II CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN QUÍMICA APLICADA
PROGRAMA DE POSGRADO EN AGROPLASTICULTURA
“Análisis del índice grado día y del índice de estrés hídrico en el cultivo de tomate bajo condiciones de invernadero e hidroponía”
TESIS Presentada por:
JAIRO VÁZQUEZ LEE
Para obtener el grado de:
MAESTRO EN CIENCIAS EN AGROPLASTICULTURA
Saltillo, Coahuila, México. Diciembre de 2012.
III ll
IV lll
V AGRADECIMIENTOS
A mi Padre Dios, por darme la bendición de la vida y por guiarme en el camino del bien, por cuidarme y por ayudarme a mantener la fe y la esperanza de un mejor futuro.
A mis padres: Román Vázquez Cruz y Leticia Lee Sosa, con respeto y cariño, a ustedes que siempre han sido mi ejemplo a seguir, por la ayuda incondicional que me brindaron para cumplir una meta más en mi vida.
A mis hermanos Angélica, Eduardo y Juan que siempre me dieron ánimos para seguir adelante en mis estudios.
A mis abuelos Juan Lee Hernández (Q.E.P.D) y Trinidad Cruz Hernández (Q.E.P.D) que siempre me indicaron el camino correcto en la vida y que me inspiraron con sus palabras para seguir luchando. Que Dios los tenga en su santa gloria.
A mi novia Fátima, por ayudarme a mantener la serenidad en mis actividades, por su optimismo, su compañía, cariño y amor que me ayudan a ser mejor persona y que me motiva a seguir luchando en la vida.
A mis compañeros de generación: Carlos, Deyanira, Jesús y Daniela por los conocimientos que compartieron conmigo durante estos dos años de estudio. Así como a las compañeras de especialidad María de Lourdes y Érica. Fue muy grato para mí haber trabajado con ustedes.
Mi más sincero agradecimiento a los trabajadores del departamento de agroplásticos: MC Eduardo, Ing. Felipe, MC Federico, Sr. Arturo, Sr. Jacobo y Sr. Francisco por su ayuda en el manejo del cultivo de tomate.
Al CONACYT por el apoyo brindado para llevar a cabo mis estudios de maestría.
Al Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA) por haberme aceptado en la Maestría en Ciencias en Agroplasticultura.
A cada uno de los maestros del departamento de agroplásticos y polímeros por brindarme sus conocimientos y experiencias profesionales que ayudaron a mi aprendizaje.
Al Dr. Juan P. Munguía López, por haberme aceptado en este proyecto que me dejó mucho aprendizaje, por su supervisión, evaluación y revisión, pero sobre todo por el valioso tiempo brindado para la realización de este proyecto. Gracias
Al Dr. Marco Antonio Arellano Gracía, Dr. Luis Ibarra Jiménez y el M.C. Eduardo A. Treviño López por la revisión del trabajo escrito.
lV
VI Volare (Nel Blu Dipinto Di Blu)
Volare, oh oh, cantare, oh oh oh oh
Let's fly way up to the clouds, away from the maddening crowds We can sing in the glow of a star that I know of
Where lovers enjoy peace of mind
Let us leave the confusion and all disillusion behind Just like bird of a feather, a rainbow together we'll find
Volare, oh oh, e contare, oh oh oh oh No wonder my happy heart sings
Your love has given me wings Penso che un sogno cosi non ritorni mai piu
Mi dipingevo le mani e la faccia di blu Poi d'improvviso venivo dal vento rapito E incominciavo a volare nel cielo infinito
Volare, oh oh, e contare, oh oh oh oh Nel blu, dipinto di blu, felice di stare lassu
E volavo, volavo felice piu in alto del sole ed ancora piu su Mentre il mondo pian piano spariva lontano laggiu
Una musica dolce suonava soltanto per me Volare, oh oh, e cantare, oh oh oh oh
No wonder my happy heart sings, your love has given me wings Nel blu, dipinto di blu, felice di stare lassu
Nel blu, dipinto di blu
Domenico Modugno Adaptada por Dean Martin and Jerry Lewis
V
VII ÍNDICE DE CONTENIDO
PP
ÍNDICE GENERAL VI
ÍNDICE DE CUADROS VIII
ÍNDICE DE FIGURAS VIII
RESUMEN 1
I. INTRODUCCIÓN 3
1.1 Importancia del Agua en México 3
1.2 Producción de Tomate en Invernadero 4
1.3 Generalidades del Cultivo de Tomate de Invernadero 5
1.3.1 Importancia Económica 5
1.3.2 Descripción Botánica 6
1.4 La Hidroponía Como Sistema de Producción 7
1.4.1 Uso de Sustratos n Sistemas Hidropónicos 7
1.4.2 Tipos de Sustratos 9
1.4.3 Importancia de los Contenedores en la Producción Hidropónica 10
1.5 Programación de Riegos en la Agricultura 10
1.6 Factores que Afectan el Desarrollo del Cultivo de Tomate en Invernadero 13
1.6.1 Calidad del Agua 13
1.6.2 Luz 14
1.6.3 Humedad Relativa 15
1.6.4 Déficit de Presión de Vapor (DPV) 15
1.6.5 Dióxido de Carbono (CO2) 15
1.7 Condiciones Ambientales que Provocan Estrés en los Cultivos 16
1.7.1 Déficit Hídrico 16
1.7.2 Temperatura 17
1.7.2.1 Efecto de la Temperatura en la Fotosíntesis y la Respiración Vegetal 18 1.7.2.2 Efecto de la Temperatura en la Transpiración Vegetal 19
II OBJETIVOS E HIPÓTESIS 21
III DESARROLLO EXPERIMENTAL 22
MATERIALES 22
3.1 Localización del Sitio Experimental 22
3.2 Características Climáticas del Sitio Experimental 22
3.3 Material Vegetal 22
Vl
VIII
MÉTODOS 23
3.4 Características del Invernadero 23
3.5 Producción de Plántula 23
3.6 Prácticas Culturales del Cultivo de Tomate en Invernadero 24
3.6.1 Trasplante 24
3.6.2 Fertilización 25
3.6.3 Tutoreo 25
3.6.4 Podas 25
3.6.5 Control de Plagas y Enfermedades 26
3.6.6 Cosecha 26
3.7 Variables Evaluadas 26
3.7.1 Diámetro de Tallo y Longitud de Planta 26
3.7.2 Programación de Riegos 27
3.7.3 Volumen de Riego y Drenaje 27
3.7.4 Control de la Salinidad del Sustrato Hidropónico 28
3.7.5 Análisis de Crecimiento 28
3.7.6 Mediciones del Clima en el Invernadero 29
3.7.7 Temperatura de la Hoja y del Aire 31
3.7.7.1 Sensores Infrarrojos (IR) 31
3.7.7.2 Termopar de Alambre Fino (FWT) 32
3.8 Calculo del Índice Grado Día (SDD) y el Índice de Estrés Hídrico de los
Cultivos (CWSI) 33
3.9 Diseño Experimental 34
3.9.1 Modelo Estadístico 35
IV RESULTADOS Y DISCUSIÓN 36
4.1 Variables Fenológicas 36
4.1.1 Altura de Planta 36
4.1.2 Diámetro de Tallo (DT) 37
4.1.3 Índice de Área Foliar (IAF) 38
4.2 Producción de Materia Seca Total 40
4.2.1 Peso Seco de Tallo (PST) 41
4.2.2 Peso Seco de Hoja (PSH) 41
4.2.3 Peso Seco de Pecíolo (PSP) 42
4.2.4 Peso Seco de Flor (PSflor) 42
4.2.5 Peso Seco de Fruto (PSfr) 42
4.2.6 Efecto de la Producción de Materia Seca en el Rendimiento del Cultivo 43
4.3 Riego y Consumo de Agua 44
4.3.1 Uso Eficiente del Agua (UEA) 47
4.3.1.1 Relación del Peso Seco de Tallo y la Cantidad de Riego Aplicada 47 4.3.1.2 Relación del Rendimiento con la Cantidad de Riego Aplicada 48 Vll
IX
4.4 Índice Grado Día 48
4.4.1 Efecto del Índice Grado Día en el Rendimiento 51
4.5 Índice de Estrés Hídrico del Cultivo de Tomate en Invernadero 52 4.5.1 Efecto de la Cantidad de Riego en el Índice de Estrés Hídrico del Cultivo 53 4.5.2 Efecto del Índice de Estrés Hídrico en el Rendimiento de los Cultivos 56 4.6 Análisis de los Índices de Estrés Hídrico: SDD Y CWSI 57
V CONCLUSIONES 59
VI SUGERENCIAS 60
VII REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS 61
ÍNDICE DE CUADROS
Cuadro 1 Principales estados productores de tomate rojo (2010). 6 Cuadro 2 Temperaturas y efectos sobre el cultivo de tomate. 17 Cuadro 3 Solución nutritiva utilizada en el cultivo de tomate hidropónico bajo
invernadero. 25
Cuadro 4 Mediciones de CE y pH en el drenaje del sustrato utilizado en la producción
de tomate hidropónico bajo invernadero. 28
Cuadro 5 Altura y diámetro basal de tallo en el cultivo de tomate hidropónico bajo
invernadero. 38
Cuadro 6 Peso de materia seca del cultivo de tomate hidropónico bajo invernadero. 43 Cuadro 7 Prueba de comparación de medias para cantidad de riego, consumo de agua,
y uso eficiente del agua por planta durante todo el ciclo de cultivo. 47 Cuadro 8 Comparación entre los índices de estrés en diferentes niveles de drenaje. 58
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Plantas de tomate indeterminado tipo bola trasplantadas en el sistema
hidropónico 24
Figura 2 Distribución del sistema de riego y localización de la captación del drenaje 27 Figura 3 Sonda para medir temperatura y humedad relativa en el invernadero 29 Figura 4 Pared húmeda utilizada en la producción de tomate hidropónico en el
período de los meses de marzo-octubre del año 2011. 30 Figura 5
Equipo de extracción de aire caliente y equipo de calefacción utilizado en la producción de tomate hidropónico en el período de los meses de marzo-
octubre del año 2011. 31
Figura 6
Sensor infrarrojo para medir la temperatura de la hoja cada hora durante las 24 horas del día, durante el período del 4 de Julio al 29 de Septiembre del 2011 (104 - 188 DDT).
32 Figura 7 Termopar de alambre fino utilizado para medir la temperatura del aire del
invernadero. 33
Figura 8 Distribución de los tratamientos en un diseño experimental de bloques
Vlll
X
completos al azar. 34
Figura 9 Longitud de planta durante el ciclo de cultivo de tomate hidropónico bajo
invernadero durante los meses de Marzo-Octubre 2011. 36 Figura 10 Diámetro basal de tallo durante el ciclo de cultivo de tomate hidropónico
bajo invernadero durante los meses de Marzo-Octubre 2011. 37 Figura 11 Índice de área foliar (IAF) en cultivo de tomate hidropónico bajo
invernadero durante los meses de Marzo-Octubre 2011 39 Figura 12 Peso seco total por planta en cultivo de tomate hidropónico bajo invernadero
durante los meses de Marzo-Noviembre del 2011. 40
Figura 13 Efecto de la producción de materia seca en el rendimiento del cultivo de
tomate hidropónico bajo invernadero (Marzo-Octubre 2011). 44 Figura 14 Consumo de agua por planta durante el ciclo de cultivo de tomate
hidropónico bajo invernadero (Marzo-Octubre 2011). 45 Figura 15
Comportamiento del consumo de agua con respecto a la cantidad de riego correspondiente a la tercera etapa fenológica (116 – 221 DDT) en cultivo de tomate hidropónico de invernadero. a) T1 (10% D), b) T2 (15% D), c) T3
(20% D) y d) T4 (30% D). 46
Figura 16 Cantidad de agua de riego aplicada, consumo de agua y UEA durante el
ciclo de cultivo de tomate hidropónico bajo invernadero 2011. 48 Figura 17 Comportamiento de Tc-Ta durante las 24 hrs del día 106 DDT en cultivo de
tomate hidropónico bajo invernadero. 49
Figura 18
Comportamiento del índice grado día (SDD) en la etapa de fructificación en el cultivo de tomate correspondiente a los meses de Julio-Agosto del año
2011. 50
Figura19
Comportamiento del índice grado día (SDD) con respecto a las cantidades de riego aplicadas por tratamiento en cultivo de tomate hidropónico bajo
invernadero. 51
Figura 20 Efecto del índice grado día en el rendimiento del cultivo de tomate
hidropónico bajo invernadero. 52
Figura 21
Líneas base superior e inferior en la relación entre (Tc-Ta) y el déficit de presión de vapor (DPV) para el cultivo de tomate de invernadero en el
período del mes de Julio- Agosto del año 2011. 53
Figura 22 Comportamiento del CWSI durante la etapa fenológica de fructificación en
cultivo de tomate hidropónico bajo invernadero 54
Figura 23
a) CWSI en función de la cantidad de riego aplicada en cultivo de tomate de invernadero. b) Comportamiento del CWSI por tratamiento. Período Julio-
Agosto 2011. 55
Figura 24
Temperatura de la hoja y del aire en cultivo de tomate hidropónico en invernadero correspondiente al día 109 después de trasplante. Nota: T1 (10% D), T2 (15% D), T3 (20% D) y T4 (30% D) indican la temperatura de la hoja por tratamiento. Ta= temperatura del aire 56 Figura 25
a) Rendimiento del cultivo de tomate hidropónico bajo invernadero con respecto al CWSI. b) Producción en toneladas por hectárea por ciclo de
cultivo. 57
lX
RESUMEN
Se analizaron los índices de estrés hídrico: Índice Grado Día e Índice de estrés Hídrico en el cultivo de tomate (Lycopersicum esculentum Mill) indeterminado tipo bola bajo invernadero en un sistema hidropónico en el Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA) de Saltillo Coahuila, México en el año 2011. Para el experimento se establecieron diferentes porcentajes de drenaje (tratamiento 1, 10%, tratamiento 2, 15%, tratamiento 3, 20%
y tratamiento 4, 30%), se midió la temperatura del dosel (Tc) de las plantas mediante termometría infrarroja y la temperatura del aire (Ta) con un termopar de alambre fino FWT cada hora durante las 24 horas del día. Se calculó el SDD (stress degree day) y el CWSI (crop water stress index) para cada tratamiento y los resultados demostraron la sensibilidad que tiene el cultivo cuando está en condiciones deficientes de riego. En las plantas del tratamiento 1, Tc resultó mayor que Ta y provocó que en el periodo de mediciones el SDD acumulado fuera de 2080.31 ˚C mientras que en el tratamiento 4, Tc fue menor que Ta y por esto el SDD acumulado fue de -316.17 ˚C. La acumulación de SDD con valores positivos representa a un cultivo cuando está en condiciones de estrés hídrico y SDD con valores negativos representa a un cultivo bien regado. Las cantidades de riego aplicadas para mantener los porcentajes de drenaje en cada tratamiento tuvieron un efecto marcado en el CWSI, las plantas del T1 manifestaron el mayor CWSI con un valor promedio de 0.8, mientras que las plantas de T4 el CWSI fue de 0.5. De acuerdo a los resultados obtenidos, se puede distinguir que ambos índices indican el nivel de estrés que presentan las plantas, coincidiendo en que cuando se presentan valores altos de SDD y CWSI las plantas manifiestan daños en su crecimiento vegetativo y producción de materia seca que trae como consecuencia bajos rendimientos de los cultivos. Sin embargo, el SDD solo nos muestra que la temperatura de la hoja es superior o inferior que la temperatura del aire dependiendo de la cantidad de riego que se está aplicando;
en cambio, el CWSI indica el nivel de riego necesario para mantener la temperatura óptima de la planta por lo que se puede decir que el CWSI es mejor que el SDD si se requiere conocer la cantidad de agua diaria necesaria para aplicar a los cultivos. Desde el punto de vista matemático el resultado del modelo del CWSI es más estable por que no solo se basa en una diferencia matemática sino que incluye la variable ambiental del déficit de presión de vapor.
2 Las investigaciones realizadas acerca del SDD y el CWSI reportadas por otros autores se han realizado en campo abierto por lo que resalta la importancia de este estudio realizado en condiciones de invernadero e hidroponía.
Palabras clave: Termometría Infrarroja, CWSI, SDD, Tomate Hidropónico
3 I. INTRODUCCIÓN
1.1. Importancia del Agua en México
De los recursos naturales que disponemos hoy en día, el agua es el que está generando mayor preocupación a nivel mundial por su escasez y la contaminación que se está provocando debido al mal manejo en las actividades humanas diarias. A nivel nacional la disponibilidad del líquido vital muestra una distribución regional desigual que dificulta su aprovechamiento adecuado. Por ejemplo, en la parte norte del país, la disponibilidad de agua por habitante alcanza niveles de escasez críticos, mientras que en el centro y en el sur es abundante. Entre los años 2000 y 2005, la disponibilidad por habitante disminuyó de 4,841 m3/año a 4,573 m3 año-1 (CONAGUA, 2006) y se prevé que para el año 2030, la disponibilidad media de agua por habitante se reducirá a 3,705 m3 año-1 (CONAPO, 2006).
El aumento de la población así como el crecimiento económico incrementan la demanda de agua, y la presencia de sequías en los últimos años por la escasez de lluvias han provocado que se haga uso de pozos profundos para disponer del agua de los mantos acuíferos para abastecer las necesidades hídricas de la población (CONAGUA, 2012).
De la extracción total del agua en el país, 77% se destina a la actividad agropecuaria, 14% al abastecimiento público y 9% a la industria autoabastecedora, agroindustria, servicios, comercio y termoeléctricas (CONAGUA, 2006). Los distritos y unidades de riego abarcan 6.4 millones de hectáreas de las más de 20 millones dedicadas a esta actividad, y en ellas se genera el 42% del valor total de la producción agrícola. Sin embargo, la mayoría de los agricultores siembra en 14 millones de hectáreas de temporal, de las cuales obtienen con gran incertidumbre cosechas modestas. Los distritos de riego emplean 48.5% del agua destinada al sector agropecuario. El 69% del agua que se extrae de los acuíferos se usa en el riego agrícola.
Actualmente, sólo se realizan acciones para tecnificar y mejorar la producción en 2.6 millones de hectáreas en regiones húmedas. El uso del agua para la agricultura es muy poco eficiente, alcanzando solamente el 46% si se consideran los procesos de conducción y asignación, así como su forma de uso (CONAGUA, 2005). De acuerdo a esta fuente, el consumo de agua en las actividades agrícolas es alto y esto obliga a buscar alternativas para manejar adecuadamente los riegos, se requieren métodos precisos para efectuar el abastecimiento del agua necesaria para las funciones fisiológicas de las plantas. Debido a esto, se han desarrollado diversas tecnologías tendientes a mejorar el uso de este recurso, sistemas de
4 conducción y métodos de riego más eficientes, que permiten aumentar la superficie regada, mejorar rendimientos y ampliar la rentabilidad de los cultivos y el suelo (San Martín y Acevedo 2001).
Debido al crecimiento de la población, la demanda de alimentos es mayor, razón por la cual se están utilizando tecnologías que propician mejores condiciones para el desarrollo de los cultivos, con el uso de los plásticos como acolchado de suelos se provoca un microclima benéfico para la zona radicular que además de conservar la humedad del suelo aumenta la disponibilidad de nutrientes, provoca precocidad y mejora los rendimientos, por lo que aumenta el uso eficiente del agua. Con la agricultura protegida como las casas sombra y los invernaderos se pueden controlar los factores bióticos y abióticos que afectan el desarrollo de los cultivos con el fin de tener menor superficie de cosecha y una mayor producción.
1.2. Producción de Tomate en Invernadero
La producción de tomate es una buena alternativa para los agricultores debido a que es una hortaliza que se adapta a las condiciones climatológicas de nuestro país, pero sobresale en los estados de Sinaloa, Zacatecas, Jalisco, Nayarit, Colima, Baja California, etc., donde se obtienen cosechas con calidad de producción de exportación. Es importante destacar que la producción de tomate tuvo un crecimiento sostenido en los años 2000 al 2004 mostrando el atractivo de buenos precios en el mercado y los incrementos en la productividad y para el año 2005 México produjo 2.5 millones de toneladas de jitomate(www.siap.gob.mx).
La producción de hortalizas en invernadero es una técnica que permite controlar y modificar el ambiente en el cual se desarrollan las plantas, con el fin de obtener un crecimiento y desarrollo adecuado en condiciones y épocas que difícilmente se lograrían en campo abierto. Por esta razón, mediante este sistema se pueden obtener mejores rendimientos y productos de más alta calidad.
En los últimos años, en México y en el mundo se están padeciendo los estragos del cambio climático como consecuencia del calentamiento global por el efecto de los fenómenos del Niño y La Niña, y esto ha provocado cambios en los patrones de siembras y cosechas de la producción a cielo abierto. El impacto directo es una marcada variabilidad en las cosechas y en la determinación de los precios en los mercados. Para México, el ciclo agrícola del jitomate en el 2006 fue catastrófico por el efecto de los huracanes que impactaron las cosechas de
5 Sinaloa y Sonora haciendo caer la producción anual a menos de dos millones de toneladas (http://webkreator.com.mx/enlaces/jitomate.html 2009).
Respecto a los daños ocasionados por estos fenómenos meteorológicos, a nivel nacional se perdieron 5 mil 349 hectáreas, lo que representó el 9.9 por ciento del total de la superficie sembrada durante el ciclo agrícola 2010. El estado que reportó mayor grado de siniestralidad en el cultivo de tomate fue Michoacán que perdió 1 mil 496 hectáreas que representaron el 37.52 por ciento del total de la superficie sembrada (www.siap.gob.mx).
Gracias a la protección que brindan los invernaderos contra los factores meteorológicos se pueden asegurar las cosechas en cualquier época del año y se disminuyen los riesgos de las inversiones económicas que se realizan en proyectos de producción de hortalizas.
1.3. Generalidades del Cultivo de Tomate de Invernadero 1.3.1. Importancia Económica
El tomate es la hortaliza de mayor índice de comercialización en todo el mundo, la demanda de este producto aumenta constantemente y con ello su superficie cultivable, producción y rendimiento (CEFP, 2011). La producción de tomate rojo ocupa el décimo lugar a nivel mundial con 2 millones 936 770 toneladas (FA0, 2008) y a nivel nacional, ocupa el decimo primer lugar. A nivel mundial, la producción de tomate en el 2008 se distribuyó de la siguiente manera: China fue el principal productor de jitomate en el mundo, con una participación de 36%. Le sigue Estados Unidos con 14%; Turquía, 12%; India, 11%; mientras que México ocupó el doceavo lugar, con 3% de participación en la producción. (Fuente: FAO, 2008).
Según el SIAP, durante el año agrícola de 2010, en nuestro país se cultivaron más de 54 mil hectáreas de tomate rojo, de donde se obtuvieron 2 millones 58 mil 424 toneladas, de las cuales el 56 por ciento de la producción nacional se produjeron en los estados de Sinaloa, Baja California, Zacatecas y Jalisco. Por otra parte, en el año 2010, en campo abierto, la productividad promedio del cultivo de tomate rojo fue de 42.1 toneladas por hectárea cosechada (Cuadro 1).
6 Cuadro 1. Principales Estados Productores de Tomate Rojo (datos preliminares al 31 de diciembre de 2010)
Entidad federativa
Producción Superficie (ha)
Rendimiento
(ton/ha Toneladas Participación
Porcentual
Sembrada Cosechada Siniestrada
Total nacional 2,058,434.0 100.0 54,238.0 48,889.0 5,349.0 42.1
Sinaloa 673,850.0 32.7 14,190.0 13,924.0 266.0 48.4
B. California 200,598.0 9.7 3,563.0 3,385.0 178.0 59.3
Zacatecas 144,347.0 7.0 3,503.0 3,477.0 26.0 41.5
Jalisco 133,459.0 6.5 1,862.0 1,841.0 21.0 72.5
B. C. Sur 102,175.0 5.0 2,306.0 2,117.0 189.0 48.3
S. L. P. 95,873.0 4.7 2,242.0 1,888.0 354.0 50.8
México 80,954.0 3.9 1,483.0 1,472.0 11.0 55.0
Michoacán 79,291.0 3.9 5,186.0 3,240.0 1,946.0 24.5
Morelos 68,519.0 3.3 2,162.0 2,112.0 50.0 32.4
Sonora 53,014.0 2.6 1,724.0 1,617.0 107.0 32.8
Otros estados 426,344.0 20.7 16,017.0 13,816.0 2,201.0 30.9
Fuente: Elaborado por el CEFP con datos del Servicio de Información Agroalimentaria y Pesquera (SIAP).
1.3.2. Descripción Botánica
Es una solanácea, perenne de porte arbustivo que se cultiva como anual, es originaria de la región andina en Sudamérica.
El sistema radical del tomate es superficial y está constituido por la raíz principal (corta y débil), raíces secundarias (numerosas y potentes) y raíces adventicias.
El tallo principal tiene 2 a 4 cm de diámetro en la base y está cubierto por pelos glandulares y no glandulares que salen de la epidermis; sobre el tallo se van desarrollando hojas, tallos secundarios e inflorescencias. Éste tiene la propiedad de emitir raíces cuando se pone en contacto con el suelo, característica importante que se aprovecha en las operaciones culturales de aporque dándole mayor anclaje a la planta (Jaramillo y colaboradores, 2007).
Las hojas se disponen de forma alternativa sobre el tallo, son compuestas imparipinadas con siete a nueve foliolos, los cuales generalmente son peciolados, lobulados y con borde dentado, y recubiertos de pelos glandulares. El mesófilo o tejido parenquimático está recubierto por una epidermis superior e inferior, ambas sin cloroplastos. La epidermis inferior presenta un alto número de estomas. Dentro del parénquima, la zona superior o en empalizada, es rica en cloroplastos. Los haces vasculares son prominentes, sobretodo en el envés, y constan de un nervio principal (Marín, 2001).
La anatomía de la hoja está altamente especializada en la absorción de la luz y las propiedades de las células en empalizada del mesófilo aseguran la absorción uniforme de luz a
7 través de toda la hoja. Además de las características estructurales de la hoja, el movimiento de los cloroplastos en las células y el seguimiento solar del limbo de la hoja ayudan a maximizar la absorción de luz (Taiz y Zeiger, 2007).
La flor es perfecta, regular e hipogina y consta de 5 o más sépalos, de igual número de pétalos de color amarillo, tiene estambres soldados que se alternan con los pétalos y forman un cono estaminal que envuelve al gineceo, y de un ovario bi o plurilocular. Las flores se agrupan en inflorescencias de tipo racimoso, generalmente en número de 3 a 10 y se desarrollan cada 2-3 hojas en las axilas (Nuño, 2007).
El fruto es una baya que presenta diferente tamaño, forma, color, consistencia y composición, según el cultivo que se trate. Está constituido por la epidermis, el pericarpio, el tejido placentario y las semillas (Jaramillo y colaboradores, 2007).
1.4. La Hidroponía como Sistema de Producción
En combinación con los invernaderos, el cultivo sin suelo o cultivo hidropónico, posiblemente sea hoy en día el método más intensivo de producción de hortalizas, surge como una alternativa a la agricultura tradicional, cuyo principal objetivo es eliminar o disminuir los factores limitantes del crecimiento vegetal asociados al ambiente de producción, sustituyéndolo por otros soportes de cultivo y aplicando técnicas de fertilización alternativas (Jensen, 2001).
Se define a la hidroponía como un sistema de producción en el que las raíces de las plantas se irrigan con una mezcla de elementos nutritivos esenciales disueltos en agua, y en lugar de suelo se utiliza como sustrato un material inerte y estéril, o simplemente la solución nutritiva: El interés por el sistema hidropónico bajo invernadero a nivel mundial obedece a los altos rendimientos y a la calidad del producto que por unidad de superficie se pueden obtener (1000% más que el cultivo en campo abierto en el cual se obtienen de 20 a 30 t ha -1) lo que significa mejor mercado y precio de venta (González, 2006).
1.4.1. Uso de Sustratos en Sistemas Hidropónicos
En la horticultura, el término sustrato se aplica a todo material sólido distinto del suelo, natural, de síntesis o residual, mineral u orgánico, que colocado en un contenedor, en forma pura o en mezcla permite el anclaje del sistema radical, desempeñando por lo tanto, un papel
8 de soporte para la planta (Abad y colaboradores, 2005). Según Michelot (1999), el soporte del cultivo (suelo o sustrato) cumple cuatro funciones: a) asegura el anclaje mecánico de la planta;
b) constituye la reserva hídrica de la que las raíces toman el agua para cubrir las necesidades de la planta; c) las raíces son órganos aerobios, por lo tanto, el sustrato debe proporcionar el oxígeno que necesitan para su correcto funcionamiento y d) debe asegurar la nutrición mineral de la planta.
Al seleccionar un sustrato para desarrollar un cultivo en sistemas hidropónicos, es necesario realizar la caracterización con objeto de conocer sus propiedades físicas, químicas y biológicas, ya que de éstas depende el manejo posterior del cultivo. Abad y colaboradores, (2005) sugieren que las propiedades físicas de los sustratos son de mayor importancia porque una vez que el sustrato está en el contenedor y la planta se está desarrollando en él, no es posible modificar las características físicas básicas de dicho sustrato. En cambio, las características químicas si se pueden modificar.
Propiedades físicas. Según Abad y colaboradores, (2004, 2005); López Cuadrado y Masaguer (2006) las propiedades que en mayor medida caracterizan a un buen sustrato, en cuanto a su aptitud para la germinación, el enraizamiento y el desarrollo de plantas, son las siguientes:
Elevada capacidad de retención de agua fácilmente disponible, suficiente suministro de aire, distribución del tamaño de las partículas, adecuado para que mantenga las condiciones anteriores, baja densidad aparente, elevada porosidad total y estructura estable que impida la contracción del sustrato.
Propiedades químicas. Baja o suficiente capacidad de intercambio catiónico, en función de la fertilización aportada, suficiente nivel de nutrientes asimilables, baja salinidad, elevada capacidad tampón y pH ligeramente ácido y mínima velocidad de descomposición.
Otras propiedades. Libres de semillas de malas hierbas, nematodos, hongos, otros patógenos y sustancias fitotóxicas, reproducibilidad, disponibilidad y bajo costo, fácil de manejar, rehumectar y desinfectar y resistencia a cambios físicos, químicos y ambientales extremos.
9 1.4.2. Tipos de Sustratos
Perlita. Es un aluminosilicato que se fabrica a partir de rocas volcánicas vítreas, con densidades originales de 1.5 g1 cm-3. En su tratamiento industrial se calienta a temperaturas de 1000 °C durante unos minutos y se logra su expansión hasta reducir la densidad aparente a 0.12 g1 cm-3 (Maroto, 1990). Este sustrato tiene un excelente drenaje, es ligero, de muy baja CIC (0.15 me 100 cm-3), su pH es casi neutro, por lo que es un excelente sustituto de la arena, pero es mucho más ligero y de fácil manejo (Fonteno, 1996).
La principal ventaja de la perlita es su capacidad para mantener una humedad muy uniforme en todo el saco de cultivo, es de fácil manejo para su bajo peso y un material inerte y sin problemas de contaminación de patógenos. Uno de los inconvenientes que tiene es que cuando accidentalmente se da un grave descenso del pH en la solución nutritiva, por debajo de 5, puede provocar la liberación de aluminio y causar toxicidad al cultivo (Abad, 1995).
Fibra de coco. La denominada fibra de coco es un residuo orgánico de origen industrial, con una enorme potencialidad para ser utilizado como sustrato o componente de sustratos de cultivo (Abad y colaboradores, 2005). Posadas (1999) indica que ésta presenta una densidad media de 0.07 g1 cm-3, el sustrato se caracteriza por tener capacidad de retención de agua promedio del 54% (porcentaje del agua retenida en la diferencia de la cantidad de agua necesaria para saturar del sustrato y la cantidad de agua drenada); capacidad de aireación media de 46% (representa el porcentaje de la cantidad de agua necesaria para saturar el espacio poroso del sustrato de volumen conocido). En cuanto a las propiedades químicas de la fibra de coco, en condiciones vírgenes contiene una alta salinidad que puede ir de 4 a 7 dS m-1 en el extracto saturado. Esta salinidad corresponde principalmente a cloruro de potasio y de sodio, pero con un lavado esta se elimina en el mismo saco de cultivo. Presenta una CIC de 60 a 117 me 100 g-1 (Castellanos, 2004).
10 1.4.3. Importancia de los Contenedores en la Producción Hidropónica
Los tipos de recipientes y contenedores que se pueden usar deben estar de acuerdo con el espacio disponible, las posibilidades técnicas y económicas y las necesidades y aspiraciones de progreso y desarrollo de la producción hortícola. Las bolsas o mangas plásticas de color negro, como las que se usan para plantas de vivero, son recipientes económicos, fáciles de usar y muy productivos en pequeños espacios. Las bolsas son aptas para especies como tomate, pepino, pimiento, pimentón y cebolla.
Las dimensiones (largo y ancho) de los contenedores pueden ser muy variables, pero su profundidad en cambio no debe ser mayor de 10-12 cm, dado que en el sistema hidropónico no es necesario un espacio mayor para el desarrollo de las raíces de las plantas. Dimensiones superiores a éstas implican mayores costos en materiales (plástico, sustrato) y mayores dificultades y riesgos en el manejo. Las dimensiones mínimas son muy variables, pues dependen de la disponibilidad de espacio, los materiales que se puedan conseguir a menor costo y de los objetivos de la producción hortícola.
Todo recipiente que se va a destinar a la hidroponía en sustrato sólido deberá tener un orificio de drenaje, por el cual podrán escurrir los excesos de agua o de sales nutritivas. En los contenedores, este drenaje debe estar ubicado en la mitad de uno de los extremos y se le hace un orificio de 7 mm a una altura de 1.5 cm (FAO, 2003).
1.5. Programación de Riegos en la Agricultura
La determinación de la frecuencia de riego es una actividad muy importante dentro de cualquier explotación agrícola que dispone de riego, ya que permite que la planta se mantenga en óptimas condiciones hídricas durante todo el desarrollo del cultivo.
Para la programación de riegos, se han utilizado diversos métodos que miden el contenido de humedad del suelo o Pw (potential water) ya sea de forma directa principalmente con el método gravimétrico; y de forma indirecta con el uso de tensiómetros, bloques de Yeso (resistencia eléctrica), dispersores de neutrones y los TDR (Time Domain Reflectometry), de tal manera que los valores que estos métodos expresan son el resultado del estado energético del agua en el suelo, y con esto nos dan una indicación de cuándo y cuánto riego aplicar.
En la actualidad, en los cultivos de campo abierto, debido a la escases de agua en las regiones áridas y semiáridas del mundo, se ha optado por métodos que miden la temperatura
11 de la hoja de la planta a través de la termometría infrarroja y está teniendo un uso práctico por ser una herramienta sencilla, confiable, de fácil manejo y precisión para determinar las necesidades hídricas de los cultivos debido a que se basa en el balance de energía entre la temperatura del aire y la temperatura del dosel de la planta y el déficit de presión de vapor (DPV) que depende del cultivo y de las condiciones atmosféricas (Idso y colaboradores, 1981).
La aplicación de termómetros infrarrojos fue iniciado por Tanner, (1963). Idso y colaboradores (1977) y Jakcson y colaboradores (1977) midieron temperaturas del dosel y del aire todos los días durante una temporada completa en el cultivo de trigo y definieron el estrés grado-día o SDD (stress degree day por sus siglas en inglés) como la diferencia entre la temperatura del dosel (Tc) y la temperatura del aire (Ta). Idso y colaboradores (1981), encontraron que si el contenido de humedad del suelo es suficiente para la planta, la diferencia entre la temperatura de la hoja y la temperatura del aire es cero o con valor negativo, pero si las plantas sufren de estrés hídrico, este valor es arriba de cero.
La temperatura de la hoja es usada como un indicador del estrés hídrico de las plantas (Jackson y colaboradores, 1981; Jackson, 1982). Idso y colaboradores (1981) desarrollaron el método empírico del índice de estrés hídrico de los cultivos o CWSI (crop water stress index por sus siglas en inglés) para la cuantificación de la tensión de humedad en los cultivos en regiones áridas, el cual depende de la determinación de las líneas base inferior y superior, las cuales son específicas del cultivo y están influenciadas por el clima (Bucks y colaboradores, 1985). La línea base inferior indica la temperatura de la planta cuando no está sometida a estrés hídrico (representa un cultivo totalmente regado y fue introducido primero por Idso y colaboradores, 1981); la línea base superior corresponde a la temperatura de la planta cuando se encuentra en condiciones de máximo estrés hídrico, que corresponde al cultivo sin transpiración. Ambas líneas son dibujadas en un grafico entre Ts – Ta vs DPV, donde Ts y Ta son la temperatura de la superficie y la temperatura del aire en el nivel de referencia (°C) y el déficit de presión de vapor (DPV) en pascales (Pa) (Alves y Pereira, 2000).
Para su desarrollo, las plantas utilizan la radiación solar, el dióxido de carbono (CO2) atmosférico, el agua y los elementos nutritivos en el proceso de la fotosíntesis para producir la energía necesaria para su desarrollo. Cuando los estomas de las hojas están abiertos, permiten
12 la entrada de CO2, y se produce la emisión de agua en forma de vapor desde la planta a la atmósfera mediante el proceso de la transpiración (Fernández y colaboradores, 2001). Este proceso fisiológico ocasiona una pérdida de agua de la planta hacia la atmósfera pero es repuesta mediante la extracción del agua disponible por las raíces en el suelo y junto con esta, se lleva a cabo la traslocación de los elementos nutritivos a las partes aéreas de la planta.
Cuando una planta transpira completamente, no hay estrés hídrico y la temperatura de la hoja oscila de 1 °C a 4 °C menos que la temperatura ambiental (Jackson y colaboradores, 1982), cuando las plantas están bajo estrés hídrico se produce el cierre de los estomas, esto interrumpe la disipación de energía y resulta en un aumento de la temperatura de la hoja (Gontia y Tiwari, 2008) y puede alcanzar de 4 a 6 °C más que la temperatura del aire. En este caso, el déficit hídrico es alto, y la transpiración de las hojas se ve drásticamente reducida con el incremento de la temperatura foliar; cuando la planta está muerta o no transpira en mucho tiempo el CWSI es uno (Jackson y colaboradores,, 1982).
Algunos autores han utilizado el método de la termometría infrarroja para programar riegos, Orta y colaboradores, (2002) se basaron en la temperatura de la hoja, determinando los valores del CWSI de cultivo de girasol. Las plantas fueron establecidas en riego por surcos y sometidas a cinco tratamientos de riego (100, 75, 50, 25 y 0% de humedad disponible respectivamente). Concluyeron que un promedio de CWSI de 0.59 después del tiempo de riego se produjo el máximo rendimiento. Erdem y colaboradores, (2003) en Turquía, evaluaron diferentes valores de CWSI para la programación de riegos en plantas de melón y concluyeron que la máxima eficiencia en el uso del agua fue obtenida en el valor de CWSI de 0.6. Erdem y colaboradores, (2006) determinaron el CWSI en el cultivo de papa mediante riego por goteo y riego por surcos, utilizando tres diferentes niveles de riego (100, 50 y 0% de reposición de agua en el suelo). La producción del tubérculo decreció cuando el promedio del CWSI excedía en 0.68 y 0.81 en riego por surco y riego por goteo respectivamente. Erdem y colaboradores, (2009) evaluaron diferentes valores de CWSI para la programación de riegos en cultivo de girasol iniciando los riegos cuando los valores del CWSI alcanzaron el 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 y 1.0 (no regado), observaron que los niveles de riego afectaron significativamente la producción de semilla aunque la mayor producción fue obtenida en el valor de 0.2, sin embargo los niveles de 0.4 y 0.6 fueron estadísticamente no significativos con respecto al
13 valor de 0.2 por lo tanto, concluye que el valor de CWSI de 0.6 puede ser usado para programación de riegos del girasol.
1.6. Factores que Afectan el Desarrollo del Cultivo de Tomate en Invernadero El ciclo de cultivo del tomate está relacionado con el clima presente en la región donde se establece el cultivo, el tipo de suelo, la calidad del agua, el manejo agronómico que se le dé a la planta, la cantidad de racimos que va a desarrollar y el potencial genético de la variedad utilizada.
1.6.1. Calidad del Agua
Independiente de la fuente abastecedora (superficial o subterránea), la calidad del agua de riego es un término que se utiliza para indicar la conveniencia o limitación del empleo del agua con fines de riego para los cultivos. La calidad del agua depende de sus características físicas y químicas, y también de los problemas potenciales que pueden generar a los cultivos, a los suelos y al sistema de riego, dando lugar al uso condicionado del agua de riego, dependiendo del cultivo y del suelo específico que se trate (Sánchez, 2000).
pH. Está relacionado con la calidad del agua y las características del fertilizante, el control del pH es necesario para evitar que se precipiten los nutrientes en forma de sales insolubles que obstruyen el sistema de goteo, el pH al final del gotero debe de ser de 5.5-6.0, esto se logra acidificando el agua con acido fosfórico, sulfúrico o nítrico (Nuño, 2007).
Con un pH de 5.0 a 6.5, la mayoría de los nutrimentos mantienen su máximo nivel de asimilabilidad. Por debajo de 5.0 se pueden presentar deficiencias de N, K, Ca, Mg y B, mientras que por encima de 6.5 puede disminuir el aprovechamiento de P, Fe, Mn, B, Zn y Cu (Escudero, 1993).
Conductividad eléctrica (CE). El contenido total de sales trae como peligro la acumulación de sales solubles en el suelo, que puede generar problemas de presión osmótica, es decir producen dificultades de absorción de agua por las plantas. La dureza del agua es otro factor que está relacionada con la presencia de iones de calcio y magnesio; es la suma de las concentraciones de calcio y magnesio expresadas en partes por millón de carbonato de calcio por litro (ppm CaCO3 L-1). Finalmente el contenido de iones tóxicos aumenta la
14 susceptibilidad del cultivo, afecta el área foliar y disminuye la capacidad fotosintética de la planta. Dentro de los iones más comunes tenemos el Sodio, Cloro y Boro (Sánchez, 2000).
Magán (2006) sugiere que para evitar descensos de producción, así como de los ingresos brutos percibidos, resulta conveniente no sobrepasar una conductividad eléctrica de 3.5 dS m-1 en cultivo sin suelo de tomate larga vida.
El tomate es considerado como uno de los cultivos tolerantes a las sales, sin embargo al irrigar esta hortaliza se debe considerar un excedente de agua (lavado) con objeto de evitar la acumulación de sales, este excedente variará en función de la época del año, el estado de desarrollo de la planta y la calidad del agua de riego. En el cultivo en sustratos de hortalizas se considera muy baja una salinidad menor a 0.74 dS m-1 y arriba de 5 dS m-1 ya es notable la reducción del crecimiento pues se presentan plantas enanas, además se observa marchitamiento y quemaduras en el borde de las hojas (Escudero, 1993).
1.6.2. Luz
Es la responsable de tres procesos que rigen el crecimiento de la planta: la fotosíntesis (radiación 400-700 nanómetros), fotoperíodo y fototropismo (Nuño, 2007). La luz absorbida por las moléculas de clorofilas en una hoja puede experimentar una de las siguientes transformaciones: ser usada para dirigir la fotosíntesis (fotoquímica); ser disipada como calor y también puede ser remitida como luz (fluorescencia de clorofila) (Maxwell y Johnson, 2000). Estos tres procesos en la planta ocurren de forma competitiva, por lo que el incremento en la eficiencia de uno puede resultar en un decrecimiento en la productividad de los dos restantes (Camejo-López, 2005).
La luz estimula la apertura de los estomas, interviene en los mecanismos activos de membrana que expulsan los protones (H+) hacia afuera de la célula oclusiva, permitiendo la entrada de los iones K+ y Cl-. Además, la luz activa la fotosíntesis en la célula del mesófilo; de esta forma se consume CO2 y la concentración de este gas en los espacios intercelulares y en las células se mantiene baja (García-Breijo y colaboradores, 2006).
Para el ciclo de cultivo, el tomate requiere días soleados para un buen desarrollo de la planta y lograr una coloración uniforme en el fruto. La baja luminosidad afecta los procesos de floración, fecundación y desarrollo vegetativo de la planta y reduce la absorción de agua y nutrientes (Jaramillo y colaboradores, 2007). La exposición directa del fruto al sol puede
15 provocar escaldaduras, rajaduras, caída prematura, tamaño reducido y corta vida de anaquel;
las hojas son más gruesas y se enrollan hacia arriba para limitar los daños causados por la alta radiación al reducir el área foliar. Para evitar el daño por niveles excesivos de radiación y reducir ligeramente la temperatura, se puede cubrir el cultivo con malla de sombra.
1.6.3. Humedad Relativa
La humedad relativa óptima oscila en el rango de 70-80%, lo que permite una adecuada transpiración, cuando se exceden estos rangos se crea un ambiente favorable para el desarrollo de patógenos y deficiencias de calcio en frutos y hojas de tomate (Nuño, 2007), se dificulta la fecundación de las flores debido a que el polen se compacta, lo cual ocasiona el aborto de las mismas. También una humedad relativa baja dificulta la fijación del polen al estigma de la flor.
1.6.4. Déficit de Presión de Vapor (DPV)
Es la diferencia (déficit) entre la cantidad de agua en el aire (en forma de vapor) y la cantidad de humedad que puede contener cuando está saturado de agua (vapor). El DPV funciona como un práctico indicador del potencial de condensación al cuantificar cuán cerca está el aire en el invernadero de su punto de saturación. El aire está saturado cuando alcanza su máxima capacidad de retener agua en cualquier grado de temperatura (punto de condensación). Al agregar humedad al aire más allá del punto de condensación se produce una deposición de agua líquida en algún lugar del sistema hídrico (Prenger y Ling, 2000).
El déficit de presión de vapor es una forma útil de expresar el flujo de vapor en el sistema, para la condensación y la transpiración. El alto DPV incrementa la demanda en la transpiración, influenciando cuanta humedad es transferida desde los tejidos de las plantas hacia el aire del invernadero. En contraste, un DPV muy bajo indica la proximidad a llegar al punto de rocío, y la condensación puede perjudicar significativamente el desarrollo de los cultivos (Prenger y Ling, 2000).
1.6.5. Dióxido de Carbono (CO2)
La concentración de CO2 en la atmósfera del invernadero es un factor determinante en la producción de cultivos protegidos. La actual concentración de CO2 ambiental se sitúa en
16 torno a los 375 μmol/mol, en la zona no saturante de la relación que existe entre la asimilación neta y la concentración de CO2, siendo infraóptima para el crecimiento y desarrollo de la mayoría de los cultivos hortícolas (Castellanos, 2004). Los resultados experimentales muestran rendimientos productivos superiores cuando se aplica la técnica de enriquecimiento carbónico a concentraciones entre el rango de 700 – 900 μmol/mol (Papadopoulos y colaboradores, 1997). El agotamiento de CO2 se incrementa cuando la tasa de asimilación neta del cultivo es elevada (alta radiación, dosel vegetal cerrado) y la renovación del aire en el interior de las estructuras es baja (velocidad del viento en el exterior inferior a 1.5 m/s y reducido gradiente térmico interior-exterior), en estas circunstancias es habitual registrar valores entre 205-270 μmol/mol (Lorenzo, 1990), estas concentraciones al mismo tiempo que reducen la asimilación neta del carbono, incrementan la conductancia estomática y pueden originar un desequilibrio hídrico transitorio en el cultivo.
1.7. Condiciones Ambientales que Provocan Estrés en los Cultivos 1.7.1. Déficit Hídrico
El estrés hídrico es considerado un estrés abiótico y es probablemente la condición más común y desfavorable por ser el agua un elemento vital que la planta necesita para crecer, desarrollarse y reproducirse de manera ideal, ya que es componente de las plantas en un 90%
cuando está verde, éste valor se ve afectado cuando la planta se encuentra en condiciones de sequía o de una excesiva transpiración (Tadeo, 2000). El estrés hídrico se produce cuando la cantidad de agua que se evapora mediante la transpiración es superior a la que la planta es capaz de incorporar a través de sus raíces. En estas condiciones sobreviene un déficit de agua cuya primera manifestación visible es el marchitamiento característico de las hojas (Ortega, 2006). Si el déficit se prolonga, el crecimiento se reduce hasta que finalmente se detiene (Granados-Sánchez y colaboradores, 1998).
A causa de su papel esencial en el metabolismo vegetal, el déficit de agua afecta rápidamente procesos que van desde la fotosíntesis hasta la respiración. El agua es un agente químico que imparte estructura y orden a las moléculas biológicas así como las interacciones entre ellas, además de utilizarse como fuente de los pares electrón-protón indispensables para el mantenimiento del proceso fotosintético (Cornejo y Benavides, 2002). En condiciones adversas, el crecimiento de la planta puede ser inhibido por niveles de estrés moderado que
17 inducen una reducción en el crecimiento y división celular, que son los procesos más sensibles al estrés hídrico, seguido por la fotosíntesis.
La respuesta al estrés puede ser de muchos tipos, algunos de ellos específicos de un cierto estrés, mientras que otros son más generales como los cambios en la actividad hormonal que pueden incrementar la resistencia al estrés; la alteración en el desarrollo de las plantas donde normalmente se aprecia un menor desarrollo vegetativo, así como una reducción del número de estructuras reproductivas que aceleran su desarrollo para asegurar la siguiente generación, y la muerte celular y la abscisión de los tejidos dañados que eliminan el foco de infección en estrés biótico lo cual disminuye la superficie de transpiración y permite reciclar nutrientes (Azcón-Bieto y Talón, 2008).
1.7.2. Temperatura
Es el principal factor climático que influye en la mayoría de los estados de desarrollo y procesos fisiológicos de la planta (Cuadro 2). El desarrollo satisfactorio de sus diferentes etapas fenológicas depende del valor térmico que la planta alcanza en el invernadero en cada periodo crítico. Cuando se produce un aumento de temperatura, ésta provoca en la planta una intensificación de todos los procesos biológicos y térmicos bien definidos, los cuales se muestran en el cuadro 2 (Jaramillo y colaboradores, 2007).
Cuadro 2. Temperaturas y efectos sobre el cultivo de tomate Temperatura Efecto que produce en la planta
Mínima 8-12º C
Los procesos de absorción de nutrientes y crecimiento alcanzan una intensidad mínima o se detienen; si la temperatura mínima se prolonga por varios días la planta se debilita, y si ocurren temperaturas por debajo de este nivel, la planta sufre una progresiva decadencia o muerte
Óptima 21-27º C
Todos los procesos bioquímicos se desarrollan normalmente; el crecimiento vegetativo, la floración y la fructificación son adecuados
Máxima 32-36º C
Los procesos bioquímicos y la absorción de nutrientes están al máximo, son excesivos y agotadores para la planta, se presentan desórdenes fisiológicos y se detiene la floración; cuando estas temperaturas se prolongan ocurre la muerte de la planta
18 El tomate es un cultivo capaz de crecer y desarrollarse en condiciones climáticas variadas. La temperatura óptima para el crecimiento está entre 21 y 27º C, y para el cuajado de frutos durante el día está entre 23 y 26º C y durante la noche entre 14 y 17º C. Las altas temperaturas tienen un efecto negativo en el desarrollo de las plantas. Según Lobell y Asner (2003) cada grado centígrado incrementado en la época de desarrollo podría reducir el rendimiento de los cultivos en un 17%.
La temperatura, dentro de los intervalos normales (10 a 25°C), por lo común, no afecta la apertura o cierre de estomas. Sin embargo, las temperaturas superiores a 35 °C provocan el cierre estomático en muchas especies de plantas. Un aumento de temperatura provoca un aumento de la respiración, y por lo tanto, un aumento de las concentraciones intercelulares de CO2. (García-Breijo 2008). La apertura estomática se ve afectada por el contenido hídrico del suelo y de la planta. Si las pérdidas de agua por transpiración no pueden ser compensadas por la absorción, las células oclusivas pierden la turgencia y el estoma se cierra. Cuando la cantidad de agua de que puede disponer la planta llega a niveles críticos, los estomas se cierran, limitando la evaporación del agua restante. Esto se produce antes de que la hoja pierda su turgencia y se marchite.
1.7.2.1. Efecto de la Temperatura en la Fotosíntesis y la Respiración Vegetal Tanto la fotosíntesis como la respiración se inhiben a altas temperaturas pero, a medida que la temperatura aumenta, las tasas fotosintéticas disminuyen más rápidamente que las tasas respiratorias. La temperatura a la cual la cantidad de CO2 fijada por la fotosíntesis iguala a la cantidad de CO2 liberada por la respiración en un período de tiempo dado se denomina punto de compensación térmica o punto de compensación de la temperatura. A temperaturas superiores a la del punto de compensación de la temperatura, la fotosíntesis no puede remplazar al carbono usado como sustrato de la respiración. En una misma planta, el punto de compensación térmico es normalmente más bajo en las hojas de sombra que en las de sol, que están expuestas a la luz y al calor (Taiz y Zeiger, 2006).
La fotosíntesis, como todos los procesos fisiológicos, depende de la temperatura. Las plantas, usualmente, tienen un óptimo de temperatura para la cual el valor neto de fijación de dióxido de carbono es máximo. Temperaturas superiores al óptimo resultan en una reducción en los valores de fotosíntesis (Camejo-López, 2005). Los daños producidos por el estrés de
19 calor incluyen cambios estructurales y funcionales en la célula. Los procesos bioquímicos y fisiológicos que se afectan con las altas temperaturas, principalmente, son la activación de enzimas fotosintéticas, con su efecto en la reducción en la fijación de CO2, la integridad de las membranas, la fosforilación y el transporte de electrones en los cloroplastos, la conductividad estomática a la difusión del CO2 y la traslocación de los compuestos producidos en el proceso (Camejo-López, 2005). Sus efectos en el crecimiento y la sobrevivencia dependen de la intensidad y duración del estrés de calor. Un periodo prolongado a una temperatura moderadamente alta puede ser tan dañino como una breve exposición a temperaturas extremas (Georgieva, 1999). La exposición de las plantas a condiciones de estrés de calor reversible y rápida reducen la activación de la enzima de la Rubisco dependiente de la luz, inhibiendo la actividad de la enzima Rubisco activasa (Feller y colaboradores, 1998). La Rubisco es el sitio primario de acción de las altas temperaturas (Law y Crafs-Brandner, 1999).
Los niveles de especies reactivas de oxigeno, como el superóxido, peróxido de hidrógeno y radical hidróxilo, se incrementan durante periodos de estrés ambiental (Dat y colaboradores, 1998). El incremento en las especies reactivas de oxígeno es una respuesta típica de las plantas al estrés abiótico y biótico (Foyer y colaboradores, 1997). Este fenómeno es particularmente crítico en los tejidos fotosintéticos, donde la concentración de oxígeno interno se mantiene a niveles elevados, y la producción de especies reactivas de oxígeno se ve favorecida en condiciones de temperaturas adversas. Diferentes sistemas antioxidantes enzimáticos y no enzimáticos sirven como primera línea de defensa contra los metabolitos potencialmente citotóxicos de oxígeno. La enzima Superóxido Dismutasa es la enzima encargada de eliminar el superóxido presente en la célula, y su acción enzimática resulta en la formación de peróxido de hidrógeno. Las enzimas Catalasa, Ascorbato Peroxidasa y una variedad de peroxidasas no específicas, catalizan la descomposición del peróxido de hidrógeno (Camejo-López, 2005).
1.7.2.2. Efecto de la Temperatura en la Transpiración Vegetal
Es la pérdida de agua por las plantas hacia la atmósfera en forma de vapor de agua. El agua es absorbida por la raíz y transportada por los conductos del xilema hasta el mesófilo de la hoja donde, a través de sus abundantes espacios intercelulares, se facilita la evaporación del agua por las superficies celulares. La transpiración tiene efectos positivos y negativos: los
20 positivos le proporcionan la energía capaz de transportar agua, minerales y nutrientes a las hojas en la parte superior de la planta. Los negativos son la mayor fuente de pérdida de agua, la cual puede amenazar la supervivencia de las plantas, especialmente en climas muy secos y calientes. Casi toda el agua se transpira por los estomas de la hoja y del tallo, por lo tanto una planta al abrir y cerrar sus estomas debe lograr un equilibrio entre la absorción de CO2 para la fotosíntesis y la pérdida de agua de la transpiración (Santa Olalla-Mañas y colaboradores, 2005).
La transpiración es un mal inevitable, debido a la necesidad de las plantas de realizar un intercambio de CO2 y O2 con la atmósfera, que en muchas ocasiones supone déficits hídricos en el vegetal que lo dañan por desecación, pudiendo provocar su muerte. Uno de los efectos atribuidos a la transpiración es la refrigeración de la planta, evitando que esta se sobrecaliente. Cuando entra el CO2 por los estomas, la hoja libera vapor de agua lo que permite la refrigeración de la hoja y la captación de agua por las raíces (Santa Olalla-Mañas y colaboradores, 2005).
21 II. OBJETIVOS E HIPÓTESIS
Objetivo general
Optimizar el desempeño de la termometría infrarroja como una herramienta útil para estimar los índices de estrés hídrico de una manera continua durante el ciclo de cultivo
Objetivo particular
Normalizar los valores del índice grado día (SDD) para las condiciones de cultivo de tomate en hidroponía.
Obtener los limites superior e inferior del Índice de estrés hídrico del cultivo (CWSI) bajo condiciones de déficit presión de vapor (DPV) generados en la producción de tomate en invernadero
Hipótesis
Las variaciones de las diferencias de temperatura de la hoja menos la temperatura del aire en forma de sumatoria es igual que en una forma de residuo para grados diferenciales de estrés hídrico.
22 III. DESARROLLO EXPERIMENTAL
MATERIALES
3.1. Localización del Sitio Experimental
El experimento fue realizado en el campo experimental del Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA), localizado al noreste de la ciudad de Saltillo, Coahuila, ubicado en las coordenadas geográficas 25° 27´ de latitud Norte, 101° 02´de longitud Oeste del meridiano de Greenwich y a una altura de 1610 msnm.
3.2. Características Climatológicas
De acuerdo a la clasificación climática de Köeppen y modificada por García (1987) el clima de Saltillo corresponde a un seco estepario, con fórmula climática BSoK (x’) (e’).
Donde:
Bs: Seco (árido y semiárido)
BSo: Es el clima más seco de los BS.
K: Templado con verano cálido, siendo la temperatura media anual entre 12 y 18 ºC, y la temperatura media del mes más caluroso de 18 ºC.
(x’): Régimen de lluvias intermedias entre verano e invierno.
(e’): Extremoso con oscilaciones entre 7 y 14 ºC.
En general la temperatura y la precipitación pluvial media anual son de 18 ºC y 365 mm respectivamente, los meses más lluviosos son principalmente entre Julio y Septiembre, concentrándose la mayor parte en el mes de Julio. La evaporación promedio mensual es de 178 mm, presentándose las más altas en los meses de Mayo y Junio con 236 y 234 mm respectivamente.
3.3. Material Vegetal
Se utilizó un híbrido de tomate de crecimiento indeterminado de nombre Gabriela de la casa comercial Hazera, es de madurez tardía, de vida prolongada apta para producción en invernadero y recomendada para cultivarse durante los ciclos de otoño, invierno y primavera temprana.
23 MÉTODOS
3.4. Características del Invernadero
El experimento se llevo a cabo bajo un invernadero tipo túnel orientado E-O con dimensiones de 7.30 m de ancho por 14.50 m de largo y la altura cenital de 3.48 m, la cubierta del invernadero es de polietileno difuso de baja densidad con un espesor de 175 micras (calibre 700). El invernadero cuenta con equipo de control de clima. El suelo se cubrió con doble cubierta de plástico, la capa inferior fue de polietileno color negro para evitar la entrada de luz en el suelo y así nulificar el crecimiento de las malezas, y la capa superior fue una cubierta Grow-cover color blanco para reflejar la radiación solar útil para la fotosíntesis de las plantas.
Para favorecer el establecimiento del cultivo se colocó una malla sombra 35% a los 7 días después de trasplante (7 DDT) (31 marzo) y se retiró a los 48 DDT (11 de mayo), posteriormente se utilizó una malla reflejante para disminuir la radiación solar a los 58 DDT (21 mayo) y se retiró a los 130 DDT (1 de agosto).
El cálculo de las cantidades de riego necesarias para cada tratamiento fue mediante la bandeja de drenaje, por lo que se adaptaron canaletas en cada tratamiento para conducir el agua drenada mediante la pendiente del suelo, el drenaje fue captado en botellones de 18 litros de capacidad localizados al final de cada tratamiento.
Para desarrollar el cultivo de tomate en el sistema semi-hidropónico, se colocaron los contenedores de polietileno coextruido blanco-negro tipo “bolis” de 0.90 m de largo y 0.30 m ancho sobre la canaleta, éstos contenían como sustrato una mezcla de perlita y polvo de fibra de coco en una relación de 25:75, el volumen de sustrato fue de 28 litros. Para el sistema de riego, se utilizaron mangueras de poliducto de ½” en cada línea de riego con sus respectivos goteros de 4 LPH, cada gotero con su respectivo distribuidor y estaca.
3.5. Producción de Plántula
El 7 de febrero de 2011 se preparó la semilla para sembrarse en charolas de poliestireno de 200 cavidades con peat moss, se depositó una semilla por cavidad y se humedeció el sustrato, posteriormente se llevaron a un invernadero, se estibaron las charolas para cubrirlas con un plástico color negro con el propósito de proporcionar la temperatura
24 adecuada y la oscuridad requerida para la germinación de la semilla. Se revisó durante los primeros días para observar la emergencia de las plántulas.
Una vez que emergieron las plántulas, se preparó un sistema de charola flotante para el abastecimiento de humedad, cuando las plántulas desarrollaron las hojas verdaderas se preparó una solución nutritiva Steiner (1960) al 25% y se fue aumentando conforme fue creciendo la plántula, este periodo fue de 33 días.
3.6. Prácticas Culturales del Cultivo de Tomate en Invernadero 3.6.1. Trasplante
El trasplante se llevó a cabo el día 24 de Marzo del 2011, se utilizaron contenedores tipo “bolis” en los cuales se colocaron 6 plantas. En cada tratamiento se establecieron 66 plantas distribuidas en 3 unidades experimentales con 18 plantas, además, se consideraron 6 plantas como bordes localizadas en cada uno de los extremos de los tratamientos.
El marco de plantación fue de 1.5 m entre hileras con doble fila separadas a 0.15 m y 0.3 m entre plantas por fila (figura 1), debido al poco espacio disponible del invernadero para realizar el experimento se optó por manejar la densidad de población de 4 plantas m² correspondiente a 40,000 plantas por hectárea.
Figura 1. Plantas de tomate indeterminado tipo bola trasplantadas en el sistema hidropónico
