FERTIRRIGACIÓN EN HORTICULTURA INTENSIVA. Juan José Magán Cañadas

Transcripción

1 FERTIRRIGACIÓN EN HORTICULTURA INTENSIVA Juan José Magán Cañadas

2 PROBLEMA 1 Realizar la programación de fertilización para obtener la siguiente solución final: ELEMENTOS NO 3 H 2 PO 4 SO 4 HCO 3 NH 4 K Ca Mg CONCENTRACIÓN (mmol L -1 ) 12 1,5 2 0,5 0, Se dispone de un agua con la siguiente composición química: ELEMENTOS NO 3 K Ca Mg SO 4 Na Cl HCO 3 ph CE CONCENTRACIÓN (mmol L -1 ) 0 0,07 0,45 1,03 0,23 0,54 0,62 2,49 7,7 0,37 ds m -1 La unidad de riego es de m 2 y la densidad de los goteros es de 1 por cada m 2, siendo éstos de 3 L h -1.

3 PROBLEMA 1 Para simplificar los cálculos, vamos a rellenar el siguiente cuadro: NO 3 H 2 PO 4 SO 4 HCO 3 Cl NH 4 K Ca Mg Na ph CE Solución nutritiva 12 1,5 2 0,5 0, Agua de riego - - 0,23 2,49 0,62-0,07 0,45 1,03 0,54 7,7 0,37 Aportes previstos 12 1,5 1,77-1,99 0,5 6,93 3,55 0,97 Fertilizantes Concentración (mmol L -1 ) N. cálcico 0,71 7,81 0,71 3,55 H 3 PO 4 1,5 1,5-1,5 HNO 3 0,49 0,49-0,49 KNO 3 3,7 3,7 3,7 K 2 SO 4 1,62 1,62 3,24 MgSO 4 7H 2 O 0,97 0,97 0,97 Aportes reales en mmoles L ,5 2,59-1,99 0,71 6,94 3,55 0,97 Aportes reales en ppm ,5 248,9-121,4 12,8 271,4 142,4 23,6 =1467,2 Solución nutritiva final 12 1,5 2,82 0,5 0,62 0,71 7, ,54 Solución final en meq L ,5 5,64 0,5 0,62 0,71 7, ,54

4 PROBLEMA 1 La conductividad eléctrica de la solución nutritiva establecida será: Aporte en ppm, CE (ds m -1 ) CE agua + 0, , 1 factor 850 Las cantidades de fertilizantes que es necesario aportar en g m -3 para obtener la solución nutritiva deseada son las siguientes: Nitrato cálcico: 0,71 mmol L ,5 mg mmol -1 = 767,2 mg L -1 = 767,2 g m -3 H 3 PO 4 del 100 %: 1,5 mmol L mg mmol -1 = 147 mg L -1 = 147 g m -3 HNO 3 del 100 %: 0,49 mmol L mg mmol -1 = 30,9 mg L -1 = 30,9 g m -3 KNO 3 : 3,7 mmol L ,1 mg mmol -1 = 374,1 mg L -1 = 374,1 g m -3 K 2 SO 4 : 1,62 mmol L ,3 mg mmol -1 = 282,4 mg L -1 = 282,4 g m -3 MgSO 4.7H 2 O: 0,97 mmol L ,3 mg mmol -1 = 238,9 mg L -1 = 238,9 g m -3

5 PROBLEMA 1 En el caso de que se emplee un ácido fosfórico del 75% de riqueza y un ácido nítrico del 56%, los volúmenes de ambos ácidos que habrá que aportar serán: H PO del 75 %: 3 4 HNO del 56 %: g m 0,75 30,9 g m 0, g m de producto comercial -1 1, 6 g ml 55, 2 g m de producto comercial -1 1, 33 g ml 122, 5 41, 5 ml m ml m -3-3 En lo que se refiere a los microelementos, se va a emplear un mix con la siguiente composición: Fe 7,5%, B 0,7%, Mn 3,3%, Cu 0,3% Zn 0,6%, Mo 0,2%. Se pretende aportar 1,5 ppm de Fe, para lo cual hay que añadir al agua la siguiente cantidad de producto comercial (PC): 1,5 mg Fe L 0, mg L de PC = 20 g m de PC

6 PROBLEMA 1 Esta cantidad de microelementos aporta los siguientes niveles de microelementos: Hierro: 1,5 ppm Manganeso: 20 ppm PC 0,033 = 0,66 ppm Zinc: 20 ppm PC 0,006 = 0,12 ppm Boro: 20 ppm PC 0,007 = 0,14 ppm Cobre: 20 ppm PC 0,003 = 0,06 ppm Molibdeno: 20 ppm PC 0,002 = 0,04 ppm Dado que se pretende fertirrigar una superficie de cultivo de 1 ha con una densidad de emisores de 1 gotero m -2, presentando los mismos un caudal de 3 L h -1, entonces el caudal de riego será: m2 1 gotero m -2 3 L h -1 gotero -1 = L h -1 = 30 m 3 h -1

7 PROBLEMA 1 Por otro lado, vamos a suponer que se dispone de un cabezal de riego con cuatro depósitos de 1000 litros de capacidad y otro para el ácido de 500 litros. Entonces los fertilizantes se pueden repartir del siguiente modo: Depósito para el ácido: ácido nítrico Depósito 1: nitrato cálcico Depósito 2: ácido fosfórico + sulfato potásico Depósito 3: nitrato potásico + sulfato de magnesio Depósito 4: microelementos A partir de ahora vamos a considerar que el primer fertilizante indicado para cada depósito es el base con el fin de realizar los siguientes cálculos:

8 PROBLEMA 1 Depósito 1: para redondear la cantidad de fertilizante añadido, se aportan 100 kg de nitrato cálcico al tanque de 1000 litros. El caudal continuo de solución madre que se tendrá que inyectar para conseguir la concentración final deseada será: kg 1000 L sol. madre 30 m h 767, 2 g N.cálcico m 230 L h 3, 8 L min 1000 g 100 kg N.cálcico Si se pretende expresar en cm 3 de solución madre por cada litro de solución final, resulta: L sol.madre kg 1000 cm 767, 2 mg L 7, kg N.cálcico 10 mg L cc L -1

9 PROBLEMA 1 Depósito 2: se aporta una garrafa de 40 kg de ácido fosfórico del 75% al tanque de 1000 litros. La cantidad de sulfato potásico a añadir junto con el ácido será: 196 g Ác.fosfórico 40 kg Ác.fosfórico 282,4 g S.potásico X ,4 57, 6 X 196 kg de S.potásico El caudal continuo de solución madre que se tendrá que inyectar para conseguir la concentración final deseada será: kg 1000 L sol. madre 30 m h 196 g Ác.fosfórico m 147 L h 2, 5 L min 1000 g 40 kg Ác.fosfórico Si se pretende expresar en cm 3 de solución madre por cada litro de solución final, resulta: 196 mg L L sol.madre kg 1000 cm 4, 9 cc L 6 40 kg Ác.fosfórico 10 mg L -1

10 PROBLEMA 1 Depósito 3: se aportan 50 kg de nitrato potásico al tanque de 1000 litros. La cantidad de sulfato de magnesio a añadir junto con el nitrato potásico será: 374, 1 g N. potásico 50 kg N. potásico 238,9 g S.magnesio X ,9 X 374,1 31, 9 kg de S.magnesio El caudal continuo de solución madre que se tendrá que inyectar para conseguir la concentración final deseada será: kg 1000 L sol. madre 30 m h 374, 1 g N. potásico m 224 L h 3, g 50 kg N. potásico Si se pretende expresar en cm 3 de solución madre por cada litro de solución final, resulta: L sol.madre kg 1000 cm 374, 1 mg L 7, 5 cc L 6 50 kg N.potásico 10 mg L -1 L min

11 PROBLEMA 1 Depósito 4: se aportan 4 kg del complejo de microelementos al tanque de 1000 litros. El caudal continuo de solución madre que se tendrá que inyectar para conseguir la concentración final deseada será: kg 1000 L sol. madre 30 m h 20 g micros m = 150 L h = 2,5 L min 1000 g 4 kg micros Si se pretende expresar en cm 3 de solución madre por cada litro de solución final, resulta: 1000 L sol. madre kg 1000 cm 20 mg L = 5 cc L 4 kg micros 10 mg L

12 PROBLEMA 1 Depósito para el ácido: se aporta una garrafa de 26 kg de ácido nítrico del 56 % al tanque de 500 litros. El caudal continuo de solución madre que se tendrá que inyectar para conseguir la concentración final deseada será: kg 500 L sol. madre 30 m h 55, 2 g Ác.nítrico m 32 L h 0, 53 L min 1000 g 26 kg Ác.nítrico Si se pretende expresar en cm 3 de solución madre por cada litro de solución final, resulta: L sol.madre kg 1000 cm 55, 2 mg L 1, 1 cc L 6 26 kg Ác.nítrico 10 mg L -1

13 PROBLEMA 1 A partir de los caudales continuos calculados para los depósitos 1, 2 y 3 podemos obtener los porcentajes de inyección que debemos indicar al autómata de riego para conseguir la solución nutritiva deseada. No hay que considerar en este cálculo el depósito del ácido ya que su inyección es independiente a la del resto al estar regulada por el ph L h Porcentaje depósito 1: 100 = 31 % ( ) L h Porcentaje depósito 2: 100 = 20 % ( ) L h Porcentaje depósito 3: 100 = 30 % ( ) L h Porcentaje depósito 4: 100 = 20 % ( )

14 PROBLEMA 1 Los resultados obtenidos quedan recogidos en el siguiente cuadro: Fertilizantes Caudal continuo Porcentaje cc L -1 añadidos L h -1 L min -1 inyección Depósito kg N.cálcico 230 3,8 31 7,7 Depósito 2 Depósito 3 Depósito 4 Dep. ácido 40 kg Ác.fosfórico 57,6 kg S. potásico 50 kg N. potásico 31,9 kg S. magnesio 4 kg microelementos 26 kg Ác. nítrico 56 % 147 2,5 20 4, ,7 30 7, , ,53 1,1 CE (ds m -1 ) 2,1 ph 5,5

15 PROBLEMA 1 Consideremos ahora el caso de que se trabaje únicamente con dos soluciones madre que se inyectan al 50%, más otra de ácido para controlar el ph. Entonces todos los fertilizantes excepto el ácido nítrico deberán repartirse equilibradamente entre los dos depósitos. Si se decide añadir 100 kg de nitrato cálcico a 1000 litros de solución madre, las cantidades a aportar de los restantes abonos serán:

16 PROBLEMA 1 En un depósito se añadirá el nitrato cálcico, los microelementos y el nitrato potásico, y en el otro el ácido fosfórico, el sulfato potásico y sulfato de magnesio. El resumen de los fertilizantes añadidos se presenta a continuación: Depósito 1 Depósito 2 Dep. ácido Fertilizantes Caudal continuo Porcentaje añadidos L h -1 L min -1 inyección 100 kg N.cálcico 48,8 kg N.potásico 2,6 kg microelementos 25,6 kg Àc.fosfórico 36,8 kg S. potásico 31,1 kg S.magnesio 26 kg Ác. nítrico 56 % 230 3, , ,53 CE (ds m -1 ) 2,1 ph 5,5

17 ARCHIVO EXCEL PARA CÁLCULO DE SOLUCIONES NUTRITIVAS

18 ARCHIVO EXCEL PARA CÁLCULO DE SOLUCIONES NUTRITIVAS

19 PROBLEMA 2 Resolver el problema anterior mediante el empleo de abonos líquidos.

20 PROBLEMA 2

21 PROBLEMA 3 Calcular las concentraciones de aporte en cc L -1 de solución final que se requieren de los abonos líquidos CAN 17, KP y KN 10 para conseguir la siguiente solución nutritiva: N: 100 ppm P 2 O 5 : 50 ppm K 2 O: 200 ppm En primer lugar se fija la cantidad de KP para aportar todo el fósforo necesario ya que es el único fertilizante que incorpora dicho nutriente:

22 PROBLEMA 3 Este fertilizante además incorpora la siguiente cantidad de potasio: El resto del potasio se va a incorporar como KN 10, en total: = 173 ppm. Para ello se requiere la siguiente cantidad de fertilizante: Este fertilizante además incorpora la siguiente cantidad de nitrógeno:

23 PROBLEMA 3 El resto del nitrógeno se va a incorporar como CAN 17, en total: ,5 = 74,5 ppm. Para ello se requiere la siguiente cantidad de fertilizante: Este fertilizante además incorpora la siguiente cantidad de calcio: Este calcio puede ser suficiente si el agua de riego ya incorpora una cierta cantidad de este elemento (unos 2 mmol L -1 ) y no existe competencia con el magnesio. En caso contrario, habrá que incrementar el aporte del mismo utilizando un fertilizante nitrogenado con mayor riqueza de calcio como puede ser el CN 11.

24 PROBLEMA 3 El incremento teórico de conductividad eléctrica de estos aportes será: Incremento CE debida al CAN 17 = 1,328 X = 1,328 0,3 = 0,4 Incremento CE debida al KP = 0,44 X = 0,44 0,2 = 0,09 Incremento CE debida al KN 10 = 0,35 X = 0,35 1,5 = 0,53 Incremento total = 0,4 + 0,09 + 0,53 = 1,02 ds m -1

25 PROBLEMA 4 Resolver el problema anterior utilizando abonos simples. Suponiendo que no sea necesario el aporte de magnesio ni de azufre al cultivo, de forma que los incorpora el agua de riego, los fertilizantes a emplear pueden ser: ácido fosfórico, nitrato potásico y nitrato cálcico. Además convendrá añadir ácido nítrico para neutralizar los bicarbonatos. En primer lugar se calcula el aporte de ácido fosfórico:

26 PROBLEMA 4 Esta concentración de P 2 O 5 supone los siguientes mmoles L -1 : Ahora se calcula el aporte de nitrato potásico para cubrir las necesidades de potasio: Este fertilizante además incorpora la siguiente cantidad de nitrógeno:

27 PROBLEMA 4 Por tanto, quedan por aportar: ,2 = 42,8 ppm de N Si suponemos que el agua de riego lleva 4 mmol L -1 de bicarbonatos, habrá que neutralizar 3,5, de los cuales 0,7 corresponden a ácido fosfórico y 2,8 a ácido nítrico. De este modo, la cantidad de ácido nítrico a aportar es la siguiente: Este ácido incorpora la siguiente cantidad de nitrógeno:

28 PROBLEMA 4 Por tanto, sólo queda por añadir los siguientes ppm de N: 42,8-39,2 = 3,6 ppm. El nitrato cálcico necesario será: Este nitrato cálcico supone los siguientes mmol L -1 de calcio:

29 PROBLEMA 5 Qué equilibrio debería tener un abono complejo para que nos permitiera obtener la siguiente solución nutritiva? NO 3 : 12 mmol L -1 NH 4 : 1 mmol L -1 H 2 PO 4 : 1,5 mmol L -1 K: 7 mmol L -1

30 PROBLEMA 5 La riqueza necesaria de cada nutriente que debe incorporar el fertilizante complejo será:

31 PROBLEMA 5 Por tanto, el abono complejo que se busca es el siguiente: 18,2:10,7:32,9 (92,3 % del nitrógeno en forma nítrica y 7,7 % en forma amoniacal). Del mismo modo habrá que aportar 1 g por cada litro de agua para obtener la solución nutritiva deseada. En el caso de que se encuentre otro fertilizante con la misma proporción N-P-K pero distintas riquezas de cada nutriente, la cantidad del mismo que habrá que añadir por cada litro de agua será:

32 EJEMPLO DE CÁLCULO DE UNA SOLUCIÓN NUTRITIVA EN UN SISTEMA CON REUTILIZACIÓN DEL LIXIVIADO Nutrientes N H 2 PO 4 - SO 4 = K + Ca ++ Mg ++ HCO 3 - CE Agua de riego 0 0 0,21 0,08 0,64 1,19 3,26 0,4 Drenaje 11,8 0,7 5,94 6,39 7,73 3,29 5,3 3,1 Conc. Absorción 14 1,5 1,

33 Si estamos trabajando con un 30% de lixiviación y al mismo porcentaje de reúso, resultará aproximadamente la siguiente conductividad en la mezcla entre el agua de aporte exterior y el drenaje: CE mezcla: 0,4 0,7 + 3,1 0,3 = 1,2 ds m -1 Y la concentración de bicarbonatos de dicha mezcla será: [HCO 3- ] : 3,26 0,7 + 5,3 0,3 = 3,87 mmol L -1 Como en la solución final hay que dejar 0,5 mmol L -1 de bicarbonatos para ajustar el ph a 5,5, la cantidad a neutralizar con ácido será: 3,87-0,5 = 3,37 mmol L -1. Tal concentración equivale en la solución de entrada a: 3,37 / 0,7 = 4,81 mmol L -1 0,7 es el tanto por uno de agua de aporte exterior ya que se está reutilizando un 30% de lixiviado.

34 Ahora ajustamos el equilibrio en mmol L -1 en base a las concentraciones de absorción estimadas: Nutrientes N H 2 PO 4 - SO 4 = K + Ca ++ Mg ++ HCO 3 - Concentr. absorción 14 1,5 1, Agua de riego 0 0 0,21 0,08 0,64 1,19 3,26 Aporte de fertilizantes 14 1,5 1,09 5,92 2,36 0-4,81 FERTILIZANTES mmol L -1 Ácido fosfórico 1,5 1,5-1,5 Ácido nítrico 3,31 3,31-3,31 Nitrato cálcico 2,36 4,72 2,36 Sulfato potásico 1,09 1,09 2,18 Nitrato potásico 3,74 3,74 3,74 Nitrato amónico 1,115 2,23 TOTAL APORTES 14 1,5 1,09 5,92 2,36 0-4,81 SOLUCIÓN ENTRADA 14 1,5 1, ,19-1,55

35 Nº de miliequivalentes: 4,72 + 2,18 + 3,74 + 1,115 = 11,755 Incremento CE por fertilizantes: 11,755 0,7 / 10 = 0,8 ds m -1 CE de la solución final: 1,2 + 0,8 = 2,0 ds m -1 Nutrientes N H 2 PO 4 - SO 4 = K + Ca ++ Mg ++ HCO 3 - Solución entrada 14 1,5 1, ,19-1,55 Drenaje 11,8 0,7 5,94 6,39 7,73 3,29 5,3 Solución final 13,34 1,26 2,69 6,12 4,42 1,82 0,5

36 ARCHIVO EXCEL PARA CÁLCULO DE SOLUCIONES NUTRITIVAS EN SISTEMA CERRADO

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