Estudio de la respuesta fisiológica y agronómica de plantas de pimiento injertadas mediante la utilización de dos modelos de programación del riego
Yaiza Gara Padilla, Ramón Gisbert-Mullor, Luis Bonet, Salvador LópezGalarza, Ángeles Calatayud y Eduardo Badal Marín
Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias (IVIA)
Departamento de Producción Vegetal, CVER, Universitat Politècnica de València (UPV)
www.poscosecha.com/biblioteca
Estudio de la respuesta fisiológica y agronómica de plantas de pimiento injertadas mediante la utilización de dos modelos de programación del riego
Yaiza Gara Padilla1, Ramón Gisbert-Mullor2, Luis Bonet1, Salvador López-Galarza2 , Ángeles Calatayud1*, Eduardo Badal Marín1
1 Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias (IVIA)
2 Departamento de Producción Vegetal, CVER, Universitat Politècnica de València (UPV) *calatayud_ang@gva.es
Estudio de la respuesta fisiológica y agronómica de plantas de pimiento injertadas mediante la utilización de dos modelos de programación del riego
1. Introducción
La producción mundial de pimiento alcanzó en 2020, un total de 36.136,99 millones de kilos; con una superficie de 2.020.816 hectáreas (FAO, 2023). Particularmente, España es el primer productor de pimiento en Europa y el quinto a nivel mundial con 1.533,28 millones de kilos de pimiento producidos, cultivados sobre una superficie de 22.260 hectáreas.
Actualmente, la persistente explotación del suelo, el monocultivo o la intensificación de los procesos productivos conducen al desarrollo de las enfermedades del suelo. Este hecho unido a los efectos del cambio climático que incrementan el efecto de los estreses abióticos, principalmente salinidad, escasez de agua y temperaturas extremas sobre los cultivos, provocan importantes mermas en la producción y la calidad. La disponibilidad de agua en cantidad y calidad suficientes es una de las restricciones más importante que presenta el cultivo del pimiento en el área mediterránea. La planta de pimiento es especialmente sensible al estrés hídrico debido a su gran área foliar y su alta conductancia estomática que favorece la pérdida de agua por transpiración provocando pérdida de vigor en las plantas, senescencia prematura, disminución en el cuajado, desarrollo de fisiopatías como el blossom-end rot (BER) y reducciones en la producción. Este hecho, unido al precio del agua de calidad en zonas con baja disponibilidad del recurso, prácticamente impone un manejo adecuado del riego para conseguir rendimientos óptimos con el menor consumo de agua. Con este paradigma, el uso de plantas de pimiento injertadas sobre patrones tolerantes al estrés hídrico capaces de mantener la producción y calidad podría representar una ventaja adaptativa y económica.
Los grupos de investigación del departamento de horticultura del Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias (IVIA) y del departamento de producción vegetal de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) han obtenido y patentado un patrón híbrido de pimiento (NIBER®) que confiere tolerancia a la variedad bajo condiciones de déficit hídrico.
Teniendo en cuenta la importancia de una buena gestión en el uso del agua de riego junto con la posibilidad de la utilización de plantas injertadas con un patrón tolerante al estrés hídrico se plantean los siguientes objetivos en este trabajo: i) estudiar el uso de un nuevo algoritmo de cálculo (modelo) basado en sensorización del suelo con instrumental de bajo coste, desarrollado por el grupo de riegos del IVIA. Para ello se han comparado dos métodos de programación del riego: uno convencional en el que la programación de riego se determinaba por un técnico mediante el uso de la metodología FAO56 y la información de sensores de humedad del suelo, y el nuevo algoritmo que utiliza la información de sensores de humedad del suelo combinada con el histórico de variación de la evapotranspiración de referencia (ET0); ii) Aplicación de ambos métodos de programación del riego en condiciones de riego control y deficitario utilizando planta de pimiento injertada y sin injertar para comparar el comportamiento de ambas combinaciones de plantas.
Con esta información se pretende validar el modelo para el cultivo de pimiento y estudiar el efecto del déficit hídrico en ambas combinaciones de plantas en términos de producción, fotosíntesis y relaciones hídricas.
2. Material y métodos
2.1. Parcela experimental
El experimento fue llevado a cabo en el IVIA (Valencia, España; latitud: 39.589517, longitud:0.395550, elevación: 37 m.) durante los meses de junio y julio del 2023 en un invernadero de plástico (30 m largo x 7.5 m ancho) con orientación Este-Oeste, ventilación pasiva por apertura de los paneles laterales y del techo y una transmisividad (τ) del 41%. La composición del suelo en los 20 primeros centímetros de profundidad es franco arcilloso arenoso (68% arena, 11% arcilla, 21% limo) y contiene 0.61% de materia orgánica, 0.051% de N total, 8 mg kg-1 de P, 301 mg kg-1 de K y 2,87 meq 100 g-1 de Mg asimilable. La conductividad eléctrica del suelo (1:5) fue de 0,29 dS m-1 y pH de 8,1.
2.2. Material vegetal
La variedad ‘Maestral F1’ (Tipo California, Rijk Zwaan, Holanda) se injertó sobre un portainjerto F1 NIBER® (código I) (UPV-IVIA, España) y para comparar se utilizó la variedad sin injertar (código V).
Las semillas se sembraron en bandejas de poliestireno de 104 alveolos en un sustrato de turba en un invernadero tipo Venlo. Posteriormente, cuando las plantas tuvieron 6 hojas verdaderas se realizó el injerto. Las plantas (V y I) se trasplantaron a principios de junio en el invernadero en camas elevadas separadas 1,10 m con una hilera de plantas por caballón y 0,5 m de separación entre plantas dentro de las hileras (1,8 plantas m2). La parte elevada de la cama tenía 0,2 m de ancho, 6 m de largo y 0,10 m de alto. Las plantas se sujetaron horizontalmente mediante dos cuerdas guía de nylon colocadas paralelamente a ambos lados de la línea de plantas, y no se realizó ninguna poda.
2.3. Estrategias de riego
Se realizaron 4 tratamientos de riego:
- Control-FAO (C-F) en el que se aplicaba al cultivo el 100% de las necesidades hídricas según la ETc obtenida a partir de un cálculo semanal según la metodología FAO56 ajustado con la información de los equipos de humedad de suelo instalados en parcela.
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El valor de ET0 se obtuvo a partir de la radiación de la estación agroclimática de Moncada perteneciente a la red SIAR (http://riegos.ivia.es/) según el método propuesto por Fernández et al. (2001). Para los coeficientes de cultivo, se utilizaron los valores experimentales basados en la propuesta de Orgaz et al. (2005).
- Control - Modelo (C-M), en el que la programación de riego viene determinada por la aplicación de un algoritmo que tiene en cuenta la humedad del suelo y la variación semanal de las condiciones ambientales a través de datos históricos de la estación de Moncada de la red SIAR. La humedad objetivo que tiene en cuenta el algoritmo para la zona radicular es del 100% de capacidad de campo.
- Déficit – FAO (D-F), resultante de aplicar el 50% de reducción sobre los tiempos de riego del C-F.
- Déficit - Modelo (D-M), equivalente al C-M pero en este caso el valor objetivo de humedad del suelo se establece en el 90 % de capacidad de campo.
Para cada uno de los tratamientos de riego descritos se aplicaron dos combinaciones de plantas: planta injertada (I) y la variedad sin injertar (V)
Las restricciones se aplicaron a partir del 29 de mayo de 2023, tres semanas después de la plantación, el 8 de mayo de 2023. El cultivo se mantuvo hasta el 6 de agosto de 2023, fecha en la que se dio por finalizado el ensayo.
Se dispuso de una línea de gotero por fila de planta, con emisores espaciados 0,2 m de 2,2 L h-1 , autocompensante, antisifón y antidrenante. El agua de riego tiene una conductividad eléctrica de 0,3 dS m-1, 16,5 mg L-1 de contenido en NO3 -, muy baja concentración de otros macro y micronutrientes y un pH de 8.1. Los nutrientes fueron aplicados a través del sistema de riego de acuerdo con Maroto (2002): 170 kg ha-1 of N; 40 kg ha-1 of P2O5; 200 kg ha-1 of K2O.
La disposición del ensayo fue de cuatro bloques de plantas por fila (50 plantas por bloque) con tres repeticiones completamente aleatorizadas, excluyendo del estudio las plantas bordes del invernadero, con un total de ocho tratamientos (sistema de riego x tipo de planta).
2.4. Medidas fisiológicas
Las mediciones de intercambio gaseoso se realizaron a primera hora de la mañana (de 9:30 a 10:30 h GMT) y a mediodía (de 13 a 14 h) con tres plantas por repetición (9 por tratamiento) a los 60 días después del trasplante (DAT). La tasa neta de asimilación de CO2 (AN, μmol CO2 m-2 s1), la conductancia estomática (gs, mol H2O m-2 s-1) y la tasa de transpiración (E, mmol H2O m-2 s1) se determinaron en hojas completamente desarrolladas (3ª - 4ª hoja desde el ápice) en condiciones de saturación de luz (1000 μmol m-2 s-1) y con 400 ppm de CO2 mediante un analizador de gases por infrarrojos LI-6400 (LI-COR, Nebraska, EE.UU.) a 24 ± 2 °C y 65 ± 10% de humedad relativa. Se calcularon, los parámetros AN/gs y AN/E, eficiencia hídrica intrínseca y eficiencia hídrica instantánea, respectivamente.
El potencial hídrico (Ψ) en hoja se midió antes del amanecer (de 5:00 a 6:00 h) y el de tallo a mediodía (de 13:00 a 14:00 h) (Ψpd y Ψmd, respectivamente) mediante una cámara de presión de tipo Schölander (modelo 3000; Soil Moisture Equipment Corp., Santa Barbara, California, EE. UU.). Las determinaciones se realizaron en hojas completamente desarrolladas en un estado fisiológico idéntico al utilizado en las mediciones del intercambio gaseoso de tres plantas por repetición (9 por tratamiento) después de 30 y 60 DAT.
Técnicas de cultivo, Pimiento, tomate y berenjena
2.5. Medidas de humedad del suelo
Para el control de la humedad del suelo se instalaron dos equipos de sensorización de humedad del suelo por tratamiento de riego, monitorizando dos de los tres bloques de cada tratamiento, todos ellos en el grupo de plantas sin injertar. Los sensores instalados fueron Teros 10, de tipo capacitivo FDR (METER Group, Pullman, WA, USA). El esquema de monitorización es el recomendado por la casa comercializadora. Cada punto de monitorización estaba compuesto por un sensor en zona radicular (15 cm) y otro en zona de drenaje (40 cm).
2.6. Biomasa aérea y producción
La biomasa fresca se analizó al final del ciclo de cultivo sobre tres plantas por replica con un total de nueve plantas por tratamiento, separando la parte aérea (excluyendo los frutos) de la raíz y determinando su peso.
La recolección de los frutos se realizó a finales de julio, separando los frutos comerciales y no comerciales, debidos principalmente a la podredumbre del extremo del fruto (BER), de ocho plantas por repetición
3. Resultados y discusión
La Tabla 1 muestra las cantidades de agua aplicadas en los distintos tratamientos. Se aprecia que las cantidades aportadas en los controles son muy similares en el conjunto de la experiencia a pesar de que el Control-FAO, hasta la fecha de inicio de los tratamientos de restricción, acumulaba un 18% menos de riego que el Control-Modelo. Los tratamientos de restricción acumularon una cantidad de agua un 52% inferior en el caso del Déficit-FAO respecto del Control-FAO durante la fase de riego deficitario, representando un 29% en el global del ciclo. Estos mismos valores para aquellos tratamientos asociados al modelo se situaron en el 32% y 17% respectivamente.
Estudio de la respuesta fisiológica y agronómica de plantas de pimiento injertadas mediante la utilización de dos modelos de programación del riego
Tabla 1. Agua aplicada (mm) en cada tratamiento antes y después de la fecha de inicio del estrés hídrico (29 de mayo de 2023)
Tratamiento
La Figura 3 representa la evolución de la humedad del suelo, expresada en porcentaje sobre capacidad de campo, en los cuatro tratamientos en planta sin injertar. Se observa que los tratamientos control han manifestado unos niveles de humedad mayores que los tratamientos de restricción, un 77,7% de media en Control respecto un 66,6% en los Deficitarios, sin diferencias a destacar entre ellos. Dentro de tratamientos, parece manifestarse una cierta lentitud en la respuesta del Modelo en el momento de corregir situaciones de baja humedad del suelo, apreciable en la semana 27 en el Control o 28 en el Déficit, si bien esta respuesta finalmente es más efectiva que en los tratamientos basados en metodología FAO.
Figura 3. Evolución de la humedad del suelo (% Capacidad de campo) en los cuatro tratamientos en planta sin injertar. Línea vertical de trazos indica comienzo de estrés hídrico
El potencial hídrico antes del amanecer (Ψpd) y a medio día (Ψmd) después de 30 DAT presenta una clara disminución en los tratamientos con riego deficitario (D-F y D-M), siendo este descenso mayor para la variedad sin injertar y para Ψmd.
Al final del periodo de cultivo, los Ψpd son similares entre tratamientos, pero igual que ocurre a los 30 DAT, el Ψmd es menor que Ψpd influenciado por estado hídrico de la planta.
En las medidas de intercambio gaseoso a las 9:00 h los valores más altos de eficiencia en el uso del agua se obtuvieron para las plantas regadas según el modelo de la FAO (C-F) y en plantas injertadas (I), debido al mayor cierre estomático. Los valores obtenidos a las 13:00 h en la fotosíntesis neta son similares en todos los tratamientos a los obtenidos a las 9:00 h, indicando
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que las condiciones de mayor temperatura e irradiancia que podrían ocasionar una menor gs no tienen lugar.
Tabla 2. Medidas del potencial hídrico antes del amanecer (Ψpd) y a medio día (Ψmd) en plantas de pimiento injertadas (I) y la variedad sin injertar (V) a los 30 DAT y 60 DAT. Los valores son medias n=9 plantas
Fecha
Tratamiento
30/06/2023
27/07/2023
Tabla 3. Valores de los parámetros de intercambio gaseoso (tasa neta de asimilación de CO2 (AN, μmol CO2 m-2 s-1), la conductancia estomática (gs, mol H2O m-2 s-1) y la tasa de transpiración (E, mmol H2O m-2 s-1), AN/gs y AN/E, eficiencia hídrica intrínseca y eficiencia hídrica instantánea, respectivamente en plantas de pimiento injertadas (I) y la variedad sin injertar (V) medidos a las 9:00 h y a las 13:00 h después de 60 DAT. Los valores son medias n=9 plantas
La biomasa fresca de la parte aérea se vio afectada por el déficit hídrico tanto para las plantas regadas con el modelo (D-M) como para las regadas con la FAO (D-F). En los tratamientos control, cabe destacar que las plantas injertadas (I) presentaron mayor biomasa que la variedad sin injertar (V). Este comportamiento fue observado también en condiciones de riego deficitario. La mayor biomasa en el tratamiento de estrés hídrico fue para las plantas injertadas y regadas con el modelo (D-M).
La producción (Kg/planta) fue mayor para las plantas control injertadas y regadas con el método basado en FAO coincidiendo también con la mayor producción en riego deficitario, a pesar de no observarse grandes diferencias en los parámetros fisiológicos. La mayor biomasa de las plantas injertadas frente a las no injertadas podría aumentar la radiación interceptada en las plantas y, por lo tanto, podría aumentar la fotosíntesis de todo el dosel en relación con las plantas sin injertar, incrementando la producción en las plantas injertadas (I).
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La presencia de BER es una de las principales fisiopatías que se presentan en el fruto de pimiento en presencia de déficit hídrico. En nuestras condiciones el %BER fue mayor en el tratamiento de déficit hídrico y para las plantas no injertadas en ambos modelos de riego deficitario.
Tabla 4. Datos de la producción comercial (Kg/planta), producción de BER (kg/planta), % de BER y biomasa área (Kg) en plantas de pimiento injertadas (I) y la variedad sin injertar (V) en los diferentes tratamientos al final del experimento. Los valores son medias n=9 plantas
Tratamiento
4. Conclusiones
1. El algoritmo predictivo de las necesidades de riego permite simular con buena aproximación el comportamiento de un modelo de programación basado en la metodología FAO56 combinada con la interpretación de la información de sondas de humedad del suelo
2. El algoritmo parece responder con cierta inercia a los cambios de programación requeridos por la planta y ambiente. Modulando la humedad objetivo es posible que la respuesta del algoritmo pueda optimizarse.
3. El déficit hídrico disminuye el potencial hídrico de las plantas principalmente a medio día, indicando que la aplicación del estrés tiene efecto en las relaciones hídricas en ambos tipos de plantas (I y V).
4. Los valores más altos de eficiencia en el uso del agua se obtuvieron para las plantas regadas según el modelo de la FAO (C-F) y en plantas injertadas (I), debido al mayor cierre estomático.
5. La biomasa fresca de la parte aérea se vio afectada por el déficit hídrico tanto para las plantas regadas con el modelo (D-M) como para las regadas con la FAO (D-F).
6. La producción (Kg/planta) fue mayor para las plantas control injertadas y regadas con el método basado en FAO56 coincidiendo también con la mayor producción en riego deficitario
Financiación
Esta publicación es parte del proyecto de I+D+i PID2020-118824RR-C2 financiado por MCIN/AEI/10.13039/501100011033.
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Bibliografía
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Maroto, J.V. (2002). Horticultura Herbácea Especial; Mundi-Prensa: Madrid, Spain.
Orgaz, F., Fernández, M.D., Bonachela, S., Gallardo, M., Fereres, E. (2005). Evapotranspiration of horticultural crops in an unheated plastic greenhouse. Agric. Water Manage 72:81–96
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