Español (pdf)
Articulo en XML
Referencias del artículo
Traducción automática
Enviar articulo por email
Citado por SciELO 
Similares en
SciELO 
Permalink
1. Introducción
Para satisfacer la demanda creciente de producción de alimentos con recursos hídricos limitados, es necesario implementar técnicas de programación de riego adecuadas, particularmente en zonas irrigadas que experimentan estrés hídrico. Según Parkash & Singh (2020), el 40% del suministro total de alimentos del mundo es aporte de la producción de cultivos bajo riego; esto cubre el 20% del total de tierra cultivable, pero consume más de dos tercios del total de agua disponible. Por otro lado, a fines del siglo XX, hubo incrementos de temperatura de hasta 0,4 °C/década (costa) (Vuille & Bradley, 2000) con aumento de la evapotranspiración, por lo tanto, aumento de la demanda de agua de los cultivos, afectando la producción de alimentos.
La optimización del uso del agua en la agricultura requiere innovaciones en la detección del estrés hídrico para minimizar el daño fisiológico y la reducción del rendimiento (Nhamo et al., 2020). Por ello, la determinación del estrés hídrico implica la medición directa del estado hídrico o medición indirecta de los procesos sensibles al déficit de agua de la planta.
Los indicadores de estrés hídrico basados en la temperatura de la hoja medida con sensores remotos, tiene la ventaja de una alta resolución espacial y espectral y un tiempo de respuesta rápida (Parkash & Singh, 2020; Messina & Modica, 2020). Mantener la temperatura óptima del dosel es crucial para las actividades metabólicas, la transpiración reduce el calor latente de vaporización, enfriando la superficie de la hoja (Parkash & Singh, 2020). Las mediciones de la temperatura de la superficie del dosel con sensores infrarrojos acopladas en un VANT proveen una importante herramienta para la detección del estrés hídrico en cultivos (Messina & Modica, 2020; Luan et al., 2021). El índice de estrés hídrico de cultivos (CWSI) representa la relación lineal entre la diferencia de la temperatura del dosel y del aire (Tc - Ta) y el déficit de presión de vapor (VPD) del aire para un cultivo que transpira a su tasa potencial (Parkash & Singh, 2020; Messina & Modica, 2020).
El ají (Capsicum spp.) pertenece a la familia de las solanáceas, y el género incluye más de 30 especies, cinco de las cuales (C. annuum, C. chinense, C. baccatum, C. frutescens y C. pubescens) son domesticadas y cultivadas para el consumo (Parisi, Alioto, & Tripodi, 2020); es el quinto vegetal más importante del mundo por su valor nutricional e importancia económica (Orarat, 2019). La producción mundial promedio del 2015 al 2019, de 36,1 millones de toneladas de ají fresco y 4,3 millones de toneladas de ají seco, siendo China y la India los mayores productores de ají fresco y seco respectivamente; y en el Perú se tiene más de 350 variedades de ajíes con una producción de 148 y 25 mil toneladas de ají fresco y seco respectivamente (FAO, 2021).
La región de Lambayeque es líder en el Perú, en la producción de Capsicum, con más de 2200 hectáreas de cultivo y una producción anual superior a 61 mil toneladas. Sin embargo, el método más común de producción es mediante riego por surcos, por lo que, tienen bajas eficiencias de riego, que ocasionan problemas de drenaje y de salinidad (Sezen et al., 2014). A pesar de la importancia económica del Capsicum, el estudio de su tolerancia al estrés hídrico es limitado. Olanike & Madramootoo (2014), Sezen et al. (2014) y Sezen, Yazara, & Tekin (2019), estudiaron la relación entre el rendimiento y el CWSI para cultivares de Capsicum, en Turkia y Canada, información que requiere ser evaluada para condiciones locales.
Este estudio describe el monitoreo del estrés hídrico de tres variedades comerciales del Capsicum: baccatum, chinense y annum, llamados también ají amarillo, ají panca y ají páprika, en la región Lambayeque, a través de la estimación del CWSI, su relación con la humedad del suelo y rendimiento del cultivo. Los resultados del estudio serán empleados como línea base y registros orientativos para agricultores, productores e investigadores en la región con la finalidad de ahorrar agua y mejorar la gestión de programas de riego del Capsicum.
2. Materiales y métodos
Lugar de estudio
El experimento fue conducido en la Estación Experimental Agraria (EEA) “Vista Florida” del Instituto Nacional de Innovación Agraria (06°44’S y 79°47’O, altitud de 35 m.s.n.m.), ubicado en el distrito de Picsi, provincia de Chiclayo, región de Lambayeque, en la costa norte del Perú. Predominando un clima desértico y oceánico, con precipitación acumulada anual de 29,6 mm, principalmente de enero a abril, con temperatura máxima y mínima anual de 25,0 °C y 17,4 °C, humedad relativa de 76,8% y evapotranspiración anual de 1403 mm. En la Figura 1 se muestra la variación mensual de la precipitación, temperatura del aire y temperatura optima del cultivo.
Diseño experimental y tratamientos
El diseño experimental consistió en tres tratamientos de riego con tres variedades de Capsicum y 8 repeticiones (3 x 3 x 8) con un total de 72 parcelas de 10 m x 10 m distribuidas en subunidades randomizadas (Figura 2 y Figura 3) Los tratamientos consistieron en un riego completo (RO) y dos riegos por déficit, al 78% y 58% (RD-78 y RD-58) del volumen de agua aplicado con RO.
Figura 1 Variación mensual de la precipitación, temperatura máxima, temperatura mínima del aire y temperatura óptima de crecimiento del cultivo de Capsicum: 2019 (a) y promedio de los últimos diez años (b).
El sistema del riego por goteo constaba de laterales de PE de 16 mm de diámetro. Cada parcela (subunidad de riego) tenía 10 laterales provenientes de una tubería colectora de PE de 2 pulgadas de diámetro conectada a un arco de riego. El agua de riego, que se bombeaba desde un reservorio, se conducía mediante tuberías de PE de 3 pulgadas de diámetro a los colectores. Se colocaron laterales en cada fila de plantas para tratamientos de RO, RD-78 y RD-58, con emisores de tasa de descarga de 1,5 L h−1 y presión de operación de 0,5 - 1,0 bar. El distanciamiento entre goteros y entre líneas fue de 0,40 m y 1 m, respectivamente. Para diferenciar los tratamientos de riego, se operaban los arcos de riego.
El sistema se hizo funcionar a 80 kPa durante toda la temporada de crecimiento. La unidad de control del sistema consistía en una bomba, filtros de grava y disco, un medidor de flujo, válvulas de control y manómetros.
Manejo del Cultivo
Se emplearon las variedades de Capsicum baccatum, Capsicum chinense y Capsicum annum (Tabla 1), el desarrollo del cultivo fue en temporada de invierno con fecha de trasplante el 26 de julio del 2019, duración de temporada de 190 a 206 días, densidad de 52 mil plantines/ha, espaciamientos entre hileras de 1,0 m y 0,20 m entre plantines. Se aplicó una dosis de fertilización de 192-118-150 al inicio de la floración (60%) e inicio de llenado de frutos (40%), con 1,5% de compost durante la preparación del suelo.
Se trasplantaron a los 49 DDS, con mayor crecimiento en la fase vegetativa con ají páprika (12 cm de altura), fase que culminó a los 71 DDS, y de 76 a 81 DDS en el resto de las variedades. La fase reproductiva se inició con los primeros brotes florales, fase sensible a la sequía y al frio; y con primeros brotes frutales a los 117 DDS en ají paprika, una semana después en ají amarillo y dos semanas y media después en ají panca; con cosecha a los 190 DDS (páprika) y 206 DDS (ají amarillo y panca) (Ver Tabla 2). Durante la emergencia de brotes frutales, el campo fue afectado por el hongo Uncinula necátor que limitó el potencial de rendimiento del ají paprika. Es de mencionar que, al inicio del llenado de fruto, se tuvo dos semanas de corte de agua de riego debido al mantenimiento de la infraestructura de riego en época de estiaje del rio Chancay-Lambayeque.
Figura 2 Distribución de subunidades de riego randomizadas ubicados en el Lote 3-1 de la EEA Vista Florida INIA, región Lambayeque.
Figura 3 Subunidad de riego de 10m x 10m, con 10 líneas de gotero (izquierda), y detalle de líneas de goteros con espaciamiento de 40 cm entre goteros y 20 cm entre plantines (derecha).
El rendimiento se determinó recolectando a mano en un área central de 12 m2 de cada subunidad de riego, dependiendo de la madurez fisiológica de las plantas; el área correspondía a dos hileras de 6 m de longitud. Los parámetros de calidad del fruto (peso fresco de frutos, peso seco, número de frutos, peso medio del fruto, longitud y ancho de frutos), se estimaron con secado expuestos al sol durante diez días. Se realizó el análisis estadístico con la prueba de Tukey para comparar las medias de tratamiento y variedad.
Agua de riego y suelo
El agua de riego tuvo un pH y conductividad eléctrica que varió de (7,8 - 8,2) y (0,80 - 0,5) dS m-1, respectivamente. La textura del suelo fue franca (60% arena, 30% arcilla, 20% limo), la humedad gravimétrica a capacidad de campo y punto de marchitez fue de 27,3 y 12,8 g g-1 y densidad aparente de 1,31 g cm-3.
Mediciones
La temperatura del dosel (Tc) se midió con un termómetro infrarrojo manual (Dual-Laser tipo K, Traceable, Texas, EEUU), con un ancho de visión de 12:1; con lecturas a un ángulo de inclinación entre 30 a 40° respecto al cenital, a una distancia promedio de 0,5 m de la hoja (dosel) y me diciones ajustadas a una emisividad de 0,98. Se tomaron 4 mediciones en 4 plantas de forma aleatoria en cada parcela y se calculó la temperatura promedio del dosel.
Tabla 2 Duración de las fases fenológicas de las variedades de Capsicum (baccatum, chinense y annum) en días después de la siembra
En simultaneo, se midió la conductancia estomática en las hojas superiores más expandidas, utilizando un porometro portátil (Decagon Devices, INC). El dispositivo se calibro antes de su uso utilizando una placa de calibración de fábrica. La colecta de datos se realizó desde el inicio de la floración hasta antes de la cosecha, en intervalos de 10 días en el horario de 11:00 a 13:00 (hora estándar local) a cielo descubierto y brillo solar para asegurar la máxima intensidad solar cuando el sol brillaba directamente sobre las plantas.
La humedad volumétrica del suelo se midió a una profundidad de 0,25 m, empleando un sensor portátil TDR 350 (FieldScout, Spectrum Techonologies Inc., Illinois, EEUU), previamente calibrado con mediciones de humedad gravimétrica.
Índice de estrés hídrico del cultivo (CWSI)
El Déficit de Presión de Vapor (VPD) se obtuvo a partir de la temperatura y humedad relativa del aire, disponible en la estación meteorológica de la EEA Vista Florida. Al graficar (Tc-Ta) versus VPD, se obtuvo la línea base inferior (LI) que representaba las condiciones sin estrés. La línea de base superior (LS) es una línea horizontal que representa la ausencia de transpiración. La relación de la diferencia de temperatura dosel-aire (Tc-Ta) versus el VPD para la línea base del LI se determinó con la información colectada en el tratamiento de RO; y para la línea base del LS se usó la información de los tratamientos de reducción de riego (RD-58 y RD-78) que representan las condiciones críticas (un día antes del riego).
El índice de estrés hídrico del cultivo (CWSI) fue calculado en base a la ecuación propuesta por Idso et al. (1981) (Sezen et al., 2019; Bozkurt et al., 2021) (Ec. 1 ), donde Tc es la temperatura del dosel (°C) y Ta la temperatura del aire (°C).
()Ec. 1
Finalmente, se relacionó el índice de estrés hídrico del cultivo (CWSI), la conductancia estomática, la humedad de suelo y el rendimiento del cultivo, obteniéndose el coeficiente de correlación de Pearson (R) y prueba T de Student.
3. Resultados y discusión
Riego aplicado
Los volúmenes de agua aplicada fueron de 3363, 2618, 1956 m3 ha-1 para los tratamientos RO, RD-78 y RD-58, respectivamente, bajo riego por goteo en estación de invierno; volumen no habitual en pequeños y medianos agricultores de la región, con limitada tecnificación y capacitación en sistemas de riego presurizado. Al respecto, Sezen et al. (2019) aplicó volúmenes de agua entre 3850 m3 ha-1 y 3950 m3 ha-1 con riego por goteo bajo condiciones del mediterráneo (Turquía).
Debido a que la floración es una fase sensible en el ají (Álvarez & Pino, 2018), los tratamientos con reducción del volumen de agua de riego se realizaron después de la floración para asegurar una óptima polinización. Sin embargo, a los 115 DDS hubo un corte de agua de 15 días debido a limitaciones en la disponibilidad de agua, que ocasiono un incremento de la temperatura foliar, escaldamiento, retraso de la floración y por consiguiente reducción del rendimiento con caída de frutos (Costa, Ortega, & Nuñez. 2003). En la Figura 4 se presenta el volumen de agua aplicado por tratamiento durante el desarrollo del cultivo.
Rendimiento y eficiencia de uso de agua aplicada (EUA)
Los datos sobre el rendimiento y parámetros de calidad del Capsicum, se presentan en la Figura 5. Los tratamientos de riego dieron como resultado rendimientos en fresco de [36,0, 25,4, 20,9] baccatum; [9,7, 13,4, 9,1] chinense; y [13,6, 13,6, 10,2] annum t ha-1 para RO, RD-78 y RD-58 respectivamente, en el que, C. baccatum, tuvo una reducción del 30% (RD-78) y 42% (RD-58) respecto a RO; y reducción hasta de un 21% y 25% (RD-78 y RD-58) en el número de frutos. Al respecto, Kumar, Kumari, & Kumar (2016), atribuyen esta reducción, al estrés hídrico en el desarrollo y maduración de los frutos. En el caso del C. annun, se obtuvo un mejor rendimiento en seco con RD-78, lo que indica un ahorro de agua, mientras que a mayores dosis de agua resultarían en mayor presencia de brotes vegetativos (Valiente & Gutierrez, 2016).
El C. baccatum presenta mayor rendimiento en fresco y número de frutos, mientras que el C. annun tiene un mayor rendimiento en seco, hasta un 48% más del C. baccatum, por lo cual su demanda industrial podría ser mayor. En cambio, el C. chinense obtuvo un menor rendimiento, debido a que es una planta más arbustiva (Ávila et al., 2019). Es de mencionar que el corte de agua durante 15 días en la fase de maduración posiblemente haya afectado al rendimiento de las tres variedades de ají. Sezen, Yazar, & Eker, (2006) obtuvieron un rendimiento del pimiento morrón regado por goteo de 21 010 a 35 298 kg ha-1, y para pimiento rojo, Koksal et al. (2017) obtuvieron un rendimiento medio máximo de 42,4 t ha-1. Al respecto, hay una relación directa entre el rendimiento y la presencia de brotes frutales, atribuible a factores climáticos como la temperatura del aire (Kirnak et al., 2016). Se obtuvo una mejor calidad de frutos con RO y RD-78, sin diferencias significativas en la mayoría de los criterios de longitud, ancho y peso seco de frutos.
Los valores de EUA se vieron influenciados por los tratamientos de riego (Tabla 3). Los valores más altos se obtuvieron con RD-78 y RD-58 (10,20 y 4,81 kg m-3) para C. baccatum y C. chinense y con RO (6,36 kg m-3) para C. annun. Estos resultados indican que la EUA aumenta con menores volúmenes de riego, sin embargo, estos bajos niveles de agua pueden afectar a la calidad de los frutos. Al respecto, Dağdelen et al. (2004) obtuvieron valores de EUA de 3,3 a 5,1 kg m-3 con pimiento y Dukes et al. (2003) reportaron valores de 16,0 a 52,6 kg m-3.
Según la prueba de Tukey con alfa al 5%, los tratamientos con ahorro de agua tienen diferencia significativa para los parámetros de rendimiento y calidad del fruto en C. baccatum y C. chinense a excepción de peso de fruto fresco (g) y ancho de fruto (cm).
Tabla 3 Eficiencia de uso del agua en los tratamientos de riego
| Tratamientos | Lamina (mm) | Rendimiento fresco (t ha-1) | Rendimiento seco (t ha-1) | EUA (kg m-3) |
| C. baccatum | ||||
| RO | 372 | 36,0 | 4,9 | 9,69 |
| RD-78 | 279 | 25,4 | 3,7 | 9,11 |
| RD-58 | 204 | 20,9 | 3,1 | 10,2 |
| C. chinense | ||||
| RO | 372 | 9,7 | 1,6 | 2,61 |
| RD-78 | 279 | 13,4 | 2,0 | 4,81 |
| RD-58 | 204 | 9,1 | 1,5 | 4,44 |
| C. annum | ||||
| RO | 372 | 13,6 | 7,2 | 6,36 |
| RD-78 | 279 | 13,6 | 7,5 | 4,88 |
| RD-58 | 204 | 10,2 | 5,5 | 4,96 |
Línea base con estrés y sin estrés
La línea base del cultivo con estrés y sin estrés (Tc-Ta) versus el déficit de presión de vapor (DPV) se presentan en la Figura 6. Las ecuaciones del límite inferior (LI) y superior (LS), son [LI=0,0518*DPV+1,8023 y LS=0,2835*DPV+3,9903] para C. baccatum; [LI=-0,0775*DPV+2,3936 y LS=0,2087*DPV+4,2124] para C. chinense, y [LI=-0,1344*DPV+2,9381 y LS=-0,0686*DPV+6,5909] para C. annum; con déficit depresión de vapor en el rango de 4,0 a 6,0 kPa.
CWSI y conductancia estomática
En la Figura 7 se muestra la relación entre la conductancia estomática y el CWSI que corresponden a mediciones en los diferentes tratamientos. Los resultados muestran que el CWSI y la conductancia estomática reflejan adecuadamente la variabilidad en el estado del agua a diferentes niveles de riego. Esto permite comprender mejor la sensibilidad del Capsicum al estrés hídrico. La fuerte correlación entre el CWSI y la conductancia estomática es una indicación de su potencial para determinar el momento del riego. Así, los mayores valores de conductancia estomática varían en un rango de 724 a 887 mmol s-1 m-2, que se corresponden a un rango de CWSI de 0,1 a 0,3, resultando que estos valores pueden ser indicador del inicio del riego y la optimización de la programación de riego en Capsicum.
Figura 6 La línea base del cultivo con estrés y sin estrés Tcultivo-Taire respecto del Déficit de presión de vapor (DPV) para C. baccatum, C. chinense y C. annum.
Figura 7 Relación cuadrática entre el CWSI y la conductancia estomática para C. baccatum, C. chinense y C. annum.
De este modo, la ecuación determinada puede integrarse en un modelo de demanda de agua, y podría usarse como un complemento de los sensores de humedad del suelo y/o métodos de evapotranspiración para la programación del riego, para mejorar la eficiencia del uso del agua de riego y, por consiguiente, ahorro de agua.
CWSI y humedad de suelo
Se obtuvieron ecuaciones lineales para relacionar el CWSI y la humedad de suelo que se observan en la Figura 8, en el que, para un CWSI de 0,3, le corresponde una humedad del suelo que varía en un rango del 25 al 33 %, resultan un buen indicador del momento del riego y podría emplearse para optimizar el riego y lograr un mayor ahorro de agua. Al respecto Sezen et al. (2014) y Olanike & Madramootoo (2014) indican que a medida que disminuye el agua de riego, la transpiración del cultivo disminuye, resultando en un incremento de la temperatura del cultivo y aumento del CWSI y subsecuentemente una reducción del rendimiento del cultivo como se verifica en la Figura 9, en que se relaciona el rendimiento y el CWSI; obteniéndose rendimientos máximos de 30,2, 13,9 y 12,9 t ha-1 con CWSI de 0,50, 0,62 y 0,54 en C. bacatum , C. annumm y C. chinense respectivamente.
Es de mencionar que el CWSI se relacionó con la conductancia estomatica y el rendimiento de grano que se describen mejor mediante ecuaciones polinómicas de segundo orden (Figura 7y9), acorde con lo obtenido por Bozkurt et al. (2021).
Entonces, el valor de CWSI sugerido para el riego óptimo en Capsicum en condiciones de clima árido es 0,30, valor cercano a lo obtenido por Sezen et al. (2014) con valor de 0,26 bajo riego por goteo, y 0,38 bajo riego por surco, y 0,3 a 0,4 en suelo franco arenoso y arcilloso (Olanike & Madramootoo, 2014), y CWSI obtenidos para otros cultivos como: 0,35 en quinua (Bozkurt et al. 2021), 0,48 a 0,64 según fase fenológica en arroz (Luan et al., 2021). Es de mencionar que los valores umbrales de CWSI a usar en la programación del riego, dependen de las especies y genotipos del cultivo, así como de los métodos de riego y las condiciones ambientales.
Figura 8 relación lineal entre el CWSI y la humedad del suelo para C. baccatum, C. chinense y C. annum.
4. Conclusiones
A medida que disminuye el agua de riego, la transpiración del cultivo disminuye, resultando en un incremento de la temperatura foliar y aumento del CWSI, y, en consecuencia, una reducción del rendimiento del cultivo; obteniéndose rendimientos máximos de 30,2, 13,9 y 12,9 t ha-1 con CWSI de 0,50, 0,62 y 0,54 en C. bacatum C. annumm y C. chinense respectivamente. Los mayores valores de conductancia estomática varían en un rango de 724 a 887 mmol s-1 m-2, que se corresponden con un rango de CWSI de 0,1 a 0,3.
Un valor de CWSI de 0,3, que se corresponde con una humedad del suelo que varía del 25 al 33 %, resulta en un buen indicador del momento del riego que podría emplearse para optimizar la programación del riego en tres variedades de Capsicum, bajo las condiciones áridas de la costa norte del Perú.
Validar los resultados en campos comerciales a fin de que la predicción del rendimiento al estrés hídrico del cultivo permita desarrollar estrategias de riego para un mayor ahorro de agua, que apoyen a la toma de decisiones de los agricultores y personal de campo.
