Biostimulation and deficit irrigation strategies to promote the efficiency in intensive agriculture
- Autores: Susana Zapata García
- Directores de la Tesis: Alejandro Pérez Pastor (dir. tes.), Pedro Jesús Espinosa Jiménez (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Politécnica de Cartagena ( España ) en 2025
- Idioma: español
- Número de páginas: 122
- Títulos paralelos:
- Estrategias de bioestimulación y riego deficitario para promover una agricultura intensiva más eficiente
- Tribunal Calificador de la Tesis: Rafael Domingo Miguel (presid.), María Victoria Gómez del Campo García Valcárcel (secret.), Moreno Toselli (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
La escasez de agua es un problema de elevada importancia en la agricultura, siendo cada vez más acusada debido al cambio climático, y más aún si cabe con la demanda de alimentos con la que nos encontramos. Por ello, incrementar la eficiencia del uso del agua es crucial para garantizar la sostenibilidad del sector. El objetivo principal de esta Memoria de Tesis Doctoral fue la evaluación y validación de estrategias para la optimización del uso del agua de riego en cultivos representativos de Almería y Murcia en diferentes condiciones de cultivo, como son melón al aire libre, pimiento bajo invernadero y uva de mesa. Estas estrategias han consistido principalmente en la combinación de riego deficitario controlado (regulated deficit irrigation, RDI), mediante la monitorización del estado hídrico del suelo a partir de la información procedente de sensores, y la bioestimulación, con un único producto o una combinación de estos, para preparar a la planta ante un posible evento de estrés. En esta línea se han realizado los siguientes ensayos: En melón, la estrategia de RDI llevada a cabo entre las etapas fenológicas de floración y maduración permitió reducir los aportes hídricos un 30%, mediante la reducción del contenido volumétrico de agua en el suelo entre un 20 y 30% respecto a capacidad de campo en la zona radicular. Las estrategias de RDI no afectaron al rendimiento obtenido, incrementado así la productividad del agua de riego (WPI) un 45% y el índice de productividad de los macronutrientes N-P2O5-K2O en un 54, 46 y 34% respectivamente. Durante la reducción de riego, los indicadores del estado hídrico analizados, potencial hídrico del tallo, fotosíntesis neta (Pn) y conductancia estomática (Lc), no resultaron afectados. Sin embargo, la estrategia de RDI afectó a la calidad de la fruta, incrementando el contenido en ácido ascórbico de los mismos.
Sobre este mismo cultivo, se evaluó el efecto del riego deficitario y la bioestimulación, con el fin de preacondicionar al cultivo frente a un estrés hídrico severo aplicado durante la etapa de engorde los primeros frutos. Durante este período de estrés hídrico se logró establecer un valor umbral de - 1 MPa para el potencial hídrico foliar, que promovió el desarrollo de mecanismos de conservación de agua en la planta, entre ellos regulación estomática y ajuste osmótico. Aunque el rendimiento no se vio afectado, la firmeza de los frutos disminuyó ligeramente en los frutos sometidos a estrés. El tratamiento bioestimulado activó un segundo mecanismo de conservación de agua, incrementando la capacidad del sistema radicular para absorber agua y nutrientes, lo que permitió aumentar el rendimiento, y WPI en un 135% respecto al tratamiento del agricultor, no preacondicionado con RDI ni bioestimulación.
En el cultivo de pimiento bajo invernadero se estudió en dos invernaderos la combinación de un programa de bioestimulación, compuesto por extractos de Ascophyllum nodosum y Bacillus paralicheniformis, junto con estrategias de RDI aplicados durante las etapas de: i) crecimiento vegetativo hasta cosecha o ii) en maduración y cosecha. La reducción de riego consistió en mantener un estrés leve-moderado en las diferentes etapas fenológicas estudiadas, se llevó a cabo en base al potencial matricial del suelo, llegando a valores de - 50 kPa entre el establecimiento a la primera cosecha, - 27 kPa en maduración, y - 30 kPa cosecha. Esto supuso un ahorro de agua de 600 m3 ha-1 en cada invernadero, un 12% del aporte total del ciclo. En los ensayos se observó un incremento en el número de frutos, traducido en precocidad o en un mayor rendimiento. WPI fue incrementada al combinar las diferentes estrategias de RDI con la bioestimulación. En este tratamiento combinado también se observó una mayor actividad enzimática del suelo, analizada mediante la actividad de la ß-glucosidasa, fosfatasa alcalina y ureasa, además de una mayor absorción radicular de agua.
En el cultivo de uva de mesa, parras pretratadas durante dos años consecutivos con cinco tratamientos diferentes de bioestimulación, compuestos por extractos de diferentes especies de algas, vegetales y microorganismos, fueron sometidas a dos estrategias de riego durante el segundo año: i) riego del agricultor, y ii) RDI en la etapa posenvero, programado mediante una reducción del contenido volumétrico de agua en el suelo del 10% con respecto a capacidad de campo. Los aportes hídricos se redujeron en 1.336 m3 ha -1, siendo especialmente significativa la diferencia encontrada a 30 cm de profundidad. Los indicadores del estado hídrico acusaron estas diferencias, reduciendo los valores de potencial hídrico del tallo, Pn y Lc en los tratamientos bajo RDI. La bioestimulación fomentó la colonización radicular por hongos micorrícicos, y su combinación con el tratamiento de riego deficitario mostró una tendencia a incrementar la densidad radicular. Este efecto fue traducido en una mayor precocidad del cultivo, mitigación de la vecería y el incremento de la WPI en 3.48 kg m -3.
De esta forma, las estrategias de riego deficitario y bioestimulación evaluadas permitieron incrementar significativamente la productividad del agua de riego en cultivos representativos de la zona, poniendo en valor estas técnicas para la promoción de prácticas agrícolas más eficientes.
- English
Water scarcity is a problem of major importance in agriculture. Given that its availability is expected to become progressively more limited due to climate change, while the demand for food will steadily grow, increasing the efficiency of its use is crucial to ensure the sustainability of the sector. Therefore, the main objective of this PhD Thesis was to evaluate and validate strategies for the optimization of irrigation water use in representative crops of Almeria and Murcia, such as melon in open field, greenhouse pepper and table grapes. These strategies have been focused on the combination of regulated deficit irrigation (RDI) by monitoring the soil water status, using information from probes, and biostimulation, with a single product or a combination of these, to prime the plant response for a possible stress event. In this regard, the following trials have been carried out: In melon, the RDI strategy carried out between the phenological stages of flowering and ripening, reduced water inputs by 30%. It was achieved by reducing the volumetric water content in the soil by 20-30% with respect to the field capacity in the active root zone. The RDI strategies did not affect the yield obtained, increasing therefore the irrigation water productivity (WPI) by 45%, and the macronutrient N—P2O5—K2O productivity index by 54%, 46% and 34%, respectively. During irrigation reduction, the water status indicators analysed, stem water potential (ΨS), net photosynthesis (Pn) and stomatal conductance (Lc), were not affected. However, the RDI strategy affected fruit quality by increasing fruit ascorbic acid content in the deficit treatment. On this same crop, both the RDI strategy and biostimulation with seaweed extracts applied during vegetative development, were used as techniques of preconditioning the plant before subjecting them to severe water stress, carried out as an irrigation suppression during the swelling of the first fruits. This irrigation suppression allowed us to establish a threshold value for leaf water potential (ΨL) of —1 MPa, which promoted the development of plant water conservation mechanisms such as osmotic adjustment. Although yield was not affected, fruit firmness decreased after water stress. The biostimulated treatment activated a second water conservation mechanism, by increasing the capacity of the root system to absorb water and nutrient, which allowed an increase in the yield obtained, increasing the WPI by 135% compared to the farmer treatment. In greenhouse pepper, the combined use of a biostimulation program, consisting of Ascophyllum nodosum extracts and Bacillus paralicheniformis, together with RDI strategies applied in the phenological stages of i) vegetative growth to harvest or ii) ripening and harvest was evaluated. The irrigation reduction consisted of maintaining a slight-moderate water stress in the different phenological stages studied, carried out using the soil water matric potential (Ψm), that reached values of −50 kPa between establishment to the first harvest, −27 kPa at ripening, and −30 kPa at harvest. This resulted in water savings of 600 m3 ha−1 in each greenhouse, 12% of the total water inputs of the cycle. During the trials an increase in the number of fruits was observed, translated into an earlier harvest or higher yield. The WPI was increased by combining the different RDI strategies with biostimulation. In this combined treatment, higher soil enzyme activity was also observed, analysed by the activity of β-glucosidase, alkaline phosphatase and urease. In addition, a higher root water uptake was observed in the biostimulated treatment. In table grape, vines pretreated with five different biostimulation treatments, including extracts of different species of algae, plants and microorganisms., for two consecutive years, were evaluated during the second one under two irrigation programs: i) farmer irrigation and ii) RDI in the postveraison stage, carried out by maintaining a reduction in the soil volumetric water content of 10% relative to field capacity. The water inputs were reduced by 1,336 m3 ha−1 , being especially noticeable the changes at a 30 cm depth. The plant water status indicators reflected these differences, reducing the values of ΨS, Pn and Lc in the treatments under RDI. Biostimulation promoted the root colonization by mycorrhizal fungi, and its combination with the deficit irrigation treatment showed a tendency to increase the root density. Thus, the deficit irrigation and biostimulation strategies evaluated lead to a significant increase in the irrigation water productivity in three representative crops of the area, highlighting the use of these techniques for promoting more efficient agricultural practices.
- español
