Material vegetal y establecimiento del experimento

Se utilizaron semillas de tomate tipo saladette variedad EL CID F1 (Harris Moran) de crecimiento indeterminado. La siembra se realizó el 2 de febrero de 2021 en charolas de poliestireno de 200 cavidades utilizando turba (peat moss) como sustrato, el trasplante se realizó el 15 de marzo de 2021, cuando las plantas presentaron una altura aproximada de 20 cm y 3 hojas verdaderas completamente desarrolladas, en cada uno de los tratamientos con base al diseño experimental completamente al azar. Las plantas se guiaron a un solo tallo, el tutoreo se realizó con hilo rafia sujeta a la parte superior de la estructura del invernadero, con una densidad de plantación de seis plantas m^-2. Se utilizó solución nutritiva (SN) de Steiner modificada (Tabla 1) según la etapa fenológica del cultivo. El pH y la conductividad eléctrica (CE) se monitoreaban diariamente para mantener valores de 5.5 a 5.9 y 1.2 a 2.0 dS m^-1, en etapa inicial y reproductiva, respectivamente. Así mismo, se registraron las temperaturas máximas, mínimas y promedio durante el experimento (marzo-noviembre 2021), así como la humedad relativa y radiación fotosintéticamente activa (PAR) (Tabla 2).

Tratamientos

Los tratamientos (T) consistieron en dos sistemas de producción, T1: sistema en bolsa con sustrato (testigo) y T2: sistema NFT modificado tipo carrete. En el T1 las plantas se establecieron en bolsas de polietileno negro de 20 L de capacidad, con un medio de crecimiento compuesto por turba y perlita en proporción de 1:4 (v/v). Se colocaron dos plantas por bolsa y se tuvieron tres bolsas m^-2, para una densidad de seis plantas m^-2. Se establecieron en un diseño completamente al azar con 12 repeticiones, la unidad experimental consistió en dos plantas por bolsa. Se utilizó un sistema de riego por goteo para proporcionar tres riegos diarios de SN: se aplicó 0.5 L desde el trasplante hasta inicio de floración y de 2 a 4 L desde la floración hasta la cosecha y se mantuvo siempre un drenaje promedio del 30%, siendo un sistema abierto a solución perdida.

Para el T2 los carretes se fabricaron manualmente con fibra de vidrio y lámina PVC espumado (vitrocel) para formar la ceja del carrete (Figura 1a). Los carretes se colocaron sobre estructuras de metal (caballetes) para sostenerlos verticalmente con una separación de 30 cm entre uno y otro. El trasplante de las plántulas se realizó en la parte central más alta del carrete (Figura 1b ), al momento del trasplante se removió el sustrato del cepellón dejando la raíz expuesta y se utilizó una malla de plástico sobre la base del carrete para su sostén, se colocaron 2 plantas por carrete y se tuvieron tres carretes por m2 para una densidad de seis plantas m^-2. Se establecieron en un diseño completamente al azar con 12 repeticiones, la unidad experimental fue de dos plantas por carrete. La SN se aplicó constante (durante todo el día) en un sistema recirculante, que consistió en una bandeja de plástico de 80 L de capacidad con una bomba eléctrica sumergible de 600 galones por hora, conectada a una manguera para riego de media pulgada de diámetro, con cuatro goteros por carrete con un gasto de 3 L h^-1, para su recolección se utilizó una lámina de fibra de vidrio colocada debajo de los carretes que recirculaba la SN a la bandeja de plástico. El sistema de riego permitió aplicar la SN desde la base de las plantas todo el tiempo por ambos lados del carrete. Los carretes se cubrieron con un plástico negro para evitar la exposición de raíces a los rayos del sol. Una vez que los tallos alcanzaron más de 2 m de longitud y los frutos fueron cosechados, se inició el enrollado de los mismos en el carrete. La parte del tallo enrollado, sin hojas y frutos, generó raíces adventicias (RA) en toda la parte del tallo expuesta a la solución nutritiva (Figura 1c). Cuando el tallo completó una vuelta en el carrete, se cortó y eliminó la raíz principal, conforme avanzaba el cultivo los cortes se realizaban en el tallo con RA, esto se realizó continuamente manteniendo siempre un tallo productivo de 2 m.

Figura 1 a. Representación esquemática del carrete utilizado en el sistema NFT. A: diámetro interno (60cm), B: diámetro externo (86 cm), C: base (15 cm), D: profundidad (13 cm). b. Trasplante de plántulas en el sistema NFT modificado-tipo carrete y en bolsa con sustrato. c. Tallos enrollados en el carrete y produccion de raices adventicias. 

Variables evaluadas

Fisiológicas: A los 245 DDT se midieron parámetros fisiológicos en 10 plantas: intercambio gaseoso determinando la asimilación neta de CO₂ (Fotosíntesis), transpiración foliar (Thoja), conductancia estomática, temperatura de la hoja, para medir estas variables se utilizó un equipo portátil marca LI-6800 (Li-COR, Lincon, Nebraska) que brinda los valores de forma automática; estos parámetros se midieron en hojas adultas, sanas, totalmente expandidas y expuestas a la radiación solar. La eficiencia intrínseca del agua se calculó mediante la división de la asimilación neta CO₂ entre transpiración foliar y la eficiencia cuántica fue calculada mediante la división de radiación fotosintéticamente activa absorbida (Li-6800) entre asimilación neta de CO₂. Los frutos se cosecharon cuando presentaron un color rojo claro y se evaluó: el número de frutos por planta de forma manual, diámetro polar y ecuatorial utilizando un vernier digital marca Sunnimix, el peso de fruto se determinó utilizando una balanza digital marca Ohaus (precisión 0.01 g), el rendimiento se expresó en kilogramos por planta. Se manejaron 6 frutos por planta y la cosecha de ambos tratamientos inicio el 24 de junio (101 DDT) y finalizó el 30 de noviembre (253 DDT) de 2021. Las variables de crecimiento se evaluaban semanalmente en cada planta, para lo cual se marcaba el punto de crecimiento sobre el hilo rafia del tutoreo. Se midió la longitud de la hoja y de tallo utilizando un flexómetro marca Truper de 5.5 m y el diámetro de tallo con un vernier digital marca Sunnimix, ambas variables de midieron en la hoja y tallo cercano al punto de crecimiento semanal marcado en la rafia. Los datos recopilados en el experimento se analizaron mediante la prueba t de Welch (p ≤ 0.05) usando el programa estadístico Rstudio versión 1.3.1093.

Variables fisiológicas y de uso del agua

Las variables fisiológicas presentan diferencias estadísticas significativas entre los sistemas de producción (Figura 2). La fotosíntesis en el sistema en carretes fue 17.59 μrnol m^-2 s^-2, siendo un 36.4 % mayor que en las plantas en sustrato (p = 0.00023); la tasa de transpiración foliar, en el sistema en carrete fue de 7.74 mmol m^-2 s^-2, 104.7% mayor que en sustrato (p = 0.0000045), con respecto a la conductancia estomática, esta fue 110.5% mayor que en el sistema en sustrato (p = 0.0001) (Figura 2). El sistema en carrete favoreció mayor intercambio gaseoso y proceso fotosintético que el sistema en sustrato, lo cual está relacionado con la disponibilidad de agua y nutrientes, durante todo el día en el sistema en carrete, a diferencia del sistema en bolsa donde los riegos con aplicados en momentos específicos del día. Al respecto, ^{Zegbe et al. (2007)} indican que existe una fuerte relación entre la disponibilidad de agua y la tasa de fotosíntesis, ya que el intercambio gaseoso es más eficiente en términos de transpiración y conductancia estomática; en el sistema en sustrato, los valores de intercambio gaseoso fueron menores comparados con el sistema en carrete (Figura 2), al respecto ^{Morales et al (2013)} indican que el cierre estomático y reducción en transpiración está ligado a una depresión en la conductividad hidráulica de las raíces causado por una disminución en la disponibilidad de agua.

Figura 2 Tasa fotosintética, transpiración foliar, conductancia estomática y temperatura en la hoja en tomate variedad EL CID F1, en el sistema NFT tipo carrete y en bolsa en sustrato. (prueba t de Welch, α ≤ 0.05). 

El uso eficiente del agua (UEA) o eficiencia intrínseca del agua a escala foliar y a nivel de eficiencia de la transpiración (Figura 3), fue de 2.27 y 3.42 μmol CO₂/ mmol H₂O en el sistema en carrete y sustrato, respectivamente, valores que son diferentes estadísticamente entre tratamientos. El valor obtenido en la eficiencia intrínseca del sistema en sustrato, se debió a que el decremento en la tasa de transpiración de las plantas fue mayor que la reducción en la tasa de asimilación de CO₂ de las mismas plantas, indicando que el sistema en sustrato tiene mayor intercambio de CO₂ por molécula de agua transpirada. En el sistema en carrete se tiene un menor valor de eficiencia intrínseca, ya que las plantas que crecieron en carrete tuvieron mayor asimilación de CO₂ (36.4% más que en el sistema en sustrato), y tasa de traspiración (104.7% más que en el sistema sustrato), y la relación entre estas fue menor que la observada en las plantas que crecieron en sustrato. Sobre lo mismo ^{Sun et al. (2013)} indican que la eficiencia intrínseca se reduce con la apertura estomática, lo cual depende de la respuesta de las estomas a factores como la temperatura o condiciones hídricas de la planta. En este estudio la conductancia estomática fue mayor en el sistema en carrete (Figura 2), lo que explica una mayor transpiración y por ende menor eficiencia intrínseca. Al respecto ^{Melendres et al. (2017)} mencionan que la eficiencia intrínseca es usada como un indicador de la habilidad de las plantas para adaptarse al déficit hídrico; sobre lo mismo ^{Sun et al. (2018)} reportan que a menor déficit hídrico, menor eficiencia intrínseca, lo que se observó en el sistema en carrete en comparación con el sistema en sustrato.

Figura 3 Eficiencia intrínseca y cuántica en tomate variedad EL CID F1, en el sistema NFT tipo carrete y en bolsa en sustrato. (prueba t de Welch, α ≤ 0.05). 

En la eficiencia fotosintética o eficiencia cuántica (Fv/Fm) se presentaron diferencias significativas entre los tratamientos (Figura 2), presentando el sistema en carrete 36.4% mayor eficiencia comparado con el sistema en sustrato con 48.54 y 35.58, μmol CO₂/mmol H₂O, respectivamente. La eficiencia cuántica refleja la eficiencia potencial del PSII y se utiliza como indicador de la eficiencia fotosintética o del aprovechamiento de la energía lumínica (^{DeEll y Toivonen 2003}). Los resultados en este estudio indican que la diferencia entre el sistema en carrete y el sistema en sustrato fue 12.96 μmol CO₂/mmol H₂O, siendo mayor en las plantas en carrete, lo que sugiere un mejor desempeño de los fotosistemas y aprovechamiento fotosintético. La disminución de la eficiencia cuántica, a nivel del sitio de oxidación del agua en el PSII, tiene relación con la disponibilidad de agua de la planta, se considera un indicador de alteraciones en el aparato fotosintético, a nivel de conversión cuántica y transporte de electrones, resultando en una reducción de la actividad fotosintética en la planta (^{Asseff et al. 2007}, ^{Medrano et al. 2007}).

Variables de rendimiento

Para las variables relacionadas con el rendimiento (Tabla 3), solo para el diámetro polar del fruto no se tuvieron diferencias estadísticas significativas entre los tratamientos. El número de frutos por planta fue mayor en el sistema en carrete con 65 frutos en comparación con los 59 de las plantas en sistema en sustrato, esto representó un incremente del 10% en número de frutos por planta y de 1 kg por planta con el sistema en carrete. El rendimiento tuvo un incremento del 16.3% en el sistema en carrete con peso medio de fruto de 109.6 g siendo significativamente diferente al sistema en sustrato que fue de 103.9 g. Los resultados de rendimiento son similares a los reportados por ^{Lycoskoufis y Mavrogianopoulos (2020)}, quienes evaluaron la producción de tomate en un sistema NFT y un sistema modificado de NFT en NDT (Nutrient Drip Technique) donde obtuvieron un incremento en rendimiento del 24% en el sistema NFT modificado. Por otra parte, Rodríguez-Ortega et al. (2019), probaron diferentes sistemas hidropónicos de producción reportan que el sistema NFT las raíces siempre están sumergidos en SN y, por lo tanto, el agua y los nutrientes están fácilmente disponibles a diferencia del cultivo en sustrato, que aunque es un sistema de cultivo sin suelo, las raíces están en contacto con la SN en mayor proporción cuando se aplica el riego; en sustratos inertes como perlita, el contenido de agua como la concentración de sales pueden variar ampliamente entre cada evento de riego (^{Borowski y Nurzynski 2012}, ^{Voca et al. 2007}). Sobre lo mismo ^{Wang et al. (2018)} menciona que el rendimiento de los frutos del tomate depende en gran medida de la disponibilidad de agua y nutrientes, ya que afectan la fase vegetativa y reproductiva del tomate, por lo que optimizando estos aspectos se puede mejorar significativamente el rendimiento.

Variables de crecimiento

Las variables largo de hoja, largo de tallo y diámetro de tallo evaluadas en las plantas, durante el ciclo del cultivo (Figura 4) no presentaron diferencias estadísticas significativas entre los tratamientos. Los valores promedios semanales, obtenidos en el ciclo del cultivo, en largo de tallo fueron 23.06 y 22.28 cm en carrete y sustrato respectivamente, los cuales son considerados como una media de crecimiento normal ya que para el cultivo de tomate se han reportado valores de crecimiento semanal entre 18 y 27 cm, de igual manera en largo de hoja, los valores obtenidos son parámetros considerados normales para tomate 42.59 y 43.84 cm en carrete y sustrato, respectivamente (^{Juárez-Maldonado et al. 2015}). Por otra parte, el diámetro de tallo presentó valores, 10.47 mm en carrete y 9.96 mm en sustrato, que están por debajo de los reportados para tomate que van de 11 a 12 mm; sin embargo, esta variable no representa un impacto importante en la producción de la planta (^{De la Rosa-Rodríguez et al. 2016}); por otro lado, ^{Flores-Pacheco et al. (2016)} menciona que factores como la temperatura (mayor a 30 °C) y densidad o área foliar excesiva dan lugar a tallos delgados y débiles. Al respecto, ^{De la Rosa-Rodríguez et al. (2020)} indican que el desarrollo de las plantas puede ser diferente dependiendo del sistema de producción que se emplee, lo que difiere con ^{Mata-Vázquez et al. (2010)} quienes indican que el desarrollo agronómico de las plantas está regulado por múltiples factores (ambientales y de manejo), así como los estímulos que estos factores generan en su desarrollo, por lo que el sistema de producción es únicamente una parte que influye en desarrollo de forma significativa.

Figura 4 Parámetros de crecimiento en plantas de tomate variedad EL CID F1, en el sistema NFT modificado tipo carrete y en sustrato. (prueba t de Welch, α ≤ 0.05). 

Bajo las condiciones y sistemas estudiados en invernadero, el sistema NFT modificado en carrete es una alternativa para la producción comercial de tomate, ya que los resultados indican que puede ser comparable con un sistema en sustrato.