Artículos

La aplicación de quelatos de Mn, Zn o Cu evitó la perdida de quelato Fe-DTPA en la solución nutritiva

Sin los quelatos de Fe, el crecimiento de cultivos hidropónicos  de alto rendimiento y otros sistemas  de cultivos sería difícil. La molécula DTPA es el quelato estándar para fertilizantes de Fe en los sistemas hidropónicos modernos. Sin embargo, otros cationes metálicos no quelatados – disueltos en una solución nutritiva – pueden competir con el Fe por la molécula DTPA.

Esto puede generar una pérdida de disponibilidad de Fe en la planta. En un ensayo de invernadero establecido científicamente con tomate sobre bolsas de lana de roca, la aplicación Fe-DTPA (Ultrasol® micro Rexene® FeD12) de 7 ó 10 umol Fe/L produjo una mayor concentración de Fe en la zona de raíces cuando se aplicó con Zn, Cu y Mn quelatado con EDTA, en comparación con la aplicación conjunta de las sales de sulfato con Ultrasol® micro Rexene® FeD12.

La pérdida de hierro quelatado debido a la aplicación conjunta con sales de sulfato de Zn, Cu o Mn ahora se confirma en un artículo científico publicado para cultivos que han crecido en medios inertes como lana de roca.

Reference: Bin, L.M., Moerkens, R., Noordam, A., van Aert, R. and Bugter, M.H.J. (2020). The effect of chelating Zn, Cu and Mn on plant Fe nutritional status of hydroponically grown tomato plants. Acta Hortic. 1273, 199-206. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2020.1273.27

Se generó una mayor contenido promedio de clorofila (medido por SPAD) al tener una mayor disponibilidad de micronutrientes aplicados en sus formas quelatadas, y se generó un 15% de rendimiento acumulativo de fruta (67 kg/m2 con micronutrientes quelatados frente a 58 kg/m2 de sales de sulfatos de Zn, Cu y Mn) a la dosis de 7 μmol Fe-DTPA/L en la solución nutritiva.

Los cultivos necesitan de hierro (Fe) para producir clorofila, pigmento verde fundamental para la fotosíntesis. Esta es la razón por la que la deficiencia férrica en plantas puede llegar a ser visible como clorosis – amarillamiento de hojas. Incluso las reducciones menos visibles en el contenido de clorofila en las hojas dan como resultado una menor fijación de carbono y, en última instancia, menores rendimientos comerciales de los cultivos.

En cultivos desarrollados sobre sustratos, es más complejo  garantizar un suficiente suministro de Fe en una forma disponible para absorción por el cultivo. Bajo niveles prácticos de pH, el Fe agregado en la solución nutritiva precipitará. Esto ocurre fácilmente cuando el pH alcanza niveles superiores a pH > 7 en suelos, e incluso puede ocurrir a niveles de pH > 4 en soluciones nutritivas o hidroponía.

La razón de esto es que, bajo condiciones de pH neutro a básico, se produce Fe en el agua en formas de hidróxidos altamente insolubles. En soluciones completas de nutrientes la solubilidad del Fe está aún más comprometido por la precipitación potencial con carbonatos o fosfatos. En consecuencia, la aplicación de Fe como una sal simple (como sulfato de hierro) en estos sistemas conduce rápidamente a la precipitación, produciendo que el hierro no esté disponible para la absorción por el cultivo. 

Desde la primera introducción del uso de Fe-EDTA como un método efectivo y estable para suministrar Fe a cultivos en agua, esta práctica llegó a ser ampliamente aceptada entre los productores, y desde entonces ha sido remplazada por un quelato mejorado para el hierro, DTPA. El éxito de Fe-DTPA está relacionado a su estabilidad bajo un rango de pH más amplio en comparación con Fe-EDTA (aproximadamente pH 1,5 – 6,5 para Fe-EDTA versus pH 1,5 – 7,5 para Fe-DTPA), que proporciona un suministro de Fe más seguro y estable a los cultivos que se desarrollan hidropónicamente.

Los resultados de este experimento demostraron que la aplicación de Mn, Zn y Cu no quelatados con Fe-DTPA resultan en un menor desempeño y rendimiento de la planta. Esto reitera la importancia de proveer la correcta nutrición de micronutrientes a los cultivos que crecen en sustratos inertes como lana de roca o suelos arenosos con baja capacidad CEC. 

El no proveer suficientes niveles de micronutrientes o no proveer micronutrientes específicos en la adecuada forma quelatada puede resultar en rendimientos insuficientes.


Figura 1. Desarrollo del índice SPAD a lo largo del tiempo. Las letras denotan diferencias estadísticamente significativas (Prueba de Rango de Tukey α≤0,05). a. 7 μmol de solución de nutrientes Fe-DTPA / L, b. Solución de nutrientes FeDTPA / L de 10 μmol. Sulfato: Cu, Mn y Zn añadidos como sales de sulfato, Quelato: Cu, Mn y Zn añadidos en forma quelada con EDTA.

Sin embargo, el hierro puede ser reemplazado desde el quelato DTPA por otros cationes metálicos que son esenciales para el crecimiento de la planta, como cobre (Cu), manganeso (Mn) o Zinc (Zn), cuando son adicionados en la misma solución de nutrientes en sus formas de sulfato (CuSO4, MnSO4, ZnSO4). Con los cationes que reemplazan el hierro, los precipitados de Fe no alcanzan a estar disponibles para la planta. Se recomienda aplicar estos cationes completamente quelatados con EDTA para prevenir la pérdida de producción asociada con la menor disponibilidad de nutrientes.

En este ensayo, la pérdida de Fe y pérdida asociada a la producción fue comparada entre una solución de nutrientes que contiene todos estos en sus formas quelatadas, y una solución nutritiva donde el hierro fue aplicado sólo como quelato de DTPA. Adicionalmente se incluyeron dos niveles de hierro en la solución de nutrientes.

El ensayo fue realizado en un moderno invernadero en el Centro de Investigación Hoogstraten (Bélgica) sobre un importante cultivar de tomate de racimo  comercial – Merlice – durante su ciclo de producción completo (Enero – Noviembre). Las plantas fueron injertadas sobre el portanjerto Maxifort, plantadas en bolsas de sustrato de lana de roca, manteniendo una densidad de cultivo de 3,3 tallos/m2.

Figura 2. La medición del índice SPAD de hojas de tomate durante el ensayo.

Detalles del ensayo

Los tratamientos fueron implementados en un diseño factorial 2 con dos composiciones de solución de nutriente (“Quelato”: todos los micronutrientes quelatados vs “Sulfato”): solo Quelato de Fe), y dos variaciones de concentración de hierro (7 μmol Fe/L (7Fe)) vs 10 μmol/L Fe (10Fe). Todos los demás nutrientes se suministraron bajo la supervisión de un asesor de cultivos (Tabla 1). El pH en la solución de nutrientes fue medido a lo largo del tiempo, variando entre 4,8 a 5,1 en el goteo, y entre 5,8 a 6,2 con drenaje. Los tratamientos fueron aplicados usando dos sistemas de agua separados por el factor Quelato vs Sulfato, y por canaletas separadas para los factores 7Fe vs 10Fe. Los resultados de los tratamientos se analizaron sobre un total de 64 tallos, divididos en cuatro parcelas de producción.

La producción de clorofila foliar fue monitoreada en las hojas jóvenes completamente expandidas, con mediciones semanales de índice SPAD siguiendo un protocolo estandarizado. Las mediciones SPAD son empleadas frecuentemente para una estimación rápida y no destructiva de la concentración de clorofila foliar basada en la absorbancia de luz en una longitud de onda específica en la superficie de la hoja (Figura 2). En términos generales este parámetro se correlaciona bien con diferencias entre la concentración de clorofila foliar inducida por variaciones en el suministro de a la planta.  Adicionalmente, se analizó bimensualmente la concentración de hierro en el agua de riego y en el agua de drenaje. También se midieron el efecto sobre el rendimiento total de fruta, peso de la fruta y pudrición apical (BER) y concentración de Ca en la fruta.


Figura 3. Promedio total de rendimiento de tomate fresco y peso de fruto determinado para el período total del ensayo. Las letras denotan diferencias estadísticamente significativas. (Prueba de Rango de Tukey α≤0,05)

Resultados Destacados

A lo largo del ciclo del cultivo, no se observó clorosis en las plantas asociada a la carencia de Fe. Sin embargo, el índice SPAD fue mayor para el tratamiento con quelato que para el tratamiento con “sulfato” en cada evaluación después del transplante (Figura 1 a. (7Fe) y b. (10Fe)). Correspondientemente, la concentración de Fe en el agua de riego y el agua de drenaje fue mayor para el tratamiento de quelato comparado con el de sulfato (Tabla 2). Esto ilustra que a pesar de que plantas pueden no demostrar síntomas visuales de deficiencia, un determinado nutriente puede aún ser deficiente, limitando el crecimiento óptimo.

El rendimiento frutal fue 4 a 6% más alto para los tratamientos de quelato vs sulfato, con la mayor diferencia a la dosis 7Fe. Esta diferencia se explica principalmente por un mayor promedio de peso de fruta en tratamientos con “quelato” (Figura 3). El pH de la solución de nutrientes fue cuidadosamente controlado, con un valor máximo medido de 6,2 en el agua de drenaje. En los sistemas de cultivo donde la calidad de agua o unidades de fertirrigación conducen a un incremento más abrupto en la zona de las raíces; la pérdida de Fe y la correspondiente pérdida de rendimiento, pueden ser aún más notables.

La incidencia de BER fue inferior al 1% en todo el ensayo, pero se detectó un interesante hallazgo, pues los tratamientos “quelato” presentaron resultados de BER estadísticamente más bajos comparado al tratamiento de sulfato a la dosis subóptima de 7Fe, correspondiendo a una levemente inferior concentración de Ca en la materia seca del fruto (Figura 4). Una actividad fotosintética disminuida de las plantas en el 7Fe/tratamiento con sulfato y, en consecuencia, menor transpiración, puede haber resultado en una menor translocación de Ca a las frutas, explicando esta observación.


Figura 4. Incidencia promedio de pudrición calicinal (% BER) durante todo el período de cosecha (las letras indican diferencias  estadísticamente significativas (Prueba de Rango de Tukey α≤0,05) y análisis de la concentración de calcio en la materia seca de la fruta (ppm Ca) a la dosis de 7 μmol de Fe-DTPA con Cu, Mn y Zn añadidos como sales de sulfato o en forma quelada con EDTA.

Cuadro 1. Niveles aplicados de macro y micronutrientes a lo largo del tiempo. Los niveles de nutrientes se dan en mmol / L, excepto para Fe, Mn, Zn, B, Cu y Mo que se dan en μmol / L. Después del 7 de junio, los niveles no cambiaron hasta el final del período de prueba. *Ajustado por deficiencia de Mg desde principios de julio. Los números de esta tabla están redondeados, consulte la publicación original para conocer la especificación en precisión de 2 decimales.

Cuadro 2. Promedio de concentración de Fe (µmol/L) en la solución de goteo y bolsas de lana de roca (agua de drenaje).