Raúl I. Cabrera, Department of Plant Biology, Rutgers University, Bridgeton, New Jersey 08302 (USA). cabrera@njaes.rutgers.edu

AGUA: BALANCEANDO SU DISPONIBILIDAD Y EL OXÍGENO EN LA RIZOSFERA

Dentro de las funciones del agua en la biología y productividad de cultivos, provee la presión positiva contra las paredes celulares (turgencia), que es el impulsor de expansión celular, y por ende crecimiento. Reducciones en la disponibilidad del agua conduce a una pérdida de turgencia (marchitamiento), lo cual casi inmediatamente reduce o limita el crecimiento de tejidos, y funciones como fotosíntesis y absorción de nutrientes. Interesantemente, solo una pequeña fracción (tan baja como el 1%) del total del agua absorbida a lo largo de la vida de un cultivo es retenida en su biomasa, y el resto es ‘perdido’ a través de la transpiración. Esto es consecuencia de la necesidad de capturar y asimilar CO2 a través de la fototosíntesis, mientras que se facilita el transporte de iones y metabolitos con el flujo transpiracional de agua desde el suelo o sustrato hasta la atmósfera, proceso que también regula la temperatura del follaje.

La mayor eficiencia de uso de agua de un cultivo que produce un rendimiento máximo ocurre cuando el agua se proveé o está libremente disponible (sin restricciones) durante todo el ciclo de crecimiento, y se permite que la transpiración se mantenga en su tasa potencial máxima (Figura 1). Así que, cualquier factor que restrinja el suministro de agua o su absorción por las plantas reducirá su transpiración, y por lo tanto reducirá proporcionalmente la producción de biomasa.

El movimiento del agua en el sistema suelo-planta-atmósfera se describe por el concepto de potential hídrico (Ψ), constituido por varios elementos en cada componente de este sistema. El Ψ de un suelo o sustrato está definido mayormente por la suma algebraica de su potencial mátrico (Ψm) y potencial osmótico (Ψo). El potencial mátrico combina las fuerzas capilares y adsorptivas del agua en el suelo que, en términos simples, indica con que fuerza las partículas del suelo o sustrato la retienen. Reportes indican que productividades máximas de flores en rosas en suelos franco-arenosos se observan cuando el Ψm (medido con tensiometros, Figura 2) se mantiene en el rango de −5 to −20 kPa (equivalente a centibares), y los rendimientos se reducen significativamente cuando el Ψm se acerca a −50 kPa. En el caso de clavel cultivado en suelos franco-arcillosos rendimientos óptimos de flores se obtuvieron con Ψm de −45 kPa, pero un uso de riegos frecuentes que mantuvieron el Ψm a −15 kPa redujeron significativamente la producción de flores comerciales.

Las raíces tienen una capacidad biológica definida para absorber iones de la solución del suelo. Ésta capacidad, a corto plazo y expresada por unidad de volumen/masa de raíces, en un sistema hidróponico experimental, y en un rango estrecho de concentraciones, nos permite apreciar los patrones de absorción y demanda a largo plazo por un cultivo.

En el caso de cultivos en sustratos orgánicos de textura gruesa, el rango deseable de Ψm es de −1 to −10 kPa, el cual es mucho más alto (o menos negativo) que en suelos minerales, y valores más negativos de Ψm conducen a reducciones en la elongación de tallos florales, y el incipiente marchitamiento del follaje y brotes jovenes. Estas marcadas diferiencias en los requerimientos de Ψm para un cultivo que crece en un suelo mineral vs un sustrato (o sistema hidropónico) tienen que ver con una divergencia en sus propiedades hidrofísicas.

Mantener rangos deseables de potencial hídrico en suelo/sustrato que minimizen estrés hídrico limitante al crecimiento expansivo de tallos florales tiene una contraparte, que si no es monitoreada y manejada a la par, resulta en efectos contraproducentes. La manutención de potenciales hídrico altos (menos negativos, cercanos a cero) significa tener contenidos de humedad cercanos a capacidad de campo (suelo) o capacidad de contenedor (sustrato). Sin embargo, en estos puntos la porosidad del suelo/sustrato ocupada por aire está en su nivel más bajo, e incrementa el riesgo de deficiencias de oxígeno dependiendo de los requisitos de cada cultivo (Cuadro 1).

En el caso particular de sustratos, mejoras a su porosidad de aire, observada en el punto de capacidad de contenedor, pueden obtenerse modificando la granulometría de sus componentes previo a tranplante, o usando contenedores de perfil alto. El potencial de deficiencias de oxígeno aumenta significativamente en cultivos a largo plazo (> 1 año) que se cultivan en sustratos orgánicos que se se degradan sobre el tiempo. Por ejemplo, en un ciclo de producción de 100-semanas en clavel en un sustrato de cascarilla de arroz, su porosidad total y de aire fueron reducidas en un 13% y 40%, respectivamente, mientras que su capacidad de retención de humedad aumentó en 30% en ese período. Estos cambios en propiedades hidrofísicas fueron atribuídos a cambios en granulometría, y una redistribución espacial dentro del perfil del sustrato. La expectativa es que en cultivos más longevos, como rosas, se exhiban cambios más drásticos en estas propiedades hidrofísicas, lo cual requerirá de mayor planeación al preparar los sustratos y como modificar planes de fertirriego a lo largo de la vida del cultivo.

NUTRIENTES: DISPONIBILIDAD, ABSORCIÓN, DEMANDA Y CONTRIBUCIÓN AL ESTRÉS SALINO

En términos globales, la disponibilidad de nutrientes a cultivos está definida por el suministro de fertilizantes. Sin embargo, la disponibilidad real de estos nutrientes depende de su movimiento en la zona radical hacia la rizosfera. La zona radical se define como el volumen global de suelo/sustrato donde crecen las raíces, mientras que la rizosfera es el espacio/región inmediatamente adyacente a las superficies de las raíces. El movimiento de nutrientes hacia, y su disponibilidad espacial a, la rizosfera está dictado por intercepción radical, difusión y flujo de masas (Figura 3). Intercepción es cuando los nutrientes entran en contacto directo con las raíces al crecer en el suelo/sustrato. Difusión se refiere al transporte de iones (nutrientes minerales) del agua (solución) del suelo hacia la rizosfera a lo largo de un gradiente de concentración creado por su abatimiento en la superficie de las raíces al ser absorbidos por la planta. El flujo de masas se define como el transporte del grueso de la solución del suelo por el gradiente de potencial hídrico creado por la transpiración del follaje del cultivo. El tipo de sistema de producción, la frecuencia de fertirriego y la concentración utilizada de iones fertilizantes determinan la contribución de éstos tres procesos de movimiento iónico para satisfacer la demanda actual del cultivo. Así pues, el flujo de masas determina mayormente el movimiento de nutrientes a la rizosfera de cultivos hidropónicos, al no existir limitaciones físicoquímicas impuestas por la matriz de un suelo/sustrato. El flujo de masas es también significativo en suelos/sustratos que son fertirrigados frecuentemente; sin embargo, el proceso de difusión aumenta en importancia durante períodos cuando las tasas de transpiración son bajas (como en días nublados, fríos y húmedos).

Las raíces tienen una capacidad biológica definida para absorber iones de la solución del suelo. Ésta capacidad, a corto plazo y expresada por unidad de volumen/masa de raíces, en un sistema hidróponico experimental, y en un rango estrecho de concentraciones, nos permite apreciar los patrones de absorción y demanda a largo plazo por un cultivo (Figura 4A). La capacidad y patrón de absorción difiere para iones que son absorbidos de manera activa o pasiva. La absorción activa de iones como nitrato, amonio, potasio, fosfato y sulfato requiere consumo de energía (carbohidratos), y su tasa de absorción aumenta rápidamente con su concentración en la rizosfera hasta casi alcanzar un nivel de saturación. El obligado consumo de energía para estos iones le permite a la planta ejercer un alto grado de control en cuando y cuanto de éstos son absorbidos.

El comportamiento del boro es lineal (Figura 4A) con respecto a su concentración en la solución del suelo ya que su absorción es estrictamente pasiva, es decir no requiere o consume energía metabólica porque es absorbido en forma neutra como ácido bórico. Por otro lado, los iones magnesio, calcio, sodio y cloruro tienen un patrón de absorción intermedio entre las curvas de absorción activa y pasiva. Esto se da porque los nutrientes se absorben activamente a concentraciones bajas, y pasivamente a concentraciones altas.

Nótese que iones que son absorbidos pasivamente pueden ser un reto en el manejo del cultivo, pues su absorción esta ligada estrechamente a la absorción de agua, por lo que su actual acumulación en los tejidos depende casi directamente en la tasa de transpiración. Por lo tanto, en el manejo del cultivo se requiere de un monitoreo y modulación cuidadosa de las concentraciones aportadas de estos iones junto con las condiciones climáticas que afectan la demanda transpirativa del follaje. En particular se debe prestar atención en minimizar potenciales deficiencias de calcio y boro por un lado, y una acumulación tóxica de sodio y cloruro por el otro.

Dado que todos los iones (nutrientes y otros) en la solución de fertirriego o del suelo contribuyen a su potencial osmótico (Ψo), incrementos en el suministro o concentración de éstos por encima de los rangos que satisfacen la demanda actual del cultivo conllevan a un eventual estrés salino que puede afectar negativamente el rendimiento y calidad de las flores cosechadas. Por ejemplo, rosas fertirrigadas por un año con concentraciones de N mayores a 150 mg/L pueden presentar reducciones significativas en rendimiento (Figura 4B). El Ψo de una solución nutritiva o del suelo, expresada en unidades de conductividad eléctrica (CE), se calcula con la fórmula empírica Ψo = –36 • CE (con Ψo y CE en unidades de kPa y dS/m, respectivamente). Así pues, soluciones de fertirriego que provean solamente N a 150 y 250 mg/L tienen una CE de 1,1 y 1,8 dS/m, y un Ψo de –39 y –64 kPa, respectivamente. Este cálculo para un solo ion nutriente, N, preparado en agua destilada (de CE= 0) nos revela valores de Ψo que superan los valores de potencial mátrico (Ψm) mantenidos cerca del punto de capacidad de campo o contenedor, y la significativa y dinámica contribución a niveles de estrés osmótico (salino) que limiten la absorción de agua y rendimientos de biomasa y flores. Experimentalmente se ha observado una rápida reducción (en minutos) en la tasa de elongación de tallos florales en plantas de rosa fertirrigadas con soluciones de 4 dS/m. Este valor de CE es comúnmente observable en la rizosfera de cultivos de flor fertirrigados con soluciones de CE 1,8 dS/m, y apuntan a la importancia de proveer solo las concentraciones mínimas de nutrientes que satisfagan la demanda actual de los cultivos.

La aplicación práctica de los conceptos mencionados aquí es factible, y recomendable para optimización de riego y fertilización en cultivos comerciales de flores. De manera simplificada, se pueden aplicar al monitorear sistemáticamente el potencial mátrico (con tensiómetros, u otros sensores que midan agua disponible en el suelo/sustrato) y el potencial osmótico (indirectamente con mediciones de CE) tanto en soluciones aplicadas de fertirrigeo, como en muestras de la solución del suelo (en la rizosfera). Estos datos son fundamentales para gestionar aplicaciones de agua y fertilizantes que maximicen productividad y calidad de flores cosechadas.

Referencias

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