computo calculo soluciones nutritivas

7/30/2019 Computo Calculo Soluciones Nutritivas

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Martnez-Corral, L.; Martnez-Rubin de Celis, E.; Flores-Garca, F. G.; Preciado-Rangel,

P.; Zermeo-Gonzlez, H.; Valdez-Cepeda, R. D.

PROGRAMA DE CMPUTO PARA EL CLCULO DE SOLUCIONES NUTRITIVASRevista Chapingo. Serie horticultura, Vol. 15, Nm. 2, mayo-agosto, 2009, pp. 149-153

Universidad Autnoma Chapingo

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Revista Chapingo. Serie horticultura

ISSN (Versin impresa): 0186-3231

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Revista Chapingo Serie Horticultura 15(2): 149-153, 2009.Recibido: 11 de marzo, 2009

Aceptado: 16 de julio, 2009

PROGRAMA DE CMPUTO PARA EL CLCULODE SOLUCIONES NUTRITIVAS

L. Martnez-Corral1; E. Martnez-Rubin de Celis2;F. G. Flores-Garca1; P. Preciado-Rangel2;

H. Zermeo-Gonzlez2; R. D. Valdez-Cepeda31Divisin de Estudios de Posgrado e Investigacin, Instituto Tecnolgico de la Laguna,Blvd. Revolucin y Czda. Cuauhtmoc s/n, Torren, Coahuila, C. P. 27000, MXICO.

Correo-e: [email protected] (Autor responsable)2Instituto Tecnolgico de Torren, Torren, Coahuila, MXICO.

3Centro Regional Universitario Centro Norte, Universidad Autnoma Chapingo, Zacatecas, Zacatecas, MXICO.

RESUMEN

Se desarroll un programa de cmputo para la formulacin de soluciones nutritivas basado en el mtodo universal propuesto porSteiner. El sistema contiene un mdulo de clculo que permite configurar la frmula segn la relacin entre aniones y cationes, laconcentracin inica total y el pH deseado. La interfaz incluye el ajuste automtico de los aportes de la composicin qumica del aguade riego as como la gestin de una base de datos que permite diferentes combinaciones de fertilizantes y el acceso del usuario a laconfiguracin de fuentes de nutrimentos segn los tenga a su alcance. Con ello se incrementa la portabilidad del sistema y se facilitael cmputo de soluciones. Con base en los resultados, el sistema presenta mayor flexibilidad al eliminar los problemas asociados alos clculos manuales y las restricciones a las que actualmente se encuentran sujetos los algoritmos y las hojas de clculotradicionales enfocadas a este fin. El programa de cmputo desarrollado se encuentra disponible en forma gratuita a la comunidadcientfica mediante solicitud al autor.

PALABRAS CLAVE ADICIONALES: fertilizacin, nutricin vegetal, agricultura protegida.

SOFTWARE FOR THE COMPUTE OF NUTRITIOUS SOLUTIONS

ABSTRACT

A Software was developed for the formulation of nutrient solutions based on the universal method proposed by Steiner. The systemcontains a calculation module that allows to configure the formula according to the anion:cation ratio, total ionic concentration and therequired pH. The interface includes automatic adjustment of the contributions of the chemical composition of the water for cropirrigation, as well as the management of a database that allows different combinations of fertilizers. User can access to a configurationmenu to choose nutrient sources increasing by this way the portability of the system and facilitating the computation of solutions. Bytaking into account the results, the system presents more flexibility when eliminating the problems associated to the manual calculationsand the restrictions to those that at the moment are subject the algorithms and the traditional spreadsheet focused to this end.

ADDITIONAL KEY WORDS: fertilization, plant nutrition, protected agriculture.

INTRODUCCIN

Actualmente, en la horticultura existe una tendenciahacia la produccin intensiva, con el objetivo de aumentar laproductividad y la calidad. Esta tendencia conduce, enmuchos casos, a un uso poco eficiente de los recursosnaturales, entre ellos el del agua y de los nutrimentos. Lastcnicas de cultivo sin suelo o hidropnicas son reconocidascomo un componente importante en la agricultura queoptimiza el abastecimiento hdrico y las dosis de fertilizacin

en los cultivos (Steiner, 1961; Baille, 1999; Preciado-Rangelet al., 2006). Sin embargo, uno de los principales problemaspara la adopcin del fertirriego es el desconocimiento de losparmetros para la generacin de la solucin nutritiva y laforma de suministrar los fertilizantes eficientemente.

La incursin de innovaciones tecnolgicas en laagricultura ha permitido contar con mecanismosautomticos de clculo de soluciones nutritivas queabarcan desde hojas de clculo, cuya simplicidad


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Programa de computo...

confronta al usuario con diversos contratiempos para laformulacin, hasta sistemas que amplan su flexibilidadal presentar posibilidades de clculo de una solucinpartiendo de una frmula estndar previamente diseadaque se ajusta de acuerdo con los requerimientos delcultivo dependiendo del desarrollo, etapa y condicionesde crecimiento (Sonneveld et al., 1999). El grado decomplejidad que se puede llegar a alcanzar se extiende

a los sistemas expertos basados en el conocimiento(Corona-Saenz et al., 2000). Estos sistemas realizan undiagnstico nutrimental; sin embargo, se encuentrandiseados para un cultivo en particular lo que limita suutilizacin. Por otro lado, los sistemas no expertosabiertos a diferentes cultivos presentan limitaciones dediversa ndole; por ejemplo, las restricciones al usuariopara acceder a diferentes fuentes de fertilizantes segnlas tenga a su alcance, o simplemente efectuar unacomposicin que no se encuentre alineada bajo unaformulacin estndar o de un autor en especfico.

La cantidad y diversidad de soluciones nutritivas

formuladas es considerable, difiriendo entre s en larelacin de concentracin y combinacin de sales(Steiner, 1961; Sonneveldet al., 1999; Preciado-Rangelet al., 2006). Esta gran variabilidad no permite el diseode una solucin nutritiva adecuada comn a todos loscultivos (J urez-Hernndezet al., 2006; Preciado-Rangelet al., 2006).

Con base en lo anterior se plante la necesidad dedisear un sistema computarizado que recopilarainformacin bibliogrfica y el conocimiento deespecialistas para proporcionar la asesora adecuada altomar una decisin en un diagnstico nutrimental.

El objetivo del trabajo fue generar un programa decmputo que sirva como gua en el clculo de solucionesnutritivas satisfaciendo ciertos requerimientos en la rela-cin de aniones / cationes, la concentracin inica totaly el pH de la composicin, de modo que resulte en unaherramienta auxiliar en la formulacin de cualquier solu-cin nutritiva independiente de las caractersticas del m-todo de siembra, estado fenolgico del cultivo y la expe-riencia del usuario en las relaciones agua-suelo-planta.

MATERIALES Y MTODOSEl sistema fue diseado bajo la plataforma Visual

Basic 6 (Microsoft Corp., Redmond, WA) para Windows98, XP y NT utilizando el proceso de programacin delsoftware el modelo incremental (Pressman, 1998). Elprincipio de operacin est basado en el mtodouniversal de preparacin de soluciones nutritivaspropuesto por Steiner (Steiner, 1961.).

Segn Steiner (1961), la composicin qumica deuna solucin nutritiva est determinada por: a) el pH, b)

la concentracin total inica (presin osmtica) y c) lasrelaciones mutuas entre los aniones y los cationes. Lasecuencia metodolgica que se sigui en el diseo delos algoritmos utilizados en el sistema fue: 1) seleccinde la solucin nutritiva, 2) ajuste del pH y 3) ajuste delos macroelementos y microelementos.

Seleccin de la solucin nutri tiva

La solucin nutritiva est caracterizada por el valorde la conductividad elctrica (CE) dada en dSm-1, losmacroelementos expresados en melitro-1 y losmicroelementos en mglitro-1. Para determinar la presinosmtica (PO) de la solucin nutritiva se utiliz (Preciado-Rangel et al., 2006):

PO = CE x 0.36 [1]

y la concentracin total de iones (Preciado-Rangel et al.,2006):

0.024

POionesdeinConcentrac = [2]

Las concentraciones dadas por los macroelementoscorresponden a una relacin aninica expresada por A- =(NO3

- + H2PO4- + SO4

-2) y a una relacin catinicadenominada C+=(K++Ca+2 +Mg+2). Una solucin nutritivapuede ser calculada slo si la relacin entre los aniones ylos cationes A-:C+, ocurre en el intervalo de 10 %.

Ajuste del pH

Para que un cierto pH pueda ser obtenido en unasolucin, de acuerdo a la metodologa de Steiner (1961) esnecesario modificar la cantidad de H2PO4

- ya presente en lasolucin y el exceso de iones OH-, lo que traera comoconsecuencia variaciones en las proporciones relativas delos cationes, de aqu que la relacin H2PO4

- y OH- se veainfluenciada especialmente por la proporcin K+:Ca+2. Enfuncin de los datos, se generaron las curvas de losdesplazamientos que sufre la relacin pH:H2PO4

- debido ala razn K+ :Ca+2; el pH es ajustado de acuerdo con sietediferentes relaciones K+:Ca+2.

Ajuste de los macro y microelementosEn el ajuste de los melitro-1 de cada fertilizante, el

clculo de las concentraciones se inicia cubriendo los nutri-mentos que son administrados por una sola fuente de sales,considerando que todo aporte que haga ese fertilizante norebase lo requerido por la solucin nutritiva para ningn ion;no obstante, si se calcula cualquier contribucin que hagaese compuesto a otro nutrimento, cantidad que se resta alaporte total previsto. Este algoritmo es implementado me-diante ciclos anidados los cuales ajustan automticamentelas fuentes de fertilizantes de acuerdo con el aporte menor.


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Si el agua con la que se va a formular la solucincontiene elementos nutritivos, el algoritmo realiza un ajustecon respecto a la calidad del agua deduciendo las cantidadesde los elementos aportados de los nutrimentos que debenser suministrados por la solucin. El clculo para losmicroelementos se lleva a cabo de forma independiente delde los macroelementos y se efecta mediante una solucinal 5 % de Fe EDDHA, 32 % de Mn, 25 % de Cu, 23 % de Zn,

11 % de B y 40 % de Mo de la concentracin requerida(Preciado-Rangelet al., 2006).

RESULTADOS Y DISCUSIN

La Figura 1 muestra la pantalla inicial del sistema;desde aqu es posible iniciar la formulacin de una nuevasolucin nutritiva, consultar los libros en pantalla, informacinde los autores o bien, salir de la aplicacin. Los libros enpantalla son una herramienta de consulta incluida en elsoftware que permite obtener informacin general de cmopreparar una solucin nutritiva, ejemplos de clculos y

referencias bibliogrficas.

Al iniciar el clculo de una nueva solucin el primercuadro de dilogo que se despliega es el de configuracinde parmetros, que permite al usuario establecer dos de losparmetros de caracterizacin de la solucin nutritiva: el pHy la concentracin total de iones. Este ltimo parmetropuede ser definido ya sea mediante el conocimiento de lapresin osmtica, la conductividad elctrica o directamentede la concentracin inica total deseada; al definir cualquierade los tres valores, el sistema se encargar de calcular lasotras dos referencias; si el valor del pH no es introducido, lasolucin ser calculada tericamente sin ajuste de pH. En

la parte inferior del cuadro de dilogo se encuentra laespecificacin de la relacin pH: H

2PO

4- (o dependencia OH-:

H2PO4-) la cual puede ser definida por el usuario o bien,

calculada automticamente por el sistema con base en larelacin de curvas K+:Ca+2 implcitas en el algoritmo. Para

la formulacin de las soluciones se suministran tresmacronutrimentos en forma de aniones (nitratos, fosfatos ysulfatos) y tres en forma catinica (potasio, calcio ymagnesio). Estas concentraciones corresponden a unarelacin aninica NO

3- :H

2PO

4- :SO

4-2y una relacin catinica

K+ :Ca+2 :Mg+2 y son solicitadas al usuario en melitro-1.Como las plantas han demostrado que pueden captar ionesa muy bajas concentraciones, fue necesario introducir una

restriccin de un valor mnimo de concentracin, bajo elcual la absorcin no es posible o asimilable por la planta;en el otro extremo, se introdujo un valor mximo deconcentracin para evitar toxicidad o consumo en exceso;grficamente, estos lmites se encuentran representadosen el tringulo de relaciones aninicas/catinicas de lapantalla de preparacin de soluciones (Figura 2).

En la preparacin de soluciones nutritivas, todoslos elementos esenciales se suministran a las plantasdisolviendo las sales fertilizantes en agua, no obstante,algunas veces ciertas sales no estn disponibles, entonceses necesario sustituir algunas fuentes o disponer de otrasnuevas. Para esto, el sistema cuenta con una base de datosinteractiva que le permite al usuario agregar, modificar oeliminar fuentes de fertilizantes para la formulacin de unasolucin nutritiva. En la edicin de esta base de datos, noes necesario abandonar el sistema ya que puede sermodificada dentro del mismo; sin embargo, si se prefiere,los registros pueden ser accesados desde programasalternos como Excel o Bloc de notas (Figura 3a). La ventanade seleccin de fertilizantes (con las fuentes nutrimentalesconfiguradas en la base de datos) ofrece al usuario la opcinde escoger segn su conveniencia la fuente de nutrimentos(Figura 3b).

Una vez tomada la decisin de la solucin nutritiva autilizar, se calculan las cantidades necesarias de fertilizantepara cubrir las concentraciones de los nutrimentos de lasolucin. La calculadora de soluciones nutritivas incluida

FIGURA 1. Pantalla inicial del sistema. FIGURA 2. Pantalla de preparacin de soluciones nutritivas.


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en el sistema, deduce automticamente las aportacionesde cada fertilizante segn la caracterizacin de dichasolucin que el usuario especific en los diversos cuadros

de dilogo. La estimacin de las concentraciones de cadafuente se complementa con una pantalla de resultados dentrode la cual se desglosan los puntos que pudieran resultar deinters en la formulacin de la solucin entre los que seencuentran: la relacin de aniones / cationes deseada (enmelitro-1 y en porcentajes), el pH y su ajuste, presinosmtica, conductividad elctrica, la concentracin de cadaion, la concentracin total de iones (mgion-1litro-1), la calidaddel agua, solucin nutritiva propuesta y la fuente defertilizantes con sus aportes (macronutrimentos ymicronutrimentos).

La presentacin de resultados se efecta en dospantallas; en la pantalla de preparacin de solucionesnutritivas (con los aportes calculados para los micro y losmacronutrimentos) y en la pantalla de resultados, diseadapara efecto de un reporte detallado de los clculos, de losrequerimientos de la frmula solicitada, calidad del agua deriego, los ajustes de los diferentes parmetros, lasaportaciones parciales del fertilizante (para cada ion) y laaportacin final a la frmula as como la concentracin demicronutrimentos (Figura 4). Si se desea una copia fsicade la informacin, la pantalla cuenta con un comando parala vista preliminar del reporte y otro de impresin estndardel mismo. Una herramienta adicional que fue configurada

es la asistencia al usuario mediante la ayuda en lnea; desdecualquier parte del sistema la opresin de la tecla despliega una ventana de ayuda de navegacin del sistema.

El formato actual del sistema no presenta el desglosede la relacin N-NH4/N-NO3.

CONCLUSIONES

El sistema desarrollado es una herramienta en elclculo de soluciones nutritivas que permite obtener una

solucin que satisface: a) la relacin entre cationes, b) larelacin entre aniones, c) el pH y d) la concentracin totalde iones. Los algoritmos implementados reducen las dificulta-des de clculo al exhibir protecciones en casos de desequili-brio inico, fuera de intervalos, automatismos en el ajustedel pH y cuadros de ayuda en cualquier situacin del sistema.A diferencia de algunos otros sistemas existentes, la flexi-bilidad de las rutinas programadas, permiten la interaccindel usuario mientras le brinda la oportunidad de programarfcilmente la solucin segn las caractersticas fenolgicasdel cultivo y los factores climticos a los que se encuentresujeto; de igual modo, la base de datos especializada en lagestin de fertilizantes, le concede la manipulacin de stossegn los tenga a su alcance. La programacin modularcon la que se llev a cabo el software, incluye una impresinde reportes en pantalla y va impresora si se desea.

El software desarrollado se encuentra disponible enforma gratuita a la comunidad cientfica previa solicitud alautor.

FIGURA 3. a) Cuadro de dilogo de la base de datos de los fertilizantes, b) Cuadro de dilogo para la seleccin de fertilizantes.

FIGURA 4. Pantalla con el reporte de la preparacin de la solucin.


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AGRADECIMIENTOS

Este trabajo fue realizado con el apoyo de FOMIXCoahuila clave COAH-2006-C05-61261 y del InstitutoTecnolgico de Torren.

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