución del sustrato

EJEMPLO DE CÁLCULO DE LA FRACCIÓN DE LIXIVIACIÓN (IV)

CEss

Re

 1,5 

CEs

Re

 CEd 2

Re

 CEd

Re

 3  CEs

Re

 Cd

Re

 26,1  Cs

donde:

CEs Re es la CE correspondiente a los iones residuales en la solución de aporte CEd Re es la CE correspondiente a los iones residuales en la solución de drenaje Cs Re es la concentración de iones residuales en la solución de aporte Cd Re es la concentración de iones residuales en la solución de drenaje

Re

EJEMPLO DE CÁLCULO DE LA FRACCIÓN DE LIXIVIACIÓN (V)

FL 

Cs Cd

 Ca Re  Ca

Re

Re Re



Cs Re  1,18 C  1,18  s Re 26,1  Cs Re  1,18 24,9  Cs Re

Si la concentración de NaCl en la solución de aporte es de 5 mmol L-1, entonces:

5  1,18 3,8 FL    20 % 24,9  5 19,9 Si la concentración de NaCl en la solución de aporte es de 9 mmol L-1, entonces:

FL 

9  1,18 7,8   50 % 24,9  9 15,9

CONTROL DEL RIEGO Evolución de la humedad en el sustrato a lo largo del día

EVOLUCIÓN DE TENSIONES DE HUMEDAD EN CULTIVO DE TOMATE EN PERLITA CUANDO LA CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA SATURADA ACTÚA COMO FACTOR LIMITANTE 10 9 8

Tensión cm c a

7 6 5 4 3 2 1 0 0:00

2:00

4:00

6:00

8:00

10:00

12:00

Hora

14:00

16:00

18:00

20:00

22:00

0:00

CULTIVO DE TOMATE EN FIBRA DE COCO. CORRECCIÓN DE CANALES PREFERENCIALES POR APLICACIÓN DE RIEGOS NOCTURNOS CON UNA CONSIGNA MÁS ELEVADA QUE DURANTE EL DÍA 12

Tensión de humedad (cm c a)

10

8

6

4

2

0 0:00

2:00

4:00

6:00

8:00

10:00

12:00

Hora

14:00

16:00

18:00

20:00

22:00

0:00

CULTIVO DE TOMATE EN FIBRA DE COCO. CORRECCIÓN DE CANALES PREFERENCIALES POR APLICACIÓN DE RIEGOS NOCTURNOS CON UN ÚNICO VALOR DE CONSIGNA DURANTE LAS 24 HORAS DEL DÍA 10 9

Tensión de humedad (cm c a)

8 7 6 5 4 3 2 1 0 -1 -2 0:00:00

2:24:00

4:48:00

7:12:00

9:36:00

12:00:00

Hora

14:24:00

16:48:00

19:12:00

21:36:00

0:00:00

CONTROL DEL CONTENIDO DE HUMEDAD (WC) EN EL SUSTRATO

CONTROL DEL CONTENIDO DE HUMEDAD (WC) EN EL SUSTRATO

MANEJO DEL RIEGO AL FINAL DEL CULTIVO

REUTILIZACIÓN DEL SUSTRATO

AJUSTE DE LA FRECUENCIA DE RIEGO • Programación horaria • Medida del estado hídrico del sustrato • Parámetros climáticos • Sensores de planta

PROGRAMACIÓN HORARIA • No responde a las necesidades del cultivo • El riego se programa según la experiencia del agricultor • Se usa en periodos post-transplante (antes de implantar otros sistemas) • A veces se usa en combinación con otros métodos (ej. primer riego de la mañana cuando se usa solarímetro o en riegos nocturnos con bandeja de demanda)

CONTROL DEL VOLUMEN DE DRENAJE Permite: • Comprobar que la fracción de lavado es adecuada • Calibrar otros métodos: bandeja demanda o radiación

CONTROL DEL VOLUMEN DE DRENAJE

CONTROL AUTOMATIZADO DEL VOLUMEN DE DRENAJE

CONTROL DEL RIEGO MEDIANTE MEDIDA DEL ESTADO HÍDRICO DEL SUSTRATO • Bandeja de demanda • Sensores de medida de potencial mátrico • Sensores de medida de la humedad volumétrica

BANDEJA DE DEMANDA Sistema más usado en el sureste español

BANDEJA DE DEMANDA

BANDEJA DE DEMANDA

• Instalar plantas representativas del cultivo • Mínimo 1 bandeja por sector de riego (5000 m2) (4 max./equipo de riego) ALGUNOS PROBLEMAS • Plantas enfermas o con problemas dentro de la bandeja • Drenaje menor en las horas de mayor demanda

CONTROL DEL RIEGO CON SENSORES DE MEDIDA DEL ESTADO HÍDRICO DEL SUSTRATO

ALGUNAS CONSIDERACIONES • Imprescindible → medidas de humedad continuas • No afectados por la salinidad • La instalación es crítica → contacto sensor-sustrato

TIPOS • Potencial mátrico → tensiómetros • Humedad volumétrica → FDR o capacitancia

LOCALIZACIÓN DE SENSORES

• Varios sensores por invernadero • Plantas sanas • Zonas representativas

sensor

DETERMINACIÓN DE LÍMITES DE HUMEDAD O POTENCIAL

Normalmente se riega mediante límite inferior

Apertura de válvulas

ELECTROTENSIÓMETROS • Alta resolución • Rango 0-10 kPa • No afectados por la salinidad • Requieren mantenimiento periódico

CONTROL DEL RIEGO CON LAPTÓMETRO

SENSORES DE HUMEDAD VOLUMÉTRICA

TIPOS MÁS USADOS: • Time domain refractometry (TDR) • Sensores de capacitancia (también conocidos como frequency domain refractometry o FDR)

Ambos métodos se basan en medidas de la constante dieléctrica del sustrato

MEDIDA DEL CONTENIDO VOLUMÉTRICO DE HUMEDAD Sensor Grodan WCM-control

SENSOR GRODAN WCM-CONTROL

Interfase

Monitor de control

MÉTODOS CONTROL DE RIEGO BASADOS EN PARÁMETROS CLIMÁTICOS • Método de radiación

• Modelos de evapotranspiración

CONTROL DEL RIEGO POR RADIACIÓN

BANDEJA ACTIVA

Determina el Σ Rs para regar

CONTROL DEL RIEGO CON MODELOS DE ET

piranómetro

sonda de temperatura y HR

 ET

Cuando Σ ET = Σ ET umbral → RIEGO

MODELOS BASADOS EN PENMAM-MONTEITH

Ecuación de Baille y col. (1994): Radiación solar, DPV e IAF

ET  A 1  exp K  IAF Rg   B  IAF  DPV MODELOS → necesidad de calibración y validación para cada sistema de cultivo

MODELOS BASADOS EN LA LA MEDIDA DEL ESTADO HÍDRICO DE LA PLANTA HASTA HOY → no se han empleado para automatizar el riego, sino como técnicas de diagnóstico para evaluar de forma retrospectiva el manejo del riego.

TIPOS DE SENSORES • Temperatura cultivo/hoja • Medida de flujo de savia • Medida de variaciones en diámetro del tallo • Balanza lisímetro

BALANZA LISIMÉTRICA

DISEÑO DE LA SOLUCIÓN NUTRITIVA EN CULTIVO SIN SUELO

Cs  Ca  1  FL   Cd  FL 

Ca  1  FL  1  R  FL

donde: Cs es la concentración del ion para el que se realiza el cálculo en la solución de aporte

Ca es la concentración de absorción para ese ion Cd es la concentración del ion en el drenaje FL es la fracción de lixiviación establecida R es el cociente entre Cd y Cs

CONCENTRACIONES DE ABSORCIÓN DE NUTRIENTES PARA DISTINTOS CULTIVOS DE INVERNADERO (Sonneveld, 2000) N

P

S

K

Ca

Mg

mMol L-1

mMol L-1

mMol L-1

mMol L-1

mMol L-1

mMol L-1

Pepper

9.7

0.8

0.6

4.5

1.9

0.7

Tomato

9.6

1.1

1.2

6.1

2.2

0.9

Cucumber

12.2

1.0

0.9

6.6

2.7

0.8

Radish (summer)

8.6

0.4

0.4

4.5

1.2

0.4

Radish (winter)

31.5

1.0

1.7

16.4

5.4

1.6

Rose

5.2

0.4

0.4

1.9

0.9

0.3

Gerbera

10.2

0.7

0.4

7.0

1.6

0.5

CROPS

CONCENTRACIONES DE ABSORCIÓN EN TOMATE (Magán, 2005) 1,8

13 1,6 12 11

1,4

10

1,2

9 1 8 7

0,8 Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May

Mes de cultivo

Mes de cultivo

Concentración absorción P (mmol L -1)

Concentración absorción N (mmol L -1)

14

Concentración absorción K (mmol L -1)

8

3,5

7 3 6 5 2,5 4 3

2 Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May

Mes de cultivo

Mes de cultivo

Concentración absorción Ca (mmol L -1)

CONCENTRACIONES DE ABSORCIÓN EN TOMATE (Magán, 2005)

1,3

1,3 1,2

1,1 1,1

0,9

1 0,9

0,7 0,8

0,5

0,7 Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May

Mes de cultivo

Mes de cultivo

Concentración absorción S (mmol L -1)

Concentración absorción Mg (mmol L -1)

CONCENTRACIONES DE ABSORCIÓN EN TOMATE (Magán, 2005)

10,9 y = -0,041x + 10,97

10,8

R2 = 0,77

Concentración absorción Ca (mmol L -1)

Concentración absorción N (mmol L -1)

EFECTO DE LA SALINIDAD SOBRE LAS CONCENTRACIONES DE ABSORCIÓN DE NUTRIENTES (Magán, 2005) 11

10,7 10,6

Concentración absorción K (mmol L -1)

10,5 6

5,5

y = -0,166x + 6,04 R2 = 0,96

2,8

2,7

y = 0,034x + 2,47

2,6

R2 = 0,97

2,5 2 5

3

4

5

6

CE (dS m-1)

4,5 2

3

4

5

6

CE (dS m-1)

7

8

9

7

8

9

RELACIONES MÁS USUALES ENTRE LAS CONCENTRACIONES IÓNICAS EN LAS SOLUCIONES DE APORTE Y DRENAJE EN UN SUSTRATO INERTE (Cánovas, 1998; Casas, 1999) ION NO3NH4+ H2PO4K+ Ca++ Mg++ SO4= pH CE

Concentración en la solución de aporte 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 %

Concentración en la solución de drenaje 75-125 % 0-50 % 50-75 % 50-75% 125-200 % 150-250 % 150-250 % + 0,5 Ud + 1-2 Ud

RANGOS EN LOS QUE SUELEN OSCILAR LAS CONCENTRACIONES DE LOS DISTINTOS NUTRIENTES EN LAS SOLUCIONES DE APORTE EMPLEADAS EN EL SURESTE PENINSULAR MACROELEMENTOS ELEMENTOS mmol L-1 Nitratos Fosfatos Sulfatos Calcio Potasio Magnesio

8-15 1-2 1-2,5 3,5-5 4-8 1-2,5

MICROELEMENTOS ELEMENTOS ppm Hierro Manganeso Cobre Zinc Boro Molibdeno

1-3 0,6-1 0,05-0,1 0,2-0,5 0,2-0,5 0,04-0,05

SEGUIMIENTO DEL CULTIVO • Cuantificación diaria del drenaje producido

• Medida diaria de la CE y el pH de la solución de aporte → posibles anomalías en el cabezal de riego • Medida diaria de la CE y el pH de la solución de drenaje → control de la acumulación salina en drenaje, equilibrio absorción cationes/aniones • Análisis químico de las soluciones de aporte y drenaje → control del equilibrio entre ambas

• Análisis foliar/savia → detección de posibles deficiencias nutricionales

EJEMPLO DE SOLUCIÓN DE ENTRADA Y DRENAJE (I) Cultivo de tomate joven mM L-1 NO3NH4+ H2PO4K+ Ca++ Mg++ SO4= HCO3Na+ Clmg L-1 Fe Mn Cu Zn B pH CE (dS m-1)

Solución de entrada 12,77 0,42 1,39 7,92 4,64 1,69 2,66 1,12 1,13 1,65

Solución de drenaje 8,57 0,19 0,31 8,50 5,81 4,36 9,47 3,87 4,86 2,25

1,10 0,91 0,06 0,20 0,34 6,23 2,22

0,53 0,09 0,15 0,29 0,27 7,68 2,29

EJEMPLO DE SOLUCIÓN DE ENTRADA Y DRENAJE (II) Uso de agua salina (cultivo a finales de agosto)

mM L-1 NO3NH4+ H2PO4K+ Ca++ Mg++ SO4= HCO3Na+ ClpH CE (dS m-1)

Solución de entrada 14,52 0,35 1,33 6,39 4,24 1,36 0,82 0,41 13,48 13,75 5,64 3,55

Solución de drenaje 14,35 0 0,71 6,20 4,66 1,68 0,88 1,33 19,78 20,14 6,70 4,24

EJEMPLO DE SOLUCIÓN DE ENTRADA Y DRENAJE (III) Cultivo de pepino en pleno desarrollo mM L-1 NO3NH4+ H2PO4K+ Ca++ Mg++ SO4= HCO3Na+ ClpH CE (dS m-1)

Solución de entrada 15,90 0,73 1,70 6,40 5,70 3,60 2,90 1,80 5,30 5,20 6,30 3,07

Solución de drenaje 14,6 0 1,25 3,30 7,80 5,30 5,0 2,10 9,80 9,20 6,66 3,54

EJEMPLO DE SOLUCIÓN DE ENTRADA Y DRENAJE (IV) Cultivo de pimiento adulto de ciclo largo en primavera mM L-1 NO3NH4+ H2PO4K+ Ca++ Mg++ SO4= HCO3Na+ ClpH CE (dS m-1)

Solución de entrada 7,63 0,90 0,68 3,02 3,28 1,85 1,52 0,50 1,83 3,38 6,45 1,64

Solución de drenaje 10,61 0 1,29 2,11 6,75 4,22 4,10 0,40 4,99 8,48 6,13 2,78

SOLUCIONES DE DRENAJE INADECUADAS Muestreo al inicio de junio mM L-1 NO3NH4+ H2PO4K+ Ca++ Mg++ SO4= HCO3Na+ ClpH CE (dS m-1)

Solución de drenaje 1 4,66 0 0 2,12 4,00 3,16 2,60 5,81 14,13 15,40 7,96 3,04

Solución de drenaje 2 4,57 0 0,08 2,25 3,57 2,60 2,05 3,87 11,52 13,62 7,95 2,60

EVALUACIÓN DE LA ABSORCIÓN Y LIXIVIACIÓN DE NITRÓGENO EN CULTIVO DE TOMATE

Dos ciclos de cultivo (otoño-invierno y primavera) durante la campaña 2005/06. Se realizaron balances semanales del nitrógeno aportado, absorbido y drenado en 4 bandejas diferentes.

EVALUACIÓN DE LA ABSORCIÓN Y LIXIVIACIÓN DE NITRÓGENO EN CULTIVO DE TOMATE (Thompson y col., 2013)

Evolución de la transpiración del cultivo: 5

Transpiración (mm d-1)

Transpiración (mm d -1)

5 4 3

2 1

Lavado cubierta

Despunte

0

4 3

2 1

Blanqueo cubierta Despunte

0 0

20

SEP

OCTUBRE

40

60

NOVIEMBRE

80

100 DDT

DICIEMBRE

120

ENERO

140

160

FEBRERO

180

MARZO

0

20

MARZO

40

ABRIL

60 DDT

80

MAYO

100

JUNIO

120

EVALUACIÓN DE LA ABSORCIÓN Y LIXIVIACIÓN DE NITRÓGENO EN CULTIVO DE TOMATE (Thompson y col., 2013)

100

100

80

80

Drenaje (%)

Drenaje (%)

Evolución del porcentaje de drenaje:

60

40 20

60

40 20

0

0

0

20

SEP

OCTUBRE

40

60

NOVIEMBRE

80

100 DDT

DICIEMBRE

120

ENERO

140

160

FEBRERO

180

MARZO

0

20

MARZO

40

ABRIL

60 DDT

80

MAYO

100

JUNIO

120

25

Concentración de N (mmol L -1)

Concentración de N (mmol L -1)

EVALUACIÓN DE LA ABSORCIÓN Y LIXIVIACIÓN DE NITRÓGENO EN CULTIVO DE TOMATE (Thompson y col., 2013) Evolución de la concentración de N y el porcentaje de N lixiviado: Solución nutritiva Solución drenaje

20

Concentración de absorción 15

10 5

Lavado cubierta

Despunte

0 0

20

SEP

40

OCTUBRE

60

NOVIEMBRE

80

100 DDT

DICIEMBRE

120

ENERO

140

160

FEBRERO

Solución nutritiva 20

Solución drenaje Concentración de absorción

15

10 5

Blanqueo Despunte cubierta

0

180

0

MARZO

20

MARZO

100

40

60 DDT

ABRIL

80

MAYO

100

120

JUNIO

100

Nitrógeno lixiviado (%)

Nitrógeno lixiviado (%)

25

80 60

40 20

Lavado cubierta

Despunte

0

80 60

40 20

Blanqueo Despunte cubierta

0 0

20

SEP

OCTUBRE

40

60

NOVIEMBRE

80

100 DDT

DICIEMBRE

120

ENERO

140

160

FEBRERO

180

MARZO

0

20

MARZO

40

ABRIL

60 DDT

80

MAYO

100

JUNIO

120

EVALUACIÓN DE LA ABSORCIÓN Y LIXIVIACIÓN DE NITRÓGENO EN CULTIVO DE TOMATE (Thompson y col., 2013) CULTIVO

Concentración absorción N (mMol L-1)

Concentración N aportada (mMol L-1)

Concentración N drenaje (mMol L-1)

Relación Conc. N drenaje / Conc. N aportada (%)

Otoño-invierno

12,5

11,5

8,5

74

Primavera

8,4

9,2

11,8

128

Agua aportada (mm)

Drenaje (mm)

Porcentaje drenaje (%)

N aportado (kg ha-1)

N absorbido (kg ha-1)

N lixiviado (kg ha-1)

N lixiviado (%)

Otoñoinvierno

235

58

24

379

311

68

18

Primavera

362

86

24

463

319

144

31

CULTIVO

EVALUACIÓN DE LA ABSORCIÓN Y LIXIVIACIÓN DE NITRÓGENO EN CULTIVO DE TOMATE (Thompson y col., 2013)

Lixiviación teórica de N aportando una solución estándar de 12,5 mMol L-1 de N (García y Urrestarazu, 1999): N aportado teórico (kg ha-1)

N lixiviado teórico (kg ha-1)

N lixiviado teórico (%)

N lixiviado real en el ensayo (%)

Otoño-invierno

408

97

24

18

Primavera

626

307

49

31

CULTIVO

SISTEMAS CERRADOS DE CULTIVO SIN SUELO

VENTAJAS DE LOS SISTEMAS CERRADOS FRENTE A LOS ABIERTOS

• Permiten obtener un ahorro notable de agua y fertilizantes y reducir la lixiviación de nutrientes • Permiten establecer altos porcentajes de drenaje y mantener concentraciones de nutrientes más bajas

INCONVENIENTES DE LOS SISTEMAS CERRADOS FRENTE A LOS ABIERTOS • Necesidad de realizar una inversión extra

• Desajuste de la solución nutritiva: necesidad de realizar análisis frecuentes • Acumulación progresiva de aquellos iones presentes en exceso en el agua de riego • Posible dispersión de enfermedades a través de la solución nutritiva • Seguimiento más estricto y experimentado para obtener buenos resultados

EVOLUCIÓN DEL APORTE DE AGUA EXTERIOR ACUMULADO EN UN CULTIVO DE EVOLUCIÓN DEL APORTE DE AGUA EXTERIOR ACUMULADO EN UN TOMATE SISTEMAS ABIERTO YY CON CULTIVO DE TOMATEEN EN SISTEMAS A SOLUCIÓN PERDIDA REÚSO DEL DRENAJE (Magán y col., 1999) CERRADO Volumen de agua aportada (m3/ha)

4000 3500

3000

Con reúso del drenaje Solución perdida

2500

2000 1500 1000

500 0 0

20

40

60

80

100

d.d.t.

120

140

160

180

200

EFICIENCIA EN EL USO DEL AGUA (GRAMOS DE TOMATE COMERCIAL POR LITRO DE AGUA GASTADA) EN UN SISTEMA A SOLUCIÓN PERDIDA (T2 DE LA CAMAPAÑA 97/98) Y EN OTRO CERRADO (RESTO) (Magán y col., 1999; Magán y col., 2001) Campaña 97/98

Campaña

T1

T2

98/99

43,1

31,7

41

CONSUMO DE FERTILIZANTES, GASTO QUE REPRESENTA Y AHORRO OBTENIDO EN SISTEMA CERRADO (T1) FRENTE A SOLUCIÓN PERDIDA (T2) (Magán y col., 1999) Fertilizantes empleados

Consumo en kg o L ha T1 T2

-1

Precio -1 -1 € kg o L

Gasto en € ha T1 T2

-1

Reducción Porcentaje del gasto de reducción (T2-T1) (T1/T2)

N. cálcico

1487,6

3145,1

0,416

618,84

1308,36

689,52

52,70

N. amónico

36,6

54,9

0,43

15,74

23,61

7,87

33,33

Ác. nítrico

614,6

730,2

0,3975

244,30

290,25

45,95

15,83

Ác. fosfórico

76,2

94,2

1,08

82,30

101,74

19,44

19,09

F. monopotásico

465,5

707,5

1,636

761,56

1157,47

395,91

34,20

N. potásico

737,2

1249,4

0,868

639,89

1084,48

444,59

41,00

S. potásico

583,8

890,4

0,66

385,31

587,66

202,35

34,43

S. magnesio

94,6

379,4

0,28

26,49

106,23

79,74

75,06

Complejo micros

33,0

132,0

8,15

268,95

1075,80

806,85

75,00

Manganeso

15,4

5,6

7,81

120,27

43,74

-76,53

-174,51

Hierro

9,4

0

14,32

134,61

0

-134,61

-

Boro

5,5

3,8

6,30

34,65

23,94

-10,71

-43,31

3332,91

5803,28

2470,37

42,57

TOTAL

Nitratos lixiviados acumulados (mmol/m2)

EVOLUCIÓN DE LA CANTIDAD ACUMULADA DE NITRATOS LIXIVIADOS EN UN CULTIVO DE TOMATE A SOLUCIÓN PERDIDA Y CON REÚSO DEL DRENAJE (Magán y col., 1999) 3000 2500 2000

Con reúso del drenaje

1500

Solución perdida

1000 500 0 0

50

100 d.d.t.

150

200

Fosfatos lixiviados acumulados (mmol/m2)

EVOLUCIÓN DE LA CANTIDAD ACUMULADA DE FOSFATOS LIXIVIADOS EN UN CULTIVO DE TOMATE A SOLUCIÓN PERDIDA Y CON REÚSO DEL DRENAJE (Magán y col., 1999) 250 200 Con reúso del drenaje

150

Solución perdida

100 50 0

0

50

100 d.d.t.

150

LA SOLUCIÓN NUTRITIVA EN UN SISTEMA DE CULTIVO SIN SUELO CON REUTILIZACIÓN DEL DRENAJE Aporte al sistema de nuevos nutrientes ajustados a las necesidades de absorción del cultivo (CONCENTRACIONES DE ABSORCIÓN)

EVOLUCIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE FOSFATOS EN LAS SOLUCIONES DE APORTE Y SUSTRATO EN UN CULTIVO DE TOMATE EN SISTEMAS A SOLUCIÓN PERDIDA (T1) Y CON REÚSO DEL DRENAJE (T2) (Magán y col., 2003) Concentración (mmol L-1)

3,5

Aporte T1 Aporte T2 Sustrato T1 Sustrato T2

3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0

50 100 Días después del trasplante

150

EVOLUCIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE POTASIO EN LAS SOLUCIONES DE APORTE Y SUSTRATO EN UN CULTIVO DE TOMATE EN SISTEMAS A SOLUCIÓN PERDIDA (T1) Y CON REÚSO DEL DRENAJE (T2) (Magán y col., 2003) Concentración (mmol L-1)

14 Aporte T1 Aporte T2 Sustrato T1 Sustrato T2

12 10 8 6 4 2 0 0

50 100 Días después del trasplante

150

ESTRATEGIAS PARA EL REAJUSTE DE LA SOLUCIÓN NUTRITIVA • Mezclar drenaje con agua nueva y, posteriormente, añadir nutrientes hasta alcanzar una CE determinada: permite asegurar el mantenimiento de una determinada CE pero no la presencia de nutrientes. Estrategia adecuada con aguas de buena calidad. • Mezclar drenaje con solución nutritiva nueva que incorpore el agua y los nutrientes que ha absorbido el cultivo: permite asegurar la presencia de nutrientes pero no el mantenimiento de una determinada CE. Puede ser más adecuada con aguas mediocres.

EJEMPLO DE CÁLCULO DE SOLUCIÓN NUTRITIVA EN UN SISTEMA CON REUTILIZACIÓN DEL LIXIVIADO (I) -

=

+

Ca

++

Nutrientes

N

H2PO4

SO4

K

Agua de riego

0

0

0,21

0,08

0,64

Drenaje

11,8

0,7

5,94

6,39

Conc. Absorción

14

1,5

1,3

6

Mg

++

-

HCO3

CE

1,19

3,26

0,4

7,73

3,29

5,3

3,1

3

1

EJEMPLO DE CÁLCULO DE SOLUCIÓN NUTRITIVA EN UN SISTEMA CON REUTILIZACIÓN DEL LIXIVIADO (II) Si estamos trabajando con un 30 % de lixiviación y al mismo porcentaje de reúso, resultará aproximadamente la siguiente conductividad en la mezcla entre el agua de aporte exterior y el drenaje: 70 30 -1 CE mezcla: 0,4 • + 3,1 • = 12 , dS m 100 100

Y la concentración de bicarbonatos de dicha mezcla será: HCO3- : 3,26 •

70 30 -1 + 5,3 • = 3,87 mMol L 100 100

Como en la solución final hay que dejar 0,5 mMol L-1 de bicarbonatos para ajustar el pH a 5,5, la cantidad a neutralizar con ácido será: 3,87 - 0,5 = =3,37 mMol L-1. Tal concentración equivale en la solución de entrada a:

3,37 = 4,81 mMol L-1 0,7 0,7 es el tanto por uno de agua de aporte exterior ya que se está reutilizando un 30 % de lixiviado.

EJEMPLO DE CÁLCULO DE SOLUCIÓN NUTRITIVA EN UN SISTEMA CON REUTILIZACIÓN-1DEL LIXIVIADO (III) Ahora ajustamos el equilibrio en mMol L en base a los coeficientes de absorción estimados: -

=

+

++

++

-

Nutrientes

N

H2PO4

SO4

K

Ca

Concentr. absorción

14

1,5

1,3

6

3

1

Agua de riego

0

0

0,21

0,08

0,64

1,19

3,26

Aporte de fertilizantes

14

1,5

1,09

5,92

2,36

0

-4,81

FERTILIZANTES

mMol L-1

Ácido fosfórico

1,5

Ácido nítrico

3,31

3,31

Nitrato cálcico

2,36

4,72

Sulfato potásico

1,09

Nitrato potásico

3,74

3,74

Nitrato amónico

1,115

2,23

Mg

1,5

HCO3

-1,5 -3,31 2,36 1,09

2,18 3,74

TOTAL APORTES

14

1,5

1,09

5,92

2,36

0

-4,81

SOLUCIÓN ENTRADA

14

1,5

1,3

6

3

1,19

-1,55

EJEMPLO DE CÁLCULO DE SOLUCIÓN NUTRITIVA EN UN SISTEMA CON REUTILIZACIÓN DEL LIXIVIADO (IV)

Nº de miliequivalentes: 4,72 + 2,18 + 3,74 + 1,115 = 11,755 11755 , • 0,7 -1 Incremento CE por fertilizantes: = 0,8 dS m 10

CE de la solución final: 1,2 + 0,8 = 2,0 dS m H2PO4- SO4=

-1

K+

Ca++

Mg++

HCO3-

1,3

6

3

1,19

-1,55

0,7

5,94

6,39

7,73

3,29

5,3

1,26

2,69

6,12

4,42

1,82

0,5

Nutrientes

N

Solución entrada

14

1,5

Drenaje

11,8

Solución final

13,34

EXPRESIÓN PARA CALCULAR EL PORCENTAJE DE AGUA A ELIMINAR DEL SISTEMA PARA EVITAR LA ACUMULACIÓN DE UN ION POR ENCIMA DE SU CONCENTRACIÓN MÁXIMA PERMITIDA

(X + P ) • C a

X=

g

= Pa • Ca + X • Cm

(

Pa • Cg - Ca

)

Cm - C g

X: porcentaje de agua eliminada del sistema Pa: porcentaje de agua que es absorbida por el cultivo Cg: concentración del ion limitante en el agua de aporte exterior Ca: concentración de absorción del cultivo para ese ion Cm: concentración máxima que se permite para ese ion en el drenaje

ESTUDIO DE COMPARACIÓN DE ESTRATEGIAS PARA EL REAJUSTE DE LA SOLUCIÓN NUTRITIVA USANDO UN AGUA MEDIOCRE (Massa y col., 2010)

Calidad del agua: 1,5 dS m-1 de CE y 9,5 mMol L-1 de NaCl

EVOLUCIÓN DE LA CE DE LA SOLUCIÓN RECIRCULANTE EN LOS DISTINTOS TRATAMIENTOS SEMICERRADOS

EVOLUCIÓN DE LA N-NO3- DE LA SOLUCIÓN RECIRCULANTE EN LOS DISTINTOS TRATAMIENTOS SEMICERRADOS

EVOLUCIÓN DE LA Na+ DE LA SOLUCIÓN RECIRCULANTE EN LOS DISTINTOS TRATAMIENTOS SEMICERRADOS

EFECTO DE LA ESTRATEGIA DE RECIRCULACIÓN SOBRE EL BALANCE DE AGUA Y NITRÓGENO Estrategia A

Estrategia B

Estrategia C

Estrategia D

3517 b 1960 b 5477 c 432 b 168 b 600 b

3428 b 2680 c 6108 b 384 c 14 c 398 d

3586 ab 1420 d 5006 d 455 b 22 c 477 c

3643 a 7198 a 10841 a 500 a 715 a 1215 b

6470 a 3200 b 9670 b 879 a 371 a 1250 a

6524a 4000 a 10524 a 564 c 23 b 587 c

6482 a 2400 c 8882 c 660 b 24 b 684 b

Experimento 2005 Agua absorbida (m3 ha-1) Agua eliminada (m3 ha-1) Agua usada (m3 ha-1) N absorbido (kg ha-1) N lixiviado (kg ha-1) N usado (kg ha-1) Experimento 2006 Agua absorbida (m3 ha-1) Agua eliminada (m3 ha-1) Agua usada (m3 ha-1) N absorbido (kg ha-1) N lixiviado (kg ha-1) N usado (kg ha-1)

PRODUCCIÓN Y EFICIENCIA EN EL USO DEL AGUA Y EL NITRÓGENO EN LOS DISTINTOS TRATAMIENTOS COMPARADOS

ENSAYO DE APLICACIÓN DE LA ESTRATEGIA PLANTEADA POR Massa y col. (2010)

Calidad del agua: 1,5 dS m-1 de CE, 11,6 mMol L-1 de Cly 6,8 mMol L-1 de Na+

USO DE SENSORES CARDY DURANTE EL ENSAYO PARA LA DETERMINACIÓN RÁPIDA DE LA CONCENTRACIÓN DE NITRATOS Y POTASIO Patrón calibración 32,26 mmol L-1 NO3-

Patrón calibración 2,42 mmol L-1 NO3-

Botón de medida Sensores

Botón de calibración Pantalla de lectura

EVOLUCIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE NITRATOS, FOSFATOS Y POTASIO Y DE LA CE EN LA SOLUCIÓN RECIRCULANTE DE UN CULTIVO DE TOMATE CHERRY EN SISTEMA NGS (Magán, datos no publicados) 12

Concentración (mMol/L)

10

Nitratos

Potasio

Fósforo

Abonado nitrógeno

Abonado fósforo

Abonado potasio

CE

8

6

4

2

0 01/03/2014 11/03/2014 21/03/2014 31/03/2014 10/04/2014 20/04/2014 30/04/2014 10/05/2014 20/05/2014 30/05/2014 09/06/2014

BALANCE ECONÓMICO. AHORRO DE AGUA Y FERTILIZANTES a) Ciclo único: • Ahorro de agua: 1900 m3 ha-1 x 0,25 € m-3 = 475 € ha-1 año-1 • Ahorro de fertilizantes: 4300 € ha-1 año-1 TOTAL: 4775 € ha-1 año-1

b) Doble ciclo: • Ahorro de agua: 2500 m3 ha-1 x 0,25 € m-3 = 625 € ha-1 año-1 • Ahorro de fertilizantes: 5500 € ha-1 año-1 TOTAL: 6125 € ha-1 año-1

BALANCE ECONÓMICO. AUMENTO DE INVERSIÓN NECESARIO PARA REUTILIZAR EL DRENAJE (1 ha)

• Recogida del drenaje: 10000 € • Tanques de almacenamiento: 5000 € • Sistema de mezcla: 2500 € • Electrodos selectivos: 3000 € • TOTAL: 20500 € → 2350 € año-1 (para 10 años de vida útil, excepto los electrodos selectivos para los que se consideran 5 años)

BALANCE ECONÓMICO. AUMENTO DE LOS GASTOS POR RECIRCULACIÓN

a) Análisis químicos: • Ciclo único: 2 análisis extra año-1 x 60 € análisis-1 = 120 € año-1 • Doble ciclo: 5 análisis extra año-1 x 60 € análisis-1 = 300 € año-1 b) Gastos de funcionamiento (para un 40% de drenaje): • Ciclo único: 3650 m3 ha-1 año-1 x 0,02 € m-3 = 73 € ha-1 año-1 • Doble ciclo: 5200 m3 ha-1 año-1 x 0,02 € m-3 = 104 € ha-1 año-1 c) Gastos de mantenimiento (5% del coste de inversión): 1025 € año-1

BALANCE ECONÓMICO. COSTE DE LA DESINFECCIÓN POR FILTRACIÓN LENTA (DESINFECCIÓN PARCIAL) a) Coste de inversión: 10000 € → 1000 € año-1 (para 10 años de vida útil)

b) Gastos de funcionamiento: • Ciclo único: 3650 m3 ha-1 año-1 x 0,02 € m-3 = 73 € ha-1 año-1 • Doble ciclo: 5200 m3 ha-1 año-1 x 0,02 € m-3 = 104 € ha-1 año-1 c) Gastos de mantenimiento: despreciables

BALANCE ECONÓMICO. COSTE DE LA DESINFECCIÓN POR OZONIZACIÓN (DESINFECCIÓN TOTAL) a) Coste de inversión: 14000 € → 1400 € año-1 (para 10 años de vida útil)

b) Gastos de funcionamiento: Ciclo único: 3650 m3 ha-1 año-1 x 0,08 € m-3 = 292 € ha-1 año-1 Doble ciclo: 5200 m3 ha-1 año-1 x 0,08 € m-3 = 416 € ha-1 año-1 c) Gastos de mantenimiento (5% del coste de inversión): 700 € año-1

BALANCE ECONÓMICO FINAL

Sin desinfección Ciclo único +1207 € Doble ciclo +2346 €

Con filtración lenta Con ozonización +134 € -1185 € +1242 € +170 €