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FERTIRRIGACIÓN

INTRODUCCIÓN

Fertirrigación o fertigación, son los términos para describir el proceso por el cual los fertilizantes son aplicados junto con el agua de riego. Este método es un componente de los modernos sistemas de riego a presión como; aspersión, microaspersión, pivote central, goteo, exudación, etc. Con esta técnica, se puede controlar fácilmente la parcialización, la dosis, la concentración y la relación de fertilizantes. En algunos países como USA, Israel, Holanda, Italia y España la fertirrigación es una técnica generalizada, principalmente con el desarrollo de modernos sistemas de irrigación y por la calidad de los fertilizantes. Además, las áreas agrícolas en otros países desarrollados y en vías de desarrollo, las áreas agrícolas bajo riego a presión son cada día más grandes e involucran cultivos que bajo otras condiciones no hubiera sido posible desarrollar.

La fertirrigación es una técnica de aplicación de abonos disueltos en el agua de riego a los cultivos. Resulta un método de gran importancia en cultivos regados mediante sistemas de riego localizado (goteo), aunque también se usa, en menor medida, en sistemas de riego por aspersión (equipos pivote y cobertura total). La diferencia principal entre estos sistemas es que en el riego localizado no se moja toda la superficie, mientras que esto sí sucede en riego por aspersión.

En México con la introducción de fertilizantes líquidos y sólidos solubles al mercado, el costo de la mano de obra y la necesidad de aumentar la eficiencia de utilización de los insumos, está haciendo posible un desarrollo cada vez más moderno de los sistemas de producción agrícola especialmente en las zonas áridas y semi- áridas, logrando obtener rendimientos excelentes tanto en cantidad como en calidad.

OBJETIVO

Aprovechar el flujo de agua del sistema de riego en los campos de cultivo de la ciudad de Puebla para transportar los elementos nutritivos que necesita la plantas hasta el lugar donde se desarrollan las raíces, con lo cual se optimizará el uso del agua, los nutrientes y la energía, y se reducirán las contaminaciones al ambiente si se maneja adecuadamente.

PRINCIPIOS

Es importante resaltar que independientemente del sistema de irrigación utilizando en la fertirrigación, los nutrientes son aplicados diluidos en el agua de riego con el fin de infiltrarlo en el suelo, predominando la absorción radicular y no la foliar. En ese sentido, el conocimiento del comportamiento de los nutrientes en el suelo con relación a su movilidad y la exigencia del cultivo durante su ciclo, son factores importantes a considerar en el manejo de los fertilizantes.

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EL EQUILIBRIO IÓNICO

El proceso de fertirrigación es complejo por envolver aspectos físicos y principalmente químicos y fisiológicos del sistema suelo – agua – planta. El principio fundamental es el mantenimiento equilibrado de las relaciones iónicas en el sistema y esto significa tener un balance catiónico/aniónico adecuado.

FUENTE DE NUTRICIÓN COMPOSICIÓN

CATIONES ANIONESNH4

+

SUMA =

8 NH4 +4 K+

1 Ca2+1 Mg2+16 (+)

9 H2PO4 –3 SO4

2-1 Cl-16 (-)

NH3-

SUMA =

8 K+2 Ca2+2 Mg2+16 (+)

8 NO3 –5 H2PO4 =1 SO4 =

1 Cl16 (-)

CUADRO 1: Balance de carga hipotético en función del tipo de fertilización Nitrogenada

ABSORCION Y TRANSPORTE IÓNICO

Son tres los mecanismos primarios de absorción de iones por las raíces: Difusión, intercepción radicular y flujo de masas. Difusión indica que los iones son movidos de mayor a menor concentración (K,P); intercepción radicular sugiere que las raíces actuales entran en contacto con los iones(Ca,K.); flujo de masas indica que los iones son movibles de la solución suelo a la raíz de la planta en función de la transpiración. (B, Ca, Cu, Mg, Mn, Mo, N, S)

E (suelo) ⇔ E(solución) ⇔ E (raíz) ⇔ E ( pare aérea)

El proceso de transporte de iones de la solución suelo hacia las raíces de la planta es extremadamente complejo e involucra dos procesos: absorción pasiva y absorción activa. En la absorción pasiva los iones son transportados por el flujo de agua del suelo a la planta debido a una gradiente de potencial hídrico, generado por la transpiración de la planta, en este proceso son absorbidos iones como

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nitrato (NO3 -) y potasio (K+ ). La concentración en la raíz de unos elementos es mayor que en su alrededor; este movimiento en contra es conocido como absorción activa, en este proceso los iones son absorbidos más fácilmente o más de difícilmente en presencia de otros elementos (sinergismos y antagonismos). Así, alta concentración de nitrato favorece la de K+, Ca++ y Mg++, en tanto que, de NH4 + favorece la absorción de H2PO4 - y SO4 = y del propio NO3.

COLUMNA A COLUMNA B COLUMNA CASIMILACION DE NUTRIENTE

DISMINUYE LA ASIMILACION DE

AUMENTA LA ASIMILACION DE

NH4+ NO3-P KCaMg Fe Zn Cu Mn

Mg, Ca, K, Mo Fe, Zn Cu, Zn Ca, Mg CaK Cu, Zn Cu, Zn, Mo Zn, Ca, Mo

Mn, P, S, Cl Ca, Mg, K, Mo Mn (suelos ácidos)Mn (suelos básicos) Mo

CUADRO 2: Asimilación, sinergismos (aumento) y antagonismos (disminución) de nutrientes

LOS NUTRIENTES EN EL SUELO

a. Nitrógeno: El nitrógeno es el elemento más frecuentemente aplicado vía agua de riego. Esto se debe a su alta movilidad en el suelo, por tanto, también existe un alto potencial de perdida por lixiviación como nitrato (NO3-). Ante esta situación la fertirrigación permite aplicar los fertilizantes nitrogenados en función de la demanda del cultivo. Del nitrógeno total de la capa superficial del suelo agrícola, más del 85% está en forma orgánica y sujeto a mineralización por procesos microbiológicos para pasar a amonio (NH4 + ) y posteriormente por la nitrificación transformarse a nitritos (NO2 - ) y finalmente a nitratos (NO3 - ) Por otro lado, es de conocimiento general que, aumentado el número de aplicaciones de abonos nitrogenados aumenta la eficiencia de uso del fertilizante nitrogenado y reduce las pérdidas, principalmente por lixiviación, ante esta situación es necesario fraccionar teniendo en cuenta:⇒ Cuando se usa altas dosis de N (>200kg/ha) ⇒ Cultivo sobre suelos de textura arenosa ⇒ Áreas sujetas a lluvias muy intensas

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b. Fósforo: Ningún nutriente tiene tan estudiado su comportamiento como el fósforo. Desde el punto de vista del manejo del fertilizante fosfatado, los principios básicos importantes para su manejo en fertirrigación son: ⇒ El fósforo se encuentra en el suelo en diferentes combinaciones químicas, siendo sus características: baja solubilidad, recuperación por el cultivo muy baja, no se mueve largas distancias de donde es aplicando y por lo tanto no se lixivia. ⇒ La movilidad del fósforo en el suelo es en términos generales baja, por lo que cuando es aplicando en suelo fijadores, se temía que quedarse retenido en los primeros centímetros del suelo, sin alcanzar la zona de mayor densidad radicular. Sin embargo, en fertirrigación se ha demostrado una movilidad del fósforo aplicado por fertirrigación muy superior al previsto y comparable a la que se consigue con la incorporación por laboreo. ⇒ Una alta frecuencia de aplicación de fósforo por fertirrigación puede aumentar sustancialmente el tiempo promedio de la concentración de P en la solución suelo arriba de las consideraciones de solubilidad. ⇒ Los fosfatos pueden precipitar con facilidad, causando alteraciones en la instalación de riego. c.

c. Potasio: La aplicación del potasio junto con el nitrógeno vía agua de riego, es una práctica bastante utilizada en la agricultura moderna, esto debido a que presentan una alta solubilidad, la mayoría de fertilizantes potásicos. El potasio es menos móvil que el nitrato y su distribución en el suelo puede ser más uniforme ya que se distribuye lateralmente y en profundidad simétricamente cuando es aplicado por goteo. La utilización del sulfato de potasio puede ser limitada debido a las grandes cantidades de calcio en las aguas de riego que provocan precipitaciones de sulfato de calcio. En tanto, el cloruro de potasio no es recomendable su utilización en suelos de alta salinidad, principalmente de cloruros ya que pueden causar toxicidad a los cultivos. Existe dos reglas básicas para fraccionar el fertilizante potasio. ⇒ Potencial pérdidas por lixiviación en función de la textura del suelo (es mayor en suelos arenosos) ⇒ Exigencias del cultivo en relación a la curva de la demanda.

d. Otros Nutrientes: La nutrición de Calcio y Magnesio constituye un problema en los programas de fertilización especialmente en fertirriego bajo condiciones de suelos arenosos, debido a su marcada incompatibilidad con gran parte de fertilizantes. El Azufre, en términos generales es suplido por muchos fertilizantes portadores de macro y micronutrientes. Finalmente, las fuentes de micronutrientes, son diluidos en agua formando soluciones o suspensiones siguiendo los mismos principios de, solubilidad, compatibilidad y movilidad.

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EL AGUA DE RIEGO Y EL FERTIRRIEGO Independiente de la fuente (superficial o subterránea), la calidad del agua de riego es un término que se utiliza para indicar la conveniencia o limitación del empleo del agua con fines de riego para los cultivos, para cuya determinación generalmente se toman las características químicas. P N, S, B Fe, Cu, Zn, Mn K,Ca, Mg Mo, Cl 5.0 6.0 7.0 8.0 pH Disponibilidad (%)La calidad del agua depende de sus características físicas y químicas, y también de los problemas potenciales que pueden generar a los cultivos, a los suelos y al sistema de riego, dando lugar al uso condicionado del agua de riego, dependiendo del cultivo y del suelo específico que se trate.

a) Características Físicas Se consideran las sustancias que llevan en suspensión como: tierra (arena, limo, arcilla) y materia orgánica. Los materiales sólidos de mayor densidad que el agua se elimina por decantación y los materiales orgánicos con la filtración.

b) b. Características Químicas ⇒ El pH del agua de riego Indica la acidez o alcalinidad del agua de riego el pH mayor que 8.0, es una limitante en el fertirriego, ya que hay peligro que se presenten precipitados de calcio y magnesio o de contribuir a que se incremente el pH del suelo a niveles en que los nutrientes no puedan aprovecharse. ⇒ Contenido de Sales El contenido total de sales trae como peligro la acumulación de sales solubles en el suelo, que puede generar problemas de presión osmótica, es decir producen dificultades de absorción de agua por las plantas. La dureza del agua es otro factor que está relacionada con la presencia de iones de calcio y magnesio; es la suma de las concentraciones de calcio y magnesio expresada en miligramos de carbonato de calcio por litro (mg CaCO3/l) o partes por millón de carbonato de calcio (ppm CaCO3). Finalmente, el contenido de iones tóxicos afecta la susceptibilidad de un cultivo. Afectan el área foliar y disminuyen la capacidad fotosintética de la planta. Dentro de los iones más comunes tenemos el Sodio, Cloro y Boro.

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LOS FERTILIZANTES Y EL FERTIRRIEGO

a) Contenido de Nutrientes del Fertilizante Los fertilizantes contienen uno o más nutrientes según su formulación; la combinación con otros fertilizantes complementarios se hace para lograr las cantidades totales de nutrientes que se desee aplicar. Un fertilizante es un compuesto químico y como tal es una sal inerte, sin carga; y que al entrar en contacto con el agua del suelo o de la solución, se disocia dejando los nutrientes en forma iónica.

Ejemplo:

b)Grado de Solubilidad del Fertilizante

La solubilidad de un fertilizante es una de las características principales a tener en cuenta en el fertirriego. Los fertilizantes deben ser muy solubles y selectos en cuanto a su composición respecto a los nutrientes que aportan, para aprovecharla al máximo sin sobrepasar la concentración que puede tolerar el volumen del agua a regar. La solubilidad de un producto está influenciada por tres factores: temperatura, presión y pH. La temperatura del agua, entonces juega un papel directo e importante en la solubilidad de un fertilizante (a mayor temperatura mayor solubilidad). Algunos fertilizantes al ser aplicados en el agua bajan la temperatura de esta; si se quiere agregar otro fertilizante, la solubilidad de este último se verá afectada; siendo conveniente esperar restablecer la temperatura inicial. Los fertilizantes sólidos solubles empleados en fertirigación puedan ser aplicados como un solo nutrientes (ej. Urea), o como un compuesto de varios elementos (ej. fosfato monoamónico, nitrato de potasio, nitrato de calcio). Los fertilizantes líquidos son simples y/o compuestos, pero debido a su solubilidad, la concentración del elemento es menor (especialmente de uno de sus elementos componentes.)

c) Compatibilidad de los FertilizantesLos fertilizantes son sales, que en contacto con el agua se disocian formando iones (aniones y cationes); diferentes iones pueden interactuar en

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la solución y precipitar (formando compuestos insolubles), con el consiguiente riesgo de no estar disponibles para las raíces o con alto riesgo de taponar emisores, disminuyendo consecuentemente la eficiencia de aplicación de los nutrientes.

Las interacciones más comunes son:

- Ca++ + S04 ⇒ CaS04 (precipitado)

- Ca++ + HPO4 ⇒ CaHP04 (precipitado)

- Mg++ + S04 ⇒ MgS04 (precipitado)

Los micronutrientes por otro lado, pueden reaccionar con las sales del agua de riego formando precipitados, por lo tanto, es recomendable aplicarlos en forma quelatada.

d) Índice de Salinidad del Fertilizante El índice de salinidad de un fertilizante es la relación del aumento de la presión osmótica de la solución suelo, producida por un fertilizante, y la producida por la misma cantidad de nitrato de sodio (basado en 100).

e) Índice de Acidez del Fertilizante El índice de acidez, es el número de partes en peso de calcáreo (CaCO3) necesario para neutralizar la acidez originada por el uso de 100 unidades de material fertilizante. Es muy importante el conocimiento de estos índices porque las sales (fertilizantes) ejercen gran influencia sobre el pH o reacción del suelo y, por ende, en diversos procesos que afectan el desarrollo de la planta.

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EL CULTIVO Y EL FERTIRRIEGO

a. Los elementos esenciales para la planta. Son 16 elementos químicos (nutrientes) que son esenciales para el crecimiento y desarrollo de las plantas. Tres elementos; carbono, oxígeno e hidrógeno son tomados por las plantas del aire y del agua; los trece restantes provienen del suelo y se denominan minerales. Dentro de ellos distinguimos a los macronutrientes (Nitrógeno, Fósforo, Potasio, Azufre, Calcio y Magnesio) y los micronutrientes (Fierro, Cobre, Manganeso, Zinc, Molibdeno, Cloro y Boro).

Cuadro 3: Elementos Esenciales para Todas las Plantas

Cuando un suelo no proporciona alguno de estos nutrientes en la cantidad suficiente que la requerida por las plantas, es necesario aplicarlo a través de un fertilizante que contenga dicho nutriente y que no permita la disminución del rendimiento y/o calidad de las cosechas. Dentro de este esquema podemos resaltar la importancia de los cinco principales nutrientes:

El nitrógeno es importante en;

- Formación de clorofila.

- Producción fotosintética de carbohidratos.

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- Síntesis de proteínas.

El fósforo es importante en;

- Transferencia de energía dentro del tejido celular.

- Composición de cromosomas, DNA, RNA

- Desarrollo radicular

El potasio es importante en;

- Síntesis de proteínas, carbohidratos, clorofila

- Translocación y almacenamiento de carbohidratos

El calcio es importante en;

- La formación de pectatos de calcio que actúan en el proceso de absorción de nutrientes.

- Forma sales con los ácidos orgánicos e inorgánicos, regulando la presión osmótica de las células.

El magnesio es importante en;

- Forma parte de la molécula de clorofila, la cual produce la síntesis de carbohidratos.

- Es un activador enzimático

Finalmente, la absorción de los nutrientes por la planta está determinado no sólo por la “disponibilidad” de los nutrientes contenidos en el suelo, sino también por el suministro de estos a la superficie radicular.

b. Fases Fenológicas del Cultivo y Extracción de Nutrientes: La cantidad de nutrientes removidos por un cultivo desde el suelo, está bien relacionado con el uso óptimo, tanto en el crecimiento vegetativo (follaje), como en la producción de frutos.

En general, la asimilación de N, P, K, sigue el curso de la acumulación de la biomasa. Sin embargo, el cocimiento de la absorción y acumulación de nutrientes en las diferentes etapas del cultivo, identificado épocas en que los elementos son exigidos en mayor cantidad es necesario que esté bien determinado.

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Curva de Crecimiento vegetal

Cada especie y cada variedad tienen necesidades específicas de los distintos nutrientes, los cuales deben ser suplementados de acuerdo a estas necesidades.

Como se puede apreciar en la figura de la etapa de 0.0 a 0.2, el crecimiento es muy lento y las necesidades de fertilización son muy bajas, siendo importantes nutrientes como el fósforo que promueve un desarrollo radicular: La segunda etapa, del tiempo 0.2 a 0.7, es la de mayor crecimiento vegetativo, por lo que las necesidades de nutrientes son elevadas, especialmente de nitrógeno. La tercera etapa de 0.7 a 0.9, está caracterizada por una disminución en el desarrollo vegetativo, por la floración y la fructificación, las necesidades se reducen, con excepción de nutrientes importantes para la formación de flores y frutas (potasio, calcio). Finalmente, en la etapa 0.9 a 1.0 existe una drástica disminución de la demanda de agua y nutrientes.

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EL RIEGO Y EL FERTIRRIEGO

El Agua en el Suelo El suelo, visto como “un todo” está constituido por una fracción sólida (minerales y materia orgánica) y un espacio poroso (macroporos = espacio reservado para el aire, microporos = espacio reservado para el agua).

La capacidad de almacenamiento de agua de un suelo está directamente influenciado por la textura del suelo. El agua del suelo está relacionada a los coeficientes hídricos: Capacidad de Campo (CC), Punto de Marchitez Permanente (PMP), Agua Disponible (AD).

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Esquema del agua en el suelo

Bajo condiciones de riego por gravedad es conveniente “reservar” un tercio de la capacidad de campo (Punto de Marchitez Temporal) como soporte e índice de aplicación de un nuevo riego. Sin embargo, bajo condiciones de riego por goteo, una vez que el suelo (zona de raíces) ya está a Capacidad de Campo, es conveniente regar de acuerdo a la demanda diaria de cultivo. Esta demanda está influenciada directamente por la capacidad de almacenamiento del suelo, las condiciones del clima, el estado fenológico del cultivo.

SISTEMAS Y EQUIPAMIENTO

Una unidad de fertirrigación está compuesta de: tanque de fertilizantes para la solución madre, válvula de retención, filtro principal, medidor de agua y el equipo de inyección. La inyección química puede ser realizada de tres formas:

a. Tanque de Fertilización: Opera a base de una válvula de estrangelamiento ubicada en el sistema de riego, lo que produce que una parte del flujo de agua en la línea principal sea derivada a través del tanque de fertilizante el que puede o no contener una bolsa para retener el producto a ser inyectado Ventajas: - Simple en y operación y mantenimiento - Costo relativamente bajo - No necesita fuente externa de energía - Es móvil y resistente a variaciones de descarga y presiónDesventajas: - Casi no existe control sobre la tasa de inyección y sobre todo de la concentración - El tanque debe ser llenado en cada turno de riego - Hay pérdidas de presión por el estrangelamiento.

b. Inyector Venturi: El inyecto opera según el principio Venturi en el que existe una constricción con una entrada específica y una salida en la tubería, lo que crea un vacío. Este causa en ascenso en la velocidad del flujo provocado la succión de la solución fertilizantes en este punto. La tasa de inyección dependerá de la pérdida de presión generada en la constricciónVentajas: - No requiere una fuente externa de energía - Costo relativamente bajo

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- Sección a tanque abierto - Fácil de concentrar a sistemas compaterizados Desventajas: - Alta pérdida de presión - Cualquier fluctuación de la presión afectará la tasa de inyección - Cada modelo tiene un rango de presión

c. Bombas Inyectoras: El elemento de inyección constituye el corazón de todo sistema de fertirrigación. Existe una gran variedad de bombas dosificadoras; de engranaje, rotativa, pistón o diafragma para desarrollar presiones que excedan la presión del sistema de riego e inyectar la solución.

Ventajas: - Se puede ajustar a un amplio rango de descargas suministrando una concentración continua y uniforme.- Permite realizar la fertirrigación desde un punto central - No hay pérdidas de carga del sistemaDesventajas: - Relativamente complicado de operar - Alto costo de adquisición y mantenimiento - Sólo usa soluciones líquidas - Requiere una fuente externa de energía

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FERTILIZANTES MÁS USADOS.

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Fertilizantes sólidos solubles

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA FERTIRRIGACIÓN

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Ventajas: Ahorro de fertilizantes. Ahorro de mano de obra en la distribución de abonos. Mejor asimilación y rapidez de actuación de los fertilizantes. Mejor distribución (tanto en superficie como en el perfil del suelo,

ocupando los nutrientes todo el bulbo creado por el emisor). Control de pérdida de nutrientes con buen manejo. Gran flexibilidad en la aplicación, lo que permite la adecuación del

abonado a las necesidades del cultivo en cada momento. Incremento del rendimiento y mejora de la calidad de la cosecha.

Desventajas: Mayor coste de inversión inicial (instalaciones y equipos). Necesidad de una formación básica para el manejo de los equipos y

fertilizantes. Necesidad de un sistema de riego con buena uniformidad para

garantizar la correcta distribución en el suelo. Utilización de abonos con propiedades adecuadas (solubilidad,

pureza, etc.). Posible riesgo de falta de micronutrientes por la pureza de los

abonos líquidos. Riesgo de obturaciones de goteros por precipitados. Posible mayor coste de la unidad fertilizante al tener que usar

abonos solubles y compatibles con el agua de riego para evitar precipitados.

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FUNDAMENTOS QUÍMICOS PARA LA ESTIMACIÓN DE LA CANTIDAD DE ÁCIDO DOSIFICADA EN EL AJUSTE AUTOMÁTICO DEL PH DE LAS SOLUCIONES NUTRITIVAS PARA FERTIRRIGACIÓN.

El pH de la solución nutritiva es un parámetro de cuyo control y ajuste depende, en buena medida, la eficacia de la fertilización en los sistemas de fertirrigación. Su importancia se explica tanto por la exigencia de mantener un pH óptimo en cuanto a que favorezca la disponibilidad y asimilabilidad de los elementos nutritivos para las plantas, como a la necesidad de generar unas condiciones de pH tendentes a prevenir la formación de precipitados y consiguientes obstrucciones en los diferentes componentes de la instalación

Como consecuencia de ello, y de acuerdo con los numerosos estudios que se han realizado al respecto, en términos generales se entiende que la solución nutritiva debe ajustarse a un pH comprendido entre los valores de 5.5 y 6.5. Atendiendo al hecho de que la inmensa mayoría de las aguas de riego presentan un pH superior a 6.5, la casuística más común es la que implica la necesidad de disminuir el pH de éstas hasta los valores arriba indicados. El ajuste para aguas de pH con valores por debajo de 5.5, que supondría la adición de un agente alcalino, no es un caso práctico frecuente. Las modernas instalaciones de fertirrigación, cuentan con la posibilidad de automatizar este ajuste de pH y, a tal fin, disponen de sondas para la determinación de este parámetro que se colocan en la red de riego después de los inyectores de fertilizantes y que están asociadas a un dispositivo que, en función de su lectura, inyectan un ácido (normalmente nítrico) para disminuir el pH de la solución hasta el valor prefijado. Esta forma de operar determina que, si se pretende optimizar adecuadamente el ajuste de la solución nutritiva en lo que a la concentración de macronutrientes se refiere, se haga imprescindible disponer de las herramientas de cálculo adecuadas para realizar una estimación suficientemente fiable de la cantidad de ácido que se va a inyectar finalmente para la corrección del pH en cada caso.

Téngase en cuenta que la inyección de ácido conlleva el incremento de la concentración prevista de los aniones asociados al agente acidificante utilizado, concretamente nitrato en caso de que éste sea el ácido nítrico.

Para estimar la cantidad de ácido precisa para el ajuste de pH de cada solución nutritiva particular, habitualmente se sigue una norma, ampliamente difundida, según la cual, neutralizando las especies básicas de la disolución (iones hidroxilo, carbonatos y bicarbonatos) hasta dejar una concentración de 0.5 meq/l de iones bicarbonato, el pH se logra ajustar, muy aproximadamente, a 5.5, que es el valor que normalmente se marca en estas instalaciones como pH final para la disolución de riego. La realización de este cálculo requiere, por tanto, el conocimiento preciso de las concentraciones de los iones básicos del agua (iones hidroxilo, carbonatos y bicarbonatos) y de la capacidad acidificante o alcalinizante (aporte de H+ o de OH- ) de cada fertilizante empleado, debiendo cumplirse que la diferencia, en

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meq/l, entre el sumatorio de los primeros y el aporte neto de protones resultante de la dosificación del conjunto de los fertilizantes, incluido el ácido regulador utilizado, sea igual a 0.5. Calculando de esta forma los meq/l de H+ que aportará el Ácido regulador (un miliequivalente de ácido neutraliza un miliequivalente de bases), se puede estimar la concentración de anión del ácido aportado en la regulación final del pH.

En el Cuadro 4 se exponen los datos de poder acidificante o alcalinizante, según el caso, de algunos fertilizantes líquidos empleados habitualmente en fertirrigación y, con relación a esto, se presenta un ejemplo de aplicación de la regla de los 0.5 meq/l de bicarbonatos para estimar la cantidad de ácido nítrico que es necesario dosificar a una solución nutritiva para ajustar su pH final a 5.5.

La experiencia muestra que este método resulta una aproximación válida para optimizar el ajuste de las soluciones nutritivas en la mayoría de los casos. No obstante no deja de ser una aproximación generalista, en el sentido de que es tanto más exacta cuanto más nos acercamos a un contenido de bicarbonatos en las aguas de riego próximo a 3 meq/l, perdiendo precisión al alejarnos de este valor. Cabe indicar que no tiene en cuenta el pH del agua de riego que, como veremos, es un factor que afecta a su concentración real de bicarbonatos y, por tanto, también, a la que debemos dejar sin neutralizar en la solución nutritiva para acercarnos a un pH dado.

Cuadro 4. Poder acidificante (meq/g de H+ ) y alcalinizante (meq/g de OH- ) de fertilizantes líquidos de carácter ácido y básico, respectivamente, utilizados

habitualmente en fertirrigación.

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Además, no considera la influencia de la naturaleza de las sustancias empleadas en la acidificación, siendo este otro factor que puede afectar en alguna medida al pH final. A estas limitaciones debemos unir el hecho de que sólo es aplicable para estimar la concentración de ácido cuando el pH prefijado es próximo a 5.5. Sin embargo, en algunos casos, por ejemplo para determinados cultivos cuya tendencia natural durante su desarrollo en hidroponía es disminuir el pH de la solución nutritiva, a veces, es necesario prefijar un pH de partida más elevado para que, finalmente, éste no disminuya excesivamente causando un daño fisiológico a la planta. En consecuencia, es preciso contar con herramientas de cálculo alternativas que, al menos, contemplen la influencia de la concentración de bicarbonatos y del pH del agua de riego en el pH final de la solución nutritiva, y que permitan estimar la concentración de ácido dosificada por los equipos automáticos cuando el pH prefijado es diferente a 5.5. En este sentido, y como la regla que se aplica en la práctica es consecuencia de la relación existente entre el pH final de la solución y el pH del agua de riego sobre la que se trabaja y sus concentraciones de especies carbonatadas, con el conocimiento de los fundamentos químicos de dicha relación, el cálculo se puede hacer extensivo a otros valores de pH. En este texto se recogen las directrices para llevar a cabo esta estimación.

El sistema de carbonatos y sus equilibrios ácido-base. El sistema de carbonatos es un conjunto de especies químicas, iónicas y moleculares, relacionadas mediante una serie de reacciones de equilibrio químico, que determinan que, en mayor o menor concentración, siempre estén presentes en el agua. En ausencia de otras sustancias específicas, este sistema regula el pH de las disoluciones acuosas y las especies que lo componen son: dióxido de carbono gaseoso (CO2

(g)), dióxido de carbono acuoso o disuelto (CO2 (aq)), ácido carbónico (H2CO3 ), ion bicarbonato (HCO3

- ) e ion carbonato (CO3 2-).

Las reacciones de equilibrio químico son aquellas que nunca se desplazan totalmente en un sentido, esto es, que permiten la coexistencia, en equilibrio, de todas las especies situadas a un lado y otro del símbolo de reacción. Este tipo de reacciones se caracteriza mediante una constante de equilibrio, valor numérico que determina las concentraciones relativas de las especies que intervienen en la reacción. Así, en la reacción de equilibrio por la que las sustancias A y B reaccionan entre sí para formar los productos C y D:

A + B ÷ C + D

La constante de equilibrio se define como:

K= ([C] · [D])/ ([A] · [B])

En la que los corchetes indican la concentración de cada sustancia en el estado de equilibrio.

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Las reacciones de equilibrio que intervienen en el sistema de carbonatos y sus respectivas constantes de equilibrio son:

CO2 (g) ↔ CO2 (aq) K=10-1.5

CO2 (aq) + H3O ÷ H2CO3 K=10-2.8

H2CO3 ↔ H+ + HCO3 - K=10-3.5

HCO3 - ↔ H+ + CO3 2- K=10-10.3

De un estudio más profundo de esta última reacción Fundamentos químicos para la estimación de la cantidad de ácido dosificada en el ajuste automático del pH de las soluciones nutritivas para fertirrigación y de su constante de equilibrio, que queda fuera de las pretensiones divulgativas de este texto, se deduce que para los valores de pH usuales en las disoluciones nutritivas y en las aguas de riego, la concentración de iones carbonato es mínima, siendo siempre despreciable, en un cálculo estimativo como éste, frente a la concentración de iones bicarbonato. Esta conclusión permite aceptar que, a los efectos prácticos que nos interesan aquí, es válida la aproximación de que, en el tipo de disoluciones que consideramos, el ácido carbónico (H2CO3) es un ácido monoprótico, esto es, que sólo es capaz de ceder uno de los dos protones que contiene. Por otra parte, debido a la dificultad de distinguir por métodos analíticos, entre las especies CO2 (aq) y H2CO3 , a efectos de cálculo se conviene en utilizar la especie hipotética H2CO3*, en la que se engloban las dos anteriores. Con esta convención, la obtención de bicarbonato respondería al equilibrio:

H2CO3* ↔ H+ + HCO3 - K=10-6.3

FRACCIONES DE IONIZACIÓN DE ÁCIDOS

Se definen las fracciones de ionización de un ácido monoprótico, como los factores a0 y a1 que, multiplicados por la concentración total de ácido (fracción ionizada + fracción sin ionizar) da la concentración de cada una de esas dos especies:

[AH] = a0· [AHt]

[A- ] = a1· [AHt]

Siendo [AHt] = [AH] + [A- ]

Aplicando este concepto al equilibrio al ácido carbónico (H2CO3*), la concentración total de ácido es:

[H2CO3 *t] = [H2CO3*] + [HCO3 - ] y sus fracciones de ionización serán:

a0 = [AH] / [AHt] = [H2CO3*] / [H2CO3 *t]

a1 = [A- ] / [AHt] = [HCO3 - ] / [H2CO3 *t]

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Teniendo en cuenta que para el equilibrio:

H2CO3* ÷ H+ + HCO3 - K=10-6.3

Su constante es:

K =10-6.3 = ([HCO3 - ] · [H+ ]) / [H2CO3*]

Se deducen las expresiones que permiten conocer las fracciones de ionización del ácido carbónico para cada valor de pH, esto es:

a0 = [H+ ] / (10-6.3 + [H+ ]) [1]

a1 = 10-6.3 / (10-6.3 + [H+ ]) [2]

El estudio más detenido de estas relaciones muestra cómo en medios más ácidos predomina la especie no ionizada, y cómo al acercarnos a la neutralidad, predomina la especie bicarbonato.

ESTIMACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE IONES BICARBONATO QUE HEMOS DE DEJAR SIN NEUTRALIZAR EN UNA DISOLUCIÓN NUTRITIVA PARA QUE SU PH SE AJUSTE A UN VALOR DADO.

Aceptando como válida la aproximación de que el pH de una disolución viene determinado por las concentraciones relativas de las especies que conforman su sistema de carbonatos, según:

[HCO3 - ] = (10-6.3·[H2CO3*]) / [H+ ]

Podremos conocer, resolviendo esta ecuación, qué concentración de iones bicarbonato hemos de dejar sin neutralizar en la disolución nutritiva para que el pH se ajuste a un valor dado, sustituyendo aquí los valores de la especie H 2CO3* y el valor de pH deseado ([H+] = 10-pH).

Para calcular la concentración final de H2CO3*, tras la adición de los fertilizantes, se suma a la inicialmente presente en el agua de riego, que calculamos a partir de las fracciones de ionización y el pH inicial, la que proviene de la neutralización de los bicarbonatos por los fertilizantes ácidos añadidos, por cuanto cada meq de H+ da lugar a un meq de H2CO3* al interaccionar con un meq de HCO3 - , según la reacción:

HCO3- + H+ ↔ H2CO3 *

Una vez resueltos y simplificados los cálculos señalados, la ecuación a aplicar para estimar la concentración de bicarbonatos a dejar sin neutralizar para que la solución nutritiva tenga un pH dado es:

[HCO3 -]F = ([HCO3 - ]I 10-6.3·((10-pHI/10-6.3)+1)) / (10-pHF+10-6.3)

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Dónde:

[HCO3 -]F es la concentración final de bicarbonatos

[HCO3 - ]I es la concentración de bicarbonatos en el agua

pHI es el valor del pH del agua

pHF es el valor del pH de la solución nutritiva

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BIBLIOGRAFIA

AYRES, R.S and D.W. WESTCOT. (1985). Water quality for agriculture. FAO. Irrigation and Drainage Paper. 29 Rev 1. 174 pp.

BURT, C; K. O’CONNOR & T. RUEHR (1998) Fertigation. Irrigation Training and Researcha Center. CPSU. San Luis Obispo CA. 295 p.

NATHAN, R (1997). La fertilización combinada con el riego. Estado de México. Ministerio de Agricultura. 59 p

ORTEGA, R y L. FLORES (1999) Agricultura de precisión. Introducción al manejo de sitio específico. MA-INIA-CRIQ. Chillan 145 p.

FICHA TÉCNICA

http://www.fuentesfertilizantes.com/uploads/descargas/Ficha_de_Divulgacion_2.pdf

http://crea.uclm.es/siar/publicaciones/files/HOJA11.pdf

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