Distribución de la humedad. Bajo el riego convencional tiene lugar un desplazamiento unidimensional hacia abajo del frente de mojado en todo el perfil de suelo. En contraste, bajo el riego por goteo, el agua se aplica en puntos discretos de la superficie del suelo resultando una infiltración tridimensional del agua a través del suelo. Cuando los emisores están bien espaciados, por ejemplo microaspersores de los montes frutales, el suelo se moja de una forma aproximadamente elíptica definiendo un bulbo húmedo. Si los emisores están mas cerca entre sí, los bulbos húmedos se fusionan, al punto de mostrar un patrón de descarga bidimensional cuando están muy juntos entre si. En suelos con drenaje impedido en el subsuelo, puede haber una difusión lateral haciendo que el bulbo tenga una forma cónica antes que elíptica.

Las dimensiones verticales y horizontales del flujo de agua , y consecuentemente de los nutrientes solubles desde el punto de emisión dependerán de las propiedades de conductividad hidráulica del suelo, del caudal de descarga del emisor, y del tiempo de aplicación. Los resultados muestran que al aumentar el caudal puede aumentar el área mojada horizontalmente y disminuir la profundidad de mojado. Al aumentar la cantidad de agua aplicada aumenta el desplazamiento de agua en ambas direcciones. Los resultados muestran que cuanto menor es la conductividad hidráulica saturada del suelo, (franco vs. arenoso) mayor es el volumen horizontal y menor el volumen vertical de suelo mojado. En suelos arenosos la distribución de agua horizontal es generalmente bastante limitada, cualquiera sea el caudal de descarga, frecuencia o volumen de agua aplicada.

Distribución de las raíces. El tamaño del sistema radicular y su patrón de distribución en un suelo está determinado en gran parte por 1) la resistencia del suelo a la penetración, que depende a su vez de su contenido de humedad y su distribución y 2) su interacción con la aireación del suelo y el suministro de nutrientes, en particular fósforo y nitrógeno. También se señala la presencia de elementos tóxicos para el crecimiento de las raíces. Como se explicó, una de las principales características del riego por goteo es que solo una porción del suelo alrededor de cada planta está siendo regado. En parte las plantas se adaptan fisiológicamente su sistema radical al riego de una parte del suelo, ya que la absorción de agua por unidad de raíz pueden aumentar en la parte regada.

El sistema radicular se adapta rápidamente en su estructura al bulbo húmedo proliferando las raíces en él. Así cuando los arboles frutales se adaptan al sistema hay un proliferación muy abundante de raíces nuevas en la zona regada, y en condiciones áridas el área no regadas del suelo está virtualmente ausente de raíces. En zonas húmedas o subhúmedas, durante la temporada de lluvias se emiten nuevas raíces fuera del bulbo húmedo, pero la mayor parte funciona en la parte regada.

Las limitaciones en el desarrollo de raíces a un volumen especifico de suelo impuesto por el riego por goteo tiene importancia particular para las técnicas del manejo de cultivo incluyendo aplicaciones de fertilizantes. Por ejemplo la planta puede ser muy sensible a las fluctuaciones de agua del suelo o niveles de nutrientes, en el volumen de suelo mojado, mientras que no la afecta en absoluto la fertilidad del suelo circundante. También alrededor del bulbo húmedo pueden desarrollarse condiciones anaeróbicas que ocasionan desnitrificación del N-NO3 agregado. Estas condiciones temporarias de reducción pueden aumentar el contenido de P asimilable al reducir el P ligado al hierro. Un exceso de ácido puede desplazar el calcio y el magnesio hacia los limites del bulbo húmedo causando una disminución de la disponibilidad de estos nutrientes. Y así muchos otros ejemplos derivados de este efecto.

Movilidad de los nutrientes en el suelo

La movilidad de los iones en el suelo es importante porque condicionan el manejo de la nutrición de un cultivo. Las fuerzas que regulan esta distribución son la convección y la difusión, y la distribución será muy diferente cuando un nutriente no es adsorbible, como el nitrato, de otros nutrientes sujetos a fuerzas de retención por los coloides del suelo, como los fosfatos y sulfatos (aniones) o potasio calcio y magnesio, (cationes). Para el caso de los primeros la concentración aumenta a medida que nos acercamos al frente de humedecimiento del bulbo húmedo. Mientras que los segundos su distribución dependerá de la cantidad y la fuerza de los sitios de adsorción.

 
Nitrógeno. La distribución inicial del N agregado al suelo desde un emisor varía ampliamente según la fuente de N aplicado. Cuando el N se aplica como amonio , éste se absorberá a los coloides del suelo y se moverá una corta distancia desde el emisor. A medida que se saturan los sitios de intercambio, los iones NH4 se moverán mas lejos. Si bien la nitrificación es relativamente rápida en suelos agrícolas, no lo es comúnmente en el bulbo húmedo casi ausente de oxígeno, ya que la nitrificación requiere aireación. La nitrificación se desarrolla en la zona insaturada. Así la acumulación de amonio bajo el emisor puede ser un problema para algunas especies sensibles, o bajo condiciones que no favorecen la fotosíntesis. En esas circunstancias, el amonio se acumula en la planta sin reducirse a nitrato resultando tóxico y dificultando la absorción de otros cationes.

La urea es relativamente móvil en el suelo, no es polar y su distribución se asemeja a la del nitrato. En el suelo la urea se hidrolizará a amonio en un periodo de unas pocas horas y luego se nitrificará. El desplazamiento mas profundo de la urea relativo al amonio tiende a minimizar las pérdidas de N por volatilización de amonio pero aumentará las debidas a lixiviación de nitratos.

El nitrato es altamente móvil , se mueve junto con el frente de mojado desde el emisor y tiende a acumularse en la periferia del bulbo húmedo y en la superficie del suelo entre los emisores. La absorción tendrá lugar preferentemente en el borde o frente de mojado. Es importante destacar que el nitrato es susceptible de perderse por lixiviado fuera del bulbo y por denitrificación. La importancia de la primera dependerá del manejo de la frecuencia del riego. Algunos experiencias demuestran que pude lograrse un mayor extensión lateral y menor hacia abajo, al aumentar el caudal de descarga del emisor, aun en suelos arenosos. Sugiriendo que un mayor caudal puede mejorar la distribución de nutrientes solubles, principalmente para cultivos de escasa proliferación vertical de raíces. La denitrificación es otro proceso anaeróbico estimulado por el mayor contenido hídrico del suelo. No obstante éste puede no ser un proceso muy importante ya que como se explicó el nitrato se acumula mas bien en la periferia del bulbo donde el suelo nos está saturado, y a menos que el nitrato se aplique continuamente, este mecanismo de perdida no sería demasiado importante.

Muchas pautas de manejo del nutrición nitrogenada comprenden balance de las tres formas de N aplicado al cultivo. Una relación generalizada que da óptimos resultados es de 2:1:1 de Urea:NO3:NH4.

 
Fósforo. La proporción del desplazamiento del ion ortofosfato en el suelo desde el emisor dependerá de la capacidad de absorción de fosfatos del suelo. El fósforo aplicado está confinado al volumen de suelo directamente rodeando al emisor. En general la distancia es proporcional a la dosis de aplicación ya que el movimiento resulta de la saturación de los puntos de adsorción cerca del punto de aplicación y movimientos posterior con el flujo de agua.. En general, si se deseara una distribución relativamente uniforme de la concentración de fosfato en el volumen de suelo, se requiere una aplicación basal incorporada al suelo, previa a la instalación del cultivo. Debe recordarse que bajo condiciones normales la distribución de fósforo en la zona radicular no es uniforme ya que el P aplicado normalmente se acumula en la superficie del suelo.

 
Potasio y micronutrientes. A igual que el amonio se absorbe en los coloides del suelo y su movimiento depende de la capacidad de intercambio del suelo y la dosis de aplicación del K. Los resultados presentados en la figura muestran que el patrón de distribución del potasio fue mas uniforme que el nitrato o el fosfato. Los micronutrientes cationes tienden a ser relativamente inmóviles en el suelo aun cuando son agregados como quelatos, ya que una vez en el suelo, e metal micronutriente es separado del quelato por otros iones (Fe presente en el suelo en altas concentraciones, así la efectividad un quelato aplicado al suelo normalmente no es mayor que la otros compuestos inorgánicos.

En general la distribución irregular de nutrientes en la zona del bulbo húmedo donde proliferan las raíces parece no ser muy adecuado. Sin embargo las evidencias demuestran que las plantas se adaptan perfectamente a estas condiciones de variabilidad espacial y de concentración de nutrientes por dos mecanismos , a) aumentando la tasa de absorción por unidad de raíz en la zona enriquecida y b) por una mayor proliferación radicular en la zona del bulbo húmedo. Así, al menos en parte, las plantas ajustan su distribución radicular y patrón de absorción de nutrientes para compensar una distribución desuniforme de nutrientes dentro de la zona potencialmente explorable por raíces. El efecto de esta distribución desuniforme bajo riego por goteo no es demasiado grande y en particular cuando se aplican dosis suficientemente altas de nutrientes.

Manejo del Agua

El manejo del riego es el factor que junto con la concentración de los nutrientes aplicados determinan la cantidad total de nutrientes que alcanzaran las raíces. El diseño del sistema de riego del establecimiento establece turnos de riego para regar una determinada lamina en un determinado sector. Las cantidades aplicadas están en función del estado de desarrollo del cultivo y de las condiciones climatológicas que afectan la evapotranspiración. Un buen diseño de operación de riego necesita ajustarse monitoreando las cantidades de agua necesarias y repuestas. Variaciones normales o extraordinarias de algunas condiciones climáticas, determinan ambientes mas secos o húmedos que el promedio o esperado. También parámetros de diseño de los invernaderos, presencia de cortinas rompevientos o diferente insolación relativa, determinarán condiciones de ventilación diferentes y afectan las tasas de evaporación. Consecuentemente las necesidades de reposición de lámina por turno pueden variar.

Para cultivos ya desarrollados, y en producción, es conveniente fijar una tasa o relación óptima entre el agua a aplicar y la evapotranspiración medida por tanque tipo A ubicado fuera del invernáculo. Esta relación es en realidad un factor local: Kc o factor de consumo específico del cultivo, que varía en función de su estado de desarrollo, en función de la superficie foliar, y las condiciones de ventilación del local bajo cubierta. El monitoreo debe simplemente realizarse chequeando el calendario de riego establecido, con el riego efectivo aplicado utilizando el dato de evaporación de tanque como referencia. Este calendario de riego es confeccionado utilizando datos climáticos de una serie temporal suficientemente larga para una región determinada. El ajuste es importante, ya que existen numerosos antecedentes de efectos adversos sobre el uso de cantidades deficientes o excesivas de agua. Dos ejemplos comunes en la producción hortícola son la podredumbre apical por deficiencia de calcio y las rajaduras. El calcio se transloca por el xilema encargado del transporte del agua en la planta. En ambientes secos el agua va en su mayor parte a las hojas a expensas del transporte de agua a los frutos en crecimiento, consecuentemente no llega suficiente calcio al fruto o con la suficiente velocidad, produciéndose el colapso de las paredes celulares por falta de calcio. El exceso de agua provoca rajaduras en los frutos en formación, que luego rompen el fruto por debilidad de la cáscara.

El Suministro de los Nutrientes

Los híbridos y nuevos cultivares necesitan de una adecuada provisión de nutrientes para expresar su potencial de rendimiento. La concentración de nutrientes en la zona radicular, es el factor decisivo y está determinado en principio por la concentración de éstos en el agua de riego. La relación entre ambas concentraciones no es directa ni simple, y los factores que pueden influir son varios; entre éstos pueden mencionarse principalmente la tasa de absorción de nutrientes por las plantas, la tasa de evapotranspiración y las reacciones de fijación o adsorción en la fase sólida.

Cada combinación agronómica que implique una variedad, un suelo, un clima y un sistema de manejo define un único patrón de absorción y consumo de nutrientes por unidad de tiempo que varia a través del ciclo de crecimiento y desarrollo. También define un óptimo consumo diario de agua que no limita la fotosíntesis y evita la perdida de agua por lixiviación. Lo mas adecuado sería determinar para cada una de dichas combinaciones agronómicas, los mencionados patrones o curvas de absorción de nutrientes y producción de materia seca. Sin embargo el procedimiento es lento y consume muchas horas de trabajo, ya que se debería evaluar periódicamente con una metodología estándar. Esta a su vez es destructiva e insume mucho trabajo: en un área determinada, debe cortarse toda la producción de plantas, pesarlas, averiguar su contenido de humedad y sobre muestras de tejido seco determinar la concentración de nutrientes.

Las cantidades integradas a lo largo del tiempo definen lo que se denomina usualmente función cantidad (Qt) y determinan la dosis mínima de aplicación diaria de un nutriente, sea en el agua de riego o incorporado al suelo, requerido para mantener una concentración del nutriente en el suelo. La dosis real a aplicar debe aumentarse porque la eficiencia de aplicación disminuye por la adsorción de nutrientes en los coloides de suelo, lixiviación u otros factores. Bajo un buen manejo, la eficiencia de la fertirrigación puede considerase entre un 70 a 80 %, en aplicación convencional sobre el suelo, incorporándola luego, la eficiencia puede reducirse un 40 a 50 %.

Las tasas de absorción diarias de N, P y K para cada cultivo, deben determinarse en experimentos controlados, o adaptados de condiciones similares de potencial de rendimiento, de patrón de producción y arquitectura de plantas. Estos datos pueden usarse para cálculos como el siguiente: Si entre los 40 y 60 días desde el trasplante, el tomate absorbe cerca de 2.5 kg/ha/día de nitrógeno, y nuestro turno de riego es de 7 días, con una lámina de 3 mm; deberemos suministrar por lo menos 17.5 kg/ha de N (2.5 x 7 días); este N diluido en 30 m³, a una concentración de 580 g/m³, (ppm), (17500 g/30 m³).

Estrategias de Aplicación

El concepto de inyección de fertilizantes puede dividirse en dos grupos a) Cuantitativo, ó no proporcional, concepto que se caracteriza por la dilución constante de la solución fertilizante mientras se la inyecta en el sistema de riego, es decir de concentración decreciente y b) Proporcional, concepto caracterizado por una concentración constante de la solución fertilizante en el agua de riego a través de todo el turno de riego.

a) El concepto cuantitativo puede ser usado en suelos de textura media a pesada, que tiene una capacidad significativa de almacenar el agua y los nutrientes aplicados. Por esa razón las dosis de aplicación son expresadas en términos de kg/ha/día (o por semana). El concepto es mas popular en plantaciones de frutales o cultivos de campo.

b) El concepto proporcional se usa generalmente en suelos mas livianos, con mucha menor capacidad para almacenar o retener los nutrientes en sus partículas. En estos casos las plantas solo utilizan los nutrientes disueltos en el agua de riego. Por lo tanto la aplicación se expresa en términos de concentración g/m3 o partes por millón (ppm ). Es el sistema es mas popular en sistemas de invernaculos, o cultivos sin suelo.

Las cantidades totales aplicadas en ambos casos deberían ser iguales ya que los requerimientos de las plantas son independientes del método de aplicación. Una vez determinada las cantidades totales a aplicar por nutriente, los cálculos deben definir, en funcion de lo explciado : a) La concentración del nutriente en la solución fertilizante concentrada, b) la cantidad a aplicar de fertilizantes con el agua de riego, y una vez definido esta, regular el sistema para un tiempo de funcionamiento, o especificar los caudales de riego o de flujo de la solución concentrada.

La frecuencia de aplicación de fertilizantes admite variaciones. Una parte de los requerimientos totales puedes ser satisfechos por aplicaciones basales al suelo, una o dos veces por ciclo de cultivo. Las aplicaciones con el riego propiamente dicho, pueden realizarse de distintas maneras: por ejemplo una fertirrigación por cada turno de riego, o una vez fertirrigación y otra vez solo irrigación, o cada dos veces, o mas espaciada aún. A medida que el turno de fertilización se hace mas espaciado, se hace necesario aplicar soluciones mas concentradas con el agua de riego para satisfacer las cantidades de nutrientes necesarias. Esto induce riesgos de saturación de las soluciones, al superarse el producto de solubilidad de las especies iónicas, produciendo precipitados que obstruyen los emisores.

Una alternativa comúnmente usada es aplicar distintas fuentes en distintos turnos; por ej. un turno se aplica nitrato de potasio, y en otro turno, nitrato de calcio y de magnesio, o de amonio. Con esta modalidad es frecuente realizar aplicaciones de ácido fosfórico como flujos finales de lavado del sistema, al final de las aplicaciones de los otros fertilizantes, ya que por su carácter ácido disuelven los posibles precipitados en los emisores. Este lavado de flujo para disolución de los depósitos salinos, también puede realizarse con ácido clorhídrico al 0,6 %, por 10 a 15 minutos seguidos por una hora de riego con agua solamente.