Redirigeme - Ministerio de Educación y Formación

UNIVERSIDAD DE ALMERÍA

Departamento de Agronomía

TESIS DOCTORAL

**************

Programa de Doctorado en Tecnología de Invernaderos,

Ingeniería Industrial y Ambiental

“Mejoras en los sistemas de fertirrigación de

hortalizas y ornamentales en cultivos sin suelo”

Autor: Isidro Morales García

Director: Dr. Miguel Urrestarazu Gavilán

Almería España, Mayo 2015

Reconocimientos

Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologia (CONACyT), de México por la beca

otorgada para poder realizar mis estudios de doctorado.

Los resultados de esta tesis doctoral han sido publicados en:

Morales, I., Urrestarazu, M. 2014. Effect of a Passive Mixing Device on the

Electrical Conductivity and pH Values of a Nutrient Solution. J. Irrig. Drain. Eng. 140

(4): 1-4

Morales, I., Urrestarazu, M. 2013. Thermography Study of Moderate Electrical

Conductivity and Nutrient solution Distribution System Effects on Grafted Tomato

Soilles culture. HortScience 48 (12): 1508-1512

Morales, I., Álvaro, J. E., Urrestarazu, M. 2014. Contribution of thermal imaging

to fertigation in soilless culture. J. Therm. Anal Calorim. 116:1033–1039

Enviado:

Urrestarazu, M., Morales, I., Álvaro, J. E., La Malfa, T., Checa, R., Wamser, A. F.

2015. Effects of fertigation application duration on the pollution, water consumption

and productivity of soilless vegetable cultures. J. of Soil and Water Conservation.

Agradecimientos

A Dios por permitir realizar esta tesis doctoral.

A mi padre y madre por haberme dado la vida y por el apoyo brindado.

A mis hermanos que han compartido grandes momentos conmigo.

A toda mi familia que me han apoyado durante esta etapa de mi vida.

En especial a ti: Raquel Blanco Ruiz que me has apoyado y comprendido en todo

momento, muchas gracias.

A los profesores de la Universidad de Almería que me impartieron clases.

A mi Director de tesis: Dr. Miguel Urrestarazu Gavilán que me fue guiando desde que

le pedí información para realizar el doctorado hasta la culminación de este trabajo, por

*su amistad, tiempo, paciencia, apoyo, orientación y conocimiento, muchas gracias. Es

un honor haber sido estudiante de doctorado de una persona tan reconocida en el área de

agricultura protegida en muchos países.

A todas las personas que de alguna manera participaron en la realización de los trabajos

de investigación, por su tiempo y esfuerzo brindado para poder terminar mi tesis,

también a los compañeros de Ingeniería, grado, máster y doctorandos por compartir su

tiempo, apoyo y conocimientos.

A las instituciones que me han dado la oportunidad de formarme personal y

profesionalmente, Instituto Tecnológico de Valle de Oaxaca (ITVO), Colegio de

Postgraduados (CP), Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro (UAAAN),

Universidad de Almería (UAL).

Isidro Morales García Tesis Doctoral: Mejoras en los sistemas de fertirrigación de hortalizas y

ornamentales en cultivos sin suelo

5

Resumen

La fertirrigación en cultivo sin suelo es una tarea que ejerce un efecto sobre los cultivos

muy significativo y que requiere una importante metodología técnica. Se tiene que

realizar de manera adecuada considerando: la frecuencia, el volumen suministrado por

emisor y el tiempo en el que se aplica. El objetivo general es contribuir a la mejora de

técnicas de fertirrigación, determinando si los diversos parámetros de aplicación

convencional del fertirriego en diferentes cultivos hortícolas y ornamentales son

adecuados o se pueden realizar mejoras metodológicas en las técnicas de fertirrigación

que incremente beneficios tanto en el cultivo como en el medioambiente. Para el

cumplimiento del objetivo planteado se realizaron cuatro trabajos independientes:

Experimento 1. Se evaluó la utilidad de un mezclador pasivo en el cabezal de fertirriego

para ajustar los parámetros de pH y Conductividad eléctrica de la solución nutritiva

aplicada. Los resultados mostraron que con el uso del mezclador pasivo se tiene un

mayor ajuste en la variabilidad del pH y la conductividad eléctrica de la solución

nutritiva, disminuyendo la variación de los coeficientes de dispersión entre los valores

máximos y mínimos. Experimento 2. Se estableció un cultivo de tomate injertado para

evaluar el efecto del incremento moderado de la salinidad (2,0 a 2,5 dS m-1

),

distribución del fertirriego (1 y 4 distribuidores del fertirriego en el saco de cultivo por

gotero-emisor) y la utilidad de la termografía en un cultivo sin suelo. Se concluyó que

este incremento moderado de la salinidad no tuvo un efecto significativo en el

rendimiento total, sin embargo la mayor salinidad disminuyó significativamente el

calibre de los frutos. La mejor distribución del fertirriego en el saco de cultivo

incrementó significativamente los frutos de mayor calibre, sin efecto en el rendimiento

total. La termografía mostró ser una herramienta útil en el diagnostico del efecto de la

salinidad sobre la transpiración. Experimento 3. Se estableció un cultivo con plantas



6

ornamentales con diferentes caudales de fertirriego (2, 3 y 4 L h-1

) y se evalúo la

aplicación de la termografía como un método de diagnostico rápido para una adecuada

fertirrigación en dos ensayos diferentes: 1. En contenedores individuales (macetas) y 2.

En un muro vegetal con unidades de cultivo modulares). En el ensayo 1 los resultados

muestran una correlación directa entre la temperatura de las hojas y el crecimiento

vegetativo a una óptima aplicación del fertirriego. En el ensayo 2 se encontró una

correlación entre la temperatura media de las hojas y el tratamiento de fertirriego

aplicado. Experimento 4. Se estableció un experimento con diferentes tiempos de

aplicación de un mismo volumen de fertirriego para determinar su efecto en el

desarrollo de raíz, crecimiento y producción. Se realizaron tres cultivos independientes

tomate (con y sin injerto) y pimiento. Se midió además de la producción, la absorción

de agua, absorción; emisión de nitratos y potasio. Los resultados mostraron: que la

ralentización de la aplicación del fertirriego mejora la mayoría de los parámetros

evaluados en los cultivos de pimiento y tomate sin injertar, en cultivo de tomate

injertado no mostró diferencias significativas. Los parámetros de calidad de fruto no se

vieron afectados.



7

Abstract

Fertigation in soilless culture is a task that has a significant effect on crops and requires

significant technical methodology. It has to be performed properly considering: the

frequency, the volume supplied by the transmitter and the time which it is applied. The

overall objective is to contribute to improving fertigation techniques, determining

whether the various parameters of conventional application of fertigation in different

horticultural and ornamental crops are suitable or methodological improvements can be

made in fertigation techniques to increase benefits both in culture and in the

environment. To comply with the stated goal four separate studies were conducted.

Experiment 1. the usefulness of a passive mixer was evaluated in the head fertigation to

adjust the parameters of pH and electrical conductivity of the nutrient solution applied:

The results showed that with the use of the passive mixer has a greater variability in

adjusting pH and electrical conductivity of the nutritive solution, reducing the variation

of scattering coefficients between the maximum and minimum values. Experiment 2. a

tomato crop grafted was established to evaluate the effect of moderate increase in

salinity (2.0 to 2.5 dS m-1), distribution of fertigation (1 and 4 distributors of fertigation

in the grow bag was established by drip emitter) and usefulness of thermography in

soilless culture. It was concluded that this moderate increase in salinity had no

significant effect on the overall yield, however the higher salinity significantly reduced

fruit size. The better distribution of fertigation in the bag culture increased significantly

the higher size fruit, without effecting on overall yield. Thermography proved to be a

useful tool in the diagnosis of the effect of salinity on perspiration. Experiment 3. A

plant ornamental culture was established with different flow rates fertigation (2, 3 and 4

L h-1

) and the application of thermography was evaluated as a rapid diagnosis method

for proper fertigation in two different tests: 1. in individual containers (pots) and 2. in a



8

green wall with modular units culture). In test 1, the results show a direct correlation

between the leaves temperature and vegetative growth to optimal application of

fertigation. In test 2 a correlation between average leaf temperature and the fertigation

treatment applied was found. Experiment 4. An experiment with different times of

application of the same volume of fertigation was established to determine their effect

on root development, growth and production. Three independent cultures were

performed, tomato (with or without grafting) and pepper. Besides the production, water

absorption, absorption; potassium and nitrate emission were measured. The results

showed: the slowdown in the application of fertigation improves most of the parameters

evaluated in pepper and without grafting tomato crops, in grafted tomato crop showed

no significant difference. The fruit quality parameters were not affected.



9

Índice

Índice ................................................................................................................................ 9

Índice de tablas .............................................................................................................. 11

Índice de figuras ............................................................................................................ 12

Introducción y objetivo general ................................................................................... 15

Capítulo 1. Efecto de un dispositivo de mezcla pasiva en los valores de

conductividad eléctrica y pH de la solución nutritiva ...................................... 25

Resumen ..................................................................................................................... 26

1. Introducción ............................................................................................................ 26

2. Materiales y métodos .............................................................................................. 28

2.1. Descripción del equipo .................................................................................... 29

3. Resultados y discusión ........................................................................................... 31

4. Conclusiones ........................................................................................................... 34

5. Referencias ............................................................................................................. 34

Capítulo 2. Efecto de la salinidad moderada, distribución del fertirriego y

contribución de la termografía en un cultivo sin suelo de tomate injertado .. 37

Resumen ..................................................................................................................... 38

1. Introducción ............................................................................................................ 39


2.1. Condiciones de cultivo. ................................................................................... 41

2.2. Tratamientos aplicados ................................................................................... 42

2.3. Muestreo en el cosechado ............................................................................... 43

2.4. Muestreo y análisis de las termografías .......................................................... 43

2.5. Diseño experimental y análisis estadístico ...................................................... 45


3.1. Efecto sobre la producción total ...................................................................... 45

3.2. Efecto sobre la distribución de los calibres de los frutos ................................ 46

3.3. Efecto sobre los parámetros de calidad de la producción ............................... 48

3.4. Efecto sobre el balance económico ................................................................. 49

3.5. Papel de las termografía .................................................................................. 52

4. Conclusiones ........................................................................................................... 53

5. Referencias ............................................................................................................. 54

Capítulo 3. Contribución de imágenes térmicas para fertirrigación en cultivos

sin suelo ................................................................................................................. 61

Resumen ..................................................................................................................... 62

1. Introducción ............................................................................................................ 63




10

2.1 Experimento 1 .................................................................................................. 64

2.2. Experimento 2 ................................................................................................. 67


3.1. Experimento 1 ................................................................................................. 70

3.2. Experimento 2 ................................................................................................. 73

4. Conclusiones ........................................................................................................... 75

5. Referencias ............................................................................................................. 75

Capítulo 4. Efecto del tiempo de aplicación del fertirriego en cultivos de tomate

y pimiento .............................................................................................................. 79

Resumen ..................................................................................................................... 80

1. Introducción ............................................................................................................ 81


2.1. Experimento 1 ................................................................................................. 84

2.2. Experimento 2 ................................................................................................. 89

2.3. Experimento 3 ................................................................................................. 90

2.4. Diseño experimental y análisis estadístico ...................................................... 90


3.1. Efecto sobre el consumo de agua, otros parámetros de fertirrigación y las

emisiones de contaminantes al medio ambiente. ............................................ 90

3.2. Efecto sobre la distribución de las raíces y el crecimiento vegetativo ............ 93

3.3. Efecto sobre la producción y el tamaño .......................................................... 95

3.4. Efecto sobre la calidad de la producción......................................................... 97

4. Conclusiones ........................................................................................................... 97

5. Referencias ............................................................................................................. 98

Conclusiones generales ................................................................................................ 103

Anexos ........................................................................................................................... 105

Chapter 1. Effect of a passive mixing device on the electrical conductivity and

pH values of a nutrient solution ........................................................................ 105

Chapter 2. Thermography Study of Moderate Electrical Conductivity and

Nutrient Solution Distribution System Effects on Grafted Tomato Soilless

Culture ................................................................................................................ 117

Chapter 3. Contribution of thermal imaging to fertigation in soilless culture ...... 139

Chapter 4. Effects of fertigation application duration on the pollution, water

consumption and productivity of soilless vegetable cultures ......................... 157



11

Índice de tablas


conductividad eléctrica y pH de la solución nutritiva .................................. 25 Tabla 1. Conductividad electrical (CE, dS·m

-1) y pH de la solución nutritiva por

método de preparación, con y sin el uso del dispositivo de mezcla pasiva. ...... 32


contribución de la termografía en un cultivo sin suelo de tomate

injertado ........................................................................................................... 37 Tabla 1. Soluciones nutritivas utilizadas en el cultivo de tomate. .......................... 43

Tabla 2. Producción (kg∙m-2

) total y por calibres de un cultivo de tomate con

diferentes conductividades eléctrica (CE) de la solución nutritiva y

suministro del fertirriego con 1 y 4 puntos de distribución por gotero. ............ 46

Tabla 3. Algunos parámetros de los frutos de tomate con diferentes

conductividades eléctrica (CE) de la solución nutritiva y suministro del

fertirriego con 1 y 4 puntos de distribución por gotero. .................................... 49

Tabla 4. Balance económico en función del uso de 1 (DD1) o 4 (DD4)

distribuidores por cada gotero en un cultivo de tomate injertado en sacos de

fibra de coco, considerando solo las producciones y los ingresos de los

tomates de calibre más grueso (De M a MMM). .............................................. 50

Tabla 5. Balance económico en función del uso de la solución nutritiva (NS)

con CE de 2,0 (CE2) y 2,5 dS∙m-1

(CE2,5) en cultivo de tomate injertado en

sacos de fibra de coco, considerando solo las producciones y los ingresos de

los tomates de calibre más grueso (De M a MMM). ......................................... 51


sin suelo ............................................................................................................ 61 Tabla 1. Parámetros de crecimiento (g planta

-1) en función de régimen de riego.

TC, DR, and ER son el tratamiento control, 1/3 menor, and 1/3 mayor de

riego, respectivamente. ...................................................................................... 71


y pimiento ......................................................................................................... 79 Tabla 1. Condiciones de cultivo para los tres experimentos. ................................. 85

Tabla 2. Absorción y emisión de la solución nutritiva al medio ambiente en

cultivo en fibra de coco en función del tiempo empleado para proporcionar

el mismo volumen de fertirrigación. ................................................................. 92

Tabla 3. Parámetros de crecimiento vegetativo en función del tiempo para

proporcionar el mismo volumen de fertirriego en el cultivo de pimiento (g

planta-1

). ............................................................................................................. 95

Tabla 4. Producción y tamaño de fruto en cultivo en fibra de coco en función

del tiempo empleado para proporcionar el mismo volumen de fertirrigación. . 96

Tabla 5. Parámetros de calidad de fruto cultivados en fibra de coco en función

del tiempo empleado para proporcionar el mismo volumen de fertirrigación. . 97



12

Índice de figuras


conductividad eléctrica y pH de la solución nutritiva .................................. 25 Figura 1. Descripción de los métodos de mezclado de la solución nutritiva: (a)

Un tanque de mezcla; (b) inyección directa con sistema Venturi. ................... 29

Figura 2. Dispositivo de mezcla, muestra detalles de los componentes; las

flechas indican la dirección del flujo de agua. .................................................. 30

Figura 3. Porcentaje de coeficiente de variación (% CV, ordenadas) en relación

con la velocidad de flujo (L . h

-1, eje de abscisas) para la conductividad

eléctrica (CE) (panel superior) y el pH (panel inferior), con (T1) y sin (T0)

mezclador pasivo de la solución nutritiva. ........................................................ 33


contribución de la termografía en un cultivo sin suelo de tomate

injertado ........................................................................................................... 37 Figura 1. Curva de liberación de agua desde la fibra de coco en función de la

tensión retención del sustrato en cm de columna de agua (Basado en De

Boodt et al., 1974). ............................................................................................ 42

Figura 2. A es la fotografía de referencia de dos hojas de tomate de los

tratamientos de salinidad, CE2.0 y CE2.5 son las CE de 2,0 y 2,5 dS∙m-1

,

respectivamente. B Termografía de los tratamientos de salinidad. C es un

detalle del método de medida de la temperatura en un foliolo de la hoja. D

es el método aplicado a la totalidad de los foliolos de cada hoja. AVG es la

media de la temperatura considerada en una termografía. ................................ 44

Figura 3. Efecto de la producción (kg∙m-2

) por calibre del diámetro ecuatorial y

total comercial de plantas de tomate en función de la conductividad eléctrica

(dS∙m-1

) de la solución nutritiva de 2,0 (CE2, línea discontinua) y 2,5 (CE2,5,

línea continua), y la distribución de la solución nutritiva con 1 (DD1, línea

discontinua) y 4 (DD4, línea continua) puntos por gotero. *, ns muestran

diferencias significativas en el análisis de la varianza a P ≤ 0,05 y no

significativo, respectivamente. .......................................................................... 47

Figura 4. Temperatura media de hojas de un cultivo de tomate con tratamiento

de la solución nutritiva de la CE de 2,0 y 2,5 dS∙m-1

, respectivamente.

Media de todos los foliolos de tres hojas por tratamiento. Temperaturas

medias medidas por termografía de una superficie de 3 a 5 cm2 de cada

foliolo y hoja. .................................................................................................... 53


sin suelo ............................................................................................................ 61 Figura 1. es un termógrafo de los tres volúmenes de riego, donde TC es el

control, DR tiene 1/3 menos riego y la ER tiene 1/3 más de riego. El riego se

produce a velocidades de flujo de 2, 3 y 4 L h-1

, respectivamente, en cada

maceta. B Mediciones termográficas, media (Med), mínimo (Min) y

máximo (Max) de las temperaturas de un área foliar representativa. C datos

termográficas de una maceta con el mismo volumen de riego. D es la

fotografía de referencia ..................................................................................... 66

Figura 2. A es un termógrafo de referencia, B es un termógrafo de la pared

vegetativo de plantas aromáticas, y C es una fotografía de una pared de

plantas aromáticas. a, b y c son los espacios que ocupan tres de las unidades

modulares cultivadas que cubre la pared vegetativo; d, e y f son las áreas

que se utilizan para medir las temperaturas en los termógrafos para cada



13

tratamiento (goteros de 2, 3 y 4 L h-1

). D es un termógrafo de referencia en

que se detuvo el riego durante tres días en una unidad modular cultivada,

centro inferior (g). Los números representan la temperatura media de las

cajas respectivas. E es un termógrafo y F es una fotografía de referencia de

un muro vegetativo de las plantas ornamentales de interior. ............................ 68

Figura 3. Termógrafos correspondientes a los 2, 3 y 4 L h-1

de caudal de riego

en plantas de Philodendron; superior, izquierda y derecha, respectivamente,

en Philodendro y Syngonium. Avg: Temperatura media. ................................. 72

Figura 4. Relación entre la tasa de flujo volumétrico de la fertirrigación (L h-1

) y

la disminución de la temperatura registrada por termografía. A es la

temperatura de las hojas de macetas de Philodendron, B es la temperatura de

las hojas de Anthurium en macetas, C es la pared vegetativa de plantas

aromáticas y D es la pared vegetativa de plantas ornamentales de interior. ..... 74


y pimiento ......................................................................................................... 79 Figura 1. Hidrograma del fertirriego. La línea azul continua es el tratamiento

testigo (T0). La línea roja discontinua representa el tratamiento evaluado del

fertirriego, donde el tiempo de suministro es cuatro veces mayor (T1). Las

barras de la derecha indican el volumen total de fertirrigación para cada

riego. .................................................................................................................. 85

Figura 2. Contenido de nitratos (arriba) y potasio (abajo) en los drenajes de un

cultivo de tomate injertado. La línea azul continua es el tratamiento testigo

(T0). La línea roja discontinua representa el tratamiento evaluado del

fertirriego, donde el tiempo de suministro es cuatro veces mayor (T1). Las

barras de la derecha indican los valores medios. ............................................... 87

Figura 3. Esquema de la distribución del muestreo de la raíz en función de la

posición de los goteros y los puntos de drenaje en la unidad de cultivo. .......... 89

Figura 4. Hidrogramas de drenaje de la fertirrigación. La línea azul es el

tratamiento control (T0). La línea roja punteada es el tratamiento evaluado

(T1), que se extendió la duración de la fertirrigación por cuatro veces. Los

valores medios se obtuvieron promediando 4 drenajes diferentes durante el

primer mes en diferentes fechas del cultivo de pimiento (arriba) y el tomate

injertado (abajo). Las barras de la derecha indican el volumen total drenado

en cada fertirrigación. ........................................................................................ 91

Figura 5. Distribucion de las raices de pimiento en sección vertical cerca de un

gotero en cultivo sin suelo con fibra de coco. *, **, y ns indican diferencias

significativas a P < 0.05, P < 0.01 y sin diferencia significativa,

resprectivamente. La linea azul continua es el tratamiento testigo (T0). La

linea roja discontinua es el tratamiento evaluado (T1), que extendió cuatro

veces la duración de la fertirrigación. Las barras indican la superficie total

de las raices. ...................................................................................................... 94



15

Introducción y objetivo general

La producción de alimento para satisfacer la demanda de la población cada día se

incrementa, según cifras del banco mundial, ha pasado de 3,02 Mil Millones de

habitantes en los años 60 a 6,84 Mil millones en 2010. En la agricultura como en otras

ciencias se ha tratado de generar técnicas que permitan incrementar los niveles de

producción, optimizando los recursos de que disponen, en especial el recurso agua. En

la horticultura se utilizan diversos métodos de riego, se podría decir que el fertirriego es

uno de los sistemas más precisos en la aplicación de agua y fertilizantes. A continuación

se mencionan algunos parámetros importantes en el manejo del fertirriego:

Uso eficiente del fertirriego

El fertirriego es la técnica de aplicación de los fertilizantes diluidos en el agua de riego

al los cultivos para su nutrición, a esta dilución se le conoce como solución nutritiva. El

pH y la conductividad eléctrica son parámetros de la solución nutritiva que debemos de

tener bien controlados, debido a que la aplicación de una solución nutritiva sin estrictos

márgenes de control puede tener consecuencias negativas en la producción de los

cultivos hortícolas y pérdidas económicas considerables, sobre todo en los cultivos sin

suelo (Sonneveld y Voogt, 2009). El objetivo de un buen control de estos parámetros es

aumentar la eficiencia del uso del agua, macro (Urrestarazu y García, 2000; Urrestarazu

et al., 2008a; Thompson et al., 2013) y micronutrientes (Urrestarazu et al., 2008b). Un

mejor ajuste en los parámetros de fertirrigación (pH y conductividad eléctrica) puede

tener un impacto no sólo por el aumento de la productividad, sino también por la

reducción de la contaminación ambiental.



16

La salinidad en los cultivos sin suelo

La salinidad es uno de los factores más influyentes y estudiado en la horticultura

protegida, el efecto negativo de este factor se ha estudiado desde hace mucho tiempo.

Un adecuado manejo del fertirriego y la salinidad a las condiciones de producción es un

factor altamente influyente en el balance económico, pero también un importante factor

para controlar las emisiones de contaminantes al medio ambiente (Massa et al., 2010;

Urrestarazu et al., 2008a). Se ha descrito dos claros efecto al aumentar la salinidad: 1.

La pérdida de productividad y 2) el incremento de algunos de los parámetros

considerados de calidad en los frutos (E.g. Sólidos totales solubles, contenido en

materia seca, acidez, peso medio de cada fruto, concentración iónica, etc.). La gran

mayoría de la información disponible en la bibliografía se publica bajo unas grandes

diferencias de salinidad en los tratamientos; sin embargo, son pocos los trabajos que

evalúan los efectos usando ligeros incrementos de salinidades.

Distribución del fertirriego en la unidad de cultivo en cultivos sin suelo

En la actualidad se conoce los parámetros importantes para la aplicación del

fertirriego de los diferentes cultivos. La distribución no uniforme de los nutrientes en el

medio de cultivo provoca un significativo efecto en las raíces de las plantas (E.g.

Robinson, 1994; Schwarz et al., 1995). Desde los trabajos de Heinen (1997), Van

Noordwijk (1978) y Van Noordwijk y Raats (1980, 1981), se han elaborado modelos

para determinar la importancia de los puntos de distribución del fertirriego y la

ubicación de los puntos de drenaje en las unidades de contenedores de cultivo, pero son

muy pocos los trabajos que evalúan los beneficios de la producción como los

económicos por una mejor distribución de la solución nutritiva con similares costes de

la infraestructura de riego localizado: goteros y sus distribuidores.



17

La termografía en los cultivos sin suelo

La termografía infrarroja se utiliza en muchos campos de la ciencia (Garner et al., 1995)

y la tecnología (Grinzato et al., 2010), incluyendo la agricultura y la horticultura (Jones

et al., 2002; Inagaki y Nachit, 2012; Moller et al., 2007: Krapez y Olioso, 2011; Prado

et al., 2011; Wang et al., 2013) y fisiología de las plantas (Pearce y Fuller, 2001; Glenn,

2012). La tecnología puede ser utilizada específicamente para monitorear la eficiencia

del uso de los recursos hídricos, tanto para aplicaciones de campo (Antonucci et al.,

2011) y las plantas en macetas en cultivos sin suelo (Fernández-Bregón et al., 2103;

Urrestarazu, 2013a). La temperatura de las hojas de las plantas es el resultado de

factores externos e internos (fisiológicas). Existe una correlación entre la temperatura de

las hojas y el estado del agua, ya que el agua es la principal fuente de absorción de

infrarrojos en el tejido vegetal (Kümmerlen, 1999). La relación entre la transpiración de

la hoja y el estrés hídrico de los cultivos está bien establecido (Cox y Boersma, 1967).

La transpiración está regulado por un mecanismo de control de retroalimentación de los

estomas, que es a su vez influenciado por la falta de agua (Fernández-Bregón et al.,

2103; Kumar et al., 1994); debido a la correlación negativa entre la tasa de transpiración

y la temperatura de la hoja, la termografía infrarroja digital permite la monitorización no

invasiva y visualización indirecta de estrés potencial. Varios estudios anteriores han

empleado la termografía infrarroja digital en la horticultura para el control de las

enfermedades (Nilssona, 1991; Chaerle et al., 1999, 2001, 2004; Oerke et al., 2006;

Wang et al., 2012), pero relativamente pocos estudios han propuesto el uso de la

termografía para el diagnóstico precoz de los problemas con un sistema de distribución

de fertirrigación (Fernández-Bregón et al., 2103), el estrés hídrico (Wang et al., 2013), o

tolerancia a la sal en los cultivos (Urrestarazu, 2013a, Jmes y Sirault, 2012).



18

Tiempo de aplicación del fertirriego en los cultivos y contaminación al medio

ambiente

La distribución del agua y el tiempo de aplicación del volumen a aplicar en los

medios de producción de los cultivos es muy importante para optimizar al máximo su

uso por las plantas. En el sudeste español se estima que los cultivos hortícolas

consumen de 500 a 700 L por metro cuadrado y año. El uso del agua en los cultivos sin

suelo (E.g. Parry et al., 2005; Massa et al., 2010), la eficiencia de este en la producción

(Patané et al., 2011), la absorción de iones nutrientes como nitrato y potasio (E.g.

Cornillon y Fellahi, 1993; Topcu et al., 2007) y la contaminación de los elementos

nutrientes emitidos al medio ambiente, sobre todo de nitratos (E.g. Urrestarazu et al.,

2008d; Gallardo et al., 2009; Min et al., 2012; Thompson et al., 2013) está muy

estudiado.

No existe mucha información disponible sobre el efecto del tiempo de aplicación

de un volumen de fertirriego dado sobre un cultivo en comparación al tiempo estándar

que dura un fertirriego en función de los elementos utilizado en cada instalación de

fertirrigación, es decir la duración de la emisión de un volumen. Esto no variaría el

volumen suministrado, pero si afectaría al tiempo que las raíces estarían sometida a un

menor potencial matricial durante un determinado tiempo y por ello la energía necesaria

para la absorción de agua.

Objetivo

Determinar si los diversos parámetros de aplicación convencional del fertirriego en

diferentes cultivos hortícolas y ornamentales son adecuados o se pueden realizar

mejoras en su instalación como en la solución nutritiva final, así como el uso de la

termografía en el manejo del fertirriego.



19

Referencias

Antonucci, F., Pallottino, F., Costa, C.F., Rimatori, V., Giorgi, S., Papetti, P., Menesatti,

P. 2011. Development of a rapid soil water content detection technique using active

infrared thermal methods for in-field applications. Sensors. 11:10114-28.

Chaerle, L., Caeneghem, W.V., Messens, E., Lamber, H., van Montagu, M., van der

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25


conductividad eléctrica y pH de la solución nutritiva

Effect of a passive mixing device on the electrical conductivity and pH

values of a nutrient solution

Isidro Morales1, Miguel Urrestarazu

1

1Departamento de Agronomía, Universidad de Almería, La Cañada de San Urbano s/n,

04120 Almería, España

Cita: Morales, I., Urrestarazu, M. 2014. Effect of a Passive Mixing Device on the

Electrical Conductivity and pH Values of a Nutrient Solution. J. Irrig. Drain. Eng. 140

(4): 1-4

Revista: Journal of Irrigation and Drainage Engineering.

Categoria: Ingeniería Agricola

Factor de impacto (JCR, 2013): 1.09

Cuartil: Q1

Este trabajo fue financiado a través de fondos FEDER AGL-2010-18391.



26

Resumen

El ajuste de la solución nutritiva usando un sistema automatizado para unas

condiciones óptimas de fertirrigación incrementa la productividad y reduce el impacto

ambiental de la horticultura. Una nueva generación de infraestructura para la

automatización en la preparación de la solución nutritiva es cada vez más común en las

zonas de horticultura protegidas de alta tecnología; por ejemplo, en el cabezal de riego

es ampliamente usado la inyección directa de todos los componentes en la solución de

nutritiva utilizando un dispositivo Venturi. El presente estudio evalúa la utilidad de un

dispositivo de mezcla pasiva que se incorporó en el circuito del cabezal de fertigación y

su impacto en los parámetros tales como la conductividad eléctrica (CE) y el pH de la

solución nutritiva. Los resultados sugieren dos efectos importantes: (1) el dispositivo

ayuda en el ajuste de la CE y pH de la solución nutritiva comparados con los valores

establecidos durante la programación, y (2) hay una menor variación en la dispersión

entre el los valores máximos y mínimos.

Palabras clave: Uniformidad, Solución Nutritiva.

1. Introducción

El uso de una solución nutritiva con estrictos márgenes de control en la

horticultura protegida es cada vez más importante, sobre todo en los cultivos sin suelo

(Sonneveld y Voogt, 2009). El objetivo es aumentar la eficiencia del uso del agua y

macro (Urrestarazu y García, 2000; Urrestarazu et al., 2008a; Thompson et al., 2013) y

micronutrientes (Urrestarazu et al., 2008b). Un mejor ajuste en los parámetros de

fertirrigación puede tener un impacto no sólo por el aumento de la productividad, sino

también por la reducción de la contaminación ambiental. Los nutrientes del suelo,

similar a todos los suplementos agrícolas, deben ser manejados adecuadamente para



27

satisfacer las necesidades de nutrientes de los cultivos sin afectar negativamente a la

calidad de los recursos hídricos (Sturgul y Kelling, 2012).

El sureste de España tiene aproximadamente 52 186 hectáreas (Junta de

Andalucía 2013). Más del 90% de los invernaderos en la región, que tienen una

superficie media de 1,5 a 2,0 ha, usan cabezales de fertirrigación automatizados. En

estas áreas y en otras regiones, los sistemas de fertirrigación automatizados son una

técnica agronómica común. La solución nutritiva se hace de una combinación de tres

componentes (Martínez y García, 1993; Urrestarazu, 2004; Van Os et al., 2008): (1) dos

tanques (A y B) o más (A, B, C, etc.) que contiene mezclas concentradas de uno o más

soluciones salinas, (2) un tanque con un ácido concentrado, y (3) agua de riego (Figura

1). La mezcla de las dos primeras soluciones con agua comúnmente se lleva a cabo

usando uno de los dos siguientes métodos: (1) los componentes se mezclan en un

recipiente a presión atmosférica o (2) los componentes se mezclan en un sistema

presurizado (Figura 1b) en la que todos los fluidos se inyectan directamente. En ambos

casos, la solución nutritiva [punto 5 de la figura 1(a y b)] se distribuye, El primer

método tiene la ventaja de una mezcla uniforme antes de su distribución del cultivo. Sin

embargo, en las últimas décadas, el método de inyección directa ha sido la única

comúnmente instalada en las instalaciones modernas de horticultura protegida. Debido a

su propio diseño hidráulico, la mezcla de los componentes básicos de la solución de

nutrientes ya no es tan uniforme con inyección directa como lo es en un tanque de

mezcla; por lo tanto, esto produce una solución nutritiva no uniforme con una

conductividad eléctrica (CE) y pH variable.

El objetivo del presente trabajo es evaluar el efecto de un dispositivo de mezcla

pasiva en la preparación automatizada de la solución de nutritiva. Los parámetros a

estudiados en relación con el flujo son los siguientes: (1) el ajuste de la CE y pH de la



28

solución nutritiva, en comparación con los datos anteriores, y (2) la variación entre los

valores máximos y mínimos.

2. Materiales y métodos

El experimento se realizó en la Universidad de Almería (Almería, España) en un

invernadero tipo Almería durante mayo de 2013. El experimento se basa en un cabezal

de riego en el que se combinan los diferentes componentes de la solución nutritiva. La

inyección directa de los fluidos se realizó con dispositivos presurizados cerrados [Figura

1(b)]. En el experimento se evaluó la mezcla pasiva de los componentes de la solución

nutritiva (T1) y se compararon los resultados con el funcionamiento normal del sistema

como un control (sin el dispositivo) (T0).

La solución nutritiva final se distribuye mediante un sistema de goteo [Figura 1b

(5)] y fue producido por la mezcla de tres componentes básicos, que se mezclaron en el

tubo del cabezal en un sistema presurizado, es decir, sin un recipiente de mezcla [Figura

1(a)]. La mezcla contenía los tres fluidos siguientes: (1) dos soluciones concentradas de

fertilizantes en dos tanques (A y B), (2) una solución de ácido concentrado, y (3) agua

de riego. Los tanques A, B, y C inyectan los fluidos a través de un sistema Venturi y se

conectaron a la presión de succión del sistema de bombeo, que estaba controlada por

válvulas solenoide [Figura 1(b)] que se activa mediante los sensores de control de CE

(tanques A y B) y pH (tanque C). Siguiendo los sistemas de manejo tradicional que se

utilizan en el sur de España, los tanques A y B tuvieron un volumen de 1 000 litros y se

prepararon a una concentración de 100 veces mayor que la solución nutritiva final,

mientras que en otras regiones se utiliza habitualmente una concentración de 200 veces

(Resh, 2012). Del mismo modo, el depósito de ácido se preparó usando ácido nítrico



29

como la fuente de la acidez (Martínez y García, 1993; Urrestarazu, 2004; Alarcón,

2006). La CE del agua de riego fue 0,91 dS.m

-1.

Figura 1. Descripción de los métodos de mezclado de la solución nutritiva: (a) Un

tanque de mezcla; (b) inyección directa con sistema Venturi.

2.1. Descripción del equipo

El dispositivo se muestra en la Figura 2. En la parte interior, los diferentes

fluidos de las soluciones concentradas pueden presentar diferentes densidades entre

ellos y en relación con el agua, que es un portador mayoritario. En el interior del mismo

dispositivo, estos fluidos se ven forzados a mezclarse entre sí. El dispositivo fue

proporcionado por RITEC Riegos y Tecnologias S.L.

Antes de la localización de los sensores de control de CE y pH de la solución nutritiva,

se instaló un bypass en el punto 1 [Figura 1 (b)]. El by-pass incluyó el mezclador pasivo

(T1), mientras que se mantuvo una ruta directa a los sectores agrícolas independientes

(T0).



30

El experimento (T1) se realizó durante 8 días consecutivos, alternando con el

control (T0), mediante la apertura manual de una válvula para los correspondientes

circuitos T0 o T1 una vez al día. La fertirrigación de cada tratamiento se distribuyó en 4

sectores experimentales utilizando válvulas de solenoide [Figura 1 (b)]. Cada sector

tenía un área de superficie de cultivo diferentes, que fueron los siguientes: 25, 148, 156

y 160 m2. Se utilizaron goteros autocompesantes y antidrenantes de un caudal de 3 L

.h

-1

y un gotero por cada metro cuadrado. El número de riegos en cada día de muestreo se

determina por las necesidades de los cultivos de cada sector. El tiempo de riego y la

toma de muestras de la solución nutritiva suministrada al cultivo, se fijó en 4 minutos

durante los 8 días del experimento. Los valores de CE y pH de la solución nutritiva

fueron fijadas en el controlador del ordenador en 1,60 dS.m

-1 y 5,28, respectivamente.

Estos parámetros fueron seleccionados para algunas plantas ornamentales que tienen un

requisito estricto de CE (menos de 1,60 dS.m

-1) y un pH ácido de ≤ 5,80 en comparación

con otros cultivos hortícolas (Sonneveld y Straver, 1994) para determinar las ventajas

del mezclador pasivo.

Figura 2. Dispositivo de mezcla, muestra detalles de los componentes; las flechas

indican la dirección del flujo de agua.



31

La CE (dS.m

-1) y el pH de la solución nutritiva para cada tiempo de riego se

registraron automáticamente con el tratamiento y flujo y se muestran en la Tabla 1 y la

Figura 3.

La separación media entre los tratamientos se calculó utilizando un t-test y un

ajuste cuadrático simple en una ecuación lineal. El valor absoluto del coeficiente de

variación expresado en porcentaje (% CV) se utiliza como una medida de la desviación

estándar relativa. El coeficiente de variación se reporta como un porcentaje y se calcula

a partir de la desviación media y estándar, como sigue:

CV% = (100 * Desviación estándar) / Normal

En este caso, el CV% era la mejor manera de resumir la variación.

3. Resultados y discusión

La Tabla 1 muestra los valores de %CV calculados a partir de los parámetros

medios de la fertirrigación correspondientes a los cuatro sectores con tasas de flujo 25 a

480 L.h

-1. La CE y el pH de la solución nutritiva se vieron influenciados por el

dispositivo de mezcla pasiva. El nivel de ajuste general, particularmente para CE, era

estrecha (variación de menos de 70%) debido a la metodología y la infraestructura

descrita y con bajas tasas de flujo de menos de 450 L.h

-1. Sin embargo, el uso del

dispositivo de mezcla pasiva mejoró el ajuste de la CE programado 3,58 - 2,64 dS.m

-1,

en comparación con 1,60 dS.m

-1. La magnitud de la diferencia entre los valores máximo

y mínimo obtenidos tanto para la CE y el pH fue menor cuando se utilizó el dispositivo

de mezcla pasiva (una disminución de la magnitud de la CV% 3,98 a 3,50 para la CE y

5,12 a 4,38 para pH), lo que indica que una distribución más uniforme de nutrientes y la

presión osmótica constante alcanza la rizosfera del cultivo a través de los goteros. Para

el valor máximo obtenido CE, el mezclador pasivo ha mejorado en más de 1 unidad



32

(6,84 a 5,59 dS.m

-1), que no sólo sugiere un mejor ajuste de la fertigación sino también

una disminución significativa de la contaminación ambiental que normalmente causaría.

Estos resultados son similares a la conclusión de que, cuando se mejoran las

condiciones de fertirrigación, menos contaminantes se liberan al medio ambiente (Hagin

y Lowengart, 1996; Urrestarazu et al., 2008a.). Por el contrario, si los sustratos con

capacidad mínima o nula de intercambio catiónico se usan en combinación con las

plantas sensibles a la salinidad, la pérdida de rendimiento de los cultivos puede ser

significativo (Sonneveld y Voogt, 2009; Sturgul y Kelling, 2012). En consecuencia,

cuando una amplia gama de velocidades de flujo son utilizados por la misma pieza de

cabezal de riego, el uso de un dispositivo de mezcla pasiva se convierte en una

importante herramienta para ajustar el riego de dos maneras: (1) que mejora el ajuste

medio entre los parámetros programados en el cabezal de riego y los valores obtenidos a

través de las tuberías de riego y (2) que mejora la fertirrigación por la disminución de la

variación que se establece entre los valores máximos y mínimos.

Tabla 1. Conductividad electrical (CE, dS·m-1

) y pH de la solución nutritiva por

método de preparación, con y sin el uso del dispositivo de mezcla pasiva.

Nota: ns= sin diferencia significativa

*= representa diferencias significativas entre columnas de los mismos parámetros a, P ≤

0,05

**= representa diferencias significativas entre columnas de los mismos parámetros a, P

≤ 0,01.

Valores obtenidos

Parametro Valores

programados

Media Máximo Mínimo

CE

Con mezclador pasivo 1,60 2,64 ** 5,59 ** 1,23 *

Sin mezclador 1,60 3,58 6,84 1,73

Ph

Con mezclador pasivo 5,28 5,83 ns 7,10 * 3,60 ns

Sin mezclador 5,28 5,81 7,53 3,55



33

Según Aamo y Krstic (2002), el control de caudal implica el control de un

campo de flujo mediante el uso de dispositivos pasivos o activos para causar cambios

deseados en el comportamiento de flujo. Este dispositivo pasivo y los diferentes fluidos

crean un flujo turbulento, que pueden presentar mejores propiedades de mezcla que los

flujos laminares.

La Figura 3 muestra el %CV entre los valores programados y obtenidos para la CE y el

pH de la solución nutritiva, que se presentan en relación con la tasa de flujo utilizado.

Los valores para la tasa de flujo de 25 L.h

-1 no se presentan (datos no mostrados), ya que

los coeficientes de variación superaron 300%. Los mismos resultados se obtuvieron en

experimentos anteriores cuando la concentración en los depósitos de solución nutritiva

era 300 veces la concentración final de la solución nutritiva.

Figura 3. Porcentaje de coeficiente de variación (% CV, ordenadas) en relación con

la velocidad de flujo (L.h

-1, eje de abscisas) para la conductividad eléctrica (CE)

(panel superior) y el pH (panel inferior), con (T1) y sin (T0) mezclador pasivo de la

solución nutritiva.

Los coeficientes de correlación de la CE y el pH (R2) fueron mayores cuando se

usó el dispositivo de mezcla pasiva. El peor ajuste para estos parámetros se registró con

la tasa de flujo más pequeño (444 L.h

-1). Esta falta de ajuste fue mayor para la CE que



34

para pH (128,13 y 6,63, respectivamente). La ventaja del dispositivo de mezcla pasiva

fue mayor con las velocidades de flujo más pequeñas, que fue indicado por la

disminución del ajuste de la CE y el %CV del pH (128 a 126 y 6,63 a 4,08

respectivamente), como una reducción de su correspondientes errores estándar. Para la

CE, se mantuvieron los beneficios de la utilización de dispositivos, incluso para los

caudales superiores a prueba, con un aumento de ajuste de 6,34 a 3,13 el % CV.

4. Conclusiones

Un dispositivo de mezcla pasivo usado para la preparación automática de la

solución nutritiva por inyección directa en el cabezal de riego constituye una importante

herramienta para ajustar la CE y el pH. Este dispositivo también disminuye la diferencia

entre los valores máximos y mínimos que pueden afectar positivamente la horticultura

de alto rendimiento, especialmente para los cultivos afectados por amplios cambios en

la CE y el pH.

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36

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37

Capítulo 2. Efecto de la salinidad moderada, distribución del

fertirriego y contribución de la termografía en un cultivo sin suelo de

tomate injertado

Thermography Study of Moderate Electrical Conductivity and

Nutrient Solution Distribution System Effects on Grafted Tomato

Soilless Culture

Isidro Morales1 y Miguel Urrestarazu

1

1Departamento de Agronomía. Universidad de Almería, E-04120, Almería, España.

Cita: Morales, I., Urrestarazu, M. 2013. Thermography Study of Moderate

Electrical Conductivity and Nutrient solution Distribution System Effects on Grafted

Tomato Soilles culture. HortScience 48 (12): 1508-1512.

Revista: HortScience

Categoria: Horticultura


Cuartil: Q1



38

Resumen

La salinidad en el cultivo del tomate es uno de los parámetros más estudiados en

la actualidad y desde hace décadas. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de

un incremento moderado de la salinidad, distribución del fertirriego y su control por la

termografía en un cultivo sin suelo de tomate injertado. Se estableció un cultivo de

tomate injertado cv. Ramyle sobre portainjerto cv. Emperador en unidades de cultivo de

fibra de coco en la Universidad de Almería entre los meses de noviembre 2012 a mayo

de 2013. Se llevó a cabo bajo un diseño de parcelas subdividas con cuatro bloques,

donde la salinidad de 2,0 y 2,5 dS∙m-1

se ubicaban en las parcelas principales y la

distribución de 1 (DD1) y 4 (DD4) puntos de suministro de la solución nutritiva en las

subparcelas. Se midió la producción total, comercial y por calibres. También se

evaluaron parámetros de calidad de los frutos del tomate como sólidos totales solubles

(º Brix), pH, concentración osmótica y el contenido en materia seca. Se uitilió la

termografía para medir el control de la transpiración diferencial que ejercía la salinidad.

La diferencia de salinidad no afectó significativamente a la producción total ni

comercial. Sin embargo y a pesar de ser plantas injertadas, cuando la CE de la solución

nutritiva se aumenta de 2,0 a 2,5 dS∙m-1

se produjo un significativo (a P ≤ 0,05) y

notable efecto sobre la distribución de los calibres de los frutos; registrándose una

menor producción (16%) de frutos del tamaño grueso y una mayor producción de frutos

del tamaño menor. DD4 respecto a DD1 aumentó significativamente la producción de

tomates de calibre grueso (22%). Los parámetros de la calidad en los frutos no se vieron

significativamente afectados. Por la mejora en el reparto del calibre de los tomates, la

distribución DD4 compensó económicamente el mayor gasto inicial que requiere en

comparación al DD1. La termografía reveló ser una herramienta robusta, sencilla y

rápida de diagnosticar el efecto de la salinidad sobre la transpiración.



39

Palabra claves. Salinidad moderada, distribuidores de goteros, tomate injertado,

termografía, termometría, métodos no destructivos, cultivo en fibra de coco, calidad de

fruto.

1. Introducción

La salinidad es uno de los factores más influyentes y estudiado en la horticultura

protegida. El efecto negativo de la presión osmótica creciente desde un óptimo, tanto en

el medio de cultivo como la solución nutritiva, se ha estudiado desde tiempos antiguos.

Adecuar el manejo del fertirriego y la salinidad (expresada esta como composición

iónica de la solución nutritiva), a las condiciones de producción es un factor altamente

influyente en el balance económico, pero también un importante factor para controlar

las emisiones de contaminantes al medio ambiente (Massa et al., 2010; Urrestarazu et

al., 2008a). Desde los años 30s y 40s. (E.g. Hayward y Long, 1943; Robbins, 1937)

hasta la actualidad (E.g. Adams, 1991; Adams y Ho, 1989; Cuartero y Fernández-

Muñoz, 1998; Ehret y Ho. 1986; He et al., 2009; Ho y Adams, 1995; Noshadi et al.,

2013; Urrestarazu et al., 2005) se ha descrito dos claros efecto al aumentar la salinidad:

1. La pérdida de productividad y 2) el incremento de algunos de los parámetros

considerados de calidad en los frutos (E.g. Sólidos totales solubles, contenido en

materia seca, acidez, peso medio de cada fruto, concentración iónica, etc.). Para

determinar y cuantificar las pérdidas de producción por el aumento de la presión

osmótica radical se han descrito diversos algoritmos desde los años 70s (E.g. Hoffman,

1985; Jobes et al., 1981; Maas y Hoffman, 1977). Actualmente han sido modificado y

adaptado considerando la salinidad desde 0 dS∙m-1

mediante un ajuste cuadrático

(Sonneveld, 2004a, 2004b, Sonneveld y Vooght, 2009), estos modelos se han utilizado

ampliamente para describir y prever la producción en función de unas condiciones



40

determinadas de salinidad. La gran mayoría de la información disponible en la

bibliografía se publica bajo unas grandes diferencias de salinidad en los tratamientos;

sin embargo, son pocos los trabajos que evalúan los efectos usando ligeros incrementos

de salinidades.

La distribución no uniforme de los nutrientes en el medio de cultivo provoca un

significativo efecto en las raíces de las plantas (E.g. Robinson, 1994; Schwarz et al.,

1995). Desde los trabajos de Heinen (1997), Van Noordwijk (1978) y Van Noordwijk y

Raats (1980, 1981), se han elaborado modelos para determinar la importancia de los

puntos de distribución del fertirriego y la ubicación de los puntos de drenaje en las

unidades de contenedores de cultivo, pero son muy pocos los trabajos que evalúan los

beneficios de la producción como los económicos por una mejor distribución de la

solución nutritiva con similares costes de la infraestructura de riego localizado: goteros

y sus distribuidores.

Las termografía se están utilizando en todas las ramas del conocimiento

científico y tecnológico (Grinzato et al., 2010). Recientemente, se han publicado

estudios de aplicación de la termografía a los cultivos sin suelo en relación al fertirriego

(Fernández-Bregón et al., 2013), o relacionado con la salinidad del fertirriego

(Urrestarazu, 2013).

El objetivo de este trabajo fue doble: 1) evaluar el efecto de una moderada

salinidad y el tipo de distribución del fertirriego sobre un cultivo de tomate, y 2) el

potencial de las termografías como herramienta de diagnóstico en el efecto de la

salinidad moderada expresada a través de la transpiración de las plantas.



41


2.1. Condiciones de cultivo.

El cultivo se llevó a cabo en las instalaciones de la Universidad de Almería

(Spain), en un invernadero de plástico de 200 micras de grosor. Se plantaron plántulas

injertadas en el estadio de 6 y 7 hojas verdaderas el día 9 de noviembre de 2012. Se usó

el portainjerto cv. Emperador F1 y el injerto cv. Ramyle F1. El manejo cultural se hizo a

dos brazos y siguiendo métodos comúnmente utilizado en la zona de cultivo. El periodo

de cosecha se extendió desde 14 de marzo al 15 de mayo de 2013.

Para cada tratamiento se establecían dos ubicaciones de control del fertirriego,

consistentes en un gotero de control y una bandeja de drenaje que servían de puntos de

medida y seguimiento del fertirriego suministrado y la respuesta de absorción del

mismo. Diariamente se medía en ellos, el volumen de la solución nutritiva, pH y CE del

fertirriego de entrada y del drenaje. Estos datos retroalimentaba la programación del

fertirriego suministrado.

Cada nuevo riego se realizaba cuando se había agotado el 10 % de agua

fácilmente disponible en el sustrato, más el volumen necesario para provocar entre un

15-25% de drenaje (Urrestarazu, 2004; Urrestarazu et al., 2005; Urrestarazu et al.,

2008b). La duración de cada riego se aplicó ajustando el volumen a suministrar a cada

unidad de cultivo, en función de la curva de liberación de agua obtenida (Figura 1). Para

obtener la curva de liberación de agua del sustrato de fibra de coco utilizado se

calcularon los volúmenes (vol:vol): Porosidad total, volumen de aire (capacidad de

aireación), agua fácilmente disponible, agua de reserva y agua difícilmente disponible

(UNE-EN-13041:2012, 2012). El análisis físico del sustrato se realizó por triplicado. La

unidad de cultivo fue un saco de fibra de coco Pelemix GB1002410TM

de dimensiones

100 x 25 x 10 cm, con un volumen en cultivo de 25 L.



42

Figura 1. Curva de liberación de agua desde la fibra de coco en función de la

tensión retención del sustrato en cm de columna de agua (Basado en De Boodt et

al., 1974).

2.2. Tratamientos aplicados

Dos fuentes de variación fueron consideradas. La primera es la salinidad de la

solución nutritiva a CE de 2.0 y 2.5 dS∙m-1

, respectivamente. La solución nutritiva se

realizó con soluciones concentradas de los macronutrientes en las proporciones

indicadas en la tabla 1. La segunda fuente de variación fue el número de puntos de

emisión de la disolución nutritiva con 1 (DD1) o 4 (DD4) microtubos distribuidores por

goteros. Cada microtubo distribuidor es de 4 mm de diámetro y de 60 cm de longitud.

La distribución de las 3 o 12 piquetas o estabilizadores se repartía uniformemente por la

unidad de cultivo.



43

Tabla 1. Soluciones nutritivas utilizadas en el cultivo de tomate.

(z) Basada en Sonneveld y Straver (1994).

2.3. Muestreo en el cosechado

El cosechado de los tomates individuales se realizaba semanalmente en el estado

de madurez en rojo uniforme. Se calibraban en función de la categoría comercial

vigente de frutos según su diámetro ecuatorial (Reglamento CE 717/2001, 2001).

De cada cosecha se realizaba una submuestra de tres frutos de tomate con los

que se realizaba un homogeneizado y se medían el pH, la CE y los sólidos solubles

totales (Expresados como grados Brix) fueron medidos con un refractómetro de Mano

Digital-Atago PAL-1. La materia seca se obtuvo pesando el peso fresco de tres tomates

con una precisión de centésima de gramo, una vez desecado en una estufa de aire

forzado a 85º C durante 72 horas.

2.4. Muestreo y análisis de las termografías

En plena producción del cultivo de tomate se tomaron tres termografías para

cada tratamiento de CE (Figura 2). Se muestreaba la octava hoja desde el final de la

planta (Figura 2). Se medían la temperaturas medias de una superficie de entre 3 y

5 cm2 de cada foliolo de las hojas, siguiendo el procedimiento descrito por Fernández-

Bregón et al. (2013) y Urrestarazu (2013). Las termografías fueron realizadas el mismo

día y a mediodía siguiendo los criterios de Fernández-Bregón et al. (2013) y Möller et

al. (2007).

CE Macronutrientes Mm Micronutrientes µM

dS m-1

pH NO3- H2PO4

2- SO4

2- K

+ Ca

2+ Mg

2+ Fe Mn Cu Zn B Mo

2,00(z)

5,80 10,25 1,50 1,75 4,75 5,00 1,51 15 10 0,75 5 30 0,5

2,50 5,80 12,81 1,88 2,19 5,95 6,25 1,89 15 10 0,75 5 30 0,5



44

Figura 2. A es la fotografía de referencia de dos hojas de tomate de los

tratamientos de salinidad, CE2.0 y CE2.5 son las CE de 2,0 y 2,5 dS∙m-1

,

respectivamente. B Termografía de los tratamientos de salinidad. C es un detalle del

método de medida de la temperatura en un foliolo de la hoja. D es el método

aplicado a la totalidad de los foliolos de cada hoja. AVG es la media de la

temperatura considerada en una termografía.

Las imágenes termográficas fueron obtenidas con una cámara infrarroja Fluke®

Ti32 Thermal Imaging Scanner (Janesville, WI, USA), con un intervalo de medida del

espectro infrarrojo de 7,3 a 13 µm, y un intervalo de temperatura de -40 a +600 ºC. El

detector permite una resolución de 320 x 240 pixeles, con una mínima distancia focal de

0,3 m, y con una resolución espacial de 0,01 ºC. El tratamiento de las imágenes térmicas

se analizó por el software SmartView 3.2™ Researcher Pro (Fluke Thermography,

Plymouth, MN, USA) que permite la determinación de temperaturas medias máximas y

mínimas de una determinada superficie considerada.



45

2.5. Diseño experimental y análisis estadístico

El experimento se hizo bajo un diseño de parcelas completas subdivididas (Little

y Hill, 1987; Petersen, 1994). La parcela principal se realiza con la fuente de variación

salinidad (CE). La parcela secundaria o sub-parcela fue la distribución de fertirriego

desde el gotero (DD1 y DD4). El número de bloques de parcela y sub-parcela fue de 4.

Se realizó un análisis de la varianza y la correspondiente separación de medias. El

tratamiento matemático de los datos se realizó mediante el programa Statgraphics

Centurion® 16.1.15 y Office Microsoft 2010. La unidad experimental consistía en tres

sacos de cultivo. Cada saco de cultivo contenía tres plantas fertirregado con tres goteros

de 3 L h-1

de caudal nominal. Para la separación de medias de los datos de temperatura

de las termografías se utilizó una prueba simple de t de Student.


3.1. Efecto sobre la producción total

La tabla 2 muestra los datos de los tratamientos por producción total, comercial

y por calibres. En la producción total y total comercial no se observaron diferencias

significativas tanto para los tratamientos de salinidad como los de distribución de la

solución nutritiva (DD). No se expresó una mayor producción en el tratamiento menos

salino (CE2) respecto al de mayor salinidad (CE2,5) descrita en la bibliografía (E.g.

Hoffman, 1985; Jobes et al., 1981; Maas y Hoffman, 1977; Sonneveld, 2004a;

Sonneveld y Vooght, 2009).



46

Tabla 2. Producción (kg∙m-2

) total y por calibres de un cultivo de tomate con

diferentes conductividades eléctrica (CE) de la solución nutritiva y suministro del

fertirriego con 1 y 4 puntos de distribución por gotero.

CE=2,0 dS∙m-1

CE=2,5 dS∙m-1

Nº de distribuidores por gotero Nº de distribuidores por

gotero

Calibre(z)

1 4 1 4

M (57-67 mm) 0,65 b 1,03 a 0,91 ab 1,01 a

MM (47-57 mm) 3,69 ab 4,18 a 3,10 b 3,50 ab

MMM (40-47 mm) 2,03 a 1,70 bc 1,94 ab 1,65 c

P (35-40 mm) 1,83 a 1,50 c 1,76 ab 1,71 b

No comercial (< 35

mm)

0,75 c 0,82 bc 0,97 b 1,12 a

Total comercial 8,20 a 8,22 a 7,72 a 7,87 a

Total 8,96 a 9,05 a 8,69 a 9,00 a

Letras distintas entre columnas indican diferencias significativas a P ≤ 0,05.

(z) Fuente: Reglamento CE 717/2001 (2001).

Es bien conocido que el uso del injerto contribuye a un mayor vigor de la planta

y a una mayor tolerancia a las enfermedades (Miguel et al., 2004), salinidad y estrés

hídricos (E.g. Lee, 1994; Fernández-García et al., 2002; Lee y Oda, 2003; Schwarz et

al., 2010). Por tanto, al estar el cultivo de tomate injertado, probablemente influyó en

evitar la pérdida de la producción total.

3.2. Efecto sobre la distribución de los calibres de los frutos

Los diferentes calibres de los frutos de tomate se vieron significativamente afectados

tanto por la salinidad como por la distribución de la solución nutritiva (DD) (Figura 3).

La CE menor (CE2) produjo una significativa (a P ≤ 0,05) mayor proporción de los

frutos del calibre de mayor tamaño (Calibre MM, 16%) y una menor proporción del

calibre P (5%) y el calibre no comercial (34%). Como los calibres de mayor tamaño

suelen tener un mayor valor comercial, significa que un aumento de la CE de 2 a 2,5

dS∙m-1

supone una pérdida de producción. Estos resultados son coincidentes con los

obtenidos en un amplio número de referencias en donde un aumento de la salinidad



47

provoca una reducción del peso medio del fruto (E.g. Hayward y Long, 1943; Ho y

Adams, 1995).

Figura 3. Efecto de la producción (kg∙m-2

) por calibre del diámetro ecuatorial y total

comercial de plantas de tomate en función de la conductividad eléctrica (dS∙m-1

) de la

solución nutritiva de 2,0 (CE2, línea discontinua) y 2,5 (CE2,5 línea continua), y la

distribución de la solución nutritiva con 1 (DD1, línea discontinua) y 4 (DD4, línea

continua) puntos por gotero. *, ns muestran diferencias significativas en el análisis de la

varianza a P ≤ 0,05 y no significativo, respectivamente.

De forma similar, el incremento de puntos de distribución de la solución

nutritiva de 1 (DD1) a 4 (DD4), produjo una variación en el reparto de los calibres de los

frutos de tomate. Los calibres gruesos M y MM aumentaron significativamente (a P ≤

0,05) en una media de 30 y 13%, respectivamente; mientras que también disminuyeron

los calibres pequeños MMM y P en un 16 y 11%, respectivamente. Consecuentemente,

1

2

3

4

5

6

7

8

0.6

1.6

2.6

3.6

ns * ns * * ns

1

2

3

4

5

6

7

8

0.6

1.6

2.6

3.6

M (57-67 mm)

MM (47-57 mm)

MMM (40-47 mm)

P (35-40 mm)

No comercial (< 35 mm)

TOTAL COMERCIAL

* * * * ns ns

CE2,0 CE2,5

CE2

.0

CE2.

5

DD4 DD1

TOTAL

COMERCIAL



48

una mejor distribución del fertirriego en la unidad de cultivo mejoró la producción,

como ocurría con el tratamiento menos salino. Estos resultados son similares a los

publicados por autores como Robinson (1994) quien determina mejoras productivas

cuando se distribuye adecuadamente los nutrientes. También, los trabajos de Sonneveld

y Voogt (1990) en tomate y Sonneveld y de Kreij (1999) en pepino, que aunque no

aumentan el número de puntos de distribución del fertirriego sino que lo distribuyen

desigualmente por la unidad de cultivo, obtienen resultados de mejora de la producción.

El hecho de usar plantas injertadas no evitó que se produjese una pérdida de los

calibres gruesos a favor de los calibres menores. Por tanto el vigor descrito para las

plantas injertadas no se expresó positivamente en la distribución de calibres.

3.3. Efecto sobre los parámetros de calidad de la producción

La tabla 3 muestra algunos parámetros de calidad de los frutos de tomate. Los

diferentes tratamientos no mostraron diferencias significativas en los parámetros de

calidad de fruta evaluados, excepto los sólidos totales solubles en los tratamientos que

disminuyeron al aumentar la distribución. Ante un incremento de la salinidad se ha

descrito un importante aumento de los parámetros: % de materia seca, acidez, sólidos

totales solubles (ºBrix) y concentración osmótica del fruto (E.g. Hayward y Long,

1943), sin embargo en este experimento no se observó dicho incremento de forma

significativa probablemente debido a: 1) el escaso incremento de la CE que fue

considerado, 2) al comportamiento tolerante del cultivo del tomate en comparación a

otros cultivos hortícolas, que ya se describió desde hace mucho tiempo (E.g. Maas y

Hoffman, 1977), y 3) a la potencial contribución del vigor que otorga el portainjerto a la

salinidad (Lee y Oda, 2003). El mayor estrés que provocó un peor reparto del fertirriego

(DD1 frente a DD4), pudo justificar que sean mayores los sólidos totales solubles. Estos

resultados coinciden con la idea sugerida por la reciente revisión que realizan Rouphael



49

et al. (2010) sobre el efecto del injerto de las hortalizas de fruto, quienes indican que

aún hace falta una notable investigación para tener un conocimiento del papel que los

injertos ejercen en la calidad de los frutos.

Tabla 3. Algunos parámetros de los frutos de tomate con diferentes

conductividades eléctrica (CE) de la solución nutritiva y suministro del fertirriego

con 1 y 4 puntos de distribución por gotero.

CE dS∙m-1

Nº de distribuidores por

gotero

2,0 2,5 1 4

pH 4,21 4,27 ns 4,24 4,24 ns

CE 4,38 4,44 ns 4,43 4,39 ns

Sólidos solubles totales (° Brix) 4,92 5,08 ns 5,11 4,89 *

Materia seca (%) 7,08 7,25 ns 7,20 7,13 ns

* indican diferencias significativas entre tratamientos a P ≤ 0,05, ns= no significativo.

3.4. Efecto sobre el balance económico

La tabla 4 muestra el balance económico parcial referente a los gastos de

inversión que se requieren en función de la opción DD1 respecto a la DD4. Se

consideran solo los ingresos de los calibre gruesos que son aquellos que tienen un

mayor valor comercial. Con el valor diferencian de un sólo cultivo de tomate del año

(0,30 €∙m-2

∙cultivo-1

) se habría compensado la mayor inversión inicial (de 0,45

€∙m-2

∙año-1

) que representa la opción DD4 respecto a la DD1.



50

(z) Basado en precios medios de dos casas comerciales y la media de reposición de

goteros prescrita (10 años). (y)

Basado en precios medios que recibe el agricultor en las cooperativas agrícolas en las

mismas fechas de cultivo. Fuente: Frutas y hortalizas de Almería (2013). (x)

Fuente: Reglamento CE 717/2001 (2001).

La tabla 5 muestra el balance económico parcial respecto al gasto económico

que supone fertirregar con una solución media de CE de 2,0 dS∙m-1

respecto a hacerlo

con una de 2,5 dS∙m-1

.

Tabla 4. Balance económico en función del uso de 1 (DD1) o 4 (DD4)

distribuidores por cada gotero en un cultivo de tomate injertado en sacos de fibra de

coco, considerando solo las producciones y los ingresos de los tomates de calibre

más grueso (De M a MMM).

Rendimiento Precio goteros(z) Precio del Ingresos

kg∙m-2∙cultivo-1 €∙m-2∙año-1 tomate(y) €∙m-2∙cultivo-1

Calibres(x) DD1 DD4 DD1 DD4 €∙kg-1 DD1 DD4

M (57-67 mm) 0,78 1,03 0,12 0,42 1,12 0,87 1,15

MM (47-57 mm) 3,40 3,84 0,12 0,42 0,81 2,75 3,11

MMM (40-47 mm) 1,99 1,68 0,12 0,42 0,60 1,19 1,01

Total 6,17 6,55 4,82 5,27

Diferencia DD4 – DD1 0,38 0,30 0,45



51

Tabla 5. Balance económico en función del uso de la solución nutritiva (SN) con

CE de 2,0 (CE2) y 2,5 dS∙m-1

(CE2,5) en cultivo de tomate injertado en sacos de

fibra de coco, considerando solo las producciones y los ingresos de los tomates de

calibre más grueso (De M a MMM).

Rendimiento Precio SN(z) Precio del Ingresos

kg m-2 cultivo-1 €∙m-2∙cultivo-1 tomate(y) €∙m-2∙cultivo-1

Calibres(x) CE2 CE2,5 CE2 CE2,5 €∙kg-1 CE2 CE2,5

M (57-67 mm) 0,84 0,96 0,69 1,10 1,12 0,94 1,08

MM (47-57 mm) 3,93 3,30 0,69 1,10 0,81 3,18 2,67

MMM (40-47 mm) 1,86 1,79 0,69 1,10 0,60 1,11 1,07

Total 6,63 6,05 5,23 4,82

Diferencia CE2–CE2,5 -0,58 -0,41 -0,41

(z) Basado en los precios de cada litro de solución nutritiva y el volumen del ciclo de

cultivo utilizado. (y)

Basado en precios medios que recibe el agricultor en las cooperativas agrícolas en las

mismas fechas de cultivo y en la misma zona. Fuente: Frutas y hortalizas de Almería

(2013). (x)

Fuente: Reglamento CE 717/2001, (2001).

Estos resultados muestran una pérdida de un ingreso del agricultor de 0,41 €∙m-2

(8,5%),

con una mayor proporción de gastos en fertilizantes (0,41 €∙m-2

) si se fertirriga con la

opción CE2,5. Consecuentemente, por el valor de los fertilizantes y el valor de los

tomates en función de su calibre, se obtiene un valor de 0,82 €∙m-2

más de la opción CE2

frente a la CE2,5. Sin embargo, el agricultor a veces elige esta desventajosa opción por

alguna de estas razones: 1) mantener un índice de cosecha adecuado por un moderado

estrés salino (manteniendo un adecuado equilibrio entre la proporción fase vegetativa y

la fase reproductivas del tomate), 2) evitar la mayor susceptibilidad a los problemas

fitosanitarios, 3) aumentar la vida media poscosecha (Mizrahi, 1982; Mizrahi et al.,

1988); y/o 4) aumentar o mejorar de los parámetros de calidad (Sólidos totales solubles,

acidez, aumento de productos que potencian el sabor o nutrientes beneficiosos para la

salud, etc. ), (Cuartero et al., 1996; Sharaf y Hobson, 1986; Rouphael et al., 2010).

En ambas condiciones, ya se elija DD1 frente a DD4 o/y CE2,5 frente a CE2, se

produce una pérdida económica para el agricultor; la proporción de esta pérdida



52

dependerá en ambos casos de la diferencia del valor del mercado de los calibres gruesos

en comparación a los calibres pequeños (Ho y Adams, 1995); siendo esta diferencia en

general mayor en los mercados norteamericanos respecto a los europeos. Sin embargo,

pese a provocar una pérdida económica sustancial, en las fincas comerciales la opción

de CE2,5 frente a CE2 es una práctica muy habitual.

3.5. Papel de las termografía

Las temperaturas medias de las hojas de los tratamientos de las CEs de la

solución nutritiva suministrada se muestran en la figura 4. Aunque existían unas

diferencias muy escasa de temperaturas, menos de 1 ºC (≈2%), las menores

temperaturas registradas estuvieron relacionadas con el tratamiento de menor CE de

forma muy altamente significativa (a P ≤ 0,001). Esta correlación fue muy similar a la

encontrada por Oerke et al. (2006) en melón o en plantas ornamentales por Urrestarazu

(2013). Por tanto, las termografía adecuadamente manejada pueden resultar una

herramienta sencilla, rústica, no destructiva y de uso remoto útil para diagnosticar un

factor limitante de una escasa transpiración en un posible estrés salino o hídrico.

Consecuentemente puede estar incorporada a una red de visión telemática de control y

seguimiento de un cultivo hortícola como ha sido publicado por diversos como Álvaro

et al. (2011) o Fernández-Bregón et al. (2012).



53

Figura 4. Temperatura media de hojas de un cultivo de tomate con tratamiento de

la solución nutritiva de la CE de 2,0 y 2,5 dS∙m-1

, respectivamente. Media de todos

los foliolos de tres hojas por tratamiento. Temperaturas medias medidas por

termografía de una superficie de 3 a 5 cm2 de cada foliolo y hoja.

4. Conclusiones

Un moderado aumento de la salinidad no ejerce un importante efecto sobre la

producción en un cultivo de tomate injertado ni sobre los parámetros de calidad de los

frutos (sólidos totales solubles, contenido en peso seco o concentración osmótico del

jugo del tomate). Sin embargo, su efecto se expresa de una forma notable en el reparto

de los calibres. Disminuyendo significativamente los calibres más gruesos en un 14%

frente a los menores.

Una mejor distribución de la solución nutritiva sobre la unidad de cultivo no

mejora el rendimiento ni los parámetros de calidad de los frutos (sólidos solubles

totales, contenido en peso seco o concentración osmótica del jugo del tomate). Pero

mejora sustancialmente el porcentaje de frutos de mayor calibre en más de un 20%.

La mejora de la distribución y la moderada salinidad óptima (2,0 sobre

2,5 dS∙m-1

) de la solución nutritiva incrementa la rentabilidad del cultivo cuando los

frutos de calibre más grueso tienen un mayor valor comercial.



54

El uso de injerto pudo compensó la pérdida potencial de producción al empeorar

las condiciones de moderada salinidad y/o el peor reparto del fertirriego en la unidad de

cultivo, pero no impidió una pérdida de los calibres de mayor tamaño.

La termografía podría constituir una herramienta robusta, rápida, no destructiva

y de uso remoto para diagnosticar una salinidad moderada.

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61

Capítulo 3. Contribución de imágenes térmicas para fertirrigación en

cultivos sin suelo

Contribution of thermal images to fertigation in soilless culture

Isidro Morales1, Juan E. Álvaro

1 y Miguel Urrestarazu

1

1Departamento de Agronomía, Universidad de Almería, La Cañada de San Urbano s/n,

04120 Almería, España

Cita: Morales, I., Álvaro, J. E., Urrestarazu, M. 2014. Contribution of thermal

imaging to fertigation in soilless culture. J. Therm. Anal Calorim. 116:1033–1039

Revista: Journal Thermal Analysis Calorimetry

Categoria: Quimica Analitica


Cuartil: Q2

Este trabajo fue financiado a través de fondos FEDER AGL-2010-18391.



62

Resumen

La termografía es una herramienta que se utiliza en muchas disciplinas

científicas, incluyendo la agricultura. En este trabajo se describe la aplicación de la

termografía como método de diagnóstico rápido de riego adecuado. Se realizaron dos

experimentos. En el experimento 1, se trasplantó Philodendron erubescens y Anthurium

andraeum en macetas en un invernadero en Almería (España). Se midieron los

parámetros de crecimiento vegetativo de estas plantas. En el experimento 2, se realizó

sobre dos diferentes cubierts vegetales en muros verdes: uno con combinación de

plantas aromáticas y otra con plantas ornamentales de interior. Las imágenes

termográficas se midieron utilizando una cámara compacta de infrarrojos, que tenía un

rango infrarrojo espectral de 7,3 - 13 µm, microbolómetro de 320 x 240 píxeles, y la

resolución espacial era de 0,01 ºC a 30 ºC. Se aplicaron tres tratamientos de riego en

ambos experimentos, que consistieron en un tratamiento control (TC), un déficit de

riego [1/3 menos volumen, (DR)] de tratamiento, y tratamiento con exceso de riego [1/3

mayor volumen, (ER)]. En ambos experimentos, los muestreos de temperaturas fueron

medidas por termografía para cada tratamiento de riego. En el experimento 1, los

parámetros de crecimiento vegetativo fue mayor en TC respecto a DI o ER. Los datos

de las termógrafías de referencia sobre las hojas de las plantas en macetas se

correlacionaron significativamente con los parámetros de mejor crecimiento bajo un

tratamiento óptimo de riego. En el experimento 2, se formó un dosel vegetal continuo, y

las temperaturas medias se correlacionaron con los tratamientos de riego en este

experimento. Las temperaturas reflejadas en los termografías de referencia permitían

determinar el tratamiento de riego más apropiado. Estos resultados sugieren que la

termografía puede ser un método útil para proporcionar un diagnóstico precoz del estrés

hídrico de las plantas en maceta y muros verdes.



63

Palabras clave: muro verde, termografía, termometría, técnicas de sensores,

fertirrigación, monitorización no invasiva.

1. Introducción

La termografía infrarroja se utiliza en muchos campos de la ciencia (Garner et

al., 1995) y la tecnología (Grinzato et al., 2010), incluyendo la agricultura y la

horticultura (Jones et al., 2002; Inagaki y Nachit, 2012; Moller et al., 2007: Krapez y

Olioso, 2011; Prado et al., 2011; Wang et al., 2013) y fisiología de las plantas (Pearce y

Fuller, 2001; Glenn, 2012). La tecnología puede ser utilizada específicamente para

monitorear la eficiencia del uso de los recursos hídricos, tanto para aplicaciones en

campo (Antonucci et al., 2011) y en plantas en macetas en cultivo sin suelo (Fernández-

Bregón et al., 2103; Urrestarazu, 2013a). La temperatura de las hojas de las plantas es el

resultado de factores externos e internos (fisiológicas). Existe una correlación entre la

temperatura de las hojas y el estado del agua, ya que el agua es la principal fuente de

absorción de infrarrojos en el tejido vegetal (Kümmerlen, 1999). La relación entre la

transpiración de la hoja y el estrés hídrico de los cultivos está bien establecido (Cox y

Boersma, 1967). La transpiración está regulado por un mecanismo de control de

retroalimentación de los estomas, que es a su vez influenciado por la falta de agua

(Fernández-Bregón et al., 2103; Kumar et al., 1994); debido a la correlación negativa

entre la tasa de transpiración y la temperatura de la hoja, la termografía infrarroja digital

permite la monitorización no invasiva y visualización indirecta de un estrés potencial.

Varios estudios anteriores han empleado la termografía infrarroja digital en la

horticultura para el control de la enfermedades (Nilssona, 1991; Chaerle et al., 1999,

2001, 2004; Oerke et al., 2006; Wang et al., 2012), pero relativamente pocos estudios

han propuesto el uso de la termografía para el diagnóstico precoz de los problemas con



64

un sistema de distribución de fertirrigación (Fernández-Bregón et al., 2103), el estrés

hídrico (Wang et al., 2013), o tolerancia a la salinidad en los cultivos (Urrestarazu,

2013a; James y Sirault, 2012).

Existe una necesidad real de técnicas sensibles, fáciles, económicas y robustas

para la detección de estrés de las plantas por agua y otros factores, sobre todo antes de

que estas tensiones se manifiesten como daños a los cultivos.

El presente trabajo investiga el potencial de la termografía infrarroja como una

herramienta para la fertirrigación. El estudio evalúa la capacidad de la termografía

infrarroja como un método temprano, rápido y sencillo para diagnosticar el volumen de

fertigación para cultivo sin suelo en macetas y en condiciones de muro verde.


2.1 Experimento 1

Cultivo

El experimento se inició el 25 de febrero de 2013 en un invernadero de la

Universidad de Almería (Almería, España). Plántulas (65 días de edad) de Philodendron

(Philodendron erubescens K. Koch y Augustin cv. rojo Imperial) y anturio (Anthurium

andraeanum Linden Ex André) se transplantaron a macetas de 0,5 L llenados con una

mezcla de turba y fibra de coco (1:2 vol:vol). Cada maceta (unidad de cultivo) fue

fertirrigado con una solución nutritiva estándar (Sonneveld y Straver, 1994) durante 90

días a anthurium y Syngonium, utilizando goteros autocompensantes y antidrenantes,

con una velocidad de flujo de 2, 3, o 4 L h-1

dependiendo de cada tratamiento. Para

todos los tratamientos, una nueva fertirrigación se suministraba cada vez una maceta

había absorbido entre 10 y 20% del agua fácilmente disponible, determinado a partir del

tratamiento control (Urrestarazu, 2004; Urrestarazu et al., 2008). La velocidad de flujo



65

del tratamiento de control (TC) fue de 3 L h-1

, mientras que la tasa de flujo para el

tratamiento de riego deficiente (DR) fue de 2 L h-1

, con un volumen de fertirrigación un

tercio menor que el TC. El caudal para el tratamiento de exceso de riego (ER) fue de 4

L h-1

, con un volumen de fertirrigación un tercio más que el TC.

Mediciones termométricas

Las imágenes termográficas se midieron utilizando una cámara compacta de

infrarrojos, Fluke®

Ti32 Thermal Imaging Scanner (Janesville, WI, USA), con un

rango infrarrojo espectral de 7,3 a 13 micras, un intervalo de temperatura de -40 a 600

ºC, y una precisión de ± 2 %. El detector era un matriz de plano focal (un

microbolómetro no refrigerado de 320 x 240 píxeles), y el campo de visión era 20º, con

una distancia focal mínima de 0,3 m. La resolución espacial fue de 0,01 ºC a 30 ºC. La

emisividad era 0,95. Las mediciones térmicas se obtuvieron al mediodía de acuerdo con

los métodos de Inagaki y Nachit (2008) y Fernández-Bregon et al. (2013). Las

mediciones se tomaron de manera constante en las hojas de la parte media del tallo,

orientación y posición en la planta predeterminada (Fig 1D.) en un área de

aproximadamente 3-5 cm2, de acuerdo con los criterios de Urrestarazu (2013) (Fig. 1b).

La lente se posicionaba perpendicularmente a la superficie de la hoja. Una imagen

termo gráfica fue tomada de cada planta en cada uno de los tres tratamientos al mismo

tiempo (Figuras. 1, 2, 3 y 4).



66

Figura 1. Es un termógrafo de los tres volúmenes de riego, donde TC es el control,

DR tiene 1/3 menos riego y la ER tiene 1/3 más de riego. El riego se produce a

velocidades de flujo de 2, 3 y 4 L h-1

, respectivamente, en cada maceta. B

Mediciones termográficas, media (Med), mínimo (Min) y máximo (Max) de las

temperaturas de un área foliar representativa. C datos termográficas de una maceta

con el mismo volumen de riego. D es la fotografía de referencia

Análisis termométrico

La cámara utilizada en este estudio se apoya en el paquete de software

SmartView 3.2™ Researcher Pro (Fluke termografía, Plymouth, MN, USA) y la

plataforma de Microsoft Windows XP, que ofrece funciones de análisis, incluyendo

puntos de temperaturas, perfiles, histogramas, isotermas, y la determinación de la

temperatura máxima en la imagen (Figuras 1, 2, 3 y 4).

Parámetros de crecimiento

Noventa días después del trasplante, las plantas de cada tratamiento y repetición

se dividieron en raíces, tallos y hojas. Después de la medición de la masa fresca de cada



67

porción, se determinó la masa seca de las raíces, tallos y hojas después de secado a 85

ºC e una estufa de aire forzado hasta alcanzar peso constante (Tabla 1).

Diseño experimental y análisis estadístico

Se utilizaron cuatro repeticiones para cada medición y tratamiento. El

experimento se llevó a cabo utilizando un diseño completamente al azar con 8 macetas

por repetición para cada tratamiento. Se utilizó la prueba de rangos múltiples de Tukey

a P ≤ 0,05 para diferenciar las medias. El diseño experimental y el análisis de datos se

basaron en el procedimiento descrito por Little y Hills (1987). Para el procesamiento de

los datos se utilizó el paquete estadístico Statgraphics R_Plus 5.0 (2005).

2.2. Experimento 2

Se realizó un segundo experimento en una pared verde en condiciones similares

en relación con el sistema de medición térmica y procesamiento estadístico de los datos

como el experimento 1. El experimento se llevó a cabo en la Universidad de Almería

(Almería, España). Se construyo un muro de 2,5 m de alto y 3,5 m de largo con bloques

de hormigón. Cada bloque estaba hecho de hormigón prefabricado y medía 200 mm de

alto por 190 mm de ancho por 400 mm de largo.

Muro verde

Se establecieron dos tipos de cubierta vegetal en la pared de bloques de

hormigón: en la cara sur, una cubierta de plantas aromáticas y en la cara norte una

cubierta de plantas ornamentales de interior. La cubierta consistía en unidades

vegetativas modulares (UVM) midiendo 600 mm de largo, 400 mm de alto y 100 mm

de ancho que se fijó a la pared de hormigón por medio de anclajes metálicos, como en

los métodos de Urrestarazu y Burés (2012) (Figura 2).



68

Figura 2. A es un termógrafo de referencia, B es un termógrafo del muro

vegetativo con plantas aromáticas, y C es una fotografía de un muro con plantas

aromáticas. a, b y c son los espacios que ocupan tres de las unidades modulares

cultivadas que cubre el muro vegetativo; d, e y f son las áreas que se utilizan para

medir las temperaturas en los termógrafos para cada tratamiento (goteros de 2, 3 y 4

Lh-1

). D es un termógrafo de referencia en que se detuvo el riego durante tres días

en una unidad modular cultivada, centro inferior (g). Los números representan la

temperatura media de las cajas respectivas. E es un termógrafo y F es una

fotografía de referencia de un muro vegetativo de las plantas ornamentales de

interior.

Este experimento se llevó a cabo de acuerdo con Fernández-Bregon et al. (2013).

Las UVM cultivadas consistían en una combinación de 6 o 10 especies de plantas

aromáticas y de interior, respectivamente.

Plantas de interior:

- P. erubescens K.Koch y Augustin cv. Rojo Imperial

- Ficus benjamina L. cv. Exotica

- Nephrolepis cordata Hort.

- Nephrolepis cordifolia (L.) C. Prel cv. Duffii

- Nephrolepis biserrata (Sw.) Schott. cv. Macho

- Nephrolepis exaltata (L.) Schott cv. Montana

- Nephrolepis exaltata (L.) Schott cv. Ariana

- Nephrolepis exaltata (L.) Schott cv. Teddy Júnior

- Dryopteris erythrosora (D. C. Eaton) Kuntze

- Syngonium podophyllum Schott cv. Robusta



69

Plantas aromáticas:

- Helichrysum thianschanicum L.

- Salvia officinalis L.

- Lavandula angustifolia Mill.

- Lavandula stoechas L.

- Rosmarinus officinalis L.

- Thymus vulgaris L.

Las plantas se distribuyen en las UVM basados en criterios estéticos; cuando las

plantas estaban completamente desarrollados, la cubierta vegetal era continua, y no fue

posible identificar la posición específica de cada UVM (Figura 2c). Por lo tanto, cuando

se considera un área mayor que la de una UVM, el análisis incluyó varias de las

especies, como se ve en la Figura 2b y 2c. Las UVM se cultivaron en un invernadero y

se llevaron a la ubicación del experimento para la instalación en el muro. Estas plantas

proporcionaban el 100% de cobertura de las UVM y una altura promedio del dosel de

250 mm. Las UVM se les permitieron aclimatarse en este lugar durante cuatro semanas

antes de tomar las mediciones térmicas. Cada UVM en el muro verde fue considerado

como un circuito independiente de fertirrigación para la cuantificación de los volúmenes

de entradas (riego) y la salida (drenaje) (Urrestarazu y Burés, 2012). La fertirrigación

para cada UVM fue suministrada por un gotero antidrenante con una velocidad de flujo

de cualquiera de las 2, 3, o 4 L h-1

, correspondiente con los tratamientos del

experimento 1. Los tratamientos se distribuyeron verticalmente como columnas de

UVM en el centro del muro verde (Figura 2B), y cada columna de las UVM fue

fertirrigada por un gotero con una velocidad de flujo de cualquiera de las 2, 3, o 4 L h-1

.

Mediciones termométricas

Las imágenes termográficas se midieron de manera similar a los de experimento

1. Las termografías se tomaron (tres repeticiones por tipo de muro) cuando había una

capa vegetativa continua en la que la UVM no pudieron ser identificados



70

individualmente (Figura 2C y 2F). Se midió un área más grande que un grupo de tres

UVM para cada tratamiento (Fig. 2B y 2E).

El resto de los parámetros y métodos fueron similares a los del Experimento 1.


3.1. Experimento 1

Casi la totalidad de los parámetros de crecimiento evaluados en los dos cultivos

se vieron afectados significativamente por el volumen de riego (Tabla 1). El

Philodendron se vio afectado en todos sus parámetros de crecimiento. El tratamiento de

déficit de riego (DR) provocó una reducción de más del 15% en todos los parámetros (a

excepción de la altura del tallo) en comparación con el control (TC). Por el contrario, el

tratamiento exceso de riego (ER) no tuvo diferencia significativa para la masa fresca y

seca de las hojas; se observó menor diferencias porcentuales para ER que para DR entre

la masa fresca y seca del tallo. Tendencias similares se encontraron también en el

anturio, para las plantas bajo DR tuvieron un menor crecimiento que el TC o con ER

(excepto para la masa fresca de raíz y el tallo). Sin embargo, las diferencias

porcentuales en anthurium fueron significativamente menor en comparación con los del

Philodendron (5 comparado con el 15%).



71

Tabla 1. Parámetros de crecimiento (g planta-1

) en función de régimen de riego.

TC, DR, and ER son el tratamiento control, 1/3 menor, and 1/3 mayor de riego,

respectivamente.

En cada cultivar, medias con diferentes letras son diferentes significativamente a P ≤

0.05, con la prueba de rangos múltiples de Tukey.

La transpiración media de una hoja está determinada por su temperatura (Cox y

Boersma, 1967; Inoue et al., 1990). Una termógrafía de varias macetas (Figuras 1A y 3)

con diferentes tratamientos de riego mostró una amplia gama de temperaturas de las

hojas. Este amplio rango de temperatura se mantuvo incluso cuando se midieron en

varias hojas de la misma planta bajo el mismo tratamiento de riego (Figura 1C). Sin

embargo, la temperatura está estrechamente correlacionada con el estado del agua

disponible de la maceta cuando se comparan hojas igualmente desarrolladas con la

misma orientación espacial hacia la radiación incidente en la misma planta (Fernández-

Bregón et al., 2013; Urrestarzu, 2013). Los termogramas de la Pilodendron (Figuras 3 y

4A) y la anthurium (Figuras 1B y 4B) tuvieron la temperatura más baja para la tasa de

transpiración más alta, cuando el tratamiento de riego era más apropiado (TC vs. DR y

TC vs ER); este resultado es consistente con las observaciones de Fernández-Bregon et

al. (2013). Una mayor reducción del crecimiento entre DR y TC para el Pilodendron, en

comparación con la diferencia entre el TC y el ER, también fue registrado por el

termógrafo; la diferencia de temperatura entre el DR y TC fue aproximadamente 10

veces mayor que la registrada entre TC y ER.

Masa fresca Masa seca

Planta Tratamiento Hoja Rama tallo Raíz Total Hoja Rama Tallo Raíz Total

Philo-

dendron DR 7.95 b 6.93 c 14.39 b 10.92 c 25.31 c 2.67 b 2.47 a 5.04 c 1.18 b 6.22 c

TC 10.79 a 9.67 b 20.46 a 12.75 b 33.21 b 3.41 a 2.48 a 5.89 b 1.36 ab 7.25 b

ER 11.14 a 10.67 a 21.81 a 15.63 a 37.44 a 3.57 a 3.17 b 6.73 a 1.63 a 8.36 a

Anthu-

rium DR 6.50 b 6.82 a 13.32 b 13.67 a 26.99 a 1.22 b 0.93 a 2.10 b 1.15 a 3.25 b

TC 7.14 a 6.92 a 14.06 a 12.86 a 26.92 a 1.28 b 1.03 a 2.44 a 1.12 a 3.56 a

ER 7.31 a 6.57 a 13.88 ab 12.76 a 26.64 b 1.43 a 1.13 a 2.57 a 1.37 a 3.94 a



72

Figura 3. Termógrafos correspondientes a los 2, 3 y 4 L h-1

de caudal de riego en

plantas de Philodendron; superior, izquierda y derecha, respectivamente, en

Philodendron. Avg: Temperatura media.

En condiciones de transpiración estrechamente controlada, tales como las

empleadas en este experimento, las termografías se correlacionan estrechamente con los

resultados finales de crecimiento vegetativo obtenidos del ciclo de cultivo. Por lo tanto,

la termografía puede ser una herramienta útil, rápida, sensible, fácil, económica y

robusta para el diagnostico del agua y otros factores de estrés de las plantas, sobre todo

antes de que se manifiesten como daños en los cultivos. Este método se basa en la

medición sólo una fracción de la hoja apropiada en condiciones ambientales similares

Fernández-Bregón et al., 2013; Urrestarzu, 2013); por lo tanto, la técnica incurre en

errores en la temperatura estimada cuando la termografía infrarroja incluye superficies

que no sean la zona deseada (Jones et al. 2002; Moran et al., 1994).



73

3.2. Experimento 2

Las muestras de los termógrafos de los muros verdes se muestran en la figura 2.

Las áreas de muestra de las termógrafos d, e y f (Figuras 2B y 2E) son de

aproximadamente 1 metro cuadrado y se corresponden a DR, TC, y al ER,

respectivamente. Las temperaturas medias registradas por los termógrafos fueron

similares a las tendencias mostradas por los mismos tratamientos en el experimento 1.

Sin embargo, las diferencias medias de las temperaturas entre los tratamientos en

comparación con el control (DR vs. TC y ER vs TC) fueron menores en este

experimento, y el error estándar fue mayor (Figura 4). Las siguientes explicaciones se

ofrecen por la variación significativa de las temperaturas registradas en estas grandes

áreas cubierta vegetal:

1. Se observaron diferentes tasas de transpiración para las hojas de la misma planta; en

el experimento 1, se registró una diferencia de temperatura de hasta 5% entre las hojas

de la misma planta bajo el mismo tratamiento de fertirrigación (Figura 1C).

2. Existe una variación de la temperatura entre el tallo y las hojas (Urrestarazu, 2013).

3. La cubierta vegetal incluye varias especies, ya que se compone de la suma de las

superficies foliares de más de 75 plantas (con 4 a 10 especies diferentes).

4. Existe un gradiente de temperatura en la dirección vertical que se refleja claramente

en los termógrafos en la Figura 1.



74

Figura 4. Relación entre la tasa de flujo volumétrico de la fertirrigación (L h-1

) y la

disminución de la temperatura registrada por termografía. A es la temperatura de las

hojas de macetas de Philodendron, B es la temperatura de las hojas de Anthurium

en macetas, C es el muro vegetativo de plantas aromáticas y D es el muro

vegetativo de plantas ornamentales de interior.

Las imágenes térmicas pierden algo de su poder como una herramienta de

diagnóstico cuando hay una variabilidad significativa de la temperatura en el mismo

termógrafo (Jones et al. 2002; Moran et al., 1994). Sin embargo, las imágenes de un

área suficientemente grande con cubierta vegetal completa y continua pueden detectar la

variación media de la temperatura debido a diferentes tratamientos de riego. La

variación de temperatura puede ser claramente detectado (Figura 2D) mediante

imágenes térmicas antes que la marchitez sea evidente, incluso en un área más pequeña

de 0,34 m2 (una UVM). Como resultado, la termometría también se puede utilizar en

paredes verdes para identificar el estrés hídrico temprano por ensayos no destructivos y

por sensores remotos. Resultados similares han sido reportados para la identificación de

la uniformidad de la fertirrigación por termografía infrarroja en cultivo sin suelo en

macetas (Fernández-Bregón et al, 2013) y para el estrés por salinidad (Urrestarazu,

2013). Sugerimos que esta metodología u otros sistemas de análisis térmico y de



75

calorimetría, podrían ser utilizados por las aplicaciones similares en la protección de

cultivos y la horticultura.

4. Conclusiones

Los resultados de este trabajo sugieren que la termografía puede ser un método

de diagnóstico útil para determinar la cantidad adecuada de fertirrigación para plantas

en macetas y paredes verdes de aromáticas y ornamentales.

5. Referencias

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http://scholar.google.es/citations?view_op=view_citation&hl=es&user=N_CI-mwAAAAJ&pagesize=100&citation_for_view=N_CI-mwAAAAJ:4fKUyHm3Qg0C





79

Capítulo 4. Efecto del tiempo de aplicación del fertirriego en cultivos

de tomate y pimiento

Effects of fertigation application duration on the pollution, water

consumption and productivity of soilless vegetable cultures

Miguel Urrestarazua, Isidro Morales

b, Tommaso La Malfa

a, Ruben Checa

a, Anderson F.

Wamserc Juan E. Álvaro

d

a Departamento de Agronomía. Universidad de Almería, España

b Centro Experimental Bital, Universidad de Almería, Almería, España

c Oficina de Investigación en Agricultura y Extensión Rural, Rodovia Admar Gonzaga,

1347 Barrio Itacorubi, Codigo Postal 502, Florianopolis 88034-901, SC, Brasil

d Pontificia Universidad Católica de Valparaiso, Escuela de Agronomía, Quillota, Chile

Enviado:

Urrestarazu, M., Morales, I., Álvaro, J. E., La Malfa, T., Checa, R., Wamser, A. F.

2015. Effects of fertigation application duration on the pollution, water consumption

and productivity of soilless vegetable cultures. Journal of soil and water conservation.

Revista: Journal of soil and water conservation

Categoria: Recursos Hidricos


Cuartil: Q4



80

Resumen

El manejo del agua e iones nutritivos como los nitratos está siendo estudiado en

profundidad en las últimas décadas. Se han desarrollado modelos cada vez más

eficientes en el uso del agua y nutrientes a través de la automatización de las técnicas de

fertirrigación. El tratamiento evaluado fue la aplicación del volumen de fertirrigación

durante un tiempo cuatro veces superior al testigo. En Almería (España) un cultivo de

pimiento y dos cultivos de tomate, injertado y sin injertar se llevaron a cabo entre

octubre del 2013 y junio del 2014, en sistema sin suelo en fibra de coco. Se midió el

efecto sobre el crecimiento de la raíz, crecimiento de la planta, producción y calidad. Se

midieron los principales parámetros de fertirrigación de la solución nutritiva y de los

drenajes: % volumen de drenaje, CE de la solución nutritiva, pH, y concentración de

Nitratos y Potasio. Se evaluó las emisiones de nitratos de los drenajes. Los resultados

indican un incremento en el volumen de la raíz y una mejor distribución en el saco de

cultivo en los tratamientos aplicados en el cultivo de pimiento. Ralentizar la aplicación

de fertirriego mejoró la absorción de agua, nitratos y la producción en los cultivos de

pimiento y tomate sin injertar, mientras que el cultivo de tomate injertado no se vio

afectado. Las emisiones de nitrato fueron más bajas en el tratamiento evaluado para los

cultivos de pimiento y tomate sin injertar. Los parámetros de calidad de fruto no se

vieron afectados.

Palabras clave: tomate injertado, pimiento dulce, emisión de nitratos,

conductividad eléctrica, absorción de agua, tiempo de riego, caudal de

riego.



81

1. Introducción

Sólo en el sudeste español se estima que existe una superficie de cultivo sin suelo

de unas 5500 ha (Urrestarazu, 2013) que consumen de unos 500 a 700 L por metro

cuadrado y año. El uso del agua en los cultivos sin suelo (E.g. Parry et al., 2005; Massa

et al., 2010), la eficiencia de este en la producción (Patané et al., 2011), la absorción de

iones nutrientes como nitrato y potasio (E.g. Cornillon y Fellahi, 1993; Topcu et al.,

2007) y la contaminación de los elementos nutrientes emitidos al medio ambiente, sobre

todo de nitratos (E.g. Urrestarazu et al., 2008a; Gallardo et al., 2009; Min et al., 2012;

Thompson et al., 2013) está muy estudiado.

En las últimas décadas se están realizando un gran número de estudios que

mejoran los métodos de fertirrigación para la automatización de los sistemas de

fertirrigación en cultivos sin suelo (E.g. Cáceres et al., 2007; Rodríguez et al., 2014;

Steidle et al., 2014). Los métodos de fertirrigación y su automatización están basadas

en: 1. la frecuencia de los riegos (f), 2. la dotación de volumen aplicado en cada nuevo

riego (AV), 3. el ritmo de consumo de agua por el cultivo será función de 1a absorción

de agua por las plantas, 4. las características del sustrato utilizado y 5. los elementos de

fertirriego empleados para el suministro de la solución nutritiva (Urrestarazu, 2004). Un

gran número de estos métodos de fertirriego están basados en reponer en la unidad de

cultivo el 10% del agua fácilmente disponible absorbida por el cultivo (Volumen A, mL

m-2

) más una proporción de volumen extra que es la fracción de lavado (LF) (E.g.

Rodríguez et al., 2014). La fracción de lavado suele variar entre el 0.15 y el 0.25, en

función de la calidad del agua expresada por su salinidad (E.g. Urrestarazu, 2004;

Urrestarazu et al., 2005; Urrestarazu et al., 2008a). La cantidad a suministrar (AV, mL

m-2

) será igual a A + LF.

AV = A + LF

https://www.researchgate.net/researcher/2001662629_Antonio_Jose_Steidle_Neto/



82

El número (n) de fertirriegos a dar en una unidad de tiempo es la frecuencia de

fertirriego (f), que a su vez dependerá de la demanda de fertirriego que requiera el

cultivo. El tiempo (t, en min) necesario para suministrar la cantidad AV (volumen a

suministrar por unidad de superficie, mL m-2

) dependerá del sistema de fertirrigación

disponible y es variable (suele estar comprendido entre 4 y 14 min), es un valor

prefijado en todos los fertirriegos. Consideraremos ti el tiempo en minutos que

transcurre entre dos riegos consecutivos. La frecuencia de fertirriego (f) que se requiere

es variable a lo largo del día y entre días distintos, en función de la demanda del cultivo.

El tiempo en el que una infraestructura de fertirrigación suministra un volumen AV es t,

mientras que en este trabajo se ha determinado un dispositivo que transforma el valor de

t en cuatro veces mayor (td, en min.).

td = 4 * t.

El tiempo td debe ser inferior a ti para que el suministro del fertirriego sea

equivalente en ambos tratamientos y no se superpongan los fertirriegos.

Por otro lado, los valores de Conductividad Eléctrica (CE), pH y la Fracción de

Lavado (FL) en los drenajes del fertirriego son los parámetros frecuentemente utilizados

para el control práctico de los sistemas de cultivo sin suelo (E.g., Hayward y Long,

1943; Urrestarazu et al., 2008b; Gorbe y Calatayud, 2010).

No existe mucha información disponible sobre el efecto del tiempo de aplicación

de un volumen de fertirriego dado sobre un cultivo (td) en comparación al tiempo

estándar que dura un fertirriego en función de los elementos utilizado en cada

instalación de fertirrigación (t), es decir la duración de la emisión de un volumen AV.

Esto no variaría el volumen suministrado, pero si afectaría al tiempo que las raíces

estarían sometida a un menor potencial matricial durante un determinado tiempo y por

ello la energía necesaria para la absorción de agua.





83

Por otro lado, la mejora de la distribución espacial del fertirriego en la unidad de

cultivo a su vez mejora la producción (Morales y Urrestarazu, 2013). Este incremento

en la producción se debe a una mejor utilización del volumen de la unidad de cultivo,

causando una mejor disponibilidad de agua y nutrientes (Robinson 1994), dando como

resultado el incremento del volumen radical. Al ocupar todo un mayor volumen, las

raíces pueden acceder a mejores condiciones fisicoquimicas que se distribuyen de forma

desigual, dependiendo del método de fertirrigación (De Rijk and Schrevens 1998;

Sonneveld and Voogt 1990).

El objetivo de este trabajo es evaluar el efecto del tiempo de aplicación de un

volumen de fertirriego aplicado sobre los parámetros de fertirrigación, consumo de

agua, emisión de contaminantes, distribución de la raíz y producción del cultivo de

pimiento y tomate en cultivo sin suelo.



84

Abreviaturas utilizadas

AV = Volumen (mL) suministrado en cada fertirriego.

A = Volumen consumido (mL m-2

) por el cultivo que corresponde al 10% de agua

fácilmente disponible del sustrato consumida por el cultivo y que se ha de

reponer en las unidades de cultivo

LF = Fracción de lixiviado propuesta. Generalmente variable entre 0,1 y 0,5

N = Número de fertirriegos.

F = Frecuencia de fertirriegos. Número de fertirriegos en una unidad de tiempo.

T = Tiempo (en min) que dura la emisión de un volumen requerido (AV) por un

sistema determinado.

Ti = Tiempo (en min) que transcurre entre dos riegos consecutivos.

Td = Tiempo que se añade a t (min) mediante la interposición de un dispositivo que

reduce el caudal (en cuatro veces) que emite el sistema, se coloca entre el

gotero emisor y la unidad de cultivo.

CE = Conductividad Eléctrica de la solución nutritiva.


Se han realizado tres experimentos independientes.

2.1. Experimento 1

El cultivo de pimiento se llevó a cabo en las instalaciones de la Universidad de

Almería (España) en un invernadero de plástico (200 µm de espesor). Las condiciones

de cultivo se muestran en la Tabla 1.



85

Tabla 1. Condiciones de cultivo para los tres experimentos. Experimento Cultivar Plantas

m-2

Fecha de

trasplante

Fecha

inicio

cosecha

Fecha

termino de

cultivo

1 - Pimiento cv. Padua F1 2 10/14/2013

(28/01/2014)b

01/10/2014 05/16/2014

2 - Tomate injertado cv. Zinac F1

(cv. Maxifort F1)a

1 18/02/2014 22/04/2014 26/05/2014

3 - Tomate sin injertar cv. Caniles F1 1,8 20/08/2013

(28/01/2014)b

05/02/2014 01/04/2014

a Portainjerto.

b Fecha de Inicio experimento.

Tratamientos

El tratamiento testigo (T0) consistió en un fertirriego estándar de 5 minutos de

duración con goteros autocompensantes y antidrenantes de 3 L h-1

. El tratamiento

evaluado (T1) consistía en un contenedor simple con una salida tipo laberíntica como

los usados en un gotero de conectores múltiples (Morales et al., 2014) que aumentaba el

tiempo en el que se incorporaba el fertirriego a la unidad de cultivo en cuatro veces

(Figura 1).

Figura 1. Hidrograma del fertirriego. La línea azul continua es el tratamiento

testigo (T0). La línea roja discontinua representa el tratamiento evaluado del

fertirriego, donde el tiempo de suministro es cuatro veces mayor (T1). Las barras de

la derecha indican el volumen total de fertirrigación para cada riego.

0

50

100

150

200

250

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20

mL

rie

go-1

go

tero

-1

mL

min

uto

s-1 g

ote

ro-1

Minutos

T0 T1



86

Condiciones de fertirrigación y muestreo del fertirriego

Para cada tratamiento se establecían dos puntos de control, consistentes en un

gotero de control y una bandeja de drenaje que servían de puntos de medida y

seguimiento. Diariamente se medía en ellos, el volumen de la solución nutritiva, pH y

CE del fertirriego de entrada y del drenaje. Estos datos se utilizaron diariamente para

ajustar y modificar el programa de planificación de fertirrigación. Se utilizó un sistema

automático para medir el volumen de drenaje según Rodríguez et al. (2015).

El riego se realizó cada vez que se agotaba 10 % del agua fácilmente disponible

en el sustrato, más el volumen necesario para producir un drenaje entre 15% y 25%

(Urrestarazu, 2004; Urrestarazu et al., 2005, 2008b). La duración de cada riego fue

calculada en función del volumen a suministrar a cada unidad de cultivo, según la curva

de liberación de agua obtenida da Morales y Urrestarazu (2013). Las unidades de

cultivo fueron sacos de fibra de coco Pelemix GB1002410 (100 x 25 x 10 cm) con un

volumen de 25 L. La solución nutritiva utilizada fue la recomendada Sonneveld y

Straver (1994). Se utilizaron tres goteros por unidad de cultivo.

El contenido de nitrato y potasio en el drenaje se midió por cromatografía iónica

(Urrestarazu et al., 2008a). Con la concentración y los volúmenes de fertirrigación

drenado se cuantifico la absorción de nitratos y potasio en mmol m-2

y las emisiones de

los mismos en g m-2

.

Durante el ciclo de cultivo, el contenido de nitratos y potasio en la fertirrigación y

de los drenajes fueron monitoreados continuamente. Los datos del primer mes se

muestran en la figura 2.



87

Figura 2. Contenido de nitratos (arriba) y potasio (abajo) en los drenajes de un

cultivo de tomate injertado. La línea azul continua es el tratamiento testigo (T0). La

línea roja discontinua representa el tratamiento evaluado del fertirriego, donde el

tiempo de suministro es cuatro veces mayor (T1). Las barras de la derecha indican

los valores medios.

Muestreo en el cosechado

Desde el inicio de la cosecha, el cultivo se muestreo semanalmente. De cada

cosecha se utilizó una submuestra de tres frutos de pimientos para hacer un solución

homogenea para medir los sólidos totales solubles (Expresados como ºBrix) con un

refractómetro de mano (fabricación de Atago PAL-1). Posteriormente los pimientos

fueron secados en una estufa de aire forzado a 85º C durante 72 horas, la materia seca se

obtuvo mediante el pesaje de tres pimientos con una precisión de 0,01.

0

100

200

300

400

500

600

700

0

100

200

300

400

500

600

700

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

mg

L-1

Minutos

T0

T1

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

mg

L-1

Minutos T0 T1



88

Para cada tratamiento, al final del cultivo se tomaron muestras de cuatro unidades

de cultivo completas, se midió el peso fresco de la raíz, tallos y hojas.

Consecuentemente, se cuantificó el peso de la materia seca de cada muestra usando el

mismo procedimiento de los frutos.

Además, para calcular el índice de cosecha durante deshoje para la poda de

formación y el tutorado, se cuantificaron los pesos frescos y secos del material vegetal

descartado. El índice de cosecha se calculó dividiendo el peso del fruto seco por el peso

seco de toda la planta.

Para cada tratamiento, el muestreo de la raíces en las bolsas consistió en la

extracción de un cilindro de 3,5 cm de diámetro y 20 cm de largo perpendicular a la

unidad de cultivo y a 3 cm de la ubicación del último gotero. Este volumen de sustrato

se divide en tres secciones dependiendo de la profundidad del saco de cultivo (Figura

3). Estas mediciones se realizaron por duplicado. La separación de las raíces desde el

sustrato se realizó manualmente, con la ayuda de la diferencia de color entre el sustrato

y la raíz. Sólo se consideraron las raíces con diámetros de menos de 1 mm. El área de

superficie de la raíz se midió utilizando nuestro programa de análisis de imagen,

expresando los resultados en cm2 de raíces por cm

-3 de sustrato como una unidad de

absorción de la raíz.



89

Figura 3. Esquema de la distribución del muestreo de la raíz en función de la

posición de los goteros y los puntos de drenaje en la unidad de cultivo.

2.2. Experimento 2

Las cosecha fueron semanales y los frutos se cosechaban individuales en el

estado de madurez en rojo uniforme de la piel del tomate. Los tomates fueron calibrados

en función de su diámetro ecuatorial y la categoría de frutos comercial vigente (DO

2000). En las muestras de los frutos de tomate, también se midieron el pH y la CE del

jugo.

Los otros parámetros de cultivo fueron las mismas que en el experimento 1. No se

consideró el muestreo de las raíces.



90

2.3. Experimento 3

El experimento 3 fue similar a los experimentos 1 y 2, pero el período de aplicación del

tratamiento duró sólo dos meses, fue durante el período de máxima producción (Tabla

1). Para los experimentos 2 y 3 no se midió el crecimiento vegetativo.

2.4. Diseño experimental y análisis estadístico

Todos los experimentos se llevaron a cabo utilizando un diseño de parcelas divididas

(Little y Hill 1987; Petersen 1994) con cuatro parcelas por bloque. Se realizó el análisis

de varianza y su correspondiente separación de medias. El tratamiento matemático de

los datos se realizó mediante el programa Statgraphics Centurion 16.01.15 y Microsoft

Office 2010. La unidad experimental consistió en tres sacos de cultivo de fibra de coco.

Se utilizó la prueba t de Student para calcular la separación de medias de los valores

obtenidos a partir del tratamiento


3.1. Efecto sobre el consumo de agua, otros parámetros de fertirrigación y

las emisiones de contaminantes al medio ambiente.

La figura 4 muestra los hidrogramas de drenaje de los experimentos 1 y 2. En ambos

casos, se produce un retraso en la salida de los drenajes del tratamiento evaluado con

respecto al control. Sin embargo, para el pimiento, los hidrogramas de ambos

tratamientos duraron un tiempo similar, mientras que para los tomates, el tiempo de

drenaje del control era mucho más bajo.



91

Figura 4. Hidrogramas de drenaje de la fertirrigación. La línea azul es el tratamiento control

(T0). La línea roja punteada es el tratamiento evaluado (T1), que se extendió la duración de la

fertirrigación por cuatro veces. Los valores medios se obtuvieron promediando 4 drenajes

diferentes durante el primer mes en diferentes fechas del cultivo de pimiento (arriba) y el

tomate injertado (abajo). Las barras de la derecha indican el volumen total drenado en cada

fertirrigación.

La figura 2 muestra el contenido de nitrato y potasio de los drenajes del cultivo de

pimiento; Se observó una proporción mucho más baja para ambos en T1. Esta

concentración muy similar en todo el tiempo del drenaje permite que cualquier muestra

tomada permita realizar un diagnóstico del estado nutricional del cultivo.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0

20

40

60

80

100

120

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

mL

de

dre

na

je p

or

saco

de

cult

ivo

-1

mL

po

r sa

co d

e cu

ltiv

o-1

0

50

100

150

200

250

300

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

mL

de

dre

na

je p

or

saco

de

cult

ivo

-1

mL

po

r sa

co d

e cu

ltiv

o-1

Minuto

T0 T1

T0 T1



92

La Tabla 2 muestra los parámetros más significativos para el control de

fertigación: el % de volumen drenado, la CE y el pH de la solución nutritiva. En valores

absolutos, eran similares a los registrados por Urrestarazu et al. (2008b) en

circunstancias similares en cultivo sin suelo en lana de roca y fibra de coco. No se

observaron diferencias significativas, excepto para el porcentaje de drenaje en el cultivo

de pimiento, donde un valor más bajo se registró para el tratamiento que se cuadruplicó

el tiempo durante el cual fue entregado fertigación.

Tabla 2. Absorción y emisión de la solución nutritiva al medio ambiente en cultivo

en fibra de coco en función del tiempo empleado para proporcionar el mismo

volumen de fertirrigación.

Absorción Emisión

Drenaje (%) pH CE (dS·m–

1) Agua (L·m-2) NO3

- (mol·m-2) K+ (mol·m-2) NO3- (g·m-2)

Experimento T0 T1 T0 T1 T0 T1 T0 T1 T0 T1 T0 T1 T0 T1

1. Pimiento dulce 43,26 39,01* 7,1

6 7,26ns

3,2

9 3,30ns

361,1

4 388,12*

4,5

1 4,76* 1,76 1,96*

99,2

3 83,78*

2. Tomate

injertado 14,61 12,56ns

7,4

6 7,27ns

3,9

1 4,09ns

126,9

0

127,57n

s

0,9

0 0,90ns 0,52 0,52ns

7,08 6,83ns

3. Tomate sin

injertar 60,38 58,01ns

7,3

9 7,55ns

3,6

0 3,77ns 60,26 65,02*

0,3

0 0,36* 0,37 0,28*

72,7

2 69,02**

T0 = tratamiento testigo, T1 = cuadruplicando el tiempo de apliación del fertirriego en la unidad de

cultivo. *, **, y ns media con diferencias significativas a P ≤ 0,05 y P ≤ 0,01 y sin diferencia

significativa, respectivamente.

Se registro un incremento de la absorción de agua en un 7% y 8% en los cultivos

de pimiento y tomate sin injertar, respectivamente, a favor del tratamiento T1. Este dato

se puede justificar por el hecho de que durante un periodo de tiempo más largo se

mantiene un menor potencial matricial en el sustrato y consecuentemente se necesita

una menor tensión de succión para absorber agua. En el experimento 2 (tomate

injertado), no se observo un incremento en la absorción de agua. Probablemente se deba

al vigor del portainjerto (e.g., Fernández-García et al 2002; Lee 1994; Lee y Oda 2003;

Schwarz et al., 2010), pueda compensar el beneficio que supone absorber agua a las

menores tensiones de succión (Urrestarazu et al., 2008a).



93

El consumo de nitratos tuvo una tendencia muy similar a la del agua,

aumentando en un 7% y 20% en el tratamiento T1 para los cultivos de pimiento y

tomate no injertado, respectivamente. El potasio no tuvo un claro comportamiento para

el tratamiento T1. Para el cultivo de tomate sin injertar, se redujo en un 11%; sin

embargo, no tuvo un efecto significativo para el cultivo de tomate injertado.

La emisión de nitratos al medio ambiente se redujo notablemente en un 16% y

5% en los cultivos de pimiento y tomate sin injertar, respectivamente. El efecto del

tratamiento sobre el tomate injertado no fue significativo.

Estos resultados son consistentes con los conocidos de que una mejora de las

condiciones de las raíces, mejora la absorción de agua y los iones nutritivos (como

nitratos y potasio), como reportan en cultivo sin suelo en plantas hortícolas al mejorar la

temperatura de las raíces (e.g., Cornillon y Fellahi, 1993; Urrestarazu et al., 2008a), o la

oxigenación de estas raíces (e.g., Urrestarazu y Mazuela, 2005; Ityel et al., 2014).

3.2. Efecto sobre la distribución de las raíces y el crecimiento vegetativo

La importancia de la cantidad y distribución de las raíces en el interior de la

unidad de cultivo es bien conocida. Esto depende de la posición relativa de los goteros

con respecto a los puntos de drenaje y otros parámetros de fertigación como se reporta

en el cultivo de tomate (De Rijk y Schrevens 1998; Van Noordwijk y Raats 1980), tales

como el tipo de sustrato (lana de roca vs fibra de coco) (Cano, 2001). Cuando se midió

la proporción de las raíces a diferentes profundidades de acuerdo a los tratamientos

aplicados, se encontró una gran diferencia significativa (Figura 5). Se observó una

mayor superficie de absorción de las raíces en toda la unidad de cultivo y en todos los

goteros del tratamiento T1. Además, de una mejor distribución de la superficie de

absorción de la raíz, esto también se observó en las capas superiores del sustrato. Se ha

demostrado que una mejor distribución de la fertirrigación del gotero aumenta la

http://www.scopus.com/authid/detail.url?authorId=23492633900&eid=2-s2.0-84885821609



94

productividad del cultivo de tomate en unidades de cultivo de coco (Morales y

Urrestarazu 2013).

Figura 5. Distribucion de las raices de pimiento en sección vertical cerca de un

gotero en cultivo sin suelo con fibra de coco. *, **, y ns indican diferencias

significativas a P < 0.05, P < 0.01 y sin diferencia significativa, resprectivamente.

La linea azul continua es el tratamiento testigo (T0). La linea roja discontinua es el

tratamiento evaluado (T1), que extendió cuatro veces la duración de la

fertirrigación. Las barras indican la superficie total de las raices.

La Tabla 3 muestra el crecimiento y el índice de cosecha del cultivo de pimiento.

El crecimiento de las raíces mostró un aumento significativo (P ≤ 0,01) de 15% y 20%

en el tratamiento T1 para las raíces frescas y secas, respectivamente. Sin embargo, sólo

los brotes frescos fueron afectados significativamente en un 5% (P ≤ 0,05).



95

Tabla 3. Parámetros de crecimiento vegetativo en función del tiempo para

proporcionar el mismo volumen de fertirriego en el cultivo de pimiento (g planta-

1).

T0 T1

Raíz Peso fresco 148,25 175,50**

Peso seco 19,47 26,16**

Tallo Peso fresco 2475,50 2615,40*

Peso seco 252,75 245,46ns

IC 0,48 0,50ns

T0 = tratamiento testigo, T1 = cuatro veces más lenta la apliación del fertirriego en la

unidad de cultivo. *, **, y ns media con diferencias significativas a P ≤ 0,05 y P ≤ 0,01

y sin diferencia significativa, respectivamente. IC es el índice de cosecha (peso seco del

fruto/peso de materia seca total-1

).

3.3. Efecto sobre la producción y el tamaño

La Tabla 4 muestra la producción de los tres cultivos. En el cultivo de pimiento,

hubo un aumento significativo de 11% (P ≤ 0,01) en el número de frutos, favoreciendo

el tratamiento. Cuando el tratamiento T1 se aplicó a tomate no injertado sólo por dos

meses, hubo un aumento significativo tanto en la producción total (11%) y el número de

frutos (5%). Estos resultados se correlacionaron positivamente entre una mayor

absorción de agua y una mayor producción y los datos han sido encontrados en trabajos

como por ejemplo los de Pulupol et al. (1996) en un cultivo de tomate o por Urrestarazu

y Mazuela (2005) en los cultivos de melón y pepino.



96

Tabla 4. Producción y tamaño de fruto en cultivo en fibra de coco en función del

tiempo empleado para proporcionar el mismo volumen de fertirrigación.

Cultivo Calibre kg·m-2

Frutos·m-2

T0 T1 T0 T1

Pimiento 6,05 6,22 248 276**

Tomate injertado

GG (> 82 mm) 2,91 3,02ns 9,83 9,54ns

G (67-82 mm) 2,31 2,10ns 13,29 12,21ns

M (57-67 mm) 1,01 1,01ns 8,58 8,54ns

MM (47-57 mm) 0,52 0,50ns 7,08 6,83ns

MMM (40-47 mm) 0,02 0,05** 0,54 1,33**

Total 6,78 6,68ns 39,33 38,46ns

Tomato sin injertar

M (57-67 mm) 0,42 0,74* 4,28 7,43*

MM (47-57 mm) 1,82 2,33ns 22,52 28,72ns

MMM (40-47 mm) 2,31 2,08* 41,78 36,15ns

Total 4,55 5,15* 68,58 72,30ns

T0= tratamiento testigo T1= cuadruplicando el tiempo de aplicación del fertirriego a la

unidad de cultivo. *, **, ns indican diferencias a P ≤ 0,05, P ≤ 0,01, y no significativo,

respectivamente .

En el cultivo de tomate, al aplicar el tratamiento del caudal más lento, se produjo

un aumento significativo en la producción y el número de frutos del tamaño más grueso

(M: 57-67 mm) en un 43% y 42%, respectivamente. En contraste, en el tratamiento

control, los frutos de menor tamaño (MMM: 40-47 mm) aumentaron significativamente

(p <0.05) en un 11% y 15% para la producción y el número de frutos, respectivamente.

Este aumento en la producción de los frutos de mayor tamaño implica un importante

beneficio económico para los agricultores, como lo demostraron Morales y Urrestarazu

(2013) en un estudio económico al trabajar con fibra de coco y tomate injertado.

Cabe destacar que la producción y el tamaño de fruto en el cultivo de tomate

injertado no se vieron afectados. Por lo tanto, el beneficio de la mejora de la absorción

de agua y nutrientes causado por el tratamiento T1 podría ser compensado por el vigor

del portainjerto (e.g., Fernández-García et al 2002; Lee 1994; Lee y Oda 2003; Schwarz

et al., 2010).



97

3.4. Efecto sobre la calidad de la producción

La Tabla 5 muestra los parámetros de calidad de frutos de los tres cultivos

evaluados. De todos los parámetros medidos, únicamente la CE de los frutos y la

materia seca del cultivo de tomate no injertado mostraron diferencia significativa (5%),

favoreciendo al tratamiento testigo y del tratamiento de mayor tiempo en la aplicación

del fertirriego, respectivamente. A excepción de estos dos parámetros, todas las otras

mediciones no mostraron diferencias significativas. Resultados similares fueron

obtenidos por Urrestarazu y Mazuela (2005), quienes demostraron que la mejora de la

oxigenación radical benefició la absorción de agua y la producción de los cultivos de

melón y pepino, pero no se encontró una mejora en los parámetros de calidad de los

frutos. Resultados similares fueron encontrados por Morales y Urrestarazu (2013) en un

cultivo de tomate injertado en el que mejoraron el entorno de la raíz con una mejor

distribución de la fertirrigación.

Tabla 5. Parámetros de calidad de fruto cultivados en fibra de coco en función del

tiempo empleado para proporcionar el mismo volumen de fertirrigación.

pH CE (dS m-1

) ° Brix

Materia seca

(%)

Cultivo T0 T1 T0 T1 T0 T1 T0 T1

Pimiento - - - - 2,56 2,59ns 8,17 7,97ns

Tomate injertado 4,45 4,28ns 4,55 4,60ns 4,55 4,53ns 9,11 8,62ns

Tomate sin injertar 3,97 4,00ns 5,84 5,49* 5,98 5,95ns 7,01 7,30*

T0 = tratamiento testigo, T1 = cuadruplicando el tiempo de apliación del fertirriego en

la unidad de cultivo. *, **, y ns media con diferencias significativas a P ≤ 0,05 y P ≤

0,01 y sin diferencia significativa, respectivamente.

4. Conclusiones

El incremento del tiempo de aplicación de la fertigación en el cultivo de pimiento

aumentó el crecimiento de la raíz en un 15% y mejoró su distribución en la unidad de

cultivo.



98

El aumento de la duración de la fertirrigación afectó positivamente la absorción de agua

en un 7% en el cultivo de pimiento y tomate sin injertar.

Cuando se aumentó el tiempo de aplicación de la fertirrigación, el consumo de nitratos

mejoró en un 7% y 20% para el cultivo de pimiento y tomate sin injertar,

respectivamente. Por consiguiente se observó una reducción de las emisiones

contaminantes en un 16% y 5% de estos cultivos.

Con la aplicación más lento del volumen de fertirrigación, el número de frutos en el

cultivo de pimiento aumentó un 11%, mientras que en el cultivo de tomate, la

producción comercial mejoró en un 13%.

La distribución de tamaños no se vio afectada en el cultivo de tomate injertado, mientras

que en la cosecha del cultivo sin injertar, la mayor duración del tratamiento en

comparación con el control aumentó el tamaño de los frutos en un 43%, con el

consiguiente efecto positivo en la rentabilidad del negocio.

La mayor parte de los parámetros de calidad de la producción no fueron afectados

significativamente por los tratamientos en ninguno de los cultivos.

En el cultivo de tomate injertado, los parámetros medidos no fueron afectados por el

tratamiento debido probablemente a que el vigor de la técnica del injerto provocó que

los beneficios de la mejora de la disponibilidad de fertirriego no se manifestasen.

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103

Conclusiones generales

De los capítulos 1 y 2: Leves mejoras y cambios en las técnicas de fertirrigación pueden

conducir a un incremento de los beneficios en producción y económicos significativos

en los cultivos ensayados.

De los capítulos 2 y 3: Nuevas herramientas como la termografía puede ayudar a la

mejora y control de las técnicas de fertirrigación de una forma significativa.

De los capítulos 2 y 4: Existe una gran cantidad de parámetros a mejorar en los sistemas

de fertirrigación en cultivos sin suelo en la distribución en el espacio y en el tiempo que

requieren la atención de los investigadores.



105

Anexos

Chapter 1. Effect of a passive mixing device on the electrical

conductivity and pH values of a nutrient solution



106

Abstract

The adjustment of a nutrient solution using an automated fertigation system for optimal

irrigation conditions increases productivity and decreases the environmental impact of

horticulture. A new generation of infrastructure for automated solution preparation is

becoming more common in high-technological protected horticultural areas; for

example, the direct injection of all components into the nutrient solution using a Venturi

device on the irrigation headpiece is being widely used. The present study evaluates the

utility of a passive mixing device that was incorporated into the circuit of the fertigation

headpiece and its impact on parameters such as the electric conductivity (EC) and pH of

the nutrient solution. The results suggest two important effects, as follows: (1) the

device helps in the adjustment of the EC and pH in the nutrient solution, compared to

values set during programming, and (2) there is a lower variation in the dispersion

between the maximum and minimum values.

Introduction

The use of a nutrient solution with strict margin controls in protected

horticulture is increasingly important, particularly in soilless crops (Sonneveld and

Voogt 2009). The objective is to increase the efficiency of the use of water and macro-

(Urrestarazu and García 2000; Urrestarazu et al., 2008a; Thompson et al., 2013) and

micronutrients (Urrestarazu et al., 2008b). Better adjustment of the fertigation

parameters can have an impact not only by increasing productivity but also by reducing

environmental pollution. Soil nutrients, similar to all agricultural supplements, must be

managed properly to meet the nutrient requirements of the crops without adversely

affecting the quality of the water resources (Sturgul and Kelling 2012).

Southeastern Spain covers approximately 52,186 ha (Junta de Andalucia

[Andalusian Community] 2013). More than 90% of greenhouses in the region, which





107

have a mean surface of 1.5 to 2.0 ha, use automated fertigation headpieces. In these

areas and in other regions, automated fertigation systems are a common agronomic

technique. The nutrient solution is made from a combination of three components

(Martínez and García 1993; Urrestarazu 2004; Van Os et al., 2008), as follows: (1) two

tanks (A and B) or more (A, B, C, etc.) containing concentrated mixtures of one or more

salt solutions, (2) a tank with a concentrated acid, and (3) irrigation water (Figure 1).

The mixture of the first two solutions with water is commonly performed using one of

the following two methods: (1) the components are mixed in an atmospheric pressure

container or (2) the components are mixed in a pressurized system (Figure 1B) into

which all fluids are injected directly. In both cases, the nutrient solution (e) is

distributed, see Figures 1A and 1B. The first method has the advantage of a uniform

mixture prior its distribution the crop. However, in recent decades, the direct injection

method has been the only one commonly installed in modern protected horticultural

facilities. Because of its own hydraulic design, the mixture of the basic components of

the nutrient solution is no longer as uniform with direct injection as it is in a mixing

tank; therefore, it produces a non-uniform nutrient solution with a variable electric

conductivity (EC) and pH.

The objective of the present work is to evaluate the effect of a passive mixing

device on the automated preparation of a nutrient solution. The parameters to be studied

in relation to the flow are the following: (1) the adjustment of the EC and pH of the

nutrient solution, compared to previous data, and (2) the variation between the

maximum and minimum values.



108

Materials and methods

The experiment was performed at the University of Almeria (Almeria, Spain) in

an Almeria-type greenhouse during May 2013. The experiment was based on an

irrigation headpiece in which the different components of the nutrient solution were

combined. The direct injection of the fluids was performed with closed pressurized

devices (Figure 1B).

The experiment evaluated the passive mixing of the components of the nutrient

solution (T1) and compared the results to the normal functioning of the system as a

control (without the device) (T0).

The final nutrient solution was distributed using a dripping system (Figure 1B

(e)) and was produced by the mixture of three basic components, which were mixed in

the headpiece tubing in a pressurized system, that is, without a mixing container (Figure

1A). The mixture contained the following three fluids: (1) two concentrated fertilizer

solutions from two tanks (A and B), (2) a concentrated acid solution, and (3) fresh

irrigation water. The A, B, and C tanks injected the fluids through a Venturi system and

were connected to the pressure suction of the pumping system, which was controlled by

solenoid valves (Figure 1B) that were activated by EC control sensors (tanks A and B)

and pH (tank C). Following the traditional management systems used in Southern

Spain, tanks A and B had a volume of 1000 liters and were prepared at a concentration

that was 100 times higher than the final nutrient solution, while in other regions a 200-

fold concentration is commonly used (Resh 2012). Similarly, the acid tank was prepared

by using nitric acid as the source of the acidity (Martínez and García 1993; Urrestarazu

2004; Alarcón 2006). The EC of the irrigation water was 0.91 dS·m-1

.



109

Figure 1. Description of the nutrient solution mixing methods. (a) Mixing tank. (b).

Direct injection with venturi system

Device description

The device is shown in Figure 2. In the interior part, the different fluids from the

concentrated solutions can exhibit different densities among them and in relation to the

water, which is a majority carrier. Inside the same device, these fluids are forced to mix

with each other. The device was provided by RITEC Riegos y Tecnologias S.L. [RITEC

Irrigation and Technologies].

Before locating the nutrient solution EC and pH control sensors, a bypass was

installed at point (a) (Figure 1B). The by-pass included the passive mixer (T1), while a

direct route to the independent crop sectors was maintained (T0).

The experiment (T1) was conducted over 8 consecutive days, alternating with

the control (T0), by opening a manual valve for the corresponding T0 or T1 circuits

once a day. The fertigation of each treatment was distributed on 4 experimental sectors

using solenoid valves (Figure 1B). Each sector had a different crop surface area, as



110

follows: 25, 148, 156 and 160 m2. Auto-compensating and anti-draining drippers were

used with a flow of 3 L·h-1

and one dripper for every square meter. The number of

irrigations on each sampling day was determined by the crop needs of each sector. The

time of irrigation and sampling of nutrient solution supplied to the cultivation, was fixed

at 4 minutes during the 8 days of the experiment. The EC and pH values of the nutrient

solution were fixed at the computer controller at 1.60 dS·m-1

and 5.28, respectively.

These parameters were selected for some ornamental plants that have a stringent

requirement for EC (less than 1.60 dS·m-1

) and an acid pH of ≤ 5.80 in comparison to

other horticultural crops (Sonneveld and Straver 1994) to determine the advantages of

the passive mixer.

Figure 2. Passive mixing device, showing details of the components. Arrows indicate

the direction of the water flow.

A

B

C



111

The EC (dS·m-1

) and pH of the nutrient solution for each irrigation time were

automatically recorded with the treatment and flow and are shown in Table 1 and Figure

3.

The mean separation among treatments was calculated using a t-test and simple

quadratic adjustment on a linear equation. The absolute value of the coefficient of

variation expressed as a percentage (%CV) is used as a measure of the relative standard

deviation. The coefficient of variation is reported as a percentage and calculated from

the average and standard deviation, as follows:

In this case, the %CV was the best way to summarize the variation.

Results and discussion

Table 1 shows the %CV values calculated from the average fertigation

parameters corresponding to the four sectors with flow rates from 25 to 480 L·h-1

. The

EC and pH of the nutrient solution were influenced by the passive mixing device. The

general adjustment level, particularly for EC, was narrow (less than 70% variation) due

to the methodology and infrastructure described and with low flow rates of less than 450

L·h-1

. However, the use of the passive mixing device improved the adjustment of the

programmed EC from 3.58 to 2.64 dS·m-1

, compared to 1.60 dS·m-1

. The magnitude of

the difference between the maximum and minimum values obtained for both the EC and

pH was smaller when the passive mixing device was used (a decrease in magnitude of

the %CV from 3.98 to 3.50 for the EC and from 5.12 to 4.38 for pH), which indicates

that a more uniform distribution of nutrients and constant osmotic pressure reaches the

crop rhizosphere through the drippers. For the maximum EC value obtained, the passive

mixer was improved by more than 1 unit (from 6.84 to 5.59 dS·m-1

), which not only

http://en.wikipedia.org/wiki/Relative_standard_deviation

http://en.wikipedia.org/wiki/Relative_standard_deviation



112

suggests a better adjustment of the fertigation but also a significant decrease of the

environmental pollution that it would normally cause. These results are similar to the

finding that, when fertigation conditions are improved, fewer contaminants are released

to the environment (Hagin and Lowengart 1996; Urrestarazu et al., 2008a). Conversely,

if substrates with minimum or null cationic exchange capacity are used in combination

with salinity-sensitive plants, the crop yield loss can be significant (Sonneveld and

Voogt 2009; Sturgul and Kelling 2012). Consequently, when a wide range of flow rates

are used by the same irrigation headpiece, the use of a passive mixing device becomes

an important tool to adjust the irrigation in two ways: (1) it improves the mean

adjustment between the programmed parameters in the irrigation headpiece and the

obtained values through the irrigation pipes and (2) it improves the fertigation by

decreasing the variation established between the maximum and minimum values.

Table 1. Electrical conductivity (EC, dS·m-1

) and pH of the nutrient solution by

preparation method, with and without the use of the passive mixing device.

Obtained values

Parameter Programmed

values

Means Maximum Minimu

m

EC

With passive mixing 1.60 2.64 ** 5.59 ** 1.23 *

Without mixing 1.60 3.58 6.84 1.73

pH

With passive mixing 5.28 5.83 ns 7.10 * 3.60 ns

Without mixing 5.28 5.81 7.53 3.55

**, *, and ns represent significant and not significant differences between columns of

the same parameter at P ≤ 0.99, P ≤ 0.05, respectively.

According to Aamo and Krstic (2002), flow control involves controlling a flow

field by using passive or active devices to cause desired changes in the flow behavior.

This passive device and the different fluids create a turbulent flow, which may exhibit

better mixing properties than laminar flows.







113

Figure 3 shows the %CV between the programmed and obtained values for the

EC and pH of the nutrient solution, which are presented in relation to the flow rate used.

The values for the 25 L·h-1

flow rate are not presented (data not shown) because the

variation coefficients exceeded 300%. The same result was obtained in previous

experiments when the concentration in the nutrient solution tanks was 300 times the

final concentration of the nutrient solution.

Figure 3. Percent variation coefficient (%CV, ordinate) in relation to the flow rate (L·h-

1, abscissa) for electrical conductivity (EC) [upper panel] and pH [bottom panel], with

(T1) and without (T0) passive mixing of the nutrient solution.

The EC and pH correlation coefficients (R2) were higher when the passive mixing

device was used. The worst adjustment for these parameters was recorded with the

smaller flow rate (444 L·h-1

). This lack of adjustment was higher for the EC than for pH

(128.13 and 6.63, respectively). The benefit of the passive mixing device was higher

with the smaller flow rates, which was indicated by the decrease of the adjustment of

the EC and pH %CV (from 128 to 126 and from 6.63 to 4.08, respectively), as a

reduction of their corresponding standard errors. For the EC, the benefits of the device

use were maintained, even for the higher flow rates tested, with an adjustment increase

from 6.34 to 3.13%CV.



114

Conclusions

A passive mixing device used for the automatic preparation of the nutrient

solution by direct injection into the irrigation headpiece constitutes an important tool to

adjust the EC and pH. This device also decreases the difference between the maximum

and minimum values that can positively affect high-yield horticulture, especially for

crops affected by wide changes in the EC and pH.

Acknowledgements

This work was financed through FEDER AGL-2010-18391.

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117

Chapter 2. Thermography Study of Moderate Electrical Conductivity

and Nutrient Solution Distribution System Effects on Grafted Tomato

Soilless Culture



118

Abstract. In recent decades, salinity in the culture of tomatoes has been one of the most

studied parameters. This study aimed to evaluate the effect of a moderate increase in

salinity, fertigation distribution, and its control using thermography on a soilless culture

of grafted tomato. A tomato crop (cv. Ramyle) grafted onto tomato rootstocks (cv.

Emperor) was cultivated in coir crop units at the University of Almeria from Nov. 2012

to May 2013. A plot design subdivided with four blocks was used, with salinity values

of 2.0 and 2.5 dS·m-1

in the main plots and fertigation distribution systems with either

one (DD 1) or four (DD 4) drip manifolds in the subplots. The crop productivity was

measured using total crop yield, commercial value, and size. The quality parameters in

the fruits were not significantly affected. Thermographies were used to aid the control of

differential transpiration exerted by salinity. The difference in salinity did not

significantly affect the total or commercial production. However, despite being grafted

plants, there was a statistically significant effect (P £ 0.05) on the fruit size distribution

when the electrical conductivity (EC) of the nutrient solution was increased from 2.0 to

2.5 dS m-1

, with a lower production (16%) of large fruits and an increased production of

smaller fruits. The DD4 system significantly increased large tomato production (22%)

compared with DD1, and the quality parameters in the fruits were not significantly

affected. As a result of the improvement in tomato size, the DD4 distribution system

economically offset the required higher initial expenditure compared with the DD1

system. Thermography was revealed to be a robust, simple, and quick tool for

diagnosing the effect of salinity on transpiration.

Additional index words: coir substrate, distribution nutrient solution, fruit quality,

grafting, moderate salinity, non-invasive method, size tomato, thermography.



119

Salinity is one of the most limiting studied factors in protected horticulture. The

negative effect of increased osmotic pressure deviations from an optimal value in the

culture medium and nutrient solution has been studied for a long time. Adapting the

management of fertigation and salinity (expressed as ionic composition of the nutrient

solution) to the production conditions is a highly influential factor in terms of an

economic balance but is also an important factor for controlling the emission of

pollutants into the environment (Massa et al., 2010; Urrestarazu et al., 2008a). From the

1930s and 1940s (Hayward and Long, 1943; Robbins, 1937) to the present (Adams,

1991; Adams and Ho, 1989; Cuartero and Fernández-Muñoz, 1998; Ho and Adams,

1995; Urrestarazu et al., 2005), two clear effects with increasing salinity have been

described as follows: 1) productivity loss and 2) the increase of fruit quality parameters

(e.g., total soluble solids, dry matter content, acidity, average fruit weight, and ionic

concentration). To determine and quantify the production loss resulting from increased

radical osmotic pressure, several experimental protocols have been described since the

1970s (e.g., Hoffman, 1985; Jobes et al., 1981; Maas and Hoffman, 1977). Currently,

these protocols have been modified and adapted by quadratic fit models considering

salinity values starting at 0 dS·m–1

(Sonneveld, 2004a, 2004b; Sonneveld and Voogt,

2009). These models have been widely used to describe and forecast production based

on certain conditions of salinity. The vast majority of the information available in the

literature has been published under conditions of largesalinity differences in the

treatments. However, studies evaluating the effects of using moderate salinities are

scarce.

A non-uniform distribution of nutrients in the culture medium causes a significant effect

on plant roots (Robinson, 1994; Schwarz et al., 1995). From the work of Heinen (1997),

van Noordwijk (1978), and van Noordwijk and Raats (1980, 1981), models have been

developed to determine the importance of the distribution of fertigation drip emitter



120

outlets and the location of drainage points in crop container units, but there are few

studies that evaluate production-related economic benefits by applying a better

distribution of the nutrient solution with similar costs of localized irrigation

infrastructure, including drippers and their manifolds.

Thermography is being used in all areas of scientific and technological research

(Grinzato et al., 2010). Recently, studies on the application of thermography to soilless

cultivation in relation to fertigation (Fernández-Bregón et al., 2013) or in relation to the

salinity of fertigation (Urrestarazu, 2013) have been published. This study had the

following two objectives: 1) to evaluate the effect of moderate salinity and the type of

fertigation distribution on a tomato crop; and 2) to evaluate the potential of

thermography as a diagnostic tool of the effect of moderate salinity expressed through

plant transpiration.

Materials and Methods

Cultivation conditions

Cultivation was performed at the facilities of the University of Almeria (Spain) in a

plastic greenhouse (200 mm thick). Grafted seedlings were planted on 9 Nov. 2012

during a stage in which the plants had six and seven true leaves. We used the Emperor

F1 cv. rootstock and the Ramyle F1 cv. tomato graft. The cultivation management was

made following methods commonly used in the cultivation area. For each treatment,

two controls were established for fertigation control consisting of a control dripper and

a drain pan that served as points of measurement and monitoring of supplied fertigation

and its absorption response. In these locations, the volume of the nutrient solution as

well as the pH and EC of the fertigation input and the drainage was measured on a daily

basis. These feedback data supplied the fertigation scheduling program. Each new

irrigation process was performed when 10% of the readily available water in the



121

substrate had been exhausted plus the volume necessary to produce between 15% and

25% of drainage (Urrestarazu, 2004; Urrestarazu et al., 2005, 2008b). The duration of

each irrigation process was selected by adjusting the volume to be supplied to each

cultivation unit depending on the soil water release curve obtained (Fig. 1). To obtain

the water release curve of the coir substrate, the following volumes were calculated

(vol:vol): total porosity, air volume (aeration capacity), readily available water, reserve

water, and scarcely available water (AENOR, 2012). The physical analysis of the

substrate was performed in triplicate. The cultivation unit was a Pelemix

GB1002410_coir grow bag (100 x 25 x 10 cm) with a cultivation volume of 25 L.

Fig. 1. Water release curve for the coir as a function of the water tension at the

receiving substrate expressed in units of centimeters of water column (based on De

Boodt et al., 1974).

Treatments applied.

Two sources of variation were considered. The first source of variation was the salinity

of the nutrient solution with an EC value of either 2.0 or 2.5 dS·m–1

. The nutrient

solution was prepared with concentrated solutions of macronutrients in the proportions

indicated in Table 1. The second source of variation was the number of supply outlets

delivering the nutrient solution with one (DD1) or four(DD4) microtube drip manifolds.



122

Each microtube was 4 mm in diameter and 60 cm in length. The distribution of the three

or 12 pegs (or stabilizers) was done in a uniform manner throughout the culture unit.

Table 1. Nutrient solution used in the culture of tomato.

(z) Based en Sonneveld y Straver (1994).

Harvest sampling.

The harvest took place during a period spanning from 14 Mar. to 15 May 2012. The

harvest of individual fruits was done on a weekly basis for tomatoes in the state of

maturity corresponding to a uniform red color of the tomato skin. The tomatoes were

sized according to their equatorial diameter and the prevailing commercial fruit

category (DO, 2000). The yield of each size was clustered throughout the culture, and

the median values are shown in Table 2. From each harvest, a subsample of three

tomato fruits was taken and used to make a homogenized solution to measure pH, EC,

and total soluble solids (expressed as ºBrix), which were measured with a digital

handheld refractometer (Atago PAL-1). After drying the tomatoes in a forced-air oven

at 85 ºC for 72 h, the dry matter was obtained by weighing three tomatoes with an

accuracy of one hundredth of a gram.

Sampling and analysis of the thermographies

At full production of the tomato crop, three thermographies for each EC treatment were

taken by sampling the eighth fully expanded leaf located at the end of the plant (Fig. 2).

The average temperatures were measured in an area of between 3 and 5 cm2 for each

leaflet following the procedure described by Fernández-Bregón et al. (2013) and

CE Macronutrientes Mm Micronutrientes µM

dS m-1

pH NO3- H2PO4

2- SO4

2- K

+ Ca

2+ Mg

2+ Fe Mn Cu Zn B Mo

2,00(z)

5.80 10.25 1.50 1.75 4.75 5.00 1.51 15 10 0.75 5 30 0.5

2.50 5.80 12.81 1.88 2.19 5.95 6.25 1.89 15 10 0.75 5 30 0.5



123

Urrestarazu (2013). The thermographies were taken the same day at 1200 HR following

the criteria of Fernández-Bregón et al. (2013) and MÖller et al. (2007).

Fig. 2. (A) Reference image of the two tomato leaves corresponding to the salinity

treatments of EC2.0 and EC2.5 (EC values of 2.0 and 2.5 dS·m–1

, respectively). (B)

Thermography corresponding to the different salinity treatments. (C) Detail of the

method for measuring the temperature in a leaflet. (D) Method applied to all of the

leaflets of each leaf. EC = electrical conductivity; AVG = average temperature

considered in a thermograph.

Infrared thermography images were obtained with a Fluke Ti32 thermal imaging

scanner (Janesville, WI) with an infrared spectrum measuring range of 7.3 to 13 mm

and a temperature range of –40 to +600 ºC. The detector allows a resolution of 320 x

240 pixels with a minimum focal length of 0.3 m and a spatial resolution of 0.01 ºC.

The thermal image processing was analyzed with the SmartView 3.2_ Researcher Pro

software (Fluke Thermography, Plymouth, MN), which allowed the determination of

mean, maximum, and minimum temperatures in a particular surface area.



124

Experimental design and statistical analysis

The experiment was conducted using a splitplot design (Little and Hill, 1978; Petersen,

1994). The main plot had salinity (EC) as the source of variation. The secondary plot

corresponded to the plot hosting the drip fertigation system (DD1 and DD4). The

number of plot and subplot blocks was four. An analysis of variance and the

corresponding separation of mean values were performed accordingly. The

mathematical treatment of the data were performed using Statgraphics Centurion®

16.1.15 and Microsoft Office 2010 (Microsoft Inc., Redmond, WA). The experimental

unit consisted of three coir grow bags. Each bag contained three plants fertigated with

three dripper outlets with a nominal flow rate of 3L·h–1

. A simple Student’s t test was

used to calculate the mean separation of temperature values obtained from the

thermography imaging data.

Results and Discussion

Effect on total crop productivity

Table 2 shows the treatment data arranged per total productivity, commercial value, and

size. In the total crop yield and total commercial value, no significant differences were

observed for the following treatments: salinity and type of drip manifold (DD) used to

distribute the nutrient solution. An increased production in the lower salinity (EC)

treatment was not found compared with the higher salinity (EC 2.5) treatment described

in the literature (Hoffman, 1985; Jobes et al., 1981; Maas and Hoffman, 1977;

Sonneveld, 2004a; Sonneveld and Voogt, 2009).



125

Table 2. Total tomato crop yield (kg. m2) arranged according to size and electrical

conductivity (EC) of the nutrient solution and fertigation supply with one and four drip

manifolds.

EC=2,0 dS∙m-1

EC=2,5 dS∙m-1

Nº of outlet drip manifolds Nº of outlet drip manifolds

Size(z)

1 4 1 4

M (57-67 mm) 0,65 b 1,03 a 0,91 ab 1,01 a

MM (47-57 mm) 3,69 ab 4,18 a 3,10 b 3,50 ab

MMM (40-47 mm) 2,03 a 1,70 bc 1,94 ab 1,65 c

P (35-40 mm) 1,83 a 1,50 c 1,76 ab 1,71 b

Noncommercial (< 35

mm)

0,75 c 0,82 bc 0,97 b 1,12 a

Total commercial 8,20 a 8,22 a 7,72 a 7,87 a

Total 8,96 a 9,05 a 8,69 a 9,00 a

Different letters between columns indicate significant differences at P ≤ 0.05. zSource: DO (2000).

It is well known that grafting contributes to increased plant vigor and greater tolerance

to diseases (Miguel et al., 2004), salinity and water stress (e.g., Fernández-García et al.,

2002; Lee, 1994; Lee and Oda, 2003; Schwarz et al., 2010). Therefore, grafting may

have helped to prevent the loss of total production of the tomato crop.

Effect on the distribution of fruit sizes

Tomato fruit size was significantly affected by both the salinity and nutrient solution

distribution system (DD) (Fig. 3). The nutrient solution with a lower EC value (EC)

produced a statistically significant (P≤ 0.05) higher proportion of larger fruits (size MM;

16%) and a lower proportion of the smaller fruit size (P; 5%) and noncommercial size

(34%). Because larger sizes tend to have a higher market value, the EC increase from 2

to 2.5 dS·m–1

resulted in a loss of market value. These results were consistent with those

obtained in a large number of studies, in which an increase in salinity has been reported

to cause a reduction in mean fruit weight (Hayward and Long, 1943; Ho and Adams,

1995).



126

Fig. 4. Effect of the electrical conductivity (EC) (dS·m

–1) of the nutrient solution,

namely, 2.0 (EC2.0; dashed line) and 2.5 (EC2.5 solid line) and the distribution of the

nutrient solution with one (DD1; solid line) and four (DD4; solid line) dripper outlets on

tomato plant production size (kg/m2) according to equatorial diameter and total

commercial size. * and NS indicate significant differences in the analysis of variance at P

≤ 0.05 and nonsignificant, respectively.

Similarly, increasing the number of drip outlets of the nutrient solution from one (DD1)

to four (DD4) produced a variation in the distribution of the tomato fruit sizes. The

Mand MMsizes increased significantly (P ≤0.05) by an average of 30% and 13%,

respectively. Moreover, the smaller sizes, namely MMM and P, decreased by 16% and

11%, respectively. Consequently, a better fertigation distribution system in the culture

unit improved the production, as occurred with the lower saline treatment. These results

were similar to those published by Robinson (1994), who reported productivity

1

2

3

4

5

6

7

8

0.6

1.6

2.6

3.6

ns * ns * * ns

1

2

3

4

5

6

7

8

0.6

1.6

2.6

3.6

M (57-67 mm)

MM (47-57 mm)

MMM (40-47 mm)

P (35-40 mm)

No comercial (< 35 mm)

TOTAL COMERCIAL

* * * * ns ns

CE2,0 CE2,5

CE2

.0

CE2.

5

DD4 DD1

TOTAL

COMMERCIAL



127

improvements when nutrients are properly distributed. Similar results have also been

reported by Sonneveld and de Kreij (1999) and Sonneveld and Voogt (1990) about

production of cucumber and tomato, respectively.

The use of grafted plants did not prevent a loss of large tomatoes in favor of smaller

tomatoes. Therefore, the vigor effect described for grafted plants was not positively

expressed in the size distribution.

Effect on the production quality parameters

Table 3 shows some quality parameters of tomato fruits. The different treatments did

not show significant differences in the evaluated fruit quality parameters, except for the

total soluble solids in the treatments that decreased with increasing distribution of

nutrient solution. An increase in salinity values has been related to a significant increase

in the percentage of dry matter, acidity, total soluble solids (ºBrix), and fruit osmotic

concentration (Hayward and Long, 1943). However, in the present experiment, such a

significant increase was not observed, which may have been the result of the following

reasons: 1) the small increase of EC that was considered; 2) the tolerant behavior of

tomato compared with other horticultural crops, as previously described in pioneer

studies (Maas and Hoffman, 1977); and 3) the potential contribution of the vigor

provided by the rootstock against salinity (Lee and Oda, 2003). The higher stress caused

by a worse distribution of fertigation (DD4 vs. DD1) could justify the increased value of

total soluble solids. These results agreed with the idea suggested in the recent review by

Rouphael et al. (2010) on the effect of grafting on fruiting vegetables. These authors

indicated that further research is needed to gain insight into the role that the grafts play

on fruit quality.



128

Table 3. Some parameters of tomato fruits according to the different electrical

conductivity (EC) values of the nutrient solution and fertigation system used (one and

four outlet drip manifolds).

EC dS∙m-1

Nº of outlet drip manifolds

2.0 2.5 1 4

pH 4.21 4.27 ns 4.24 4.24 ns

EC 4.38 4.44 ns 4.43 4.39 ns

Total soluble solid (° Brix) 4.92 5.08 ns 5.11 4.89 *

Dry matter (%) 7.08 7.25 ns 7.20 7.13 ns

*Statistically significant differences between treatments at P ≤ 0.05; NS =

nonsignificant.

Effect on the economic balance.

Table 4 shows the partial economic balance regarding the investment costs required

depending on the selection of the DD1 fertigation distribution system with respect to the

DD4 system. Only the revenues from the large tomatoes, which are those with greater

commercial value, were considered. The differential value of a single year’s tomato

crop (0.30 €/m2/crop) would have offset the higher initial investment (from 0.45)

€/m2/year) representing the DD4 system with respect to the DD1 system.



129

zBased on average prices of two trading houses and the recommended average

replacement time of drippers (10 years). yBased on average prices received by farmers in agricultural cooperatives for the same

culture dates. Source: H y hortalizas de Almería (2013) [Fruits and vegetables of

Almería (2013)]. xSource: DO (2000).

Table 5 shows the partial economic balance regarding the economic cost involved in

fertigation with a solution that has an EC value of 2.0 dS·m–1

with respect to that

performed with a solution that has an EC value of 2.5 dS·m–1

. These results showed a

farmer’s loss of income of 0.41 €/m2 (8.5%) with a higher proportion of expenditure on

fertilizers (0.41 €/m2) if the fertigation was performed with an EC solution.

Consequently, as a function of the value of the fertilizers and the tomato market value

on the basis of size, an extra value of 0.82 €/m was obtained with the EC 2.0 option

compared with the EC 2.5 option. However, the farmer sometimes chose this

disadvantageous option for some of the following reasons: 1) to maintain an adequate

harvest index by a moderate saline stress (maintaining an appropriate balance between

the proportion of the vegetative and reproductive phase of the tomato); 2) to avoid

increased susceptibility to plant healthproblems; 3) to increase the lifetime of

postharvest (Mizrahi, 1982; Mizrahi et al., 1988); and/or 4) to increase or improve the

quality parameters (total soluble solids and acidity) as well as to increase products that

Table 4. Economic balance based on usage of one (DD1) or four (DD4) outlet drip

manifolds for each distribution system for tomato cultures grafted in coir bags

considering only the yield and income generated by the production of larger tomatoes.

Yield Dripper price(z)

Tomato Income

kg∙m-

2∙culture

-1

€∙m-2

∙year-1

price(y)

€∙m-2

∙culture-1

Size(x)

DD1 DD4 DD1 DD4 €∙kg-1

DD1 DD4

M (57-67 mm) 0.78 1.03 0.12 0.42 1.12 0.87 1.15

MM (47-57 mm) 3.40 3.84 0.12 0.42 0.81 2.75 3.11

MMM (40-47 mm) 1.99 1.68 0.12 0.42 0.60 1.19 1.01

Total 6.17 6.55 4.82 5.27

Difference DD4 –

DD1

0.38 0.30 0.45



130

enhance the flavor or health beneficial nutrients (Cuartero et al., 1996; Rouphael et al.,

2010; Sharaf and Hobson, 1986).

Table 2. Economic balance based on nutrient solution selection (NS) with electrical

conductivity (EC) values of 2.0 dS·m–1

(EC2.0) and 2.5 dS·m–1

(EC2.5) for tomato

cultures grafted in coir bags considering only the yield and income generated by the

production of larger tomatoes.

yield Price NS(z) Price Income

kg m-2 culture-1 €∙m-2∙culture-1 tomato(y) €∙m-2∙culture-1

Size(x) CE2 CE2.5 CE2 CE2.5 €∙kg-1 CE2 CE2.5

M (57-67 mm) 0.84 0.96 0.69 1.10 1.12 0.94 1.08

MM (47-57 mm) 3.93 3.30 0.69 1.10 0.81 3.18 2.67

MMM (40-47 mm) 1.86 1.79 0.69 1.10 0.60 1.11 1.07

Total 6.63 6.05 5.23 4.82

Difference EC2–EC2.5 -0.58 -0.41 -0.41

zBased on the prices of each liter of the nutrient solution and the volume of the culture

cycle used. yBased on average prices earned by farmers in the agricultural cooperatives for the same

culture dates and area. Source: Frutas y Hortalizas de Almería (2013) [Fruits and

vegetables of Almería (2013)]. xSource: DO (2000).

In both conditions, choosing DD1 over DD4 and/or EC 2.5 over EC 2.0, there is an

implied economic loss to the farmer. In both cases, the proportion of this loss depends

on the difference in the market value of large tomatoes compared with smaller tomatoes

with this difference being generally higher in North American markets compared with

European markets. However, despite causing substantial economic loss in commercial

farms that choose the EC 2.5 option over EC 2.0, it is a common practice.

Role of thermography.

The average temperatures measured on leaves treated with solutions with different EC

values are shownin Figure 4. This small difference of transpiration vs increment

moderate increase EC of nutrient solution was sufficient to be captured, measured, and

analyzed by thermography through adequate software. Although the temperature



131

differences were small (less than 1 ºC; ≈2%), the lowest recorded temperatures were

significantly correlated with the treatment with the lowest EC value (P ≤ 0.001). This

method is based on an adequate measure of only an appropriate leaf fraction under

similar environmental conditions (Fernández-Bregoón et al., 2013; Urrestarazu, 2013)

avoiding the disadvantages when 1) infrared thermography measures include other

surfaces different from the desired area with consequent errors in estimated temperature

(Jones et al., 2002; Moran et al., 1994); or 2) measuring the temperature of a single

point on a leaf. These correlations and results were similar to that found by Oerke et al.

(2006) in melons or by Urrestarazu (2013) in ornamental plants. Therefore, if

thermography is properly handled, it can serve as a simple, rustic, nondestructive, and

useful remote sensing tool for diagnosing a limiting factor such as poor transpiration

resulting from a possible saline or water stress condition. Consequently, thermography

could be incorporated into a remote sensing network for the control and monitoring of

horticultural crops, as suggested by Álvaro et al. (2011) and Fernández-Bregón et al.

(2012).

Fig. 4. Average temperature of tomato crop leaves with nutrient solution treatments

with electrical conductivity (EC) values of 2.0 and 2.5 dS.m

-1 , respectively (average

data of all three leaflets per treatment). Average temperatures measured by

thermography of a 3 to 5 cm2 surface area of each leaflet and leaf.



132

Conclusion

A moderate increase in EC (from 2.0 to 2.5 dS·m–1

) of nutrient solution did not exert a

significant effect on crop yield in a grafted tomato crop or on fruit quality parameters

(total soluble solids, dry weight content, or osmotic concentration of tomato juice).

However, the effect of increase EC was reflected in the distribution of tomato sizes by

significantly lowering the production of large tomatoes by 14% compared with smaller

tomatoes.

A better distribution, four-outlet drip manifold in comparison with a one-outlet drip

manifold of the nutrient solution on the culture unit did not improve the performance or

the fruit quality parameters (total solids, soluble dry weight content, or osmotic

concentration of tomato juice), but it significantly improved the percentage of larger

fruits by more than 20%.

Distribution improvement and optimal EC in the nutrient solution increased the

profitability of the crop because larger fruits have a higher market value.

Thermography may constitute a robust, fast, and non-destructive remote sensing tool for

diagnosing a moderate salinity condition.

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139

Chapter 3. Contribution of thermal imaging to fertigation in soilless

culture



140

ABSTRACT Thermography is a tool used in many scientific disciplines,

including agriculture. This paper describes the application of thermography as a rapid

diagnostic method of adequate watering. Two experiments were conducted. In

experiment 1, Philodendron erubescens and Anthurium andraeum were transplanted to

pots in a greenhouse in Almeria (Spain). The vegetative growth parameters of these

plants were measured. In experiment 2, two areas of vegetative cover were established

on green walls: one with a combination of aromatic plants and another with ornamental

indoor plants. The thermographic images were recorded using a compact infrared

camera, which had a spectral infrared range of 7.3-13 µm, microbolometer of 320 240

pixels, and the spatial resolution was 0.01 ºC at 30 ºC. Three irrigation treatments were

applied in both experiments, consisting of a control treatment (CT), a deficit irrigation

(1/3 less volume, DI) treatment, and an excess irrigation (1/3 greater volume, EI)

treatment. In both experiments, the sample temperatures were recorded by

thermography for each irrigation treatment. In experiment 1, the vegetative growth

parameters were greater under CT than under DI or EI. The data of the reference

thermographs over the leaves of the potted plants were significantly correlated with the

superior growth parameters under the optimal irrigation treatment. A continuous

vegetative canopy was formed on both of the green walls in Experiment 2, and the

average temperatures were correlated with the irrigation treatments in this experiment.

The temperatures reflected in the reference thermographs allowed for the determination

of the most appropriate irrigation treatment. These results suggest that thermography

can be a useful method to provide an early diagnosis of water stress in potted plants and

green walls.

Keywords green wall thermography thermometry sensor techniques fertigation

noninvasive monitoring



141

Introduction

Infrared thermography is used in many fields of science [1] and technology [2],

including agriculture and horticulture [3-8] and plant physiology [9, 10]. The

technology can be utilized specifically to monitor the efficiency of water resource use

for both field applications [11] and potted plants in a soilless culture [12, 13]. The leaf

temperature of plants is the result of both external and internal (physiological) factors. A

correlation exists between leaf temperature and water status, as water is the primary

source of infrared absorption in plant tissue [14]. The relationship between leaf

transpiration and crop water stress is well-established [15]. Transpiration is regulated by

a stomatal feedback control mechanism, which is in turn influenced by water deficits

[12, 16]; due to the negative correlation between transpiration rate and leaf temperature,

digital infrared thermography allows for the non-invasive monitoring and indirect

visualization of potential stress. Several previous studies have employed digital infrared

thermography in horticulture for disease control [17-22], but relatively few studies have

proposed the use of thermography for the early diagnosis of issues with a fertigation

distribution system [12], water stress [8], or salt tolerance in crops [13, 23].

A real need exists for sensitive, easy, economic, and robust techniques for the

detection of water and other plant stresses, especially before these stresses manifest as

crop damage.

The present work investigates the potential of infrared thermography as a tool for

fertigation. The study evaluates the capability of infrared thermography as an early,

rapid, and simple method for diagnosing the volume of fertigation by soilless culture

under pot and green wall conditions.



142


Experiment 1

Crop

The experiment started on 25 February 2013 in a greenhouse at the University of

Almeria (Almeria, Spain). Seedlings (65 days old) of philodendron (Philodendron

erubescens K. Koch & Augustin cv. Imperial red) and anthurium (Anthurium

andraeanum Linden Ex André) were transplanted to 0.5 L pots filled with a mixture of

peat and coir fiber (1:2 vol:vol). Each pot (crop unit) was fertigated with a standard

nutrient solution [24] for 90 days to anthurium and syngonium, using a self-

compensating, non-draining dripper with a flow rate of either 2, 3, or 4 L h-1

. For all

treatments, new fertigation was supplied whenever a pot had absorbed between 10 and

20% of the easily available water, as determined from the control treatment [25, 26].

The flow rate of the control treatment (CT) was 3 L h-1

, while the flow rate for the

deficient irrigation (DI) treatment was 2 L h-1

, with a fertigation volume 1/3 less than

the CT. The flow rate for the excess irrigation (EI) treatment was 4 L h-1

, with a

fertigation volume 1/3 more than the CT.

Thermometric measures

The thermographic images were recorded using a compact infrared camera, the

Fluke® Ti32 Thermal Imaging Scanner (Janesville, WI, USA), which has a spectral

infrared range of 7.3-13 µm, a temperature range of –40 to +600 ºC, and an accuracy of

2%. The detector was a focal plane array (an uncooled microbolometer of 320 240

pixels), and the field of view was 20º, with a minimal focus distance of 0.3 m. The

spatial resolution was 0.01 ºC at 30 ºC. The emissivity was 0.95. The thermal

measurements were obtained at midday according to the methods of Inagaki and Nachit

[5] and Fernández-Bregón et al. [12]. The measurements were taken from leaves on half

of the stem at a constant, predetermined orientation and position in the plant (Fig. 1D)



143

from an approximately 3 - 5 cm2

area, in agreement with the criteria of Urrestarazu [13]

(Fig. 1B). The lens was perpendicular to leave surface. A thermographic image was

taken from each plant in each of the three treatments at the same time (Fig. 1-4).

Fig. 1 A is a thermograph of the three irrigation volumes, where CT is the control, DI

has 1/3 less irrigation, and EI has 1/3 more irrigation. Dripper irrigation occurs at flow

rates of 2, 3 and 4 L h-1

, respectively, in each pot. B. Thermographic measurement of

the average (Avg), minimum (Min) and maximum (Max) temperatures of a

representative leaf area. C. Thermographic data of a pot with the same irrigation

volume. D is the reference photograph

Thermometric analysis

The camera used in this study is supported by the software package SmartView

3.2™ Researcher Pro (Fluke Thermography, Plymouth, MN, USA) and a Microsoft

Windows XP platform, which offers analytical functions including point temperatures,



144

profiles, histograms, isotherms, and the determination of the maximum temperature in

the image (Fig. 1-4).

Growth parameters

Ninety days after the transplant, the plants from each treatment and repetition were

divided into roots, stems, and leaves. After the measurement of the fresh mass for each

portion, the dry mass of the roots, stems and leaves were determined after drying at 85

ºC until reaching a constant mass (Table 1).


Four replicates were used for each measurement and treatment. The experiment was

conducted using a completely randomized design with 8 pots in replicates for each

treatment.

A Tukey’s multiple range test at P ≤ 0.05 was used to differentiate the means.

The experimental design and data analysis were based on the procedure described by

Little and Hills [27]. A Statgraphics R_Plus 5.0 statistical package was used to process

the data [28].

Experiment 2

A second experiment conducted on a green wall under similar conditions in relation to

thermal measurement system and stadistical processing of the data as experiment 1. The

experiment was conducted at the University of Almeria (Almeria, Spain). A wall 2.5 m

high and 3.5 m long was built with concrete blocks. Each block was made of precast

concrete and measured 200 mm high by 190 mm wide by 400 mm long.

Green wall

Two types of vegetative cover were established on the concrete block wall: an aromatic

plant cover on the south face and an indoor ornamental plant cover on the north face.



145

The covering consisted of modular vegetative units (CMU) measuring 600 mm long,

400 mm high, and 100 mm wide that were fastened to the concrete wall by metal

anchors, as in the methods of Urrestarazu and Burés [29] (Fig. 2).

Fig. 2 A is a reference thermograph, B is a thermograph of a vegetative wall of aromatic

plants, and C is a photograph of a wall of aromatic plants. a, b and c are the spaces that

occupy three of the cultivated modular units covering the vegetative wall; d, e and f are

the areas used to measure thermograph temperatures for each treatment (2,3 and 4 Lh-1

drippers). D is a reference thermograph where irrigation was stopped for three days in

one cultivated modular unit, bottom center (g). The numbers represent the average

temperature of the respective boxes. E is a thermograph and F is a reference photograph

of a vegetative wall of ornamental indoor plants

This experiment was conducted according to Fernández-Bregón et al. [30]. The

cultivated CMUs consisted of a combination of 6 or 10 species of aromatic and indoor

plants, respectively.

Indoor plants:

- Philodendron erubescens K.Koch & Augustin cv. Imperial red

- Ficus benjamina L. cv. Exotica

- Nephrolepis cordata Hort.



146

- Nephrolepis cordifolia (L.) C. Prel cv. Duffii

- Nephrolepis biserrata (Sw.) Schott. cv. Macho

- Nephrolepis exaltata (L.) Schott cv. Montana

- Nephrolepis exaltata (L.) Schott cv. Ariana

- Nephrolepis exaltata (L.) Schott cv. Teddy Junior

- Dryopteris erythrosora (D. C. Eaton) Kuntze

- Syngonium podophyllum Schott cv. Robusta

Aromatic plants:

- Helichrysum thianschanicum L.

- Salvia officinalis L.

- Lavandula angustifolia Mill.

- Lavandula stoechas L.

- Rosmarinus officinalis L.

- Thymus vulgaris L.

The plants were distributed in the CMU based on aesthetic criteria; when the plants

were fully developed, the plant cover was continuous, and it was not possible to identify

the specific position of each CMU (Fig. 2C). Therefore, when considering an area larger

than that of a CMU, the analysis included several of the species, as seen in Fig. 2B and

2C.

The CMUs were grown in a greenhouse and transported to the test location for

installation on the wall. These plants provided 100% CMU coverage and an average

canopy height of 250 mm. The CMUs were allowed to acclimate in this location for

four weeks before the thermal measurements were taken.

Each CMU on the green wall was considered as an independent fertigation

circuit for the quantification of the input (irrigation) and output (drainage) volumes [29].

The fertigation for each CMU was supplied by one non-draining dripper with a flow



147

rate of either 2, 3, or 4 L h-1, in correspondence with the treatments of experiment 1. The

treatments were vertically distributed as columns of CMUs in the middle of the green

wall (Fig. 2B), and each column of CMUs was fertigated by one dripper with a flow rate

of either 2, 3, or 4 L h-1

.

Thermometric measures

The thermographic images were recorded in a similar fashion to those of

experiment 1. The thermographs were recorded (three replicates per wall type) when

there was a continuous vegetative layer in which the CMUs could not be identified

individually (Fig. 2C and 2F). An area larger than a group of three CMUs was measured

for each treatment (Fig. 2B and 2E).

The rest of the parameters and methods were similar to those of experiment 1.


Experiment 1

Almost all of the growth parameters evaluated in the two crops were significantly

affected by the irrigation volume (Table 1). The philodendron was affected in all of its

growth parameters. The deficient irrigation (DI) treatment led to a greater than 15%

reduction in all parameters (except for stem height) compared to the control (CT).

Conversely, the excess irrigation (EI) treatment did not yield a significant difference for

the fresh and dry mass of the leaves; a lower percentage differences was observed for EI

than for DI between the fresh and dry nass of the shoot. Similar trends were also found

in the anthurium, for which plants under DI had lower growth than those under CT or EI

(except for the fresh nass of the root and the nass of the stem). However, the percentage

differences in anthurium were significantly less compared to those of the philodendron

(5 compared to 15%).



148

Within each cultivar, means with different letters are significantly different at P ≤ 0.05 by Tukey’s multiple range.

The average transpiration of a leaf is determined by its temperature [15, 31]. A thermograph of several pots (Fig. 1A, Fig. 3) with different

irrigation treatments indicated a wide range of leaf temperatures. This wide temperature range was maintained even when measured on various

leaves of the same plant under the same irrigation treatment (Fig. 1C). However, temperature is closely correlated with the state of available water

from the pot when comparing equally developed leaves with the same spatial orientation towards incident radiation on the same plant [12, 13]. The

thermographs of the philodendron (Fig. 3, Fig. 4A) and the anthurium (Fig. 1B, Fig. 4B) recorded the lower temperature for the highest

transpiration rate, when the irrigation treatment was most appropriate (CT vs. DI and CT vs. EI); this result is consistent with the observations of

Fernández-Bregón et al. [13]. A higher growth reduction between DI and CT for the philodendron, compared to the difference between CT and EI,

was also recorded by the thermograph; the temperature difference between DI and CT was approximately 10 times greater than that recorded

between CT and EI.

Table 1. Parámeters of growth (g plant-1

) as a function of the volume of applied fertigation. TT, DI, and EI its control treatment, 1/3 less, and 1/3

more irrigation, respectively.

Fresh mass Dry mass

Plant Treatment Leaf Stem Shoot Root Total Leaf Stem Shoot Root Total

Philodendron DI 7.95 b 6.93 c 14.39 b 10.92 c 25.31 c 2.67 b 2.47 a 5.04 c 1.18 b 6.22 c

TT 10.79 a 9.67 b 20.46 a 12.75 b 33.21 b 3.41 a 2.48 a 5.89 b 1.36 ab 7.25 b

EI 11.14 a 10.67 a 21.81 a 15.63 a 37.44 a 3.57 a 3.17 b 6.73 a 1.63 a 8.36 a

Anthurium DI 6.50 b 6.82 a 13.32 b 13.67 a 26.99 a 1.22 b 0.93 a 2.10 b 1.15 a 3.25 b

TT 7.14 a 6.92 a 14.06 a 12.86 a 26.92 a 1.28 b 1.03 a 2.44 a 1.12 a 3.56 a

EI 7.31 a 6.57 a 13.88 ab 12.76 a 26.64 b 1.43 a 1.13 a 2.57 a 1.37 a 3.94 a



149

Fig. 3. Thermograph corresponding to 2, 3 and 4 L h-1

irrigation flow rates in

Philodendron plants; top, left and right respectively in philodendron and syngonium.

Avg: Average temperature

Under tightly controlled transpiration conditions, such as those employed in this

experiment, the thermograph is closely correlated with the final vegetative growth

results obtained during the crop cycle. Therefore, the thermograph can be a useful tool

for the rapid, sensitive, easy, economic and robust diagnosis of water and other plant

stresses, especially before they manifest as crop damage.

This method was based on measuring only an appropriate leaf fraction under

similar environmental conditions [12, 13]; therefore, the technique avoided the errors in

estimated temperature incurred when infrared thermography includes surfaces other

than the desired area [3, 32].

Experiment 2

The thermographs of the sampled green walls are shown in Fig. 2. The

thermograph sample areas d, e and f (Fig. 2B and 2E) are approximately 1 square meter

and correspond to DI, CT, and EI, respectively. The average temperatures recorded by

the thermographs were similar to the trends shown for the same treatments in

experiment 1. However, the average differences in the temperatures between treatments

4 cm



150

compared to the control (DI vs. CT and EI vs. CT) were lower in this experiment, and

the standard error was higher (Fig. 4). The following explanations are offered for the

significant temperature variability recorded on these large vegetative cover areas:

1. Different transpiration rates were recorded for leaves of the same plant; in experiment

1, a temperature difference of up to 5% was recorded between leaves of the same

plant under the same fertigation treatment (Fig. 1C);

2. Temperature variation also exists between the stem and the leaves [13];

3. The vegetative cover includes several species, as it is composed of the sum of the

foliar surfaces of more than 75 plants (with 4 to 10 different species);

4. A temperature gradient existed in the vertical direction that is clearly reflected in the

thermographs in Fig. 1.

Fig. 3. Thermographs corresponding to 2, 3 and 4 L h-1

irrigation flow rates in

Philodendron plants; top, left and right respectively in philodendron and syngonium.

Avg: Average temperature



151

Thermal images lose some of their power as a diagnostic tool when there is

significant temperature variability in the same thermograph [3,32]. However, images of

a sufficiently large area with complete and continuous vegetative cover can detect the

average temperature variation due to different irrigation treatments. Temperature

variation can be clearly detected (Fig. 2D) by thermal images before withering is

evident, even in a smaller area of 0.34 m2 (one CMU). As a result, thermometry can also

be used on green walls to identify early water stress by non-destructive testing and

remote sensing. Similar results have been reported for the identification of the

uniformity of fertigation by infrared thermography under the soilless culture of pots [12]

and for salinity stress [13].

We suggest that this methodology or other thermal analysis and calorimetry

systems, could be used by similar applications in crop protection and horticulture.

Conclusion

The results of this work suggest that thermography may be a useful diagnostic

method for determining the adequate supply of fertigation to potted plants and aromatic

and ornamental green walls.

Acknowledgements

We would like to thank the Spanish government for its financial assistance through

FEDER AGL-2010-18391.



152

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157

Chapter 4. Effects of fertigation application duration on the pollution,

water consumption and productivity of soilless vegetable cultures

Sent to the Journal: Journal of Soil and Water Conservation

Abstract: The management of water and nutrient ions, such as nitrate, has been studied

extensively in recent decades. Increasingly efficient models have been developed for the

use of water and nutrients through the automation of fertigation techniques. The

application of a fertigation volume for a duration four times longer than applied on the

control was evaluated. In Almería (Spain), one pepper crop and two tomato crops – with

and without grafting – were grown between October 2013 and June 2014 in a soilless

system with a coir substrate. The effects on root growth, plant growth, production, and

quality were measured. The following parameters for the fertigation of the nutrient

solution and drainage were recorded: % drainage volume, electrical conductivity of the

nutrient solution, pH, and concentration of nitrates and potassium. The absorption of

potassium and nitrate, and the nitrate emissions of the drainages were estimated. The

results showed an increase in the root volume and an improved distribution in the

cultivation unit for the treatment application in the pepper crop. Slowing the applied

fertigation improved the absorption of water and nitrates, and the production in the

ungrafted tomato and pepper crops, while the grafted tomato crop was not affected.

Nitrate emissions were lower in the evaluated treatment of the pepper, and ungrafted

tomato crops. The fruit quality parameters were not affected.

Keywords: grafted tomato—sweet pepper—nitrate emission—electrical conductivity—

water uptake—irrigation time—irrigation flow rate



158

It is estimated that in the Spanish Southeast, there is a soilless surface of

approximately 5,500 ha (13,590.80 acres), (Urrestarazu 2013) that consumes

approximately 500 to 700 L (109.98 to 153.98 gal) of water per square meter each year.

Water use in soilless culture (Massa et al., 2010; Parry et al., 2005) and its efficiency in

production (Patané et al., 2011), the absorption of nutrient ions, such as nitrate and

potassium (Cornillon and Fellahi 1993; Topcu et al., 2007), and the pollution of

nutrients released into the environment, especially that of nitrates (e.g., Gallardo et al.,

2009; Min et al., 2012; Thompson et al., 2013; Urrestarazu et al., 2008a), are widely

studied. In recent decades, many studies have been conducted to improve fertigation

methods for the automation of fertigation systems in soilless cultures (e.g., Cáceres et

al., 2007; Rodríguez et al., 2015; Steidle et al., 2014). Fertigation methods and their

automation are based on the following: (1) the fertigation frequency (f), (2) the

provision of applied volume in every new fertigation (AV), (3) the rate of water

consumption by the crop, which is a function of the daily primary absorption by the

plants, (4) the characteristics of the substrate used, and (5) the fertigation elements used

for the supply of nutrient solutions (Urrestarazu 2004). A large number of these

fertigation methods are based on each new irrigation process being performed when

10% of the easily available water in the substrate has been exhausted plus the volume

necessary to produce between 15% and 25% of the drainage (Volume A, mL m-2

),

which is the leaching fraction (LF) (e.g., Rodríguez et al., 2015). The leaching fraction

usually varies between 0.15 and 0.25, depending on the water quality expressed by the

salinity (e.g., Urrestarazu 2004; Urrestarazu et al., 2005; Urrestarazu et al., 2008b). The

amount provided in each fertigation (AV, mL m-2

) is equal to A + LF.

AV = A + LF

The number (n) of fertigation applications per unit time is the fertigation

frequency (f), which in turn depends on the fertigation demand that the crop requires.




159

The time (t, in min) required to supply the AV amount (volume delivered per unit area,

mL m-2

) will depend on the available fertigation system and is variable; it is a

predetermined value in all fertigation applications. We will consider ti the time in

minutes between two consecutive irrigations. The time at which the fertigation

infrastructure supplies an AV volume is t, while in this study, a device was determined

that transforms t to a value that is four times greater (td, in min).

td = 4 * t.

The time td must be less than ti for the supply of fertigation to be equal in both

treatments and to not overlap.

The values of electrical conductivity (EC), pH, and leaching fraction LF in

fertigation drainages are frequently used parameters for the practical control of soilless

systems (e.g., Hayward and Long, 1943; Gorbe and Calatayud, 2010; Urrestarazu et al.,

2008b).

No information is available on the effect of the time of application of a

fertigation volume given to a crop compared to the standard time of a fertigation based

on the elements used in each fertigation installation, i.e., the emission duration to

deliver the AV volume. This would not change the delivered volume but would affect

the time that the roots are subject to a lower matric potential for a given time and, thus,

the energy required for water absorption.

Of note, the improvement of the spatial distribution of fertigation in the

cultivation unit in turn improves the production (Morales and Urrestarazu 2013). This

increase in production is due to better utilisation of the substrate unit volume causing

improved availability of water and nutrients (Robinson 1994), which results in increased

root growth. By occupying a greater volume, the roots can access better

physicochemical conditions that are distributed unevenly, depending on the fertigation

method (De Rijk and Schrevens 1998; Sonneveld and Voogt 1990).





160

The aim of the present study was to evaluate the effect of time on the application

of a fertigation volume on the parameters of fertigation, water consumption, emission of

pollutants, root distribution, and production of a pepper and tomato crop in a soilless

culture system.

Abbreviations and concepts used

AV = Volume (mL) delivered in each fertigation.

A = Volume consumed (mL m-2

) by the crop that corresponds to 10% of the readily

available water consumed by the crop and must be replaced in cultivation units.

LF = Proposed leaching fraction. Generally varies between 0.1 and 0.5.

n = Number of fertigation applications.

f = Frequency of fertigation applications. Number of fertigation applications per

unit time.

t = Time (in min) that a required applied volume (AV) lasts for a given system.

ti = Time (in min) elapsed between the start of two consecutive irrigations.

td = Time added to t (min) by interposing a device that reduces the flow (four times)

the system issues; it is placed between the drip emitter and the cultivation unit.

EC = Electrical conductivity of the nutrient solution.


Three independent experiments were conducted.

Experiment 1

The pepper cultivation was performed at the facilities of the University of Almeria

(Spain) in a thermic plastic greenhouse (200 µm thick). The culture conditions are

shown in table 1.



161

Treatment

The control treatment (T0) consisted of a standard fertigation lasting 5 min with

self-compensating drippers and 3 L h-1

(0.66 gal h-1

) anti-drain valves. The evaluated

treatment (T1) consisted of a simple container with a labyrinthine output similar to

those used in multiple manifolds from a dripper (Morales et al., 2014) that increased the

time during which fertigation was incorporated into the cultivation unit by four times

(figure 1).

Figure 1. Fertigation hydrograph. The solid blue line is the control treatment (T0). The

dashed red line is the evaluated treatment (T1), which extended the fertigation duration

by four times. Right Bars indicate total volume of fertigation to each watering.

Fertigation conditions and fertigation sampling

For each treatment, one fertigation control was established consisting of a control

dripper and a drain pan that served as points of measurement for the monitoring of the

supplied fertigation and its absorption response. In these locations, the volume of the

nutrient solution and the pH, and EC of the fertigation input and the drainage were

measured on a daily basis. These feedback data supplied the fertigation scheduling

program. An automatic system to measure the volume of drainage was used, as reported

by Rodríguez et al. (2015).

50

100

150

200

250

0

10

20

30

40

50

60

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

mL

wa

teri

ng

-1 d

rip

per

-1

mL

min

ute

-1 d

rip

per

-1

Minute

T0



162

Each new irrigation process was performed when 10% of the readily available

water in the substrate had been exhausted plus the volume necessary to produce

between 15% and 25% of the drainage (Urrestarazu 2004; Urrestarazu et al., 2005,

2008a). The duration of each irrigation process was selected by adjusting the volume to

be supplied to each cultivation unit depending on the substrate water release curve

obtained of the substrate (Morales and Urrestarazu 2013). The cultivation unit was a

Pelemix GB1002410 coir grow bag (100 x 25 x 10 cm, L x H x W), (39.37 x 9.84 x

3.93 in, L x H x W) with a cultivation volume of 25 L (5.5 gal). The nutrient solution

used was recommended by Sonneveld and Straver (1994). Three drippers were used per

cultivation unit.

The nitrate and potassium content in the drainage was measured weekly by ion

chromatography (Urrestarazu et al., 2008b). With the concentration and volume of the

drained fertigation, the absorption of nitrates, and potassium was quantified in mmol m-2

and their emissions were quantified in g m-2

.

During the first month of cultivation, the nitrate and potassium content of the

drainages from daily fertigation were continuously monitored. The data are shown in

figure 2.



163

Figure 2. Nitrate (top) and potassium (bottom) content in the drainages of the pepper

crop. The solid blue line is the control treatment (T0). The dashed red line is the

evaluated treatment (T1), which extended the fertigation duration by four times. Right

Bars indicate mean values.

Vegetative growth and harvest sampling

From the beginning of the harvest, the culture was sampled weekly. From each

harvest, a subsample of three pepper fruits was used to make a homogenised solution to

measure the total soluble solids (expressed as ºBrix), which were measured with a

digital hand-held refractometer (manufactured for Atago PAL-1). After the peppers

were dried in a forced air oven at 85°C (185ºF) for 72 h, the dry matter mass was

obtained by weighing three peppers to an accuracy of 0.01 g (2.2X10-5

lb).

For each treatment, at the end of cultivation, four complete cultivation units per

treatment were sampled. The fresh weights of the roots, stem, and leaves for each

cultivation unit were measured. Subsequently, the dry weights were quantified for each

0

100

200

300

400

500

600

700

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 10 20 30 40 50 60

mg

L-1

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 10 20 30 40 50 60

mg

L-1

Minute T0 T1

T0

T1



164

sample using the same procedure as for the fruits.

Furthermore, to calculate the harvest index during deleafing for pruning formation

and tutored management, the dry and fresh weights of the discarded plant material were

quantified. The harvest index was calculated by dividing the dry fruit weight by the dry

weight of the whole plant.

Consistent sampling was performed from the roots of the bags of each treatment

to extract a cylinder of 3.5 cm (1.38 in) diameter and 20 cm (7.87 in) long perpendicular

to the cultivation unit and at 3 cm from the last location of the pick of the dripper. This

substrate volume was divided into three sections depending on the depth of the

container (figure 3). These measurements were performed in duplicate. The separation

of the roots from the substrate was manually performed, aided by the colour difference

between the substrate and the root. Only roots with diameters less than 1 mm were

considered. The root surface area was measured using our image analysis program,

expressing the results in cm2

of the roots, with cm-3

of the substrate as an uptake unit

from root.

Figure 3. Sampling distribution scheme of the roots in a pepper crop as a function of

the position of drippers and drainage points in the cultivation unit.



165

Experiment 2

The harvest of individual fruits was performed on a weekly basis for tomatoes in

the state of maturity corresponding to a uniform red colour of the tomato skin. The

tomatoes were sized according to their equatorial diameter and the prevailing

commercial fruit category (DO 2000).

In the samples of the tomato fruits, the juice pH and EC were also measured.

The other culture parameters were the same as experiment 1. Sampling of the

roots was not considered.

Experiment 3

Experiment 3 was similar to experiments 1 and 2, but the application period of the

treatment lasted only two months during the period of full production (table 1).

For this experiment 2 and 3 vegetative growth did not recorded.

Table 1. Experimental crop parameters.

Date

Experiment Crop Plant m-2

Transplant Start harvest Final crop

1

Sweet pepper cv. Padua

F1 2 10/14/2013 01/10/2014 05/16/2014

2 Tomato cv. Zynac F1

rootstock with graft

Maxifort 1 02/18/2014 04/22/2014 05/26/2014

3 Tomato cv. Caniles F1 1.8 08/20/2013 02/05/2014* 04/01/2014

Note: *Also indicates the date that the treatment was applied for this experiment.


The experiments were all conducted using a split-plot design (Little and Hill

1987; Petersen 1994) with four plot blocks. Analysis of variance and the corresponding



166

separation of mean values were performed accordingly. The mathematical treatment of

the data was performed using Statgraphics Centurion® 16.1.15 and Microsoft Office

2010. The experimental unit consisted of three coir grow bags. Student’s t-test was used

to calculate the mean separation of the values obtained from the treatment.


Effect on water consumption, other fertigation parameters and polluting

emissions to the environment

Figure 4 shows drainage hydrographs of experiments 1 and 2. In both cases, there

was delayed output of drainages from the evaluated treatment relative to the control.

However, for the peppers, the hydrographs of both treatments lasted a similar time,

while for the tomatoes, the drainage time of the control was much lower.



167

Figure 4. Fertigation drainage hydrographs. The solid blue line is the control treatment

(T0). The dashed red line is the evaluated treatment (T1), which extended the duration

of the fertigation by four times. The mean values obtained by averaging 4 different

drainages during the first month at different dates of pepper (top) and grafted tomato

(bottom) cultivation.

Figure 2 shows the nitrate and potassium contents of the drainages of the pepper

crop; a much lower proportion for both was observed in T1. The concentration

distribution was very similar throughout the drainage, suggesting that any samples taken

diagnose the nutritional status of the crop.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0

20

40

60

80

100

120

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

mL

w

ate

rin

g c

ult

ure

ba

g-1

mL

c

ult

ure

ba

g-1

0

50

100

150

200

250

300

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

mL

w

ate

rin

g c

ult

ure

ba

g-1

mL

cu

ltu

re b

ag

-1

Minute

T0

T1

T0 T1



168

Table 2 shows the most significant parameters for controlling fertigation: the % drained volume and the pH, and EC of the nutrient

solution. In absolute values, they were similar to those recorded by Urrestarazu et al. (2008b) in similar circumstances in soilless culture in rock

wool and coir. No significant differences were observed, excep for the drainage percentage in the pepper crop, where a lower value was recorded

for the treatment that quadrupled the time during which fertigation was delivered.

Table 2. Absorption and release of a nutrient solution into the environment of the coir culture as a function of the time used to provide the same

volume of fertigation.

Uptake Emission

Drainage (%) pH EC (dS·m–1) Water (L·m-2) NO3- (mol·m-2) K+ (mol·m-2) NO3

- (g·m-2)

Experim

ent T0 T1 T0 T1 T0 T1 T0 T1 T0 T1 T0 T1 T0 T1

1. Sweet

pepper 43.26 39.01* 7.16 7.26ns 3.29 3.30ns 361.14 388.12* 4.51 4.76* 1.76 1.96* 99.23 83.78*

2. Grafted

tomato 14.61 12.56ns 7.46 7.27ns 3.91 4.09ns 126.90 127.57ns 0.90 0.90ns 0.52 0.52ns 7.08 6.83ns

3. Ungrafted

tomato 60.38 58.01ns 7.39 7.55ns 3.60 3.77ns 60.26 65.02* 0.30 0.36* 0.37 0.28* 72.72 69.02**

Notes: T0 = control treatment, T1 = quadrupled delivery time of fertigation to the cultivation unit. *, **, and ns mean significant differences at

P ≤ 0.05 and P ≤ 0.01 and differences that are not significant, respectively.



169

Increased water absorptions of 7% and 8% were recorded for the pepper and

ungrafted tomato crops, respectively, favouring treatment T1. These data can be

justified by the fact that a lower matric potential is maintained in the substrate for a

longer period of time, and consequently, a lower suction pressure is required to absorb

water. In experiment 2 (grafted tomato), increased water absorption was not recorded.

This is most likely due to the vigour of the rootstock (e.g., Fernández-García et al.,

2002; Lee 1994; Lee and Oda 2003; Schwarz et al., 2010), which may offset the benefit

of absorbing water at lower suction pressures (Urrestarazu et al., 2008a).

Nitrate uptake had a very similar trend to that of water, increasing by 7% and 20%

in treatment T1 for the pepper and ungrafted tomato crops, respectively. Potassium had

no clear behaviour for treatment T1. For the ungrafted tomato crop, it was reduced by

11%; however, it had no significant effect for the grafted tomato crop.

Nitrate emission into the environment was markedly reduced by 16% and 5% in

the pepper and ungrafted tomato crops, respectively. The effect of the treatment on the

grafted tomato was not significant.

These results are consistent with the known facts that improving the root

conditions improves the absorption of water and nutrient ions (such as nitrates and

potassium), as reported for the soilless tomato culture when improving the temperature

of the roots (e.g., Cornillon and Fellahi 1993; Urrestarazu et al., 2008b) or the

oxygenation (e.g., Ityel et al., 2014; Urrestarazu and Mazuela 2005).

Effect on the distribution of roots and vegetative growth

The importance of the quantity and distribution of the roots inside of the

cultivation unit is well known. This depends on the relative position of the drippers with

respect to drainage points and other fertigation parameters as was reported on tomato

crop (De Rijk and Schrevens 1998; Van Noordwijk and Raats 1980), such as the type of




170

substrate (rock wool vs. coir) (Cano 2001). When the proportion of roots at various

depths was measured according to the treatments used, a large significant difference

was found (figure 5). A greater root absorption surface was recorded throughout the

cultivation unit around the dripper in treatment T1. In addition, better distribution of the

root absorption surface was also recorded in the upper layers of the substrate. It has also

been demonstrated that better a distribution of fertigation from the dripper increases the

productivity of the tomato crop in coir cultivation units (Morales and Urrestarazu 2013).

Figure 5. Sweet pepper root distribution in the vertical section of a coir soilless

cultivation unit near a dripper. *, **, and ns indicate significant differences at P ≤ 0.05

and P ≤ 0.01 and differences that were not significant, respectively. The solid blue line is

the control treatment (T0). The dashed red line is the evaluated treatment (T1), which

extended the fertigation duration by four times. Bars indicate total root surface.



171

Table 3 shows the vegetative growth and harvest index of the pepper crop. The

root growth showed a significant mean increase (at P ≤ 0.01) of 15% and 20% in

treatment T1 for the fresh and dry roots, respectively. However, only the fresh shoots

were significantly affected by 5% (at P ≤ 0.05).

Table 3. Vegetative growth parameters as a function of the time taken to provide the

same volume of applied fertigation in a pepper crop (g plant-1

).

T0 T1

Root Fresh weight 148.25 175.50**

Dry weight 19.47 26.16**

Shoot Fresh weight 2475.50 2615.40*

Dry weight 252.75 245.46ns

HI 0.48 0.50ns

Notes: T0 = control treatment, T1 = quadrupled delivery time of fertigation to the

cultivation unit. *, **, and ns mean significant differences at P ≤ 0.05 and P ≤ 0.01 and

differences that are not significant, respectively. HI is the harvest index (dry fruit weight

total dry weight-1

).

Effect on production and size

Table 4 shows the production of three crops. In the pepper crop, there was a

significant increase of 11% (at P ≤ 0.01) of the number of fruits, favouring the

treatment. When treatment T1 was applied to ungrafted tomato for only two months,

there was a significant increase in both the total production (11%) and the number of

fruits (5%). These positively correlated results between higher water absorption and

higher production are well known, and data have been collected for examples in studies

such as those by Pulupol et al. (1996) in a tomato crop or by Urrestarazu and Mazuela

(2005) in melon and cucumber crops.



172

Table 4. Production and size of the fruits in the coir culture as a function of the time

taken to deliver the same volume of fertigation.

Crop Size kg·m-2

Fruit·m-2

T0 T1 T0 T1

Sweet pepper 6.05 6.22 248 276**

Grafted tomato

GG (> 82 mm) 2.91 3.02ns 9.83 9.54ns

G (67 to 82 mm) 2.31 2.10ns 13.29 12.21ns

M (57 to 67 mm) 1.01 1.01ns 8.58 8.54ns

MM (47 to 57 mm) 0.52 0.50ns 7.08 6.83ns

MMM (40 to 47 mm) 0.02 0.05** 0.54 1.33**

Total 6.78 6.68ns 39.33 38.46ns

Ungrafted tomato

M (57 to 67 mm) 0.42 0.74* 4.28 7.43*

MM (47 to 57 mm) 1.82 2.33ns 22.52 28.72ns

MMM (40 to 47 mm) 2.31 2.08* 41.78 36.15ns

Total 4.55 5.15* 68.58 72.30ns



differences that are not significant, respectively.

When applying the treatment with a slower flow rate, a significant increase in the

production and number of fruits of thicker size (M: 57 to 67 mm) (22.44 to 26.38 in)

were also found at 43% and 42%, respectively. In contrast, in the control treatment,

smaller sized fruits (MMM: 40 to 47 mm) (15.75 to 18.50 in) Increased significantly (at

P < 0.05) by 11% and 15% for the production and the number of fruits, respectively.

This increase in the production of the larger size fruits implies a significant economic

benefit for the farmers, as demonstrated by Morales and Urrestarazu (2013) in their

economic study working with coir and grafted tomato.

Of note, the production and size of the grafted tomato crop was not affected.

Therefore, the benefit of improved water and nutrient absorption caused by treatment

T1 could be offset by the vigour of the rootstock (e.g., Fernández-García et al., 2002;

Lee 1994; Lee and Oda 2003; Schwarz et al., 2010).



173

Effect on the quality of production

Table 5 shows the quality parameters of fruits of the three crops tested. Of all of

the parameters measured, only the EC of the fruits and the dry matter of the ungrafted

tomato crop showed a significant difference (5%), favouring the control treatment and

longer treatment of applied fertigation, respectively. Except for these two parameters,

all of the other measurements did not show significant differences. Similar results were

obtained by Urrestarazu and Mazuela (2005), who demonstrated that improving the

radical oxygenation benefitted the water absorption and production of melon and

cucumber crops, but no improvement in the quality parameters of the fruits was found.

Similar results were also found by Morales and Urrestarazu (2013) in a grafted tomato

crop in which the root environment was improved with a better distribution of

fertigation.

Table 5. Quality parameters of fruits in the coir culture as a function of the time taken

to deliver the same volume of fertigation.

pH EC (dS m-1

) ° Brix Dry matter (%)

Crop T0 T1 T0 T1 T0 T1 T0 T1

Sweet pepper - - - - 2.56 2.59ns 8.17 7.97ns

Grafted tomato 4.45 4.28ns 4.55 4.60ns 4.55 4.53ns 9.11 8.62ns

Ungrafted tomato 3.97 4.00ns 5.84 5.49* 5.98 5.95ns 7.01 7.30*



differences that are not significant, respectively.

Conclusions

Applying fertigation for a longer time in the pepper crop increased the root growth

by 15% and improved the distribution in the cultivation unit.

The increased duration of fertigation positively affected the water absorption by

7% in the pepper and ungrafted tomato crops.



174

When the time of fertigation application was increased, the nitrate uptake

improved by 7% and 20% for the pepper and ungrafted tomato crops, respectively. A

consequent reduction in polluting emissions by 16% and 5% was observed for these

crops.

With the slower application of the fertigation volume, the number of fruits in the

pepper crop increased by 11%, while in the tomato crop, the commercial production

improved by 13%.

The distribution of sizes was not affected in the grafted tomato crop, while in the

ungrafted crop, the longer duration of the treatment compared with the control increased

the size of 43% of the fruits, with a consequent positive impact on business profitability.

The most of quality parameters of production were not significant affected by the

treatments in any of the crops.

In the grafted tomato crop, the measured parameters were not affected by

treatment, most likely because the vigour of the grafting technique prevented the

benefits of improving the availability of fertigation from manifesting.

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