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Introducción
En 2020 se produjeron 87.8 × 106 toneladas de pepino en 2.2 × 106 ha en el mundo (FAOSTAT, 2017). En el mismo año, México produjo 1.1 × 106 Mg en 22 314 ha, de estos 31.0 y 15.2%, respectivamente, correspondieron al estado de Sinaloa (SIAP, 2021). En México la producción de pepino en agricultura protegida (AP), en invernaderos y casas sombra, es una industria presente en los 32 estados del país con una superficie de 42 515 ha, de las cuales 25 370 ha se siembran de hortalizas, siendo el pepino la segunda con mayor producción (SIAP, 2021).
El magnesio (Mg) es un nutrimento esencial para las plantas; sin embargo, su importancia en la producción agrícola es subestimada (Rosanoff, Weaver y Rude, 2012; Cakmak, 2013); la deficiencia de Mg es común en las hortalizas (Ruan, Ma y Yang, 2012), a pesar de ello, hay poca investigación sobre el efecto del Mg en la producción y calidad de las hortalizas (Cakmak y Yazici, 2010). Hauer-Jakli y Tränkner (2019) señalan que del año 2010 al 2018 se publicaron a nivel mundial 61 estudios relevantes sobre el Mg en la producción de plantas, de los cuales, algunos se realizaron en cultivos de tomate (Kashinath, Ganesha, Senthivel, James y Sadashiva, 2013), cebolla (Allium cepa L.) (Kleiber, Golez y Krzesiήki, 2012), frijol (Phaseolus vulgaris L.) (Canizella, Moreira, Moraes y Fageria, 2015), sandía (Citrullus lanatus L.) (Huang et al., 2016) y girasol (Helianthus annuus L.) (Rehman, Alharby, Alzahrani y Rady, 2018). En México, García et al., (2015) publicaron que el Mg no afectó la producción de materia seca en órganos de Lilium spp. El nitrógeno (N) es el elemento más aplicado en los cultivos (Geary, Clark, Hopkins y Jolley, 2015); las grandes cantidades de fertilizantes nitrogenados usados en el mundo alteran el ciclo biogeoquímico del N y provocan contaminación de NO3 - en aguas, sistemas costeros (Steffen et al., 2015) y cuencas hidrológicas (Ouyang et al., 2019; Rojas-Rodríguez, Coronado, Rossetti, y Beltrán, 2020), por ello, es necesario optimizar la eficiencia en el uso (EU) del N (Zhang et al., 2015; Abenavoli et al., 2016; Du, Cao, Liu, Gu y Cao, 2017), de P y K (Nieves-Cordones, Rubio y Santa-Maria, 2020). Estimaciones indican que 45% al 55 % del N aportado a los suelos se pierde (Mahmud, Panday, Mergoum y Missaoui, 2021), por lo que es necesario reducir la aplicación de fertilizantes nitrogenados y seleccionar plantas con mejor EU de N (Hirel, Le Gouis, Ney y Gallais, 2007). La absorción de N y su utilización por las plantas es afectada por el Mg debido a que este elemento participa en procesos de fotosíntesis, producción y distribución de asimilados (Cakmak y Kirkby, 2008; Grzebisz, 2013). Yousaf et al. (2021) reportaron que el crecimiento, rendimiento y los contenidos nutrimentales del rábano (Raphanus sativus L.) fueron afectados por diferentes tratamientos de N y Mg. Peng et al. (2020) Mencionan que el Mg aumentó la absorción de N en soya (Glycine max L.), al promover la absorción de nitrato. Grzebisz (2013) revisó literatura sobre el Mg en la eficiencia de absorción de N (EAN) en cereales, maíz y remolacha desarrollados en suelo, y concluyó que el Mg ejerció un efecto positivo en la EAN cuando el suministro de N por el suelo, y por los fertilizantes, fue deficiente y el aporte de Mg fue alto. Se han hecho estudios sobre la EU de los nutrimentos en pepino (Tüzel, Irget, Güll, Tuncay y Eltez, 1999; Suojala, Salo, Pulkkinen y Tikanmäki, 2005; Singh, Singh y Singh, 2019) y tomate (Ojodeagua et al., 2008; Abenavoli et al., 2016; Du et al., 2017).
Una alternativa para eficientar la EU de nutrimentos, es utilizar sistemas hidropónicos cerrados, donde la solución nutritiva (SN) se reutiliza y se reduce el uso de nutrimentos, sin afectar el rendimiento (Sánchez, González, Moreno, Pineda y Reyes, 2014; De la Rosa et al., 2016). A nivel global, son escasas las investigaciones sobre el efecto conjunto del Mg y del N en las plantas, mientras que en México no se encontraron estudios sobre este tema. Por ello, el objetivo de este estudio fue evaluar tres relaciones Mg2+/cationes (K+, Ca2+ y Mg2+), y tres relaciones NO3 -/aniones (NO3 -, H2PO4 - y SO4 2-, sobre el crecimiento, composición mineral, eficiencia de uso de nutrimentos y el rendimiento de pepino en sistema hidropónico cerrado.
Materiales y Métodos
El estudio se realizó en invernadero tipo multitunel con ventila cenital fija y mallas antiáfidos en las paredes laterales, localizado en la Facultad de Agronomía en Culiacán, Sinaloa, México a 24° 37’ 29” N, 107° 24´ 30” O, y 38 m de altitud, con temperatura promedio de 19 °C y humedad relativa media 67%. Semillas de pepino (Cucumis sativus cv. Poinsett 76) fueron sembradas en charolas de poliestireno de 128 cavidades con volumen individual de 35 cm3 llenadas con turba Sphagnum parda (Kekkila Professional). En los primeros siete días, los riegos aplicados fueron con agua destilada; una vez emergidas las plantas, y hasta 10 días posteriores, las plantas se regaron con la solución universal de Steiner diluida al 50% de su concentración normal. Posteriormente, y hasta el trasplante 30 días después de la siembra (dds) se regaron con la solución nutritiva (SN) al 100%. La SN se preparó con fertilizantes y agua destilada y se añadieron las concentraciones de micronutrimentos (mg L-1) siguientes: Fe 2, Mn 1.1, B 1.2, Cu 0.1, Zn 1.6 y Mo 0.04. Las plantas se trasplantaron a un sistema hidropónico en circuito cerrado, integrado por 108 recipientes de plástico con capacidad de 20 L cada uno, pintados de color negro; 54 recipientes contenían 15 L de turba como sustrato y los 54 restantes contenían 10 L de SN de los tratamientos correspondientes. El diseño experimental fue completamente al azar con arreglo factorial de tratamientos 32 y seis repeticiones, para un total de 54 unidades experimentales, donde cada unidad experimental consistió de una planta de pepino por cada recipiente con sustrato. Se aplicó riego diario a la turba y diariamente se repuso el agua evapotranspirada, mediante aforo con agua de riego, sin ajustar el pH de las SN, las cuales se renovaron cada 14 días hasta finalizar el trabajo. Los recipientes con sustrato se colocaron en bancas con altura de 50 cm y largo de 5 m; la separación entre bancas fue de 1.2 m; la distancia entre plantas en las bancas fue de 0.4 m. Los tratamientos estudiados fueron nueve SN provenientes de la combinación de tres relaciones (20/100, 40/100 y 60/100) porcentuales Mg2+/cationes (K+, Ca2+ y Mg2+) y tres relaciones (40/100, 60/100 y 80/100) porcentuales NO3 -/aniones (NO3 -, H2PO4 - y SO4 2-). Las SN se diseñaron a partir de modificaciones de la solución universal de Steiner (1984), y consistieron en variar la concentración de Mg2+ con respecto a K+ y Ca2+ y la concentración de NO3 - con relación a H2PO4 - y SO4 2-. En el Cuadro 1 se presenta la composición química de las SN, una vez que fueron calculadas y ajustadas a un potencial osmótico de -0.072 MPa, de acuerdo a los lineamientos propuestos por Steiner (1984). Las SN se prepararon con agua de riego con CE de 0.3 dS m-1 y pH de 7, clasificada C1S1 (riesgo bajo de salinización y sodificación) (Ayers y Westcot, 1985), considerando en la formulación de las SN los nutrimentos presentes en el agua. Como fuentes de nutrimentos se usaron fertilizantes comerciales. Al final de la cosecha (108 dds), se cortaron las plantas de cada unidad experimental, se seccionaron en sus diferentes órganos y se secaron a 70 °C hasta peso constante. El material seco se molió y se pasó por un tamiz de 0.5 mm de diámetro; para cuantificar la concentración nutrimental en hojas, tallos y frutos, a los órganos vegetales se les realizó digestión seca a 500 °C durante tres horas y el análisis de potasio, calcio y magnesio se hizo por absorción atómica (Motsara y Roy, 2008).
Cuadro 1: Composición química de las soluciones nutritivas empleadas en la producción de pepino hidropónico.
Table 1: Chemical composition of nutrient solutions used in hydroponic cucumber production.
| Relación | K+ | Ca2+ | Mg2+ | NO3 - | H2PO4 - | SO4 2- | |
| Mg2+/NO3 - | - - - - - - - - - - - - - - - -molc m-3 - - - - - - - - - - - - - - - | ||||||
| 20/40 | 7.43 | 9.56 | 4.25 | 8.50 | 1.59 | 11.15 | |
| 20/60 | 7.00 | 9.00 | 4.00 | 12.00 | 1.00 | 7.00 | |
| 20/80 | 6.61 | 8.50 | 3.78 | 15.12 | 0.47 | 3.31 | |
| 40/40 | 5.75 | 7.40 | 8.77 | 8.77 | 1.64 | 11.51 | |
| 40/60 | 5.41 | 6.95 | 8.24 | 12.36 | 1.03 | 7.21 | |
| 40/80 | 5.10 | 6.56 | 7.77 | 15.55 | 0.49 | 3.40 | |
| 60/40 | 3.96 | 5.09 | 13.58 | 9.06 | 1.70 | 11.89 | |
| 60/60 | 3.72 | 4.78 | 12.74 | 12.74 | 1.06 | 7.43 | |
| 60/80 | 3.50 | 4.50 | 12.00 | 16.00 | 0.50 | 3.50 | |
El N se determinó por el procedimiento semi-micro Kjeldhal modificado para incluir nitratos (Etchevers, 1987). Se realizaron siete cortes de frutos y en cada corte se registró el número, peso, largo y diámetro de los frutos. La eficiencia de uso de nutrimentos se determinó mediante el cociente kg de nutrimento aplicado/tonelada de pepino producida. El análisis de los datos incluyó ANDEVA y comparación de medias (P ≤ 0.05) para los factores principales y para su interacción, mediante el sistema computacional Statistical Analysis System versión 9.4 (SAS Institute, 2013). Se realizó un análisis de regresión lineal múltiple, con el programa Design Expert, versión 11 (StatEase, 2018), para generar los modelos, y predecir las concentraciones de N, Mg y K en hojas, y la eficiencia promedio en el uso de nutrimentos, en función de los niveles de los factores NO3 -/aniones y Mg2+/cationes en la SN.
Resultados y Discusión
Concentración nutrimental en órganos vegetales
La interacción fue significativa para las combinaciones Mg y N en la SN y las concentraciones de N y Mg en hojas de pepino (Cuadro 2). En contraste, hubo efecto principal del factor Mg en la concentración de K en hojas. La relación NO3 - (40, 60 y 80/100) aumentó (P ≤ 0.05) la concentración de N en hojas en las relaciones 20 Mg2+ y 60 Mg2+; los mayores valores de N (3.0 y 2.6%) se obtuvieron con 20/80 y 60/80 Mg2+/ NO3 -, mientras que el menor valor (1.7% N) con 60/40 Mg2+/ NO3 -. En general, las concentraciones de N en hojas fueron menores con la relación 40/100 NO3 -, independientemente de la relación Mg2+. Fageria (2001) indica que reducción del suministro de N afecta el crecimiento, consecuentemente la demanda por N se reduce, así como las concentraciones del N en las plantas. El aumento en la concentración de Mg en hojas debido a la relación Mg2+ de la SN, se presentó dentro de cada conjunto de tres SN con diferente relación NO3 - (Cuadro 2); las mayores concentraciones de Mg se obtuvieron con 60/100 Mg2+ y las menores con 20/100 Mg2+, atribuido a la mayor concentración de Mg en estas soluciones, lo que favoreció su absorción. Ruan et al., (2012) reportaron que concentraciones de Mg en la SN aumentaron la concentración de este elemento en hojas de té (Camellia sinensis L.), girasol (Helianthus annuum L.) (Rao, Sharp y Boyer, 1987), haba (Vicia faba L.) (Neuhaus, Geilfuis y Mühling, 2014) y maíz (Jesek, Geilfus, Bayer y Mühling, 2015). Los modelos de regresión estimados para predecir las concentraciones de N y Mg en hojas, usando la codificación de los factores NO3 - y Mg2+ (Cuadro 9) son: % N = 2.21 - 0.417 A1 + 0.0278 A2 + 0.05 B1 - 0.078 B2 - 0.089 A1B1 - 0.233 A2B1 + 0.222 A1B2 + 0.028 A2B2, con coeficiente de determinación (R2) igual a 0.706, que explica 70.6 % la variabilidad de los datos. Con base a este modelo, aumentos en la relación NO3 - en la SN incrementaron la concentración de N en hojas; las interacciones A1B1, A2B1 redujeron dicha concentración y las combinaciones A1B2 y A2B2 la aumentaron. El modelo para Mg es: 1.28 + 0.064 A1 - 0.094 A2 - 0.484 B1 - 0.020 B2 - 0.043 A1B1 + 0.035 A2B1 - 0.136 A1B2 + 0.189 A2B2, y R2 = 0.742; las combinaciones A2B2 y A2B1 aumentaron la concentración de Mg en hojas, respecto al valor promedio y A1B1 la redujo. Las concentraciones de K en las hojas fueron reducidas (P ≤ 0.05) con los aumentos de la relación Mg2+ en la SN (Cuadro 2), por el antagonismo del Mg con el K, que provocó aumento de Mg y reducción de K en hojas, lo que coincide con Fageria (2001), Kleiber et al. (2012) y Jesek et al., (2015), quienes reportaron dicho antagonismo en plantas de arroz, cebolla y maíz respectivamente, y difiere de Senbayram, Gransee, Wahle y Thiel (2015), los cuales, indican que concentraciones altas de Mg en la solución del suelo, no alteran la absorción de K por las plantas, debido al desarrollo de sistemas específicos de transporte de K, en las células. Xie, Cakmak, Wang, Zhang y Guo (2021) indican que el antagonismo del Mg sobre el K es menor que el de K sobre Mg, por ello es necesario usar un balance adecuado entre estos dos nutrimentos, especialmente en especies de plantas con alta demanda de potasio.
Cuadro 2: Efectos principales e interacciones de las relaciones NO3 - /aniones y Mg2+/cationes en la solución nutritiva y las concentraciones de N, K, Ca y Mg en hojas de pepino.
Table 2: Main effects and interactions of NO3 - /anions and Mg2+/cations ratios in the nutrient solution and N, K, Ca and Mg concentrations in cucumber leaves.
| Factor | N | K | Ca | Mg |
| - - - - - - - - - - - - - - - % - - - - - - - - - - - - - - - | ||||
| Relación porcentual deMg2+/cationes | ||||
| 20/100 | 2.3 a | 2.6 a | 4.0 a | 0.80 c |
| 40/100 | 2.1 a | 2.3 b | 4.5 a | 1.26 b |
| 60/100 | 2.2 a | 1.3 c | 4.1 a | 1.79 a |
| Relación porcentual deNO3 -/aniones | ||||
| 40/100 | 1.8 c | 2.1 a | 4.0 a | 1.35 a |
| 60/100 | 2.2 b | 2.0 a | 4.1 a | 1.13 b |
| 80/100 | 2.6 a | 2.1 a | 4.4 a | 1.31 a |
| Mg2+/cationes × NO3 -/aniones | ** | NS | NS | * |
| 20/100 × 40/100 | 1.8 d | - | - | 0.8 d |
| 20/100 × 60/100 | 2.1 bcd | - | - | 0.7 d |
| 20/100 × 80/100 | 3.0 a | - | - | 0.8 d |
| 40/100 × 40/100 | 1.9 cd | - | - | 1.2 cd |
| 40/100 × 60/100 | 2.2 bcd | - | - | 1.4 bc |
| 40/100 × 80/100 | 2.3 bc | - | - | 1.2 cd |
| 60/100 × 40/100 | 1.7 d | - | - | 2.0 a |
| 60/100 × 60/100 | 2.5 ab | - | - | 1.5 bc |
| 60/100 × 80/100 | 2.6 ab | - | - | 1.9 ab |
Medias con letras iguales en cada columna y cada factor, son estadísticamente iguales (Tukey P ≤ 0.05). NS = no significativo: * (P ≤ 0.05), ** (P ≤ 0.01).
Means with the same letters in each column and each factor are statistically equal (Tukey P ≤ 0.05). NS = not significant: * (P ≤ 0.05), ** (P ≤ 0.01).
El modelo de regresión para K en hojas = 2.07 + 0.51B1 + 0.18B2, con R2 = 0.71 y CV = 16.3 %, donde se refleja que al aumentar de 20 a 40 y de 20 a 60 la relación Mg2+ la concentración de K se reduce 12.8 y 33.3%, por el antagonismo de Mg sobre K. Respecto a las concentraciones nutrimentales en tallos, los factores Mg2+ y NO3 - fueron diferentes (P ≤ 0.05) para las concentraciones de N, K y Mg (Cuadro 3); las menores concentraciones de N y Mg se obtuvieron con la menor relación Mg2+/cationes (20/100), en contraste se obtuvo la mayor concentración de K; de forma similar, que en hojas, el antagonismo del Mg sobre K se presentó en los tallos, ya que al aumentar a 40 y 60% la relación Mg2+ en la SN, las concentraciones de K en fueron reducidas significativamente; las mayores concentraciones de N y Mg en tallos fueron obtenidas con 80/100, NO3 -/aniones, aunque esta relación redujo la concentración de K en los tallos; la concentración de Mg en los frutos fue alterada por la relación Mg2+, mientras que la relación NO3 - fue diferente para la concentración de N en dicho órgano; los mayores valores en frutos (0.26% Mg y 2.3% N) se obtuvieron con la relación 60% Mg2+, y 80% NO3 -, respectivamente (Cuadro 4).
Cuadro 3: Efecto de los factores Mg2+/cationes y NO3 - /aniones en la solución nutritiva y las concentraciones de N, K, Ca y Mg en tallos de pepino.
Table 3: Effect of Mg2+/cations and NO3 - /anions factors on nutrient solution and N, K, Ca and Mg concentrations in cucumber stems.
| Factor | N | K | Ca | Mg |
| Relación porcentual deMg2+/cationes | ||||
| 20/100 | 1.6 b | 4.0 a | 1.1 a | 0.34 b |
| 40/100 | 1.7 ab | 3.4 b | 1.1 a | 0.44 a |
| 60/100 | 1.8 a | 2.4 c | 1.0 a | 0.51 a |
| Relación porcentual deNO3 -/aniones | ||||
| 40/100 | 1.3 c | 3.3 b | 1.1 a | 0.45 a |
| 60/100 | 1.7 b | 3.9 a | 1.1 a | 0.37 b |
| 80/100 | 2.1 a | 3.0 b | 1.0 a | 0.47 a |
| Mg2+/cationes × NO3 -/aniones | NS | NS | NS | NS |
Medias con letras iguales en cada columna y cada factor, son estadísticamente iguales (Tukey P ≤ 0.05). NS = no significativo.
Means with the same letters in each column and each factor are statistically equal (Tukey P ≤ 0.05). NS = not significant.
Cuadro 4: Efectos de los factores Mg2+/cationes y NO3 - /aniones en la solución nutritiva y las concentraciones de N, K, Ca y Mg en frutos de pepino.
Table 4: Effects of factors Mg2+/cations and NO3 - /anions in the nutrient solution and the concentrations of N, K, Ca and Mg cucumber fruits.
| Factor | N | K | Ca | Mg |
| Relación porcentual deMg2+/cationes | ||||
| 20/100 | 2.1 a | 2.91 a | 0.14 a | 0.11 b |
| 40/100 | 2.1 a | 2.73 a | 0.15 a | 0.19 ab |
| 60/100 | 2.3 a | 2.95 a | 0.17 a | 0.26 a |
| Relación porcentual de NO3 -/aniones | ||||
| 40/100 | 2.0 b | 2.9 a | 0.18 a | 0.20 a |
| 60/100 | 2.2 ab | 2.9 a | 0.12 a | 0.15 a |
| 80/100 | 2.3 a | 2.9 a | 0.17 a | 0.22 a |
| Mg2+/cationes × NO3 -/aniones | NS | NS | NS | NS |
Medias con letras iguales en cada columna y cada factor, son estadísticamente iguales (Tukey P ≤ 0.05). NS = no significativo.
Means with the same letters in each column and each factor are statistically equal (Tukey P ≤ 0.05). NS = not significant.
Con la SN de 60/100 Mg2+ se obtuvo 0.26% Mg en frutos, equivalente a 2600 mg kg-1 de pepino seco; en el presente trabajo el peso medio de fruto fresco fue de 313 g con 5 % de materia seca, y aporte potencial de 40 mg de Mg por pepino, por lo que aumentar el contenido de Mg en los pepinos, contribuye a mejorar la calidad nutricional, ya que a nivel global la deficiencia de Mg en las personas es común, por ejemplo, dos terceras partes de adultos evaluados en Estados Unidos e Inglaterra consumen menos de los requerimientos diarios de Mg (420 mg día-1 para hombres y 320 mg día-1 para mujeres) (IOM, 1997; Rosanoff et al., 2012).
Eficiencia en el uso de nutrimentos
La interacción de la relación porcentual de Mg2+/cationes × relación porcentual de NO3 -/aniones fue significativa para las eficiencias de N, Mg, K, Ca, S y P (Cuadro 5), las mayores eficiencias de N en las tres relaciones Mg2+ (20, 40 y 60/100) se obtuvieron con 40 (2.8, 2.8 y 4.0) y 60 NO3 - (2.8, 4.4 y 4.4) y las menores con 80 NO3 - (4.5, 6.2 y 5.9) (Cuadro 5), lo cual coincide parcialmente con Min, Zhao, Shi, Xing y Zhu (2011)) y Du et al. (2017) quienes reportaron menor eficiencia de N a medida que aumenta la cantidad de N aportada, aunque ellos no evaluaron la interacción de N con Mg; de forma similar, las eficiencias menores de Mg (5.0, 3.6 y 3.7 kg Mg-1) se obtuvieron con 60/100 Mg2+ en cada conjunto de las relaciones NO3 - (40, 60 y 80/100) y las mayores eficiencias (1.0, 0.7 y 0.8) con 20/100 Mg2+ combinadas con 40 NO3 -, 60 NO3 - y 80 NO3 -; con la combinación 20/100 Mg2+ y 60/100 NO3 - se obtuvo la mayor eficiencia de K (4.3) y la menor (6.5) con 40/100 NO3 -; (Cuadro 5); las eficiencias mayores de Ca (2.4, 1.7 y 1.7 kg Mg-1) fueron obtenidas con 60/100 Mg2+ combinadas con (40, 60 y 80/100) NO3 -1, lo cual puede atribuirse a que en la formulación química de estas combinaciones, las concentraciones de Ca son menores, ya que alta relación de Mg (60/100) en la SN, implica menor concentración de Ca, respecto al Mg (Steiner, 1984); las mayores eficiencias de S (1.0, 1.4 y 1.3 kg Mg-1) y P (0.3, 0.4 y 0.4 kg Mg-1) (Cuadro 5) fueron obtenidas con 80 NO3 -, dentro de cada relación Mg2+ (20, 40 y 60/100), debido a que alta relación de NO3 -1 requiere reducir los porcentajes de P y SO4 2- en la SN (Steiner, 1984). Singh et al. (2019) reportaron las siguientes eficiencias para pepino cultivado en sustrato e invernadero S>P>Mg>N>Ca>K. Grewal, Maheshwari y Parks (2011) mencionan eficiencias, en orden decreciente, Mg>P>Ca>N>K para pepino hidropónico. En el presente estudio, las eficiencias promedio fueron P>Mg>S=Ca>N>K. Con base a datos reportados por Sánchez et al. (2014) en pepino, la eficiencia promedio obtenida para N, P y K fue 7.9, 1.7 y 10.1 kg Mg-1 de fruto, respectivamente. Suojala et al. (2005) reportaron absorción de 1.2-1.4 kg N, 0.28-0.35 kg P y 2.2 kg K por tonelada de pepino. Alejo-Santiago et al. (2021) indican un requerimiento nutrimental de N 3.93, P 0.46, K 3.11, Ca 0.79 y Mg 1.3 kg Mg-1 de pepino persa cv. Reehan; mientras que en cv. Khassib fue N 5.87, P 0.49, K 3.11, Ca 0.85 y Mg 1.54 kg Mg-1. En el Cuadro 6 se indican los modelos de regresión lineal múltiple de las eficiencias de los nutrimentos (kg Mg-1) de pepino, los cuales permiten predecir las eficiencias para cada uno de los nutrimentos, considerando los datos del Cuadro 9.
Cuadro 5: Efectos principales e interacciones de las relaciones Mg2+/cationes y NO3 - /aniones en la solución nutritiva y las eficiencias (kg nutrimento Mg-1 pepino) de N, Mg, S, K, Ca y P.
Table 5: Main effects and interactions of Mg2+/cations and NO3 - /anions ratios in the nutrient solution and efficiencies (kg nutrient Mg-1 cucumber) of N, Mg, S, K, Ca and P.
| Factor | N | Mg | S | K | Ca | P |
| - - - - - - - - - - - - - kg Mg-1 pepino - - - - - - - - - - - - - | ||||||
| Relación porcentual deMg2+/cationes | ||||||
| 20/100 | 3.3 b | 0.8 c | 2.2 b | 5.3 a | 3.1 a | 0.6 b |
| 40/100 | 4.5 a | 2.4 b | 2.7 b | 5.1 a | 2.9 a | 0.8 b |
| 60/100 | 4.8 a | 4.1 a | 3.3 a | 3.7 b | 1.9 b | 0.9 a |
| Relación porcentual deNO3 -/aniones | ||||||
| 40/100 | 3.2 c | 2.8 a | 4.6 a | 5.3 a | 3.0 a | 1.3 a |
| 60/100 | 3.9 b | 2.2 b | 2.4 b | 4.2 b | 2.4 b | 0.7 b |
| 80/100 | 5.5 a | 2.3 ab | 1.2 c | 4.6 ab | 2.6 b | 0.4 c |
| Mg2+/cationes × NO3 -/aniones | * | ** | ** | ** | ** | ** |
| 20/100 × 40/100 | 2.8 d | 1.0 d | 4.9 bc | 6.5 a | 3.9 a | 1.1 bc |
| 20/100 × 60/100 | 2.8 d | 0.7 d | 1.7 de | 4.3 bc | 2.5 bc | 0.5 de |
| 20/100 × 80/100 | 4.5 bc | 0.8 d | 1.0 e | 5.2 ab | 3.0 ab | 0.3 e |
| 40/100 × 40/100 | 2.8 d | 2.3 c | 4.0 b | 4.9 abc | 2.8 b | 1.2 b |
| 40/100 × 60/100 | 4.4 c | 2.4 c | 2.8 d | 5.1 ab | 2.9 b | 0.8 cd |
| 40/100 × 80/100 | 6.2 a | 2.5 c | 1.4 e | 5.3 ab | 3.0 ab | 0.4 e |
| 60/100 × 40/100 | 4.0 cd | 5.0 a | 5.8 a | 4.5 bc | 2.4 bc | 1.6 a |
| 60/100 × 60/100 | 4.4 c | 3.6 b | 2.8 cd | 3.3 c | 1.7 c | 0.8 cd |
| 60/100 × 80/100 | 5.9 ab | 3.7 b | 1.3 e | 3.3 c | 1.7 c | 0.4 e |
Medias con letras iguales en cada columna y cada factor, son estadísticamente iguales (Tukey P ≤ 0.05). * (P ≤ 0.05), ** (P ≤ 0.01).
Means with equal letters in each column and each factor are statistically equal (Tukey P ≤ 0.05). * (P ≤ 0.05), ** (P ≤ 0.01).
Cuadro 6: Modelos de regresión lineal múltiple para las eficiencias de los nutrimentos (kg Mg-1) de pepino.
Table 6: Multiple linear regression models for nutrient efficiencies (kg Mg-1) of cucumber.
| Nutrimento | CV | R2 | Modelo |
| N | 18.6 | 0.74 | N = 4.19 - 1.01A1 - 0.324A2 - 0.852B1 + 0.270B2 + 0.418A1B1 - 0.226A2B1 - 0.670A1B2 + 0.268A2B2 |
| Mg | 23.7 | 0.87 | Mg = 2.44 + 0.320A1 - 0.207A2 - 1.59B1 - 0.074B2 - 0.148A1B1 + 0.063A2B1 - 0.431A1B2 + 0.196A2B2 |
| S | 23.4 | 0.87 | S = 2.74 + 1.86A1 - 0.324A2 - 0.519B1 - 0.030B2 -0.115A1B1 - 0.165A2B1 - 0.537A1B2 + 0.363A2B2 |
| K | 18.6 | 0.58 | K = 4.7 + 0.582A1 - 0.478A2 + 0.615B1 + 0.387B2 + 0.557A1B1 - 0.515A2B1 - 0.798A1B2 + 0.446A2B2 |
| Ca | 18.9 | 0.66 | Ca = 2.65 + 0.361A1 - 0.278B2 + 0.483B1 + 0.228B2 + 0.356A1B1 - 0.322A2B1 - 0.456A1B2 + 0.267A2B2 |
| P | 22.9 | 0.87 | P = 0.783 + 0.511A1 - 0.094A2 - 0.144B1 - 0.006B2 - 0.033A1B1 - 0.044A2B1 - 0.139A1B2 + 0.100A2B2 |
Extracción Nutrimental
La relación NO3 - afectó (P ≤ 0.05) las extracciones nutrimentales de N, K, Ca y Mg, mientras que la relación Mg2+ fue diferente para N, K y Mg, igualmente la interacción NO3 - × Mg2+ modificó estadísticamente la extracción de Mg (Cuadro 7); las SN con relaciones 60 NO3 -y 20 Mg2+ presentaron las mayores extracciones, excepto el Mg, lo cual fue reflejo del mayor rendimiento de pepino obtenido con estos tratamientos; la relación Mg2+, aumentó la extracción de Mg por las plantas, en las relaciones 40 y 80/100 NO3 -, donde las mayores extracciones de Mg (33.2 kg ha-1 y 32.7 kg ha-1) se obtuvieron con 60/40 y 60/80 Mg2+/ NO3 -, atribuida a la mayor proporción de Mg en la SN, y las menores (14.2 kg Mg ha-1 y 16.8 kg Mg ha-1) con 20/40 y 20/80 Mg2+/ NO3 - (Figura 1). La extracción de los nutrimentos en orden decreciente fue: K > N > Ca > Mg; este patrón de extracción coincide con Vargas, Castillo, Pineda, Ramírez y Avitia (2014) en tomate, Azofeifa y Moreira (2008) en chile jalapeño, y es parecido (N > K > Ca > Mg) a lo reportado en chile de agua (Capsicum annuum L.) por Valentín, Castro, Rodríguez y Pérez (2013). En términos generales, la extracción de nutrimentos por las plantas está relacionada con la producción de materia seca (MS), de tal manera que a mayor producción de MS más extracción de nutrimentos.
Table 7: Nutrients extraction (kg ha-1) of cucumber plants in a closed hydroponics system.
| Factor | Relación porcentual | N | K | Mg | Ca |
| NO3 -/aniones | 40/100 | 89.1 b | 129.6 ab | 23.0 a | 54.9 b |
| 60/100 | 107.6 a | 146.5 a | 18.1 b | 58.1 ab | |
| 80/100 | 102.6 ab | 114.8 b | 23.7 a | 65.3 a | |
| Mg2+/cationes | 20/100 | 112.7 a | 160.4 a | 15.4 c | 57.8 a |
| 40/100 | 91.0 b | 118.5 b | 21.5 b | 63.6 a | |
| 60/100 | 95.6 b | 112.1 b | 27.9 a | 57.0 a | |
| NO3 -/aniones × Mg2+/cationes | NS | NS | ** | NS | |
Medias con letras iguales en cada columna y cada factor, son estadísticamente iguales (Tukey P ≤ 0.05). NS = no significativo.
Means with the same letters in each column and each factor are statistically equal (Tukey P ≤ 0.05). NS = not significa
Rendimiento y sus componentes
El número de frutos (NF) y el rendimiento de frutos (RF) presentaron diferencias por la interacción de los factores Mg2+ y NO3 - (Cuadro 8); los mayores valores de ambas variables (17.3 NF y 115.1 Mg frutos ha-1) se obtuvieron con la combinación 20/100 Mg2+ y 60/100 NO3 - y los menores (12.8 NF y 83.9 Mg frutos ha-1) con 20/100 Mg2+ y 40/100 NO3 -; debido a que el peso medio de frutos (PMF) no fue afectado por los factores en estudio, ni por la interacción (Cuadro 8), las diferencias en el rendimiento fueron determinados por el NF. En el presente estudio, las SN tienen similar potencial osmótico y diferentes proporciones relativas de cationes y aniones, por lo que al tener la misma concentración iónica total (30 mg ión L-1), la respuesta de las plantas a las SN depende de las proporciones de los componentes, por ello, alta proporción de Mg2+ (40 y 60/100) combinadas con baja (40/100) o alta (80/100) relación NO3 - redujeron los valores del NF y RF, comparados con 20/100 Mg2+ y 60/100 NO3 -. Steiner (1980), reporta que una relación extrema de Mg2+ (64/100) redujo 13% la producción de lechuga y menciona que en SN con diversas relaciones mutuas entre los aniones NO3 -:H2PO4 -:SO4 2- y los cationes K+: Ca2+: Mg2+, las plantas crecen sin limitantes nutricionales, ya que tienen la capacidad de seleccionar los iones, en una determinada relación mutua, y aún con relaciones extremas, habrá poco efecto en la producción. Sin embargo, en el presente estudio los rendimientos obtenidos con 20/100 Mg2+ y 40/100 NO3 - u 80/100 NO3 - fueron 27 % y 20.6 % menores, respecto a 20/100 Mg2+ y 60/100 NO3 -, lo que indicaría que esta solución nutritiva tiene balance adecuado en sus iones para cubrir los requerimientos de las plantas. Wang et al. (2020) reportan que la aplicación de Mg a cultivos producidos en suelos, aumentó 8.5 % en promedio el rendimiento, comparado con la no aplicación de este elemento, aunque en suelos con contenidos de Mg intercambiable intermedio y alto no hubo diferencias. Los modelos de regresión para las variables NF y rendimiento, con los factores NO3 -/aniones y Mg2+/cationes codificados (Cuadro 9) son: NF = 12.46 - 0.740A1 + 1.43A2 + 2.15B1 -0.796B2 -1.04A1B1 + 1.30A2B1 + 1.91A1B2 - 1.26A2B2, con R2 =0.549, que explica el 54.9% de la variabilidad del NF, mientras que el modelo para rendimiento (Mg ha-1) = 81.24 - 4.83A1 + 9.27A2 + 15.53B1 - 5.73B2 - 8.04A1B1 + 9.02A2B1 + 12.85A1B2 - 8.09A2B2, y R2=0.57. De acuerdo al modelo para NF las combinaciones A2B1 y A1B2 fueron positivas debido a que aumentaron el NF comparado con el promedio de los efectos individuales, en cambio para A2B2 la interacción fue negativa; mientras que para el modelo de rendimiento, las relaciones 60/100 NO3 - y 20/100 Mg2+ tienen el mayor efecto principal sobre esta variable, y las combinaciones 60/100 NO3 - × 20/100 Mg2+, y 40/100 NO3 - × 40/100 Mg2+, interactúan en sinergia al aumentar el rendimiento, comparado al rendimiento individual; en contraste, las combinaciones 40/100 NO3 - y 20/100 Mg2+, y 60/100 NO3 - y 40/100 Mg2+ fueron antagonistas al reducir el rendimiento. El rendimiento predicho para cada tratamiento puede ser estimado sustituyendo en el modelo la codificación respectiva dada en el (Cuadro 9).
Cuadro 8: Efectos principales e interacciones de las relaciones Mg2+/cationes y NO3 - /aniones en la solución nutritiva y el número de frutos (NF), diámetro de frutos (DF), largo de frutos (LF), peso medio de frutos (PMF) y el rendimiento de frutos (RF).
Table 8: Main and interactions effects of Mg2+/cations and NO3 - /anions ratios in nutrient solution and number of fruits (NF), fruit diameter (DF), fruit length (LF), mean fruit weight (PMF) and fruit yield (RF).
| Factor | NF | DF | LF | PMF | RF |
| cm | cm | g | Mg ha-1 | ||
| Relación porcentual de Mg2+/cationes | |||||
| 20/100 | 14.6 a | 5.0 a | 21.7 a | 318.6 a | 96.8 a |
| 40/100 | 11.7 b | 4.9 a | 21.6 a | 311.2 a | 75.5 b |
| 60/100 | 11.1 b | 4.9 a | 21.3 a | 308.6 a | 71.4 b |
| Relación porcentual de NO3 -/aniones | |||||
| 40/100 | 11.7 c | 4.9 a | 21.3 a | 313.8 a | 76.4 b |
| 60/100 | 13.9 a | 4.9 a | 21.4 a | 312.2 a | 90.5 a |
| 80/100 | 11.8 b | 4.9 a | 21.9 a | 312.4 a | 76.8 b |
| Mg2+/cationes × NO3 -/aniones | ** | NS | NS | NS | ** |
| 20/100 × 40/100 | 12.8 bc | - | - | - | 83.9 bc |
| 20/100 × 60/100 | 17.3 a | - | - | - | 115.1 a |
| 20/100 × 80/100 | 13.7 ab | - | - | - | 91.4 ab |
| 40/100 × 40/100 | 12.8 bc | - | - | - | 83.5 bc |
| 40/100 × 60/100 | 11.8 bc | - | - | - | 76.7 bc |
| 40/100 × 80/100 | 10.3 bc | - | - | - | 66.3 bc |
| 60/100 × 40/100 | 9.5 c | - | - | - | 61.8 c |
| 60/100 × 60/100 | 12.5 bc | - | - | - | 79.8 bc |
| 60/100 × 80/100 | 11.3 bc | - | - | - | 72.7 bc |
Medias con letras iguales en cada columna y cada factor, son estadísticamente iguales (Tukey P ≤ 0.05). ** (P ≤ 0.01); NS = no significativo.
Means with the same letters in each column and each factor are statistically equal (Tukey P ≤ 0.05). ** (P ≤ 0.01); NS = not significant.
Conclusiones
La interacción de los factores relación Mg2+ y NO3 - en la solución nutritiva afectó (P ≤ 0.05) el número de frutos, el rendimiento de pepino, y las eficiencias en el uso de N, Mg y K. Los mayores valores de estas variables se obtuvieron con la combinación 20/100 Mg2+ y 60/100 NO3 -; la aplicación de relaciones superiores provocó baja eficiencia de N, P y K e inferiores rendimientos. Por ello, es necesario suministrar a las plantas soluciones nutritivas balanceadas y considerar en la formulación las relaciones, proporciones y concentraciones de los iones.
