Resumen de Herramientas para mejorar el manejo del nitrógeno y del riego en cultivos hortícolas en invernadero
Carolina Clara Martínez Gaitán
La mayor concentración de invernaderos de Europa se encuentra en la provincial de Almería, España, con una superficie invernada de 29.000 ha. La producción final agraria de Almería representa el 12 y el 6% de la producción final agraria de Andalucía y España, respectivamente. Este sistema productivo es una de las industrias productoras de hortalizas más importantes de Europa. En el año 2011, el 62% de la producción hortícola de la provincia de Almería fue exportada al norte de Europa.
En este sistema, la mayoría de los cultivos se realizan en suelo (80% de la superficie) y el resto en sustrato. Es generalizado el uso de sistemas de riego por goteo y de fertirriego. Es común el empleo de sistemas de fertirrigo controlados mediante programadores con el uso combinado de varios tanques de solución nutritiva concentrada en los cultivos producidos en sustrato, y se encuentra en expansión este tipo de tecnología en cultivos producidos en suelo. El uso combinado de estos sofisticados sistemas de fertirriego junto con sistemas riego por goteo dota a los agricultores de la capacidad técnica para realizar un manejo preciso del riego y del nitrógeno (N). Sin embargo, esta industria está asociada a la contaminación por nitratos de los acuíferos de la zona. Casi todas la zonas donde se encuentra ubicada esta industria han sido declaradas ¿Zonas Vulnerables a la Contaminación por Nitratos¿ (NVZ) de acuerdo a la directiva europea de nitratos. En estas zonas es de obligado cumplimiento el establecimiento de ¿Planes de Actuación¿ para reducir la contaminación por nitratos. Las prácticas de manejo convencionales empleadas en esta industria productora de hortalizas, basadas en la experiencia local acumulada, están asociadas a la lixiviación de nitratos.
La hipótesis de partida de esta tesis es que es posible diseñar estrategias mejoradas de riego y de fertilización nitrogenada basadas en el empleo de un modelo de simulación de extracción de N y de evapotranspiración del cultivo. Para el desarrollo de esta hipótesis, se plantean dos objetivos. El primer objetivo es el desarrollo, la calibración y la validación del modelo de simulación VegSyst de crecimiento del cultivo, extracción de N y evapotranspiración. El segundo objetivo es la determinación de la extracción del N aplicado a los cultivos con los fertilizantes nitrogenados minerales, de manera que un sistema de ayuda en la toma de decisiones de fertilización, basado en el modelo VegSyst, pueda estimar los requerimientos de fertilizantes nitrogenados a partir de datos de extracción de N. El trabajo de calibración y validación del modelo VegSyst y el de determinación de la extracción del N mineral aplicado es realizado en esta tesis en cultivos de pimiento y melón cultivados, cada uno de ellos, en dos años y con dos sistemas de manejo diferentes: (i) convencional y (ii) mejorado para las prácticas de manejo de riego y de fertilización nitrogenada.
El trabajo experimental de esta tesis ha sido realizado en dos invernaderos en suelo ¿enarenado¿, característico del sistema de producción de hortalizas bajo invernadero de Almería, España. Se aplicaron dos sistemas de riego y de fertilización nitrogenada: manejo convencional y manejo mejorado. El manejo mejorado consistió en: dotaciones de riego del 100% de los requerimientos hídricos del cultivo estimados, con ajustes a través de medidas del potencial matricial del suelo realizadas con tensiómetros, y aplicaciones reducidas de N en relación a las prácticas convencionales. El modelo de simulación VegSyst fue desarrollado, calibrado y validado para simular, a escala diaria, la producción de materia seca total (TDM), la extracción de N por el cultivo y la evapotranspiración (ETc). El modelo fue calibrado con un cultivo de pimiento y con un cultivo de melón, y validado con tres cultivos diferentes de pimiento y con tres cultivos diferentes de melón. Se empleó 15N para caracterizar la recuperación del N aportado con los fertilizantes por los cultivos de pimiento y melón, a los que se les aplicó una solución nutritiva que contenía Ca(NO3)2 marcado. Se aplicó la solución nutritiva marcada en dos fases del cultivo: crecimiento vegetativo (VG) y producción de frutos (FP). Se determinó la extracción del 15N aplicado como el porcentaje del 15N aplicado recuperado por la parte aérea del cultivo de la planta que recibió directamente la solución nutritiva marcada y por las dos plantas adyacentes a esta del mismo ramal portagoteros.
El modelo de simulación VegSyst fué desarrollado para ser posteriormente incorporado en un sistema de toma de decisiones (DSS) para uso agrícola. Los únicos inputs que requiere el modelo son datos diarios climáticos, latitud y elevación sobre el nivel del mar. La materia seca total (TDM) es estimada a partir de la fracción de radiación PAR interceptada, la radiación PAR incidente y la eficiencia en el uso de la radiación (RUE). La fracción de radiación PAR interceptada es estimada a partir del tiempo térmico relativo (RTT). La extracción del N es calculada como el producto de la materia seca total y el contenido de N (descrito como una función potencial). ETc es estimada mediante el producto de la evapotranspiración de referencia (ETo) estimada a partir de una ecuación adaptada de Penman-Monteith y un valor simulado diario de coeficiente del cultivo (kc).
En los cultivos de pimiento empleados para validar el modelo, VegSyst simuló adecuadamente el crecimiento del cultivo, la extracción de N y la ETc La materia seca total simulada representó entre 0.89 y 1.06 del valor final medido, y la extracción de N 0.97 y 1.13. La ETc total simulada para los cultivos de pimiento representó entre 0.95 y 1.05 de los valores totales medidos. En los cultivos de melón empleados para validar el modelo, el modelo simuló muy bien la producción de biomasa y bastante bien la extracción de N por el cultivo durante el tiempo y para diferentes fechas de trasplante. Se mejoró la simulación de la producción de materia seca en el cultivo de melón cuando se emplearon valores dobles de RUE en lugar de un valor sencillo de RUE. En relación a los valores medidos, la producción de materia seca total osciló entre -1 y 1.06 del valor final medido, la extracción total de N entre 1.02 y 1.11, y la evapotranspiración del cultivo entre 0,89 y 1.06.
La recuperación del 15N aplicado osciló entre 42 y 82 %. Las mayores recuperaciones estuvieron asociadas a: (i) aplicaciones en la fase VG frente a aplicaciones durante la fase de FP, y (ii) prácticas de manejo mejoradas frente a las prácticas convencionales de manejo del riego y de la fertilización nitrogenada. Se registró un movimiento lateral considerable del 15N-NO3- aplicado, desde las plantas que fueron directamente marcadas hacia plantas adyacentes del mismo ramal portagoteros. Ocurrió una redistribución considerable del 15N extraído durante la fase VG desde las hojas hacia los frutos.
En resumen, el trabajo realizado en esta tesis consistió en el desarrollo, la calibración y la validación del modelo de simulación VegSyst y en la medida de la extracción del N mineral aportado con los fertilizantes para los cultivos de pimiento y de melón. La simplicidad del modelo VegSyst lo hace apto para ser incorporado en un sistema de toma de decisiones para el manejo del riego y de la fertilización nitrogenada en cultivos de pimiento y melón en el sistema de producción de hortalizas bajo invernadero de Almería. Los datos de extracción de N podrán ser utilizados para diseñar estrategias de fertilización nitrogenadas a partir de estimaciones de la extracción de N, por el sistema para la toma de decisiones. El uso de un sistema para la toma de decisiones basado en el modelo VegSyst, desarrollado en esta tesis, que lleve incorporado datos recuperación de N, caracterizados en esta tesis, podrían ser de utilidad en el diseño de estrategias óptimas de manejo del riego y del N.
