Mediante el análisis de firmas espectrales, se ha estudiadocómo afecta la variedad, tipo de hoja y nivel foliar de nitrógeno,fósforo y potasio al comportamiento espectral de los cítricos..

DOSSIER

UNA POSIBLE METODOLOGÍA RÁPIDA, BARATA Y NO DESTRUCTIVA PARA EL DIAGNÓSTICO NUTRICIONAL

La espectrorradiometría comonueva técnica deiiagnóstico nutricional

• Miguel Ybarra Lalor y Antonio Dominguez Moreno'.1 Ingeniero agrónomo. Asesor y consultor agronómico.

2 Dr. Ingeniero agrónomo. Departamento de Ciencias Agroforestales.Universidad de Huelva.

Este trabajo aborda la aplicación de laespectrorradiometría como técnica rápida, nodestructiva y fiable para caracterizar a nivelnutricional muestras vegetales de cítricos. Se hanidentificado las bandas de longitud de onda en elinfrarrojo cercano donde las firmas espectrales de lashojas de los cítricos pueden relacionarse con lavariedad, tipo de hoja (según la brotación) y nivel foliarde nitrógeno, fósforo y potasio.

rn la actualidad, la fertilización constituye una de las operacionesde cultivo centrales en cualquier explotación agrícola, especial-mente en las intensivas, ya que se trata de uno de los principa-les factores relacionados con la productividad. En este sentido,

en los últimos treinta años se ha producido un considerable aumen-to del consumo de fertilizantes en la agricultura (Domínguez A.,1989), que ha planteado también nuevos problemas como es un im-portante incremento de los costos de producción y un mayor efectocontaminante de la actividad agrícola. En este sentido, las nuevastendencias en la agricultura (agricultura controlada, agricultura sos-tenible, producción integrada) consideran los sistemas agrícolascomo modelos sostenibles y rentables y, sin renunciar al uso de unaherramienta agrícola tan importante como la fertilización, proponenaumentar su eficiencia. Con ello se pretende conseguir un estadonutricional óptimo en los cultivos (conducente a la máxima producti-vidad) y minimizar las pérdidas de fertilizantes (normalmente por li-xiviación), que constituye una de las acciones impactantes más im-portantes de la actividad agrícola.

Para evaluar el estadonutricional de las plantacio-nes, los métodos de diag-nóstico más utilizados sebasan en el análisis quími-co de muestras vegetales(foliar, savia, flores y frutosprincipalmente). Estas téc-nicas presentan limitacio-nes como su elevado coste,dilatado plazo de respuestaanalítica y calidad de las in-terpretaciones. Para evitar-las, en la actualidad se es-tán desarrollando nuevastécnicas de diagnóstico nu-tricional de cultivos, entrelas que cabe destacar la es-pectrorradiometría.

La espectrorradiometríaes la medida del tipo y can-tidad de radiación que emi-te un cuerpo al hacer incidiruna radiación electromag-nética sobre él. Sus molé-culas absorben parte de

Continúa en pa& 50 •

48/Vida Rural/15 de abril 2007

Flowal CalcioFlowal Cinc

Flowal MagnesioFlowal Manganeso

Quelartal-FeMicrotalMaxifer

Nutriartal Quelatos-RCalcital

MicroponicMicroponic-GH

Microponic HierroMicroponic-SM 54 ...

Abonos Complejos líquidos clarosácidos y Soluciones Nitrogenadas

Acido FosfóricoAcido Nítrico ...

FosfitalFosfital-Extra

Fosfital con MicroelementosFosfital-Magnesio

Fosfital-CalcioTRON VER

EnraizalAlgaton

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Fertiorgan BoroFertiorgan CalcioFertiorgan Hierro

Fertiorgan líquido conmicroelementos

Fertiorgan MolibdenoFertiorgan Humus 15

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NUTRICION VEGETALI 11":1tIl

PROTECCION PARA SUS CULTIVOS

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Foliartal MagnesioNutriartal olivo

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50/Vida Rural/15 de abril 2007Continúa en pág. 52 •

DOSSIER

as medidas de radiancia espectralse realizaron usando unespiektrorradiómetro portátil de cam

esta energía aumentando su nivel energético por medio de transi-ciones, que pueden ser electrónicas, vibracionales y rotacionales(De la Torre, 2002). Estas dos últimas son muy específicas de cadaenlace y, por lo tanto, de cada molécula, por lo que pueden ser utili-zados como técnica de identificación (Coates, 2000). A partir de me-didas de la radiación que emite un cuerpo pueden obtenerse unascurvas de reflectividad espectral para las principales cubiertas ve-getales, que se denominan signaturas o firmas espectrales (Ria-ño,1999; Chuvieco,2002). Se ha comprobado que el espectro deemisión, especialmente en ciertas bandas o rangos de longitud deonda, puede servir para identificar especies, niveles de hidratación,situaciones de estrés nutricional, salino o senescencia. Trabajosprevios muestran que las hojas ofrecen una alta reflectividad en elinfrarrojo cercano, en claro contraste con la baja reflectividad quepresenta en el espectro visible, y que cambios en su estructura ocomposición varían su espectro de emisión, por lo que esta bandapodría resultar idónea para discriminar materiales vegetales y esta-dos fisiológicos (Chen, 1998).

En el presente trabajo se han caracterizado diferentes estados fi-siológicos en cítricos mediante el análisis de firmas espectrales. Enparticular, se ha estudiado cómo afecta la variedad, tipo de hoja (se-gún la brotación de la que proceda) y nivel foliar de nitrógeno, fósfo-ro y potasio al comportamiento espectral de los cítricos, y de estamanera, comprobar su validez para usarlo en el diagnóstico nutricio-nal de plantaciones a tiempo real.

Material y métodosMaterial vegetal

Para explorar la posibilidad de discriminar entre diferentes varie-dades de cítricos mediante la espectrorradiometría, se ha utilizadomaterial vegetal correspondiente a las variedades de naranja Naveli-na, Lane Late y Valencia Late, procedente de la colección de varieda-des de cítricos de la Escuela Politécnica Superior de La Rábida de laUniversidad de Huelva.

En nuestras áreas de cultivo los cítricos presentan varias brotacio-nes durante el año y las hojas de cada una de ellas presentan diferen-te posición relativa dentro del brote, están situadas sobre madera condiferente lignificación y muestran distinto tamaño, color y textura (máscoriácea en hojas de primavera que en hojas de junio) (Legaz, 1995).De cada variedad se han muestreado dos árboles, tomándose de losmismos veinte hojas de la brotación de primavera y otras veinte de labrotación de junio.

Análisis foliarSe han determinado los niveles foliares de nitrógeno, fósforo y po-

tasio mediante análisis foliar, empleando los métodos oficiales del Mi-nisterio de Agricultura, Pesca y Alimentación (MAPA, 1993). Se han re-alizado un total de doce análisis foliares, que incluían dos brotacionespor árbol (primavera y junio) en dos árboles de cada una de las tres va-riedades.

Medidas espectrorradiométricasLas medidas de radiancia espectral se realizaron usando el

Geophysical Enviroment Research modelo 2600 (GER-2600), un es-pectroradiómetro portátil de campo. El GER 2600 es un espectrora-diómetro multiespectral, de forma que su sensor puede registrar si-multáneamente el comportamiento de los objetos en distintas bandasdel espectro, en concreto a 611 longitudes de onda, que abarcan des-de los 323,7 nm hasta los 2.514,76 nm, es decir, explora desde el vi-sible (400-700 nm) hasta el infrarrojo de onda corta (1.300-2.500nm), pasando por el infrarrojo cercano (700-1.300 nm). Se han deter-minado las firmas espectrales de todas las hojas muestreadas.

Para localizar los rangos de longitud de onda donde los cítricos pre-sentan un comportamiento radiométrico diferencial en función de suestado fisiológico (tipo de hoja, variedad y estado nutricional N-P-K), serepresentaron gráficamente las observaciones de radiancia realiza-das de todas las plantas analizadas, de forma individual y conjunta.Una vez localizados dichos rangos, para identificar con mayor precisiónlas longitudes de onda donde la respuesta espectral era mayor, se sub-dividieron los rangos en bandas de 10 nm de amplitud. De cada una deestas bandas se tomó la media de valores de radiancia observadapara los análisis posteriores.

Resultados y discusion Longitudes de onda más sensibles a los cambios fisiológicos

Tras analizar todas las firmas espectrales obtenidas, se observóque la mayor parte de la variabilidad radiométrica encontrada en hojasde cítricos se sitúa dentro del infrarrojo cercano (700-1.300 nm), en lalínea con lo descrito anteriormente por otros autores (Chuvieco,2002). Del mismo modo, dentro del infrarrojo cercano existían bandas

Mediante esta técnica se han podido identificardiferentes estrdos nutricionales en hojas decítricos en relación a sus niveles foliares denitrógez, fósforo y potasio.

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Radiancia expresada en Wm- 2.sr- 1 . Tipo. La barras indican el error típico de la media. Tratamientosacompañados con la misma letra indican que no existen diferencias estadísticamente significativas entre ellos.

Navelina Lane Late Valencia Late

variedad1hoja prim. avera hoja junio

tipo de hoja

a10.400 -

10.300 -

a10.200ca

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10.200 -

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a

Figura 1.Firmas espectrales de hojas de cítricos pertenecientes a la vanibandas resaltadas en color verde corresponden a los rangos dey 820-850 nm, donde mayor variabilidad se observa.

edad Valencia Late. Laslongitud de onda 700-750 nm

Figura 2.Nivel medio de radiancia en la banda de longitud de onda 700-710 nm en hojas de cítricos.a) Según el tipo de hoja: hoja de primavera, y tipo de hoja 2: hoja de junio. b) Según la variedad:Navelina, Lane Late, Valencia Late.

DOSSIER

donde estas diferencias eran más acusadas, en concreto dos, unaque iba desde 700 nm hasta 760 nm y otra desde 820 nm a 850 nm(figura 1).

Llegados a este punto, el siguiente paso ha sido intentar relacionarla variabilidad observada con las características del material vegetalestudiado (tipo de hoja, variedad y estado nutricional N-P-K).

Comportamiento espectral según el tipo de hojaTras analizar el comportamiento radiométrico de las hojas de cítri-

cos de primavera y junio en las dos bandas, 700-760 nm y 820-850 nm

respectivamente, sólo se apreciaron diferencias estadísticamente sig-nificativas de radiancias entre ambos tipos hojas en la banda com-prendida entre 700 y 740 nm (figura 2a). Por ello, mediante esta téc-nica se han podido discriminar hojas con diferentes características,como son hojas de primavera y de junio.

Comportamiento espectral dependiendo de la variedadSe ha comprobado que la banda más sensible para identificar la

variedad vegetal en cítricos se sitúa entre los 700 y 710 nm. En estabanda se han observado diferencias significativas en las firmas es-

pectrales de las variedades Nave-lina , Lane Late y Valencia Late.Navelina presentó unos nivelesde radiancia significativamente in-feriores a Lane Late y ValenciaLate, aunque no se han podido es-tablecer diferencias entre estasdos últimas en las condicionesdel ensayo (figura 2b).

Comportamiento espectraldependiendo del estadonutricional N-P-K

El rango comprendido entre710 y 730 nm fue el que presentóla mayor capacidad para discrimi-nar los niveles de nitrógeno en ho-jas de cítricos en base a la radian-cia observada. El nivel de radian-cia parece que sigue una relacióninversamente proporcional al con-tenido foliar en nitrógeno, comose muestra en la figura 3.

Con respecto a los niveles fo-liares de fósforo y potasio, el ran-go de longitudes que presentó lamayor capacidad para discrimi-narlos fue el comprendido entre710 y 720 nm. Las hojas de los cí-tricos muestran valores de radian-cia más bajos para niveles folia-res medios-altos (P foliar com-prendido entre 0,18 y 0,21%; y Kfoliar entre 1,7 y 2,05%), mientrasque niveles foliares bajos o muyaltos presentan valores de radian-cia sensiblemente más elevados.

Para los tres macroelementosse han podido establecer funcio-nes de regresión que relacionan elnivel foliar de N-P-K y su nivel de ra-d'ancla, aunque serían necesariosnuevos estudios para la validaciónde la técnica a nivel práctico.

Se ha observado que las hojasde cítricos de la brotación de junio(las más jóvenes en el momentodel muestreo) son las más ade-cuadas para la realización de es-tudios nutricionales, puesto quepresentan una mayor correlaciónentre el estado nutricional y la ra-diancia observada.

I

52/Vida Rural/15 de abril 2007

Figura 3.Nivel medio de radiancia en la banda de longitudde onda 710-720 mm en hojas de cítricos de lasvariedades Navelina, Lane Late y Valencia Latedependiendo del nivel foliar de nitrógeno.

12.500 -

12.250 -

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nitrógeno (/o)

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Radiancia expresada W . m -2.sr-i . Las barras indican el errortípico de la media. Tratamientos acompañados conla misma letra indican que no existen diferenciasestadísticamente significativas entre ellos. a

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CÍTRICOS

ConclusionesA nivel preliminar, consideramos que ésta podría ser una metodología

válida para diag-nóstico nutricionalrápido, barato y nodestructivo de ma-terial vegetal pro-cedente de cítri-cos. Se ha com-probado que labanda que presen-ta mayor capaci-dad de discrimina-ción entre diferen-tes estados fisioló-gicos en hojas decítricos se encuen-tra en el infrarrojocercano, más con-cretamente en elrango de longitu-des comprendidoentre 700 y 740nm. Las medidasradiométricas enesta banda permi-ten la diferencia-

ción entre hojas de diferentes brotaciones, en particular de la de pri-mavera y de la de junio, y entre algunas variedades. Mediante esta téc-nica se han podido identificar diferentes estados nutricionales en ho-jas de cítricos en relación a sus niveles foliares de nitrógeno, fósforo ypotasio.

Los análisis foliares utilizados en el presente trabajohan sido realizados gracias a la colaboración de Agriquem, S.L.

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