La monitorización de la humedad del suelo como herramienta para mejorar la eficiencia y sostenibilidad del fertirriego

Una de las tendencias tecnológicas para mejorar la eficiencia de uso del agua y los nutrientes es el empleo de sensores de humedad de suelo para activar automáticamente el riego. Los objetivos de los trabajos desarrollados desde el centro IFAPA La Mojonera en esta línea se centran en estudiar el efecto del potencial matricial de suelo sobre la bio-productividad, la eficiencia de uso del agua, definida como la producción obtenida por volumen de agua empleado (EUA) y la eficiencia de uso de los nutrientes, definida como la producción obtenida por cantidad de nutriente aplicado en fertirrigación. Se han desarrollado varios experimentos en cultivos de calabacín y pimiento. Los ensayos se han realizado en un invernadero tipo 'parral' con suelo enarenado y fertirrigación. Los resultados muestran que el sistema de activación automática del fertirriego con electrotensiometros para cultivos en suelo se ha mostrado eficaz en el mantenimiento de la humedad del suelo. El consumo de agua y fertilizantes ha variado en función del nivel de humedad establecido, potenciales más próximos a cero incrementan del volumen de fertirrigación aplicado y producen un aumento en la producción comercial, tanto en calabacín como en pimiento. En calabacín, aunando criterios productivos y medioambientales, el tratamiento T2 (-20kPa) es el que mejor comportamiento presentó, con una eficiencia en el uso del agua y nutrientes muy elevada y una producción de fruto de 15 kg m^-2. Las características del cultivar pueden influir en el consumo y en la eficiencia en el uso de agua y nutrientes por el cultivo.

El crecimiento de la superficie de horticultura intensiva desarrollada en el litoral Mediterráneo ha derivado en un déficit hídrico en las principales zonas de producción, produciéndose la sobreexplotación de los recursos tradicionales (normalmente aguas subterráneas) y convirtiéndose la disponibilidad de agua en un factor limitante. Las soluciones aplicadas a esta problemática han sido: búsqueda de fuentes alternativas de agua (principalmente desaladas y residuales urbanas regeneradas), mejora de la eficiencia en el almacenamiento y transporte del agua y mejora de la eficiencia en el uso del agua. Los avances alcanzados en este último aspecto han hecho que la horticultura intensiva bajo invernadero sea un referente en el uso del agua: casi la totalidad de la superficie usa riego localizado de alta frecuencia, los sistemas de manejo del suelo (enarenado, cultivos en substrato, etc.) minimizan la evaporación directa desde el suelo y la transpiración de los cultivos se reduce dentro de los invernaderos. Además los ciclos de cultivo invernales, mayoritarios en las principales zonas productoras, reducen significativamente el consumo de agua frente a los estivales. Sin embargo, el margen de mejora es aún elevado, puesto que existe drenaje y lixiviación de nutrientes, tanto en cultivos en suelo como en substrato, que genera pérdidas en la eficiencia de uso del agua y los nutrientes que pueden ser superiores al 20%. Es posible maximizar esta eficiencia implementando tecnologías de control y gestión del fertirriego.

Una de las tendencias tecnológicas para mejorar la eficiencia de uso del agua y los nutrientes es el empleo de sensores de humedad de suelo para activar automáticamente el riego. Los objetivos de los trabajos desarrollados desde el centro IFAPA La Mojonera en esta línea se centran en estudiar el efecto del potencial matricial de suelo sobre la bio-productividad, la eficiencia de uso del agua, definida como la producción obtenida por volumen de agua empleado (EUA) y la eficiencia de uso de los nutrientes, definida como la producción obtenida por cantidad de nutriente aplicado en fertirrigación. Se han desarrollado varios experimentos en cultivos de calabacín y pimiento. Los ensayos se han realizado en un invernadero tipo ‘parral’ con suelo enarenado y fertirrigación. El sistema de riego instalado fue localizado con 2 emisores m^-2 autocompensantes y antidrenantes de 3 L h^-1. Se instalaron cuatro tensiómetros electrónicos en cada tratamiento de fertirrigación, seleccionándose uno de ellos como referencia para la activación del riego (Sistema Red Himarcan).Se posicionaron equidistantes con respecto a la planta y el emisor de riego, situando el extremo inferior de la cerámica porosa del tensiómetro a 15 cm de profundidad.

En el cultivo de calabacín se establecieron tres tratamientos de fertirrigación. T1, activación del fertirriego a potencial matricial del suelo -10 kPa y dotación de 1,5 L m^-2; T2, activación del fertirriego a -25 kPa y dotación de 2,0 L m^-2 y T3, activación del fertirriego a -40 kPa y dotación de 3,0 L m^-2. La solución de fertirrigación establecida para todos los tratamientos en mmol L^-1 fue: 12 de NO₃-, 1,5 de H₂PO₄-, 6,5 de K⁺, 4,5 de Ca²⁺ y 1,5 de Mg²⁺. Las determinaciones realizadas fueron: volumen de agua y fertilizantes aplicados, biomasa (g m^-2), área foliar (cm²) y producción (kg m^-2) determinando la eficiencia del uso del agua (EUA) y de los nutrientes. Todos los parámetros estudiados fueron afectados por el nivel de potencial matricial del suelo (Tablas 1 a 3). El tratamiento T1 obtuvo mayor producción, área foliar y biomasa (Tabla 2), así como mayor consumo de agua y nutrientes (Tabla 1) y menor EUA y nutrientes que los tratamientos T2 y T3 (Tabla 3). El T2 produjo una reducción significativa en el consumo de agua y nutrientes respecto a T1, de forma que mostró los valores más elevados de EUA y nutrientes junto con T3. El T3, a pesar de presentar una alta EUA y nutrientes, redujo drásticamente la producción con respecto a T1 y T2. En las condiciones de desarrollo del ensayo, el umbral de tensión matricial del suelo de -25 kPa y dotación de 2,0 L m^-2 fue el que mejor se comportó considerando aspectos productivos y medioambientales.

Tabla 1. Volumen de agua y nutrientes aplicados en cultivo de calabacín.

Tabla 2. Biomasa, área foliar y producción en cultivo de calabacín. Letras diferentes en la misma columna indican diferencias significativas con p = 0.05

Tabla 3. Eficiencia de uso del agua, EUA (expresada en kg de fruto comercial por m³ de agua aplicado) y eficiencia de uso de los nutrientes, EUN: Eficiencia de uso del nitrógeno, EUP: Eficiencia de uso del fósforo, EUCa: Eficiencia de uso del cálcio, EUMg: Eficiencia de uso del magnesio (expresada en kg de fruto comercial por kg de nutriente aplicado) en cultivo de calabacín. Letras diferentes en la misma columna indican diferencias significativas con p = 0.05

En cultivo de pimiento se realizó una primera campaña con cultivar Mazo y otra con cultivar Parejo. Estos cultivares se diferencian en su desarrollo vegetativo. A igualdad de condiciones, las plantas de Mazo presentan un mayor área foliar. Durante la primera campaña se establecieron tres tratamientos de fertirriego gestionados automáticamente con electrotensiómetros, P1-T1, P1-T2 y P1-T3, con consignas de activación de -10 kPa, -20 kPa y -30 kPa, respectivamente; durante la segunda campaña las consignas fueron -10 kPa, -15kPa y -20 kPa para los tratamientos P2-T1, P2-T2 y P2-T3 respectivamente. La dotación fue en todos los casos de 2 L m^-2. La solución de fertirrigación establecida para todos los tratamientos en mmol L-1 fue: 12 de NO₃-, 1,5 de H₂PO₄-, 6 de K⁺, 5 de Ca²⁺ y 2 de Mg²⁺.

Las determinaciones realizadas fueron: volumen de agua y fertilizantes aplicados y producción (kg m^-2), determinando la eficiencia del uso del agua (EUA) y de los nutrientes. Todos los parámetros estudiados fueron afectados por el nivel de potencial matricial del suelo (Tabla 4). En cuanto al consumo de agua durante la primera campaña (P1) el tratamiento que recibió la mayor cantidad de agua fue P1T1 (-10 kPa) con 508 L m^-2. Le siguieron los tratamientos P1T2 (-20 kPa) con un 24% y finalmente el tratamiento P1T3 (-30 kPa) recibió la menor cantidad de agua, casi un 40% menos que P1T1. En el segundo ciclo, el volumen de agua consumido comparando tratamientos homólogos fue menor posiblemente debido a la variedad de pimiento estudiada, menos vegetativa. En el primer ciclo la producción fue significativamente inferior en el tratamiento P1T3, no existiendo diferencias entre P1T1 y P1T2 (-10 kPa y -20 kPa). En la segunda campaña P2T1 (-10 kPa) si fue significativamente más productivo que P2T3 (-20 kPa) e incluso con respecto a P3T2 (-15 kPa) (Tabla 5). En los dos ciclos se ha obtenido un incremento en la producción al aumentar el nivel de humedad del suelo. Sin embargo la variedad más vegetativa podría alcanzar los máximos productivos con niveles más bajos de humedad que la variedad menos vegetativa. Las características del cultivar pueden influir en el consumo y en la eficiencia en el uso de agua y nutrientes por el cultivo. En este caso la variedad más vegetativa ha resultado más eficiente en el uso del agua y nutrientes (Tabla 5).

Tabla 5. Producción comercial, eficiencia de uso del agua, EUA (expresada en kg de fruto comercial por m³ de agua aplicado) y eficiencia de uso de los nutrientes, EUN: Eficiencia de uso del nitrógeno, EUP: Eficiencia de uso del fósforo, EUCa: Eficiencia de uso del cálcio, EUMg: Eficiencia de uso del magnesio (expresada en kg de fruto comercial por kg de nutriente aplicado) en cultivo de pimiento. Letras diferentes en la misma columna y ciclo de cultivo indican diferencias significativas con p = 0.05

Por lo que respecta a la tensión matricial registrada por los tensiómetros electrónicos, en los tratamientos con menor nivel de humedad la oscilación de la tensión matricial en los periodos inter-riegos era superior, así como la dispersión entre las curvas del mismo tratamiento. No obstante, el sistema de activación automática del fertirriego se ha mostrado eficaz en el mantenimiento de la humedad del suelo, ya que en los tres ciclos de cultivo y en todos los tratamientos las curvas de evolución seguían tendencias similares a las del tensiómetro de referencia para la activación del riego (Figuras 1, 2 y 3).

Conclusiones

El sistema de activación automática del fertirriego para cultivos en suelo se ha mostrado eficaz en el mantenimiento de la humedad del suelo. El consumo de agua y fertilizantes ha variado en función del nivel de humedad establecido. El incremento del volumen de fertirrigación aplicado produce un aumento en la producción comercial, tanto en calabacín como en pimiento.

En calabacín, aunando criterios productivos y medioambientales, el tratamiento T2 (-20kPa) es el que mejor comportamiento presentó, con una eficiencia en el uso del agua y nutrientes muy elevada y una producción de fruto de 15 kg m^-2. Las características del cultivar pueden influir en el consumo y en la eficiencia en el uso de agua y nutrientes por el cultivo.

Agradecimientos

Estos trabajos forman parte del Proyecto de Transferencia de Tecnología al Regadío. SAR (PP.TRA.TRA201600.3) financiado por la Consejería de Agricultura Pesca y Desarrollo Rural y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional y del convenio de colaboración entre el Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera (IFAPA) y la empresa Himarcan Técnica del Agua y Clima SLU, para la realización del proyecto de investigación e innovación tecnológica denominado ‘Optimización del riego de cultivos en invernadero mediante la automatización de la frecuencia de las aplicaciones utilizando sondas de humedad de suelo (Sistema Red Himarcan)’.