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Introducción
La fresa (Fragaria ananassa Duch.) es un cultivo importante por su alto nivel de consumo, sabor y aportaciones nutrimentales. En México, el 95 % de la superficie total sembrada con fresa se localiza en Michoacán, Guanajuato y Baja California (SIACON, 2023). El cultivo puede establecerse en campo abierto o bajo condiciones controladas mediante invernaderos, macrotúneles, sustratos y sistemas hidropónicos; en el primero, el rendimiento puede llegar a 26 t ha-1, mientras que en hidroponía hasta 80 t ha-1. Además, este ofrece la ventaja de aprovechar sitios que no cuentan con las características ideales (clima, espacio y manejo) para la producción agrícola, la obtención de productos de mejor calidad y el aumento de la eficiencia en el uso de agua y fertilizantes. En hidroponía, el agua y los minerales se suministran a través de soluciones nutritivas, con o sin un medio de cultivo (Goddek et al., 2019). El sustrato tiene las funciones de almacenar y mantener disponibles los minerales, proporcionar soporte físico (Beltrano et al., 2015) y protección al sistema radical de la planta, por lo que se considera un factor importante para el éxito de los cultivos en contenedores.
Por otro lado, algunos sustratos que se utilizan para la producción de hortalizas son: carbón-biochar, corteza de pino, aserrín, fibra de coco y turba (Yang et al., 2022), y mezclas de estos materiales con otros inorgánicos (López et al., 2020), que por sus propiedades físicas, químicas y biológicas presentan diferentes periodos de degradación microbiológica, lo cual está relacionado con su naturaleza recalcitrante (Awad et al., 2017). Se han reportado evaluaciones de diferentes sustratos y mezclas en diferentes proporciones para el cultivo de fresa, para obtener plántulas (Juárez et al., 2019) y para obtener frutas de calidad (Juárez, et al., 2007).
Para el cultivo de fresa en México, se han hecho estudios de sistemas hidropónicos en los que se ha evaluado el nivel en que se ubican las plantas (Alvarado et al., 2020) con diferentes sustratos. Por lo anterior, el propósito de este estudio fue evaluar el efecto del sistema hidropónico y los sustratos en variables agronómicas inherentes al crecimiento en plantas de fresa (Fragaria ananassa Duch.) variedad Albión.
Materiales y métodos
Área de estudio
El estudio se realizó en un invernadero tipo túnel de 100 m2, cubierto con plástico color blanco (lechoso) y malla antiáfidos en los costados a una altura de 2 m, con ventilación natural; estuvo orientado de este-oeste y localizado en el municipio de la Villa de Zaachila del Estado de Oaxaca, México, con coordenadas de 16°57’’02’ LN y 96°45’’02’ LO, a una altitud de 1506 m s. n. m. Este lugar presenta un clima templado húmedo (C) con lluvias en verano (w) (García, 2004) y con precipitación de 600 a 800 mm (Vásquez y Rodríguez, 2018).
Material vegetal
Se utilizaron plantas de fresa (Fragaria ananassa Duch.) variedad Albión de 28 días al trasplante en cepellón con turba, y tratada con fungicida a base de N-triclorometiltio-4-ciclohexeno-1.2- dicarboximida, cuya altura promedio fue de10 cm y 2 a 3 hojas completamente extendidas.
Diseño experimental
Se estableció un diseño experimental completamente aleatorio, con arreglo factorial incompleto 3 x 4, con el factor tipo de sistema hidropónico en 3 niveles: piramidal, vertical y horizontal. El factor tipo de sustrato se trabajó en 4 niveles: fibra de coco+turba+perlita (2:1:1); fibra de coco (1); fibra de coco+perlita (1:1); y olote (1). En el tratamiento “horizontal-olote” no se obtuvieron datos, por lo que se generó un arreglo factorial incompleto con 11 tratamientos. Se consideraron 4 repeticiones. La unidad experimental estuvo formada por 3 plantas.
Sustratos
A los materiales fibra de coco y olote se les aplicó un lavado con agua corriente antes de llenar los contenedores, para ajustar así su conductividad eléctrica (CE) a 1.5 dS m-1 (Hanna, modelo 98130).
Instalación de los sistemas hidropónicos
Para el sistema hidropónico vertical se utilizaron 5 macetas de plástico de 20 x 20 cm por 18 cm de profundidad. Las macetas se apilaron verticalmente, y la parte central de las macetas se perforó, para colocar un tubo (1.5”) de policloruro de vinilo (PVC) de 1.6 m de altura, que quedó fijo en el suelo para asegurar la estabilidad de la columna. Las macetas se apilaron de tal manera que las esquinas quedaron libres para colocar una planta (Figura 1).
En la parte superior de la columna se colocó la cintilla de riego con un gotero y distribuidor de cuatro salidas. Luego, en los extremos del distribuidor se acopló una extensión de microtubo que suministró la solución nutritiva a las 4 macetas superiores; la última (inferior) se regó por escurrimiento de las 4 macetas superiores.
El sistema hidropónico piramidal se construyó con 6 canaletas (tubos de PVC de 4”) de 2.6 m de longitud colocadas horizontalmente con una pendiente de 2 % (Figura 2). Los extremos de cada tubo se sellaron con tapas elaboradas del mismo material. A lo largo del tubo en la parte superior se realizaron perforaciones de 5 cm de diámetro espaciadas cada 20 cm, en los que se sembró cada planta. Los 2 niveles inferiores se colocaron a una altura de 0.50 m y el tercer nivel a 1.00 m. En la tapa del extremo del nivel inferior de cada tubo se realizó una perforación de 1.8 cm de diámetro, donde se puso un conducto para drenar la solución nutritiva hacia el depósito.
El sistema horizontal se construyó con 8 contenedores (tubos de PVC de 4”) de 2.60 m de longitud con perforaciones circulares de 5 cm de diámetro y 20 cm de distancia entre ellas (Figura 3). Posteriormente, fueron acomodados por pares sobre una base de 1.00 m de altura con una pendiente de 2 %; la distancia entre cada par fue de 0.20 m, y en cada perforación se estableció una planta.
Después de la instalación de cada sistema hidropónico y del acondicionamiento de los sustratos, se llenaron los contenedores con las mezclas a evaluar y al final se realizó un riego con agua corriente.
Fertirriego
El sistema de riego se formó con un depósito con capacidad de 200 l para la solución nutritiva, una bomba eléctrica de 0.5 hp (Hyundai) para succión y una línea de distribución con cintilla de riego de 16 mm. La solución nutritiva utilizada para todos los tratamientos fue la solución universal de Steiner (1984)) al 100 %, (12.0 me l-1 de NO -, 1.0 me l-1 de H2PO -, 7.0 me l-1 de SO4-, 7.0 me l-1 de K+, 9.0 me l-1 de Ca2+ y4 4.0 me l-1 de Mg2+), para los micronutrimentos con base en la metodología propuesta por Hewitt (1966). El suministro de solución nutritiva se realizó mediante líneas de distribución con cintilla de riego de 16 mm, con goteros cada 20 cm, de donde se distribuía de forma individual para cada planta. Cada semana se renovó la solución nutritiva y se aplicó un riego de lavado al sistema con agua corriente. Los riegos se realizaron diariamente previo ajuste de la solución a pH 5.5.
Registro de variables
Transcurridas 28 semanas desde del trasplante, se registraron los siguientes datos por planta: altura, desde la base de la corona hasta la hoja más alta con un flexómetro; diámetro de la corona con un vernier digital; número de hojas; y número de coronas. El volumen de la raíz se determinó por desplazamiento de agua con una probeta de cristal de 1.0 l, previo lavado con abundante agua para evitar residuos de sustratos. Además, se registró la longitud de la raíz, desde la base de la corona hasta el extremo con mayor longitud; y el área foliar con el software IMAGEJ 1.53t a partir imágenes digitales. También se determinó la biomasa al registrar el peso fresco con una balanza analítica, después se colocaron las muestras dentro de una estufa de convección (Memmert modelo 100-800), donde se mantuvieron a 70 °C hasta peso constante, para determinar el peso seco.
Para el registro de las variables ambientales (humedad relativa y temperatura), se utilizó un registrador de datos (Hobo connect), que se programó para registrar los datos cada hora a partir de la fecha del establecimiento del cultivo.
Análisis de datos
Los análisis estadísticos se realizaron con el paquete computacional Statistical Analysis System® (SAS versión 9.4), se verificaron los supuestos de normalidad y homogeneidad de varianzas mediante la prueba de Shapiro-Wilk y Bartlett (α = 0.05), respectivamente. Al no cumplir con los supuestos, las variables altura, diámetro y número de coronas, número de hojas, volumen y longitud de raíz se trasformaron a log(x). Se realizaron los análisis de varianza correspondientes y se efectuó la prueba de medias de Duncan (p ≤ 0.05). Se hicieron análisis de correlación de Pearson (r), se obtuvieron los modelos de regresión y los coeficientes de determinación (R2) para las variables en estudio.
Resultados y discusión
Variables ambientales
La temperatura osciló entre 21.28 a 25.43 °C durante el periodo evaluado del cultivo. La humedad relativa en el sitio fue de 51.63 a 71.83 %; los registros cambiaron gradualmente de acuerdo con la época del año. Mohan et al. (2019) mencionan que los valores óptimos para el cultivo de fresa son de 25 °C a 30 °C. Las plantas muestran su mejor crecimiento de hojas y peciolos a los 25 °C. Las temperaturas más altas afectan el proceso fotosintético y aceleran la maduración, lo que puede reducir la duración del ciclo productivo del cultivo.
Crecimiento vegetativo
Los análisis de varianza para los factores sistemas hidropónicos, sustratos y sus interacciones mostraron diferencias significativas (p ≤ 0.05) para biomasa, altura y número de coronas. El diámetro de corona presentó diferencia significativa para el sustrato y la interacción sustrato-sistema hidropónico. El volumen de raíz tuvo diferencias significativas para el sistema hidropónico y para el sustrato, pero no para su interacción. El número de hojas y área foliar fueron significativas para el sustrato; a su vez, la longitud de la raíz solo lo fue para sistema hidropónico.
Los resultados indican que el factor tipo de sustrato presentó mayor diferencia significativa en todas las variables, a excepción de la longitud de raíz. Esto se puede deber a sus propiedades físicas (porosidad, capacidad de retención de humedad, densidad, etc.) y químicas (pH, conductividad eléctrica, capacidad de intercambio catiónico, etc.), que influyen en la disponibilidad de nutrientes, temperatura de sustrato y oxigenación para el crecimiento de las plantas (Martínez y Roca, 2011).
Las plantas de fresa que se establecieron en los tratamientos horizontal-fibra de coco; vertical- fibra de coco + perlita; y horizontal - fibra de coco + turba + perlita presentaron los valores más altos en biomasa sin diferencia significativa entre ellos (Duncan, p ≤ 0.05). La mayor altura se obtuvo en el sistema horizontal-fibra de coco y además presentó diferencia significativa respecto a los demás tratamientos. El mayor diámetro de corona lo presentaron los 3 sistemas evaluados con el sustrato fibra de coco + turba + perlita. El mayor número de hojas se obtuvo en el sistema hidropónico horizontal con el sustrato fibra de coco + turba + perlita.
Los resultados indican que el tratamiento horizontal-fibra de coco + turba + perlita presentó los valores más altos, con diferencia significativa para biomasa (21.9±5.8), número de hojas (28.2±7.5), volumen de raíz (21.3±3.8), y área foliar (1004.8±283.9). Lo anterior pudo deberse a que los factores ambientales como la intensidad lumínica, la calidad de luz, el fotoperiodo, la temperatura, la disponibilidad de agua y los nutrientes fueron favorables. El número de hojas es una variable importante, ya que en la parte superior de cada hoja existe una yema axilar que puede generar coronas laterales o estolones (Kirschbaum, 2021).
El tratamiento horizontal-fibra de coco presentó el mayor número de coronas (7.0±0.0), lo cual es favorable para el rendimiento, ya que cada corona que se forma produce sus propias inflorescencias y frutos. Mohan et al. (2019) atribuyen el aumento de coronas a los días cortos y frescos y al tamaño de la copa, por lo que un número adecuado de coronas puede ser menor a 6 coronas por planta.
Efecto del tipo de sistema hidropónico
El sistema hidropónico horizontal mostró en todas las variables evaluadas los valores mayores, seguido por el sistema vertical y piramidal; sin embargo, con diferencias significativas en biomasa (Duncan, p ≤ 0.05), número de coronas, volumen de raíz y área foliar (Tabla 1). Estos resultados pudieron deberse a que las plantas del sistema horizontal se encontraban a una misma altura. Al respecto, Van Os et al. (2019) describen que, por el diseño de los sistemas hidropónicos, las plantas que se encuentran en niveles inferiores reciben menos luz, y como consecuencia el comportamiento del crecimiento no es homogéneo. Además, colocar las plantas arriba del nivel del suelo permite una mejor circulación del aire y reduce la incidencia de enfermedades, por lo que en los diseños hidropónicos de esta investigación se modificaron el número de niveles.
Tabla 1 Efecto del factor tipo de sistema hidropónico en variables agronómicas de fresa (Fragaria ananassa Duch.) en la variedad Albión
*Los datos con letras distintas dentro de cada fila presentan diferencias estadísticas significativas (Duncan,p 0.05). La media se acompaña de error estándar (±). DCorona= diámetro de corona; NHojas= número de hojas; NCoronas= número de coronas; VRaíz= volumen de raíz; LRaíz= longitud de raíz; AFoliar= área foliar.
La longitud de raíz fue significativamente mayor en el sistema vertical (Duncan, p ≤ 0.05) respecto a los sistemas horizontal y piramidal. Este resultado puede deberse a que los recipientes del sistema vertical (macetas de 20 x 20 x 18 cm) duplicaron en altura a los recipientes de los sistemas piramidal y horizontal (tubos PVC 4” de diámetro).
El número de hojas en el sistema horizontal fue de 17.72±6.42, es decir, superior al sistema vertical que presentó 11.42±2.09 y al sistema piramidal, que tuvo 10.04±2.22. El valor de esta variable en el sistema piramidal fue similar a lo que reportaron Alvarado et al. (2020) 30 semanas después de su trasplante, con 13 hojas por planta en el estrato más alto de un sistema piramidal a una altura de 2 m.
Efecto del sustrato
Las plantas establecidas en la mezcla fibra de coco+turba+perlita mostraron los valores significativamente más altos para las variables biomasa, número de hojas, volumen de raíz y área foliar, similar a lo reportado por Juárez et al. (2019), quienes, al utilizar turba, obtuvieron mayores valores de altura de planta y número de hojas en comparación con otros sustratos.
En los sustratos a base de fibra de coco+turba+perlita y fibra de coco comercial, el número de coronas fue significativamente mayor respecto a los sustratos fibra de coco+perlita y olote (Tabla 2).
Tabla 2 Efecto del factor tipo de sustrato en variables agronómicas de fresa (Fragaria ananassa Duch.) variedad Albión
*Los datos con letras distintas en la misma fila presentan diferencias estadísticas significativas (Duncan, p 0.05). La media se acompaña de su error estándar (±). FC= fibra de coco; T= turba; P= perlita. DCorona= diámetro de corona; NHojas= número de hojas; Ncoronas= número de coronas; VRaíz= volumen de raíz; LRaíz= longitud de raíz; AFoliar= área foliar.
El volumen de raíz presentó el valor más alto en el sustrato a base de fibra de coco+turba+perlita, posiblemente debido a su capacidad de retención y hacer fácilmente disponible la solución nutritiva, condiciones que favorecen el crecimiento de raíces primarias y ramificadas (Kubota, 2019; Ellis et al., 2006). Los valores más bajos los presentó el sustrato olote (1.51±0.16), seguido de la fibra de coco (7.05±0.86) y el sustrato a base de fibra de coco+perlita (6.25±1.37), en estos 2 últimos sustratos no hubo diferencia significativa. Los resultados sugieren que estos sustratos no permiten una buena retención de humedad; por su parte, García et al. (2019) demostraron que la fibra de coco presentó mayor demanda de riegos para mantener una humedad del 80 %.
La longitud de raíz no presentó diferencias significativas entre los sustratos, esto puede deberse a que los sustratos brindaron la suficiente porosidad para que esta parte de la planta creciera, como lo reportan similarmente Juárez et al. (2019) en los sustratos pumita, perlita+turba a los 72 días después de plantado el cultivo de fresa.
El área foliar presentó diferencia significativa en el sustrato a base de fibra de coco+turba+perlita (Duncan, p ≤ 0.05), con el mayor valor (762.41±114.48 cm2), esto representa 68.3 % más área foliar que el obtenido en el sustrato con fibra de coco+perlita; 85 % más que en la fibra de coco comercial; y 96.6 % más que en olote. El área foliar y el número de hojas son importantes debido a que en las hojas es donde la planta realiza la fotosíntesis (Rodrigues et al., 2019) y se generan la sacarosa y el almidón (Nakai et al., 2022). Medina et al. (2016) señalan que, a mayor área foliar, es mayor el aprovechamiento de la energía lumínica, lo que se refleja en la cantidad de fotoasimilados generados, los cuales son translocados a órganos de las plantas (León et al., 2021), como los frutos, raíces (Aluko et al., 2021) y otras estructuras de almacenamiento que influyen en el rendimiento del cultivo (Hidaka et al., 2019). La respuesta a un número menor de hojas repercute en el rendimiento, como lo reportan Vázquez et al. (2022), cuyas plantas de fresa (Fragaria ananassa Duch.) que fueron defoliadas disminuyeron en 17 % su producción.
Correlaciones
La variable longitud de raíz mostró correlaciones < a 0.2 positivas y negativas con las variables evaluadas; las correlaciones de las otras variables fueron > a 0.7 (Tabla 3).
Tabla 3 Correlaciones, modelos de regresión y coeficientes de determinación entre las variables evaluadas
*DCorona= diámetro de corona; NHojas= número de hojas; Ncoronas= número de coronas; VRaíz= volumen de raíz; LRaíz= longitud de raíz; AFoliar= área foliar.
Todas las variables de crecimiento evaluadas, a excepción de la longitud de raíz, presentaron una correlación alta (r ≥ 0.73). La correlación más alta la presentó el área foliar-número de hojas, seguida por el diámetro de corona-área foliar.
Conclusiones
El sustrato es un elemento que influye significativamente en el establecimiento de cultivos hidropónicos, sus propiedades físicas y químicas participan en el desarrollo vegetativo de las plantas de fresa. La mezcla recomendable para un mayor número de coronas y asegurar la mayor producción de inflorescencias, y por consecuencia frutos, se obtuvo integrando fibra de coco+turba+perlita (2:1:1).
El sistema hidropónico con un diseño horizontal favoreció el crecimiento en área foliar, número de hojas y número de coronas al recibir mayor luz y circulación de aire en las plantas.
