MANEJO DE SONDAS DE EXTRACCIÓN DE SOLUCIÓN DE SUELO Y MÉTODOS RÁPIDOS DE DETERMINACIÓN DE NITRATOS

Transcripción

1 MANEJO DE SONDAS DE EXTRACCIÓN DE SOLUCIÓN DE SUELO Y MÉTODOS RÁPIDOS DE DETERMINACIÓN DE NITRATOS 1. Problemática. 2. Antecedentes. 3. Objetivos. 4. Estrategias ensayadas. 5. Equipos evaluados: 5.1. Extracción de solución de suelo Equipos de determinación de NO 3 6. Ficha económica. 7. Recomendaciones. 8. Bibliografía.

2 . / [Fernández, M.M.; Cánovas, G.; Martín, E.]. Almería. Consejería de Agricultura, Pesca y Desarrollo Rural, Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera, pp. Formato digital (ebook) (Producción Agraria). Nitratos Solución de suelo Equipos rápidos Sondas de succión Este documento está bajo Licencia Creative Commons. ReconocimientoNo comercialsin obra derivada. Manejo de sondas de extracción de solución de suelo y métodos rápidos de determinación de nitratos. Edita JUNTA DE ANDALUCÍA. Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera. Consejería de Agricultura, Pesca y Desarrollo Rural. Almería, diciembre de Autoría: María Milagros Fernández Fernández 1 Gema Cánovas Fernández 2 Emilio Martín Expósito 1 1 IFAPA, Centro La Mojonera 2 Agencia Gestión Agraria y Pesquera de Andalucía

3 1. Problemática. El adecuado manejo de la fertilización nitrogenada ha cobrado especial importancia en los últimos años ya que a su trascendental papel, como nutriente principal, sobre la cantidad y calidad de las producciones agrícolas, se suma la ineludible necesidad de aquilatar costes dados los cada vez más escasos márgenes de rentabilidad de los cultivos, así como la creciente preocupación por las repercusiones medioambientales y de salud que implica la contaminación por nitratos de aguas superficiales y subterráneas y la emisión de gases de efecto invernadero. Medición de clorofila con sensor SPAD. Invernadero asimétrico. El incremento de los precios de los fertilizantes puede suponer un importante elemento de refuerzo para conseguir una mayor motivación de los agricultores en relación a disminuir los aportes de N que, generalmente, se aplican en dosis superiores a las necesarias, siempre y cuando el conocimiento disponible para cada cultivo y sistema productivo permita optimizar la fertilización nitrogenada sin comprometer, en lo posible, los rendimientos necesarios para mantener la rentabilidad. Es necesaria la búsqueda de herramientas fácilmente aplicables por técnicos y/o agricultores, que integren en el proceso de toma de decisiones las especificidades que determinan el comportamiento de los cultivos y que se puedan incorporar de manera sencilla y asequible, técnica y económicamente, en el manejo y/o asesoramiento técnico de los cultivos. Más información: Web SERVIFAPA: Protocolo de actuación para disminuir la contaminación por nitratos en cultivos de pimiento y tomate bajo abrigo. 3/21

4 2. Antecedentes. Para una gestión eficiente del Nitrógeno, se proponen tres estrategias de manejo de la fertilización nitrogenada que pueden permitir un ajuste eficiente de las dosis a las necesidades del cultivo. Manejo correctivo Basado en el uso de análisis de planta (savia, foliar) y de suelo (extracto saturado, solución del suelo, fertilidad), así como en el uso de sensores tanto de medidas en planta (clorofila, color de hojas, infrarrojos, etc.) como en suelo (humedad, conductividad eléctrica, nutrientes, etc.). Manejo predictivo Basado fundamentalmente en el uso de modelos de simulación de respuesta del cultivo a los aportes de N. La mayoría de estos modelos permiten actualmente introducir variables de clima, manejo, densidad de plantación, etc., para adaptarlos a distintas condiciones, ciclos y alternativas de cultivo. Manejo predictivocorrectivo Consiste en la combinación de los sistemas anteriores, cuando se dispone de la información y herramientas necesarias, aumentando la información que se integra y permitiendo un ajuste mas preciso en tiempo real del N a las necesidades del cultivo. Ello refuerza la ventaja comparativa de esta estrategia, para cuya aplicación es necesario contar de manera continua durante el cultivo con valores de los parámetros que se consideren significativos para evitar tanto deficiencias como posibles excesos que provoquen pérdidas de N. En cada caso habrá que decidir cual o cuales pueden ser esos parámetros y si aportan información suficiente para aplicar esta estrategia de manejo. 4/21

5 3. Objetivos. Se pretende ajustar los aportes de nitrógeno en fertirrigación a lo largo del ciclo de cultivo a las extracciones del mismo evitando, en lo posible, deficiencias que repercutan sobre la producción y excesos que puedan generar lixiviaciones de nitratos a profundidades no exploradas por las raíces del cultivo, para ello los objetivos planteados son: Establecer unas pautas de seguimiento que permitan aplicar una estrategia de manejo para evitar aportes excesivos de fertilizantes nitrogenados que puedan ser causa de lixiviación de NO 3 (ión nitrato) durante o después del cultivo. Evaluar los equipos disponibles de extracción de la solución del suelo y de medida de nitratos para contar con valores de este parámetro que permitan mejorar el control y toma de decisiones en el ajuste de la fertirrigación, especialmente en relación al aporte de NO Estrategias ensayadas. Cuando se utiliza fertirrigación los niveles de humedad en el suelo se mantienen generalmente altos y constantes, lo cual permite, en muchos casos, extraer solución del suelo en el entorno de las raíces de manera relativamente fácil. Sobre esta solución se puede realizar el control de la concentración de nitratos de forma que se mantengan los niveles en suelo en los valores deseados, actuando sobre los aportes de fertilizantes nitrogenados aplicados en la solución nutritiva. 5/21

6 4. Estrategias ensayadas. La estrategia de control ensayada para cultivos de pimiento y tomate en invernadero en el litoral de Almería, permite ahorrar entre un 25 y un 35% de abonado nitrogenado (ver protocolo citado en pagina 3 de este documento).. Estrategia de manejo a seguir Iniciar el ciclo de cultivo con solución nutritiva de partida en base a las extracciones de cultivo, análisis de suelo y de agua o soluciones estándar publicadas. La dotación de agua se calculará según métodos predictivos (recomendaciones de riego SAR). Pimiento: 4 a 7 mmoles L 1 NO 3 (Fernández et al 2012). Tomate: 7 a 10 mmoles L 1 NO 3 (Fernández et al 2012). Suprimir completamente el abonado nitrogenado en la/s última/s semana del cultivo, evitando sobrantes de NO 3 al final del ciclo para evitar lixiviaciones posteriores. 6/21

7 5. Equipos evaluados: Se han evaluado distintas sondas para extraer la solución del suelo y varios equipos de análisis rápido de N, como herramientas disponibles para conocer en campo la concentración de N en la solución del suelo, proporcionando información que permita el ajuste en tiempo real del aporte de N en fertirrigación. Estos equipos deben ser fiables, fáciles de manejar, económicos y rápidos. Equipos de extracción de solución de suelo Equipos de Sonda de succión Reflectómetro Colorímetro Muestreador Rhizon LAQUAtwin NO 3 7/21

8 5. Equipos evaluados: Consideraciones en el uso de equipos de extracción de solución de suelo 5.1. Extracción de solución de suelo. Los equipos de extracción de solución de suelo han de colocarse a 1015 cm del gotero y a una profundidad de 1520 cm (en función de donde se desarrolle la mayor parte del sistema radicular) y se dejaran instalados durante todo el ciclo de cultivo. Es importante colocar varias sondas por parcela para tener un mínimo de representatividad de las medidas. Sería recomendable instalar al menos 8 sondas por cada m 2 de invernadero. Es necesario dejar transcurrir como mínimo 3 horas tras la finalización del riego y antes de hacer el vacío para permitir que se estabilice la solución del suelo, este intervalo de tiempo debe ser fijo para que los resultados sean comparables. Esquema instalación sonda de succión Se desechan las primeras muestras extraídas, ya que hemos aportado agua durante la instalación (ver video vídeo citado en página 13 de este documento ). En las muestras recogidas se determina la concentración de NO 3 lo antes posible, pero si es necesario conservarlas se hará siempre en frigorífico. Recoger solución nutritiva de los goteros es fundamental para conocer el aporte real de nutrientes. Para ello colocamos un microtubo y una garrafa limpia, donde se recogerá la solución de riego para determinar su contenido de nitratos a la vez que el de la solución de suelo. Detalle sonda de succión Las muestras se tomarán cada 1015 días para analizar la tendencia de la concentración de NO 3 con el tiempo. 8/21

9 5. Equipos evaluados: 5.1. Extracción de solución de suelo. Sonda de succión de cápsula cerámica (Irrometer) La sonda de succión consta de un tubo de PVC de 30 cm perfectamente unido a una cápsula porosa de forma cilíndrica con terminal semiesférica, a través de la cual penetra la solución del suelo al aplicar una diferencia de presión mediante vacío. La muestra se recoge sobre una botella de vidrio de topacio a la que se acopla un cono de reducción y en el que se inserta un vacuómetro que permite medir el nivel de vacío aplicado al cargar la sonda, un valor que debe ser siempre el mismo, a ser posible entre los 70 y 80 cb. Las cápsulas porosas se emplean para la extracción de la solución del suelo en condiciones de campo. El modo en que la solución de suelo pasa a la cápsula se asemeja al mecanismo de absorción pasiva de los vegetales, hace que se pueda considerar como método de referencia cuando interviene un cultivo. Cápsula de cerámica porosa Llave Bomba artesanal diseñada para hacer el vacío con más facilidad. Tubo de PVC Botella de topacio Sonda de cerámica porosa adaptada. Vacuómetro 9/21

10 5. Equipos evaluados: 5.1. Extracción de solución de suelo. Sonda de succión de cápsula cerámica (Irrometer) Instalación y manejo de sonda de succión de cápsula cerámica En terrenos no pedregosos se pueden instalar realizando un orificio de diámetro algo inferior al de la sonda, en el que se introduce la misma una vez humedecido el orificio. En terrenos pedregosos es necesario realizar un orificio de diámetro superior, cribar el suelo extraído para eliminar piedras, humedecerlo hasta realizar barro, volver a introducirlo en el orificio y colocar la sonda. 10/21

11 5. Equipos evaluados: 5.1. Extracción de solución de suelo. Sonda de succión de cápsula cerámica (Irrometer) Coste elevado. Ventajas Elevado volumen de solución de suelo extraída. Elevada superficie de contacto del terreno. Inconvenientes Requiere dedicación de tiempo importante. Requiere limpieza y mantenimiento para poder ser reutilizadas en cultivos sucesivos. Una instalación correcta altera el terreno muestreado. Realizar el vacío con la bomba requiere un esfuerzo físico. Requiere utilizar envases estériles para recoger las muestras. Hay que esperar normalmente varias horas e incluso días para extraer muestra suficiente. Detalle sonda de succión de capsula cerámica Se producen bastantes fallos en la instalación (perdida de vacío por mala colocación) y en las extracciones sucesivas de solución del suelo. 11/21

12 5. Equipos evaluados: 5.1. Extracción de solución de suelo. Muestreador Rhizon tipo SMS (Rhizosphere) Las sondas de extracción de humedad de suelo tipo Rhizon son de pequeño tamaño y recogen agua a través de un polímero hidrófilo poroso por lo que apenas alteran el perfil del suelo, tienen en su interior una guía de acero, para mantener la rigidez y facilitar su instalación. Estos pelos radicales constan de un tubo de polímero poroso de 10 cm de longitud y 2,5 mm de diámetro conectado a un tubo de PVC flexible del mismo diámetro y longitud 20 cm. En el extremo se acopla una aguja de 40 mm y 0,8 mm de diámetro. Alambre de 3 mm para instalación Jeringuilla para instalación Sonda tipo Rhizon en pimiento. Para extraer la solución de suelo hemos empleado tubos provistos de vacío de plástico de 9 ml sin aditivos, que se conectan a la aguja cada vez que se desea tomar muestra, siendo éstos de un solo uso, al perder el vacío una vez conectados. Tubo de vacío Polímero poroso Aguja Material y equipo necesario para la instalación sonda tipo Rhizon. 12/21

13 5. Equipos evaluados: 5.1. Extracción de solución de suelo. Muestreador Rhizon tipo SMS (Rhizosphere) Instalación y manejo de muestreadores Rhizon El procedimiento de instalación es similar al de las sondas de cápsula cerámica, sólo que su pequeño tamaño hace más fácil el proceso y normalmente la solución extraída se puede recoger a los pocos minutos de conectar el tubo de vacío, si el suelo está lo suficientemente húmedo. 2. Con un alambre de 3 mm de diámetro hacer un agujero de 1520 cm de profundidad 4. Introducimos el muestreador tipo Rhizon con cuidado para no dañar el polímero Más información: Web SERVIFAPA: Video Instalación de sondas Rhizon y toma de muestras de solución de suelo en cultivo enarenado. 13/21

14 5. Equipos evaluados: 5.1. Extracción de solución de suelo. Muestreador Rhizon tipo SMS (Rhizosphere) Muy fácil instalación y manejo. Ventajas Instalación sencilla con un alambre de 3 mm de diámetro. Toma de muestras sin esfuerzo (tubos de vacío). Apenas se altera el terreno en su instalación. Baratas (en relación a las de cerámica porosa). La muestra se puede extraer (dependiendo del tipo de suelo) en la misma visita a la finca. Los propios tubos de vacío estériles recogen la muestra. Sin mantenimiento (aunque a veces es posible reutilizarlas para otro cultivo). No hay variabilidad por aplicar distintos niveles de vacío pues todos los tubos llevan el mismo. Inconvenientes Poco volumen de muestra (9 ml) si se quieren hacer otras determinaciones además de los nitratos. Detalle de sonda tipo Rhizon y tubos de vacío. Menor superficie de contacto suelosonda y por tanto escaso volumen de suelo muestreado. 14/21

15 5. Equipos evaluados: 5.2. Equipos de determinación de NO 3. Reflectómetro (RQFLEX MERCK). Su funcionamiento está basado en el principio de reflectometría midiendo en la varilla analítica la luz reflejada. Como en la fotometría clásica, la diferencia entre la intensidad emitida y la reflejada permite una determinación cuantitativa del contenido en nitratos (NO 3 ). Varillas analíticas Ventajas Bastante preciso. Lector de varillas Fácil manejo. Relativamente rápido. Inconvenientes Coste algo elevado del equipo. Lector de código de barras Detalle de reflectómetro y varillas analíticas Las varillas poseen en un extremo dos zonas con reactivos sensibles al nitrato, de modo que adquieren mayor intensidad de color cuando aumenta la concentración de nitrato de la solución de suelo. El rango de medida de NO 3 está comprendido entre 0,08 y 3,6 mmol L 1. Coste unitario considerable para cada muestra. Para valores habituales de solución de suelo y solución nutritiva en cultivos hortícolas en invernadero se requiere dilución de la muestra (rango de medida del equipo: 5225 mg NO 3 L 1 ), lo cual implica necesidad de instrumental adecuado y mayor dificultad en la medida, además de añadir error al resultado. 15/21

16 5. Equipos evaluados: 5.2. Equipos de determinación de NO 3. Colorímetro (Merck) Este método de análisis rápido permite determinar la concentración aproximada de nitratos de una solución muestra mediante la coloración obtenida de la solución a medir por comparación visual con una tarjeta colorimétrica. Su fundamento se basa en que los iones nitrato se reducen a iones nitrito, que en solución ácida forman con el ácido sulfanílico una sal de diazonio, ésta reacciona con un derivado del ácido benzoico dando un colorante amarillo anaranjado. Ventajas Reactivo NO 3 Tubos de ensayo Económico. Inconvenientes Requiere más tiempo que el reflectómetro tanto en la preparación de la muestra como en la medida. Resultados mediante apreciación visual y por tanto con factor de subjetividad. Tarjeta colorimétrica Comparador desplazable Requiere dilución de las muestras ya que el rango de medida del equipo es de mg NO 3 L 1. (0,16 a 2,42 mmol L 1 NO 3 ). Detalle de colorímetro y reactivos. Empleo de reactivos. Escasa precisión. 16/21

17 5. Equipos evaluados: 5.2. Equipos de determinación de NO 3. Medidor LAQUAtwin de NO 3 Este equipo LAQUAtwin NO 3 de Horiba de análisis rápido se basa en el método de ión selectivo. Se utilizan dos patrones para su calibración, que indica el rango de medida (2,4232,26 mmol L 1 NO 3 ). Entre una muestra y otra es muy importante lavar el sensor con agua destilada y secarlo bien con papel suave, sin apretar excesivamente, para evitar contaminaciones que alteren las sucesivas medidas. Ventajas Bastante preciso. Muy rápido. Rangos de medida adecuados para soluciones nutritivas y solución de suelo, por tanto no requiere dilución de las muestras. Su sencillo manejo lo hace muy cómodo para trabajar insitu, en la propia finca y usar los datos de forma inmediata en la toma de decisiones. Coste unitario bajo para cada muestra. Sensores Pantalla de lectura Inconvenientes Coste ligeramente elevado del equipo. Si no se maneja adecuadamente se desconfigura con facilidad. Es necesario calibrarlo cada vez que se vaya a utilizar y si se hacen varias medidas sucesivas, al menos cada 8 o 10 muestras. Patrones de calibración Detalle del equipo LAQUAtwin NO 3 y patrones. 17/21

18 6. Ficha económica. Coste de los equipos de extracción de solución de suelo Sondas cápsula cerámica Irrometer Muestreadores tipo Rhizon Coste de los equipos rápidos de Reflectómetro Colorímetro LAQUAtwin Equipo 736,0 88,5 480 Solución patrón 32,9 62 Coste estimado por muestra (reactivos, tiras, tubos de vacío) 0,90 0,44 0,25 * Precios de mercado de junio de 2012 Tiempo aproximado para medida con cada equipo Reflectómetro Colorímetro LAQUAtwin Tiempo empleado para medir cada muestra 1 min 5 min 5 seg 18/21

19 7. Recomendaciones. La toma de muestras de solución del suelo y su análisis requiere contar con equipos fiables, económicos, rápidos y robustos para ser utilizados a nivel de finca. Entre los equipos disponibles los muestreadores tipo Rhizon y el medidor LAQUAtwin NO 3 de Horiba muestran importantes ventajas comparativas para su uso con estos fines. Es muy importante situar las sondas de extracción de la solución del suelo en la zona donde se desarrolla la mayor parte del sistema radicular y realizar la toma de muestras siempre de acuerdo a un procedimiento fijo para poder comparar resultados y ver tendencias. El equipo de medida utilizado debe mantenerse en buenas condiciones de uso y estar correctamente calibrado para proporcionar fiabilidad a las medidas. Un manejo controlado de la fertilización nitrogenada requiere un seguimiento continuo de la concentración de nitratos en la solución del suelo a través de la toma de muestras periódicas y su análisis, tratando de mantener los niveles deseados mediante el ajuste de los fertilizantes aportados, pero sobre todo analizando tendencias para evitar excesos o deficiencias que provoquen contaminación o reducción de la producción. Un aspecto fundamental es reducir al máximo los niveles de nitrato en la solución del suelo al final del cultivo para evitar lixiviaciones posteriores. Los resultados obtenidos en los ensayos realizados en pimiento y tomate en invernadero siguiendo la estrategia de manejo que hemos recogido en este documento muestran que la concentración de nitrato en la solución del suelo puede ser un buen indicador para un manejo ajustado de la cantidad de N a aplicar en los cultivos, fundamentalmente cuando se utiliza fertirrigación. 19/21

20 8. Bibliografía. Fernández M., Baeza R., Cánovas G., Martín E Protocolo de actuación para disminuir la contaminación por nitratos en cultivos de pimiento y tomate bajo abrigo. Fernández M., Martín E., Cánovas G., Baeza R Manejo controlado de la aplicación de nitratos en cultivos de tomate y pimiento en invernadero. Vida Rural nº 343. pg /21

21 Manejo de sondas de extracción de solución de suelo y métodos rápidos de Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera Avenida de Grecia s/n Sevilla (Sevilla) España Teléfono: Fax: webmaster.ifapa@juntadeandalucia.es Este trabajo ha sido financiado por el proyecto TRANSFORMA del IFAPA cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional, dentro del programa operativo