Estrategias con riego automático para controlar la salinidad en plantas ornamentales en maceta

Abstract

[SPA] La constante disminución del agua fresca y la necesidad acuciante de aplicar criterios de sostenibilidad en el uso de los recursos naturales, nos está empujando hacia un riego con aguas de baja calidad, en donde la producción de plantas ornamentales es una actividad potencialmente receptora de estas aguas. Es frecuente que las aguas subterráneas y las residuales depuradas contengan cantidades altas de sales, especialmente en las zonas semiáridas, lo que crea la necesidad urgente de identificar las especies vegetales que puedan crecer bien en estas condiciones, y de desarrollar sistemas de gestión del riego más eficientes. El objetivo general de esta tesis es optimizar el manejo del riego salino mediante el diseño de estrategias de riego de precisión apoyados en herramientas automáticas que informen a tiempo real y continuamente del estado hídrico y salino que soportan las plantas. Estas estrategias se han estudiado en la producción viverística de plantas ornamentales en maceta, concretamente en cultivos con interés comercial como Pelargonium hortorum, Gerbera hybrida, Osteospermun hybrida, Ficus benjamina y Euphorbia pulcherrima. Se realizaron cinco experimentos bajo riego salino y con plantas ornamentales en maceta. El primero estudió las posibilidades del manejo del riego por medidas gravimétricas de la maceta (balanzas programables) bajo distintos criterios de drenaje. Con el segundo, pretendimos valorar las posibilidades de usar la conductividad eléctrica (CE) del agua de los poros estimada por un sensor de humedad y CE de suelo (GS3-Decagon) para mantener distintos niveles de salinización en la solución del sustrato. En el tercero, se valora la eficacia y las características del uso de indicadores de la salinidad alternativos a la CE del agua de los poros estimada, basados en parámetros medidos directamente por el sensor como es la CE del medio. En el cuarto experimento estudiamos las relaciones entre las distintas conductividades eléctricas que podemos medir durante un cultivo en maceta, con el objetivo de mejorar el manejo del riego con sensores de humedad y CE de suelo y predecir la respuesta a la salinidad de las plantas. El último de los ensayos pretende avanzar en el conocimiento de la distribución de sales y raíces en el cepellón de plantas cultivadas en maceta, cuando aplicamos el mismo volumen de agua con distintos número de goteros por maceta. Todos estos estudios se evaluaron en términos de crecimiento y desarrollo de las plantas (producción de biomasa, dimensión de planta, calidad ornamental, crecimiento radicular y contenido relativo de clorofila foliar), de consumo de agua (salina, no salina, eficiencia del uso del agua y evapotranspiración), drenaje (salinidad y porcentajes de lavado), acumulación de iones (parte aérea y radicular), intercambio gaseoso (conductancia estomática y fotosíntesis), fluorescencia clorofílica (eficiencias del fotosistema II, decaimiento no fotoquímico y tasa de transferencia de electrones) y medidas de conductividades eléctricas (evoluciones, promedios, medidas específicas o puntuales). Los resultados indican que el uso de balanzas programables permite hacer un control preciso del riego siempre que los sustratos usados sean estables estructuralmente y con buena capacidad de rehidratación. El manejo del riego automático basado en la estimación de la CE del agua de los poros con los registros estándares del sensor de suelo, fue capaz de mantener diferentes condiciones de salinidad de hasta un umbral fijado de CE del agua de los poros promedio de 5,5 dS m-1. A pesar de la fuerte influencia de la humedad del sustrato sobre la CE del medio, nuestros resultados sugieren que el uso de esta conductividad puede ser una herramienta útil para controlar la salinidad en el sustrato, y que el éxito radicará en buscar los mejores indicadores calculados con medidas seleccionadas (justo después del riego, pendiente de descenso de los valores tras el riego, etc.). La medida de la CE del drenaje sobreestima la salinidad real de la solución del suelo, mientras que la CE del agua de los poros estimada por el sensor GS3 la subestima. La estimación de la CE del agua de los poros por el modelo de Hilhorst es poco precisa por la influencia de la salinidad, humedad y temperatura. El uso de valores promedios de CE del agua de los poros entre dos riegos consecutivos es más apropiado que el uso de valores puntuales, para el control de la salinidad en el sustrato. El uso de más de un emisor por maceta mejora el crecimiento y desarrollo y reduce la presencia de daños salinos en las plantas, porque mejora la distribución de raíces y sales en el sustrato. Un apropiado uso de los sensores de suelo conduce a un conocimiento preciso y continuo de la humedad y salinidad del sustrato. Como consecuencia, la eficiencia del riego aumenta considerablemente porque reducimos los costes de cultivo y mejoramos la preservación de un recurso natural escaso como es el agua de buena calidad. [ENG]The constant diminution of fresh water supplies and the need to apply sustainability criteria to those natural resources that do exist is leading to the growing use of low quality water for irrigation purposes, the production of ornamental plants being no exception. It is common for subterranean waters and water from treatment plants to contain high salt levels, particularly in semiarid areas, so that the identification of salt-tolerant species and the development of efficient irrigation practices are urgent. The general aim of this thesis is to optimize the management of irrigation with salt water by designing precise irrigation strategies based on automatic tools that continuously inform growers in real time of the water and saline status the medium in which the plants are grown. Such strategies are studied in the nursery production (in pots) of ornamental plants of high commercial interest, such as Pelargonium hortorum, Gerbera hybrida, Osteospermun hybrida, Ficus benjamina and Euphorbia pulcherrima. Five experiments were carried out using saline irrigation water and the above potted ornamental plants. The first studied the possibility of managing irrigation using gravimetric methods (programmable balances) and different leachate criteria. The second looked at the possibility of using electrical conductivity (EC) of the pore water estimated by soil moisture and EC sensor (GS3-Decagon) to maintain different levels of substrate salinity. The third experiment evaluated the efficacy and characteristics of using indicators other than pore water EC based on parameters directly measured by the sensor, in the present case the EC of the bulk. In the fourth experiment, the relationships between the different EC levels that can be measured during growing period were studied, in order to improve irrigation management using soil moisture and EC and to predict plant responses to salinity. The final experiment was designed to increase our knowledge of the distribution of salts and roots in the root ball of pot-grown plants when the same volume of water is applied to the pots using a different number of emitters. In all these experiments, plants were analysed for growth and development (production of biomass, dimensions, ornamental quality, root growth and relative leaf chlorophyll content), water consumption (saline, non-saline, water use efficiency and evapotranspiration), leachate (salinity and leaching fraction), ion accumulation (areal and root parts), gas exchange (stomatal conductance and net photosynthesis rate), chlorophyll fluorescence (efficiency of photosystem II, non‐photochemical quenching and electron transport rate) and EC (evolution, mean, specific and isolated values). The results showed that the use of programmable balances permits the precise control of irrigation as long as the substrates used are structurally stable and have a good rehydration capacity. The management of automatic irrigation based on the estimation of pore water EC by standard recordings of the soil sensor was able to maintain the different levels of salinity up to a fixed mean threshold of pore water EC of 5.5 dS m-1. Despite the strong influence of substrate moisture on the EC of the bulk, our results suggest that the use of this EC may be useful for controlling substrate salinity levels, and that the success of the same depends on looking for the best indicators calculated with the selected measurements (just after irrigating, falling slope of values after irrigating, etc.). The measurement of leachate EC overestimates the real salinity of the soil solution, while pore water EC, as estimated by the GS3, sensor underestimates it. Estimates of pore water EC using the Hillhorst model are imprecise because of the influence of salinity, moisture and temperature. The use of mean pore water values between consecutive applications of irrigation water is more suitable for controlling substrate salinity than using isolated values. The use of more than one emitter per pot improves plant growth and development and reduces saline damage because of the better distribution of roots and salts in the substrate. The appropriate use of soil sensors provides precise and continuous knowledge of substrate moisture and salinity. As a consequence, the efficiency of irrigation improves considerably because cultivation costs are reduced, as is the use of an increasingly rare resource – fresh water.