Efecto del nitrógeno sobre la producción de un cultivo de tomate en invernadero

En este trabajo se ha determinado, en un cultivo de tomate en invernadero en suelo, el efecto de cantidades crecientes de N disponible sobre (i) la producción de materia seca total y su distribución entre órganos, (ii) la producción de fruto y su calidad, (iii) la eficiencia del cultivo en la recuperación del N y (iv) la acumulación de N mineral en el suelo al final del ciclo. Para ello se aplicaron 4 concentraciones crecientes de N en fertirriego y se determinó el N total disponible (Total Available N, TAN) como el N aplicado más el N presente en el suelo al inicio y el N mineralizado desde aplicaciones previas de materia orgánica.

En el ensayo, a medida que aumentó la dosis de N aumentó la fracción de materia seca destinada a hojas y el índice de área foliar (IAF), obteniéndose la máxima producción de materia seca con el tratamiento N3 de 13,4 mmol L^-1 y 563 kg ha^-1 de N total disponible. La máxima producción de fruto se obtuvo con el tratamiento N2 de 5 mmol L-1 de N en solución y 287 kg N ha^-1 de N total. Al aumentar el N disponible disminuyó la eficiencia en la recuperación del N por el cultivo, y aumentó exponencialmente el N mineral residual en el suelo potencialmente lixiviable. En el tratamiento N3, que representa las prácticas convencionales con concentraciones de N entre 12 y 13 mmol L^-1, el N acumulado al final del ciclo fue de 234 kg ha^-1. En caso de no considerar el N suministrado por otras fuentes de N, parece posible reducir la concentración de N de la solución nutritiva a aproximadamente 9 mmol L^-1 sin afectar negativamente la producción. Esta concentración recomendada podría ser inferior si se considera el N suministrado por otras fuentes.

El tomate es uno de los cultivos más importantes en superficie y producción en los invernaderos del sureste español. En este sistema, los nutrientes se manejan mediante sistemas de fertirriego, aplicándose en forma de concentraciones basadas en recetas empíricas locales. En el caso del N en cultivos en suelo, no se tiene en cuenta en la programación del abonado el N presente en el suelo al inicio del ciclo, o el N disponible para el cultivo que procede de la mineralización de la materia orgánica aportada. En invernaderos del sureste español es común aplicar cantidades elevadas de estiércol al construir el invernadero y aplicaciones regulares posteriores (Thompson et al., 2007). Asimismo, en muchos casos la cantidad de N presente en el suelo en trasplante es elevada (Granados et al., 2013). En tomate, la concentración de N de la solución nutritiva aplicada en fincas comerciales oscila entre 12-15 mmol L^-1 (Cadenas et al., 2003). Hay estudios en tomate en cultivo sin suelo que indican que el nivel óptimo de N para maximizar la producción del cultivo de tomate es de 7-8 mmol L^-1 (Muñoz et al., 2008). Sin embargo, no hay estudios donde se haya analizado la respuesta de la producción del cultivo de tomate de invernadero en suelo a dosis crecientes de N disponible en el suelo. El estudio de estas respuestas podría ayudar a optimizar las aplicaciones de N y a minimizar las pérdidas medioambientales. Los objetivos de este trabajo fueron evaluar, en un cultivo de tomate en invernadero y suelo enarenado, el efecto de cantidades crecientes de N en el suelo sobre (i) la producción de materia seca total y su distribución entre órganos, (ii) la producción de fruto y su calidad, (iii) la eficiencia del cultivo en la recuperación del N y (iv) la acumulación de N mineral en el suelo al final del ciclo.

Se realizó un ensayo en invernadero de plástico en las instalaciones de la Fundación UAL-Anecoop. Para ello, se utilizó un cultivar de tomate larga vida (cv. Ramyle) con ciclo de primavera (14 de marzo a 14 de julio de 2011) y una duración de 122 días. La densidad de plantación fue de 2 plantas m^-2. El cultivo se realizó en suelo enarenado y se empleó riego por goteo con emisores de 3 L h^-1 y un gotero/planta. Los nutrientes se aplicaron mediante un sistema de fertirriego. Todos los nutrientes, excepto el N, se manejaron según las recomendaciones locales evitándose deficiencias. Se aplicaron 4 concentraciones crecientes de N (Tabla 1) comenzando los tratamientos de N a los 25 días después del trasplante (DDT). El riego se manejó con tensiómetros manteniendo un potencial matricial de 15-40 kPa y evitando el drenaje.

Se calculó el N total disponible (TAN) para cada tratamiento como la suma del N aportado en fertirriego, el N mineral presente en el suelo al inicio del cultivo y el N mineralizado desde el estiércol aplicado previamente al invernadero que fue estimado como 121 kg ha^-1 (Soto et al., 2015) (Tabla 1). Se determinó (1) el N mineral en un perfil de 60 cm al inicio y final del ciclo, (2) la producción de materia seca total y en los distintos órganos mediante muestreos periódicos de biomasa, (3) el índice de área foliar (IAF), (4) el N extraído por el cultivo, (5) la producción de fruto fresco total y comercial, los componentes del rendimiento y la calidad del fruto. Todas las medidas son el promedio de 4 replicaciones. En Soto et al. (2015) se presenta una descripción detallada del ensayo y la metodología.

Los tratamientos de N tuvieron un efecto significativo (P<0,05) sobre el índice de área foliar (IAF) y la materia seca de hojas, tallos y materia seca total. En general estos valores crecieron al aumentar la concentración de N en la solución, existiendo diferencias significativas entre los tratamientos N1, N2 y N3, mientras que no hubo diferencias entre los tratamientos más altos de N, N3 y N4. El N tuvo un efecto sobre la distribución de biomasa entre órganos: en los tratamientos altos en N la fracción de la materia seca total fue consistentemente superior en hojas e inferior en frutos (Tabla 2). Los tratamientos de N tuvieron un efecto significativo sobre la producción de fruto total y comercial, siendo el tratamiento N2 el que tuvo una mayor producción (Tabla 3). Hubo diferencias significativas en producción entre los tratamientos N1 y N2 (P<0,05) mientras que el N2 tuvo significantemente una mayor producción que el N4 (Tabla 3). La menor producción del tratamiento N4 se atribuye a la mayor fracción de la materia seca en hojas.

El tratamiento de N tuvo un efecto sobre el número de frutos por unidad de superficie que fue inferior en N1 (Tabla 4). No hubo diferencias significativas entre tratamientos de N en el peso medio de fruto aunque los valores fueron ligeramente superiores en N2. El tratamiento de N no afectó la calidad del fruto, no existiendo diferencias entre tratamientos en materia seca del fruto, firmeza y ºBrix. El pH del fruto fue significativamente inferior en el tratamiento N1 (Tabla 4).

En la figura 1a se presenta la relación entre la materia seca total y el N total disponible (TAN) y en la figura 1b entre el rendimiento fresco y el TAN. La relación entre materia seca y TAN fue curvilínea mientras que la relación entre rendimiento y TAN no se ajustó a ninguna función. Los valores máximos de producción fresca se alcanzaron a niveles de N disponible de 287 kg N ha^-1 mientras que los máximos niveles de materia seca se alcanzaron a valores de N superiores de 562 kg N ha^-1.

En la figura 2a se presenta la relación entre la eficiencia de recuperación del N por el cultivo y el N total disponible (TAN) que se ajustó a una ecuación curvilínea. La eficiencia de recuperación del N se calculó como el cociente entre el N extraído por el cultivo y el N disponible total. La eficiencia de recuperación del N descendió rápidamente al aumentar el TAN, alcanzando valores de 0,9 en el tratamiento N1 hasta valores mínimos de 0,4 del tratamiento N4.

La acumulación de N residual el final del ciclo aumentó exponencialmente al aumentar el N total disponible (figura 2b) con valores máximos de 484 kg N ha^-1 en N4. En el tratamiento N3 que representa las prácticas convencionales, el N acumulado al final del ciclo fue de 234 kg N ha^-1. El N lixiviado durante el cultivo fue muy bajo con valores de 2, 3, 28 y 36 kg N ha^-1 en los tratamientos N1, N2, N3 y N4 respectivamente. Estos valores tan bajos de lixiviación de N se debieron a los bajos valores de drenaje (valor medio total para los 4 tratamientos de 30 mm) asociados a un manejo de riego controlado con tensiómetros. Las elevadas cantidades de N acumuladas en el suelo al final del ciclo en los tratamientos N3 y N4 pueden provocar pérdidas importantes de lixiviación de nitratos en el periodo de preparación del suelo entre cultivos cuando se aplican riegos de lavado de sales o se desinfecta el suelo.

En este trabajo la máxima producción de fruto asociada a (i) una baja acumulación de N mineral en el suelo al final del ciclo y (ii) una eficiencia de recuperación del N por el cultivo aceptable se consiguió con el tratamiento N2 con una concentración de N en solución aplicada de 5.2 mmol L^-1 bastante inferior a los valores de 12-15 mmol L^-1 comunes en las prácticas comerciales. Esto sugiere que el tratamiento N2 consiguió niveles máximos de producción con un uso muy eficiente del N desde distintas fuentes. Los resultados de este estudio sugieren que cuando se consideran las distintas fuentes de N (N en el suelo inicial, N mineralizado) en el cálculo de las necesidades de N fertilizante en cultivos de tomate en fertirriego en invernaderos se pueden alcanzar valores máximos de producción con bajos niveles de pérdidas potenciales.

La máxima producción de materia seca se obtuvo con valores de N total disponible (TAN) mayores que para máxima producción de fruto. En los tratamientos con niveles más altos de N hubo un aumento en la fracción del N total hacia órganos vegetativos que provocó un aumento del IAF y disminuyó la producción de frutos. Estos datos confirman que el exceso de N favorece el crecimiento vegetativo (Elia y Conversa, 2012).

En cultivos de tomate en invernaderos mediterráneos con fertirrigación, lo habitual es un manejo del N basado en el uso de recetas estándar en el que se aplican concentraciones de N de 12-15 mmol L^-1 (Cadenas et al, 2003) y no se consideran otras fuentes de N presente en el suelo. Estudios previos sugieren que el N mineralizado desde el estiércol puede ser una fuente de N importante (Thompson et al., 2007). En este trabajo, para el tratamiento N3 de 13 mmol L^-1, que representa el manejo convencional, el exceso en la aplicación de N en relación a la demanda del cultivo fue de aproximadamente 300 kg N ha^-1. Este valor es muy similar al estimado en un balance de N regional realizado en el Campo de Dalías, que sugiere el N aplicado anualmente desde las distintas fuentes excede a la demanda del cultivo en 500 kg N ha^-1 (Jadoski et al., 2013).

En estudios en tomate en cultivo sin suelo se ha determinado que la concentración de N, que maximiza la producción de fruto, es de 7-8 mm L^-1 (Muñoz et al, 2008). Teniendo en cuenta los volúmenes de riego usados en nuestro estudio, de aproximadamente 220 mm, una cantidad de N de 300 kg N ha^-1 del tratamiento N2 se corresponde con una concentración de N de 9 mmol L^-1, que es similar a la encontrada en otros trabajos. Esto sugiere que (i) parece posible reducir la concentración de N de la solución nutritiva a aproximadamente 9 mmol L^-1, y (ii) que esta concentración recomendada podría ser inferior si se considera el N suministrado por otras fuentes de N.

Este estudio demuestra que es posible optimizar la producción y, simultáneamente, reducir al mínimo el potencial de pérdidas de N al medio ambiente. Para ello, se recomienda el uso de sistemas de apoyo a la toma de decisiones (DSS) como el VegSyst-DSS (http://www.ual.es/GruposInv/nitrogeno/VegSyst-DSS%20-%20ESP.shtml) que calcula la demanda de N del cultivo para unas condiciones dadas y el N mineralizado de diferentes materiales orgánicos (Gallardo y Thompson, 2015) en combinación con medidas de N en planta y/o suelo con sistemas de análisis rápidos (Peña-Fleitas et al., 2015).

Referencias bibliográficas

• Cadenas, F., González, J., Hernández, M., 2003. El cultivo protegido del tomate. In: Camacho, F. (Co-ordinator), Técnicas de Producción de Frutas y Hortalizas en Los Cultivos Protegidos, vol. 2. Caja Rural de Almería, Spain, pp. 483-537 (in Spanish).
• Elia, A., Conversa, G., 2012. Agronomic and physiological responses of a tomato crop to nitrogen input. Eur. J. Agr. 40, 64–74.
• Gallardo M., Thompson, R.B. 2015. Software VegSyst-DSS para calcular la dosis de riego, necesidades de N y la concentración de N en fertirriego en cultivos hortícolas de invernadero. Horticultura, 321: 16-21 (2015)
• Granados, M. R., Thompson, R. B., Fernández, M. D., Martínez-Gaitán, C., Gallardo, M., 2013. Prescriptive–corrective nitrogen and irrigation management of fertigated and drip-irrigated vegetable crops using modeling and monitoring approaches. Agr. Water Manage. 119, 121–134.
• Jadoski S, Thompson RB, Peña-Fleitas M-T, Gallardo M., 2013. Regional N balance for an intensive vegetable production system in South-Eastern Spain. In: Fontana E, Grignani C, Nicola S (Eds.), Book of Abstracts of NEV 2013 International Workshop on Nitrogen, Environment and Vegetables, Turin, Italy, 15-17 April. pp. 50–51.
• Muñoz, P., Antón, A., Paranjpe, A., Ariño, J., Montero, J.I., 2008. High decrease in nitrate leaching by lower N input without reducing greenhouse tomato yield. Agron. Sustain. Dev. 28, 489–495.
• Peña-Fleitas, M.T., Thompson, R.B., Gallardo M., Padilla, F.M. 2015. Uso de sistemas de análisis rápidos para mejorar el manejo del nitrógeno en cultivos hortícolas. Horticultura, 321: 22-25 (2015)
• Thompson, R. B., Martínez-Gaitán, C. Gallardo, M. Giménez, C., Fernández, M. D., 2007. Identification of irrigation and N management practices that contribute to nitrate leaching loss from an intensive vegetable production system by use of a comprehensive survey. Agric. Water Manage. 89, 261–274.
• Soto, F., Gallardo, M. Thompson, R.B., Peña-Fleitas, M.T., Padilla, F.M. 2015. Consideration of total available N supply reduces N fertilizer requirement and potential for nitrate leaching loss in tomato production. Agric. Ecosyst. Environ. 200, 62-70.