Estudio de los mecanismos de tolerancia y efectos del estrés salino en plantas ornamentales autóctonas y alóctonas para su uso en las distintas etapas de un sistema de cultivo en cascada

Zusammenfassung

La sobreexplotación y la intrusión marina en los acuíferos de Almería han originado un deterioro del agua utilizada debido a su salinización y al hecho de ser una zona vulnerable a la contaminación por nitratos asociado a una agricultura intensiva. Esta problemática es extensible a amplias regiones del mundo, con especial relevancia en zonas áridas. Se hace necesaria la búsqueda de soluciones para paliar esta problemática. La implantación de un sistema de cultivo en cascada cerrado, basado en la reutilización secuencial de los lixiviados de especies categorizadas por su tolerancia a la salinidad, en tiempo real, donde se integre la producción de plantas hortícolas y ornamentales autóctonas y alóctonas, puede suponer un gran ahorro de agua y fertilizantes y la prevención de la contaminación medioambiental asociado a un incremento productivo. En este contexto se plantea la siguiente hipótesis de trabajo: La producción de plantas ornamentales autóctonas y alóctonas bajo estrés salino para conocer su efecto en la morfo-fisiología de la planta y la optimización de un sistema de cultivo en cascada cerrado con plantas ornamentales. Para dar respuesta a esta hipótesis, los objetivos generales de esta Tesis Doctoral fueron profundizar en el conocimiento de los mecanismos de tolerancia y efectos del estrés salino en varias especies ornamentales fertirrigadas con aguas de mala calidad (elevadas CE) y de los lixiviados generados por las mismas teniendo en cuenta las extracciones del cultivo y, por otra parte, evaluar un sistema de cultivo en cascada basado en la reutilización total de los lixiviados en especies ornamentales. Para desarrollar los objetivos generales se establecieron tres objetivos específicos: 1º) determinar el efecto de diferentes niveles de salinidad en el fertirriego a nivel de la biomasa, contenido mineral de nutrientes, mecanismos de tolerancia a la salinidad desarrollados y cambios fisiológicos en plantas alóctonas (Aloe vera, Kalanchoe blossfeldiana y Gazania splendens) y autóctonas (Lavandula multifida y Sarcocornia fruticosa), 2º) determinar el efecto de diferentes niveles de salinidad en el fertirriego a nivel de la caracterización química de los lixiviados resultantes, así como de la eficiencia en el uso del agua y nutrientes de las plantas alóctonas y autóctonas comentadas anteriormente y 3º) optimizar la metodología de la implantación de un sistema de cultivo en cascada con plantas ornamentales, así como el efecto de la irrigación con lixiviados a nivel de biomasa y contenido mineral de nutrientes en las especies empleadas en el sistema de cultivo en cascada. Para conseguir los objetivos se desarrollaron un total de 2 ensayos en un invernadero monotúnel de la Universidad de Almería con sistema de sombreo estático y sistema de humidificación. El primer ensayo se realizó para determinar el efecto de diferentes niveles de salinidad en el fertirriego a nivel de la biomasa, contenido mineral de nutrientes, mecanismos de tolerancia a la salinidad desarrollados y cambios fisiológicos en plantas alóctonas (Aloe vera, Kalanchoe blossfeldiana y Gazania splendens) (Capítulo IV) y autóctonas ((Lavandula multifida) (Capítulo V), Sarcocornia fruticosa (Capítulo VI)). Este primer ensayo también fue llevado a cabo para determinar el efecto de diferentes niveles de salinidad en el fertirriego a nivel de la caracterización química de los lixiviados resultantes, así como de la eficiencia en el uso del agua y nutrientes de las plantas alóctonas (Aloe vera, Kalanchoe blossfeldiana y Gazania splendens) (Capítulo VII) y autóctonas ((Lavandula multifida) (Capítulo VIII), Sarcocornia fruticosa (Capítulo IX)). El segundo ensayo se realizó para determinar el efecto de la irrigación con lixiviados a nivel de biomasa y contenido mineral de nutrientes en Maytenus senegalensis (Capítulo X) y Juncus acutus (Capítulo XI) y la optimización de la metodología de implantación de un sistema de cultivo en cascada con estas plantas ornamentales (Capítulo XII). Los resultados del primer ensayo mostraron que la fertirrigacion con aguas de elevada CE produjo diferentes efectos a nivel de biomasa, contenido mineral de nutrientes, mecanismos de tolerancia a la salinidad y cambios fisiológicos dependiendo de la especie. Las plantas alóctonas mostraron un descenso de biomasa similar y una respuesta nutricional y el desarrollo de mecanismos de tolerancia a la salinidad dependientes de la especie: Aloe vera a través de la acumulación radicular de iones sodio y un descenso de la suculencia en las hojas, Kalanchoe blossfeldiana evitando la acumulación de iones sodio a través de la caída de hojas viejas y Gazania splendens a través de la acumulación radicular de iones cloro y sodio, secreción salina de ambos iones a través de las hojas, caída de hojas viejas y un incremento de la suculencia de las hojas. En el caso de las plantas autóctonas, Lavandula multifida fue capaz de tolerar hasta 60 mM de NaCl sin reducción de la biomasa y los principales de mecanismos empleados por esta especie para regular su contenido salino fueron la secreción de iones a través de las hojas, el incremento de la suculencia en las hojas y la caída de hojas viejas. De un modo similar, Sarcocornia fruticosa mantuvo la mayoría de sus procesos fisiológicos a 60 mM de NaCl sin una reducción significativa del peso seco y para evitar el estrés salino desarrolló los siguientes mecanismos de tolerancia salina: eliminación de iones cloro y sodio a través de la caída de artejos (unión de tallos y hojas) viejos y el incremento de la suculencia y una elevada selectividad en la absorción neta de potasio/sodio en los mismos. Del primer ensayo los resultados también demostraron que la fertirrigacion con aguas de elevada CE originaba una diferenciación en la caracterización química de los lixiviados, así como de la eficiencia en el uso del agua y nutrientes, dependientes de la especie estudiada. De las especies alóctonas, solo Aloe vera y Kalanchoe blossfeldiana disminuyeron su eficiencia en el uso del agua. El lixiviado generado por estas plantas alóctonas incrementó su CE y las concentraciones de NO3--N y P en el lixiviado superaron los niveles establecidos por las legislaciones medioambientales. En las especies autóctonas, la fertirrigación de Lavandula multifida con agua salinas no supuso una reducción en la eficiencia del uso del agua, pero sí que afectó a la absorción de nutrientes por parte de la planta e incrementó el volumen de lixiviado y las cantidades de nutrientes lixiviados. En el caso de Sarcocornia fruticosa tampoco hubo una disminución en la eficiencia del uso del agua, pero el fertirriego con aguas salinas incrementó el volumen del lixiviado y las concentraciones de nutrientes en los mismos por encima de los límites establecidos por las agencias medioambientales, repercutiendo en una menor eficiencia en la absorción de nutrientes por parte de la planta. Los resultados del segundo ensayo mostraron que la fertirrigación de Maytenus senegalensis con lixiviados sin dilución procedentes de un cultivo en cascada con plantas ornamentales, suponía un aumento de los parámetros de crecimiento de la especie y cambios a nivel nutricional. En el caso de Juncus acutus, especie situada al final de la cascada, se comprobó que la fertirrigación con lixiviados sin dilución suponía un incremento de la biomasa, así como de la absorción de N y P en las plantas. Finalmente, el estudio de la metodología de la implantación del sistema de cultivo en cascada demostró que la fertirrigación con lixiviado puro en un sistema cerrado suponía un aumento de la biomasa de las especies del sistema de cultivo, así como un ahorro en el uso de agua y de nutrientes frente a la fertirrigación con lixiviado diluido en un sistema cerrado o con una solución nutritiva estándar en un sistema abierto.