Estudio de las soluciones nutritivas en el desarrollo de variedades de frijol (condición invernadero)

Enviado por rgutierrezc1961

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Práctica pre profesional para optar el grado de bachiller

INTRODUCCION

La selección inicial de cepas de Rhizobium para semillas grandes (arveja, haba, lenteja, soya y frijol) se realiza en bolsas de polietileno con soluciones nutritivas. Al Realizar el estudio de cepas de Rhizobium phaseoli en soluciones nutritivas Jensen, Norris, Sandman y Hoagland, se observó que las plantas desarrollaban con evidentes síntomas de deficiencia y/o toxicidad y en la mayoría de los casos no formaban nódulos o estos eran bastante pequeños e ineficientes, indicándonos que las soluciones nutritivas empleadas eran inadecuadas para realizar el cultivo de esta especie; dificultando de este modo la selección de Cepas en estas condiciones. Por tal razón es muy importante contar con una solución nutritiva que permita el buen desarrollo y formación de nódulos de las diferentes variedades de frijol y poder seleccionar Cepas efectivas para esta especie.

Para cumplir con este objetivo se realizó 2 experimentos consecutivos:

1° Experimento: "Comparativo de 3 Variedades de Frijol, en 2 Soluciones Nutritivas a Dosis Normal y Media y 3 Sistemas de Aplicación"

2° Experimento: "Estudio del Efecto de Aplicación de Diferentes Formulaciones de la Solución Hoagland en el Crecimiento de Dos Variedades de Frijol"

El presente trabajo se realizó en el laboratorio de Rhizobiología del Programa de Pastos y ganadería entre el 26 de noviembre de 1984 al 20 de Febrero de 1985.

Con el presente trabajo de investigación espero haber contribuido en la solución del problema planteado y que las sugerencias emitidas en el presente se tomen en cuenta para futuros trabajos de esta índole.

REVISION DE LITERATURA

ESTUDIO DE LA NUTRICIÓN MINERAL DE LA PLANTAS POR EL MÉTODO DE CULTIVO EN SOLUCIONES NUTRITIVAS

Ulises Moreno M. (8), indica que, las plantas para su normal crecimiento y desarrollo requieren cierto número de elementos que se les denomina esenciales.

La carencia de un determinado elemento causa serios trastornos fisiológicos, estructurales morfológicos, llegando a producir la muerte prematura de la planta; no basta la presencia de un elemento dentro de la planta, éste tiene que estar en cantidades fisiológicamente suficientes para permitir el adecuado crecimiento y desarrollo del vegetal.

Se dice que un elemento es deficiente cuando estando presente en la planta por niveles inferiores a lo normal provoca una serie de alteraciones que van desde una disminución en el crecimiento y la producción, hasta la muerte.

La carencia y las deficiencias extremas producen síntomas visibles en los órganos de las plantas (hojas, tallos, frutos, etc.).

Los síntomas de deficiencia de un elemento tienen una determinada característica general con algunas variaciones específicas. Sin embargo los niveles de requerimiento y los grados de deficiencia sí varían con la especie y las condiciones en las cuales las plantas se desarrollan de tal suerte que una especie puede normalmente desarrollarse en un medio que para otra especie puede ser suficiente desde el punto de vista nutricional.

Una forma de estudiar los efectos de las carencias y deficiencias de los elementos esenciales en las plantas es por el método del cultivo usando soluciones nutritivas. Se puede fácilmente preparar soluciones completas que lleven todo los elementos esenciales presentes, sin ofrecer peligros de deficiencia, o se puede preparar soluciones en la que falta uno o más elementos y así estudiar el efecto que produce su ausencia en la planta o se pueden preparar soluciones con diversos grados de deficiencia.

Los criterios más comunes usados para evaluar la mejor solución nutritiva, son medir el tamaño de la planta, su peso fresco y peso seco, a ver como afecta la producción de órganos específicos como raíces, hojas, flores, frutos, tubérculos, etc.

CULTIVOS HIDROPÓNICOS

RESEÑA HISTÓRICA

Augusto H. Bejarano Geldees (9), menciona que las plantas fueron cultivadas sin tierra desde muchos años atrás. Los Jardines Colgantes de Babilonia, los Jardines Flotantes de los Aztecas en México y los de la China Imperial son ejemplos de "Cultivos Hidropónicos".

Uno de los tantos trabajos que demostró el cultivo en medio acuoso fue conseguido por dos científicos alemanes, Sachs (1860) y Knop (1861), lo cual fue el origen de la "Nutricultura", usándose aún hoy día técnicas similares en los estudios en laboratorios de Fisiología y Nutrición Vegetal.

Resh Howard M. (5), menciona que las primeras investigaciones en nutrición vegetal demostraron que se podía conseguir un crecimiento normal de plantas, sumergiendo las raíces en una solución acuosa que contuviese sales de Nitrógeno, Fósforo, Azufre, Potasio, Calcio y Magnesio, los cuales se definen en la actualidad como los macronutrientes (elementos necesitados en relativamente grandes cantidades).

En posteriores avances con técnicas de laboratorio y química, descubrieron los científicos siete elementos necesitados por las plantas en relativamente pequeñas cantidades, los micronutrientes o elementos trazos, éstos incluyen al Fierro, Cloro, Manganeso, Boro, Cinc, Cobre y Molibdeno.

En los años siguientes los investigadores desarrollaron diversas fórmulas básicas para el estudio de la nutrición vegetal. Tollens (1882), Nottingham (1914), Shive (1915), Hoagland (1919), Trelease (1933), Arnon (1938) y Robbins (1946) fueron alguno de ellos, usándose aún hoy día muchas de sus fórmulas en los trabajos de laboratorio sobre Fisiología y Nutrición Vegetal.

El interés sobre la aplicación práctica de los cultivos en nutrientes no llegó hasta cerca de 1925, cuando la industria de los invernaderos demostró su uso, debido a la necesidad de cambiar la tierra con frecuencia para evitar los problemas de estructura, enfermedad y fertilidad; desde entonces los investigadores comenzaron a valorar el uso potencial del cultivo en nutrientes, hacia una producción en gran escala.

Después de la Segunda Guerra Mundial, los militares continuaron utilizando los Cultivos Hidropónicos; por ejemplo el ejército americano estableció un proyecto de 22 Has en la Isla Chofú (Japón), expandiéndose los cultivos hidropónicos a escala comercial a través del mundo en los años 50, en países como Italia, España., Francia, Inglaterra, Alemania, Suecia, La U.R.S.S. e Israel.

PRESENTE Y FUTURO DE LA HIDROPONÍA:

Resh Howard M. (5), nos dice también que con el desarrollo del plástico los cultivos hidropónicos dieron otro gran paso adelante. Los Plásticos libraron a los agricultores de las costosas construcciones, unidas a las bancadas de hormigón y tanques utilizados anteriormente.

El Cultivo Hidropónico ha podido adaptarse a diversas situaciones, desde los cultivos al aire y en invernadero, a los altamente especializados en submarinos atómicos para obtener verduras frescas para la tripulación, esto es una ciencia espacial, pero al mismo tiempo pueden ser utilizados en países subdesarrollados del Tercer Mundo para proveer una producción intensiva de alimentos en áreas limitadas.

Por otra parte, Ulises Durany C. (3), indica que el punto más difícil es la preparación del líquido nutritivo, y harían falta aún estudios más largos para cada especie; por otra parte las fórmulas ensayadas con éxito son ya muchos. Se usan productos químicos puros a los normales abonos.

PRINCIPIOS Y APLICACIONES DE LA HIDROPONÍA:

Ulises Durany C.- (3) y Resh Howard M. (5), coinciden al decir que el principio sobre el cual se fundan los cultivos hidropónicos es esencialmente sustituir el común terreno por un substrato artificial (medio acuoso, sólido, y semi sólido); dándoseles las condiciones físicas, químicas, hídricas y fitosanitarias favorables o ideales.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS:

Resh Howard M. (5), resalta las ventajas y desventajas de este tipo cultivo:

Ventajas:

Mayor producción unitaria respecto a lo obtenible en el cultivo normal.
Producción de caraterísticas cualitativas superiores. Esta posibilidad ha sido comprobada, por ejemplo con el tomate.
Mayor precocidad de producción..
Menor empleo de materia orgánica, ya que no son necesarios las prácticas culturales inherentes a éste.
Posibilidad de cultivar repetida e interrumpidamente una misma especie sin recurrir a la alternación y sin que se verifique fenómenos de cansancio o agotamiento.
Mejor control de enfermedades fitosanitarias, dado que antes del transplante o de la siembra éste puede ser completamente esterilizado con compuestos químicos que no se pueden emplear en absoluto en el terreno.
Reducción del consumo de agua, siendo en hidroponía, al contrario de cuanto ocurre en el terreno, limitadas las pérdidas por evaporación y ausentes los de drenaje.

Desventajas

- Los intereses del capital invertido para la construcción de la instalación, mantención y amortización de la misma.
- Los gastos para el funcionamiento de la instalación (energía eléctrica).
SISTEMAS DE CULTIVO HIDROPÓNICO

Ulises Durany C. (3), como Miller Erston V. (4), mencionan dos sistemas de cultivo: Cultivo en Medio Exclusivamente Líquido (Hidroponía Propiamente Dicha) y Cultivo Sobre Substrato Sólido, Inerte y Poroso (Semi Hidroponía), embebido de una solución nutritiva.

De todo los sistemas relacionados en la clasificación no se puede decir cual sea el mejor puesto que cada uno presenta ventajas y desventajas, desde el punto de vista técnico y económico.

LAS PLANTAS EN RELACION AL AGUA Y LOS SOLUTOS

Ulises Moreno M. (8), indica que las plantas están constituidas de agua y materia seca; esta última representado por sustancias orgánicas y minerales. El agua como los solutos son incorporados al cuerpo vegetal siguiendo un orden estructural y fisiológico determinado primariamente por la organización interna de las especies e influenciado por una serie de factores externos. El agua y los elementos minerales están en la planta después de haber sido absorbido por sus raíces y transportado.

Por otra parte los azúcares que son solutos orgánicos, producidos en las hojas, son requeridos por todo los órganos de la planta para la incorporación a la estructura de sus tejidos; así como para cumplir una serie de procesos fisiológicos que conducen al crecimiento y desarrollo.

La permeabilidad de las membranas celulares y del protoplasto pueden ser destruidos por el efecto de las sustancias tóxicas sobre las estructuras lipoproteicas de dichas membranas, dando lugar a que el contenido de las vacuolas circulen hacia el exterior de las células.

La raíz es el órgano de absorción por excelencia. Esto es tanto para el agua como para las sales minerales. Y el xilema es el principal tejido conductor de dichos elementos hacia las partes aéreas de las plantas. También pueden movilizarse por otros tejidos, existiendo casos de movimiento de circulación lateral y de redistribución entre diversos órganos y tejidos de una misma planta.

CONDUCCIÓN DEL AGUA

Müller Ludwing E. (6), nos dice que la cantidad de agua perdida por transpiración, es muy variable. En condiciones favorables una planta puede transpirar varias veces su contenido total de agua en pocas horas, lo que significa que el agua perdida a través de los órganos de transpiración debe ser reemplazada rápidamente. En consecuencia existe un movimiento de agua a través de la planta, inducido principalmente por la transpiración.

EFECTO DE LA AIREACIÓN DE LAS RAÍCES EN SU CRECIMIENTO Y ABSORCIÓN DE AGUA

Ulises Moreno M. (8), manifiesta que la atmósfera que rodea a las raíces es importante para su crecimiento y para los procesos de absorción. La aireación influye favorablemente en la permeabilidad activa, no solamente en relación a los solutos, sino también en relación al agua, intensificándose con una buena aireación y una mayor superficie de absorción.

Müller Ludwing E. (6), afirma que los iones son transportados al interior de las células (proceso irreversible), gracias a la energía proveniente de la respiración (aireación).

EFECTO DEL CO2 LIBERADO POR LAS RAÍCES SOBRE EL AMBIENTE RADICAL

Müller Ludwing E. (6), menciona que durante el proceso respiratorio las raíces absorven oxígeno y liberan anhídrido carbónico. En contacto con el agua de la solución del medio, el segundo forma ácido carbónico que se disocia en parte en iones H+ y HCO3- ó CO3= y que aumentan constantemente la proporción de H+ en la solución del medio, se vuelve cada vez más ácido.

Por otro lado Miller Erston V. (4), asegura que los iones de H+, son desplazados con mayor dificultad que cualquier otro catión, excepto el Aluminio, y que la continua liberación de iones de H+ del ácido carbónico puede saturar muy pronto el medio de cultivo si no se toman medidas correctivas.

SOLUCIONES NUTRITIVAS

Millar Erston V. (4) define a la solución nutritiva como una mezcla de sales en solución acuosa que contiene todo los elementos esenciales en concentraciones adecuadas.

Augusto H. Bejarano Geldees (9), nos dice que las soluciones nutritivas pueden ser modificadas de acuerdo a los requerimientos específicos de cada planta, y luego también menciona que las raíces de plantas sensibles a la baja tensión de oxígeno necesitan una aireación continua en la solución. Conforme avanza el crecimiento de las plantas, el pH inicial cambia alcanzando valores incompatibles para un normal crecimiento y desarrollo, por lo que es necesario renovarlas cada cierto tiempo.

DEMOSTRACIÓN DE LA NECESIDAD DE ALGUNOS ELEMENTOS PARA EL DESARROLLO DE LAS PLANTAS

Miller Erston V. (4), indica que los elementos esenciales para la planta son 15; al principio del ciclo sólo se aceptaban que eran 10 y estos son: Carbono Hidrógeno, Oxígeno, Fósforo, Potasio, Nitrógeno, Azufre, Calcio, Fierro y Magnesio; a estos se les llama elementos mayores (con excepción del Fierro), por que las plantas los utiliza en cantidades mayores que los 5 elementos menores, incluidos últimamente en la lista, y estos son: Boro, Cobre, Manganeso, Molibdeno, Cinc, También llamados micronutrientes. Sin embargo Müller Ludwing E. (6), considera al Fierro como un elemento igual que los macroelementos, ya que la planta necesita una cantidad relativamente grande o un suministro constante de ello.

Miller Erston V. (4) nos dice que un elemento es esencial cuando:

1.- La ausencia del elemento origina daño o desarrollo anormal, impide que complete el ciclo vital o causa la muerte de la planta.

2.- Ningún otro elemento puede sustituirle.

3.- Al realizar pruebas con el elemento en gran número de especies de plantas, se comprueba que en todas son indispensables.

Según Arnon (1951) un elemento es esencial cuando se demuestra que es un componente normal que participa en una función vital de la planta, tal es el caso del Carbono, Hidrógeno y el Oxígeno, son componentes del protoplasma y de la pared celular; el Nitrógeno y el Azufre se encuentran en las proteínas, y el Fósforo forma parte de los fosfátidos, hexafosfatos, coenzimas, etc; el Magnesio es indispensable para la clorofila, el calcio en la laminilla media de la pared celular; el Fierro, Cobre, Manganeso y Cinc forman parte de las enzimas. Y hasta entonces no tenían conocimientos suficientes sobre el Potasio, Boro y Molibdeno, pese a que sabían que eran esenciales (Bibliografía citada por Miller Erston V. (4)

PREPARACIÓN Y CONTROL DE LA SOLUCIÓN NUTRITIVA

Miller Erston V. (4), enumera algunos aspectos importantes:

1.- La solución debe contener buena provisión de elementos esenciales.

2.- Todas las soluciones deben tener la misma presión osmótica. (solución A, solución B, solución C).

3.- Debe mantener un pH constante (de preferencia pH 6).

4.- Debe asegurarse que las raíces estén aireados.

5.- La soluciones deben cambiarse periódicamente para mantener constante la concentración.

6.- Si las sales tienden a cristalizar y a "trepar" por los tallos de la planta, es necesario rociar los tallos de cuando en cuando con agua.

7.- Si las plantas crecen en líquido en vez de medio sólido, deben sostenerse con estacas u tutores.

8.- Otras condiciones para el crecimiento como la luz y temperatura deben ser adecuadas.

Ulises Moreno M. (8), da algunas instrucciones para la preparación de las soluciones nutritivas, tales como tomar una serie de precauciones para evitar interferencias debido a las contaminaciones tanto de elementos minerales como de sustancias orgánicas y microorganismos. También es preciso tomar en cuenta las condiciones experimentales y el método. En lo posible se debe procurar condicionar todo el experimento de tal manera que los resultados obtenidos representen fielmente el problema de la nutrición mineral que se investiga y no sea enmascarado por errores del método usado.

Matlin M.A. (7), decía por entonces que la mayoría de los aficionados cometen el error de emplear soluciones demasiado concentradas y el resultado es que las plantas perecen. Es mejor alimentar las plantas un poco semanal mente, que poner en los recipientes toda la solución nutritiva desde el principio. Exceso de nutrición entorpece el crecimiento de las plantas. También menciona que al igual que los hombres, cada planta tiene diferentes apetitos. La mayoría de ellas gustan de los ácidos, pero muy pocas toleran soluciones alcalinas, como por ejemplo las lentejas, frijol, etc. requieren más Calcio que otras. Para obtener buenos resultados en el cultivo de la mayoría de las plantas, la temperatura de la solución no debe fluctuar entre los 18°C a 26°C, y la del invernadero no mayor de 32°C.

CAMBIO DE LA SOLUCIÓN

Ulises Durany C. (3) menciona que la vida útil de una solución de nutrientes depende principalmente de porcentaje de acumulación de los iones extraños que no son utilizados por las plantas de forma inmediata. Tales acumulaciones dan como resultado una elevación de la concentración osmótica de la solución de nutrientes.

Generalmente nunca debería utilizarse la solución de nutrientes por un espacio de tres meses sin que se efectuase un recambio completo de ella, a la vez de hacer un lavado de los recipientes o del sistema en general.

DESORDENES NUTRICIONALES

Resh Howard M. (5), anota que los elementos se agrupan en aquellos que son móviles, teniendo diferentes grados de movilidad. Los elementos móviles se translocan desde las hojas viejas a las regiones de crecimiento (hojas jóvenes); de ahí que los primeros síntomas aparecen en las hojas más viejas de las partes más bajas de las plantas: los elementos móviles son el Magnesio, Fósforo, Potasio, Cinc y Nitrógeno.

Cuando ocurre una reducción de los elementos inmóviles, no hay ninguna translocación de estos a las regiones de desarrollo de las plantas, sino que permanecen en la hojas viejas donde fueron originalmente depositados; esto da como resultado que los síntomas de deficiencia aparecen en primer lugar en las hojas más jóvenes de la parte superior de la planta; y estos elementos son el Calcio, Fierro, Azufre, Boro, Cobre y Manganeso.

EFECTO TÓXICO DE LOS MICROELEMENTOS

Ulises Moreno M. (8), define a los microelementos y a los elementos pesados, como relativamente más tóxicos que los macronutrientes. Las manifestaciones de toxicidad tienen ciertas características generales aunque hay pequeñas variaciones específicas en relación a las plantas.

FENÓMENO DE ANTAGONISMO

Müller Ludwing E. (6) y Ulises Moreno M. (8), mencionan que el desarrollo de una planta no es normal a pesar de que todos los elementos esenciales están disponibles en cantidades suficientes. Sin causa aparente pueden aparecer síntomas patológicos muy pronunciados, como clorosis, defoliación o muerte de la planta.

El efecto de reducir la toxicidad de un elemento o de una sal, por la presencia de otro se denomina antagonismo. Casi todo los elementos son antagónicos entre sí, existiendo algunos pares de elementos entre los cuales el antagonismo es especialmente pronunciado, como por ejemplo: Potasio – Magnesio, Fierro – Manganeso, Boro – Calcio.

Partes: 1, 2

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