Indicadores de humedad y salinidad del sustrato para mejorar la eficiencia del riego en cultivos en maceta
- Autores: Daniel Bañón Gómez
- Directores de la Tesis: Juan José Alarcón Cabañero (dir. tes.), María Jesús Sánchez Blanco (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Politécnica de Cartagena ( España ) en 2023
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Jose Antonio Franco Leemhuis (presid.), Sara Álvarez Martín (secret.), Gregorio Egea Cegarra (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Técnicas Avanzadas en Investigación y Desarrollo Agrario y Alimentario por la Universidad Politécnica de Cartagena
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Repositorio Digital de la UPCT
- Resumen
- español
Esta tesis doctoral se presenta bajo la modalidad de compendio de publicaciones. La escasez de agua en las regiones áridas y semiáridas está creando la necesidad de desarrollar prácticas agrícolas que hagan un uso del agua de riego más sostenible. Esta problemática se puede abordar desde varias perspectivas, y una de ella es mediante estrategias de riego de precisión con sensores de suelo. Los sensores miden la humedad y la salinidad del suelo en todo momento, lo que les permite optimizar el consumo del agua o incluso controlar la acumulación de sales en el medio de cultivo. Sin embargo, la puesta a punto de un riego con sensores presenta varios desafíos como implementar índices de salinidad basados en las medidas de los sensores, conocer las respuestas fisiológicas de las plantas al estrés hídrico y/o salino, y establecer relaciones entre dichas respuestas y los índices de salinidad. Esta tesis se enfoca en el manejo del riego con sensores de plantas ornamentales cultivadas en maceta. El objetivo principal fue evaluar el comportamiento de las plantas a distintos niveles de estrés y valorar diversas estrategias de riego para mejorar la eficiencia hídrica y la adaptación a la salinidad. Para lograr este objetivo principal, la tesis se dividió en cuatro objetivos secundarios que se corresponden con los cuatro artículos que la componen. En el artículo I se evaluó la capacidad de cinco índices de salinidad, calculados a partir de las medidas de los sensores de suelo, para estimar la salinidad real del sustrato. Este ensayo consistió en saturar el sustrato de las macetas sin plantas con soluciones de diferentes concentraciones de sal, para luego dejarlas evaporar en una cámara de cultivo monitorizadas con sensores de suelo y balanzas programables. Las balanzas permitieron conocer los valores de salinidad real, que posteriormente se compararon con los valores de los índices a través de análisis de correlación y regresión lineal. En los ensayos II, III y IV, un autómata ejecutó las instrucciones de riego comparando los valores de los sensores con los parámetros específicos para cada estrategia. En los artículos II y III se estudió un riego sin drenaje en Hebe andersonii cv. Variegata (Hebe) para mejorar la eficiencia en el uso del agua en condiciones de déficit hídrico y salinidad, respectivamente. El riego aplicado en el artículo IV fue similar al del artículo III, pero con drenaje. En este último ensayo se estudiaron tres índices de salinidad para minimizar los daños salinos en Euphorbia x martinii Ascot Rainbow (Euphorbia) y para optimizar el gasto de agua en los lavados que se aplican para disminuir la acumulación de sales en el sustrato. La tolerancia al estrés de las plantas se evaluó cultivándolas bajo distintos niveles de estrés hídrico o salino, y midiendo sus principales parámetros fisiológicos y morfológicos: tamaño, biomasa, contenido mineral, área de la hoja, anatomía foliar, contenido de clorofila, potenciales hídricos, parámetros de intercambio gaseoso y fluorescencia clorofílica. Todos los índices de salinidad propuestos fueron capaces de estimar correctamente la salinidad real del sustrato, pero presentaron diferentes limitaciones y grados de sensibilidad. En general, los índices de ii salinidad fueron más precisos a máxima humedad, es decir, justo después del riego. Con respecto a Hebe, un riego deficitario y sin drenaje mejoró la eficiencia en el uso del agua. Hebe también mejoró su eficiencia hídrica en un riego con agua de salinidad media (3 dS m-1), sin drenaje y a una alta humedad del sustrato. Sin embargo, un riego con agua de alta salinidad (5 dS m-1) redujo el tamaño de la planta y el número de sus hojas. Por otro lado, Euphorbia mostró una tolerancia al estrés salino reducida, dado que un riego con agua de 5 dS m-1 perjudicó visiblemente su calidad ornamental. Sin embargo, un riego con agua de 3 dS m-1 no afectó ni a su desarrollo vegetal, ni a su estética. De los tres índices evaluados en este último artículo, la conductividad eléctrica del medio medida justo después del riego fue el más indicado para programar los lavados de sales, ya que mostró la mayor sensibilidad para detectar cambios en la salinidad. En Euphorbia, lavar las sales cuando este índice alcance los 1,9 dS m-1 mantendría el estrés salino bajo control y optimizaría el consumo de agua en los lavados de sales. [ENG] This doctoral dissertation has been presented in the form of thesis by publication
- English
This doctoral dissertation has been presented in the form of thesis by publication. Water scarcity is creating the need for more sustainable water use in arid and semi-arid regions. Due to lack of fresh water, or to high salinity in the available water, the agriculture of these regions has to deal with the effects of water stress and salt stress. This problem can be addressed from different approaches, and one of them is using sensor-based irrigation strategies. Soil sensors provide constant information on soil moisture and salinity, which allow an irrigation controller to optimize water consumption or control salt accumulations in the substrate. However, implementing a sensor-based irrigation system presents many challenges, such as using salinity indexes based on sensor data, analyzing the plant responses to water and/or salt stress, and establishing relationships between these responses and salinity indexes. This thesis focuses on the irrigation management with soil sensors of potted ornamental plants. The main objective was to evaluate the plant behavior at different stress levels and to assess several irrigation strategies to improve their water efficiency and adaptation to salinity. To achieve this purpose, the thesis was distributed into four secondary objectives that correspond to the four articles that comprise it. The article I evaluated the capacity of five salinity indexes, calculated from sensor measurements, to estimate the actual salinity of the substrate. This experiment consisted of saturating the substrate of pots without plants with solutions of different salt concentrations, and then letting them evaporate in a culture chamber monitored with soil sensors and analytical balances. The balances were used to determine the actual salinity, which was then compared with the indexes by correlation and linear regression analysis. In articles II, III and IV, a PLC executed the irrigation instructions by comparing the sensor values with the parameters specified for each irrigation strategy. In papers II and III, an irrigation without drainage was studied in Hebe andersonii cv. Variegata (Hebe) to improve its water use efficiency under water déficit and high salinity, respectively. The irrigation applied in article IV was similar to that of article III, but with drainage. In this last paper, three salinity indexes were proposed to control salt damage in Euphorbia x martinii Ascot Rainbow (Euphorbia) and to optimize water consumption in the flushes that are applied to reduce salt accumulation in the substrate. The stress tolerance of these species was evaluated by growing them under different levels of water or salt stress, and measuring their main physiological and morphological parameters: size, biomass, leaf mineral content, leaf area, leaf anatomy, leaf chlorophyll content, plant water potentials, gas exchange parameters, and chlorophyll fluorescence. All salinity indexes in the first paper were able to estimate the actual salinity of the substrate accurately, but they presented different limitations and sensitivities. In general, salinity indexes were more accurate at higher substrate moisture levels. Regarding Hebe, a deficit irrigation with no leaching improved its wáter use efficiency. Hebe also improved its water use efficiency in an irrigation with medium salinity water (3 Ds m-1) without drainage and at high substrate moisture. However, an irrigation with high salinity water (5 dS m-1) reduced plant size and the number of leaves. On the other hand, Euphorbia showed limited tolerance to salt stress since an irrigation with water of 5 dS m-1 visibly impaired its ornamental quality. However, an irrigation with 3 dS m-1 water affected neither its development nor its aesthetics. Out of the three indexes evaluated in this last article, the bulk electrical conductivity measured just after irrigation was the most suitable for scheduling salt flushing, as it was the most sensitive for detecting changes in salinity. In Euphorbia, flushing when this index reached 1.9 dS m-1 maintained salt stress under control and optimized water consumption.
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