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UNIVERSIDAD DE COLIMA DOCTORADO EN CIENCIAS: ÁREA CIENCIAS AGRÍCOLAS Y
FORESTALES
SIMULACIÓN DE LA DEMANDA Y SUMINISTRO EDÁFICO DE POTASIO EN TOMATE
TESIS
QUE PARA OBTENER EL GRADO DE DOCTOR EN CIENCIAS: ÁREA CIENCIAS AGRÍCOLAS Y
FORESTALES
PRESENTA:
RUBÉN BUGARÍN MONTOYA
ASESOR:
DR. ARTURO GALVIS SPINOLA
TECOMÁN, COLIMA, MÉXICO JULIO DE 2002
UNIVERSIDAD DE COLIMA FACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICAS Y AGROPECUARIAS
OFICIO. No.295/2002.
M. C. RUBEN BUGARIN MONTOYA EGRESADO DEL PICAF PRESENTE.
Con fundamento en el dictamen emitido por el Jurado Revisor del
Colegiado del área Agrícolas y Forestales de esta Facultad a mi cargo, de sus trabajo de tesis de doctorado, y en virtud de que efectuó las correcciones y acató las sugerencias que le habían indicado los integrantes del mismo, se le autoriza la impresión de la tesis titulada "SIMULACIÓN DE LA DEMANDA Y SUMINISTRO EDAFICO DE POTASIO EN TOMATE ", misma que ha sido dirigida por el Dr. Arturo Galvis Spinola, Profesor- Investigador del Colegio de Posgraduados
Este documento reunió todas las características apropiadas como
requisito parcial para obtener el grado de Doctor en Ciencias, Area: Ciencias Agrícolas y Forestales, y fue revisado en cuanto a forma y contenido, y aprobado, por los profesores investigadores Dr. Arturo Galvis Spinola. profesor investigador del Colegio de Posgraduados, Dr. Sergio Aguilar Espinosa, Dra. María Remedios Cigales Rivero , Profesores de esta Universidad, Dr. Prometeo Sánchez García, profesor investigador del Colegio de Posgraduados y Dr. Juan Diego García Paredes, profesor investigador de la Universidad Autonoma de Nayarit.
Por la atención al presente, reciba un cordial saludo.
C.C.P. DRA. SARA G. MARTINEZ COVARRUBIAS., Directora General. de Posgrado C.C.P. DR. CARLOS E. IZQUIERDO ESPINAL., DELEGADO REGIONAL NO. 2. C.C.P. DR. ROBERTO GOMEZ AGUILAR., SECRETARIO TECNICO DEL PICAF. C.C.P. DR. ALFONSO PESCADOR RUBIO., COORDINADOR DEL PICAF. C.C.P. EXPEDIENTE CORRESPONDIENTE. C.C.P. ARCHIVO. APR/Angélica* OFICIO No. 295/2002. Km 40 Autopista Colima-Manzanillo • Tecomán, Colima, México • C.P. 28100 Tel. 01 (313) 322 94 05 • Ext. 52251 • Fax 52252 • [email protected]. mx
AGRADECIMIENTOS
Agradezco al programa Superación del Personal Académico (SUPERA-SEP) y a la
Universidad Autónoma de Nayarit por el apoyo económico para realizar mis estudios de
doctorado, así corno también a la Universidad de Colima, que a través del Programa
Interinstitucional en Ciencias Agrícolas y Forestales (PICAF) me brindó facilidades y
soporte administrativo.
Mi profunda gratitud y reconocimiento al Dr. Arturo Galvis Spinola por los años
compartidos en la investigación científica, y que gracias a su visión y talento, hizo aportes
substanciales a esta investigación permitiéndome abordar el estudio de la nutrición de los
cultivos en una forma más clara.
Se ofrece un agradecimiento especial al Dr. Prometeo Sánchez García y Dr. J. Diego
García Paredes, miembros de mi comité tutorial, por su asesoría, sus comentarios y revisión
al documento.
Agradezco al Dr. Sergio Aguilar Espinosa y Dra. María Remedios Cigales Rivero sus
atinados comentarios y observaciones que sin duda enriquecieron el escrito final.
Expreso mi gratitud a la Dra. Teresa Marcela Hernández Mendoza, por su colaboración
en los experimentos de laboratorio, estímulo y apoyo incondicional siempre que lo requerí.
También agradezco a la Lic. en Geog. María F. Mendoza Castro, su constante estímulo y
cálida amistad, que han hecho de mis estancias académicas e investigación momentos para
recordar.
Agradezco a la M. C. Rosa María Arriaga Nabor por su constante estímulo y soporte
administrativo en todo momento. También al Dr. Alfonso Pescador Rubio por todo el
apoyo administrativo recibido.
Con amor a Rocío, Eline y Adria
por ser mi fortaleza.
CONTENIDO
LISTA DE CUADROS ……………………………………………………………….… i LISTA DE FIGURAS ……………………………………………………………….… iii RESUMEN ……………………………………………….……………………………. vii SUMMARY …………………………………………………………………………... viii I. INTRODUCCIÓN ……………….……………………………….………...……… 1 II. REVISION DE LITERATURA ………………………………………………..… 4 Enfoques metodológicos para generar normas de fertilización potásica…… 4 Introducción ………………………………………………...…………….…… 4 El potasio en el crecimiento vegetal …………………….…………….…. 7 Acceso y absorción nutrimental de potasio por las plantas …….… 12 Dinámica del potasio en el suelo y su disponibilidad para las plantas …. 13 Potasio en la solución del suelo (Ks) ………………………... 15 Potasio intercambiable (Ki) …………………………………………. 17 Potasio no intercambiable (Kni) …………………………………... 20 Capacidad amortiguadora de potasio (cK) ……………………… 24 Modelos de simulación aplicados en la agricultura ………………. 30 Discusión de la revisión de literatura …………………………………….. 36 III. HIPÓTESIS Y OBJETIVOS ……………………………………………….… 40 IV. DEMANDA DE POTASIO DEL TOMATE Tipo SALADETTE ………….. 43 Resumen ……………………………………………………………………. 43 Summary …………………………………………………………………… 44 Introducción ……………………………………………………………..… 45 Materiales y Métodos ………………………………………………….. 46 Resultados y Discusión …………………………………….………… 49 Conclusiones ………………………………………………………………... 60 V. ACUMULACIÓN DIARIA DE MATERIA SECA Y DE POTASIO EN LA BIOMASA AÉREA TOTAL DE TOMATE ………………………………………………. 61 Resumen ……………………………………………………………………………….………... 61 Summary ……………………………………………………………………….. 62 Introducción ……………………………………………………………………. 63 Materiales y Métodos ……………………………………………………….. 65 Resultados y Discusión ………………………………………………………. 68 Conclusiones …………………………………………………………………..… 75 VI. CAPACIDAD AMORTIGUADORA Y CINÉTICA DE LIBERACION DE POTASIO EN EL SUELO ……………………………………………………………………………………. 77 Resumen ……………………………………………………………………… 77 Summary ……………………………………………………………………... 78 Introducción ………………………………………………………………….. 79 Materiales y Métodos ………………………………………………………… 81
Página Resultados y Discusión …………………………………………………………….. 85 Conclusiones ………………………………………………………………………….. 94 VII. VARIACION DEL SUMINISTRO EDAFICO DE POTASIO EN TOMATE …………………………………………………………………………….. 95 Resumen ……………………………………………………………………………. 95 Summary …………………………………………………………………………… 96 Introducción …………………………………………………………………….. 97 Materiales y Métodos ………………………………………………………………. 100 Desarrollo Teórico del Modelo ……………………………………………….. 100 Calibración del Modelo ……………………………………………………..… 108 Resultados y Discusión …………………………………………………………..… 111 Conclusiones ………………………………………………………………….…….. 118 VIII. DISCUSION GENERAL …………………………………………………………... 119 IX. LITERATURA CITADA ………………………………………………………………. 127
i
INDICE DE CUADROS
CAPITULO IV Cuadro Página 4.1 Efecto de la concentración de K en la solución nutritiva (Qk) sobre las variables de rendimiento de tomate var. Yaqui, cultivado en hidroponía…………………………………………………………………………… 50 4.2 Efecto de la concentración de K en la solución nutritiva (Qk = 3, 6 Y 9 meq L-1) sobre las variables de calidad de frutos (rojo-maduro) de tomate var. Yaqui, cultivado en hidroponía. Primer experimento …………………… 52 4.3. Efecto de la concentración de K en la solución nutritiva (Qk = 6, 9, 12, 15 y 18 meq L -') sobre las variables de calidad en frutos (rojo maduro) de tomate var. Yaqui, cultivado en hidroponía. Segundo experimento …………………………………………………………………………. 53 4.4 Modelos de regresión empleados para ajustar la tendencia de la acidez titulable (AT, porcentaje de ácido cítrico). grados brix (°Bx) y firmeza de frutos (FE g kg-1) en estado rojo maduro en función de la concentración de K (Qk) en la solución nutritiva …………………………………… 54 4.5 Efecto de la concentración de K en la solución nutritiva (Qk) sobre la concentración y extracción de K en la parte aérea vegetativa (BAV), frutos y biomasa aérea total (BAT) de tomate var. Yaqui al momento de la cosecha …………………………………………………………………………….. 56
CAPITULO V 5.1 Experimentos empleados para validar el modelo propuesto que estima la acumulación diaria de materia seca en la biomasa aérea total del cultivo de tomate …………………………………………………………………… 67 5.2 Experimentos empleados para validar el modelo propuesto que estima la acumulación diaria de potasio en la biomasa aérea total del cultivo de tomate …………………………………………………………………………….. 67
CAPITULO VI 6.1 Propiedades seleccionadas de los suelos estudiados …………………………………. 81 6.2 Efecto del K agregado sobre el K en la solución del suelo (Ks) y K intercambiable (Ki) en suelos con diferente capacidad de intercambio catiónico (CIC), indistintamente del tiempo de incubación …………………………… 85
ii
6.3 Cantidades de K en los diferentes reservorios y K soluble liberado mediante 12 extracciones sucesivas con CaC12 0.01 M (Ks-12 ext) en tres suelos distintos ………………………………………………………………...….. 91
CAPITULO VII 7.1 Ecuaciones propuestas para estimar el suministro de potasio ………………………… 102 7.2 Estimación de la lixiviación y potasio residual en el suelo …………………………… 103 7.3 Funciones empleadas para estimar la cantidad de potasio residual en el suelo ………………………………………………………………………………… 104 7.4 Ecuaciones utilizadas para estimar la demanda total y diaria de potasio en el cultivo de tomate ……………………………………………………………….. 106 7.5 Ecuaciones del algoritmo propuesto para simular las variaciones del suministro de K a través del tiempo …………………………………………………. 107 7.6 Propiedades más importantes de los suelos estudiados ………………………………. 109
iii
ÍNDICE DE FIGURAS
CAPITULO II Figura Página 2.1 Esquema simplificado de la dinámica de K en el suelo en un sistema de producción agrícola. Las Flechas indican la dirección de los flujos de K ………………………………………………………………………………………… 14 2.2 Relaciones entre Ki y Ks para diferentes tipos de suelo. Adaptado a partir de Németh et al., 1970 ……………………………………………………………. 28
CAPITULO IV 4.1 Variación del K extraído (Kext) a la cosecha en la parte vegetativa (tallos + hojas), frutos y biomasa aérea total del tomate var. Yaqui en función de la concentración de K (Kap) en la solución nutritiva ……………………… 57
CAPITULO V 5.1 Tendencia de la acumulación de materia seca (MS) y potasio (K) en la biomasa aérea total (BAT) del tomate entre la fecha de siembra y la cosecha (Pc): a) Resultados experimentales (las barras verticales indican la desviación estándar de las repeticiones por muestreo); b). Codificación a valores proporcionales de materia seca (MSBATp) ,
potasio (KBATp) y PC (Pcp) ……………………………………………………………. 69 5.2 Tendencia de la acumulación de materia seca (MS) en la biomasa aérea total (BAT) del tomate en cada uno de los experimentos evaluados. La línea continua de cada ensayo representa la simulación de la MS obtenida a partir del modelo teórico propuesto, cuyas variables de entrada corresponden al rendimiento y duración del ciclo por experimento ……………………………………………………………...………. 71 5.3 Comparación entre la materia seca acumulada (MSO13S) en la biomasa aérea total (BAT) medida durante las diferentes etapas de crecimiento y desarrollo del tomate en los experimentos evaluados y sus correspondientes valores estimados (MS EST ) con el modelo teórico propuesto en el presente trabajo. La línea punteada indica la relación 1: 1 entre los valores observados y estimados ………………………………………… 72 5.4 Resultados de la simulación de K. a) Tendencia de la acumulación de K en la biomasa aérea total (BAT) del tomate en cada uno de los experimentos evaluados; b): comparación entre valores observados de K acumulado en la BAT (KBAT) durante las diferentes etapas de crecimiento y desarrollo del tomate (KoOBS) en los experimentos evaluados y sus correspondientes valores estimados con el modelo teórico propuesto en el presente trabajo (KEST) La línea punteada
iv
indica la relación 1:1 entre los valores observados y estimados …………………… 73
CAPITULO VI 6.1 Esquema que ilustra la colocación de la muestra de suelo entre las capas de arena sílica y algodón en el interior de una jeringa para efectuar las extracciones de potasio …………………………………………………. 84 6.2 Variación del Ks en función de la cantidad de Ki en tres tipos de suelo con diferente capacidad de intercambio catiónico. La pendiente de las funciones corresponde a la capacidad amortiguadora de K (cK) …………………… 86 6 .3 Relación entre la capacidad de intercambio catiónico y el valor de cK de los suelos estudiados ……………………………………………………………. 88 6.4 K soluble obtenido mediante extracciones sucesivas con CaC12 0.01M en tres suelos con diferente CIC. a) Abatimiento de las reservas de K y b) Cantidad de K acumulado ……………………………………………………….. 89 6.5 Porcentaje de K retenido después de dos extracciones sucesivas con CaCl2 0.01 M en suelos con distinta CIC, cuyo K fue inicialmente desorbido con 12 extracciones sucesivas y posteriormente se les adicionó cantidades variables de K a partir del KH2PO4. Las barras indican el error estándar …………………………………………………………… 92
CAPITULO VII 7.1 (a) Simulación de la acumulación de potasio en la biomasa aérea total de tomate para proceso industrial durante el ciclo de producción. La línea continua representa los valores simulados y los puntos graficados a lo valores observados de K acumulado en la biomasa aérea (Dafne, 1984); (b) relación entre los datos observados y los estimados con el modelo. La línea punteada indica la relación 1:1 entre los valores observados (KOBS) y estimados (KEST) ……………………………………….. 112 7.2 (a) simulación de la acumulación de potasio en la biomasa aérea total de tomate tipo bola de hábito indeterminado durante el ciclo de producción. La línea contínua representa los valores simulados y los puntos graficados a los valores observados de K en la biomasa aérea (Burgueño et al. 1999); (b) relación entre los datos observados y los estimados con el modelo. La línea punteada indica la relación 1:1 entre los valores observados (KOBS) y estimados (KEST) …………………………... 113 7.3 Simulación del potasio disponible a través del tiempo en un agroecosistema de producción de tomate con bajo rendimiento en el mismo suelo pero con diferente nivel inicial de potasio intercambiable
v
y sin adición de fertilizante potásico ………………………………………….. 115 7.4 Efecto de la dosis de fertilización potásica (0 y 100 kg K ha -') sobre el nivel de Ki a través del tiempo en un suelo (CIC = 30 cMol kg-' de suelo) cultivado con tomate con un rendimiento de 40 ton ha -' en cada ciclo de producción ………………………………………………………………… 116 7.5 Simulación de la dinámica del Ki en dos suelos con distinta CIC (20 y 30 cMol kg -1), igual rendimiento de tomate (40 ton ha"') y dosis de potasio aplicado (100 kg ha -') en cada ciclo de producción …………………………. 117
vii
RESUMEN
El conocimiento sobre la dinámica cuantificada entre la demanda nutrimental y el
suministro edáfico de potasio es esencial para plantear estrategias de manejo agronómico
con respecto a este nutrimento en un agroecosistema. El principal objetivo de esta
investigación fue estudiar la dinámica del potasio en el suelo y su relación con los
requerimientos del cultivo de tomate rojo. Se determinó que en una hortaliza de fruto como
el tomate, el requerimiento interno de potasio es función del rendimiento y calidad del
producto cosechado. La acumulación de materia seca y potasio en la biomasa aérea fueron
simuladas satisfactoriamente mediante modelos teóricos logísticos. Se proponen índices de
la capacidad amortiguadora de potasio para estimar su cantidad disponible en el suelo para
los cultivos agrícolas. A partir de la información generada mediante diferentes
experimentos de campo y laboratorio se desarrolló un modelo heurístico que permite
simular la acumulación de materia seca y potasio en la biomasa aérea del tomate asi como
la capacidad actual y potencial del suministro edáfico de potasio disponible. El modelo
propuesto se validó parcialmente.
viii
SUMMARY
The knowledge about the dema nd of nutrients and the soil supply of potassium is
essential to develop strategies of agronomic management, regarding this nutrient in
agricultural system. The main objective of this research was to study the dinamic of
potassium in the soil and its relationship with the requirement of tomato. It was determined
that in a horticultural crop such as tomato. the potassium requirement is a function of the
yield and the quality of the harvested product. The dry matter and potassium accumulation
in the aboveground biomass were simulated through the use of logistic models. The use of
indices about the buffer power of potassium to estimate the available quantity in soils for
crops are proposed. Using information generated from several greenhouse and field
experiments, a heuristic model was developed wich allows to simulate the accumulation of
dry matter and potassium in the aboveground biomass in tomato, as well as, the actual
capacity and potential of the soil supply of available potassium. This proposed model was
only partially validated.
1
I. INTRODUCCIÓN
La fertilización de los cultivos es un componente fundamental del manejo agrícola dado
que mediante esta práctica se provee de nutrimentos a las plantas cuando el suelo no es capaz
de suministrarlos en la cantidad y tiempo apropiados dura nte su ciclo de crecimiento y
desarrollo. La eficiencia del uso de fertilizantes en un sistema de producción puede definirse
en términos de la relación que guardan las salidas con respecto a las entradas (Galvis, 1998) y
mediante su cuantificación será posible hacer un manejo agronómico apropiado de éstos para
lograr de manera eficiente el máximo rendimiento alcanzable a través del tiempo,
manteniendo o mejorando la rentabilidad del sistema y evitando la contaminación por excesos
de fertilizantes. Esta forma de proceder permite intervenir con un enfoque más sustentable en
el agroecosistema en cuanto a la nutrición de los cultivos.
Después del nitrógeno (N), el potasio (K) es uno de los nutrimentos que las plantas
consumen en mayores cantidades que cualquier otro, pero en muchos cultivos hortícolas es
extraído en cantidades incluso superiores al N (Le Bot el al., 1998). Por otro lado, debido a la
mineralogía de los suelos, la cantidad de potasio disponible casi siempre supera por mucho la
demanda de los cultivos, lo que lo hace ser un elemento menos deficitario que el N y fósforo
(P). Sin embargo en diversos ambientes agrícolas existen condiciones deficitarias de este
elemento ya sea por la génesis misma del suelo o porque éstos han estado sometidos a una
intensificación en la producción agrícola sin la adición de fertilizantes potásicos a tal grado
que la disminución de las reservas edáficas de potasio limitan el rendimiento de los cultivos.
En este orden de ideas se puede entonces hacer el siguiente planteamiento, si el potasio es
un nutrimento que puede limitar el rendimiento y calidad de los productos, entonces ¿Cómo
desarrollar en un corto tiempo una estrategia de fertilización potásica para los cultivos
2
agrícolas, que sea económicamente viable y permita sostener óptimos niveles de producción y
calidad de los productos cosechados a largo plazo?.
El empleo de modelos de simulación es una de las alternativas más viables en la actualidad
para dar respuesta a esta interrogante dado que son herramientas valiosas que representan de
manera ordenada y lógica en un lenguaje matemático el tamaño de los componentes y flujos a
través del tiempo en un sistema (de Willigen, 1991; Galvis, 1998). Por consiguiente, permiten
comprender mejor los procesos, resolver problemas prácticos y/o desarrollar sistemas que
ayuden en la toma de decisiones en la agronomía (Greenwood, 1983; van Keulen y Wolf,
1986). Es posible construir y aplicar modelos que simulen el abatimiento de las reservas
edáficas nutrimentales y en función de ello proponer alternativas de manejo para mantener o
construir la fertilidad de un suelo (Rodríguez el al., 2001). Los estudios de modelación en
cultivos agrícolas también pueden enfocarse a predecir los requerimientos nutrimentales
durante el ciclo completo de la planta a partir del conocimiento empírico de leyes generales
que gobiernan su crecimiento. Mediante su empleo ha sido posible calcular dosis de
fertilización, ya sea para un nivel de mantenimiento, o dosis superiores para abastecer el
déficit nutrimental en la relación suelo-planta (Le Bot e l a l . , 1998). De esta manera,
constituyen una herramienta útil de aplicación práctica en la producción hortícola intensiva
puesto que permiten calcular dosis diarias de fertilizantes que deberán suministrarse en
sincronía con la demanda del cultivo, lo cual cobra importancia cuando se adicionan los
fertil izantes mediante fertigación a través de sistemas de microirrigación (goteo o
microaspersión).
Los esfuerzos de modelación en la horticultura se han orientado a una gran cantidad de
especies, de las cuales el tomate representa actualmente la mitad de las referencias sobre
modelación de hortalizas en invernadero (Gary el al., 1998). Sin embargo, son pocos los
3
trabajos que se enfocan a predecir los requerimientos nutrimentales en este cultivo y más aún
la dosificación de fertilizantes en sus diferentes etapas fenológicas. En virtud de ello, el
presente trabajo pretende ser una contribución al entendimiento de la relación demanda-
suministro de potasio empleando al tomate rojo (jitomate) como estudio de caso, a partir del
cual podrán derivarse aspectos pragmáticos sobre la fertilización de este cultivo y del manejo
de las reservas edáficas de potasio.
El objetivo fundamental de esta investigación fue estudiar la dinámica del potasio en el
suelo y su relación con los requerimientos del cultivo de tomate desde un punto de vista de la
fertilización cuantitativa con el propósito de desarrollar y validar un modelo de simulación que
sea capaz de estimar apropiadamente la demanda nutrimental de potasio en tomate y el aporte
potencial de potasio por los suelos agrícolas.
El escrito comprende diferentes apartados, de los cuales en el Capítulo Dos se hace
referencia a los efectos del potasio en las plantas cultivadas y los enfoques metodológicos para
generar normas de fertilización potásica. La obtención del requerimiento interno de K en
tomate considerando la calidad de frutos cosechados además del rendimiento se resume en el
Capítulo IV. En el Capítulo V se propone un método para estimar la acumulación diaria de
materia seca y potasio en la biomasa aérea total del tomate entre la fecha de plantación y
cosecha, el cual se especula sea válido indistintamente del hábito de crecimiento del cultivo
y/o manejo. En el Capítulo VI se estudia la influencia de la capacidad amortiguadora y
desorción de potasio sobre la disponibilidad de este nutrimento en suelos agrícolas.
Posteriormente, en el Capítulo VII se desarrolla y parcialmente se valida un modelo que
integra la relación suministro-demanda. Finalmente, en el Capítulo VIII se presenta una
discusión general y conclusiones del presente trabajo.
4
II. REVISIÓN DE LITERATURA
2.1. Enfoques metodológicos para generar normas de fertilización potásica
2.1.1. Introducción
Dentro de las prácticas agronómicas, la aplicación de fertilizantes en los sistemas de
producción agrícola ha contribuido substancialmente a incrementar la producción mundial de
alimentos; particularmente el N, P y K han elevado los rendimientos de los cultivos
(Loneragan, 1997). En consecuencia, la fertil ización es uno de los múltiples aspectos a
considerar dentro del manejo agrícola. y constituye el factor comúnmente más limitante en la
producción de cultivos, cuando el suministro de agua en el suelo es adecuado. Resulta
entonces conveniente establecer normas de fertilización para las diferentes especies cultivadas.
tendientes a lograr la sustentabilidad de cualquier agroecosistema. El desarrollo de prácticas
agrícolas sustentables debe enfocarse a lograr y mantener la fertilidad y productividad de los
suelos a niveles económicamente viables, puesto que el uso indiscriminado de los fertilizantes
principalmente nitrogenados y la falta de precisión en las dosis aplicadas han ocasionado
problemas severos de eutrificación en mantos freáticos tanto en México (Castellanos y Peña,
1990) coro en muchas partes del mundo (Hakamata y Hirata, 1994).
Para el establecimiento de normas de fertilización en los cultivos se han desarrollado
diversos procedimientos como son: 1) extrapolación de recomendaciones, 2) dosis media
regional, 3) análisis químico de suelos, 4) método de agrosistemas, 5) funciones generalizadas
de producción y 6) modelos de simulación (Galvis, 1998; Rodríguez, 1990). Además de éstos
procedimientos se encuentran las aproximaciones por ensayo y error, muy frecuentemente
utilizadas en México por productores o técnicos, los cuales generan su propia recomendación
5
de fertilizantes mediante una experimentación no rigurosa en sus parcelas a través del tiempo,
por lo que es un procedimiento poco preciso, tardado y de alto costo (Galvis, 1998).
En nuestro país, la generación de las dosis de fertilizantes se ha basado en gran medida,
desde la década de los años cincuenta, en los tradicionales ensayos de respuesta a la aplicación
de fertil izantes que se realizan a nivel de campo; sin embargo, dada la gran extensión
territorial existe alta variabilidad en los factores involucrados en la producción agrícola como
son: tipo de suelo, clima, especies cultivadas, manejo agronómico y nivel socioeconómico de
los productores. En virtud de ello, desde la década de los años setenta, se ha desarrollado
investigación sobre la productividad de agrosistemas, cuyo enfoque ha permitido determinar la
cantidad de fertilizante requerido (Laird el al., 1994) pero no es posible extrapolar la
información a otra región o cultivos diferentes, incluso las recomendaciones son vigentes solo
para algunos ciclos de producción debido a que no se considera de manera explícita, entre
otros factores, la dinámica nutrimental edáfica (Galvis, 1998). De igual manera, el empleo de
los análisis químicos de suelos para recomendar dosis de fertilizantes, a pesar de ser un
procedimiento muy usual en países desarrollados, han sido escasos los intentos en México, por
usar esta metodología a través de la correlación y calibración de métodos en el caso de K. Para
establecer normas de fertilización mediante este procedimiento es necesario el uso de una gran
cantidad de experimentos en campo que cubran los diferentes cultivos y ambientes
edafoclimáticos del país, lo cual es sumamente costoso y poco práctico. Por lo tanto, es
evidente que debemos buscar nuevas alternativas técnicas y económicamente viables que
permitan avanzar substancialmente en la solución de esta apremiante necesidad en el agro
mexicano.
Mediante el análisis de sistemas y modelos de simulación, ha sido posible lograr una
estructuración más sólida del conocimiento actual sobre la dinámica nutrimental edáfica y su
6
relación con la planta, permitiendo puntualizar los parámetros y procesos más importantes que
están involucrados (van Keulen y Stol, 1991). A través de estos modelos se ha corroborado
que la nutrición de los cultivos no debe estudiarse como una "caja negra", en donde existe una
entrada de fertilizantes al sistema suelo y una salida que corresponde al rendimiento del
cultivo evaluado a través de algún procedimiento matemático-estadístico (Rodríguez, 1990).
Más que esto, la integración del conocimiento de varias disciplinas a través de los modelos de
simulación aplicados a la agricultura constituyen una herramienta valiosa para describir y
explicar muchos procesos que suceden en la relación suelo-planta-agua-atmósfera. Si la
estructuración del modelo es correcta, entonces será posible extrapolar o predecir con alta
probabilidad de éxito. El empleo de estos modelos heurísticos a las ciencias agrícolas y
biológicas ha sido exitosa como es el caso de los modelos relacionados con el requerimiento
de fertilizantes de los cultivos agrícolas (Greenwood el al., 1980; Greenwood, 1983; van
Keulen y Wolf, 1986; Le Bot el al., 1998).
De los macro y micronutrimentos esenciales, el K es absorbido por las plantas en mayores
cantidades que cualquiera de éstos a excepción del N. Usualmente, el contenido de K en el
suelo es varias veces mayor que la cantidad que extrae un cultivo durante una estación de
crecimiento; pero en muchos casos sólo una pequeña fracción es disponible para el cultivo
(Tisdale el a l . , 1990). El procedimiento de laboratorio mundialmente empleado en la
determinación del K disponible en el suelo para la nutrición de las plantas es la medición del
K intercambiable extraído con NH4OAc 1N, pH 7 (Knudsen el al.,1989); y el resultado
analítico representa sólo un índice de la disponibilidad de K, el cual tiene que calibrarse con la
respuesta del cultivo en diferentes suelos y especies cultivadas mediante ensayos de respuesta
a la fertilización; una vez calibrado el método para un suelo, o para varios tipos de suelo, se
puede inferir la cantidad de fertilizante requerido a partir del resultado de laboratorio
7
(Etchevers el al., 1990). Existen evidencias que el nivel de K intercambiable correlaciona a un
nivel aceptable con la aplicación de fertilizante y la respuesta en el crecimiento y rendimiento
relativo de las plantas. Sin embargo, en muchos casos este índice de disponibilidad de K tiene
una correlación muy pobre, en particular cuando las reservas de K potencialmente disponibles
son altas (During and Duganzich. 1979; Mengel el al., 1998), por lo que el valor de K
intercambiable no parece ser un índice confiable por sí solo, puesto que no refleja la
disponibilidad actual ni las reservas de K en el suelo (Mengel, 1980). Lo anterior se
fundamenta en que la solución del suelo contiene realmente el K que es inmediatamente
disponible, pero a su vez depende tanto del K intercambiable como del contenido y tipo de
arcilla, y de la capacidad de intercambio catiónico (Németh el al., 1970). En virtud de esto, la
relación entre el K soluble y K intercambiable es un índice de la capacidad amortiguadora que
tiene un determinado tipo de suelo y que permite lograr mayor precisión para calcular el
suministro edáfico de K (Mengel and Busch,1982, Rodríguez, 1990).
Desde este punto de vista, resulta de particular importancia comprender con precisión la
dinámica del K en el sistema suelo-planta, cuyo propósito sea intervenir adecuadamente en la
nutrición potásica de los cultivos. Con base en lo anterior, el presente capítulo tiene como
objetivo revisar y discutir el estado actual del conocimiento relacionado con la aplicación de
fertilizantes potásicos en los cultivos agrícolas.
2.1.2. El potasio en el crecimiento vegetal
El K es considerado en la nutrición de los cultivos, como un macronutrimento esencial,
que si bien no forma parte estructural de una planta, desempeña diversas funciones fisiológicas
y bioquímicas, las cuales repercuten en el crecimiento y desarrollo vegetal. Amplias revisiones
al respecto, han sido realizadas por Mengel y Kirkby (1980) y Marschner (1986).
8
De acuerdo con Benton el al. (1991), los contenidos de potasio en los tejidos foliares
varían de 1 a 5 % y los valores en el rango de suficiencia en hojas recientemente maduras
oscilan de 1.5 a 3 %; sin embargo, cuando se presentan excesos en la absorción de K, los
valores pueden exceder dos a tres veces el valor de suficiencia, alcanzando niveles de 6 a 8%
en tallos de algunas hortalizas. Obviamente, los valores críticos varían considerablemente
entre las especies cultivadas, estado de crecimiento y parte de la planta que sea analizada.
Cuando el K es deficiente, se retarda el crecimiento y es traslocado de las hojas maduras a
tejidos más jóvenes.
A diferencia de otros nutrimentos esenciales, el potasio no se combina con otros
elementos para formar parte estructural como protoplasma, grasas, celulosa, hemicelulosa y
lignina. Las evidencias indican que el potasio se encuentra en forma fónica como K+ por lo
que es sumamente móvil y es el catión más abundante en la savia del floema, llegando a
constituir hasta el 80 % de la suma de cationes (Mengel y Kirkby, 1980). El K esta
involucrado en diferentes procesos en la planta; a continuación se describen.
• Activación enzimática. Las enzimas están involucradas en muchos procesos fisiológicos
en las plantas y más de 80 sistemas enzimáticos requieren la participación del K+ para su
activación (Havlin el al., 1999). Muchas de estas enzimas que son estimuladas por K+
están involucradas en el metabolismo del fosfato (Evans y Sorger, 1966), como es el caso
de la fosfatasa (Besford. 1975). La enzima ribulosa-1,5-difosfato carboxilasa/oxigenasa
(Rubisco), disminuye en cantidad y actividad en ausencia de un suministro adecuado de K
a nivel de campo, en trigo y tomate (Osaki el al., 1993). Otras enzimas importantes en
donde actúa el potasio como activador son: almidón sintetasa, fosforilasa, ADP glucosa
pirofosforilasa y las enzimas que participan en la síntesis de proteínas; además, es muy
probable que en otros sistemas enzimáticos con requerimientos de cationes univalentes el
9
potasio también participe (Mengel y Kirkby, 1980; Marschner, 1986). Existen diferentes
mecanismos de activación enzimática y al parecer el efecto principal de esta activación es
en la formación de proteínas. Mediante la presencia de K+ u otro catión univalente
activador, el sit io activo de la enzima se muestra disponible para atrapar el sustrato;
asimismo, la posible distribución del K+ en la célula además de su disponibilidad para la
activación, puede influenciar las rutas metabólicas del sustrato y por ello jugar un papel
importante en el control del crecimiento, diferenciación y desarrollo de organismos
vivientes (Wilson y Evans, 1968). Desde un punto de vista práctico, lo anterior significa
que las plantas pobremente abastecidas con potasio pueden disminuir su metabolismo por
la falta de ATP, lo cual deteriora la síntesis de polímeros como almidón, celulosa y ácidos
nucleícos (Mengel y Kirkby, 1980).
• Síntesis de proteínas. Se ha establecido que el K+ es requerido para la síntesis de
proteínas, habiéndose demostrado por la acumulación de componentes nitrogenados
solubles como son: aminoácidos libres, amidas y nitratos en plantas deficientes de potasio
(Marschner, 1986). Por su parte, Besford (1975) determinó que las concentraciones de
proteínas solamente se redujeron en tejidos de hojas de tomate extremadamente deficientes
en potasio. En caña de azúcar, las plantas con deficiencia de potasio acumulan mayores
cantidades de nitrógeno no proteico, y en ciertos pastos, se ha cuantificado mayor
contenido de nitrógeno en forma de amidas y menor conversión a proteínas (Tisdale el al.,
1990).
• Síntesis de almidón. La síntesis de almidón esta controlada por la enzima almidón
sintetasa, misma que incorpora las moléculas de glucosa a cadenas largas de almidón. A su
vez, la activación de ésta enzima requiere la participación de K, por lo que la falta de un
10
buen abastecimiento de K repercute en la síntesis de almidón, siendo esto un aspecto
importante en el llenado de grano de cereales (Liebhardt, 1969) y órganos de
almacenamiento como el caso de papa y yuca.
• Energía metabólica. Las plantas a través del proceso fotosintético convierten la energía
lumínica en energía química, y el mecanismo básico de metabolismo energético implica la
producción de adenosintrifosfato (ATP) y nicotin-adenin-dinucleótido fosfato reducido
(NADPH ) durante el proceso de la foto fosfori1ación en el clorosplasto. El K+ es el ion
dominante que induce el flujo de H+ a través de la membrana del tilacoide y genera así un
gradiente de pH transmembranario necesario para la síntesis de ATP (Marschner, 1986).
De esta manera, la importancia del K, queda enmarcada en el sentido de que el ATP y
NADPH son necesariamente requeridos en todos los procesos metabólicos que involucran
el empleo de energía, tales corno la síntesis de proteínas, azúcares y polisacáridos.
Posiblemente, lo anterior permita explicar el hecho de que el 50 % de potasio encontrado
en las hojas esté localizado a nivel de los cloroplastos (Tisdale el al.. 1990).
• Fotosíntesis. El incremento en la tasa de fotosíntesis debido al K, puede ser atribuido a su
posible función como promotor en la síntesis de nova de la enzima Rubisco y a la
reducción en la resistencia a la difusión de CO-> tanto en estomas corno en el mesófilo de
las hojas (Egilla y Davies, 1995, Osaki el al., 1993). Asimismo una disminución en el
contenido de K en las hojas conllevan a una compactación de la estructura y arreglo
celular y a una degradación de los cloroplastos (O'Toole el al., 1980).
• Procesos de osmoregulación. El potasio es considerado como el soluto inorgánico más
importante en los procesos de osmoregulación celular, lo cual afecta el tamaño celular y la
apertura y cierre de estomas. El contenido de K+ al acumularse en las células guarda de los
11
estomas ocasiona un incremento en la presión osmótica, haciendo posible la apertura de
los estomas y en consecuencia la difusión de CO2 al interior de los tejidos; cuando las
células guarda desacumulan el contenido de iones K, pierden turgencia dando lugar al
cierre de estomas (Marschner, 1986). El balance electroquímico de la acumulación de K+
esta dado por iones C1 - y malato (Mengel y Kirkby, 1980). Se ha demostrado que el K+ y el
malato son las principales substancias que producen la presión de turgencia necesaria para
la elongación de la fibra de algodón (Dhindsa el al., 1975).
• Traslocación de asimilados. La traslocación de substancias en la planta implica el
movimiento de agua, iones inorgánicos y productos orgánicos derivados de la fotosíntesis
en el xilema y floema del sistema conductor de la planta (Liebhardt, 1969). Los principales
constituyentes orgánicos de la savia del floema son azúcares, principalmente sacarosa y
aminoácidos. Debido a ello, el potasio tiene un impacto directo sobre el transporte de N a
larga distancia, lo cual puede ser relevante en la producción de cultivos. El efecto del K en
el transporte de fotosintatos ha sido demostrado en varias especies vegetales como es el
caso de frijol, caña de azúcar, algodón, betabel, papa y tomate; la dirección del flujo puede
ser acropétala y basipétala (Mengel y Kirkby. 1980).
• Otros. Algunos estudios indican que una apropiada fertilización potásica puede proteger a
los cultivos del ataque de ciertas enfermedades y disminuir los daños por frío (Goss,
1968). Esto último parece estar relacionado con el grado de hidratación que presentan los
tejidos de acuerdo al nivel de potasio. Sweeney el al. (2000), indican que la fertilización
potásica redujo la severidad del ataque de la roya en trigo e incrementó el peso de los
granos, pero también señalan que esta respuesta podría estar asociada con los iones C1 -,
provenientes del KC1. Otro aspecto de importancia agrícola del potasio es su influencia en
12
la calidad de los productos cosechados. Se ha demostrado que un adecuado abastecimiento
de K a un cultivo de tomate permite incrementar la acidez titulable (% de ácido cítrico),
firmeza, uniformizar maduración y lograr mejor sabor de frutos (Ho y Adams, 1995).
2.1.3. Acceso y absorción nutrimental de potasio por las plantas
La difusión es el principal mecanismo por el cual las raíces de las plantas accesan iones
K+ a partir de la solución del suelo, por lo que el movimiento de iones ocurre a partir de una
zona de alta concentración a otra de baja concentración. El movimiento ocurre hacia la zona
de baja concentración tendiendo a un equilibrio, el cual es difícil lograr debido a la absorción
nutrimental por las raíces, originándose un movimiento continuo a través de un gradiente de
concentración. Algunos factores que afectan este mecanismo de acceso son: humedad edáfica,
tortuosidad de los poros del suelo, concentración nutrimental, especie vegetal y etapa de
crecimiento (Barber, 1984). El mismo autor señala que la distancia en la cual ocurre el
movimiento difusivo del suelo a la raíz es de 0.1 a 15 mm. El acceso de K+ por flujo de masas
puede representar sólo 10-17 % del total del potasio absorbido (Barber, 1984). El acceso de K+
por flujo de masas en ciertas situaciones puede ser más importante de lo que generalmente se
asume. Haylander el al. (1999) demostraron, que el mecanismo de transporte de K por flujo de
masas fue cinco veces mayor que el acceso de K por difusión en condiciones de alto flujo
transpiratorio de las plantas y un crecimiento radical restringido. El coeficiente de difusión
(Dk) del K en agua a 25 °C que estos investigadores encontraron fue de 1.96 x 10-5 cm 2 s-1 El
Dk en Ultisoles varió entre 1.21 x 10-6 y 0.72 x 10-6 cm` s-'; en un suelo franco-limoso puede
ser superior a estos coeficientes.
En la absorción de K por las plantas pueden operar dos mecanismos dependiendo de la
concentración presente en el exterior de las raíces. El mecanismo I sucede cuando la
13
concentración de K es aproximadamente 0.5 mmol L-1 en la solución del suelo. En estas
concentraciones la absorción de K es un proceso más selectivo. En cambio, el mecanismo II,
opera en concentraciones mayores de 50 mmol L"', y es menos selectivo (Mengel, 1980). Sea
uno u otro mecanismo. las especies vegetales difieren en su habilidad para absorber K, la cual
esta relacionada con la densidad radical. El maíz, trigo y remolacha tienen capacidad de
absorber K aún cuando la concentración de este elemento en la solución del suelo disminuye
entre 1 x 10-6y 4 x 10-6 mol L"' (Mengel y Kirkby, 1980).
2.1.4. Dinámica del potasio en el suelo y su disponibilidad para las plantas
El entendimiento de la dinámica del K en el suelo permite, desde el punto de vista de la
nutrición de cultivos, establecer una relación cuantificada entre los diferentes "pooles" o
reservorios de K y la asociación de éstos con la absorción de K por los cultivos. En función de
la comprensión que tengamos del sistema suelo-planta relacionado con el K. podremos
intervenir adecuadamente en el sistema de producción, sincronizando la demanda y el
suministro de este nutrimento con el propósito de obtener altas producciones con calidad
superior.
Desde 1933, con los trabajos de Hoagland y Martin. se reconocen a la fecha cuatro formas
o reservorios de K en el suelo: K en la solución del suelo (Ks), K intercambiable (K¡), K no
intercambiable (Kni; fijado pero potencialmente disponible) y el K en la matriz de los
minerales; sin embargo, los primeros tres reservorios son los que intervienen en la nutrición de
los cultivos y consecuentemente la medición de éstos reservorios y de los flujos que se
establecen entre ellos, permitirán una mejor comprensión de las reservas de potasio y de su
disponibilidad para las plantas. De acuerdo con Rodríguez (1990), un esquema simplificado de
la dinámica del potasio en el suelo se observa en la Figura 2.1.
14
Figura 2.1. Esquema simplificado de la dinámica del K en el suelo en un sistema de
producción agrícola. Las flechas indican la dirección de los flujos de K.
Como puede apreciarse, la dinámica del K en el suelo contempla la participación de tres
reservorios en donde los flujos suceden a través de un continuun7, del Ks al Ki y de éste con el
Kni o bien un flujo en sentido contrario desde el Kni. La distinción de los diferentes
reservorios es hasta cierto punto arbitrario y han sido establecidos experimentalmente usando
diferentes técnicas de extracción, permitiendo definir la relativa disponibilidad de K para las
plantas. A la fecha, no se ha encontrado una relación satisfactoria entre los cambios que
suceden en estos reservorios y la absorción por los cultivos. La utilización de los diferentes
reservorios por las plantas depende de la tasa de difusión con que se transporta el K desde el
15
suelo a las raíces y además de la accesibilidad espacial a partir de estas fracciones (Meyer y
Jungk. 1993). La dirección del flujo de K está determinada por el grado de abatimiento que se
presente en uno o más reservorios, tendiendo siempre hacia un equilibrio. Las entradas de K al
sistema suelo pueden provenir de las adiciones de fertilizantes potásicos, abonos orgánicos o
residuos de cosecha incorporados al suelo; una vez que ha ocurrido la solubilización del
fertilizante o liberación de K a partir de las reservas orgánicas disponibles, éste pasa a formar
parte del Ks incrementando su concentración, de ésta manera se origina un flujo hacia los
sitios de intercambio en las arcillas del suelo y posteriormente hacia el reservorio de Kni. Si
existe un abatimiento en la concentración de Ks del suelo debida a la absorción efectuada por
las plantas, entonces se producirá un flujo de K desde el K adsorbido en las posiciones de
intercambio de las arcillas hacia la solución del suelo, lo cual origina a su vez la difusión del
Kni al Ki. Las salidas de K del sistema suelo están dadas por el K extraído por un cultivo, del
cual una parte se pierde en los productos cosechados; la que queda en los residuos de cosecha,
pasa a formar parte de las reservas orgánicas del suelo. Otros procesos que originan pérdidas
de K son la erosión de suelo y la lixiviación de K. En la medida en que se conozca el balance
entre las entradas y salidas de este nutrimento en el sistema suelo-planta y de los factores
edafoclimáticos que influyen en esta relación, se podrá realizar un mejor manejo nutricional de
los cultivos (Rodríguez y Galvis, 1989).
2.1.4.1. Potasio en la solución del suelo (Ks)
El K de la solución es aquel que se encuentra como ión K+ libre en la solución del suelo y
por lo tanto, es a partir de este resevorio de donde las raíces de las plantas lo absorben para
satisfacer sus necesidades nutrimentales. Para su cuantificación en laboratorio, se utiliza una
solución extractora de CaCI2 0.01 M (Novozamsky y Houba, 1987).
16
La concentración de Ks es muy variable, por lo que no parece ser un buen indicador de la
cantidad extraída por un cultivo (Lumbanraja and Evangelou, 1992) y depende entre otras
cosas del tipo de suelo, cantidad y tipo de arcilla, las condiciones de manejo del sistema de
producción, humedad edáfica, estructura del suelo, nivel de fertilidad general, tasa de
absorción de K por las plantas y la biomasa producida. Consecuentemente puede señalarse,
que no existe una concentración adecuada de Ks para la producción de los cultivos, dado que
ésta será de acuerdo al sistema de producción de que se trate. Tisdale el al. (1990) indican que
en regiones húmedas, los niveles varían entre 1 y 80 ppm, con un valor representativo de 4
ppm; a su vez, en el extracto de saturación, usualmente varía de 3 a 156 ppm, en donde los
niveles más altos es posible encontrarlos en condiciones áridas o salinas y tan bajos como 8
ppm en suelos deficientes. En 72 muestras de suelos de Alemania, con varias clases texturales,
se determinó que la concentración de K, Ca y Mg en los extractos de saturación variaron
grandemente: Ca: 1-24 meq/L (20 a 480 ppm), Mg: 0-3.0 meq/L (0-36.4 ppm) y K: 0.1-3.0
meq/L (391-117.3 ppm). Además, se observó que el contenido de arcilla juega un papel
importante en los cambios que ocurren en la concentración de Ks (Németh el al., 1970).
Cuando una planta absorbe K+ de la solución del suelo, la cinética de liberación de Ki a la
fase líquida es tan rápida que probablemente el Ki pueda considerarse que esté en equilibrio
con la solución del suelo. Sin embargo, en un período de crecimiento muy activo de la planta,
la raíz puede disminuir considerablemente en pocos días el Ks a niveles tan bajos como 3-5
µmol L-1 (Meyer y Jungk, 1993), y por consiguiente también el Ki que se encuentra alrededor
de ésta puede abatirse. De esta manera, el Ki debe ser repuesto a partir de la liberación de Kni
y/o por difusión de Ki desde otras regiones cercanas que en su momento no se han abatido
(Kauffman y Bouldin, 1967).
17
Si a suelos con diferentes texturas y similares contenidos de Ki se agregan diversas
cantidades de fertilizante potásico, la concentración de Ks variará de acuerdo con las
propiedades del suelo. Esto se debe a la diferente tasa de suministro de K a partir de los sitios
de adsorción y de los espacios interlaminares de las arcillas; en otras palabras, a la capacidad
amortiguadora del suelo para resistir esos cambios. La cantidad y tipo de arcilla influyen en
esta propiedad (Wada y Odahara. 1993); otros factores como el pH y contenido de Al
modifican la concentración de Ks. A medida que la concentración de K inicialmente es mayor
en un suelo, la concentración de Ks tenderá a elevarse más fácilmente con las adiciones
externas de K, sin embargo, se desconoce que tan rápido esta concentración puede elevarse
por las aplicaciones de K en un determinado suelo. El rendimiento de los cultivos está
altamente influenciado por la rapidez con que ocurra un abatimiento en la concentración de
Ks, durante el período de crecimiento de un cultivo debido a la extracción que éste realiza
(Németh. 1975).
2.1.4.2 Potasio intercambiable (Ki)
El Ki es aquel que se encuentra en las posiciones de intercambio de las arcillas y su
medición constituye un procedimiento generalizado para evaluar el suministro edáfico de K.
Esta fracción de K es extraída con una solución de NH4OAc IN, pH 7.0 en una relación 1:10
suelo:extractante y sus concentraciones en el suelo varían de <100 a 2000 ppm o más
(Knudsen el al., 1989). En Inceptisoles y Oxisoles es frecuente encontrar valores de Ki tan
bajos como < 0.1 cmol(+) kg-1 (Bekker e l a l ., 1994). El Ki tiende a estar en equilibrio con el Ks
y depende en gran medida del grado de selectividad de K+ en los sitios de adsorción de la
fracción intercambiable de las arcillas. La desorción de Ki a partir de las posiciones de
18
intercambio es relativamente fácil, introduciendo iones NH4 -'- en la solución del suelo mediante
agitación.
El equilibrio entre el Ks y el Ki, está controlado principalmente por el grado de
selectividad de los sitos de adsorción en las posiciones de intercambio. Para el caso de las
arcillas 1:1 y de la materia orgánica, existe una baja adsorción de K + dado que presentan
menor cantidad de cargas negativas en comparación con las arcillas 2:1 (Mengel, 1980). En un
mineral de arcilla 2:1 pueden distinguirse tres sitios diferentes de adsorción: la superficie
plana, la cual presenta baja selectividad de K ; los sitios de los bordes interlaminares, con
selectividad media y los sitios internos entre las láminas de las arcillas, que presentan alta
selectividad. Los iones K+ ubicados en estos sitios internos constituyen el reservorio de Kni, el
cual no es desplazado fácilmente por otros cationes; por su parte el K ubicado en la superficie
plana y los bordes interlaminares constituye el reservorio o "pool" de Ki (Mengel, 1980). En
vista de ello, el contenido de arcilla y de Ki, no dan por si solos una información satisfactoria
de la disponibilidad de K, sino que deberá considerarse además el tipo de arcilla así como el
contenido de Al soluble e intercambiable (Németh, 1975).
Las recomendaciones de fertilización potásica en los cultivos agrícolas están basadas en la
medición de Ki y algunos investigadores proponen incluso un mínimo crítico de 110 ppm de
Ki como punto decisivo para adicionar fertilizantes al suelo (Unruh et al.,1994) lo cual es
objetable, puesto que aún cuando diferentes tipos de suelos tengan el mismo nivel de Ki, el
grado de disponibilidad varía ampliamente de un suelo arcilloso a un suelo franco o arenoso
Resulta entonces más conveniente no solamente determinar la cantidad de Ki, sino también la
capacidad amortiguadora de K y la concentración de K en la solución del suelo, el cual
constituye una medida directa de la disponibilidad de K y depende tanto del Ki como del
contenido y tipo de arcilla o CIC. El Ks, refleja una condición momentánea de la
19
disponibilidad de K, por lo que a través de su medición, no es posible conocer si las reservas
de Ki son suficientemente grandes para sostener una adecuada concentración durante el
período de crecimiento. Por tanto, una mayor precisión, puede lograrse midiendo el Ki y la
capacidad amortiguadora de K que tiene un suelo en particular. La concentración de Ks o la
saturación de K no proveen información suficiente para estimar los requerimientos de
fertil ización, puesto que el cambio en la concentración de K están de acuerdo con los
contenidos de arcilla y de la CIC.
El término disponibilidad nutrimental, describe una situación muy compleja y no deberá
ser confundida con el término cantidad disponible, lo cual comúnmente se hace en el caso
de K y otros nutrimentos. Generalmente, el Ki se emplea congo un índice de la disponibilidad
nutrimental de K en el suelo, pero existen evidencias que cierta cantidad de Kni puede ser
disponible durante un ciclo de cultivo (Nair el al., 1997; Kauffman y Bouldin, 1967), por lo
que a final de cuentas todo el K que se encuentra en los tres reservorios en el suelo
relacionados con la nutrición de los cultivos puede ser disponible, difiriendo sólo en su grado
de disponibilidad. Para una planta en particular, además de la cantidad de K presente en el
suelo, la velocidad o tasa de suministro de K a la planta juega un papel importante. Debido a
ello, no es sorprendente que en muchos casos exista la falta de correlación entre el método
químico para determinar Ki utilizando NH4OAc IN y la respuesta de la planta (Richards el al..
1988; Nair, 1996), dado que pueden medir la cantidad pero no la disponibilidad. De hecho,
ambos parámetros deberán ser considerados para conocer si la tasa con la cual un nutrimento
es suministrado a las raíces es adecuada para mantener la tasa de crecimiento de la planta.
Además es necesario evaluar si la cantidad de nutrimento presente en el suelo es suficiente
para abastecer la demanda de la planta. Con el propósito de calcular la dosis correcta de
fertilización de K deberá cuantificarse la cantidad actual (suministro) y conocer la capacidad
20
amortiguadora de K, que a su vez depende de la cantidad y composición mineralógica de la
arcilla presente. Teniendo en consideración que existen muchos factores que influyen en la
disponibilidad de K y que la demanda nutrimental de una planta depende de la especie, de la
biomasa producida y de las condiciones de crecimiento, es evidente que no existe un nivel
único óptimo, sino que el nivel óptimo es función del cultivo, del rendimiento y de las
condiciones edafoclimáticas; por tanto, la disponibilidad de K no es una propiedad constante
en los suelos, sino que depende de la cantidad presente y de la energía con que el K es retenido
por el suelo, lo cual es ampliamente variable. En este sentido, el nivel de K puede ser más
adecuado en un período y considerablemente menor en otro. (Németh e! al., 1970).
En suelos con altas cantidades de Kni potencialmente disponible, la medición de Ki no da
información precisa de la disponibilidad real de K en los suelos (Mengel e! al., 1998).
Asimismo, en suelos desbasificados, la falta de respuesta de los cultivos a la fertilización en
parte puede deberse a que los suelos fijan grandes cantidades de K (Richards el al., 1988) y el
grado de retención varía grandemente entre los suelos en función de los contenidos y tipo de
arcilla predominante (During y Duganzich, 1979).
2.1.4.3 Potasio no intercambiable (Kni)
El Ks y Ki son las principales fuentes aportadoras de K para las plantas, pero el Kni puede
contribuir significativamente a la cantidad de K que pueden accesar, aunque tiene que pasar
primero a las posiciones de intercambio y después a la solución del suelo para poder ser
absorbido por las raíces. Los suelos con potencial para liberar Kni, son aquellos con minerales
de arcilla 2:1 del tipo de las micas e illitas, o ricos en minerales primarios como feldespatos de
granulometría fina (Memon el al., 1988). El Kni puede ser liberado a partir de los minerales
del suelo como mica, vermiculita y clorita, cuando el Ks y Ki disminuyen debido a la
21
absorción por las plantas. Esta liberación parece ser un proceso difusivo bajo condiciones
neutras, sin embargo, la descomposición estructural puede ser importante en condiciones
ácidas; por tanto, la composición mineralógica es más importante que el tamaño de partícula
para la disolución de un mineral y en este sentido, las micas tri-octahédricas (plagiotita y
biotita) son menos estables que las di-octahédricas (muscovita). Esto probablemente se
relacione con la diferencia que existe en la energía de retención de K, la cual es mayor para
micas di-octahédricas que para tri-octahédricas. La tasa de liberación de cationes estructurales
depende de la nueva superfi cie expuesta al ataque de H+ (Feigenbaum et a l . , 1981).
Contrariamente, las adiciones de fertilizantes potásicos a los suelos hacen disminuir la tasa de
liberación de Kni; debido a que se incrementa la concentración de Ki, y se inhibe la difusión
de Kni (Badraqui et al., 1992).
El Kni es aquel que se encuentra entre los espacios interlaminares de las arcillas 2:1 y es
retenido con mayor fuerza que el Ki. El K interlaminar no es fácilmente desplazado por otros
cationes y mucho menos por cationes con radio fónicos mayores como son el Ca o Mg2+, por
tal razón este reservorio es denominado K no intercambiable (Mengel, 1980). Este K también
es denominado K fijado, dado que puede difundirse hacia el interior entre las capas de los
filosilicatos y quedar atrapado. La fijación significa que el K queda confinado en una forma no
hidratado a diferencia del Ki el cual esta adsorbido en la superficie exterior plana y en los
bordes de los minerales en una forma hidratada (Mengel et al., 1998). Por su parte, Richards y
Bates (1988), distinguen dos tipos de Kni de acuerdo a su solubilidad en una secuencia de
extracciones con HNO3 1N; la fracción más soluble la denominaron Step K, y estuvo
altamente correlacionada con la absorción de K por el cultivo de alfalfa y la fracción CRK,
menos soluble no estuvo correlacionada. La fracción de arcilla comprendida entre 0.2 y 2.0
µm fue la que suministró el Step K al cultivo de alfalfa. Por tanto, concluyen que la medición
22
de esta fracción, usado en conjunción con el K intercambiable extraído con NH4OAc podría
mejorar substancialmente la predicción de la respuesta del cultivo a la aplicación de K.
La extracción de K con HNO 3 IN en ebullición ha sido empleado exitosamente por
diversos investigadores como un índice del Kni (Knudsen el al., 1989). La técnica de las
resinas de intercambio catiónico también puede ser apropiada para evaluarlo, dado que simula
de mejor manera la relación entre el K interlaminar y las raíces de las plantas (Mengel y
Uhleubecker, 1993).
El Kni atrapado entre los espacios interlaminares de las arcillas es una fuente importante
de K en muchos suelos para el crecimiento de las plantas y su disponibilidad depende en
principio de la tasa de liberación a partir de los sitios interlaminares de las arcillas. Sparks
(1987) , señala que la cantidad de K interlaminar en suelos que contienen arcillas
principalmente del tipo 2:1, en especial la vermiculita e illita, es alta comparada con la
cantidad de K tomada por los cultivos, además, la disponibilidad de K interlaminar en arcillas
no expandibles, no depende de su cantidad presente, sino que más bien esta relacionada con la
tasa de liberación, la cual esta determinada por el tipo de mineral potásico. En suelos ricos en
micas v.g. Entisoles, el Ki puede llegar a ser menos importante desde el punto de vista de la
cantidad nativa disponible de K para la nutrición de los cultivos, que el Kni de la fracción
arcillosa (Mengel y Rahmatullah, 1994). La fracción limosa de suelos aluviales, debido a sus
contenidos altos de micas, puede también liberar ciertas cantidades de K a partir del Kni
(Mengel el al., 1998).
Muchos métodos de análisis químicos que diagnostican la disponibilidad de K en los
suelos no consideran el K no intercambiable, y esta es una razón del por qué en muchas
situaciones existe muy frecuentemente una pobre relación entre el resultado del análisis
químico y la respuesta del cultivo a la fertilización potásica (Mengel y Uhlenbecker, 1993).
23
Sin embargo, una condición necesaria para que se origine la liberación del K de las posiciones
de intercambio y pase a la solución del suelo, es que mediante la absorción de K por las raíces
de las plantas la concentración de Ks se mantenga a un nivel muy bajo. La liberación de Kni a
la forma intercambiable es una característica importante de muchos suelos, pero es difícil
predecir si la liberación de Kni puede contribuir significativamente en la nutrición de un
cultivo durante su período de crecimiento. En este sentido, Kauffman y Bouldin (1967)
determinaron que aproximadamente un 20 % del K adsorbido en la resina de intercambio
catiónico se derivó del Kni; además que el crecimiento y desarrollo de raíces laterales de maíz
durante 6-7 días fue suficiente para disminuir considerablemente el Ki del suelo cercano a las
raíces. Meyer y Jungk (1993), determinaron que tanto la fracción de K en solución como K
intercambiable fueron disponible para las plantas al mismo tiempo, independientemente del
nivel de K intercambiable y de la concentración de K en solución. Una vez que el K de la
solución del suelo disminuyó a 3-5 µmol L"' debido a la absorción por las raíces de plantas
jóvenes de maíz, ocurrió una considerable liberación de K no intercambiable, deduciéndose
que tal concentración es el nivel crítico para que ocurra esta difusión. Asimismo, señalan que
el 36 % de K absorbido por trigo y 21 % del K absorbido por remolacha azucarera se derivó
de la fracción de K no intercambiable. De la absorción total de K, el 64 y 79 % absorbido en
trigo y remolacha azucarera, respectivamente, fue a partir del Ki. Al parecer estas diferencias
fueron debidas a la densidad y longitud de raíces de las especies cultivadas; al haber una
mayor densidad radical se propicia un incremento en la superficie radical absorbente, se
reduce la distancia de difusión desde el sitio de liberación de K al sitio de absorción y se
incrementa el gradiente de concentración de K. 23
24
La fijación de K ocurre a nivel de las posiciones no intercambiables y es muy variable en
los suelos, dado que depende de la mineralogía, cantidad y tipo de arcilla; este aspecto toma
relevancia en suelos donde predominan las arcillas 2:1 como el caso de las vermiculitas, illitas
y micas, pudiendo ocurrir tanto en húmedo como en seco, mientras que en las esmectitas la
retención solo se produce en seco por el colapso del mineral (Mengel, 1980). El potencial
de fijación de K se incrementa a medida que el suelo es cultivado intensivamente sin la
aplicación de fertilizante potásico, esto hace abatir considerablemente el Kni, quedando dichas
posiciones libres, que al momento de fertilizar, tienden a ser ocupadas con K+. originándose la
fijación o retención. Hasta el momento, es difícil explicar como sucede la retención de K,
porque además del tipo y cantidad de arcilla depende de diversos factores físicos y químicos,
como es el caso del pH, CIC, presencia de otros cationes como A1 3+, Ca 24, Mg2+ y Na+,
contenido y variación de humedad en el suelo (Németh el al., 1970).
Cuando el K presente en la solución del suelo es extraído por la absorción de los cultivos,
ocurre la desorción de K desde el Kni al Ki y Ks, para reponer la disminución de la
concentración de K. puesto que el sistema tiende a estar en equilibrio. En suelos con
predominio de illita como mineral arcilloso. puede ocurrir simultáneamente la fijación de K
aplicado y la desorción de K a partir del Kni (Scott y Bates, 1962); entonces la liberación neta
de K+ ocurre si la tasa de desorción es mayor que la tasa de fijación de K+ (Mengel, 1980).
2.1.4.4. Capacidad amortiguadora de potasio (cK)
La capacidad amortiguadora o tampón de K (cK) de un suelo puede conceptualizarse
como la resistencia que ofrece un suelo a los cambios en la concentración de K de la solución
del suelo. Dicho de otra manera, es la capacidad que tiene un suelo para reponer el Ks a partir
25
del Ki adsorbido en las arcillas. Por consiguiente, el cK es un índice de la labilidad del Ki y de
la característica del equilibrio entre el Ks y Ki (Rodríguez, 1990).
El abastecimiento adecuado de K durante el ciclo de crecimiento de un cultivo es de vital
importancia para lograr altos rendimientos y calidad del producto. Se ha demostrado que
principalmente la concentración de K en la superficie radical y la capacidad amortiguadora de
K (cK) controlan la absorción nutrimental de K por las plantas (Mengel, 1980). El nivel crít ico
de Ks se define como el nivel abajo del cual es posible obtener incrementos en el rendimiento
cuando se aplica fertil izante. Dicho nivel está en asociación estrecha con la capacidad
amortiguadora de K, la cual deberá considerarse para establecer los niveles críticos de Ks en
los diferentes tipos de suelo (During y Duganzich,1979, Mengel y Busch, 1982).
La capacidad amortiguadora de K en el suelo se ha evaluado a través de la relación Q/I
(cantidad/intensidad), en donde el Ki representa el factor cantidad y el Ks, el factor intensidad.
Existen evidencias que la concentración de Ca +2 y Mg+2 presentes en el suelo influyen en la
absorción de K por las plantas, lo que sugiere que las curvas Q/I podrían ser más apropiadas
para estudiar la disponibilidad de K; sin embargo, después de varios años de mucha
investigación a partir de las propuestas de Woodruff (1955) y Beckett, (1972) en varias partes
del mundo, el concepto Q/1 no siempre es exitoso para describir la disponibilidad de K en e l
suelo para las plantas (Rasnake y Thomas, 1976). Además, los métodos para obtener la
información necesaria en las curvas Q/I involucran mucho tiempo en mediciones analíticas de
laboratorio. Un aspecto importante por lo que el concepto Q/I falla para predecir en forma
precisa la disponibilidad de K en el suelo; es que no considera los efectos fisiológicos de la
planta que parecen influir en esta relación; ni tampoco la presencia de otros cationes o aniones,
así como los efectos cinéticos entre los reservorios de K (Evangelou e l a l . , 1994). Sparks
26
(1985), realizó una revisión detallada de aspectos involucrados en la cinética de reacciones en
minerales de arcilla y suelos.
Nair el al. (1997), señalan que una aproximación de la capacidad amortiguadora fue
calculada relacionando Kni con Ki; sin embargo, a pesar de haberse comprobado que cierta
fracción del Kni puede ser liberada durante un ciclo de crecimiento del cultivo (Meyer y Jung,
1993), esta relación podría no ser muy apropiada porque no considera el Ks, el cual constituye
un reservorio muy importante, puesto que es a partir de aquí de donde las plantas accesan el K.
Se sabe además que existe un equilibrio entre el Ks. Ki y Kni, y cualquier entrada de K al
suelo (vg. fertilizante potásico) y/o salida (absorción por la planta), ocasionará nuevos
equilibrios entre los tres reservorios. En una situación de equilibrio, con una determinada
concentración de K disponible, le deberá corresponder algún valor de Ki que esté en equilibrio
con algún valor de la concentración de Ks del suelo y además, la habilidad para fijar K en
algunos suelos podría ser mayor que su habilidad para liberarlo, entonces la capacidad
amortiguadora de K no solo depende de las propiedades de intercambio sino también de las
propiedades de liberación y fijación (Schneider, 1997).
Una forma más pragmática de evaluar el cK sin perder precisión en distintos suelos es
mediante la asociación de Ki y Ks, siempre y cuando los suelos sean clasificados de acuerdo a
su contenido de arcilla, lo cual presenta alta correlación con el cK (Németh el al., 1970). En
esencia, esto es debido a que el porcentaje y tipo de arcilla tienen una relación directa con la
CIC. Al aplicar diferentes dosis de K en un suelo, se mantiene una relación constante entre el
Ki y Ks que puede ser descrita mediante una función lineal simple, cuya pendiente varía
dependiendo del tipo de suelo y representa la capacidad que tiene un suelo para mantener una
determinada concentración de Ks, es decir a la capacidad que tiene un suelo para resistir
27
cualquier cambio en el contenido de Ks, denominándosele capacidad amortiguadora (cK)
(Rodríguez, 1990).
Rodríguez y Galvis (1989) desarrollaron un método para establecer las relaciones entre el
Ki y Ks, el cual consiste en agregar al suelo 100 ppm de K, incubándose posteriormente a 20
°C durante 24 horas a capacidad de campo. El Ki y Ks se determinan antes y después de la
incubación; y el cK es calculado de acuerdo con la siguiente expresión:
A partir de los resultados de Németh el al. (1970) y Rodríguez (1990), se observa que las
pendientes de las rectas de regresión lineal entre los cambios en Ks y Ki, al agregar diferentes
dosis de K al suelo obedecen a su clase textural y la pendiente de cada una de las l íneas
correspondería al cK. En un suelo con una pendiente elevada (suelo arenoso), al suceder una
ligera disminución en el contenido de Ki, se abatirá considerablemente la concentración de Ks,
pero fácilmente será posible elevar los contenidos de Ks con un pequeño incremento del Ki;
esto significa que el suelo tiene un bajo cK. Contrariamente, un suelo arcilloso, presenta una
menor pendiente, es decir un mayor cK puesto que ofrecerá resistencia a una disminución o
incremento en la concentración de Ks al disminuir o aumentar respectivamente el Ki (Figura
2.2). Asimismo, puede observarse que para un mismo nivel de Ki, corresponde una
concentración de Ks diferente para cada tipo de suelo. A partir de esta figura se deduce que si
una planta absorbe la misma cantidad de K a partir de uno u otro suelo, la concentración de Ks
del suelo arenoso disminuirá mucho más rápidamente que en el suelo franco, porque al tener
mayor contenido de arcilla podrá reponer más fácilmente el Ks a partir del Ki.
28
Figura 2.2 . Relaciones entre Ki y Ks para diferentes tipos de suelo. Adaptado a partir de Németh el al. (1970).
La línea que representa esta relación se deriva de una regresión lineal simple pero la
pendiente de esta línea es diferente para cada grupo textural, en donde puede apreciarse que a
medida que los contenidos de arcilla y limo son menores la pendiente es mayor y viceversa.
Esta relación resulta así principalmente debido al grado de saturación de K de los coloides del
suelo. También existe una alta correlación entre el porcentaje de saturación de K (PSK) de la
CIC y la concentración de Ks. En suelos francos, un mayor porcentaje del K intercambiable está
adsorbido en las posiciones de los bordes e interlátice en comparación con los suelos
arenosos. La intensidad de abastecimiento de K (concentración de Ks) a las raíces de las
plantas está considerablemente influenciada por el contenido de arcilla y lineo, por lo que el
suministro de K no puede ser estimado correctamente sin considerar la textura del suelo o el
PSK. En las arcillas 2:1 el K puede ser adsorbido en tres posiciones diferentes: interlátice.
bordes y la superficie plana; estas posiciones difieren mucho en su selectividad para K. En
29
suelos con bajos contenidos de arcilla y limo el K esta predominantemente adsorbido en la
superficie plana de los minerales, a diferencia de los suelos francos y limosos, en los cuales
existe una mayor proporción de K intercambiable adsorbido en los bordes y probablemente en
la zona interlátice (Németh et al., 1970). Cuando la saturación de K es baja, menor será
también la concentración de Ks y casi todo el Ki se localiza en las posiciones de los bordes e
interlátice; por lo tanto, puede señalarse que en suelos ricos en arcillas y limo, es de esperarse
que cuando se adiciona K al suelo, se incrementa el K ubicado en la superficie plana de la
arcilla y por consiguiente también se incremente la concentración de K en la solución del
suelo (Schouwenburg y Schuffelen, 1963).
En este sentido, al agregar diferentes cantidades de K como fertilizante en suelos con
similares contenidos de Ki, la concentración de Ks variará de acuerdo con la capacidad
amortiguadora de los suelos, estando determinada por la especificidad de los sitios de
intercambio dado por el tipo de arcilla y la cantidad de sitios de acuerdo con la CIC (Németh,
1975; Wada y Odahara. 1993). En un sentido más amplio, los suelos Vertisoles y Molisoles
presentan los cK más bajos; los Inceptisoles y Alfisoles tienen valores intermedios; y los
Entisoles, Ultisoles y Andisoles tienen valores de cK más altos. Por tanto, lo que implica el
valor del cK en la determinación de la dosis de fertilización potásica en suelos deficientes de
este nutrimento, es que mientras más bajo sea el valor del cK, se requerirán mayores
aplicaciones de K para obtener un nivel adecuado en el suelo, pero también será más difícil su
abatimiento, debido a la fuerza de adsorción con que son retenidos en las arcillas. De lo
contrario cuando el cK es muy alto, con una dosis menor de K que en el caso anterior se podrá
abastecer adecuadamente al cultivo, pero también los niveles edáficos de K pueden disminuir
rápidamente debido la absorción por los cultivos (Rodríguez y Galvis, 1989). El valor del cK
dependerá de la composición mineralógica y del contenido de arcilla. Suelos con arcillas 2:1
30
presentan cargas específicas para K donde queda retenido en forma intercambiable. Según la
carga y sus características mineralógicas será mayor o menor el número de los sitios
específicos. Por su parte, las arcillas 1:1 solo tienen cargas en el exterior de sus superficies y
carecen de sitios específicos por lo que el Ki fácilmente puede equilibrarse con el Ks. En un
sentido práctico, el cK permite establecer la dificultad o facilidad para elevar los valores de K
en el suelo a través de fertilización.
La determinación del cK en los suelos, tiene un sentido agronómico muy práctico puesto
que nos da mayor seguridad en los cambios que ocurren en los diferentes reservorios de K
cuando se adiciona este nutrimento en forma de fertilizante al suelo, puesto que de acuerdo a
la capacidad amortiguadora que tengan los suelos serán los cambios producidos, en cuya
respuesta impacta mucho la cantidad y tipo de arcilla presente en el suelo. En un suelo
arcilloso los cambios producidos en la concentración de Ks, debido a la adición de fertilizantes
potásicos, serán menor que en un suelo arenoso, aun cuando inicialmente presenten el mismo
contenido de K intercambiable. En virtud de lo anterior, el cK permite lograr mayor precisión
para calcular el suministro edáfico de K.
2.2 Modelos de simulación aplicados en la agricultura
El proceso de producción agrícola puede ser caracterizado como un sistema abierto y
altamente complejo que es afectado de manera directa por el clima, suelo, insectos-plaga.
enfermedades, malezas, nutrición, precios de insumos y productos cosechados, así como la
interacción de todos estos factores (Lentz, 1998). Debido a lo anterior, es muy difícil en la
práctica poder representar mediante un modelo todos los procesos que acontecen en dicho
sistema con propósitos de manipulación agronómica. Sin embargo, aun cuando los modelos
son aproximaciones incompletas del sistema real que pretenden representar se ha corroborado
31
que mediante su uso, es posible derivar una mejor comprensión del sistema para ayudar en la
toma de decisiones (Marcelis el al., 1998).
Un sistema es la parte de la realidad que se desea analizar y contiene diferentes
componentes relacionados entre si dentro de ciertos límites fijados por conveniencia; a su vez
un modelo es una representación simplificada de un sistema (de Witt y Penning de Vries,
1983). En este sentido, un modelo aplicado a la agronomía es una representación ordenada y
lógica en lenguaje matemático de las relaciones que existen entre los componentes de un
sistema agronómico y se compone de uno o más algoritmos (Galvis, 1998). Los modelos
ofrecen un marco conceptual para organizar la investigación y generar conocimiento científico
en varias disciplinas. Por ello, en las últimas dos décadas, la modelación de los cultivos ha
llegado a constituirse en una herramienta de investigación muy importante tanto en la
horticultura como en otras áreas de la producción agrícola. La razón del éxito es la versatilidad
de la técnica (Gary e l a l . , 1998). Estos autores mencionan que la mayor parte de los esfuerzos
dedicados a la modelación en cultivos hortícolas se ha centrado en modelar el crecimiento y
desarrollo de especies de hortalizas, frutales y ornamentales.
Boote el al. (1996) proponen que las razones para usar un modelo de simulación son:
sintetizar el conocimiento derivado de la investigación, como herramienta para la toma de
decisiones en sistemas agrícolas y en las políticas sobre cambios climáticos, erosión, uso del
agua, nutrimentos en el suelo y plaguicidas. El desarrollo de modelos se justifica debido a que
puede ser aplicados para mejorar el manejo del sistema que describe. De esta manera son
útiles para conjuntar una serie de información cuantitativa y tomar decisiones a nivel
parcelario en aspectos tales como ciclos de cultivos, riego, fertil ización, protección
fitosanitaria del cultivo y control climático. También a escala regional, los modelos pueden ser
32
usados para evaluar políticas sobre estimaciones de rendimientos potenciales de los cultivos,
requerimientos de agua, pérdidas de fertilizantes y otros factores (Gary el al., 1998)
Mediante el uso de modelos es posible entender la complejidad de un sistema y extrapolar
información a partir de condiciones controladas a condiciones de campo. Los modelos han
sido usados corno una herramienta para examinar estrategias de manejo en la producción de
cultivos y para optimizar prácticas bajo condiciones de campo. Además, la modelación puede
permitir guiar la investigación y examinar hipótesis (Jones, 1998).
Los modelos de simulación de cultivos agrícolas no pueden dar respuesta a todos los
problemas que allí acontecen, sin embargo, cuando están construidos de una manera
razonablemente bien constituyen herramientas heurísticas importantes con aplicación en la
enseñanza, investigación y manejo agrícola. Permiten probar hipótesis o hacer otros
planteamientos a través del surgimiento de nuevas hipótesis o conocimiento científico
(Sinclair y Seligman, 1996).
El uso de modelos también tiene limitaciones debido a que su aplicación exitosa para un
particular propósito depende de si la complejidad del modelo es apropiada para resolver el
problema planteado y si el modelo ha sido examinado en diversos ambientes. Por lo
tanto existe la necesidad de desarrollar modelos simples y complejos. En algunos casos, los modelos
simples no permiten obtener una representación apropiada de algún fenómeno. En otros casos,
los modelos complejos no son apropiados porque requieren un sinnúmero de datos difíciles de
obtener en la práctica (Boote e l a l . , 1998). El uso de modelos complejos con propósito
predictivo en los sistemas productivos agronómicos es poco satisfactorio, dada la dificultad
para lograr su validación debido a que requieren una gran cantidad de datos difíciles de
obtener en la práctica. Sin embargo, el desarrollo de modelos simplificados a partir de otros
más complejos, o bien directamente, puede permitir contar con una herramienta de fácil
33
validación y uso agronómico. Para lograr una alta eficiencia de predicción, se requiere que se
consideren los componentes fundamentales de las estructuras del sistema y se establezcan las
relaciones empíricas determinantes de su funcionamiento (Silva y Rodríguez, 1995).
La mayor diferencia entre los modelos complejos (mecanísticos) y simplificados
(empíricos) no es el número de procesos simulados sino el nivel de detalle con que es
considerado cada proceso (Angus et al., 1993). En un modelo mecanístico los procesos
cuantifcados descansan sobre bases físicas o fisiológicas que obedecen a leyes o principios
derivados del conocimiento científico y un modelo empírico consiste de funciones que son
seleccionadas frecuentemente de manera arbitraria a partir de mediciones realizadas en campo
o laboratorio (Monteith, 1996). Para que un modelo pueda ser aplicado deberá ser construido
con un balance entre el rigor mecanístico y el uso práctico. Entre más complejo sea un modelo
como es el caso de los modelos mecanísticos, mayor capacidad de explicación puede
proporcionar acerca de los procesos que suceden en el sistema, pero su capacidad predictiva
disminuye. Esto se debe en esencia a que cualquier modelo propaga error debido a que no es
una representación perfecta de la realidad y además cada variable de entrada representa cierto
grado de error estadístico, en consecuencia los errores del modelo pueden ser propagados a sus
salidas (Addiscott y Tuck. 2001). En cambio los modelos simplificados a partir de otros más
complejos o directamente, permiten obtener una herramienta de fácil validación por requerir
de menor cantidad de datos pero el poder explicativo disminuye (Baker, 1996). La estructura
de un modelo deberá ser lo más simple para que pueda tener una aplicación pragmática en la
agronomía y cuando no exista el rigor mecanístico podrán basarse en relaciones empíricas
simples pero con un fundamento robusto en las variables que considere el modelo (Passioura,
1996). Los modelos simples no son necesariamente ni más precisos ni más realistas que los
modelos mecanísticos, pero la ventaja de ellos es que requieren pocos datos de entrada y son
34
más seguros para su aplicación en campo (Whitmore el al., 1991). Por lo tanto, en la
agronomía es necesario contar con modelos simplificados sin perder el valor predictivo para
que puedan ser aplicados a diferentes cultivos y condiciones (Greenwood, 1983). Un ejemplo
que ilustra lo anterior es el resultado de la comparación de catorce modelos de simulación
sobre la dinámica del nitrógeno en la relación suelo-planta con un mismo juego de datos (de
Willigen, 1991). Se concluyó que los modelos mecanísticos no fueron los mejores y en
algunas veces fueron peores que los modelos funcionales más simples. Además, para el caso
de la mineralización del N los modelos más complicados no dieron mejores resultados que los
más simples.
Muchas de las propuestas usadas en la modelación del crecimiento y desarrollo del cultivo
son determinísticos: esto significa que en un contexto dado, definido por variables de entrada,
se calcula el valor de una variable de salida. En estos casos, la variabilidad del sistema real se
ignora. Por su parte, en un modelo estocástico la incertidumbre es parte del modelo. Algunos
de éstos, se enfocan a estudios de desarrollo del cultivo vg. la aparición del primer racimo de
frutos en tomate y la distribución de tamaño de frutos al momento de la cosecha (Gary el al.,
1998).
Una vez que el modelo ha sido estructurado se requiere una etapa de calibración, esto
significa que deberán emplearse datos de campo de la variable o variables que son simuladas y
compararlos entre si para determinar la relación entre datos observados y simulados. En esta
etapa es posible adicionar componentes o cambios a la estructura inicial del modelo con el
propósito de lograr la mayor correlación posible entre ambos juegos de datos (Oreskes el al.,
1994; Monteith, 1996). El objetivo de la calibración del modelo es disminuir el grado de error
en los diferentes parámetros utilizados y en los posibles errores de las ecuaciones del modelo
(Wallach e l a l . , 2001). Posterior a la calibración, los modelos son sometidos a un proceso de
35
val idación que consiste en las comparaciones de las predicciones obtenidas mediante el
modelo con las mediciones realizadas en varios ciclos de crecimiento y diferentes sitios
(Monteiht, 1996).
Dado que los modelos de simulación se construyen mediante una colección de hipótesis y
no a partir de una hipótesis simple, en muchos casos se dificulta su validación, debido a que
no existen suficientes datos recabados a partir de mediciones directas en campo (Oreskes el
al., 1994). Sin embargo esto no es motivo suficiente para rechazar el modelo porque puede
emplearse para estudiar la conjunción de varias hipótesis con relación al sistema representado
en el modelo y ayudan a estructurar el conocimiento científico (van Keulen y Stol, 1991).
Los modelos que integran la respuesta en el rendimiento de los cultivos a la aplicación de
fertilizantes es un método alternativo a los métodos tradicionales para hacer recomendaciones
de fertilización y presentan un futuro promisorio en la agronomía dado que permiten
establecer normas de fertilización de los cultivos en una forma más rápida y económica
(Angus el al., 1993). Mediante su uso se pueden establecer los principios de la nutrición de los
cultivos y con base en ellos, singular, predecir o explicar racionalmente la respuesta de los
cultivos a la fertilización en cualquier caso en particular (Rodríguez, 1990).
Cuando no se cuenta con suficiente información experimental para determinar la dosis de
fertilización de un cultivo, los modelos de simulación pueden constituir una herramienta
promisoria para resolver este problema debido a que pueden integrar de manera lógica y
ordenada la dinámica de un nutrimento en la relación suelo-planta. Aun cuando los modelos
con propósitos predictivos para recomendar dosis de fertilización están en su infancia (Angus
et al, 1993), algunos esfuerzos realizados por-diversos investigadores han permitido visualizar
las bondades de los modelos de simulación para determinar normas de fertilización de los
cultivos conducidos en diferentes condiciones edafoclimáticas. As¡ por ejemplo, Greenwood et
36
al. (1980a, 1980b, 1980c) desarrollaron un procedimiento para establecer dosis de fertilización
de N, P y K para diferentes especies agrícolas que puede ser aplicado a diversas condiciones
de suelos en Inglaterra. A partir de estos estudios, establecieron concentraciones críticas de N,
P y K para un gran número de especies cultivadas mediante las cuales es posible calcular la
demanda nutrimental para un elemento en particular (Greenwood, 1983).
Se ha demostrado también que con el empleo de algunos parámetros de fácil adquisición
vg. índice de cosecha, % del elemento en la biomasa aérea, materia seca acumulada, índices de
disponibilidad nutrimental y eficiencia de la fertilización, entre otros, es posible calcular la
demanda nutrimental y suministro edáfico de nutrimentos en cereales (van Keulen y Wolf.
1986).
Rodríguez (1990) desarrolló un modelo simplificado para predecir dosis de fertilización
en distintas especies vegetales cultivadas en diferentes ambientes de la República de Chile.
Posteriormente el método fue aplicado con éxito en frutales (Silva y Rodriguez, 1995) y fue
también validado con éxito para cereales en México (Galvis, 1998).
Con la aplicación de estos modelos se ha corroborado que la nutrición de los cultivos no
es una "caja negra" sino que es posible integrar el conocimiento científico para predecir la
respuesta del rendimiento de los cultivos a la fertilización (Rodríguez, 1990). Mediante su
empleo ha sido posible calcular dosis de fertilización, ya sea para un nivel de mantenimiento,
o dosis correctivas para abastecer el déficit nutrimental en la relación suelo-planta (Le Bot et
a l . , 1998).
2.3 Discusión de la revisión de literatura
El rendimiento ó productividad de un cultivo es función del ambiente edafoclimático, la
planta, el manejo agronómico, los factores socioeconómicos y la relación que guardan entre si.
37
La relación suelo-planta constituye un sistema muy dinámico en el que intervienen un
sinnúmero de procesos químicos, físicos y biológicos que están involucrados en el suministro
nutrimental a las raíces de las plantas. En función del conocimiento que tengamos de esta
relación estrecha es posible intervenir más apropiadamente en el sistema de producción sobre
el manejo de la fertilización para lograr los máximos rendimientos alcanzables y alta calidad en los
productos cosechados.
La práctica de la fertilización requiere en principio que se establezca una relación
cuantificada entre la demanda de la planta y el suministro nutrimental edáfico. Cuando el
suelo no es capaz de aportar las cantidades necesarias de un nutrimento, entonces se genera un
déficit nutrimental que deberá ser corregido mediante la adición de fertilizantes. La demanda
de la planta puede determinarse mediante la cuantificación de la materia seca total acumulada
al momento de la cosecha y la concentración del nutrimento en la biomasa aérea. Sin embargo,
el empleo de nuevas tecnologías de producción como es el caso de la fertigación mediante
riego por goteo, requiere establecer inicialmente la demanda nutrimental a lo largo del ciclo de
crecimiento y desarrollo para poder aportar en forma oportuna y en las cantidades correctas los
fertilizantes requeridos a través del tiempo.
Para conocer el suministro edáfico nativo, se han generado índices de la fertilidad que
relacionan la disponibilidad nutrimental con el crecimiento y desarrollo de las plantas. A nivel
mundial, comúnmente las recomendaciones de fertilización potásica en los cultivos agrícolas
están basadas en la medición de Ki extraído con una solución de NH4OAc IN, pH 7.0; pero
debido a la gran diversidad de suelos y condiciones climáticas, muchas de las veces este índice
de la disponibilidad nutrimental potásica tiene una correlación pobre con la respuesta de la
planta a la fertilización con potasio (Richards et al., 1988; Nair et al., 1997; Mengel el al.,
1998), lo que repercute finalmente en la generación de dosis incorrectas.
38
Se ha propuesto un mínimo crítico de 110 ppm de Ki como punto decisivo para adicionar
fertilizantes potásicos al suelo (Unruh el al., 1994) 1o cual es objetable, dado que aún cuando
diferentes tipos de suelo tengan un mismo nivel de Ki, el grado de disponibilidad varía de
acuerdo a la cantidad y composición mineralógica de la arcilla presente. Además de la
cantidad de K disponible en el suelo, la velocidad o tasa de suministro de K a la planta juega
un papel preponderante para su abastecimiento nutrimental.
Otra forma común de proceder en la agronomía con respecto al establecimiento de las
normas de fertilización potásica lo constituyen los ensayos de campo, los cuales requieren
invertir mucho tiempo y dinero; además son válidos sólo para las condiciones edafoclimáticas
donde fueron conducidos. En vista de ello, surge la necesidad de buscar otras alternativas
viables que permitan estimar la dosis correcta de fertilización en los diferentes cultivos
agrícolas, en forma rápida y económica, y que a su vez tengan fundamentos teóricos sólidos
para que puedan ser aplicados a las distintas condiciones edafoclimáticas presentes en la
agricultura.
Mediante el análisis de sistemas es posible lograr una mejor comprensión de lo que
sucede en el sistema de producción y por lo tanto generar información que pueda ser aplicada
para resolver el problema de la dosis de fertilización.
Desde el punto de vista de la nutrición de los cultivos, existen tres reservorios
relacionados con la dinámica del potásio en el suelo que son el Ks. Ki y Kni (Sparks y Huang,
1985; Rodríguez y Galvis, 1989). Es fundamental entonces conocer el tamaño de cada uno de
los reservorios y la velocidad con que se dan los flujos entre ellos en los distintos suelos
agrícolas y poder relacionarlo con la cantidad disponible de K para la producción de cosechas.
La capacidad amortiguadora (cK) que tiene un suelo para reponer el Ks a partir de Ki
adsorbido por las arcillas es un índice de la labilidad del Ki y de la característica de equilibrio
39
entre el Ks y Ki (Rodríguez, 1990), de allí que ésto sea un aspecto importante que debemos
considerar para determinar el suministro edáfico de K con mayor éxito. Por tanto debemos
reconocer que la concentración de Ki es sólo un índice de la disponibilidad de K para los
cultivos y para obtener el valor real del suministro de K por el suelo debemos considerar
además del Ki y cK, la eficiencia de absorción por las plantas, la cual es función de la
densidad radical (van Noordwijk y de Willigen, 1986). Finalmente, debemos considerar que la
tecnología de aplicación de fertilizantes también influye sobre la eficiencia de absorción de K
por las plantas, puesto que habrá diferencias si el fertilizante potásico es adicionado en forma
de gránulos sólidos o mediante sistemas de fertigación con riego por goteo y microaspersión
(Bar-Yosef, 1999).
Con base en lo anterior, si partimos del hecho que en los sistemas de producción agrícola
existen entradas y salidas relacionadas con la dinámica del potasio, es necesario cuantificarlas
para desarrollar una estrategia de manejo agronómico tendiente a optimizar la relación suelo-
planta-fertilizante y desde el punto de vista de la nutrición de cultivos permitiría establecer
dosis adecuadas de fertilización.
41
III. HIPÓTESIS Y OBJETIVOS HIPÓTESIS DE TRABAJO
El algoritmo del modelo propuesto permitirá predecir adecuadamente la demanda diaria de
potasio y de la acumulación de materia seca en la biomasa aérea de tomate, así como también
el suministro edáfico actual y potencial de este nutrimento en suelos con diferente capacidad
amortiguadora de potasio. Mediante este procedimiento también será posible establecer una
relación cuantificada entre la demanda por la planta y el suministro de potasio presente en los
suelos agrícolas con el propósito de predecir y optimizar los requerimientos de fertilizantes
potásicos.
HIPOTESIS PARTICULARES
a) El valor del Requerimiento Interno de Potasio (RIK) en una hortaliza de fruto cómo es
el tomate está determinado por el rendimiento y la calidad del producto cosechado.
b) Mediante el uso de modelos teóricos es posible simular satisfactoriamente la
acumulación de materia seca y potasio en la biomasa aérea del tomate indistintamente
del rendimiento, condiciones edafoclimáticas, hábito de crecimiento del cultivo y
manejo agronómico.
c) e) La capacidad amortiguadora de potasio en los suelos agrícolas determina la velocidad
de los flujos entre las reservas edáficas de potasio propiciados por las entradas y
salidas de este nutrimento en el sistema suelo, por lo que la generación de índices de
dicha característica de equilibrio podrá utilizarse como una herramienta eficaz en la
estimación de la cantidad disponible de potasio en los suelos para los cultivos
agrícolas.
42
d) La relación cuantificada entre el suministro edáfico actual y potencial de potasio con la
demanda potásica del tomate podrá ser simulada con el algoritmo propuesto.
OBJETIVO GENERAL
Desarrollar y validar un modelo de simulación cuyo algoritmo pueda estimar la
acumulación diaria de materia seca y potasio en la biomasa aérea de tomate, así como la
capacidad actual y potencial del suministro edáfico de potasio disponible con el propósito de
generar normas de fertilización y pueda emplearse también como una herramienta que ayude a
construir y mantener la fertilidad de este nutrimento en los suelos agrícolas.
OBJETIVOS PARTICULARES:
a) Determinar la influencia de la nutrición potásica sobre el rendimiento y calidad de frutos
de tomate a través de la definición del requerimiento interno de potasio (RIK). El valor
del RIK podrá emplearse en la cuantificación de la demanda de potasio de esta especie
hortícola.
b) Desarrollar un modelo que simule la acumulación diaria de materia seca y potasio en la
biomasa aérea total del tomate indistintamente de las condiciones de producción,
hábitos de crecimiento (determinado o indeterminado) y manejo agronómico del
cultivo.
c) Estudiar la dinámica de los flujos entre las reservas edáficas de potasio para generar
índices sobre la capacidad amortiguadora de potasio en los suelos y emplearlos en el
cálculo del suministro de potasio.
d) Desarrollar un modelo que simule la relación del suministro edáfico actual y potencial
de potasio con la demanda potásica del tomate.
43
IV. DEMANDA DE POTASIO DEL TOMATE TIPO SALADETTE
Potassium demand by saladette tomato crop
RESUMEN
El contenido de potasio (K) en el tomate (Lycopersicon esculerzturn Mill.) suele asociarse
a la calidad de sus frutos en términos cualitativos; sin embargo, la cantidad de K que satisface
a la demanda de este cultivo aun no esta definida claramente. Por lo tanto, en el presente
trabajo se determinó la influencia de la nutrición potásica sobre el rendimiento y calidad de
frutos de tomate saladette. Var. Yaqui, y se definió el requerimiento interno de K (RIK) en la
biomasa aérea total. Para ello se realizaron dos experimentos bajo invernadero en hidroponía.
En el primero, se cuantificó el efecto de diferentes concentraciones de K (Qk= 3, 6 y 9 meq L-
en la solución nutritiva sobre la producción y asignación de biomasa aérea, rendimiento y
calidad de frutos, contenido y acumulación de K en la biomasa aérea. El segundo experimento
tuvo el propósito de repetir la experiencia del experimento uno y verificar si niveles mayores
de Qk (6, 9, 12, 15 y 18 meq L-1) incrementaban la calidad de frutos. El contenido de K en la
biomasa aérea total y la calidad de frutos (acidez titulable y firmeza) se incrementaron en
razón directa al valor de Qk sólo en el intervalo entre 3 y 9 meq L-1 pero concentraciones
mayores a 6 meq L-1 no tuvieron efecto significativo sobre la calidad de frutos. El rendimiento
de frutos rojos y frutos totales (rojos + verdes) tampoco varió significativamente entre los
tratamientos de K. La cantidad de K que demanda el cultivo del tomate para obtener altos
rendimientos y excelente calidad puede ser estimada satisfactoriamente empleando un RIK de
4.11 %, lo que equivale a 3.27 kg de K por cada tonelada de fruto fresco producido.
44
SUMMARY
The content of potassium (K) in tomato (Lycopersicon esculeutum Mill. var. Yaqui) is
associated to fruit quality, however, the amount required is not yet clearly defined. In this
study the influence of potassium nutrition over the yield and fruit quality in saladette tomato
was determined. The internal requirement of K (RIK) in the aboveground dry matter was also
defined. Two soilless experiment were carried out under greenhouse conditions. In the first
experiment the effect of several potassium levels (Qk = 3, 6 an 9 meq L-) in the nutrient
solution, over the production, aerial biomass allocation, harvest index (IC), as well as yield
and fruit quality was studied. The contents and accumulation of K in the aboveground area
was also estimated. In the second experiment, higher levels of Qk (6, 9, 12, 15 and 18 meq L-
1) were tested to check their influence over fruit quality. The amount of K in the aboveground
area and fruit quality (titrable acidity and firmness) were increased in a direct way to the value
of Qk between 3 and 9 meq L-1. Higher concentrations to 6 meq L-' did not increase
significantly with the treatment of potassium. The accumulation of dry matter and potassium
was higher in fruits as compared to aerial biomass (stems and leaves). Within the treatment of
Qk, statistical effects were found in the IC from 0.54 to 0.60 g g-1. The amount of K required
by tomato crop to obtain higher yields and good quality may be estimated with a RIK of 4.11
%, which is equivalent to 3.27 kg K per ton of fresh fruit produced.
45
INTRODUCCIÓN
La demanda nutrimental de un cultivo agrícola es la cantidad de nutrimento que se
requiere para satisfacer sus funciones metabólicas durante su ciclo de crecimiento y desarrollo,
la cual se calcula con base en la meta de rendimiento y el valor del requerimiento interno (RI)
del nutrimento en cuestión (Rodríguez, 1990). El índice de cosecha (IC) representa un valor
que permite calcular la biomasa aérea total a partir del dato del rendimiento para un
determinado sistema de producción y, con el requerimiento interno es posible estimar la
demanda nutrimental del cultivo para diferentes niveles de producción (Rodríguez y Galvis,
1989).
El RI se refiere a la concentración nutrimental óptima en la biomasa aérea total al
momento de la cosecha (Greenwood el a l . , 1980). Este parámetro ha sido validado
exitosamente para N y P en cultivos anuales y praderas (Rodríguez, 1990; Galvis, 1990;
Galvis e l a l . , 1998), sin embargo, en hortalizas como el tomate aun no ha sido definido
claramente. Una forma de proceder para encontrar el valor del RI es mediante ensayos de
campo con dosis crecientes del nutrimento de interés. La técnica de cultivos hidropónicos
ofrece la posibilidad de controlar más eficientemente las concentraciones de nutrimentos en la
solución nutritiva y observar su efecto en las plantas (Steiner, 1961), lo cuál representa una
ventaja comparativa a los ensayos en suelo.
Es común encontrar reportes que indican que el tomate rojo al igual que muchos otros
cultivos hortofrutícolas requieren grandes cantidades de K acumulado en los frutos para lograr
incrementar su calidad pero no definen esta magnitud (Adanes, 1994). El criterio de la calidad
es controvertido debido a que se define con base en las características organolépticas, las
cuales dependen del genotipo (Poysa, 1992), manejo del agua (Mitchell y Shennan 1991) ,
46
salinidad (Adanes, 1991; Li e l a l . , 2001), estado nutricional de la planta y condiciones
ambientales a nivel de raíz y parte aérea (Ho y Adanes, 1995), así como el manejo de
postcosecha (Kader e l a l . , 1978) e incluso el rendimiento es independiente de la calidad de los
frutos cosechados (Ho, 1996). En tomates tipo saladette y bola, el principal atributo de calidad
para consumo en fresco es la apariencia externa, en el que se incluyen el color, tamaño, forma,
firmeza, ausencia de defectos de maduración y frescura del cáliz cuando está presente en el
fruto cosechado (Hobson y Kilby, 1984). También el sabor es una característica importante, la
cual está relacionada con la cantidad de azúcares y ácidos orgánicos presentes en el fruto (Ho,
1996). En tomate para proceso industrial, los parámetros de calidad más empleados son el
contenido de sólidos solubles totales (°Brix), color, firmeza, pH y acidez titulable (AVRDC,
1994). Aun cuando la calidad del fruto está definida por varios atributos que dependen del
manejo cultural y del genotipo, la nutrición potásica, constituye un aspecto de manejo
agronómico que permite incrementar la acidez titulable, firmeza, uniformizar la maduración y
lograr un mejor sabor de fruto (Ho y Adanes, 1995).
Con base en lo anterior, el objetivo de la presente investigación fue determinar la
influencia de la nutrición potásica sobre el rendimiento y calidad de frutos de tomate a través
de la definición del requerimiento interno de potasio (RIK).
MATERIALES Y MÉTODOS
Se desarrollaron dos experimentos en condiciones de invernadero empleando un sistema
hidropónico de circuito cerrado. En el primero se evaluó la influencia de tres concentraciones
de potasio (Qk = 3, 6 y 9 meq L-1) en la solución nutritiva sobre la producción y asignación de
biomasa aérea e índice de cosecha (IC), así como en el rendimiento y calidad de frutos de
tomate (Lycopersicon esculentrun Mill. var. Yaqui) tipo saladette de crecimiento determinado
47
y se cuantificó el contenido y acumulación de K en la biomasa aérea. En el segundo se amplió
el intervalo de exploración del potasio adicionado (Qk = 6, 9, 12, 15 y 18 meq L-') con el
propósito de verificar el efecto de este nutrimento sobre la calidad del fruto y fundamentar la
obtención del RIK en tomate. En el primer experimento el cultivo de tomate se inició mediante
siembra directa en recipientes de PVC de 20 dm 3 con escoria volcánica basáltica' negra como
sustrato, con una granulometría de 3 a 6 mm de diámetro. Se empleó un sistema de
microchorro por capilares de 0.4 mm de diámetro para aplicar los riegos con la solución
nutritiva, regulándolos con un temporizador automático y manteniendo la frecuencia de riego
en períodos de una hora con duración de 5 minutos cada uno. En el período de germinación
(cinco días), los riegos se suministraron con agua potable acidulada a pH 6.5 (± 0.1) con
HN03 IN y su composición química fue la siguiente (en meq L"'): 2.93 Na+, 0.22 K+, 0.38
Mg2+ 0.39, Ca2+, 0 .1 S0 42 , 1.8 HCO3
- y 1.97 C1 - (CE 0.409 dS m-', pH 7.2; RAS 4.72;
clasificación Normas Riverside C2S1).
La solución nutritiva empleada fue una modificación que se realizó a partir de la solución
universal de Steiner (1961) y su composición base fue la siguiente (en meq L-1 ): 10 N03 0.83
H2P04, 5.67 5042-, 6K +, 3.1 Mg2+ y 7.4 Ca 2+. Para el cálculo se consideró la composición del
agua. Las cantidades de micronutrimentos adicionados fueron (en mg L-1): 12 Fe, 1.6 Mn,
0.023 Zn, 0.011 Cu y 0.865 B. Para proveer los macronutrimentos se utilizaron las siguientes
fuentes comerciales: KN03, Ca(N03)2.4H20, KH2PO4, K2SO 4 MgSO4.7H2O. Las fuentes de
micronutrimentos fueron sustancias grado reactivo: H3BO3, MnSO4.4H2O, ZnS0 4.7H20 y
CuSO4.5H2O. El Fe se suministró en forma de EDTA-Fe, preparado de acuerdo con la
metodología propuesta por Steiner y van Winden (1970). Después del período de germinación,
los riegos se iniciaron con una solución nutritiva diluida a: i) un tercio (CE 0.6 dS m -1) de su
1Localmente se conoce con el nombre de tezontle negro.
48
concentración original, hasta el estado de 2-3 hojas verdaderas; i i ) a la mitad de su
concentración original (CE 1.2 dS mi') hasta la formación de 5-6 hojas y, iii) utilizando la
solución completa sin diluir de acuerdo con los tratamientos de K (CE de 1.9, 2.1 y 2.4 dS m-'
para Qk de 3, 6 y 9 rneq K+ L"', respectivamente). Los tratamientos consistieron en el
suministro de estas tres concentraciones de K en la solución nutritiva y se estudiaron bajo un
diseño experimental completamente al azar con tres repeticiones.
Cada 5-7 días se renovó la solución nutritiva y diariamente se ajustó el pH a 6-6.5 con
HNO3 IN.
Durante el experimento se realizaron siete muestreos del cultivo a los 20, 34, 48, 62, 74.
98 y 144 días después de la siembra. Cada muestreo consistió en cosechar la planta completa,
separando parte vegetativa y frutos, posteriormente se lavaron con agua destilada y luego se
secaron en estufa a 65 °C durante 72 horas. Una vez obtenido el peso seco de cada una de las
partes de la planta, el material se molió pasando a través de un tamiz de 20 mallas . El
contenido de K en el tejido vegetal se analizó mediante digestión de las muestras con una
mezcla de HNO3-HC1O4 y se determinó K por flamometría (Alcántar y Sandoval, 1999).
También se cuantificó el rendimiento (kg planta') de fruto rojos y producción total (frutos
rojos + verdes), así como el número de frutos por planta, peso promedio de frutos (g fruto-1),
contenido de materia seca en frutos (%), producción de materia seca total (g planta-1) e índice
de cosecha (IC, g g'). Las características externas de los frutos se evaluaron considerando el
color obtenido mediante la relación de los índices de cromaticidad alb (Colorímetro Hunter
Lab modelo 15062); la firmeza (g kg-1) fue medida en términos de la deformación producida
en el fruto colocado de manera horizontal, por compresión mediante puntal cónico en un
medidor de fuerza (penetrómetro Chatillón modelo FDV-30) con penetración de 2 mm. Para
analizar las características internas de los frutos se midió su pH directamente en la pulpa
49
macerada; los sólidos solubles totales (°Brix) se determinaron con un refractómetro digital
(Palette Atago PR-100) y la acidez titulable (% de ácido cítrico) se cuantificó neutralizando 10
ml de jugo de tomate con NaOH 0. IN utilizando fenolftaleína; la titulación finalizó al llegar a
un.pH de 8.3. Finalmente el índice de madurez (adimensional) se calculó mediante la relación
°Brix / acidez titulable.
Con el propósito de confirmar y fundamentar el valor del RIK en tomate, se estableció un
segundo experimento donde se estudió un mayor ámbito de exploración de K (Qk = 6, 9, 12,
15 y 18 meq L-1) en la solución nutritiva. Esto permitió observar si concentraciones mayores
de K a las examinadas en el primer experimento incrementaban significativamente la calidad
de frutos, lo cual pudiera modificar el valor del RIK previamente encontrado en dicho
experimento. En este caso se utilizó un sistema hidropónico por subirrigación, compuesto por
bancales (0.4 x 2.5 x 0.4 ni) elevados a 0.5 ni con respecto al suelo. Se mantuvo una relación
de 20 litros de solución nutritiva por planta en cada riego para lograr mayor capacidad de
amortiguamiento en la solución. El manejo del cultivo así como los materiales y métodos
fueron similares al experimento anterior, y las variables medidas fueron sólo aquellas
concernientes a la calidad del fruto al momento de la cosecha del primer racimo: color, índice
de madurez, °Brix, acidez titulable (% de ácido cítrico), pH y firmeza.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Rendimiento de frutos y biomasa seca aérea. El rendimiento de frutos rojos se incrementó
linealmente con la concentración de K (Qk) en la solución nutritiva, aunque no se encontraron
diferencias significativas (Cuadro 4.1). El rendimiento total de frutos (rojos + verdes) tampoco
difirió entre los tratamientos de potasio. Se presentó una tendencia negativa entre Qk y el peso
promedio de fruto debido a que las plantas produjeron menor cantidad de frutos a valores
50
bajos de Qk, dando oportunidad a que éstos tuviesen un mayor crecimiento, con lo que se
infiere hubo mejor abastecimiento de fotosintatos por fruto.
En el tratamiento de 3 meq K L -' en la solución nutritiva se presentó una deficiencia típica
de K en las hojas de tomate, pero ésto no ocasionó que disminuyera significativamente la
acumulación de materia seca en la biomasa aérea en comparación con los demás tratamientos
(Cuadro 4.1). Al respecto, Pujos y Morard (1997) encontraron que una deficiencia
permanente o temporal de K en plantas jóvenes de tomate con hábito de crecimiento
indeterminado no ocasionó una disminución significativa en el peso seco de la parte vegetativa
ni de frutos, lo que concuerda con lo obtenido en la presente investigación.
Cuadro 4.1. Efecto de la concentración de K en la solución nutritiva (Qk) sobre las variables de rendimiento de tomate var. Yaqui, cultivado en hidroponía.
Qk. Peso fresco de frutos 1PPF 2NFR 3MSF 4MST 51C Rojo Rojo+verde Meq L-' ........................kg planta-1 ............g planta-1 % g planta-1 g g -1 3 4 .67 5.63 112.0 41.8 b 4.38 426.6 0 .60a 6 5 .58 5.93 103.4 53.5 ab 4.35 444.0 0.54 b 9 5 .68 5.78 102.7 53.8 a 3.63 439.3 0.56 b ANA VA: probabilidad >f Qk 0.1585 0.8752 0.1243 0.0352 0.5774 0.8776 0.0301
1PPF = Peso promedio de fruto; 2NFR = Número de frutos rojos por planta; 3MSF = Contenido de materia seca en frutos; 4MST = Materia seca total; 51C = Índice de cosecha. Cifras con la misma letra dentro de cada columna son estadísticamente iguales (Tukey, a = 0.05)
La acumulación de b iomasa seca fue mayor significativamente (p < 0.01) en los frutos
(246.5, 257.9 y 209.8 g planta') que en la parte vegetativa (tal los + hojas) con valores de
164.3, 198.5 y 189.6 g planta"' para Qk de 3, 6 y 9 meq L-', respectivamente. La mayor
acumulación de materia seca en los frutos con respecto al resto de la planta durante la etapa de
fructificación también ha sido reportada previamente en tomate de crecimiento indeterminado
51
(Hurd el al., 1979; Heuvelink y Marcelis 1989). Existen evidencias que dicha relación es
producto de una alta demanda metabólica y ocurre aun cuando existen diferencias fenotípicas
entre las distintas variedades de dicha especie; sin embargo, el orden de prioridad en la
asignación de asimilados cambia con la etapa fenológica, esto es, durante la floración se tiene
el siguiente gradiente: raíces> hojas jóvenes> flores, mientras que en la fructificación es:
frutos> hojas jóvenes> flores y raíces. (Ho, 1996), lo cual explica lo encontrado en la presente
investigación.
El hecho de propiciar menor asignación de biomasa en el dosel vegetal al emplear Qk de 3
meq L-1 con respecto a los demás tratamientos y una biomasa muy similar en los frutos en
todos los tratamientos, permitió obtener un índice de cosecha (IC) significativamente mayor
para éste tratamiento que con Qk de 6 y 9 rneq L-' (Cuadro 4.1). Los valores del IC en estos
últimos dos tratamientos son comparables a los reportados por Michell el al. (1991) en tomate
cv. UC82B. El alto valor de IC obtenido con el tratamiento de 3 meq K L-1 fue producto de
que hubo una restricción del crecimiento del dosel vegetal debida a la falta de una adecuada
nutrición potásica lo que ocasionó que el cociente (rendimiento económico/rendimiento
biológico) que define el IC se incrementara. Dicha restricción coincidió con la aparición de un
amarillamiento en el borde de los foliolos, síntoma asociado a una deficiencia de K. Por lo
tanto, las concentraciones de 6 y 9 meq K L-1 en la solución nutritiva promovieron mejor
crecimiento vegetal que 3 meq K L-1.
En el Cuadro 4.1, se observa también que no existió ganancia en la concentración
porcentual de materia seca en el fruto con la adición creciente de K y difiere de lo obtenido
por Adams y Grimmet (1986). Probablemente esto se explique por el hecho de que el fruto de
tomate acumula más agua que cualquier otro órgano de la planta, llegando a valores de 94 %
52
(de Koning, 1989) y por consiguiente, sea difícil incrementar la materia seca en el fruto
mediante la adición de K, dado que este elemento tiene un efecto hidratante a nivel celular
(Marschner, 1986).
Calidad de frutos. En el Cuadro 4.2 se presentan los resultados obtenidos al evaluar
diferentes concentraciones de K en la solución nutritiva (Qk = 3, 6 y 9 meq L-1) sobre la
calidad del fruto. Existió un incremento significativo (p < 0.01) en el contenido de acidez
titulable (porcentaje de ácido cítrico) con la adición de cantidades crecientes de K. Al igual
que otros ácidos orgánicos, la acumulación de ácido cítrico en los frutos se debe al mecanismo
de balance de carga catión-anión que tiene lugar cuando el K+ es transportado sin un anión
acompañante, por ejemplo N0 3-, hacia el interior del citoplasma (Marschner, 1986).
Cuadro 4.2. Efecto de la concentración de K en la solución nutritiva (Qk = 3, 6 Y 9 meq L1) sobre las variables de calidad de frutos (rojo-maduro) de tomate var. Yaqui, cultivado en hidroponía. Primer experimento. Qk índice de Firmeza °Brix 'AT 21M pH color a/b (fuerza) Kg % ac. cítrico °Brix/AT 3 1.42 0.182 3.90 0.199 b 19.79a 5.13 6 1.43 0.210 3.96 0 .300a 13.20 b 5.23 9 1 .30 0 .229 4.20 0.323 a 12.98 b 5.16 ANAVA: Probabilidad > F Qk 0.4145 0.3480 0.5462 0.0002 0.0079 0.5008
1AT = Acidez titulable; 21M = Índice de madurez. Cifras con la misma letra dentro de cada columna son estadísticamente iguales (Tukey, a = 0.05).
Con respecto a la firmeza, se observó que la fuerza aplicada para producir la deformación
de los frutos de tomate fue 0.15 y 0.25 veces mayor con Qk de 6 y 9 meq L-1, respectivamente
que 3 meq K L-1 pero esta diferencia no fue significativa (Cuadro 4.2). Los sólidos solubles
53
totales (°Brix) aunque también se relacionaron con Qk no hubo diferencias significativas y el
pH del fruto tampoco se modificó con los tratamientos de K (Cuadro 4.2).
Mediante el segundo experimento donde se amplió el ámbito de exploración de Qk (6, 9
12. 15 y 18 meq L-1), se confirmó que incrementos en la concentración de K superiores a 6
nieq L-i en la solución nutritiva no permitieron obtener mayor ganancia en los parámetros de
calidad (Cuadro 4.3) comparados con el primer experimento (Cuadro 4.2). Solamente se
encontraron diferencias estadísticas en el pH de los frutos con valores de 4.8 a 5.0 entre los
tratamientos (Cuadro 4.3), pero en la práctica esto no representa mayor importancia. A cada
uno de los parámetros identificados en el primer experimento como principales indicadores de
calidad de frutos de tomate (Acidez titulable, °Brix y firmeza) que se relacionaron más
estrechamente con el K adicionado en la solución nutritiva, se les ajustó una función
exponencial ascendente que resultaron estadísticamente significativas (p < 0.01) (Cuadro 4.4),
lo cual confirma la tendencia asintótica entre el valor de Qk y los parámetros de calidad
evaluados.
Cuadro 4.3. Efecto de la concentración de K en la solución nutritiva (Qk = 6, 9, 12, 15 y 18 meq L- i) sobre las variables de calidad en frutos (rojo-maduro) de tomate var. Yaqui, cultivado en hidroponía. Segundo experimento. Variable Qk Probabilidad>F Indice de color alb 0.4875 NS Firmeza (fuerza) 0 .4972 NS °Brix .0.1053 NS AT (% ac. cítrico) 0 .4832 NS IM (°Brix/AT) 0.6539 NS pH 0.0200 * 1AT = Acidez titulable; 21M = Índice de madurez. NS = Diferencias estadísticas no significativas * Diferencias estadísticas significativas
54
El interés de definir las ecuaciones del Cuadro 4.4, estriba en que permitieron calcular
por interpolación los valores máximos de Qk a partir de los cuales ya no fue posible seguir
incrementando significativamente los valores de los parámetros considerados. Por ejemplo,
en el caso de acidez titulable (% de ácido cítrico) el valor de Qk estimado (7.4 meq K L-1)
mediante la ecuación ajustada, representa la concentración de K en la solución nutritiva a
partir de la cual ya no es posible seguir incrementado significativamente el valor de acidez
titulable (0.35 % de ácido cítrico) en relación al valor máximo obtenido (0.40 % de ácido
cítrico) en los experimentos. Una explicación similar a lo anterior es para el caso de °Brix y
firmeza de frutos. Cabe aclarar que el valor de los parámetros de las ecuaciones ajustadas
pueden cambiar para los diversos genotipos de tomate, puesto que de manera natural se
encuentran variaciones en los valores de los índices de calidad (AVRDC, 1994). Sin
embargo, el efecto de la adición de K en la solución nutritiva sobre los índices de calidad del
fruto pudo ser representado mediante estas ecuaciones exponenciales, lo que permite
establecer que mayores dosis de K no incrementarán la calidad del fruto.
Cuadro 4.4. Modelos de regresión empleados para ajustar la tendencia de la acidez titulable (AT, porcentaje de ácido cítrico), grados brix (°Bx) y firmeza de frutos (FF, g kg- 1) en estado rojo maduro en función de la concentración de K (Qk) en la solución nutritiva. Modelo teóricos ajustados‡ R2 Qk Valor del índice de estimado† calidad† AT = 0.40[1-exp(-0.28Qk)] 0.95 ** 7.4 0.35 °Bx = 4.40[1 -exp(-0.5Qk)] 0.77 * * 5.4 4.1 FF = 250[1-exp(-0.22Qk)] 0.74 ** 7.6 203.0 ** p < 0.01 † Valores obtenidos por interpolación a partir de las ecuaciones exponenciales. ‡Ecuaciones matemáticas del tipo Y = A[1 -exp (-bx)], donde: Y representa el valor estimado de la variable dependiente, A valor de la asintota, b pendiente de la función exponencial y x es el valor de la variable independiente.
55
Otros aspectos del manejo agronómico que pueden considerarse para incrementar el
contenido de sólidos solubles (°Brix) y acidez titulable sin disminución del rendimiento, es el
empleo de períodos cortos de déficit de agua y el aumento en la salinidad dado que afectan la
acumulación de agua en los frutos (Mitchell el a/.,1991). Ho el al. (1987) sugieren que las
sales de K regulan el potencial osmótico del fruto de tomate bajo condiciones de alta salinidad
en virtud que participan en un 49 % del potencial hídrico en los frutos. Asimismo indican que
bajo condiciones de déficit hídrico, las más altas concentraciones de K en frutos se debió
solamente a que existió una reducción en el contenido de agua en el fruto, por lo que ocurrió
mayor concentración y no porque se haya incrementado la importación de K al fruto. Adanes y
Ho (1989) lograron incrementar la concentración de materia seca en el fruto de 5.4 a 7.7 % al
aumentar la salinidad de la solución nutritiva. Sin embargo, cuando se cultiva tomate en un
ambiente salino con una CE superior a 5 dS m-1 se reduce significativamente el rendimiento y
se incrementa la pudrición apical de frutos (Li el al., 2001). En el presente estudio, los valores
de CE de la solución nutritiva en los tratamientos de K fueron menores a 2.4 dS ni-1 y no
incrementaron la concentración porcentual de materia seca en el fruto, lo cual explica por qué
el contenido de °Brix se mantuvo sin variación significativa entre los tratamientos de K.
El color de los frutos determinado por la relación entre los índices de cromaticidad a/b fue
similar oscilando de 1.30 a 1.42 en todo el espacio de exploración de Qk (Cuadro 4.2). Si se
considera esta referencia como indicador de la madurez (que es el procedimiento común al
nivel comercial), la evaluación de calidad en el presente estudio fue realizada en el mismo
estado de madurez de frutos para todos los tratamientos de potasio y las variaciones obtenidas
fueron resultado del suministro variable de K en la solución nutritiva. Sin embargo, es
conveniente mencionar que el índice de madurez obtenido a partir de la relación °Brix/acidez
titulable alcanzó un valor máximo de 19.79 para Qk 3.0 meq L-1, atribuido en su mayor parte a
56
un bajo valor en la acidez titulable. En los demás tratamientos éste índice fue de 13.2 y 12.98
para 6 y 9 meq L -' de K. Un bajo abastecimiento de K altera esta relación por lo que los frutos
retrasan su maduración, aunque se tenga el mismo índice de color alb. Esto indica que además
del color alb, es necesario emplear la relación °Brix/acidez titulable como indicador del grado
de madurez y calidad del fruto.
Contenido y extracción nutrimental de K. El contenido de K en la planta no tuvo asociación
con el rendimiento de frutos pero sí influyó significativamente sobre la calidad de los mismos,
aunque su efecto se restringió en un intervalo pequeño de Qk (3 a 6 meq L-1). Esto hace ver
que es indispensable hacer un manejo racional del K ya que aplicaciones excesivas de este
nutrimento no repercutirán en una mejor calidad de la producción. En el Cuadro 4.5 se
presenta la variación en el contenido porcentual y extracción de K en la parte vegetativa y
frutos, así como en la biomasa aérea total en función de Qk.
Cuadro 4.5. Efecto de la concentración de K en la solución nutritiva (Qk) sobre la concentración y extracción de K en la parte aérea vegetativa (BAv), frutos y biomasa aérea total (BAT) de tomate var. Yaqui al momento de la cosecha.
Contenido de K Extracción de K Qk 1KBAT
BAV Frutos BAV Frutos BAT meq L-1 ------ %------ ------ g planta –1 ------- % 3 1.50 b 4.29 c 2.47 b 11.25 b 13.72 b 3.2 a 6 2.43 ab 5 .47b 4.83 a 13.42 ab 18.25 ab 4.11 b 9 3.28 a 6 . 0 9 a 6.24 a 15.21 a 21.45 a 4.88 c ANAVA: Probabilidad > F 0.0032 0.0001 0.0055 0.0324 0.0089 0.0001 1KBAT = K en la biomasa aérea total. Cifras con la misma letra dentro de cada columna son estadísticamente iguales (Tukey, a = 0.05).
57
A medida que existió un incremento en el suministro de K (Qk) el contenido de K en el dosel vegetal
y frutos aumentó significativamente, lo que ocasionó que las cantidades de K extraído por la
biomasa aérea total, así como en la parte vegetativa y frutos también se incrementara de manera
significativa (Cuadro 4.5 y Figura 4.1).
La acumulación de K extraído en la biomasa aérea total a umentó de manera directa con el valor de Qk, y
dicho elemento se distribuyó principalmente en los frutos (Figura 4.1) pero no repercutió sobre el
rendimiento de frutos ni en la producción de materia seca (Cuadro 4.1) aunque sí en la calidad de los frutos
(Cuadro 4.2).
Figura 4.1.Variación del K extraído (Kext) a la cosecha en la parte vegetativa (tallos + hojas), frutos y biomasa aérea total del tomate var. Yaqui en función de la concentración de K (Kap) en la solución nutritiva.
58
Los frutos de tomate en estado de crecimiento activo constituyeron el principal órgano
demandante de K con valores de hasta 70-80 % de la cantidad total de K extraída por la planta
de tomate variedad Yaqui (Cuadro 4.5), el cual es requerido para uniformizar la maduración e
incrementar la acumulación de ácidos orgánicos en los frutos, logrando con ello buena calidad
y sabor (van Lune y van Goor, 1977; Ho y Adams, 1995). En tomates indeterminados, el 60 %
de K extraído por la planta es debida a los frutos (Tapia y Gutiérrez, 1997). El K constituye de
un 86 a 90 % de los cationes totales acumulados en el fruto de tomate (Besford y Maw, 1975)
y de esta cantidad, aproximadamente 64 % del K total absorbido por los frutos está localizado
en el pericarpio, (Mitchell et al., 1991). Esta acumulación intensiva de K por los frutos de
tomate es principalmente a partir de la savia del floema junto con los asimilados (Ho y Adams,
1995).
Por las razones anteriormente expuestas, un aspecto importante a considerar en el cálculo
de la demanda de potasio en hortalizas de fruto como el tomate, a diferencia de cultivos de
cereales, es su efecto significativo en la calidad del producto cosechado.
Requerimiento interno de K. La concentración de K en la biomasa aérea (KBAT) se
incrementó significativamente de 3.2 % de K para Qk de 3 meq L-1 a 4.11 y 4.88 % para Qk
de 6 y 9 meq L-1 respectivamente, de acuerdo con el primer experimento (Cuadro 4.5). Por lo
tanto, cualquiera de estas dos últimas concentraciones de K en la biomasa aérea podrían
corresponder al valor del RIK dado que los tratamientos donde fueron obtenidos promovieron
el máximo rendimiento y calidad de frutos (Cuadros 4.1, 4.2 y 4.3). Al no encontrar
diferencias estadísticas significativas entre los tratamientos de 6 y 9 meq K L-1 resulta más
favorable en la práctica seleccionar 4.11 % de K como el valor del RIK para tomate, puesto
59
que el consumo de fertilizante potásico sería menor con el consiguiente ahorro económico que
esto representa sin desmeritar la calidad del producto cosechado.
Los resultados del segundo experimento demostraron que concentraciones de Qk mayores
a 6 meq L-1 no propiciaron un incremento significativo en la calidad de los frutos puesto que
fue similar en todos los casos (Cuadro 4.3) e incluso al incrementar Qk arri ba de esta
concentración se propició una mayor producción de frutos con pudrición apical (datos no
mostrados) por una probable deficiencia de calcio inducida por antagonismo con el K (van
Lune y van Goor, 1977). En este sentido, de acuerdo con el concepto de RI propuesto por
Greenwood et al, (1980), el valor de 4.11 % K en la biomasa aérea que se obtuvo con el
tratamiento de 6 meq L-1 (definido en el primer experimento) adquiere mayor fundamento.
Estos investigadores, demostraron que el porcentaje de K en la materia seca de varios cultivos
hortícolas al momento de la cosecha fue un buen indicador de la restricción del crecimiento
vegetal debida a este nutrimento. Por lo tanto, a partir de la relación entre la concentración del
nutrimento y el peso de materia seca total, es posible estimar la extracción del nutrimento para
distintas producciones de biomasa.
En función del rendimiento de frutos y extracción total de K, fue posible también calcular la
cantidad de K extraído por tonelada de fruto producido dando valores de 2.95, 3.27 y 3.77
kg K ton-1 de fruto cosechado, para Qk de 3, 6 y 9 meq L-1, respectivamente. Sin embargo,
dado que con Qk de 6 meq L-' fue posible lograr el máximo rendimiento y óptima calidad de
frutos, se determinó que el valor de 3.27 kilogramos de K por tonelada de fruto producido es
una alternativa para calcular la demanda nutrimental de K en tomate saladette var. Yaqui.
60
CONCLUSIONES
El contenido y acumulación de K en la biomasa aérea de tomate varió en relación directa
a la concentración de K presente en la solución nutritiva (Qk). Sin embargo, esto no repercutió
sobre la producción de materia seca total y rendimiento de frutos. La mayor calidad de frutos
se obtuvo a partir de Qk igual a 6 meq L -1 y se mantuvo indistintamente de la concentración de
K aplicada (Qk > 6 meq L-1). Por lo tanto, se concluye que el cultivo de tomate saladette var.
Yaqui demanda 3.27 kilogramos de K por tonelada de frutos para obtener un óptimo
rendimiento y calidad de tomates. lo que equivale a 4.11% de requerimiento interno de
potasio.
61
V. ACUMULACIÓN DIARIA DE MATERIA SECA Y DE POTASIO EN
LA BIOMASA AÉREA TOTAL DE TOMATE
Daily aboveground dry matter and potassium accumulation in tomato
RESUMEN
Se generó un método para estimar la acumulación diaria de materia seca (MSBAT) y
potasio (KBAT) en la biomasa aérea total del tomate en el período de crecimiento (Pc) entre la
fecha de plantación y cosecha, cuya aplicación se espera que sea válida indistintamente del
hábito de crecimiento del cultivo, manejo o condiciones ambientales. El procedimiento
consistió en convertir la MSBAT y KBAT durante el Pc en términos proporcionales al valor
máximo alcanzado en cada caso, codificando la MSBAT, KBAT y Pc con el valor de 0.0 en la
plantación y 1.0 en la cosecha. Los valores intermedios se asignaron proporcionalmente al
máximo observado (MSBAT, KBATp, Pcp) y se ajustó cada tendencia a los siguientes modelos
teóricos:
1.1 1.2 MSBATp = --------------------------- KBATp= ----------------------------- [ 1 + exp(3.5-5.7 Pcp] [ 1 + exp(5.0-6.6 Pcp]
Para validar ambos modelos se emplearon datos de experimentos realizados por otros
autores en diversos países, bajo diferentes ambientes de producción y manejo. La MSBAT y
KBAT estimados con los modelos propuestos concordaron significativamente con los
observados en los ensayos independientemente de las condiciones en que se desarrolló el
cultivo de tomate, por lo que se concluye que los modelos propuestos pueden emplearse para
estimar la acumulación diaria de materi a seca y potasio en la biomasa aérea del tomate, lo cual
constituye una herramienta valiosa para coadyuvar a regular la aplicación de potasio en
fertirrigación mediante riego por goteo.
62
SUMMARY
A method was generated to estimate the daily accumulation o f dry matter biomass (MS BAT)
and potassium (KBAT) accumulation in the growth period (Pc) of tomato plants from the
planting date to harvest time. This approach which is expected to be valid indistinctly of plant
growth habit, management practices or environmental conditions. Maximum values of MSBAT,
KBAT and Pc were converted, in all cases, to proportional terms to the maximum value reached
in each one and were codified with 0.0 and 1.0 at the plantation and harvest date, respectively.
The intermediates values were assigned proportionally to the maximum value observed
(MSABATp, KBATp and PcP) and the trend was adjusted according with the following theoretical
models:
1.1 1.2 MSBATp = --------------------------- KBATp= ----------------------------- [ 1 + exp(3.5-5.7 Pcp] [ 1 + exp(5.0-6.6 Pcp] To validate both models data from others investigators were utilized, from several countries,
under different environments and managements. The MSBAT and KBAT estimated with the
proposed models agreed significantly with those obtained by using experimental data from
cultivated plants without climatic stress. It is concluded that the models proposed could be
used to estimate the daily accumulation of dry matter and potassium in the tomato
aboveground biomass, which constitute a valuable tool to regulate the potassium supply in
fertigation with trickle irrigation.
63
INTRODUCCIÓN
Ante la creciente escasez de recursos hídricos destinados para la agricultura y el alto
costo de los insumos agrícolas, resulta indispensable buscar alternativas tecnológicas que
reduzcan los costos de producción y que al mismo tiempo se obtengan altos rendimientos con
la mayor calidad posible sin detrimento de los recursos naturales. En este sentido, la
fertirrigación ha resultado una técnica promisoria en agrosistemas hortícolas intensivos para
abastecer adecuadamente con agua y nutrimentos a estos cultivos durante su ciclo de
producción mediante el empleo de sistemas de microirrigación (Bar-Yosef, 1999). Aunque se
ha demostrado que la fertirrigación es una técnica exitosa, aun persisten problemas que son
indispensables resolver como es precisar la dosis de fertilizantes que se deben aplicar para
incrementar la eficiencia de aprovechamiento de los nutrimentos y fomentar la rentabilidad de
la producción sin deterioro de los recursos naturales. Una forma de proceder es mediante la
cuantificación de la demanda nutrimental diaria del cultivo de interés, lo que permitiría hacer
los ajustes necesarios en el manejo de la fertilización.
Para calcular la demanda total de un cultivo. Galvis et al. (1994) sugieren hacerlo a
través de la meta de rendimiento en materia seca total y el requerimiento interno del
nutrimento de interés. Aunque esto se ha validado exitosamente (Rodríguez et al., 2001), este
procedimiento no permite conocer la demanda parcial durante un periodo determinado del
ciclo de crecimiento y desarrollo del cultivo. La distribución de la materia seca entre varias
partes de la planta ha sido descrita como un equilibrio funcional (Brouwer, 1962) o como
funciones de distribución dependientes del tiempo o estado de desarrollo (Heuvelink y
Marcelis, 1989), lo que ha facilitado predecir de manera razonable la producción de materia
seca a lo largo del ciclo de crecimiento en cultivos de crecimiento determinado como maíz y
trigo. Sin embargo, en plantas de crecimiento indeterminado como tomate, pepino y pimiento
64
morrón es necesario considerar otros factores ya que la dinámica de acumulación de materia
seca es diferente (de Koning, 1989).
Mediante el empleo de modelos de simulación es factible estimar la producción de
materia seca en diversos cultivos. En tomate se ha estimado la producción de materia seca para
diferentes épocas del año (Heuvelink, 1995), pero este tipo de modelos tienen el inconveniente
de requerir datos de entrada difíciles de conseguir o que a menudo no se cuenta con éstos
(eficiencia fotoquímica, eficiencia de uso del CO,, coeficientes de extinción lumínica, valores
de Q10 índices respiratorios para hojas, tallos, raíces y frutos, eficiencia de conversión de
carbohidratos a materia seca, entre otros), como es el caso de los modelos TOMSIM(1.0)
(Spitters e t a l . , 1989) y TOMGRO(1.0) (Jones et al., 1991). Con ambos modelos se simuló
satisfactoriamente la producción de materia seca total en tres de cuatro experimentos y en el
cuarto ensayo se subestimó en 35 % (Bertin y Heuvelink, 1993). Esto sugiere que la inclusión
de múltiples parámetros en el algoritmo de un modelo no necesariamente mejora la predicción
de la producción de materia seca o absorción nutrimental (Gary el a l . , 1998).
Los modelos que emplean múltiples parámetros como variables de entrada son
convenientes para estudiar las interacciones del cultivo con el medio de producción y entender
los efectos del manejo agrícola sobre el cultivo y el ambiente, pero no son apropiados para
emplearlos en la toma de decisiones prácticas por la dificultad de su validación (van Keulen y
Wolf, 1986; Rodríguez, 1990). Para estos casos es necesario el desarrollo de modelos cuyos
parámetros de entrada sean los menos posibles y accesibles, cuyo propósito esencial es de
empleo totalmente pragmático pero eficiente. Un ejemplo de ello, es el modelo de Tap y van
Straten (1995), iones simplificaron el modDdelo propuesto por de Koning (1994) que
originalmente requería 364 variables de entrada y ahora sólo requiere cinco sin perder precisión
en la simulación de la distribución de la materia seca en plantas de tomate. Por lo
65
tanto, el esfuerzo en la construcción de un algoritmo debe centrarse en identificar los factores
más limitativos de la producción y en los objetivos que se persigan para emplear el modelo,
esto es, ya sea para tomar decisiones pragmáticas o entender el sistema de producción (Galvis,
1998).
El cultivo de tomate ha sido ampliamente estudiado en diferentes aspectos, sin embargo,
es escasa la información disponible que oriente al productor sobre la cantidad diaria de potasio
que requiere este cultivo para satisfacer sus necesidades metabólicas, lo cual tiene relevancia
cuando se practica la fertirrigación. Por lo tanto, en el presente trabajo se propone estimar la
acumulación diaria de materia seca y potasio en la biomasa aérea total del tomate con base en
sendos modelos teóricos derivados del método propuesto por Galvis (1998) para trigo, cuya
aplicación pueda ser válida para diferentes condiciones de producción y hábitos de
crecimiento (determinado o indeterminado), empleando como variable de entrada el
rendimiento esperado y la duración del período de crecimiento del cultivo.
MATERIALES Y MÉTODOS
Modelos teóricos propuestos
Para generar los modelos teóricos se estableció un experimento con tomate (Lycopersicon
esculentum Mill.) tipo saladette var. Yaqui de crecimiento determinado empleando un sistema
hidropónico con recirculación de la solución nutritiva. Se evaluaron tres concentraciones de K
(Qk = 3, 6 y 9 meq L-1) en la solución nutritiva bajo un diseño experimental completamente al
azar con tres repeticiones. El cultivo de tomate se realizó en invernadero mediante siembra
directa en recipientes de PVC con capacidad de 20 dm3 y como sustrato se empleó escoria
volcánica basáltica negra. La composición base de la solución nutritiva fue la siguiente (en
meq L-1): 10 NO 3-, 0 .83 H2P0 4
-, 5 .67 SO42- 6 K+, 3.1 Mg2+ y 7.4 Ca 2+. Las cantidades de
micronutrimentos adicionados fueron (en mg L-1): 12 Fe, 1.6 Mn, 0.023 Zn, 0.011 Cu y 0.865 65
66
B. Las fuentes de nutrimentos, el sistema de riego, manejo del cultivo, muestreos de plantas y
análisis químico de K han sido descritos detalladamente en el Capítulo Tres. Se cuantificó la
acumulación de materia seca y potasio en la biomasa aérea de las plantas de tomate colectadas
a los 20, 34, 48, 62, 74, 98 y 144 días después de la siembra (dds). Con el fin de construir el
modelo teórico se utilizaron solamente los datos de estas dos variables del mejor tratamiento
de K (6 meq L-1) con el cual se obtuvo el más alto rendimiento y calidad de tomate en dicho
experimento.
Los datos obtenidos de la acumulación de materia seca y potasio en la biomasa aérea se
manejaron de acuerdo al método propuesto por Galvis (1998) para trigo con el propósito de
generar el modelo teórico del tomate procediendo de la siguiente manera: a) la variable
independiente fue el tiempo transcurrido entre la fecha de plantación y la cosecha (Pc); b) la
variable dependiente fue la materia seca (MS,3A,) o potasio (K,3A-r) acumulados en la biomasa
aérea total durante el Pc, según haya sido el caso; c) las tres variables (Pc, MSBAT- y KBAT) se
codificaron asignando a cada una el valor de 0.0 en la plantación y 1.0 al valor máximo a la
cosecha, los datos intermedios se codificaron proporcionalmente al máximo observado; d)
mediante un proceso iterativo se ajustó una función logística a los datos experimentales
codificados (MSBAT y KBAT), para obtener los parámetros de cada modelo teórico.
Validación de los modelos teóricos propuestos
La validación de los modelos teóricos propuestos para estimar la acumulación diaria de
materia seca y potasio en la biomasa aérea total se realizó utilizando datos reportados por otros
autores en la literatura nacional e internacional, los cuales incluyen distintas variedades,
hábitos de crecimiento, sistemas de riego y condiciones de producción (invernadero y a campo
abierto). En los Cuadros 5.1 y 5.2 se resumen las principales características de la información
67
utilizada en la validación de los modelos teóricos propuestos para estimar la MSBAT y KBAT,
respectivamente.
Cuadro 5.1. Experimentos empleados para validar el modelo propuesto que estima la acumulación diaria de materia seca en la biomasa aérea total del cultivo de tomate.
Ensayo Cultivo Lugar del ensayo Sistema de riego Sucio Rendimiento
(ton ha-1,) C i c l o ( d d p ) Cita
M S 01
Tipo bola, indeterminado
Div ino"
Culiacán México
Goteo superficial en campo abierto
Vertisol
155.6
148
Burgueño (1994)
M S 02
Tipo de saladette, industrial
determinado “M82-1-8VF”
Gilat Israel Goteo
superficial en campo abierto
Haploxeralf 178.9 105 Martinez (1992)
M S 03 134
M S 04 105
100 M S 05
M S 06 99
M S 07 100
M S 08 104
M S 09 100
M S 10 95
M S 11 106
M S 12 112
M S 13 140
M S 14
Tipo bola, indeterminado
“Counter”
De Ruiter Seedes.
Bleiswijk
Wageningen, Holanda
Goteo superficial en invernadero † ‡
120
Heuvelink (1995)
† No se especifica ‡ solo se reporta cl valor de materia seca total a la cosecha ' ddp días después de la plantación
Cuadro 5.2. Experimentos empleados para validar el modelo propuesto que estima la acumulación diaria de potasio en la biomasa aérea total del cultivo de tomate.
Ensayo tipo de tomate Lugar del ensayo
Sistema de riego Suelo Rendimiento
(ton ha-,) C i c l o (ddp) Cita
k 01
Saladette para proceso industrial
“M82-1-8 VF ”
Israel
Goteo superficial
Arc i l l o so †
1600
100
Dafne (1984)
k 02 Tipo bola
Indeterminado “Hyb 675”
Israel Goteo superficial Arenoso † 127.0 150 Bar-Yosef et al,
(1982)
k 03 Saladette para
Proceso industrial “Campbell 37”
E.U.A Gravedad ‡ ‡ 112 Halbrooks y Wilcox (1980)
k 04 Tipo bola
Indeterminado “Divino”
Culiacán México
Goteo superficial Ver t i so l 155.6 148 Burgueño
(1994)
k 05 Tipo bola
Indeterminado “Divino”
Culiacán México
Goteo superficial Ver t i so l 150.0 150 Burgueño
(1999)
†No se indica clasificación de suelo ‡ No reportado
68
Con base en el rendimiento de frutos o materia seca total y duración del ciclo del cultivo
que reportó cada autor citado en los dos cuadros en discusión, con los respectivos modelos
teóricos propuestos se estimó la cantidad de materia seca y potasio acumulados durante el
período de crecimiento y desarrollo del tomate.
La precisión de la estimación para cada caso se evaluó mediante regresión lineal simple
considerando los valores observados como la variable independiente y los estimados como la
dependiente. La significancia estadística de las regresiones y sus respectivos coeficientes de
determinación fueron los parámetros de referencia para evaluar la eficacia de los modelos
teóricos propuestos en este trabajo.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Modelos teóricos propuestos
En la Figura 5.1 se presentan los resultados de la acumulación de materia seca (MSBAT) y de
potasio (KBAT) en la biomasa aérea total a lo largo del ciclo de crecimiento del tomate que se
obtuvieron en el ensayo realizado bajo condiciones de invernadero e hidroponía y su
respectiva codificación de acuerdo al método propuesto.
El inicio de floración se presentó a los 30 días después de la siembra (dds). el cuajado de
frutos inició a los 37. el crecimiento acelerado de frutos comenzó a los 45 y finalmente el
inicio de cosecha a los 87 dds. Estas cuatro etapas son las que definieron la acumulación de
materia seca. Durante la primer etapa de crecimiento del cultivo que corresponde desde la
plantación hasta el inicio de la floración hubo una escasa acumulación de materia seca (3% de
la acumulación total). Posteriormente, en las etapas de amarre y crecimiento de frutos es
donde ocurre una acumulación intensa de biomasa aérea; al inicio de cosecha el cultivo de
tomate llega a 30 % y el resto (± 70 %) durante la etapa de cosecha. Lo anterior indica que en
69
el transcurso del período de corte de frutos es cuando el cultivo demanda mayor cantidad de
nutrimentos y en consecuencia cualquier déficit nutrimental durante dicho lapso repercutirá de
manera negativa sobre el rendimiento del cultivo.
Figura 5.1. Tendencia de la acumulación de materia seca (MS) y potasio (K) en la biomasa aérea total (BAT) del tomate entre la fecha de siembra y la cosecha (Pc): a) Resultados experimentales (las barras verticales indican la desviación estándar de las repeticiones por muestreo); b). Codificación a valores proporcionales de materia seca (MSBATp), potasio (KBATp) y Pc (Pcp).
Después del establecimiento del cultivo de tomate se observa que la acumulación de
potasio, al igual que la materia seca aérea, comienza a incrementarse aceleradamente después
de que ha ocurrido aproximadamente el 30 % del período de crecimiento y continúa en forma
lineal ascendente hasta la cosecha cuando ocurre el crecimiento de los frutos. El incremento
acelerado en la extracción de potasio es debido en gran parte a la formación y crecimiento de
frutos, los cuales llegan a constituir el principal órgano demandante de potasio, con valores de
hasta 70 a 80 % de la cantidad total de potasio extraída por la planta (cf Capítulo IV).
70
El hecho de acotar el período de crecimiento del cultivo de tomate en términos
proporcionales en el modelo teórico propuesto, permite estimar de manera aproximada la
acumulación de materia seca y potasio en la biomasa aérea total para cualquier período del
cultivo y por ende es posible calcular tanto la tasa de crecimiento como de absorción de
potasio.
Las variaciones que se presentan en las condiciones edafoclimáticas v.g. temperatura,
humedad relativa, radiación solar, pH y nivel de humedad edáfico, por citar algunos, que
afectan el crecimiento y desarrollo de las plantas son considerados de manera implícita en el
modelo teórico porque se parte de la premisa que en el rendimiento del cultivo se expresa de
forma indirecta el grado de estrés ocasionado por uno o más factores del ambiente en que se
conduce el cultivo.
Validación de los modelos teóricos propuestos
Acumulación diaria de materia seca. En la Figura 5.2 se presenta la tendencia de la
acumulación de materia seca total del tomate entre la fecha de plantación y la cosecha, para
cada uno de los ensayos evaluados, así como su respectiva simulación con el modelo teórico
propuesto. La acumulación de materia seca mostró un incremento exponencial seguido por
una fase de crecimiento lineal o sea, una tasa de crecimiento constante del cultivo. Con el
modelo teórico propuesto se especula que la acumulación diaria de materia seca,
independientemente del hábito de crecimiento y tipo de tomate (saladette o bola), siga una
tendencia proporcionalmente similar en todos los casos, independientemente de las
condiciones ambientales o manejo del cultivo. Cuando los valores absolutos de acumulación
de materia seca (en Mg. ha -1) fueron transformados a valores proporcionales, toda la dispersión
71
ocurrida se ajustó al modelo teórico y en cada situación se depende finalmente solo de los
valores máximos de acumulación y período de crecimiento del cultivo.
Figura 5.2. Tendencia de la acumulación de materia seca (MS) en la biomasa aérea total (BAT) del tomate en cada uno de los experimentos evaluados. La línea continua de cada ensayo representa la simulación de la MS obtenida a partir del modelo teórico propuesto, cuyas variables de entrada corresponden al rendimiento y duración del ciclo por experimento.
En la Figura 5.3, se relacionan los datos observados y estimados mediante regresión
lineal, cuya ecuación fue altamente significativa (R2 = 0.93, p < 0.01), por lo que puede
señalarse que la función logística que simula la acumulación de materia seca del tomate es
válida. En ciertos casos y en particular a valores bajos de materia seca acumulada, existen
algunos puntos que son subestimados por el modelo teórico; sin embargo, la mayor cantidad
de valores observados pudieron simularse adecuadamente. La imprecisión de la simulación de
72
estos datos observados en particular no repercutió sobre la tendencia de la MSBAT en tomate a
lo largo de su ciclo de crecimiento y más aun, la MSBAT al final de la cosecha fue similar entre
los resultados observados y los estimados.
Por lo tanto, cabe señalar que la precisión de la simulación de la MSBAT es aceptable,
puesto que permitió estimarla satisfactoriamente a lo largo del ciclo de crecimiento del cultivo
sin fuertes discrepancias, la cual denota alta correlación entre los datos estimados y los
observados.
MS en la BAT observada (Mg ha-1)
Figura 5.3. Comparación entre la materia seca acumulada (MS O B S) en la biomasa aérea total (BAT) medida durante las diferentes etapas de crecimiento y desarrollo del tomate en los experimentos evaluados y sus correspondientes valores estimados (MSEST) con el modelo teórico propuesto en el presente trabajo. La línea punteada indica la relación 1:1 entre los valores observados y estimados.
73
Acumulación diaria de potasio. En la Figura 5.4a están graficados los datos observados y
estimados de la acumulación de potasio en la biomasa aérea (KBAT) de tomate para proceso
industrial y tomate bola para consumo en fresco. Los valores estimados del potasio acumulado
en la biomasa aérea total mediante el modelo teórico siguieron la misma tendencia de los
valores observados durante todo el ciclo de crecimiento del cultivo y presentan una relación
entre si altamente significativa con una R2 de 0.98 (Figura 5.4b).
Figura 5.4. Resultados de la simulación de K. a) Tendencia de la acumulación de K en la biomasa aérea total (BAT) del tomate en cada uno de los experimentos evaluados; b): comparación entre valores observados de K acumulado en la BAT (KBAT) durante las diferentes etapas de crecimiento y desarrollo del tomate (KOBS) en los experimentos evaluados y sus correspondientes valores estimados con el modelo teórico propuesto en el presente trabajo (KEST). La línea punteada indica la relación 1:1 entre los valores observados y estimados.
Después del establecimiento del cultivo se observa que la acumulación de potasio
comienza a incrementarse aceleradamente a partir de los 40 ó 60 días después de la plantación
(ddp) dependiendo del hábito de crecimiento que se trate y del ciclo del cultivo;
posteriormente los incrementos en la acumulación de potasio son de manera lineal ascendente
74
hasta la cosecha. Este incremento se debe al igual que en el caso de la acumulación de materia
seca, a la formación y crecimiento de frutos, los cuales demandan altas cantidades de potasio
(Adams, 1994; Bugarín et al., 2001).
La estimación de la acumulación de potasio mediante el modelo teórico fue muy
aceptable (Figura 5.4a), pero deberá considerarse que la tasa de acumulación de potasio varía a
través del tiempo entre los tomates tipo saladette y los tomates bola para consumo en fresco en
virtud que el período de crecimiento y rendimiento son distintos. Dichas variaciones pueden
ser estimadas mediante el modelo propuesto dado que ambos son acotados en términos
proporcionales. Lo anterior permitirá decidir acertadamente sobre la dosificación correcta del
fertilizante potásico durante el ciclo de cultivo sobretodo cuando se manejan sistemas de
fertirrigación mediante riego por goteo. A título de ejemplo, en los datos reportados por Dafne
(1984) las tasas de absorción de K en tomate saladette variaron durante los primeros 40 ddp
entre 0.10 y 2.30 kg K ha - 1 día - 1. Después de este lapso la tasa de absorción de potasio se
incrementó entre 8.00 y 9.20 kg K ha -1 día-1 hasta un poco antes de la cosecha. En el caso de
tomate bola para consumo en fresco, de acuerdo con Bar-Yosef et al. (1982), la tasa de
absorción durante los primeros 70 ddp, osciló de 0.40 a 0.60 kg K ha -1 día-1, mientras que en
etapas posteriores varió de 2.20 a 7.80 kg K ha - 1 día - 1. Sin embargo, estos valores sobre la
absorción de potasio a través del tiempo serán diferentes para otras condiciones climáticas
distintas a las que prevalecieron cuando fueron obtenidos éstos datos. Por tal motivo, el hecho
de acotar el período de crecimiento del cultivo de tomate en términos proporcionales en el
modelo teórico propuesto permite estimar de manera aproximada la acumulación y las tasas de
absorción de potasio a través del tiempo.
Finalmente, si consideramos una situación en donde no existe restricción sobre el
suministro edáfico de potasio, entonces la tasa de absorción de nutrimentos estará gobernada
75
en un grado importante por la demanda de la planta, la cual depende a su vez de la edad de la
planta y de las condiciones meteorológicas, así como del nivel de rendimiento.
CONCLUSIONES
La estimación de la acumulación diaria de materia seca y potasio por el cultivo de tomate
con los modelos teóricos propuestos (R = 0.93 y 0.98, respectivamente) se validó de manera
satisfactoria independientemente del rendimiento obtenido, hábito de crecimiento del cultivo,
condiciones edafoclimáticas y manejo practicado. Por lo tanto, el empleo de esta herramienta
metodológica facilitará la toma de decisiones para regular la administración del potasio en el
tomate cultivado con sistemas de fertirrigación mediante riego por goteo.
76
77
VI. CAPACIDAD AMORTIGUADORA Y CINÉTICA DE LIBERACIÓN
DE POTASIO EN EL SUELO
Potassium buffering capacity and release kinetics in soil
RESUMEN
La capacidad amortiguadora y la cinética de liberación K en el suelo influyen de
manera decisiva sobre la disponibilidad de este nutrimento para los cultivos. Por lo anterior, en
el presente trabajo se evaluaron ambos parámetros en tres suelos con diferente contenido de
arcilla capacidad de intercambio catiónico (CIC) considerando los siguientes objetivos: a)
determinar el efecto del K agregado (0, 100, 200 y 400 mg K kg-1 de suelo) y tiempos de
incubación a capacidad de campo y 35° C (0, 6, 12 y 24 h) sobre la variación del K en
solución Ks) y K intercambiable (Ki); b) generar valores de la capacidad amortiguadora de
potasio (cK) en los suelos estudiados, y; c) investigar la cinética de liberación de K mediante
extracciones sucesivas de Ks con CaCl2 0.01M con un equipo de extracción automatizada. La
adición de K a los suelos promovió incrementos significativos en el Ks y Ki y la magnitud del
cambio estuvo asociada a la CIC (Pr>F = 0.0001). La variación del Ks en función del valor de
Ki obtenido por el K adicionado se relacionó linealmente y la pendiente correspondió al cK.
(R2 = 0.87 a 0 .98). El tiempo de incubación de los suelos no fue significativo en las
variaciones del cK ni de los valores del Ks y Ki, por que hubo una reacción instantánea. La
cinética de desorción de K se ajustó a una función potencial mientras que la acumulación del
K desorbido a una función logarítmica y en ambos casos las pendientes se asociaron
estrechamente con la CIC (R2 = 0.80 y 0.98, respectivamente). Los valores obtenidos de cK y
desorción de K pueden ser empleados para calcular con mayor precisión la cantidad disponible
de K en los suelos agrícolas.
78
SUMMARY
Buffering capacity and K release kinetics of soil affect K availability for crops. Therefore,
buffering capacity and K release kinetics were evaluated in three soil with different content of
clay and cationic exchange capacity (CEC) considering the following objectives: a) to
determine the effect of supplied K (0, 100, 200 and 400 mg K kg' soil) and incubation times
at field capacity and 35 °C (0, 6, 12 and 24 h) over K in solution (Ks) and exchangeable K
(Ki); b) to generate values of K buffering capacity (cK) from studied soils, and c) to
investigate K release kinetics by consecutive extractions of Ks with CaC12 0.01M using an
automated extraction equipment. The addition of potassium to soils promoted significant
increases of Ks and Ki, the magnitude of the changes was associated to CEC (Pr>F = 0.0001).
Ks variation and Ki obtained by the supplied K were linearly related and the slope
corresponded to cK (R2 = 0.87 to 0.98). The time of incubation for soils was not significant for
cK, Ks and Ki which suggest an instantaneous reaction. Potassium desorption kinetics was
adjusted to a potential function while accumulation of desorpted K was adjusted to a
logarithmic function. In both cases the corresponding slopes were closely associated to CEC
(R2 = 0.80 and 0.98). The values obtained for cK and K desorption may be used to calculate
with high precision the quantity of available K in agricultural soils.
79
INTRODUCCION
El abastecimiento de potasio para los cultivos depende de la dinámica de este nutrimento
en el suelo, en la cual participa una fracción pasiva (aporte a largo plazo) y una activa (aporte
inmediato o mediato de K). La fracción pasiva corresponde al K que forma parte de la
estructura de los minerales y no participa en la nutrición de los cultivos durante un ciclo de
crecimiento. La fracción activa esta constituida por tres componentes o reservas: el K en la
solución del suelo (Ks); K adsorbido en los sitios de intercambio, llamado K intercambiable
(Ki), y; K ocluido principalmente en el interior de las arcillas filosilicatadas, denominado K no
intercambiable (Kni) (Rodríguez el al., 2001). Aunque la distinción de estas reservas activas
de K es arbitrario, se ha intentado diferenciarlas experimentalmente usando técnicas de
extracción química. Las raíces de las plantas absorben el K principalmente del Ks, activándose
inmediatamente un flujo del Kni al Ki y de éste al Ks (Meyer y Jungk, 1993), cuyas procesos
de liberación o difusión entre Kni y Ki y de adsorción-desorción entre Ki y Ks suceden a
través de un continuum (Rodríguez y Galvis, 1989). La dirección del flujo de K está
determinada por el grado de saturación que se presente en una o más de las reservas activas,
teniendo siempre hacia un equilibrio (Kauffman y Bouldin, 1967; Németh el al., 1970).
La determinación de Ki con NH4OAc IN pH 7 (Knudsen el al., 1989) comúnmente se
emplea para hacer recomendaciones de fertilización potásica en los cultivos agrícolas. Sin
embargo este índice de la disponibilidad de K en el suelo no es adecuado por sí solo, pues no
refleja la disponibilidad actual ni las reservas de K en el suelo (Mengel, 1982) y en muchos
casos no se correlaciona con el rendimiento de los cultivos o la absorción de K por las plantas,
en particulas cuando las reservas edáficas potencialmente disponibles de K son altas (Martín y
Sparks, 19833) o desaturadas (Rodríguez y Galvis, 1989). La cantidad de K extraída por un
80
cultivo esta controlada principalmente por la concentración de Ks (intensidad de suministro) y
de la capacidad. amortiguadora de los suelos (During y Duganzich, 1979; Mengel, 1982), la
cual tiene una relación muy estrecha con la cantidad y tipo de arcilla presente (Németh, 1975).
El Ki presenta un equilibrio casi-instantáneo con el Ks, por lo tanto, la capacidad que tiene
un suelo para reponer el Ks a partir del Ki adsorbido en las arcillas es un índice de labilidad
del Ki y del equilibrio entre el Ks y Ki (Rodríguez y Galvis, 1989). La relación entre estas dos
reservas act ivas se le denomina capacidad amortiguadora de potasio (cK) y deberá
considerarse para calcular la cantidad disponible de este elemento para la nutrición de las
plantas. El Kni almacenado entre las capas de los minerales de arcilla filosilicatadas constituye
una fuente significativa de K disponible para las plantas, dado que llega a contribuir más de 60
del total extraído por un cultivo (Mitsios y Rowell. 1987a) y su disponibilidad depende de
la tasa con la que pasa a formas más lábiles (Grimme, 1974). Por lo tanto, en suelos con altos
contenidos de arcilla 2:1 es conveniente medir la capacidad de suministro de K a través de
cuantificar la cinética de liberación de K y no solo determinar el Ki (Sparks, 1987; Mengel et
al., 1998).
Dada la relativa inmovilidad del K en el suelo, otro factor que está íntimamente
relacionado con la cantidad disponible de K es la eficiencia de absorción por los cultivos
(Rodríguez et al., 2001), la cual es función de la densidad radical (van Noordwijk y de
Will igen, 1987) y la tecnología de aplicación. Por lo tanto, la contribución del Kni en la
nutrición de las plantas se reduce conforme la densidad radical disminuye y su absorción por
el cultivo dependerá tanto de las características de liberación a partir de los minerales de
arcilla y de cómo una planta pueda efectivamente reducir el Ki a un nivel crítico, lo cual esta
vinculado con la cantidad presente y la tasa de difusión de Ki al Ks (Mitsios y Rowell, 1987b).
81
Con base en lo anterior, los objetivos del presente trabajo fueron: a) determinar el efecto
del K agregado y tiempo de incubación sobre el Ks y Ki, en suelos con diferente capacidad de
intercambio catiónico; b) generar valores de la capacidad amortiguadora de potasio (cK) para
distintos suelos, y; e) cuantificar las reservas edáficas de K y sus tasas de abatimiento
mediante extracciones sucesivas de Ks con CaCl2 0.01M. La generación de conocimiento
acerca de los tamaños de reservorios y la dinámica de los flujos entre éstos, permite hacer un
manejo más eficiente de la fertilización potásica para los cultivos agrícolas.
MATERIALES Y MÉTODOS
1. Capacidad amortiguadora de potasio.
La capacidad amortiguadora de potasio se estudió en tres suelos que fueron colectados de
diferentes regiones agrícolas del país en los Estados de Baja California , Tabasco y
Guanajuato. Todas las muestras de suelo se obtuvieron a partir del horizonte superficial (0-20
cm) y fueron seleccionados por su diferente contenido de arcilla y capacidad de intercambio
catiónico (CIC) Algunas propiedades importantes se presentan en el Cuadro 6.1.
Cuadro 6.1. Propiedades seleccionadas de los suelos estudiados
No. de Arena Limo Arcilla Clase Materia C soluble CIC suelo textura orgánica ………g kg -1 de suelo …… % Absorbancia cMolc kg-1 1 560 348 92 MA 3.28 0.757 11.25 2 774 182 44 AM 1.40 0. 383 3.05 3 61 471 468 AL 3.28 0.445 30.15 MA migajón arenoso, AM areno migajoso, AL arcillo limoso
82
El suelo 1 se colectó en un terreno agrícola plano cultivado con hortalizas de hoja en el
Valle de Maneadero, BC. El suelo 2 corresponde a un suelo con una cobertura de pasto
remolino en Emiliano Zapata, Tabasco y el suelo 3 se colectó en el Bajío Guanajuatense, y
previamente fue cultivado con trigo bajo el sistema de quema y cero labranza. Las muestras de
suelo se secaron al aire y a la sombra para posteriormente tamizarlas en malla de 2 mm antes
de su análisis.
Análisis de suelos. La distribución del tamaño de partículas se determinó mediante el método
de la pipeta (Day, 1965). El contenido de materia orgánica por el método de Walkley y Black
(Alcántar y Sandoval, 1999). La determinación del C soluble se realizó con el método
propuesto por Fox y Piekielek (1978). El K, Ca, Mg. y Na intercambiables fueron extraídos
con NH4OAc IN y pH 7.0 y fueron analizados por espectrofotometría de absorción atómica
usando métodos estándares (Alcántar y Sandoval, 1999). La CIC se determinó con el método
del NH4OAc 1N, pH 7.0 (Chapman, 1965).
Desarrollo experimental. En los suelos seleccionados se determinó el efecto de la aplicación
de K (0 , 100, 200 400 mg K kg-1 de suelo) sobre el Ks y Ki empleando como fuente el
KH2PO4 y diferentes tiempos de incubación a 35° C (0, 6, 12 y 24 horas). Los factores en
estudio se establecieron mediante un diseño factorial completamente al azar. Se generaron 48
tratamientos con tres repeticiones cada uno. El procedimiento empleado es similar al
propuesto por Hernández (1997) para el caso del P y consistió en lo siguiente: i) se pesaron 2.5
g de suelo secado a la sombra y tamizado a 2 mm en una bolsa de plástico con capacidad de 10
cm 3; ii) las cantidades de K se adicionaron al suelo en forma líquida hasta llegar a capacidad
de campo, pero manteniendo la concentración de K adicionado con relación al peso del suelo;
83
iii) la bolsa se introdujo en un tubo de ensayo de 25x150 mm y se incubó el suelo a 35° C
durante 0, 6, 12 y 24 horas, de acuerdo con el tratamiento. A cada repetición le correspondió
un tubo de ensayo preparado de la misma forma ya indicada; iv) después del período de
incubación se analizó el contenido de Ks mediante su extracción con CaCl2 0.01M. El mismo
procedimiento fue efectuado por separado para la determinación de Ki con NH4OAc IN, pH 7.
Los valores de Ks y Ki se analizaron con el paquete estadístico SAS versión 6 (SAS Institute,
1999) mediante el procedimiento PROC ANOVA y la prueba de Tukey para la comparación
de medias. Los valores de ambas determinaciones analíticas se relacionaron mediante una
regresión lineal simple y el cK correspondió a la pendiente de la función para cada tipo de
suelo, determinándose su variación con base en el tiempo de incubación.
2. Cinética de liberación de potasio
La cinética de liberación de K fue estudiada en los mismos suelos del experimento anterior
a excepción del suelo 1, que fue substituido por otro suelo colectado en la misma región de
Valle de Maneadero B.C., el cual fue cultivado con alfalfa y previamente abonado con
estiércol bovino. Se realizaron 12 extracciones sucesivas con CaCl2 0.01 M con un equipo de
extracción automatizada Centurion (Centurion Int. Inc. Lincoln, Nebraska). Para efectuar las
extracciones, se emplearon jeringas de plástico con capacidad de 50 ml, en cuyo interior se
colocó una muestra de 2.5 g de suelo. Al fondo de la jeringa se depositó primero una capa de 1 g
de algodón y enseguida 10 g de arena sílica. Posterior a esto se colocó la muestra de suelo, la
cual fue protegida por la parte superior con las mismas capas de ambos materiales, tal y como
se aprecia en la Figura 6.1.
El algodón y la arena sílica fueron lavados previamente con agua destilada desionizada y
secados en estufa. Cada una de las extracciones se realizó mediante lavados con 25 nil de
84
CaC12 0.01 M y una duración de 30 minutos por cada extracción. Previo a las extracciones, las
muestras de suelo se llevaron a capacidad de campo con CaCl2 0.01 M y se incubaron durante
24 horas a una temperatura de 35 °C. Se establecieron cinco repeticiones por tipo de suelo. El
sistema de extracción consistió en conectar otra jeringa a cada una de las que contenían la
muestra de suelo y mediante el accionamiento del equipo manteniendo una velocidad
constante se generó una succión uniforme que hacía pasar la solución extractora por todo el
perfil de la muestra.
Figura 6.1. Esquema que ilustra la colocación de la muestra de suelo entre las capas de arena sílica y algodón en el interior de una jeringa para efectuar las extracciones de potasio.
El K extraído con la solución de CaC12 0.01 M fue determinado por flamometría (Flame
Photometer Corning 400). La acumulación de K extraído (mg kg -1 de suelo) fue graficado en
función del número de extracciones y a cada suelo en particular se le ajustó un modelo teórico.
Asimismo a los suelos estudiados se les determinó el Ks, Ki y Kni con los procedimientos
estándares de CaCl2 0.01 M, NH4 OAc IN, pH 7.0 y HNO3 1 M, respectivamente (Knudsen et
a l . , 1989).
85
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
1. Capacidad amortiguadora de K
Al agregar diferentes cantidades de K en los suelos estudiados, se observó una variación
proporcional estadísticamente significativa del Ks y Ki con respecto al K agregado y la
magnitud del cambio fue dependiente de la CIC (Cuadro 6.2). A mayor CIC los cambios
obtenidos en Ks y Ki fueron menores y viceversa, lo cual significa que las variaciones
obtenidas están íntimamente relacionadas a esta propiedad de los suelos, la cual integra de
manera implícita la cantidad y tipo de arcilla (Rodríguez, 1993).
Cuadro 6.2. Efecto del K agregado sobre el K en la solución del suelo (Ks) y K intercambiable (Ki) en suelos con diferente capacidad de intercambio catiónico (CIC), indistintamente del tiempo de incubación.
El tiempo de incubación no ocasionó variaciones cuantitativas estadísticas en el Ks y Ki en
relación al K agregado a cada uno de los suelos, por lo que se corrobora que la reacción
86
ocasionada al agregar K al suelo sucede de manera inmediata y de acuerdo con Rodríguez y
Galvis (1989) la relación se mantiene constante después de un período de 33 días.
En la Figura 6.2, se presenta la relación que existe entre el Ks y Ki al adicionar diferentes
concentraciones de K en tres tipos de suelo que difieren en su contenido de arcilla y CIC, los
cuales fueron incubados a distintos tiempos. En todos los casos, a los datos obtenidos se les
ajustó una función lineal cuya pendiente corresponde a la capacidad amortiguadora o tampón
de potasio (cK) y esta correlacionada significativamente con el valor de la CIC (R2 = 0.87 a
0.98). El cK representa la variación del Ks en función del Ki presente en el suelo y donde un
valor cercano a 1.0 significa que el suelo ofrecerá menor resistencia a un cambio en el
reservorio de Ks con respecto a la cantidad de Ki presente, lo cual sucede cuando la CIC es
baja y es característico de suelos con alta cantidad de arena.
Figura 6.2. Variación del Ks en función de la cantidad de Ki en tres tipos de suelo con diferente capacidad de intercambio catiónico. La pendiente de las funciones corresponde a la capacidad amortiguadora de K (cK).
87
Cuando el valor de cK tiende a cero, se requiere más Ki para lograr un mismo valor de
Ks, lo cual significa que habrá mayor resistencia del suelo a sufrir un cambio en el reservorio
Ks y es característico de suelos con altos contenidos de arcilla 2:1. En un suelo arenoso con
baja CIC, será más fácil elevar el Ks que un suelo arcilloso con alta CIC, pero también el
abatimiento será más rápido.
En las arcillas 2:1, el K puede ser adsorbido en tres posiciones diferentes: Interlátice,
bordes y la superficie plana; estas posiciones difieren mucho en su selectividad para K
(Németh et al., 1970). Cuando la saturación de K es baja y se adiciona potasio al suelo, se
incrementa el K ubicado en la superficie plana de la arcilla y por consiguiente también
aumenta la concentración de K en la solución del suelo (Schouwenburg y Schuffelen, 1963).
En este tipo de arcillas es posible que parte del K agregado sea retenido
electrostáticamente en la superficie cargada negativamente y pase a su vez a ocupar sitios
vacíos presentes entre las laminillas de las arcillas donde se localiza el Kni.
La mineralogía de arcilla juega un papel importante en el control de la tasa de liberación
de Kni y la cantidad de Ki en el suelo tiene relación directa con la liberación de Kni; en este
sentido, la capacidad amortiguadora controla en gran parte la tasa de difusión de Ki al Ks
(Mitsios y Rowell, 1987b).
En la Figura 6.3 se observa que existe una correlación estrecha entre el cK y la capacidad
de intercambio catiónico. Al aumentar la CIC ocurre una disminución en el cK, por lo que se
especula que el cK puede ser estimado en función de la CIC. De acuerdo con Rodríguez y
Galvis (1989), los factores que definen el cK son la especificidad de los sitios de intercambio
originado por el tipo de arcilla y la cantidad de sitios dado por la CIC.
88
Figura 6.3. Relación entre la capacidad de intercambio catiónico y el valor de cK de los suelos estudiados.
2. Cinética de liberación de potasio. En las Figuras 6.4a y 6.4b se observa el abatimiento de
K con extracciones sucesivas con CaC12 0.1 M y la acumulación del Ks extraído,
respectivamente. En los suelos estudiados, este abatimiento de K siguió una tendencia de tipo
potencial, cuya pendiente negativa es diferente para cada tipo de suelo. Por su parte, la
acumulación de K desorbido se ajustó a una función logarítmica y en ambos casos las
pendientes se asociaron estrechamente con la CIC (R2 = 0.98 y 0.80, respectivamente) En el
suelo arcilloso con mayor CIC (30.15 cMol(+) kg 1) el abatimiento fue más lento con respecto a
los demás suelos, aunque la cantidad extraída fue mayor.
En el caso de los suelos 1 y 2 con CIC de 13.83 y 3.05 cMol ( +) kg -1 respectivamente, la
mayor cantidad de K liberado se obtuvo en las dos primeras extracciones y posteriormente
disminuyó de manera constante. Sin embargo, en el suelo 3 (30.15 cMol(+) kg 1) la liberación
se mantuvo estable después de la sexta extracción, lo cual puede deberse a que la reserva de K
es mayor que en los demás suelos.
89
Figura 6.4. K soluble obtenido mediante extracciones sucesivas con CaC12 0.01 M en tres suelos con diferente CIC. a) Abatimiento de las reservas de K y b) Cantidad de K acumulado.
En estudios sobre la cinética de liberación de K, algunos investigadores (López-Piñero y
García-Navarro, 1997) sugirieron que el valor límite de incrementos para finalizar las
extracciones fue 7.82 mg K kg 1 suelo y fue posible con 10 extracciones sucesivas; sin
embargo, en el presente trabajo, los valores finales con 12 extracciones variaron de 0.3 mg K
kg -1 en el suelo arenoso (CIC 3.05 cMol(+) kg"') a 1.17 mg K kg -1 para el arcilloso (CIC 30.15
cMol(+) kg-1). La cantidad y tipo de arcilla son dos aspectos fundamentales que influyen sobre
el grado de saturación de potasio que presentan los diferentes suelos y en función de esto
dependerá la tasa de liberación de potasio (Németh, 1975). El K adsorbido en las posiciones
de intercambio es inmediatamente accesible a la solución externa y su cinética de liberación al
igual que el Kni, está controlada por un proceso de difusión (Cox y Joern, 1997). Una vez
liberados los iones, se mueven debido a gradientes de concentración hacia zonas de menor
concentración. El proceso difusivo es suficientemente rápido para que el potasio de las
90
superficies externas repongan el potasio que absorben las plantas a partir de la solución del suelo
(Talibudeen, 1981).
La curva de acumulación de Ks (Figura 6b) obtenido mediante extracciones sucesivas se
ajustó a una función logarítmica (Ecuación de Elovich), tal y como ha sido reportado
previamente (López-Piñero y García-Navarro, 1997; Martin y Spark, 1983; Mengel et al.
1998). La desorción de K también ha sido descrita mediante ecuaciones potenciales (Havlin et
al., 1985; Sharpley, 1987), difusión parabólica (Spark y Jardine, 1984) y primer orden
(Sivasubramaniam y Talibudeen, 1972). Cox y Joern (1997) aplicaron cuatro modelos
matemáticos para estimar la liberación de Kni con tetrafenil-borato de sodio (NaBPh4). La
liberación de Kni en la mayoría de los suelos se completó a las 96 horas y pudo ser descrita
por las ecuaciones de Elovich, Elovich simplificada, difusión parabólica y función potencial.
Sin embargo, ninguna función describió adecuadamente la fase inicial de liberación de Kni. A
su vez, la cinética de adsorción de K también ha sido descrita mediante varias ecuaciones
(Sparks y Jardine, 1984). Aun cuando existen variaciones en los modelos matemáticos
empleados para describir ya sea el proceso de desorción o adsorción de K debido entre otros
factores, a la cantidad y tipo de arcilla presente, constituyen una herramienta con valor
predictivo de los cambios que pueden ocurrir en los reservorios de K en sistemas de
producción agrícola.
Se han empleado diferentes métodos de extracción para estimar la disponibilidad tanto de
las formas lábiles como de Kni y de la relación dinámica entre ambos. Cox y Joern (1997),
encontraron que las tasas de liberación de K se incrementaron conforme el tamaño de la
partícula disminuyó, lo cual indica que la rápida liberación inicial fue debida a la fracción de
arcilla fina y arcilla-cuarzo; la liberación más lenta fue principalmente a partir de arcilla-
91
cuarzo y la fracción de limo fino. Existen evidencias que el limo fino es una importante fuente
de Kni que puede ser utilizada por los cultivos (Mengel et al., 1998).
En los suelos 1 y 2, la cantidad total de potasio desorbido mediante las extracciones
sucesivas con CaCl2 0.01M correspondió a 1.3 veces el Ki, lo cual sugiere que alguna
proporción de Kni fue también desorbido; en cambio, en el suelo 3 la cantidad acumulada de
K desorbido fue equivalente al valor de Ki (Cuadro 6.3) por lo que fue difícil liberar Kni a
partir de los espacios interlaminares en donde la fuerza de retención de K es alto ya que se
trata de un suelo con elevado contenido de arcilla 2:1. Dhillon et al. (1989), concuerdan en
que fue difícil extraer todo el Kni mediante esta técnica de desorción aun empleando
diferentes electrolitos y además encontraron que la eficacia de los extractantes (0.01 M)
disminuyó en el orden: BaC12> NH4C1> CaC12> NaCI.
En otro estudio, Dhillon y Dhillon (1992) encontraron que en suelos aluviales
(Inceptisoles y Entisoles), en los cuales el mineral de arcilla predominante es la illita se extrajo
significativamente mayor cantidad de K con NaBPh4 0.3 M que en los suelos negros
esmectíticos (Vertisoles) y rojos caoliníticos (Alfisoles) por lo que las magnitudes de K
liberado a partir de la superficie y posición interlaminar de la arcilla fue en la secuencia: Illita
> esmectita > caolinita. Mitsios y Rowell (1987b) señalan que en Entisoles y Vertisoles tuvo
92
que ser removido más del 70 % de Ki antes de que comenzara la liberación de Kni, lo cual no
fue posible lograr en el presente ensayo.
En la Figura 6.5, se observa la cantidad porcentual de K retenido en los tres suelos
estudiados después de dos extracciones sucesivas con CaCl2 0.01 M, pero que previamente
fueron sometidos a 12 extracciones sucesivas de Ks con esta misma sustancia y después
les agregó diferentes cantidades de K a partir del KH2PO4. En dicha Figura se observa que a
medida que la CIC se incrementa, la retención fue mayor debido a la cantidad elevada de sitios
vacíos en las posiciones de intercambio de las arcillas presentes. Asimismo se corrobora que
es posible volver a recargar los reservorios de Ki y Kni, cuando ha ocurrido previamente una
fuerte desorción de K, lo cual es consecuencia de la capacidad de auto-regulación de los
sistemas.
Figura 6.5. Porcentaje de K retenido después de dos extracciones sucesivas con CaCl2 0.01M en suelos con distinta CIC, cuyo K fue inicialmente desorbido con 12 extracciones sucesivas y posteriormente se les adicionó cantidades variables de K a partir del KH2PO4. Las barras indican el error estándar.
93
En la naturaleza, los flujos de K debidos a procesos de adsorción y desorción se dan en
ambos sentidos de manera continua. Dichos procesos son afectados por diversos factores,
dentro de los que destacan el humedecimiento y secado de los suelos (Onchere et al. 1989;
Poss et al., 1991; Zeng y Brown, 2000), tipo y cantidad de arcilla (Mitsios y Rowell. 1987b;
Dhillon el al., 1989) y densidad radical de las plantas (Page y Talibudeen. 1982; Mengel e t a l . ,
1998), entre otros. La preferencia de cationes en el proceso de intercambio catiónico en las
arcil las (partículas<2 µm) y l imo (2-60 µm) sigue la serie liotrópica para cationes
monovalentes: v.g. Li<Na<H3O+<K<NH4
+<Rb<Cs; en esmectitas la preferencia de cationes
monovalentes decrese en el siguiente orden: Cs>Rb>K ≅ NH4+ >Na>Li (Talibudeen, 1981).
Desde un punto de vista pragmático, lo anterior significa que en suelos agrícolas donde ha
ocurrido previamente un abatimiento de K, o de manera natural presentan poca reserva de K
disponible, es posible elevar los niveles de Ks, Ki y Kni con la adición de fertilizante potásico,
como ha sido demostrado previamente en experimentos de larga duración (Cope, 1981). Sin
embargo, la aplicación de fertilizantes en el sistema de producción deberá efectuarse siguiendo
una estrategia adecuada, corno puede ser lograr un nivel edáfico de potasio que permita
emplear posteriormente una dosis de mantenimiento, la cual se caracteriza por ser
cuantitativamente menor que una dosis correctiva. En los suelos arenosos será posible elevar
estos niveles más rápido y con menores cantidades de fertilizantes que en suelos con altos
contenidos de arcilla 2:1. Los resultados aquí obtenidos también sugieren que en éstos últimos
suelos, cuando se encuentran desaturados puede no haber respuesta de los cultivos a la
fertilización potásica debido a que el K agregado se difunde hacia el reservorio de Ki y de aquí
al Kni donde es retenido con mayor energía, a menos que la dosis aplicada sea suficiente para
94
saturar las reservas pasivas de K y permita que parte del K aplicado se sitúe en los sitios de
intercambio y la solución del suelo.
CONCLUSIONES
En los diferentes suelos estudiados la cinética de desorción de K se ajustó a una función
potencial mientras que la acumulación del K desorbido a una función logarítmica y en ambos
casos las pendientes se asociaron estrechamente con la CIC. Asimismo, la adición de K a
suelos de diferente clase textural promovió incrementos significativos en los reservorios
edáficos de Ks y Ki y la magnitud del cambio nuevamente estuvo asociada a la CIC. La
variación del Ks en función del valor de Ki obtenido por la agregación de K pudo ser
representada mediante funciones lineales, cuya pendiente corresponde a la capacidad
amortiguadora de K (cK). El tiempo de incubación de los suelos no fue un factor importante
en las variaciones del cK ni de los valores del Ks y Ki , lo cual corrobora que la reacción del
suelo a la adición de K sucede de manera inmediata. Las reservas edáficas de K también se
asociaron significativamente con la CIC Los valores obtenidos de cK pueden ser empleados
para calcular con mejor precisión la cantidad disponible de K en los suelos agrícolas.
95
VII. VARIACION DEL SUMINISTRO EDAFICO DE POTASIO EN
T O M A T E
Variation of potassium soil supply in tomato
RESUMEN
Una de las alternativas viables para plantear estrategias de fertilización potasica a corto y
largo plazo es mediante el uso de modelos de simulación en virtud de que permiten integrar de
manera lógica y simplificada el conocimiento de la dinámica nutrimental en un agrosistema.
Con base en ello, se desarrolló un modelo heurístico con capacidad de simular la relación
cuantificada entre la demanda y el suministro edáfico de potasio empleando al tomate como
estudio de caso. El modelo se compone de tres submodelos: 1) suministro de K por el suelo, 2)
demanda de K por la planta y 3) balance suministro/demanda de K. Los valores de los
diferentes parámetros que integran el algoritmo del modelo propuesto fueron calibrados con
los datos obtenidos de los experimentos realizados en el laboratorio, campo e información
previamente reportada por otros autores. De acuerdo con la información disponible solo se
validó el submodelo de la demanda de potasio en tomate. La simulación de los requerimientos
de potasio por el cultivo de tomate a lo largo de su ciclo de crecimiento y desarrollo se asoció
de manera signficativa con los valores observados. El modelo desarrollado es una herramienta
que permite predecir los cambios en las reservas edáfcas de potasio a corto y largo plazo pero
se requiere validar su capacidad predictiva con datos de campo.
96
SUMMARY
An alternative approach for generating technologies about K fertilization, in a short and
long way, is through the use of crop nutrient simulation models, since they link in a simple
and logic way the knowledge about the nutrient dynamic in a agricultural system.
Consequently, an heuristic model was developed with capacity to simulate the relationship
between the nutrient demand by tomato plants and the soil supply of K. The model considers
three submodels: 1) the supply of K by soils, 2) the nutrient demand by plants, and 3) the
balance between demand and supply of K. The values of the parame ters which form the
proposed model were calibrated with data obtained from experiments carried out under
greenhouse, and field conditions, as well as preliminary information reported from several
authors. According with the available information, only the submodel for K demand by tomato
was validated. The simulation of potassium requirement by tomato was associated, in a
significant way, with the observed values. The model is a tool which permits the prediction of
changes in the soil reservoir of K, but a validation under field condition is required.
97
INTRODUCCIÓN
En un sistema de producción agrícola cuando el suelo no es capaz de abastecer
adecuadamente la cantidad de uno o más nutrimentos para el crecimiento y desarrollo de un
cultivo es necesario aportarlos mediante la práctica de la fertilización. Para incrementar o
mantener la capacidad de oferta nutrimental edáfica es conveniente contar con una política de
fertil ización que permita además de nutrir adecuadamente al cultivo, garantizar el
abastecimiento nutrimental requerido por un agroecosistema a través del tiempo. Esto
conllevará a disminuir los costos por uso de fertilizantes y minimizar el riesgo de
contaminación.
Los suelos agrícolas, a excepción de los arenosos (contenido de arcilla menor a 10 %),
contienen abundantes reservas de potasio que incluso en muchos Vertisoles superan valores de
300 mg K kg-1 de suelo (López-Piñero y García-Navarro, 1997) pero su disponibilidad para las
plantas cultivadas será función de diversos factores edáficos, climáticos y manejo agronómico
(Mengel y Kirkby 1980). Mediante experimentos de larga duración (40-50 años) se ha
comprobado que la cantidad de K disponible para los cultivos puede disminuir hasta niveles
que limitan su rendimiento. Al respecto Cope (1981) reportó que un Ultisol que inicialmente
tenía una concentración de Ki de 90 mg kg' de suelo obtenido con el extractarte Mehlich II,
disminuyó en un período de 40 años sin aplicación de potasio a 76 mg kg-1 de suelo y ocasionó
que el rendimiento relativo en maíz decreciera a menos del 80 %. En suelos arcillosos con
altos contenidos de vermiculita pero deficientes de potasio y con alta capacidad de retención
de este nutrimento debido a la presencia de filosilicatos 2:1 suelen aplicarse cantidades
masivas de hasta 1400 kg K ha -1 parcializados en tres cultivos subsecuentes, para elevar la
cantidad de K edáfico disponible y evitar la disminución de rendimientos en cultivos sensibles,
como es el caso del algodón (Cassman e l a l . , 1989). Estos ejemplos demuestran que la
98
disponibilidad de K no es una propiedad constante de los suelos, sino que depende de las
cantidades iniciales presentes y de la energía con que el K es retenido por el suelo lo cual es
altamente variable, incluso el nivel de K disponible puede ser más adecuado en un período
dado y considerablemente menor que el óptimo en otro (Grimme y Németh, 1978). En este
sentido, la puesta en marcha de una estrategia de fertilización eficiente para restaurar y/o
mantener los niveles edáficos de K desde un punto de vista sustentable requiere entre otros
aspectos el conocimiento profundo de las vastas relaciones en el sistema suelo-planta-
fertilizante.
Dentro de las alternativas más viables para el manejo de la fertilización es el empleo de
modelos de simulación, cuya complejidad y valor pragmático difiere de acuerdo con la
estructura de su algoritmo y las variables de entrada. Mediante el uso de modelos es posible
entender las interacciones entre los diferentes procesos involucrados en la relación suelo-
planta (de Willigen, 1991). Un modelo es una forma de representar y ordenar de manera lógica
en lenguaje matemático las relaciones que suceden entre los componentes de un sistema
agronómico (Galvis, 1998) y cuando están construidos razonablemente bien constituyen
herramientas heurísticas importantes con aplicación en la enseñanza, investigación y manejo
agrícola. A su vez, permiten probar hipótesis o hacer otros planteamientos a través del
surgimiento de nuevas hipótesis o conocimiento científico (Sinclair y Seligman, 1996). Con el
uso de modelos es posible entender la complejidad de un sistema y extrapolar información a
partir de condiciones controladas a condiciones de campo. Han sido usados como una
excelente herramienta para examinar estrategias de manejo en la producción de cultivos y
optimizar prácticas bajo condiciones de campo (Jones, 1998; Gary et al., 1998); permiten
también calcular dosis de fertilización, ya sea para un nivel de mantenimiento, o aplicar dosis
99
que superen eficientemente el déficit nutrimental en el sistema superiores para abastecer el
déficit nutrimental en el sistema suelo-planta (Le bot el al., 1998).
Sin embargo, el éxito de un modelo depende tanto de su estructura de acuerdo a las
hipótesis consideradas como de la cantidad y calidad de la información que puede ser
empleada (Galvis, 1998). La complejidad y el número de parámetros de los modelos
reportados en la literatura varían ampliamente, de esta forma existen modelos mecanísticos
donde los procesos considerados descansan sobre bases físicas o fisiológicas que requieren
datos difíciles de obtener en la práctica y por consiguiente, su valor predictivo se ve limitado
(Monteith, 1996). Sin embargo, el desarrollo de modelos simplificados a partir de otros más
complejos, o bien directamente, puede permitir contar con una herramienta de fácil validación
y uso agronómico por la menor cantidad de parámetros requeridos sin perder el valor
predictivo y pueden ser aplicados a diferentes cultivos y condiciones (Greenwood, 1983). Para
que los modelos de simulación puedan tener aplicación en la práctica agrícola deberán ser lo
más simples posibles, es decir, que requieran pocos datos de entrada y cuando no exista la
seguridad del rigor mecanístico podrán estar basados en relaciones empíricas simples pero con
un fundamento robusto en las principales variables consideradas (Passioura, 1996). Los
modelos simples no son necesariamente ni más precisos ni más realistas que los modelos
mecanísticos, pero la ventaja de ellos es que requieren pocos datos de entrada y son más
seguros para su aplicación en campo (Whitmore el al., 1991).
Una dificultad de todos los modelos de simulación es que se construyen mediante una
colección de hipótesis y no a partir de una hipótesis simple, lo cual dificulta en muchas
situaciones su validación o verificación, dado que es difícil obtener suficientes datos
recabados a partir de mediciones directas en campo (Oreskes el al., 1994). Sin embargo, a
pesar de estas imperfecciones, los modelos pueden usarse para estudiar las implicaciones de
100
varias hipótesis construidas en referencia al sistema que se desea modelar (Sinclair y
Seligman, 1996), por lo que la validación del modelo con información agronómica si bien es
deseable, no debe ser considerado como un factor decisivo para rechazar un modelo cuando no
es posible validarlo por falta de datos (Hatfield, 1993).
Para el caso de K, al igual que N y P, Rodríguez (1990) propuso un modelo estático
simplificado para calcular dosis de fertilización en condiciones de la República de Chile. El
método fue validado exitosamente para cereales en México (Galvis, 1990; Galvis el al., 1994)
y permite calcular dosis totales de fertil izante para diversos cultivos y condiciones
nutrimentales edáficas, pero no calcula dosis de nutrientes durante las diferentes etapas
fenológicas de un cultivo, por lo que su uso tiene ciertas limitaciones cuando se emplean
sistemas de fertirrigación. Sin embargo, con el propósito de que el modelo pueda ser dinámico
a través del tiempo y tenga una aplicación pragmática en cultivos hortícolas conducidos
mediante fertirrigación con sistemas de riego por goteo, se propone un modelo cuyo algoritmo
es capaz de simular a través del tiempo la acumulación de materia seca y K en la biomasa
aérea del tomate, así como la variación de la disponibilidad de K edáfico para los cultivos
agrícolas. El modelo puede constituir una herramienta eficaz para la toma de decisiones en la
política del manejo de la fertilidad edáfica de potasio.
MATERIALES Y MÉTODOS
Desarrollo teórico del modelo
El modelo propuesto estima la cantidad de potasio disponible para un cultivo, la demanda
diaria y total de potasio del tomate y la variación de la relación del suministro de K y la
demanda de K a través del tiempo. Esto tiene el propósito de obtener resultados de aplicación
101
pragmática en campo y como una herramienta de diagnóstico del estado en que prevalecen las
reservas edáficas de potasio en un agroecosistema durante uno o varios años de cultivo.
La construcción del modelo consistió en desarrollar tres componentes o submodelos: 1)
submodelo demanda; 2) submodelo suministro y 3) submodelo suministro/demanda.
Submodelo SUMINISTRO. Las variables de entrada del submodelo SUMINISTRO son
el valor de K intercambiable (Ki) extraído con NH4OAc IN, pH 7 y la capacidad de
intercambio catiónico (CIC); la variable de salida corresponde a la cantidad de potasio
disponible en el suelo para un cultivo (Suministro de K). En el Cuadro 7.1 se resume el
algoritmo del submodelo.
En el Cuadro 7.1 se observa que con el valor de Ki (valor de entrada) en la Eq. [1]
se estima el K soluble y cuando se carece del dato de la capacidad amortiguadora de K (cK) en el
suelo puede calcularse mediante las Eq. [2] ó [3]. El cK permite establecer la dificultad o
facilidad para elevar los valores de K disponible en el suelo mediante la fertilización. En la Eq.
[3] se considera como valor de entrada a la CIC para estimar el cK. El Ki potencial calculado
con la Eq. [4] corresponde al porcentaje máximo de la saturación de potasio que ocupa las
posiciones de intercambio de la CIC y utilizando la Eq [5] se puede estimar el K soluble
potencial o máximo que podemos encontrar en un suelo en función del valor de Ki y del cK.
Dado que la CIC integra la cantidad y tipo de arcilla predominante (Rodríguez et al., 2001) en
las Eq. [6 y 7] se util iza este valor para estimar los valores máximos de Ki y Ks que puede
obtenerse en un suelo. El Ki es convertido luego a términos proporcionales donde el valor
máximo de Ki potencial (Kip) adquiere el valor de 1. En función del Kip se estima el potasio
soluble también en términos proporcionales (Ksp).
102
Cuadro 7.1 Ecuaciones propuestas para estimar el suministro de potasio
Comentarios N° Ecuación 1 Ks = -a + b (Ki)
Ks = Potasio soluble en CaCl2 0.01M [mgks(kg suelo)] Ki = Potasio intercambiable extraído con AcNH4 pH7 1N mgKs (kg suelo)]-1 -a y b son parámetros de la ecuación lineal b = cK (capacidad amortiguadora de potasio) 2 cK = δKs/δHi 3 cK = 1.0007-0.0285(Ccic)+0.0003(Ccic) 2
Estimación de la capacidad amortiguadora de potasio.
Ccic =Capacidad de intercambio catiónico [cMol+ (kg suelo)-] 4 Kipot = (Psk/100)(Ccic)390
5 KSpot = Kipot (cK) Kipot =Ki potencial KSpot =KS potencial PSK =Porcentaje de saturación de potasio
6 Kjmx = 12.048(Ccic)+0.7713(Ccic) 2 7 KSmx = 14.945(Ccic)
8 Ksp = 0.34198Klp +3.20768Kip2-8.508Hlp3+13.0782Klp4- 9.7214Hlp5+2.56366Klp6
Estimación del Potasio soluble e Intercambiable.
Ksp = proporción de Ks(Kspot = 1.0) Kip = proporciono de Ki(Kipot = 1.0)
9 ECk = 2.2714(Ccic) -0.2472
ECk = Eficiencia de absorción [kgk kgk-1][cMol+ (kg suelo)-1]-1
10 ERk = 1.2714(Ccic) -0.2472
Estimación de la Eficacia de
absorción y del uso del potasio
aplicando. ERk = Eficiencia de uso del potasio aplicado
[kgk kgk-1][cMol+(kg suelo)-1]-1
11 Kag = [(KAP/ECk)ERK]/1.2 Estimación del
potasio agregado
Kag = Potasio agregado (mgk kg suelo-1) KAP = Potasio aplicado [kg K2Oha-1]
ECk(ecuación);ERK(ecuación 10) 12 Sk = Kag + Ki
Estimación del Suministro de
potasio Sk = Suministro de potasio (mgK kg suelo-1)
Kag (ecuación 11); Ki (variable de entrada)
La densidad radical de las plantas es un factor que define en gran medida la eficiencia de
absorción de potasio y de otros nutrimentos (Barber, 1984; van Noordwijk y de Willigen,
1986). En función de ésto Rodríguez y Galvis (1989) propusieron índices de la eficiencia de
103
absorción de K (ECO para diferentes cultivos según la capacidad amortiguadora de potasio del
suelo (cK). Estos índices se relacionaron con la CIC de acuerdo con la Eq. [9] para poder
estimar el Eco;. Asimismo empleando la Eq. [10] es posible estimar la eficiencia de
recuperación de K (ERK) a partir del valor de la CIC.
Para convertir la cantidad de potasio aplicado (kg K20 ha') a mg K disponible por kg de
suelo se emplea la Eq. [11 ], puesto que la reactividad de los suelos a la aplicación de
fertilizantes potásicos es distinta. Por lo tanto el suministro real de potasio en un suelo será
función del Kag y del valor inicial del Ki (dato de entrada) de acuerdo con la Eq. [12].
La lixiviación de potasio juega un papel significativo solo en suelos arenosos con
contenidos de arcilla menores a 10 % (Tisdale et a l . , 1990; Rodríguez, 1990). También es
posible que ocurra este proceso en otros tipos de suelo al haber una sobresaturación de potasio
en los sitios de intercambio de las arcillas. En estos casos, al adicionar fertilizantes potásicos
se incrementa el riesgo de que ocurra pérdida de potasio por lixiviación. Aplicando las Eq.
[13, 14, 15 y 16] del Cuadro 7.2 es posible hacer una estimación de la cantidad de K lixiviado.
Cuadro 7. 2. Estimación de la lixiviación de potasio en el suelo.
Comentarios No Ecuación
13 FacKi = SK Kimx FacKi = Conversión del Ki a valores proporcionales SK (ecuación 12); Kimx (ecuación 6)
14 Ksp = β1KIp+ β2KIp2- β3KIp
3+ β4KIp4- β5KIp
5+ β6KIp6
Ksp, β1... β6 (ecuación 8) ; KIp= FacKi (ecuación 13) 15 �Ks = Kspot – (Kspot) (Ksp)
�KS = Incremento de Ks (mgK kg suelo)-1 Kspot (ecuación 5); KsP (ecuación 14)
16 KLix = Si (FacKi > 1, KLix = �Ks)
Estimación de la lixiviación de
potasio.
KLix = K lixiviado (mgK kg suelo)-1 FacKi (ecuación 13); �Ks (ecuación 15)
104
A partir de la Eq. [16] se deduce que una vez que se han saturado las posiciones de
intercambio en las arcillas, la cantidad de K lixiviado será función de los incrementos en la
cantidad de K en solución.
En el Cuadro 7.3 se propone un procedimiento para estimar la cantidad de potasio residual
en el suelo durante un ciclo de producción de tomate. En la Eq. [17] se asume que el potasio
disponible (KDis) en mg K kg suelo-1 es función del suministro de potasio (SK) calculado
mediante la Eq. [12], la demanda de potasio por el cultivo de tomate obtenido con la Eq. [21]
del Cuadro 7.4 y la eficiencia de absorción de K por el cultivo (ECK) obtenido de la Eq. [9].
Cuadro 7.3. Funciones empleadas para estimar la cantidad de potasio residual en el suelo.
17 KDIS = SK-(DK/ECk) KDIS = Potasio disponible (mgK kg suelo)-1 SK (ecuación 12); ECK (ecuación 9); DK (ecuación 21).
18 KSa = (Ksprop) (KSmx) Ksa = Ks actual (mgK kg suelo)-1 Ksprop (ecuación 14); Ksmx (ecuación 5)
19 KMR = (DK) (CBR) (CR R)
KMR = Potasio del residuo de cosecha (kgK ha -1); DK (ecuación 2l ); CBR (biomasa radical = 1.15); CRR (Reciclaje del potasio contenido en el residuo de cosecha = 0.30).
20 KR = (ERK) (KDIS+KMR)
Estimación del potasio residual
en el suelo.
KR = K residual (mgK (kg suelo)-1) ERK(ecuación 10); KDIS (ecuación 17); KMR (ecuación 19)
Asumiendo que los residuos de cosecha pueden aportar cierta cantidad de potasio (KMR)
que pasa a formar parte de las reservas edáficas siempre y cuando ocurra la descomposición de
éstos por la intervención de la biomasa microbiana, se propone la Eq. [19] para efectuar su
estimación. En dicha ecuación se asume que la cantidad de biomasa que corresponde a las
raíces (CBR) es 15 % de la biomasa total de un cultivo de tomate y que el reciclaje del potasio
contenido en el residuo de cosecha es de 30 % (Rodríguez, 1990).
105
Por consiguiente, la cantidad de K residual (mg K kg suelo-') en el suelo puede calcularse
con la Eq. [20], en la cual se toma en cuenta el K mineral disponible [Eq. 17] más el potasio
derivado de los residuos de cosecha (KMR) [Eq. 19] y la eficiencia de uso del potasio aplicado
(ERK) [Eq. 10].
Submodelo DEMANDA. En el Cuadro 7.4 se resumen las ecuaciones propuestas para
estimar la demanda diaria y total de potasio en el cultivo de tomate. El desarrollo de esta parte
del modelo se basó en las evidencias experimentales presentadas en los Capítulos IV y V.
La demanda total de potasio en un cultivo de tomate es función de la nieta de rendimiento
de frutos (RF:) expresado en ton ha'; del requerimiento interno de potasio (RIK) (3.27 kg K por
tonelada de fruto) (cf. Capítulo IV) y de la eficiencia de absorción del cultivo (ECK). Aplicando
la Eq. [21] del Cuadro 7.5 se calcula el valor de la cantidad total de potasio requerido por el
cultivo (kg K ha -1).
Expresando el período de crecimiento (Pc) en términos proporcionales al máximo [Eq. 22]
al igual que la acumulación de materia seca y potasio en la biomasa aérea es posible entonces
calcular el K acumulado en la biomasa aérea total al tiempo t (AKPt) utilizando las Eq [23 y
24]. Para tal fin, el valor mínimo fue de 0.0 a la plantación y 1.0 en la cosecha. Los valores
intermedios se asignaron proporcionalmente al máximo observado. Los valores de los
parámetros A=1.2, a=5 y b=6.6 de las Eq. [23 y 24] fueron definidas previamente en el
Capítulo V.
La Eq. [25] se emplea para convertir los valores proporcionales de la demanda de K
durante el periodo de crecimiento del cultivo a cantidades de K expresado en kg K ha -1 en el
tiempo t (DKT). Para el cálculo se utilizan los valores de AKPt y DK.
106
Cuadro 7.4. Ecuaciones utilizadas para estimar la demanda total y diaria de potasio en el cultivo de tomate
21 DK = [(RIK) (RF)]/ECk DK = Demanda total de potasio (kgK ha-1) RIK = Requerimiento interno de K (3.27 kgK por ton de fruto) RF = Rendimiento de frutos (toneladas); EC k (ecuación 9)
22 PCP= PCt / PC
PCp = Periodo de crecimiento en términos proporcionales. PCt = Período de crecimiento al tiempo "t" (días). Pc = Días transcurridos del transplante a la cosecha.
23 δ AK P t = -{A[ 1+e (a-bPcP,)]-2}[-b e(a-bP CPt)] δ PCPt Ecuación diferencial de la acumulación diaria de K: A K P t = K acumulado en la biomasa aérea total al tiempo t (PCPt), expresada en términos proporcionales al máximo. A, a, b parámetros de la ecuación (A=1.2; a=5.0; b=6.6)
24 AK P t=-[Ae ( a -2bPcPt)(e(a)+e(-bPCPt)][+e (a-bPCPt)]-2
Solución de la integral a la diferencial de la acumulación diaria de K en la biomasa aérea total (ecuación 23).
25 DKT = (AKPt) (DK)
Estimación de la demanda total y diaria de potasio
en la planta.
DKT = Demanda de potasio en el tiempo t (kgK ha -') AKPt (ecuación 24); DK (ecuación 21).
Submodelo SUMINISTRO / DEMANDA. Las variaciones ocurridas en el tiempo de las
reservas de K disponible en un sistema de producción pueden ser definidas con base en el
balance de las entradas y salidas de K en dicho sistema. Para simular las variaciones del
suministro edáfico de potasio durante uno o varios años en un agroecosistema se emplean las
ecuaciones condensadas en el Cuadro 7.5.
Durante el primer año de manejo de un agroecosistema, el suministro inicial de K
disponible (kg K ha -') puede estimarse con la Eq. [26] utilizando el valor analítico de Ki (dato
de entrada) y la eficiencia de absorción por el cultivo (ECK) el cual es definido por la Eq. [9].
107
Cuadro 7.5. Ecuaciones del algoritmo propuesto para simular las variaciones del suministro de K a través del tiempo. Comentarios N° Ecuación
Primer año de simulación
26 SKTo = (ECk) (K¡) SKTo = Suministro de potasio al tiempo cero (kgK ha -1) ECk (ecuación 9); Ki (variable de entrada).
27 SKTR = (SKto) ( Kag) SKTR = Suministro de potasio residual después del proceso de adsorción (kgK ha-1) SKto (ecuación 26); Kag (ecuación 11) .
28 SK T 1 = [(SK -KLix) (ECk)] - DK T
SKT1 = Suministro de potasio al día uno (kgK ha -1) SK (ecuación 12); KLix (ecuación 16); ECk (ecuación 9); DK T (ecuación 25).
29 SK T 1 = SK T - 1 -DKT
SKT = Suministro de potasio al tiempo T (kgK ha -1) SKT- = Suministro de potasio posterior al día uno y anterior al tiempo T (kgK ha -1); DK T (ecuación 25).
Simulación del año 2 al n
Estimación de la dinámica de la
relación del potasio en el
suelo y la planta
La variable de entrada Ki se substituye por el valor de la variable KR (ecuación 20) y continúa la ejecución del algoritmo de la ecuación 27 a la 29, considerando el resto de las variables de entrada para el año que corresponda.
Dado que al adicionar K al suelo suceden reacciones de adsorción en el complejo de
intercambio de las arcillas, entonces la cantidad de potasio residual después del proceso de
adsorción (kg K ha -) puede calcularse en función de la Eq. [27]. La cantidad de K que se
mantiene disponible en el suelo al día uno (SKTI) después de haber fertilizado dependerá de la
cantidad agregada, la reactividad del suelo, la demanda y eficiencia de absorción por el
cultivo, as¡ como las pérdidas del nutrimento debido al proceso de lixiviación. Estos
parámetros fueron considerados para definir SKri en la Eq. [28]. Al relacionar el suministro de
potasio (kg K ha -1) posterior al día uno y anterior al tiempo t con la demanda de K por el
108
tomate también al tiempo t en la Eq. [29] se obtiene el valor del suministro de potasio en ese
periodo.
Para poder simular el suministro de potasio edáfico disponible en años posteriores al
primero, se utiliza inicialmente la Eq. [26] donde la variable de entrada Ki se substituye por el
valor KR obtenido con la Eq. [20]. Posterior a esto se ejecutan las operaciones del algoritmo
empleando las Eq. [27] a la [29]. Con el algoritmo propuesto se puede simular lo que ocurre
en la dinámica del suministro/demanda en un agroecosistema durante varios años de cultivo.
Calibracion del modelo
El proceso de calibración del modelo consistió en verificar la precisión de la estimación de
los diferentes parámetros considerados en los submodelos propuestos, utilizando datos
obtenidos tanto de los experimentos realizados como de aquellos reportados previamente en la
literatura por otros autores. El coeficiente de determinación y el valor de los parámetros de
regresión lineal obtenidos entre los valores observados y estimados fueron los criterios
estadísticos para definir la calidad del ajuste.
Suelo. Se colectaron muestras compuestas a partir del horizonte superficial (0-20 cm) de
ocho suelos agrícolas en diferentes localidades de los Estados de Nayarit, Guanajuato y
Veracruz. En el Cuadro 7.6 se resumen las propiedades más importantes de los suelos
colectados.
Las muestras de suelo fueron secadas a la sombra y tamizadas en criba de 2 mm. El
análisis químico de los suelos consistió en la determinación de materia orgánica por el método
de Walkley y Black (Alcántar y Sandoval, 1999), el C soluble con la metodología propuesta
por Fox y Piekielev (1978); los cationes intercambiables Ca y Mg, fueron determinados
109
mediante su extracción con NH4OAc I N y pH 7.0 y analizados por espectrofotometría de
absorción atómica (Alcántar y Sandoval, 1999).
Cuadro 7.6. Propiedades más importantes de los suelos estudiados No. Muestra/Localidad
Tipo de. Suelo
M O %
C soluble Absorbancia
CIC Na K Ca Mg cMol,., kg' de suelo …...
Arena Limo Arcilla …….g kg'de suelo……..
p11
17/Villadiego. Gto. Vertisol 3.4 0.48 42.3 1.90 7.6 35/ Entisol 0.8 0.23 3.2 0.25 7.1 3174/Jala. Nay. Entisol 1.8 0.241 4.85 0.16 0.29 1.25 0.42 66.1 27.91 5.99 4.9 3176/La curva, Nay. Entisol 3.42 0.291 7.94 0.19 0.45 2.66 1.23 8.0 58.01 33.99 5.0 3177/Sauta, Nay. Alfisol 2.74 0.898 15.36 0.32 1.01 6.23 6.58 7.2 38.01 54.79 6.0 3179/Boquita, Nay Entisol 1.13 0.319 19.40 0.40 1.61 12.47 4.93 12.4 69.61 17.99 6.8 3180/Compostela. Alfisol 1.73 0 340 6.72 0.59 0.34 3.74 2.05 17.7 41.91 40.39 5.0 Nay.3182/Rancho San Vertisol 1.6 0.122 49.10 0.73 0.12 24.95 23.30 1.84 0.21 57.99 6.4 Antonio. Nas
A los suelos estudiados también se les determinó el Ks, Ki y Kni con los procedimientos
estándares de CaCl2 0.01 M, NH4 OAc 1 N, pH 7.0 y HNO3 1 M, respectivamente (Knudsen et
al., 1982 ) utilizando un fotómetro de llama (Flame Photometer 410, marca Shenwood). Para
el caso de la CIC se usó el método del NH4OAc IN, pH 7.0 (Chapman, 1965). El porcentaje
de saturación de K (PSK) en el complejo de intercambio se obtuvo con los datos de CIC y K
intercambiable.
La textura de los suelos se determinó con el método de la pipeta (Day, 1965) y la medición
del pH por potenciometría empleando una relación 1:2 de suelo:agua.
La capacidad amortiguadora (cK) de los suelos fue calculada cuantificando la variación del
K en solución (Ks) y el K intercambiable (Ki) al adicionar por triplicado cantidades crecientes
de K (0, 100, 200, 300 y 400 mg kg -1 de suelo) a partir de soluciones concentradas de KH2PO4
grado reactivo. Las muestras se mantuvieron a capacidad de campo y se incubaron a 35° C
durante 24 horas. El procedimiento utilizado ha sido descrito en detalle en el Capítulo V.
110
Después del período de incubación se analizó el contenido de Ki por flamometría. Un
procedimiento similar fue llevado a cabo por separado para el caso de Ks (CaC12 0.01M). Los
valores obtenidos de Ks y Ki en cada tratamiento de K se relacionaron mediante una regresión
lineal simple y el cK correspondió a la pendiente de la función por tipo de suelo.
Planta. En un experimento previo se estudió la influencia del suministro de K (Qk) en la
solución nutritiva sobre el rendimiento y calidad de frutos de tomate cultivado en hidroponía
(cf. Capítulo IV). Los datos obtenidos de la acumulación de materia seca (MSBAT) y K en la
biomasa aérea (KBAT ) de plantas de tomate a los 20, 34, 48, 62, 74, 98 y 144 días después de la
siembra (dds) con el mejor tratamiento de K (Qk = 6 meq L-1) se emplearon para generar los
parámetros de los modelos teóricos que estiman ambas variables a través del tiempo. El
procedimiento consistió en convertir la MSBAT y KBAT durante el período de crecimiento (Pc)
en términos proporcionales al valor máximo alcanzado en cada caso, codificando la MSBAT.
KBAT y PC con el valor de 0.0 en la plantación y 1.0 en la cosecha. Los valores intermedios se
asignaron proporcionalmente al máximo observado (MSBATp, KBATP, Pcp) y se ajustó cada
tendencia a los siguientes modelos teóricos:
Simulación del suministro de potasio en un agroecosistema a través del tiempo
Con el empleo de las ecuaciones condensadas en los Cuadro 7.1, 7.3 y 7.5 se simuló el
nivel de potasio disponible (Ki) a través del tiempo en tres condiciones hipotéticas distintas:
Caso 1: Agroecosistema de bajo rendimiento de tomate (20 ton ha'), donde impera un
suelo arcilloso (CIC: 30 cMol(+) kg-1) pero dos niveles iniciales de Ki.
111
Caso 2: Agroecosistema con rendimiento medio de tomate (40 ton ha-1), suelo arcilloso
(CIC: 30 cMol(+) kg-1) pero manejado con distintas dosis de fertilizante potásico (0 y 100 kg K
ha-1) agregado en cada ciclo de producción.
Caso 3: Simulación de la dinámica del potasio disponible a través del tiempo en dos suelos
con diferente capacidad amortiguadora de potasio (CIC de 20 y 30 cMol(+) kg-1), pero que
presentan un mismo nivel inicial de Ki (500 ppm), as¡ como similar dosis de K agregado (100
kg K ha -') en cada ciclo de producción e igual meta de rendimiento de tomate (40 ton ha-').
RESULTADOS Y DISCUSION
Submodelo DEMANDA
Empleando las Eq. [21, 22, 23, 34 y 25] del Cuadro 7.5 fue posible simular la acumulación
de potasio en la biomasa aérea de tomate durante el ciclo de cultivo. En la Figura 7.1a, se
observa que durante todo el ciclo de crecimiento del cultivo los valores estimados de la
acumulación de potasio en la biomasa aérea (KBAT) de tomate mediante el modelo de
simulación siguieron la misma tendencia que los datos reportados por Dafne (1984). La
relación entre ambos valores fue altamente significativa (R2 = 0.99), lo cual significa que el
modelo propuesto estima con alto grado de precisión lo que sucede en la realidad (Figura
7.1b). Cabe mencionar que la mayor discrepancia entre los datos medidos y estimados fue a
los 40 ddp, donde el modelo sobreestimó la acumulación de potasio en la biomasa aérea. Sin
embargo a excepción de este valor los demás valores fueron estimados con mayor precisión.
Después del establecimiento del cultivo se observa que la acumulación de potasio comienza a
incrementarse aceleradamente a los 40 ddp y continua en forma lineal ascendente hasta la
cosecha. Este incremento es debido en gran parte a la formación y crecimiento de frutos. Con
el propósito de validar el modelo de simulación con otra serie de datos obtenidos en
condiciones de México, en la Figura 7.2 se presenta graficamente los valores simulados y los
observados en un cultivo comercial de tomate tipo bola de hábito indeterminado.
Figura 7.1. (a) Simulación de la acumulación de potasio en la biomasa aérea total de tomate para proceso industrial durante el ciclo de producción. La línea continua representa los valores simulados y los puntos graficados a lo valores observados de K acumulado en la biomasa aérea (Dafne, 1984); (b) relación entre los datos observados y los estimados con el modelo. La línea punteada indica la relación 1:1 entre los valores observados (KOBS) y estimados (KEST). 112
Figura 7.2. (a) Simulación de la acumulación de potasio en la biomasa aérea total de tomate tipo bola de hábito indeterminado durante el ciclo de producción. La línea continua representa los valores simulados y los puntos graficados a los valores observados de K en la biomasa aérea (Burgueño et al., 1999); (b) relación entre los datos observados y los estimados con el modelo. La línea punteada indica la relación 1:1 entre los valores observados (KOBS) y estimados (KEST).
114
En la Figura 7.2 se observa que la tendencia de la acumulación de potasio en la biomasa
aérea total es muy similar a los datos obtenidos en campo (R2 = 0.98), lo que permite
confirmar nuevamente que el modelo propuesto puede constituir una herramienta eficaz para
estimar las requerimiento de K a lo largo del ciclo de crecimiento del cultivo. Un aspecto que
resalta es que independientemente del hábito de crecimiento de las plantas (determinado o
indeterminado) el modelo predice la acumulación de K en la biomasa aérea total sin grandes
discrepancias con los datos medidos.
Submodelo SUMINISTRO/DEMANDA
Caso 1. En la figura 7.3 se observa la simulación del Ki a través del tiempo en un
agroecosistema de bajo rendimiento de tomate. Se tienen dos concentraciones iniciales de Ki
(800 y 1360 mg kg -1 de suelo) en un Vertisol. En ambas condiciones el nivel de Ki es alto pero
al no existir adición de fertilizantes potásicos durante los ciclos de producción de tomate en el
tiempo considerado de la simulación, se presenta un abatimiento de Ki.
La disminución del potasio disponible a través del tiempo en la situación de mayor nivel
inicial de Ki será más lenta que aquella donde existe un menor nivel inicial de Ki. En ambos
casos simulados existe una disminución paulatina del Ki pero los efectos de una posible
deficiencia de potasio ocasionada por la falta de aplicación de fertilizantes potásicos y bajos
rendimientos en todos los ciclos de producción, se manifestarán más a largo plazo cuando
existe un alto nivel inicial de Ki. Los problemas de abasto de potasio sucederán cuando el
nivel de Ki disminuya por debajo del nivel crít ico (180 mg kg-1 de suelo) para el suelo
considerado en la simulación. Los principales factores que determinan el tiempo que deberá
transcurrir para que se presenten problemas de abastecimiento de potasio en un
agroecosistema será función del rendimiento del cultivo, manejo agronómico y tipo de suelo.
115
Figura 7.3. Simulación del potasio disponible a través del tiempo en un agroecosistema de producción de tomate con bajo rendimiento en el mismo suelo pero con diferente nivel inicial de potasio intercambiable y sin adición de fertilizante potásico.
Caso 2. La simulación del cambio de Ki en el suelo a través del tiempo con o sin la
adición de fertilizantes potásico (0 y 100 kg K ha -') en cada ciclo de producción de tomate se
observa en la Figura 7.4. En ambos casos hipotéticos, se considera un sistema de producción
de tomate con rendimiento de 40 ton ha'; se emplea el mismo suelo y nivel inicial de Ki.
Como puede apreciarse en la Figura en discusión, el abatimiento del nivel de Ki sucederá
más rápido cuando no se adiciona fertilizante potásico al suelo. Por consiguiente, la velocidad
de la disminución del potasio edáfico disponible para los cultivos será función entre otras
116
aspectos del rendimiento obtenido y de la dosis d1 fertilizante potásico aplicado en cada ciclo
de producción. .
Figura 7.4. Efecto de la dosis de fertilización potásica (0 y 100 kg K ha -1) sobre el nivel de Ki a través del tiempo en un suelo (CIC = 30 cMol kg-1 de suelo) cultivado con tomate con un rendimiento de 40 ton ha -' en cada ciclo de producción.
Mientras el nivel de Ki se mantenga por encima del nivel crítico considerado para el tipo
de suelo no se presentarán problemas de abastecimiento nutrimental. Una posible estrategia
viable de fertilización podría ser que cuando la disminución del Ki sea cercano al nivel
mínimo crítico considerado para evitar problemas de abastecimiento nutrimental de potasio,
deberá utilizarse una dosis de mantenimiento que evite que el nivel de Ki sea menor que el
nivel crítico y además permita suministrar en cantidad adecuada los requerimientos del
cultivo. La cantidad de fertilizante potásico a agregar dependerá de la meta de rendimiento, así
117
como del nivel mínimo crítico de Ki y capacidad amortiguadora de potasio considerados para
el tipo de suelo presente en el agroecosistema.
Caso 3. En la Figura 7.5 se observa la simulación de la dinámica del Ki en suelos con
distinta capacidad amortiguadora de potasio (cK) pero con un mismo nivel inicial de Ki (500
ppm), igual rendimiento de tomate (40 t/ha) y-dosis de potasio (100 kg K ha -1) aplicado cada
año.
Figura 7.5. Simulación de la dinámica del Ki en dos suelos con distinta CIC (20 y 30 cMol kg-1), igual rendimiento de tomate (40 ton ha-1) y dosis de potasio aplicado (100 kg ha-1) en cada ciclo de producción.
De acuerdo con la Figura 7.5 se observa que en los dos suelos, el nivel de Ki disminuye a
través del tiempo y en ambos casos la aplicación de 100 kg K ha -1 no permitió mantener
estable el nivel edáfico inicial de Ki. Sin embargo, en el suelo con CIC igual a 20 cMol kg-1 la
118
velocidad de abatimiento del Ki es de mayor magnitud que el suelo con CIC igual a 30 cMol
kg-1 de suelo. Al cabo de 10 años de cultivo subsecuente con tomate, en el primer caso, el
nivel de Ki dismuye abajo del nivel mínimo crítico, mientras que en el segundo caso simulado,
el Ki se mantiene en un nivel de suficiencia, por lo que es posible seguir obteniendo
producción de tomate sin la adición de potasio durante un mayor tiempo. La diferencia en la
velocidad de abatimiento de las reservas de potasio disponible entre ambos suelos es debida en
esencia a la distinta capacidad amortiguadora de potasio de los suelos dado que el nivel inicial
de Ki fue el mismo. Lo anterior permite sugerir que la dosis de potasio aplicado deberá ser
distinta para cada condición simulada con el propósito de no disminuir el Ki por abajo del
nivel crítico para cada condición.
CONCLUSIONES
El modelo desarrollado en el presente trabajo representa una propuesta conceptual de
cómo integrar el conocimiento acerca de la dinámica del potasio en la relación suelo-planta-
fertilizante en un agroecosistema y de esta manera simular la variación de las reservas edáficas
de potasio en uno o varios ciclos de producción de tomate. El balance entre las entradas y
salidas del sistema definen la magnitud de los cambios en las reservas de potasio en el suelo,
cuya información apoya la elaboración de estrategias de fertilización a largo plazo (años).
Aunque la validez del modelo tendrá que ser corroborada para que sea confiable en la toma de
decisiones sobre el manejo de la fertilización, el algoritmo puede ser utilizado de manera
práctica para desarrollar e integrar el conocimiento sobre la nutrición potásica en los cultivos
agrícolas.
119
VIII. DISCUSIÓN GENERAL
Las normas de fertilización para los cultivos agrícolas en México se han establecido con
base en los resultados de numerosos trabajos experimentales (método de campo), los cuales
sin lugar a dudas han permitido avanzar hacia la solución de este problema. Sin embargo, por
la magnitud de la inversión en recursos económicos, humanos, infraestructura y tiempo que
implica llevar a cabo el método de campo, y a la dificultad de abarcar las vastas condiciones
edafoclimáticas que imperan en las distintas regiones agrícolas del país, después de varias
décadas de trabajos, prácticamente solo se ha podido incidir sobre algunos cultivos (maíz,
trigo y frijol, principalmente). Por lo tanto, dada la diversidad actual de cultivos de relevancia
económica, social y estrategias para abordar el mercado internacional, no resulta viable
resolver el problema de la fertilización mediante ensayos de campo, incluso para un solo
cultivo y un nutrimento, porque resultaría impráctico, costoso y tardado conducir la cantidad
requerida de experimentos de respuesta del cultivo a la aplicación de fertilizantes para captar
la heterogeneidad edáfica y la variabilidad climática de los agroecosistemas de interés.
Como alternativa a lo anterior, el procedimiento de los ensayos de correlación y
calibración de métodos de análisis químico ha resuelto la generación de normas de
fertilización en otros países, sin embargo dicho procedimiento no constituye una opción
eficiente para México por lo menos a corto y mediano plazo, dado que se requiere invertir
tiempo y recursos que no están acordes a la demanda de información y capacidad económica
actual de los sistemas de producción del país.
Dicha problemática se acrecienta cuando el interés se centra sobre temas que no han sido
suficientemente abordados, como es el caso del potasio.
120
En este sentido, el desarrollo de estrategias de fertilización potásica en México ha
sido limitado debido a que no se cuenta con información suficiente de campo para hacer un manejo
racional de la nutrición potásica en los cultivos agrícolas. Un problema que resalta es la
formulación de las dosis de fertilizante potásico que deberán adicionarse cuando este
nutrimento es deficitario en los suelos manejados en la producción agrícola. La disponibilidad
de K en el suelo generalmente es mayor que la del N y P, sin embargo esto no significa que
siempre se encontrarán cantidades suficientes disponibles de K para los cultivos. En
agroecosistemas donde se emplean cultivos hortícolas altamente extractivos de potasio se ha
corrobarado que las reservas edáficas disponibles disminuyen a través del tiempo, pero su
disminución es función de las reservas iniciales, condiciones edafoclimáticas, tipo de cultivo y
del manejo agronómico practicado.
Debido a lo anterior, en la presente investigación se desarrollaron una serie de
experimentos en invernadero y laboratorio que sirvieron de base para construir un modelo
basado en la heurística que permite simular los requerimientos de K en el cultivo de tomate
durante su ciclo de crecimiento y desarrollo, así como la variación edáfica de este nutrimento a
través del tiempo de acuerdo a las entradas y salidas de K en un sistema de producción
agrícola.
Los resultados aquí obtenidos demuestran que es factible desarrollar una política de la
fertilización potásica en la agricultura basada en el empleo de modelos de simulación, dado
que posibilitan conducir estrategias para un manejo más adecuado de las reservas actuales y
potenciales de este elemento mineral en el suelo.
Esta investigación ha tomado como punto de partida las ideas inicialmente propuestas por
Rodríguez y Galvis (1989) y Galvis (1998) tratando de puntualizar algunos parámetros al
considerar como estudio de caso el cultivo de tomate. Los fundamentos en que descansa esta
121
investigación ofrecen la posibilidad de poder aplicarlos en otros cultivos hortícolas manejados
con o sin fertirrigación en sistemas de riego por goteo o microaspersión.
Para establecer la cantidad de fertil ización potásica se requiere tener una relación
cuantificada entre la cantidad de potasio que requiere un cultivo durante su ciclo de
producción (demanda nutrimental) y la capacidad de aporte nutrimental u oferta del suelo
(suministro edáfico), as¡ como la eficiencia de recuperación del fertil izante por el cultivo
(ERF). Esto puede expresarse de acuerdo con Stanford (1973) y Rodríguez el al. (2001) de la
siguiente manera:
Dosis = (Demanda nutrimental - Suministro edáfico)/ERF
Aun cuando existe información generada para estimar la dosis total de fertilización en
diversos cultivos y distintos suelos en la que se cuantifican estas tres variables (Rodríguez y
Galvis, 1989; Galvis el al. 1998; Rodríguez el al. 2001), resulta de interés obtener parámetros
tanto de suelo (suministro) como de la planta (demanda) para estimar dosis parciales de
fertilización durante el ciclo de producción, las cuales son indispensables conocer cuando se
aplican los fertilizantes a través de los sistemas presurizados de riego.
Los estudios que se llevaron a cabo respecto a los efectos de la nutrición potásica sobre el
crecimiento, desarrollo y calidad de frutos de tomate (cf. Capítulo Tres) permitieron definir el
requerimiento interno de K (RIK = 4.11 % en base a peso seco) en la biomasa aérea total, que
equivale a 3.27 kg de K (ó 3.93 kg de K20) por tonelada de fruto producido. Para obtener este
valor se consideró además del rendimiento, la calidad de los frutos. Se corroboró que el K
influye de manera importante sobre la calidad del fruto cosechado en estado rojo-maduro y
constituye el catión más abundante en el fruto, pero a su vez, este estudio demostró que el
impacto de dicho nutrimento sobre la calidad del fruto tiene un límite, después del cual carece
122
de sentido seguir incrementando la cantidad de K disponible para la planta. Al adicionar
cantidades superiores a las requeridas, aunque se promovió mayor absorción de K por la
planta, no incrementó significativamente la calidad de los frutos. De acuerdo con el principio
de la Ley de Liebig y la Ley de Mitscherlich es muy probable que después del límite
fisiológico impuesto por el RIK operen otros nutrimentos o factores agronómicos, los cuales
deberán manejarse para seguir incrementando la calidad de frutos, entre los que destaca la
expresión fenotípica como producto de su código genético y de su interacción con el ambiente.
Lo anterior permite señalar que a bajos niveles de un nutrimento en el suelo, en este caso
potasio, el rendimiento de un cultivo y la calidad del producto cosechado estarán
condicionados por el suministro del nutrimento en cuestión, pero c uando el abasto nutrimental
es suficiente, el rendimiento estará controlado por otros factores limitantes y la nutrición deja
de ser relevante (Black, 1993).
La demanda total de potasio de un cultivo puede calcularse a partir de la meta de
rendimiento en materia seca total y el RIK (Rodríguez et al., 2001) pero este procedimiento no
permite conocer la demanda parcial durante un determinado estado fenológico del cultivo. En
vista de ello, se generó un método para estimar la acumulación diaria de materia seca y potasio
en el cultivo de tomate (cf. Capítulo Cuatro) y se demostró que es posible extrapolar las curvas
de absorción nutrimental y producción de materia seca a diferentes condiciones de producción
y hábitos de crecimiento de tomate por lo que esta metodología puede ser aplicada a otros
cultivos tal y como fue propuesto previamente por Galvis (1998). Esta herramienta es de
particular interés para regular las aplicaciones de potasio en sistemas de microirrigación, ya
que posibilita calcular la demanda nutrimental potásica en cualquier periodo de crecimiento
del cultivo.
123
La diferencia obtenida entre la cantidad de potasio que demanda un cultivo y la cantidad
disponible por el suelo es un aspecto que permite decidir la cantidad de fertilizante potásico
que tendrá que adicionarse en un sistema de producción agrícola. En virtud de que resulta
difícil conocer la cantidad absoluta disponible en el suelo, se emplean índices de la fertilidad
edáfica que relacionan la disponibilidad nutrimental con el desarrollo de las plantas. De esta
manera, en la presente investigación se generaron índices de la capacidad amortiguadora de
potasio (cK) en suelos con diferente capacidad de intercambio catiónico (CIC) cuyo origen es
producto de la cantidad y tipo de arcilla predominante (cf. Capítulo Cinco). En todos los suelos
estudiados, la adición de K promovió incrementos significativos en el Ks y Ki y la
magnitud del cambio estuvo asociada con la CIC. La variación del Ks en función del valor de
Ki obtenido por el K adicionado se relacionó linealmente y la pendiente correspondió al cK.
Se corroboró también que el tiempo de incubación de los suelos no fue significativo en las
variaciones del cK ni en los valores del Ks y Ki, por lo que la reacción de adsorción es
inmediata.
Asimismo los resultados obtenidos en cuanto a la desorción de K en los tres suelos
estudiados (Capítulo Cinco), demostraron que mediante la técnica de extracción utilizada con
una solución de CaCl2 0.01 M solo fue posible extraer una cantidad de potasio equivalente a la
de Ki extraído con NH4OAc 1N, pH 7 en un Vertisol, mientras que en el resto de los suelos el
Kni extraído varió de 2.2 al 15 % para los suelos con CIC de 13.83 y 3.05 cMol (+) kg-1
respectivamente.
De acuerdo a las evidencias encontradas, se fundamentó el hecho de que asociando el valor
de cK con el valor analítico de K intercambiable (Ki) obtenido con una solución de NH4OAc
IN, pH 7 permite calcular la cantidad disponible de K para los cultivos, en cuyo
124
procedimiento también deberá incluirse la eficiencia de absorción de K por un cultivo en
particular (Rodríguez y Galvis, 1989).
En el Capitulo Seis se propone un modelo heurístico capaz de simular las reservas edáficas
actuales y potenciales de potasio disponible y su relación con la demanda de potasio por el
cultivo de tomate. La simulación es posible realizarla para uno o varios años de producción. El
modelo consiste básicamente de tres componentes o submodelos: 1) submodelo
SUMINISTRO, 2) submodelo DEMANDA y 3) submodelo DEMANDA/SUMINISTRO.
El submodelo SUMINISTRO estima la cantidad de potasio disponible en distintos suelos
en cuyo algoritmo se considera la capacidad amortiguadora de potasio en los suelos y la
eficiencia de absorción de potasio por los cultivos. Como datos de entrada se utilizan el Ki
obtenido con NH4OAc 1N, pH 7 y la capacidad de intercambio catiónico, los cuales son
índices análiticos rutinariamente reportados por los laboratorios de análisis químico de suelos
que existen en el país; debido a su fácil adquisición hacen que el modelo pueda constituir una
herramienta valiosa en la estimación del K disponible para los cultivos agrícolas, así como la
lixiviación y cantidad residual de potasio en el suelo.
El submodelo DEMANDA de K en el que se considera como estudio de caso al tomate,
permite estimar la acumulación diaria o total de la materia seca y potasio en la biomasa aérea
durante su ciclo de crecimiento y desarrollo (Capítulo Cuatro). La validación del submodelo
fue realizado comparando los datos simulados con el modelo propuesto con los datos
reportados por distintos autores, los cuales incluyen distintas variedades, hábitos de
crecimiento, sistemas de riego y condiciones de producción (invernadero e intemperie). En
todos los casos la relación entre los valores estimados y observados fue altamente significativa
por lo que la precisión del submodelo es aceptable y puede ser empleado para administrar las
125
cantidades de fertilizantes potásicos durante el ciclo productivo del tomate. También ofrece la
posibilidad de que su procedimiento pueda emplearse en otros cultivos agrícolas.
Finalmente el submodelo SUMINISTRO/DEMANDA estima la relación cuantificada entre
la cantidad edáfica disponible de potasio y la cantidad de este nutrimento requerido por el
cultivo. La dinámica entre estos dos componentes puede ser simulada para uno o varios años.
El modelo no pudo ser validado en su totalidad debido a la falta de información sobre la
variabilidad edáfica de la disponibilidad de potasio en sistemas de producción agrícola o
experimentos de largo plazo; sin embargo representa una herramienta que puede servir de base
para dirigir futuras investigaciones sobre este tema y que en la medida que sea posible la
obtención de información de campo será factible también corroborar las hipótesis planteadas
en el modelo, o bien proponer nuevas hipótesis tendientes a ampliar la frontera del
conocimiento científico sobre la disponibilidad nutrimental y su relación con la demanda de
potasio por los cultivos agrícolas.
127
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Montecillo, Mpio. do Toxcoco. Edo. de Mexico INSTITUTO DE RECURSOS. NATURALES PROGRAMA. DE: EDAFOLOGIA AREA DE NUTRICION VEGETAL
Junio 19, 2002.
D R . A L F O N S O P E S C A D O R R U B I O CUIDA UNIVERSIDAD DE COLIMA PRESENTE.
Por éste conducto y en calidad de asesor del estudiante de doctorado M.C. RUBEN BUGARIN MONTOYA le comunico que he revisado cuidadosamente el trabajo de tesis que presenta el sustentante para optar por el grado de Doctor en Ciencias, el cual cumple con los requisitos de calidad de una tesis doctoral. Por tal motivo, me permito recomendar ampliamente al M. C. Bugarin Montoya para iniciar trámites de presentación de su examen de grado,
Sin otro en particular, reciba un cordial saludo.
C c.p.: M.C. Ruben Bugarin Montoye. Estudiante de doctorado. Presente.- C c.p: Dr. Arturo Galvis CpinoI . Director dc tcsis. Prcsente.
CARRFTERA MEXICO-TEXCOCO Krn. 30.3 C.P. 5630, MONTECILLO! TFXCOCO, EDO. MEXICO excncn Tcl. Cnrmuiador 95 2-02-00; Ext 17 2 y 1188. Tel/Fax, 95 1-01.98
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NAYARIT CENTRO MULTI DISCIPLINARIO DE INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA
Tepic, Nayarit a 3 de Julio de 2002
DR. ALFONSO PESCADOR CUIDA, UNIVERSIDAD DE COLIMA PRESENTE: Con referencia al trabajo de investigación titulado "SIMULACIÓN DE LA DEMANDA Y SUMINISTRO EDAFICO DE POTASIO EN TOMATE" y que presenta como documento de Tesis, para obtener el grado de Doctor en Ciencias, el alumno RUBÉN BUGARIN MONTOYA le comunico que estoy de acuerdo en su forma y contenido y doy mi anuencia para que continué con los tramites para la impresión de la tesis, así como la presentación del examen de grado
UNIVERSIDAD DE COLIMA FACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICAS Y AGROPECUARIAS
Dr. Alfonso Pescador Rubio Director del CUIDA-UdeC P r e s e n t e.- Por medio del presente y en calidad de revisor del documento en extenso "Simulación de la demanda y suministro edáfico de potasio en tomate", que presenta el C. Rubén Bugarín Montoya, quien pretende obtener el grado de Doctor en Ciencias, Área Ciencias Agrícolas y Forestales, le informo que en lo que a mí respecta el documento reúne los requisitos necesarios para tesis de doctorado, por lo que no hay inconveniente que siga sus tramites correspondientes para su examen de grado. Sin más por el momento, me pongo a sus distinguidas consideraciones. Atentamente Tecomán, Col. a 22 de Junio de 2002
c.c.p. Ing. Rodolfo. V. Moretín Delgado.- Director de la FCBA c.c.p. Interesado c.c.p Archivo del alumno c.c.p. Archivo personal Km 40 Autopista Colima-Manzanillo, Tecomán, Colima, México, Cp 28100 Tels. (3) 324 42 37, 324 46 42 � fcba@tecoman .uco l .mx
UNIVERSIDAD DE COLIIMA
CENTRO UNIVERSITARIO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO AGROPECUARIO (CUIDA)
DR. ALFONSO PESCADOR RUBIO COORDINADOR DEL P.I.C.A.F. PRESENTE.
Por este conducto, me permito hacer de su conocimiento que después de revisar nuevamente el documento del M. en C. RUBEN BUGARIN MONTOYA, y corroborar que las corecciones hechas fuero n incorporadas en el trabajo " Simulación de la Demanda y Suministro Edafico de Potasio en Tomate", considero que reúne los requisitos para ser presentado como Tesis de Doctorado en Ciencias, Área: Ciencias Agrícolas y Forestales. Por ello, expreso mi apro bación para que se imprima y se sigan los trámites acádemicos que correspondan.
Sin otro particular, le saludo cordialmente.
Km 40, autopista Colima-Manzanillo, Tecomán, Colima, México, AP 22, Cp 28100 Tel. 01 (3) 324 20 43, Fax 01 (3) 324 66 64