Dentro de la experimentación realizada en el cultivohidropónico de tomate durante la campaña de 2011,se ha llevado a cabo un ensayo para conocer elefecto de la fertilización carbónica en nuestras con-diciones de cultivo.

Este ensayo, realizado de la mano de IBERDROLA GE-NERACIÓN S.A.U y el Instituto de Investigación y Tec-nología Agroalimentarias de Cataluña (IRTA), seenmarca dentro del Proyecto CENIT SOST- CO2), fi-nanciando por el Centro para el Desarrollo Tecnoló-gico e Industrial (CDTI) del Ministerio de Economía yCompetitividad del Gobierno de España.

El proyecto SOST- CO2 tiene como objetivo abordarel ciclo de vida completo del CO2, desde su capturaen las fuentes de emisión pasando por su almacena-miento, transporte, utilización y valorización a granescala.

En este contexto se pretenden investigar nuevas uti-lizaciones industriales sostenibles de CO2, formas dealmacenamiento, etc. Entre las mismas, se ha des-arrollado un proyecto que pretende estudiar la uti-lización de CO2 procedente de centrales térmicas ysu aplicación en horticultura, tanto por sus poten-ciales beneficios como fertilizante, como por sustemporales efectos en las políticas de mitigaciónfrente a las emisiones de carbónico.

El objeto del presente ensayo es, como fase prelimi-nar, conocer el efecto de la fertilización carbónica(mediante el CO2) en el cultivo de tomate hidropónicoen nuestras condiciones.

Maite Astiz, Juan Del Castillo (INTIA), Pere Muñoz,Robert Savé, Xabier Aranda (IRTA)

Experimentación

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FertilizacióncarbónicaCultivo de tomate en hidroponía

La fertilización carbónica es una técnica basada en tra-tar de incrementar la fotosíntesis, y en consecuencia laproductividad vegetal, mediante el empleo de anhí-drido carbónico. La técnica del enriquecimiento carbó-nico, aplicada a los invernaderos dedicados a cultivoshortícolas y/o ornamentales es una técnica agronómica

empleada desde hace años, particularmente en los pa-íses del centro y norte de Europa. Sin embargo, en cli-mas suaves mediterráneos como ocurre en la mayorparte de España, es necesario mantener los invernade-ros abiertos para permitir una correcta ventilación na-tural que permita reducir las elevadas temperaturas, locual entra en contraposición con la aplicación de CO2.

El CO2 y la fotosíntesis

El CO2 se encuentra de forma natural en la atmosferay por tanto en el ambiente del invernadero. Es impres-cindible para el desarrollo de las plantas, ya que supone

INTRODUCCIÓN

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Luz

Oxigeno

vapor

deag

ua

agua y nutrientes

agua

y

nutr

iente

s

Diox

ido

deca

rbon

o

1. Proceso de respiración y fotosíntesis que tiene lugar en las plantas dentro del invernadero

la fuente de carbono para los compuestos orgánicosque necesitan, en definitiva, para los compuestos queconstituyen su biomasa (hojas, tallos, frutos etc.).

En el exterior, la concentración de CO2 oscila entre 330y 400 ppm. Dentro del invernadero sin embargo, la con-centración de CO2 sufre mayores oscilaciones debidoa los procesos de fotosíntesis y respiración que tienenlugar en las plantas (Dibujo 1).

Durante la fotosíntesis las plantas captan energía lumí-nica y CO2 a través de las hojas, y agua y nutrientes através de las raíces. Gracias a estos elementos y la clo-rofila de las hojas, las plantas consiguen sintetizar azu-cares y diversos compuestos orgánicos necesariospara su desarrollo. La fotosíntesis es la responsable delcrecimiento de las plantas y de las producciones queobtenemos en el cultivo. Por tanto, favoreciendo la fo-tosíntesis conseguimos favorecer el desarrollo de lasplantas y de la agricultura en nuestro caso.

A su vez las plantas también respiran para la obtenciónde energía, de modo que en ese proceso, al contrariode lo que sucede en la fotosíntesis, absorben O2 delambiente y liberan CO2. Respiración y fotosíntesis sonprocesos que se dan simultáneamente durante el día.Durante la noche sin embargo, no puede darse la foto-síntesis por falta de luz, lo que conlleva un aumento deconcentración del CO2 en el invernadero por la respira-ción de las plantas. En momentos del día de gran acti-vidad fotosintética en cambio, el nivel de CO2 serámenor que en el exterior debido al consumo de lasplantas. En estos momentos podemos encontrarnoscon niveles de CO2 limitantes, es decir, la actividad fo-tosintética puede estar limitada por la baja disponibili-dad de CO2.

Como se observa en la ilustración, el CO2 no es el únicofactor que interviene en la fotosíntesis, de modo quepara su aprovechamiento, el resto de factores debe en-contrarse en niveles que tampoco limiten el proceso.

La fotosíntesis y el invernadero

La luz, la temperatura, la cantidad de nutrientes dispo-nibles y la humedad relativa del aire son el resto de fac-tores ambientales que influyen en la actividadfotosintética. Lo que intentamos conseguir con la pro-ducción en invernadero, gracias a la estructura y a suadecuado manejo, es mejorar los niveles de estos fac-tores respecto al exterior para mejorar la tasa fotosin-tética y el consiguiente desarrollo del cultivo. A travésde la estanqueidad y cierto nivel de aislamiento térmicodel plástico, el aporte de calor con calefacción, elaporte de humedad mediante agua al ambiente, elsombreo etc. se consigue mejorar las condiciones deluz, temperatura y humedad relativa.

¿Y cómo mejoramos los niveles de CO2? Como hemoscomentado, dentro de un invernadero con cultivo, enalgunos momentos las concentraciones de CO2 suelen

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ser más bajas que en el exterior debido al consumo delas plantas. Una buena ventilación aumentaría el nivelde CO2 hasta igualarlo con el exterior en estos casos,pero la manera de conseguir un aumento en todo mo-mento es únicamente mediante el aporte de CO2. Asíse consiguen concentraciones superiores a las de la at-mósfera, hasta niveles entre 700 y 1000 ppm, con losque se ha comprobado la mejora de la respuesta pro-ductiva.

Mejorando el resto de condiciones ambientales mejo-ramos el aprovechamiento del CO2 aportado, que seríamenor, por ejemplo, en casos de exceso lumínico, tem-peraturas que ralenticen el metabolismo de la planta,niveles de humedad relativa que provoquen un cierreestomático, etc.

En cuanto a la nutrición, el agua y las sales mineralestambién pueden llegar a limitar el crecimiento de lasplantas si no se encuentran en cantidad adecuada. Enun sistema de cultivo hidropónico contamos con unmáximo control sobre la nutrición a través de la fertirri-gación. Con estos sistemas se consigue que tanto elagua como las sales minerales no limiten el desarrollodel cultivo. Por ello, el aprovechamiento de un aportede CO2 será mayor en un sistema de cultivo hidropó-nico en invernadero, donde el resto de factores que in-fluyen en la fotosíntesis van a ser menos limitantes queen otros situaciones.

El aporte de CO2 – Fertilización carbónica

Actualmente existen varios sistemas para el aporte oenriquecimiento de CO2, en los que el coste y la purezadel aporte también varían. Se puede aportar por un ladoCO2 puro comprado, aprovechar el CO2 que generan al-gunos sistemas de calefacción del invernadero, el CO2

proveniente de plantas de cogeneración, o el que segenera en una central térmica de ciclo combinado. Enestos casos, hay que cerciorarse previamente de queel gas que aporta el sistema esté exento de otros gasestóxicos o nocivos para el crecimiento del cultivo.

En estudios de fertilización carbónica se han venido ob-servando diferencias en la respuesta de diferentes cul-tivos. Interesa conocer si se da una mejora en cantidad,en calidad o en ambos casos. Por otro lado las mejorastambién varían en función de las condiciones climáticasde la zona de cultivo. El objeto de este ensayo ha sidocomparar la respuesta productiva de la planta de to-mate con y sin fertilización carbónica en nuestras con-diciones de cultivo.

Se ha comparado la producción de tomate variedadJack en sacos de perlita, con y sin fertilización carbó-nica. El ensayo se ha realizado en dos naves de orien-tación N-S de 256m2. En cada nave se han dispuestodos tipos de plantas de la misma variedad pero distintoestado fenológico, la mitad con la primera flor abierta yla otra mitad sin la flor abierta todavía.

FERTILIZACIÓN CARBÓNICA Y FOTOSÍNTESIS

En presencia de luz la planta necesita CO2 atmos-férico para poder sintetizar compuestos orgánicosa través de la fotosíntesis, además de agua, nu-trientes y adecuadas condiciones de humedad re-lativa y temperatura. En condiciones no limitantesal crecimiento, la concentración de CO2 durante elmediodia en el invernadero puede ser limitante. Enestos casos se consigue aumentar la tasa fotosin-tética, y consecuentemente el desarrollo del cul-tivo, mediante la fertilización carbónica.

OBJETIVO

MATERIAL Y MÉTODOS

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Variables

Se ha contado con las siguientes variables:

◊ FiSi: planta de la finca, con primera flor abierta confertilización carbónica

◊ CoSi: planta comercial joven con fertilización carbónica

◊ FiNo: planta de la finca, con primera flor abierta sinfertilización carbónica

◊ CoNo: planta comercial joven sin fertilización carbónica

La densidad de plantación ha sido de 1,6 plantas/m2 yse ha contado con 4 repeticiones por variante y un ta-maño de parcela elemental de 10m2.

Fechas de cultivo

Abonado

Fertilización carbónica

El aporte de CO2 en el ensayo se ha realizado inyec-tando gas de uso alimentario suministrado por CARBU-ROS METÁLICOS SA. La composición del gas esdióxido de carbono 100% (con una pureza del 99,9%).

Esto requiere una instalación sencilla, que consiste enun bloque de gas con un regulador de presión, una vál-vula y la conexión al controlador con una sonda para suactivación automática. La distribución se lleva a cabocon un sistema de tuberías de riego convencional (tu-bería de PE de Ø16cm con gotero incorporado).

Pautas de fertilización carbónica:

Se ha activado la inyección con objeto de mantener unaconcentración de 800 ppm de CO2. Se ha llevado a

Fechas de plantación y fin de cultivo

Primavera Otoño

Plantación 21/02/2011 05/07/2011Fin de recolección 25/06/2011 04/11/2011

Solución nutritiva de partida

NO3- PO4H2

- SO4= CO3H- K+ Ca++ Mg++

mmol/l 11,7 3,7 4 0,5 6,9 5,8 3

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cabo la inyección de CO2 por horario y los periodos deinyección han incluido tanto el día como la noche du-rante el cultivo de primavera, si bien se ha eliminado lainyección en horas centrales del día para evitar pérdidascon ventana abierta. A partir de junio se ha mejorado elsistema para evitar la inyección en los momentos deventana abierta a más de un 10%. Durante el cultivo deotoño se ha eliminado la inyección nocturna.

Producción

Producción acumulada en las primeras semanas de cul-tivo y producción acumulada final distribuida por calibres.

Cultivo de primavera

Cultivo de otoño

>102mm 102-82mm 82-67mm 67-57mm <57mmCoNo 1,278 0,424 0,092 0,03 0,011CoSi 1,317 1,17 0,341 0,115 0,035FiNo 2,146 0,939 0,373 0,21 0,086FiSi 1,745 1,908 0,885 0,506 0,19

>102mm 102-82mm 82-67mm 67-57mm <57mmCoNo 6,448 4,019 1,606 1,071 0,372CoSi 5,491 5,419 2,393 1,272 0,342FiNo 5,783 4,433 1,806 1,155 0,354FiSi 4,921 5,432 3,006 1,802 0,565

>102mm 102-82mm 82-67mm 67-57mm <57mm CoNo 1,703 1,791 0,998 0,455 0,337CoSi 2,312 2,194 0,941 0,436 0,249FiNo 1,345 2,297 1,223 0,708 0,355FiSi 1,625 2,402 1,242 0,626 0,379

Producción (kg/m2) 12 de mayo

54

3

2

1

0

<57 mm

67-57 mm

82-67 mm

102-82 mm

>102 mmCoNo CoSi FiNo FiSi

CoNo CoSi FiNo FiSi

Producción (kg/m2) 25 de junio

14121086420

<57 mm

67-57 mm

82-67 mm

102-82 mm

>102 mm

CoNo CoSi FiNo FiSi

Producción (kg/m2) 30 de septiembre6

54

3

2

1

0

<57 mm67-57 mm82-67 mm

102-82 mm>102 mm

CoNo CoSi FiNo FiSi

Producción (kg/m2) 4 de noviembre10

8

6

4

2

0

<57 mm

67-57 mm

82-67 mm

102-82 mm

>102 mm

Bloque de gas con regulador de presión protegido en el exterior y electroválvula para la inyección automática a traves del controlador climático en el interior del invernadero.

Ramal para la distribución de CO2 en el cultivo.

Sondas de CO2,Tª y HR

RESULTADOS

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Consumo de CO2

Durante el cultivo de primavera se han consumido2.475 Kg de CO2, lo que supone un consumo aproxi-mado de 10.0 kg/m2.

Durante el cultivo de otoño se han consumido 900 kg deCO2, que suponen un consumo aproximado de 3,5 kg/m2.

Tanto en el cultivo de primavera como en el de otoño,se ha observado que el efecto del CO2 en la productivi-dad del cultivo ha sido significativamente positivo.

Durante el cultivo de primavera, en cuanto a precoci-dad, se ha obtenido un incremento de producción acu-mulada (hasta el 12 de mayo) de 62% y de 51% enplantas comerciales y en plantas de finca respectiva-mente. Las producciones se han ido igualando con-forme avanzaba el cultivo, sin que se observendiferencias significativas entre variantes.

Durante el ciclo de otoño las diferencias de producciónobservadas entre variantes han sido menores. Tambiénla inyección de CO2 ha sido menor. A diferencia de lo quesucede en el cultivo de primavera, durante el ciclo deotoño la inyección va de menos a más, al contrario quelas necesidades de ventilación, la luz y la temperatura.

El incremento de producción acumulada en otoño enplantas comerciales ha sido del 16% durante las prime-ras semanas de recolección y del 13% en la producciónacumulada final. En las plantas de finca el incrementoproductivo ha sido menor, del 6% en ambas fases, sinque haya diferencias significativas entre plantas fertili-zadas y sin fertilizar en este caso.

El mayor precio de venta por calibre hace que el incre-mento de éste resulte de gran interés. En cuanto a esteaspecto, en la comparación de producción acumuladade calibre superior a Ø82mm no se observan diferen-cias significativas en el cultivo de primavera pero sí enotoño en plantas comerciales. Éste resultado coincidecon lo observado en trabajos anteriores para cultivos

hortícolas de pimiento (Savé y col. 1996; Muñoz y Guri,2005) y de flor cortada (Muñoz y col. 2005).

Con la pauta de fertilización aplicada, los resultados ob-tenidos en primavera nos indicarían el potencial de in-cremento productivo, si bien con el sistema deinyección utilizado y los precios de mercado actuales noresultaría económicamente viable. Contar con fuentesde CO2 más económicas cambiaría este aspecto, influ-yendo en la rentabilidad de la fertilización carbónica quedependerá siempre de los precios del tomate y del CO2.

Probablemente se mejorarían estos resultados en el cul-tivo de primavera adelantando la plantación 2-3 semanasy buscando mayor precocidad, pero sabiendo que au-mentaría el consumo de CO2 y sería imprescindible op-timizar las pautas de inyección evitando inyecciones conventana abierta y durante periodos sin luz. En ambos cul-tivos podría resultar de interés realizar la fertilización du-rante algunas semanas de cultivo únicamente.

En cuanto al tipo de planta, contar con planta con la 1ªflor abierta en el momento de plantación, aporta unamejora de producción sobre todo en cuanto a precoci-dad en ambos cultivos. Las diferencias en este caso vanreduciéndose conforme avanza el cultivo. La suma deambos factores (planta y fertilización carbónica) mejorala respuesta productiva, obteniéndose en el caso deprecocidad en primavera (producción acumulada hastael 12 de mayo) un incremento productivo del 185%. Elincremento en la producción final acumulada ha sido un16% en primavera y un 14% en otoño. Lo cual en casode poder contar con suministro de carbónico de bajocoste procedente de las centrales térmicas como las deIBERDROLA podría representar una importante mejoraen la rentabilidad de nuestros invernaderos.

MINISTERIODE CIENCIAE INNOVACIŁN

GOBIERNODE ESPAÑA

>102mm 102-82mm 82-67mm 67-57mm <57mm

CoNo 2,399 3,845 2,121 0,768 0,489CoSi 3,623 3,957 1,808 0,66 0,405FiNo 2,071 3,978 2,195 1,128 0,559FiSi 2,836 4,169 2,094 0,899 0,55

DISCUSIÓN Y CONCLUSIÓN

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