INTRODUCCIÓN

El pepino, es encuentra dentro de las hortalizas más importantes de la familia de la cucurbitáceas (^{Eifediyi y Remison, 2010}). Su mayor productor es China con 54.315.900 t (^{Burton, 2017}). Requiere suelos fértiles y se ha encontrado significativa respuesta del crecimiento, rendimiento y sus componentes, cuando se aumenta sistemáticamente la cantidad de nutrimentos aplicados (^{Nwofia et al., 2015}).

Con el creciente aumento de la población mundial los terrenos que se destinan a la agricultura son escasos y se presentan efectos adversos para producción de cultivos, ya que principalmente la incorporación de metales pesados procedentes de fertilizantes, pesticidas y actividades industriales ha contribuido a la contaminación y afectan la calidad y seguridad de los alimentos (^{Savvas et al. 2013}). Para el caso de pepino, se presenta la necesidad de mejorar los sistemas de producción, en lo que respecta a la nutrición mineral, lo que ha traído como consecuencia la necesidad de aplicar fertilizantes inorgánicos en grandes cantidades, ya que cuando se realiza el cultivo en suelos infértiles se presenta bajo rendimiento y frutos amargos y deformes, que son rechazados por los consumidores en el mercado (^{Eifediyi y Remison, 2010}; ^{Nwofia et al., 2015}).

Debido a lo anterior, se ha intensificado la producción de pepino en sistemas de agricultura protegida, en donde se utilizan invernaderos, genotipos híbridos de alto rendimiento, sistemas hidropónicos y numerosas soluciones nutritivas de diferente composición química para el suministro de nutrimentos, en el caso de México por ejemplo, esta tecnología es importante ya que es el noveno productor mundial de pepinos y pepinillos para el 2017 (^{FAOSTAT, 2018}).

Dentro de las principales ventajas del cultivo de pepino con sistemas hidropónicos es la disminución de los costos de producción y la contaminación de los recursos naturales generados por residuos de fertilizantes. Sin embargo, de acuerdo con ^{Tzerakis et al. (2013)}, la aplicación de soluciones nutritivas sin conocer sus necesidades nutrimentales pueden ocasionar entradas excesivas o deficitarias de macro nutrimentos y micro nutrimentos, con lo que se afecta considerablemente el rendimiento y calidad.

De acuerdo con ^{Dominy y Bertling (2004)} una línea de estudio que se encuentra en desarrollo para el cultivo de pepino es la extracción de micro nutrimentos y el papel que desempeñan en la planta, ya que según indican ^{Tzerakis et al. (2013)}, se ha encontrado que las deficiencias y excesos de micro nutrimentos, no son perceptibles por los productores hasta que se presentan síntomas externos. Hasta el momento, se le habría restado importancia a la cuantificación de la extracción de micro nutrimentos de este cultivo, debido principalmente, a que los fertilizantes de macro nutrimentos utilizados contienen micro nutrimentos adicionados durante el proceso de manufactura o dichos elementos minerales, se presentan como impurezas y pueden tener una contribución significativa para el suministro del cultivo según como lo indican ^{Moreno et al. (2003)}.

Los micro nutrimentos son requeridos por el cultivo en pequeñas cantidades y en concordancia con ^{Küçükyumuk et al. (2014)} cumplen funciones importantes en el desempeño fisiológico y metabólico de la planta de pepino y, además, tienen efecto tóxico directo sobre los patógenos y aumentan la rigidez de la pared celular y la integridad de la membrana celular, con lo que se disminuyen las enfermedades en el cultivo.

Para el caso de Fe ^{Vigani et al. (2017)} señalan que interviene de manera crucial en la actividad enzimáti-ca del metabolismo de la planta; en lo que respecta a Cu, ^{Alaoui-Sossé et al. (2004)} y ^{Rouphael et al. (2008)} manifiestan que juega un papel importante en la fotosíntesis, respiración, transporte de electrones en cloroplastos y mitocondrias y es cofactor de varias enzimas, como superóxido dismutasa y citocromo c oxidasa; en cuanto a Zn, ^{Küçükyumuk et al. (2014)} indican que estabiliza las membranas celulares de las raíces, para aumentar la tolerancia a las infecciones del suelo y desintoxica a la planta de radicales de oxígeno y peróxido de hidrógeno, cuando se da la interacción con los patógenos; respecto a Mn, ^{Maksimovic et al. (2016)} concluyen que es esencial para el crecimiento y numerosos procesos fisiológicos importantes y de acuerdo con ^{Tabaldi et al. (2007)} puede actuar como cofactor de varias enzimas como anhidrasas, deshidrogenasas, oxidasas, peroxidasas y juega un papel importante en la fotosíntesis y la regulación del metabolismo del N, y según ^{Dordas (2008)} ayuda a controlar enfermedades en el cultivo, ya que tiene un papel importante en la biosíntesis de lignina; el B, en concordancia con ^{Cikili et al. (2013)} y ^{Ramírez et al. (2017)}, desempeña un papel importante en el metabolismo de ácidos nucleicos, carbohidratos, proteínas, ácido indolacético y fenoles, e interviene en la lignificación de la pared celular, fijación de N, transporte de azúcares, crecimiento de raíces, respiración, germinación del grano de polen y crecimiento del tubo polínico.

Debido a que una fertilización incompleta en cultivo de pepino que no incluya el suministro de micro nutrimentos, ocasiona una drástica reducción en la asimilación fotosintética del CO₂ y un severo retardo en el crecimiento del cultivo afectando el rendimiento y calidad (^{Klamkowski et al., 2011}), el objetivo de la presente investigación, fue cuantificar la cantidad de elementos minerales Fe, Cu, Zn, Mn y B, que extrae la parte aérea del cultivo, para obtener el mayor rendimiento en invernadero con aplicación de la solución nutritiva universal de Steiner, con sistema hidropónico abierto. Dicha solución se distingue por sus relaciones mutuas entre cationes y aniones (^{Moreno et al., 2015}), y en concordancia con ^{Sánchez-del-Castillo et al. (2014)} esta condición propicia que las plantas de pepino crezcan sin limitaciones nutricionales, ya que los nutrimentos aplicados están disociados en proporciones y concentraciones que evitan precipitados y antagonismos, por lo cual está siendo ampliamente utilizada por los productores de hortalizas de México.

MATERIALES Y MÉTODOS

La investigación, se realizó en invernadero entre febrero y junio de 2015 en la Universidad Autónoma Chapingo (México), localizada a 19°29'23''N, 98°53'37''W y altitud de 2.250 m. Las condiciones climáticas dentro del invernadero fueron: temperatura promedio diaria de 23°C, humedad relativa promedio diaria de 67% y radiación incidente máxima promedio de 12 MJ m² d^-1. Se utilizó un diseño experimental de bloques al azar con tres réplicas y cuatro tratamientos: 25, 75, 125 y 175% de la solución nutritiva universal de Steiner, que a 100% de concentración contiene macro nutrimentos (meq L^-1) NO₃ ^- 12; H₂PO₄ ^- 1; SO₄ ^- 7; Ca⁺⁺ 9; Mg⁺⁺ 4; K+ 7 y micro nutrimentos (mg L^-1) Fe⁺⁺ 2; Cu⁺⁺0,02; Zn⁺⁺ 0,09; Mn⁺⁺ 0,7 y B^- 0,5 (Steiner, 1961).

Se utilizaron plantas del genotipo híbrido Saber® procedentes de semillas sembradas en bandejas de poliestireno expandido con sustrato Peat-Moss® (Comercializadora Hydro Environment, Tlalnepantla, México), trasplantadas a los 25 d después de la siembra, una plántula a una bolsa de polietileno color negro con 0,06 m³ de sustrato tezontle rojo. En total se utilizaron 156 plantas dispuestas a 1,5 m entre hileras y 0,30 m entre plantas en una superficie de 99 m². No se efectuaron podas y el tutorado, se hizo en espaldera con malla plástica de cuadrícula de 10 cm.

El suministro de las soluciones nutritivas, se hizo diariamente a cada planta, con sistema de riego por goteo, en sistema hidropónico abierto, sin reutilización de las soluciones nutritivas drenadas, en cantidades y momentos recomendados por Sánchez-del-Castillo y Escalante (1988), de 150 mL, distribuidos en tres riegos de 50 mL, desde el momento del trasplante hasta los 30 d; 300 mL distribuidos en tres riegos de 100 mL, desde los 31 a 60 d y 600 mL distribuidos en tres riegos de 200 mL desde los 61 hasta 135 d. Entre cada riego transcurrió un tiempo de 4 h. Con la aplicación de la solución nutritiva universal de Steiner en sistema hidropónico abierto, según lo indicado por Sánchez-del-Castillo et al. (2014), se obtienen ventajas importantes como el ahorro de agua y fertilizantes y menor impacto ambiental al evitar que grandes cantidades de minerales causen contaminación de suelos y aguas.

Las variables evaluadas, fueron el rendimiento total por planta, extracción de micro nutrimentos por la parte aérea de la planta y tasa absoluta de extracción de micro nutrimentos Fe, Cu, Zn, Mn y B. El rendimiento total por planta se obtuvo en kg por planta durante la etapa de fructificación del cultivo, tomando el promedio en tres plantas seleccionadas al azar y marcadas en los tres surcos centrales de cada réplica.

Para determinar la extracción de micro nutrimentos por la parte aérea de la planta, se cuantificó inicialmente el contenido de Fe, Cu, Zn, Mn y B en la materia seca total, que incluyó hojas, tallos, flores y frutos, para lo cual, se hicieron muestreos cada 15 d a tres plantas tomadas al azar en las tres hileras centrales de cada repetición, que fueron secadas sin raíces a 65°C en estufa Blue-M® POM-326-F (Thermal Product Solutions, New Columbia, PA, USA), hasta obtención de peso constante y posteriormente molidas en molino Wiley Mill Thomas^® ED-5. Se tomaron muestras de 100 g de materia seca, con balanza digital Sartorius 1205 MP® (Sartorius AG, Gõttingen, Alemania) y se les realizó análisis de contenido en mg kg^-1 de Fe, Cu, Zn, Mn y B en el Laboratorio de Nutrición Vegetal del programa de Edafología e Hidrociencias del Colegio de Posgraduados de Montecillo, México. Fe, Cu, Zn y Mn, se determinaron por digestión ácida y absorción atómica (^{Mendoza et al., 2015}); B se determinó por calcinación y colorimetría con azometina-H (^{Sadzawka et al., 2004}).

A partir de los datos obtenidos de contenido de micro nutrimentos se calculó la extracción de micro nutrimentos por la parte aérea del cultivo Fe, Cu, Zn, Mn y B de acuerdo con lo indicado por Barraza (2007) mediante la siguiente ecuación:

A las variables rendimiento total por planta y extracción de micro nutrimentos, se les hizo análisis de varianza y pruebas de comparación de medias de Tukey (P<0,05) mediante el software SAS 9.0 (SAS Institute, 2008). Para conocer en primera instancia el comportamiento de los datos de extracción de micro nutrimentos, se utilizó software Curve Expert versión 1.3 (^{Hyams, 2003}) y de acuerdo con la información obtenida, se aplicó el procedimiento PROC NLIN regresión no lineal con software SAS 9.0 con el modelo logístico: y=A/(1+B-e^-cx). A partir de los modelos obtenidos de extracción de micro nutrimentos se calculó, la tasa absoluta de extracción (TAE), mediante la primera derivada del modelo logístico y'=(A*B*-C*e^-Cx)², donde y = extracción del micro nutrimento; A: máximo valor observado en la extracción del micro nutrimento; B: no tiene significado biológico y solo toma lugar en el tiempo inicial cuando x = 0; x = días después de la siembra; C: parámetro relacionado con el valor de x para el punto de inflexión; e: constante matemática base del logaritmo natural = 2,718281828.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La extracción de Fe, Cu, Zn, Mn y B, presentó un comportamiento gráfico sigmoide (Fig. 1), el cual se ajustó al modelo logístico, con coeficientes de determinación cercanos a la unidad (Tab. 1), lo que indica de acuerdo con ^{Song y Qiao (2008)} que dichos modelos son razonables y factibles para estimar la extracción de micro nutrimentos a medida que transcurre el ciclo biológico del cultivo y de acuerdo con dichos autores el modelo logístico también tiene importancia en la representación de variables del crecimiento, rendimiento y acumulación de materia seca del cultivo.

Figura 1 Extracción de micro nutrimentos del cultivo de pepino en cuatro concentraciones de la solución nutritiva universal de Steiner. 

Se observó que la extracción de micro nutrimentos en todos los tratamientos desde trasplante hasta aproximadamente los 45 d fue lenta (Fig. 1), de allí en adelante siguió un periodo de aumento hasta alcanzar su valor máximo y posteriormente ocurrió un periodo de extracción constante a través del tiempo. La tasa absoluta de absorción de los micro nutrimentos (Fig. 2) representó una distribución normal en forma de campana, en concordancia por lo reportado por ^{Vieira et al. (2013)}, en donde el periodo de mayor extracción de nutrimentos para los tratamientos comprendido entre los 45 y 60 d posteriores al trasplante. Lo anterior confirma los planteamientos de ^{Sánchez-del-Castillo et al. (2014)}, en el sentido que la planta modifica el consumo de nutrimentos en función del tiempo que transcurre durante su ciclo biológico, a través de las fases fenológicas que transcurren durante los procesos de crecimiento y desarrollo, y que esto se encuentra influenciado por varios factores, entre los que están principalmente las condiciones climáticas, por lo que a partir de los resultados presentados, pueden diseñarse planes de nutrición mineral específicos de acuerdo con cada zona en particular.

Figura 2 Tasa absoluta de extracción de micro nutrimentos del cultivo de pepino en cuatro concentraciones de la solución nutritiva universal de Steiner. 

Se observa en el tratamiento con solución nutritiva 175% de concentración, los mayores valores de extracción de micro nutrimentos con respecto a las demás concentraciones utilizadas (Tab. 2) y se encontraron diferencias estadísticas altamente significativas (Tab. 3) lo que señala, según ^{Tzerakis et al. (2013)}, que la toma de micro nutrimentos por parte del cultivo, estuvo relacionada con la concentración y composición de la solución nutritiva utilizada para cubrir sus necesidades nutrimentales.

Teniendo en cuenta la mayor extracción de micro nutrimentos a medida que se aumentó la concentración de la solución nutritiva del cultivo, confirma lo mencionado por ^{Pso y Nweke (2015)}, quienes indican que la aplicación de nutrimentos ya sea en forma de fertilizante orgánico o mineral, es la forma más rápida y fácil de aumentar el rendimiento del cultivo de pepino por unidad de superficie, en donde se puede observar que con la concentración al 175% se obtuvo el mayor valor promedio de rendimiento (Tab. 4).

A la luz de los resultados obtenidos se aprecia la importancia de la extracción nutrimental del cultivo de pepino que de acuerdo con lo indicado por ^{Anjanappa et al. (2012)}, aprovecha el máximo potencial de los genotipos de alto rendimiento utilizados en la actualidad, así como las bondades del cultivo protegido de esta hortaliza en invernadero y la aplicación de soluciones nutritivas, las cuales proporcionan los nutrimentos requeridos por el cultivo de una manera óptima y propician según ^{Pso y Nweke (2015)} mayor crecimiento, sanidad, rendimiento y calidad que se refleja en el mejoramiento sustancial de la eficiencia de fertilizantes y agua y mitigar los impactos al ambiente (^{Grewal et al., 2011}).

Las cantidades de micro nutrimentos requeridas para producir 1 t de frutos (Tab. 5) con la solución nutritiva universal de Steiner al 175% de concentración, evidencian que el cultivo de pepino presentó mejor respuesta al rendimiento con la mayor aplicación de nutrimentos, lo cual es uno de los aspectos de mayor importancia en la producción de hortalizas en invernadero, con el uso de soluciones nutritivas, lo que de acuerdo con los planteamientos de ^{Moreno et al. (2015)} en el cultivo de pepino tiene influencia también en la obtención de frutos de calidad, entendida en términos de apariencia, textura, sabor, aroma, valor nutritivo, constituyentes químicos, propiedades funcionales y ausencia de defectos.

Si bien, el cultivo de pepino se caracteriza de acuerdo con ^{Motior et al. (2011)} por una alta extracción de nutrimentos, se ha indicado que los micro nutrimentos son requeridos en pequeñas cantidades en concordancia con lo reportado por ^{Ghehsareh y Samadi (2012)}, lo cual no resta importancia al papel que juegan dichos elementos en el sistema de oxidación-reducción y en muchos procesos de la actividad celular como coenzimas, de tal manera que su deficiencia puede causar problemas en el metabolismo, crecimiento y rendimiento del cultivo, ya que de acuerdo con Fasaci (2013) y ^{El Sayed et al. (2015)} se ha encontrado una alta correlación de la acumulación de materia seca total con la extracción de elementos minerales, tales como Fe, Cu, Zn y Mn.

En concordancia con ^{Ramírez-Pérez et al. (2017)}, considerando los resultados obtenidos de extracción de micro nutrimentos, en condiciones de invernadero y suministro de solución nutritiva universal de Steiner al 175%, es posible planificar la aplicación de Fe, Cu, Zn, Mn y B de manera más eficiente, de tal modo que se puede lograr la mayor acumulación de materia seca, y a través de los modelos matemáticos de extracción nutrimental (Tab. 1), se pueden cuantificar las cantidades requeridas diariamente de cada micro nutrimento, haciendo posible evitar las aplicaciones excesivas, incrementando la eficiencia de la nutrición mineral en cultivo de pepino.

CONCLUSIONES

La extracción de micro nutrimentos en el cultivo de pepino aumentó a medida que se aumentó la concentración de la solución nutritiva universal de Steiner.

La aplicación de diferentes de cantidades de micro nutrimentos en el cultivo de pepino, a través de distintas concentraciones de la solución nutritiva universal de Steiner, ocasionó respuesta diferencial en el rendimiento, de tal manera que, con la mayor concentración, se obtuvo el mayor rendimiento, en comparación con los tratamientos de menor concentración.

La mayor extracción de micro nutrimentos, con todas las concentraciones de la solución nutritiva universal de Steiner utilizadas, ocurrió entre los 45 y 60 d después de la siembra