elocation-id: e3343
Los nanofertilizantes representan un método eficiente para fertilizar los cultivos con un impacto positivo en el desarrollo de las plantas. El objetivo de este trabajo fue determinar el impacto de los nanofertilizantes Nubiotek Ultra Ca y Nubiotek Hyper Fe+Mg sobre el rendimiento y calidad de frutos de pepino, en el año 2020. Se evaluaron dos dosis de Nubiotek Ultra Ca (0 y 20 L ha-1) y cuatro dosis de Nubiotek Hyper Fe+Mg (0, 2, 4 y 8 ml L-1). Se utilizó un diseño experimental de bloques completos al azar con un arreglo factorial (2x4), con cuatro repeticiones. Los resultados mostraron que los nanofertilizantes evaluados no mejoraron la distancia de entrenudo, peso seco de cada órgano, longitud de raíz, sólidos solubles totales, vitamina C, acidez titulable y los parámetros de color de fruto respecto a los valores obtenidos con el testigo. En cambio, con los tratamientos 0 L ha-1 de Nubiotek Ultra Ca + 8 ml L-1 de Nubiotek Hyper Fe+Mg y 20 L ha-1 de Nubiotek Ultra Ca + 2 ml L-1 de Nubiotek Hyper Fe+Mg se incrementó el rendimiento de fruto en 111 y 123%, respectivamente, con relación al testigo. Asimismo, se observó una mayor firmeza de frutos al aplicar Nubiotek Ultra Ca y Nubiotek Hyper Fe+Mg en dosis de 20 L ha-1 + 8 ml L-1; en tanto que, el mayor contenido de clorofila a, b y total se logró con las dosis de 20 L ha-1 + 4 ml L-1 y 20 L ha-1 + 8 ml L-1.
Cucumis sativus L., firmeza, clorofila.
El pepino (Cucumis sativus L.) es la segunda cucurbitácea más cultivada en el mundo (Singh et al., 2020). Sin embargo, la producción de pepino requiere tasas de nutrientes de moderadas a altas para lograr un mejor rendimiento y mayor calidad (Kumar, 2020). Se sabe que los fertilizantes son insumos agrícolas vitales que mejoran la producción de los cultivos, desde un 30 a 50% (Chen y Yada, 2011).
No obstante, debido a la baja eficiencia de los fertilizantes convencionales, menos de la mitad de la cantidad aplicada es usado eficientemente por las plantas (Congreves et al., 2021), el resto se filtra en el suelo o no están disponibles para los cultivos, lo que causa contaminación de aguas subterráneas y la reducción de la fertilidad del suelo (Verma et al., 2022). Por lo tanto, es necesario utilizar alternativas eficientes en la nutrición de los cultivos para resolver los problemas que causa la aplicación de altas tasas de fertilizantes convencionales y a la vez, aumentar la producción de alimentos.
Los nanofertilizantes representan una alternativa para mejorar la eficiencia en el uso de nutrientes, reducir el uso de fertilizantes convencionales, por consiguiente, reducir los impactos adversos al medio ambiente. Los nanofertilizantes son compuestos de nutrientes de formulaciones nanoestructuradas (Raliya et al., 2017; Astaneh et al., 2021; Rajput et al., 2021).
El efecto benéfico de los nanofertilizantes en el desarrollo de los cultivos, en comparación con los fertilizantes convencionales, se debe a que éstos tienen un tamaño de partícula de 1-100 nm y un área de superficie específica más extensa, lo que hace que éstos tengan mayor tasa de disolución y sean fácilmente absorbidos a través de las hojas o raíces (Verma et al., 2022); además, la liberación de los nutrimentos de las nanopartículas se hace en un ritmo lento, por lo que permiten una duración prolongada del suministro efectivo de nutrimentos para las plantas (Verma et al., 2022).
Los avances recientes en la agricultura sostenible han visto el uso benéfico de varios nanofertilizantes para aumentar la producción de cultivos. Según lo reportado por Rajput et al. (2021), más de 102 nanofertilizantes habilitados están disponibles en el mercado de 17 países y en México se disponen de dos líneas habilitados, Nubiotek Ultra y Nubiotek Hyper (Menossi et al., 2022).
Sin embargo, existe pocas investigaciones que indiquen la influencia de la fertilización con nanofertilizantes en el desarrollo de hortalizas y sobre todo, no hay investigaciones del efecto de nanofertilizantes habilitados disponibles en México sobre la producción de cultivos. Por lo tanto, en este trabajo de investigación se planteó el objetivo de determinar el impacto de los nanofertilizantes Nubiotek Ultra Ca y Nubiotek Hyper Fe+Mg sobre el rendimiento y calidad de frutos de pepino.
El trabajo de investigación se realizó en el año 2020 en un invernadero tipo capilla con cubierta de policarbonato de la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro en Saltillo, Coahuila, México. Se utilizaron semillas de pepino cv. Centauro, y fueron sembradas en contenedores de polietileno negro de 8 L, usando como medio de crecimiento una mezcla de turba ácida y perlita (1:1%, v:v). Para tener plantas uniformes, la siembra se realizó directamente, colocando una semilla por contenedor, a una distancia de 40 cm entre plantas y 80 cm entre filas.
Los nanofertilizantes utilizados son los productos comerciales Nubiotek Ultra Ca y Nubiotek Hyper Fe+Mg. Nubiotek Ultra Ca contiene 13% de Ca, 17% de N, 3.5% de K y 17% de ácidos húmicos; mientras que, Nubiotek Hyper Fe+Mg aporta 1.5% de Fe y 0.5% de Mg. Los tratamientos utilizados fueron dos dosis de Nubiotek Ultra Ca (0 y 20 L ha-1) y cuatro dosis de Nubiotek Hyper Fe+Mg (0, 2, 4 y 8 ml L-1), dando un total de ocho tratamientos.
En todos los tratamientos se empleó como base de fertilización la solución nutritiva propuesta por Steiner (1961) (meq L-1: 12 NO3, 1 H2PO4, 7 K, 4 Mg, 9 Ca y 7 SO4) y los siguientes micronutrimentos (mg L-1): 6 Fe, 0.48 Zn, 2.96 Mn, 0.32 B y 0.24 Cu. Para la formulación de la solución nutritiva base se consideró las propiedades químicas del agua de riego. El pH de la solución se ajustó a 6 ±0.1 antes de cada riego con H2SO4 a 1 N. La aplicación de la solución Steiner se inició a los 15 días después de la emergencia (DDE).
Los riegos se efectuaron manualmente según las necesidades hídricas de las plantas, aplicando un volumen suficiente de la solución nutritiva para mantener una fracción de lixiviado al 20%. La aplicación de los tratamientos se realizó cada 15 días, a partir de los 21 DDE. Los tratamientos con Nubiotek Ultra Ca se adicionaron hacia la base del tallo de las plantas de pepino y las dosis de Nubiotek Hyper Fe+Mg se aplicaron de forma foliar.
El experimento finalizó a los 100 días después de la siembra, la cosecha de frutos se realizó cuando presentaban el tamaño característico de la variedad. Se evaluó el peso de cada fruto (g) con ayuda de una balanza digital y el rendimiento por planta se determinó mediante la sumatoria del peso total de frutos cosechados. Además, se obtuvo el contenido de sólidos solubles totales, vitamina C, acidez titulable, firmeza, clorofila (a, b y total) y parámetros de color (L*, a* y b*) de la epidermis de los frutos.
El contenido de sólidos solubles totales se valoró colocando una gota de jugo fresco en el prisma de un refractómetro digital (Atago®, USA Inc., Bellevue, WA, USA). El contenido de vitamina C en el fruto, se determinó por el método de titulación con 2,6- diclorofenolindofenol (Padayatt et al., 2001).
La acidez titulable se determinó de acuerdo con el método de la AOAC (2000). Se tomó una muestra de 10 ml de jugo del fruto, se aforó a 125 ml con agua destilada. Esta solución se tituló con NaOH 0.01N hasta alcanzar un pH de 8.3. Los resultados de estas mediciones se expresaron en porcentaje de ácido cítrico por medio de la aplicación de la formula siguiente:
Donde: VNaOH= volumen de NaOH usado para la titulación; NNaOH= normalidad del NaOH; meqácido X = miliequivalentes de ácido; V= ml de la muestra. El valor equivalente de base a ácido para el ácido cítrico es: 0.064.
La firmeza se determinó en tres puntos del fruto utilizando un penetrómetro digital PCE-PTR 200, equipado con una punta convexa de 8 mm de diámetro. El contenido de clorofila a, b y total de la epidermis del fruto se cuantificó por medio de espectrofotometría (Wellburn, 1994). Los parámetros de color a*, b* y L* de la epidermis del fruto se midieron en dos lados opuestos de la parte ecuatorial utilizando un equipo Minolta Chroma MeterCR-400 (MinoltaCorp, Ramsey, Nuevo Jersey, EE. UU.).
Al finalizar el experimento se evaluó la distancia de entrenudo de las plantas, posteriormente, las raíces se lavaron con agua potable y agua destilada para eliminar el exceso de sustrato. Se separó la planta en raíz, tallo y hojas para determinar la longitud de raíz. Los órganos separados se introdujeron en un horno de secado a 65 °C durante 72 h, posteriormente se registró el peso de la materia seca con una balanza analítica.
Se realizó el trabajo bajo un diseño de bloques completos al azar con un arreglo factorial de 2x4, con cuatro repeticiones por tratamiento. Los datos obtenidos se sometieron a un análisis de varianza y comparación de medias con la prueba de Tukey (α≤ 0.05) utilizando el programa estadístico SAS versión 9.2 (Statistical Analysis Systems).
En este trabajo se observó que el nanofertilizantes Nubiotek Ultra Ca indujo cambios significativos (p≤ 0.05) sobre la longitud de entrenudo, peso seco de tallo y rendimiento; así mismo, el nanofertilizante Nubiotek Hyper Fe+Mg afectó significativos (p≤ 0.05) el peso seco de hoja, longitud de raíz y rendimiento, sin observar efecto positivo de estos nanofertilizantes sobre el crecimiento de las plantas de pepino; mientras que, la interacción de los dos nanofertilizantes evaluados afectó estadísticamente (p≤ 0.05) la longitud de raíz y rendimiento de fruto (Cuadro1).
De acuerdo a la interacción de los dos nanofertilizantes evaluados, se observó que al aplicar el nanofertilizante Nubiotek Hyper Fe+Mg, solo o en combinación con el nanofertilizante Nubiotek Ultra Ca, no se mejoró la longitud de raíz de las plantas de pepino, incluso, al aplicar los tratamientos 0 L ha-1 Nubiotek Ultra Ca + 2 ml L-1 de Nubiotek Hyper Fe+Mg, 0 L ha-1 Nubiotek Ultra Ca + 4 ml L-1 de Nubiotek Hyper Fe+Mg, 20 L ha-1 Nubiotek Ultra Ca + 2 ml L-1 de Nubiotek Hyper Fe+Mg y 20 L ha-1 Nubiotek Ultra Ca + 4 ml L-1 de Nubiotek Hyper Fe+Mg se obtuvo una menor longitud de raíz respecto al testigo, decreciendo un 19.3, 19.3, 31.1 y 16.2%, respectivamente (Figura 1A).
Lo anterior no concuerda con lo referido por Kanwar et al. (2019), quienes han indicado que las plantas expuestas a los nanofertilizantes presentan cambios vitales en los procesos biológicos y fisiológicos, induciendo mejoras en el crecimiento de los cultivos. Lo planteado por Verma et al. (2022) señaló que los efectos de los nanofertilizantes sobre el desarrollo de las plantas pueden estar regulados por las características del suelo, el medio ambiente, el mecanismo de entrega de los nanofertilizantes y las especies de plantas.
Contrario a lo observado en el comportamiento del crecimiento de raíz a la aplicación de los nanofertilizantes, el rendimiento de fruto de pepino fue superior al testigo al agregar los tratamientos 0 L ha-1 Nubiotek Ultra Ca + 8 ml L-1 de Nubiotek Hyper Fe+Mg y 20 L ha-1 Nubiotek Ultra Ca + 2 ml L-1 de Nubiotek Hyper Fe+Mg, superándolo por un 111 y 123%, respectivamente (Figura 1B).
Estos resultados concuerdan con los reportados por Rahman et al. (2021), quienes señalaron que el rendimiento total de tomate aumentó en un 31.8% en plantas en las que se agregó una mezcla de nanofertilizantes (Zn, Fe y Cu) con respecto al testigo, lo anterior como resultado de la distribución equilibrada y controlada de los nanofertilizantes dentro de la planta. Autores como Morsy et al. (2018) al evaluar un nanofertilizante que aporta Ca, Mg y Fe en el cultivo de trigo (Triticum durum L.) reportaron un mayor rendimiento, atribuyendo este efecto a la eficiencia del uso de nutrientes y mejora de la fotosíntesis por la planta.
Asimismo, el nanofertilizante Nubiotek Ultra Ca afectó significativamente (p≤ 0.05) el contenido de sólidos solubles totales, vitamina C y firmeza de fruto; en tanto que, el nanofertilizante Nubiotek Hyper Fe+Mg afectó estadísticamente (p≤ 0.05) la acidez titulable y firmeza de fruto; asimismo, la interacción de los dos nanofertilizantes evaluados afectó estadísticamente (p≤ 0.05) los sólidos solubles totales, vitamina C, acidez titulable y firmeza de fruto (Cuadro 2).
De acuerdo con la interacción de los dos nanofertilizantes evaluados, se observó que a pesar de que los tratamientos presentaron diferencia estadística en los parámetros de sólidos solubles totales, vitamina C y acidez titulable, ninguno de los tratamientos en los que se adicionaron los nanofertilizantes superaron al testigo (Figura 2 A, 2B y 2C). Los resultados de esta investigación están acordes con los hallazgos deCvelbar et al. (2021), quienes observaron que al fertilizar las plantas de fresa (Fragaria x ananassa Duch.) con un nanofertilizante que aporta Ca, Mg y Fe los sólidos solubles totales no presentaron un incremento.
Se ha señalado que los parámetros de calidad de fruto son afectados, principalmente, por la disponibilidad de nutrientes durante el desarrollo del cultivo (Li et al., 2021). Los nanofertilizantes mejoran la difusión, solubilidad y disponibilidad de nutrimentos para las plantas, debido a su tamaño pequeño, superficie específica alta y al sinergismo que las nanopartículas presentan sobre los fertilizantes convencionales (Verma et al., 2022).
De acuerdo con lo anterior, pudo esperarse una mejora en los parámetros de calidad de los frutos de pepino al agregar los nanofertilizantes, aunque este efecto positivo de los nanofertilizantes únicamente se observó en la firmeza de fruto, ya que se obtuvo una mejor firmeza de fruto al aplicar 20 L ha-1 Nubiotek Ultra Ca + 8 ml L-1 de Nubiotek Hyper Fe+Mg, superando al testigo por un 18% (Figura 2D).
La respuesta anterior representa una ventaja para una mejor aceptación del consumidor, ya que la firmeza de fruto es considerada un atributo de gran importancia en el cultivo de pepino, pues el consumidor busca frutos firmes y crujientes (Azarmi et al., 2015). El Ca mantiene la integridad y estabilidad de la membrana plasmática y pared celular a través de vínculos establecidos con proteínas, fosfolípidos y ácido péctico (Langer et al., 2019; Sajid et al., 2020).
Sin embargo, el Ca es un ion de baja tasa de translocación a larga distancia en el xilema (Maathuis y Diatloff, 2013). Nubiotek Ultra Ca es considerado un coloide amfífilo enantiomórfico, por lo que permiten que el Ca penetre de forma rápida y efectiva al interior de la planta; además, permite que este sea transportado a todos los órganos de la planta. Esta cualidad de nanofertilizante Nubiotek Ultra Ca pudo ser, en parte, responsable de la mejora de la firmeza de los frutos de pepino.
De igual manera, en este trabajo se observó que el nanofertilizante Nubiotek Ultra Ca afectó significativamente (p≤ 0.05) el contenido de clorofila a, clorofila b y clorofila total en la epidermis de los frutos de pepino; asimismo, Nubiotek Hyper Fe+Mg influenciaron estadísticamente (p≤ 0.05) el contenido de clorofila a, clorofila b, clorofila total y L*; en tanto que, la interacción de los dos nanofertilizantes evaluados afectaron estadísticamente (p≤ 0.05) la clorofila a, clorofila b y clorofila total (Cuadro 3).
La interacción de los dos nanofertilizantes demostró que al aplicar 20 L ha-1 de Nubiotek Ultra Ca + 4 ml L-1 de Nubiotek Hyper Fe+Mg y 20 L ha-1 de Nubiotek Ultra Ca + 8 ml L-1 de Nubiotek Hyper Fe+Mg se obtuvo el mayor contenido de clorofila a, b y total, superando al testigo (Figura 3 A, 3B y 3C). Con relación a lo anterior, se ha indicado que los nanofertilizantes provocan un incremento en el contenido de clorofila debido a que éstos inducen aumento en los índices fisiológico y bioquímicos en las plantas (Pirvulescua et al., 2015).
Aunado a lo anterior, el N y Mg al ser nutrimentos que forman parte de la estructura de la clorofila (Khalil et al., 2021; Mohammed et al., 2021), al incrementar la tasa de N y Mg mediante la adición de los nanofertilizantes Nubiotek Ultra Ca y Nubiotek Hyper Fe+Mg pudieron provocar el aumento del contenido de clorofila en los frutos de pepino. Asimismo, la aplicación adicional de Fe mediante Nubiotek Hyper Fe+Mg y su fácil absorción pudo beneficiar en el mayor contenido de clorofila en los frutos de pepino, ya que se ha indicado que el Fe es esencial en la biosíntesis de la molécula de clorofila dentro de las plantas (Hamouda et al., 2016).
En este trabajo se comprobó que los nanofertilizantes Nubiotek Ultra Ca y Nubiotek Hyper Fe+Mg incrementan el rendimiento de frutos de pepino, principalmente cuando se agrega ambos nanofertilizantes en dosis de 0 L ha-1 + 8 ml L-1 y 20 L ha-1 + 2 ml L-1. Además, al aplicar Nubiotek Ultra Ca y Nubiotek Hyper Fe+Mg se mejora la firmeza y contenido de clorofila en los frutos de pepino.
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