Estos resultados son de extrema importancia en regiones con gran intensificación de cultivos y que están sujetas a estrictas regulaciones ambientales tanto regionales, como nacionales

Los riegos prolongados y poco frecuentes son una práctica común en suelos con buena capacidad de retención de agua y en cultivos de invierno. Esta práctica, no obstante, puede provocar la pérdida de agua y nutrientes fuera de la zona radicular, lo que reduce la eficiencia en el aprovechamiento de estos recursos por parte del cultivo y puede generar problemas ambientales, como la contaminación por nitratos de masas de agua. Un cambio en las prácticas de fertirrigación, sencilla de adoptar por el agricultor, como aumentar la frecuencia de riego junto con una disminución de duración del evento de riego, puede mejorar la sostenibilidad de los sistemas agrícolas y su entorno.

La actividad agrícola, especialmente en áreas de producción intensiva, busca proporcionar alimentos en cantidad suficiente para cubrir las necesidades de una población creciente. La intensificación de la producción, entendida como la obtención de altos rendimientos por unidad de superficie, es importante también para preservar el uso de otros suelos de la actividad agraria y que así estas áreas puedan conservar su estado natural (Phalan et al., 2011).

El Campo de Cartagena, en la Región de Murcia, es un ejemplo de actividad agraria con altos rendimientos de cosecha. Con una climatología favorable, estos altos rendimientos se han conseguido gracias a la profesionalidad de los agricultores, por ejemplo, en el manejo de un recurso tan escaso como es el agua. La llegada de aguas para riego externas a la propia cuenca del Mar Menor, la capacidad para almacenarla en embalses de riego, y la introducción del fertirriego y su posterior desarrollo hidráulico y tecnológico, han sido claves para el desarrollo económico de la región. No sólo se ha maximizado el rendimiento por cada litro de agua de riego, también se ha aumentado la eficiencia con que los fertilizantes solubles son aplicados y aprovechados por el cultivo.

La actividad agraria en este entorno, como en muchos otros sectores altamente intensificados, además de ser rentable para el agricultor y permitirle un modo de vida digno, debe asegurar que sus prácticas de manejo no estén comprometiendo su actividad futura. En la Región de Murcia, esta actividad que ha sido históricamente un medio de prosperidad para miles de familias, en ocasiones y mayormente inconscientemente, también motivo de efectos no deseables sobre el entorno.

El Campo de Cartagena es también aquí un buen ejemplo. Su actividad agrícola se ha relacionado como la causa de la contaminación de aguas subterráneas y superficiales por nitratos (Ruiz-Fernández et al., 2020). A raíz de varios episodios de anoxia en la laguna salada del Mar Menor, y de la creciente preocupación y presión social, se ha establecido una estricta normativa que regula el manejo del agua y los fertilizantes nitrogenados, y que, junto con otras prácticas agrarias, pretende minimizar la pérdida de nitrato del sistema agrícola, especialmente por lavado (BOE, 2020).

Entre los cultivos de la Región de Murcia que más se han beneficiado de las mejoras en el manejo del riego y los fertilizantes, están los destinados a la producción de hoja, donde destacan diferentes variedades de lechuga y escarola. En Murcia la superficie de suelo dedicada a lechuga y escarola es casi la mitad (46.3%) del total de la superficie dedicada a estos cultivos en España (MAPA, 2022). Un 20% de las 16.284 ha dedicadas al cultivo de lechuga y escarola en la Región de Murcia se asientan en el Campo de Cartagena (Estadística Agraria Regional, 2022), con producciones totales, sin descontar la parte de la planta que se desecha en el campo, que llegan a 72.9 t/ha en lechuga Little gen, 62.3 t/ha en lechuga Romana, 87 t/ha en lechuga Iceberg, 78 t/ha en escarola (datos propios de diversos ensayos en el Campo de Cartagena).

Estos cultivos destinados a la comercialización de hojas responden muy bien a la fertilización nitrogenada por su efecto en el crecimiento y la calidad de la cosecha. Por ejemplo, estudios pioneros al aire libre demostraron que dosis entre 238 y 252 kg N/ha eran aceptables agronómica, económica y ambientalmente (Thompson y Doerge, 1996). Esta necesidad de N por los cultivos de hoja se debe a su esencialidad en el crecimiento y desarrollo de la planta (Marschner 1995). De todos los nutrientes esenciales que las plantas obtienen del suelo, el nitrógeno es el nutriente que más necesitan junto con el potasio, y lo obtienen directamente del suelo, absorbiendo por la raíz sus formas inorgánicas y orgánicas (Epstein and Bloom, 2005). La concentración de las diferentes formas de N (e.j. orgánico, amonio, nitrato, nitrito, óxido nitroso) en el suelo depende del tipo de suelo, temperatura, y las actividades de la comunidad de microorganismos del suelo (Jackson et al., 2008).

De todas estas formas, el nitrato (NO₃-) es la forma de nitrógeno que más usan los cultivos en zonas de clima templado, como el mediterráneo (Epstein and Bloom, 2005). Este nitrato se origina por la descomposición de la materia orgánica del suelo, a través de la fijación biológica en leguminosas, por la deposición atmosférica, y sólo en sistemas agrarios, a través de la incorporación de fertilizantes nitrogenados. El nitrato se pierde del sistema agrario, por lavado con el agua de riego o lluvias intensas, por la conversión a gas N₂O y N₂ (desnitrificación), por su incorporación a los tejidos de microorganismos (inmovilización), por la erosión del suelo, y por la retirada del sistema agrario de los productos de cosecha.

En concreto, y con datos propios de lechuga Little gen, lechuga Iceberg, y Romana, y escarola rizada, el promedio de N que se inmovilizó en la parte aérea de la planta fue de 139 kg/ha. Parte de este N se retira en forma de cosecha y parte vuelve al suelo como residuo vegetal que con el paso del tiempo puede llegar a estar disponible para futuros cultivos. Esta necesidad de los cultivos de hoja por nitrógeno y su periodo de crecimiento que finaliza en febrero-marzo, con episodios cada vez más frecuentes de lluvias intensas, producen las condiciones ideales para la pérdida de nitrato por lavado cuando en el entorno radicular la cantidad es mayor de la que el cultivo necesita (Lemaire et al. 2021).

El manejo conjunto del agua y los fertilizantes, partiendo del concepto básico de que el agua es el medio que tienen los cultivos para alcanzar su fin, es decir los nutrientes, será requisito para la sostenibilidad de los sistemas agrarios. Implementar una estrategia adecuada para cada cultivo es un desafío complejo debido a la interacción entre las características del cultivo, suelo y el grado de tecnificación de la explotación (Gallardo et al. 2020). En muchas regiones de producción de hortícolas, la estrategia más común en cultivos de invierno es regar con una frecuencia de 2-3 veces por semana o incluso menos cuando se usa acolchado plástico (Figura 1).

Esta observación ha sido posible gracias al proyecto LIFE 'Future of Farming' donde hemos trabajado con numerosos agricultores de hortícolas del Valle del Guadalentín y Campo de Cartagena, con el objetivo de optimizar el riego a través del uso de tecnología de sensores de humedad del suelo. La razón de que usen esta estrategia radica principalmente en la facilita de la gestión del riego, ya que es muy frecuente que los productores de hortícolas tengan numerosos sectores de riego en un mismo ciclo. Sin embargo, esta programación de eventos muy espaciados y de larga duración puede resultar en una pérdida de agua y nitrato por lavado fuera del alcance de las raíces (Figura 1) y por tanto una bajada en la eficiencia del uso del agua y el nitrógeno. Por tanto, es urgente desarrollar estrategias de fertirrigación fáciles de aplicar por el agricultor, agronómica y económicamente viables, y con el menor impacto ambiental posible. Una frecuencia de aplicación de agua y nutrientes ajustada a la demanda del cultivo puede ser un paso sencillo para este fin.

El experimento se llevó a cabo en una parcela de 0.6 ha, localizada en Torre Pacheco (37°45’37.18” N, 0°54’29.75” W), Murcia, SE España. El suelo presenta una textura franco-arcillosa, representativa del Campo de Cartagena, con una densidad aparente de 1.45 g/cm³, alta capacidad de retención de agua e intercambio catiónico. El ensayo se realizó por duplicado en dos ciclos de escarola (Cichorium endivia L.) cv Cuartana, con fechas de plantación el 27 de noviembre de 2019, el primer ciclo, y el 3 de noviembre de 2020, el segundo ciclo. La plantación de escarola se realizó en mesetas elevadas (0.25 m de alto x 0.5 m de ancho), separadas por 0.5 m, y cubiertos por un acolchado negro de polietileno, donde se colocó una goma de riego de 16 mm (con emisores de riego insertados, espaciados a 40 cm y con un caudal de 2.2 L/h) en el centro de la meseta, debajo del plástico. De este modo, se minimiza la evaporación de agua desde el suelo. Se disponía de 5 plantas por m². Antes de la siembra, el suelo fue fertilizado con 500 y 250 kg/ha de Entec Nitrofoska 14-7-17 (N-P-K), en septiembre de 2019 y 2020, respectivamente. Además, antes de la siembra, el suelo fue enmendado con estiércol de oveja a razón de 16.000 kg/ha.

Se utilizaron fertilizantes solubles propuestos por el agricultor; (N-P-K) nitrato potásico (13-0-46), nitrato cálcico (15.5-0-0-26.5), nitrato amónico (33.5-0-0), ácido nítrico (12% N), sulfato amónico (21-0-0), fosfato monoamónico (11-54-0), fosfato monopotásico (0-52-34) y ácido fosfórico (62% P). Los fertilizantes se disolvieron en tanques de 1000 L, y se inyectaron en la tubería de riego en la proporción deseada, mediante una bomba acoplada a un venturi y una válvula. Las formas y cantidades por semana de fertilizantes fueron las propuestas por el agricultor. El agua de riego contenía 441.6 and 309.8 mg/L de Cl^- y Na⁺, respectivamente, sin presencia de nitrato. La forma y la cantidad de fertilizantes por semana fue propuesta por el agricultor, con una cantidad total de N en pre-plantación de 70 y 35 kg/ha, en el primer y segundo ciclo respectivamente, y una cantidad total de N en fertirriego de 26 y 76 Kg/ha, en el primer y segundo ciclo, respectivamente. Las prácticas culturales, como la eliminación de maleza y el control de plagas y enfermedades, eran realizadas por el agricultor.

Se establecieron un total de tres tratamientos en los que la única diferencia era la frecuencia y tiempo de cada evento de fertirriego, con una cantidad de agua y nutrientes aplicada por planta al final del ciclo de cultivo igual en todos los tratamientos (Figura 2). El tratamiento de baja frecuencia (BF) recibió de dos a cuatro eventos por semana, con un total de 16 y 15 eventos de riego en el primer y segundo ensayo respectivamente, con un rango de entre 24 y 135 min por cada evento de riego. El tratamiento de media frecuencia (MF) recibió un evento de riego por día, pero no todos los días, recibiendo un total de 48 y 41 eventos de riego en el primer y segundo ensayo respectivamente, con un rango de entre 24 y 45 min de duración por cada evento. El tratamiento de alta frecuencia (AF) recibió tres eventos de riego por día, los mismos días que el tratamiento de MF, recibiendo un total de 144 y 123 eventos de riego, en el primer y segundo ensayo, respectivamente, presentando un rango de entre 8 y 15 minutos en cada evento de riego.

El día anterior y coincidiendo con la plantación, las plantas fueron regadas abundantemente con una cantidad de 50-60 L/m² necesario para saturar el suelo. Este riego fue seguido por 8-10 días sin aplicación adicional de agua o fertilizantes, siendo una práctica común en la zona, que fuerza a las plantas a desarrollar un sistema radicular profundo y a establecerse correctamente. El experimento se dispuso en cuatro bloques con los tres tratamientos aleatorizados en cada bloque. Cada tratamiento en cada bloque consistió en tres hileras, utilizándose la hilera central para las determinaciones de planta y suelo.

Se instalaron doce tubos de acceso, uno por repetición y tratamiento, en la hilera en la fila central. Para determinar la humedad del suelo se utilizó un sensor de capacitancia portátil Diviner 2000 (Sentek Technologies, Australia) para medir el contenido de agua del suelo a intervalos regulares de 10 cm a lo largo del perfil del suelo. En la segunda temporada de cultivo, 22 días antes de la cosecha final, se excavó el suelo bajo las plantas para obtener un perfil del suelo que mostrara la distribución de las raíces hasta los primeros 30 cm de profundidad.

Se utilizaron dos sondas de succión MicroRhizon (E-365-19.21.SA, Eijkelkamp Soil & Water, The Netherlands) por tratamiento y bloque para extraer la solución de suelo entre una profundidad de 30 a 40 cm. En estas soluciones de suelo, se determinó las concentraciones de nitrógeno en forma nítrica (N-NO₃-).

Al final del cultivo se determinó la producción de biomasa aérea total en 120 y 240 plantas por tratamiento el primer y segundo ciclo de cultivo, respectivamente. En estas plantas se midió el contenido de agua en las hojas y la concentración de nitrógeno total y en forma nítrica.

Estos niveles diferenciales de agua en el suelo y presumiblemente de nutrientes que se aportaban con el agua de riego también pudieron ser la causa de la diferente distribución de raíces en el perfil del suelo al final de la cosecha (Figura 4). En el tratamiento de mayor frecuencia y menos duración las raíces están concentradas en los primeros 15 cm de suelo, mientras que, con riegos más largos y menos frecuentes, las raíces estaban distribuidas igualmente por todo el perfil de suelo.

Ambos resultados apoyarían el hecho de que una mayor frecuencia de riego podría mejorar el estado hídrico y nutricional del cultivo, ya sea aumentando la disponibilidad de agua y nutrientes en la zona donde se concentran las raíces o reduciendo el potencial osmótico y matricial del agua en el suelo entre los diferentes eventos de riego (Yasuor et al. 2020).

Al final de los dos ciclos de cultivo, la biomasa total de la parte aérea de la planta fue mayor en el tratamiento de alta frecuencia en comparación con el de baja frecuencia, incrementando en promedio 119 g por planta (Tabla 1). Así mismo, el contenido total de agua en la parte aérea de la planta aumentó en el tratamiento con alta frecuencia de riego respecto a los tratamientos de media y baja frecuencia. Estos resultados concuerdan con los observados de mayor disponibilidad de agua en el suelo, y el posible beneficio de la mayor frecuencia de riego en el estado hídrico de la planta, sobre todo en ciclos de cultivo con escasas precipitaciones, como fue el de los ensayos. El nitrógeno en planta se acumuló más en el tratamiento de baja frecuencia, llegando a los 3.28 g por cogollo.

En cuanto al contenido de nitrógeno en forma de nitrato en la parte aérea de la planta o cogollo, independientemente de la estrategia de riego, mostró bajos niveles al final de la cosecha, situándose muy por debajo de los límites permitidos por la UE (Santamaria, 2006). A pesar de los bajos contenidos foliares de NO₃- en todos los tratamientos, cuando se regó con frecuencias altas se redujo aún más el contenido de nitrato en las hojas, un aspecto crucial cuando el producto se deriva al consumo humano en fresco, ya que un consumo alto de nitratos está relacionado con problemas de salud (Hill, 1990).

Los sistemas de producción de hortícolas son muy diversos y abarcan multitud de variables agronómicas, climáticas, socioeconómicas, etc. Con los datos de este ensayo en escarola, un cultivo de hoja muy similar al de lechuga en cuanto a manejo agronómico, hemos comprobado que a través de cambios en la estrategia de fertirriego, pasando de los 2-3 riegos semanales que comúnmente se hace, a tres riegos diarios, incluso a un riego diario; i) se mejora la producción, ii) se reduce la concentración de nitrato en el producto comercial, y iii) más importante aún, se reduce la concentración de nitrato en la zona de influencia de la raíz, donde es propenso a perderse por lavado ante eventos de lluvia intensos.

Cabe destacar que estos resultados se obtuvieron en un sistema de cultivo con acolchado plástico en el que la evaporación de agua desde el suelo es prácticamente mínima y por lo tanto se reduce el riesgo de incrementar la tasa de evaporación al incrementar la frecuencia de riego. Por tanto, ante la pregunta de si los sistemas hortícolas intensivos pueden ser sostenibles, creemos que sí, al menos en las condiciones de este ensayo, que, excepto la frecuencia y tiempos de riego, replica las condiciones de campo de muchos agricultores.

Es sostenible económicamente para el agricultor, ya que no penaliza los rendimientos de cosecha, los mejora, e incluso la calidad del producto, reduciendo el contenido de nitratos. Y es sostenible ambientalmente, usando el agua de riego como vehículo de los fertilizantes para localizar los nutrientes que la planta necesita dónde los necesita y a la frecuencia que los necesita. Resultando en menor concentración de nitrato en la zona radicular, la mayor amenaza junto con la escasez de agua de la producción de hortícolas en el Campo de Cartagena.

Estos resultados son de extrema importancia en regiones con gran intensificación de cultivos y que están sujetas a estrictas regulaciones ambientales tanto regionales (BORM, 2022), como nacionales (BOE, 2015). En este sentido, el Campo de Cartagena, una de las zonas productivas más sensible a los nitratos de Europa (de Vries et al. 2011), se beneficiaría de un cambio de hábito por parte del agricultor.

Agradecimientos

Este trabajo fue financiado por la Comunidad Autónoma de la Región de Murcia (CARM) a través de la Fundación Séneca, a través de los proyectos 'Jóvenes Líderes en Investigación nº 20659/JLI/18' a JSRA, 'The Future of Farming' del programa LIFE, 'Solución digital para una fertirrigación de precisión sostenible y de aplicación universal (checkrigation)' con cofinanciación FEDER a través del proyecto de Colaboración Público-Privada AEI- CPP2021-008666, y CDTI SmartCrops 5.1.

Bibliografía

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