Fonte: Scientific Reports

O tomate é a cultura hortícola mais importante do mundo. Os rendimentos desta cultura são mais altos no sudeste da Espanha. Neste trabalho estudamos uma variedade comercial de tomate, com diferentes sistemas de cultivo sem solo (técnica de fluxo profundo, técnica de filme de nutrientes e substrato de perlita) e três níveis de salinidade (2,2, 6,3 e 10,2 dS·m−1) típicos de Sudeste da Espanha. O manejo da irrigação foi realizado para otimizar a eficiência do uso da água. Alterações no estado hídrico das plantas, toxicidade de Cl− e Na+ e desequilíbrios nutricionais alteraram o crescimento vegetativo e a fisiologia das plantas. A produtividade comercial foi afetada tanto pelo sistema de cultivo sem solo quanto pela salinidade. Em relação ao sistema de cultivo em solo, a produtividade diminuiu na ordem: técnica de fluxo profundo > perlita > técnica de filme de nutrientes. Os tratamentos de salinidade melhoraram a qualidade dos frutos aumentando os sólidos solúveis totais e a acidez titulável. Plantas cultivadas com a técnica de filme de nutrientes apresentaram as maiores concentrações de Cl− e Na+ e a maior relação Na+/K+. As concentrações de Cl− e Na+ nas plantas não tiveram relação direta com a perda de produtividade. Portanto, a influência da toxicidade, efeito osmótico e desequilíbrio nutricional parece ter sido responsável pela perda de rendimento.

Introdução

Mundialmente, o tomate é a cultura hortícola mais importante, com produção total e área cultivada estimada em 164 Mt e 4,76 Mha, respectivamente. A China é o principal produtor, com 31,0% da produção mundial total e 20,6% da área total cultivada1, enquanto a Espanha é o país com a maior produtividade média de tomate (81,3 t·ha−1). Em Espanha, como noutros países, a cultura do tomateiro desenvolve-se principalmente em zonas de clima mediterrâneo árido ou semi-árido, caracterizado por uma precipitação média anual inferior a 300 mm. Sendo o tomate uma planta que requer grande quantidade de água para seu desenvolvimento2 em áreas com escassez de água de boa qualidade para irrigação, os agricultores utilizam água de má qualidade – de poços ou aquíferos subterrâneos – contendo alta concentração de sais solúveis, principalmente NaCl , o que diminui o rendimento agronômico.

A produção sem solo de cultivos de tomate em estufas aumentou dramaticamente nos últimos anos. Assim, no sudeste da Espanha existem aproximadamente 5.500 ha de cultivo sem solo3. Isso se deve ao fato de que esses sistemas permitem um controle mais eficiente da nutrição e da irrigação, o que gera maiores rendimentos4,5,6. Além disso, reduzem consideravelmente a incidência de problemas patológicos, implicando em menores custos iniciais de investimento, e evitam a contaminação de solos e aquíferos por nitratos e pesticidas, contribuindo assim para a prática de uma agricultura sustentável7. Em países com legislação ambiental, o uso desses sistemas tem sido incentivado nos últimos 10 anos, para minimizar os danos aos ecossistemas naturais causados ​​pelo uso excessivo de fertilizantes8. As plantas de tomate são consideradas moderadamente sensíveis à salinidade2. O crescimento e o rendimento da cultura começam a diminuir quando a condutividade elétrica (CE) da solução nutritiva (NS) com a qual é cultivada excede 2,5–4,0 dS·m−1 9.

Esse nível de salinidade melhora a qualidade dos frutos , pois aumentam suas concentrações de sólidos solúveis totais e de compostos antioxidantes, mas reduzem o desenvolvimento vegetativo, bem como a eficiência do uso da água e a produtividade10,11,12,13,14,15. O primeiro efeito da salinidade nas plantas é o “efeito osmótico”, uma vez que as raízes ficam expostas ao excesso de sal no meio de crescimento – o que limita a absorção de água, criando um défice hídrico na planta que tem efeitos negativos no crescimento. Com o aumento do tempo de exposição ao sal, as plantas passam a sofrer fitotoxicidade, devido ao acúmulo de Cl− e Na+, e desequilíbrios nutricionais, pois a absorção de alguns nutrientes é inibida11,12,13,14,15. Esses três fatores influenciarão negativamente os processos fisiológicos e metabólicos das plantas – como fotossíntese, respiração e divisão celular16 – e levarão à síntese de espécies reativas de oxigênio, que acabam por causar uma diminuição no crescimento vegetativo e na produtividade17.Em sistemas de cultivo sem solo, a irrigação deve ser suficiente para manter altas taxas de evapotranspiração e um suprimento adequado de nutrientes, garantindo níveis adequados de oxigênio no sistema radicular e baixo acúmulo de sais18,19. Uma grande variedade de substratos está disponível comercialmente, tanto orgânicos (fibra de coco, lascas de madeira, palhas de cereais, resíduos de cortiça, etc.) quanto inorgânicos (lã de rocha, fibra de vidro, perlita, vermiculita, argila expandida). Sistemas de raízes flutuantes, como a hidroponia ou a técnica de filme de nutrientes (NFT), também são usados. Entre os sistemas de cultivo sem solo mais utilizados no sudeste da Espanha para o cultivo de tomate, destaca-se o uso de perlita, regado com NS, mas sem recirculação. No entanto, a falta de água obriga os agricultores a otimizar a gestão da rega, para maximizar a produção com o menor consumo de água. Nesta zona está a ser comercializado um novo tipo de sistema NFT, denominado New Growing System (NGS©), que reduz o consumo de água devido à recirculação do NS.

Este sistema é frequentemente utilizado em culturas como morango ou alface20. Recentemente, o fabricante deste novo sistema otimizou sua gestão para produzir tomates com economia de água, obtendo uma tecnologia madura e competitiva. No entanto, o comportamento do tomateiro em diferentes sistemas de cultivo sem solo não foi comparado nas condições típicas do sudeste da Espanha, onde predomina a irrigação com água salina. Portanto, o objetivo deste trabalho é comparar a resposta agronômica e fisiológica de plantas de tomate em um sistema tradicional de cultivo sem solo (perlita) e neste novo sistema NFT, usando água salina com valores de CE semelhantes aos usados ​​no sudeste da Espanha. Além disso, uma cultura hidropônica não comercial (técnica de fluxo profundo, DFT) foi utilizada como sistema de controle que permite conhecer o potencial máximo de eficiência do uso da água (WUEagri, kg·m−3) para esta cultura.ResultadosProdução e qualidade dos frutosA produção comercial (kg·planta−1) foi estimada a partir da produção total, excluindo-se os frutos com peso fresco inferior a 70 g e os que apresentavam sintomas de podridão apical, rachaduras ou qualquer tipo de deformação ou dano mecânico (Fig.1A).

Parâmetros de rendimento comercial e desenvolvimento vegetativo de tomateiros cultivados em três sistemas de cultivo sem solo e três tratamentos com sal. A barra de erro indica o erro padrão da média (n = 4–8). *, **, *** e “ns” indicam diferenças significativas em p < 0,05, p < 0,01, p < 0,001 e diferenças não significativas, respectivamente. Valores com letras diferentes diferem significativamente no nível de 95%, de acordo com o teste HSD de Tukey. As letras minúsculas comparam os tratamentos de salinidade para cada sistema de cultura. As letras maiúsculas comparam os sistemas de cultura para cada tratamento de salinidade.A produtividade comercial foi afetada tanto pelo sistema de cultivo sem solo quanto pelo tratamento com salinidade (NS com CE em 2,2, 6,3 e 10,2 dS m-1 para os tratamentos S0, S1 e S2, respectivamente), embora nenhuma interação entre esses dois fatores tenha sido observada. O sistema mais produtivo, com média de 5,0 kg·planta−1, foi o DFT, seguido pela perlita (4,2 kg·planta−1) e NFT (3,8 kg·planta−1). Com relação à salinidade, o aumento da concentração de NaCl no NS diminuiu progressivamente o rendimento (Fig. 1A).

Plantas de tomate cultivadas com DFT tiveram produtividades maiores que as de NFT, para cada tratamento de salinidade, devido a uma diminuição no peso médio dos frutos com o tratamento S1 e uma diminuição no número de frutos com o tratamento S2 para as plantas NFT. Os parâmetros físicos de qualidade dos frutos – diâmetro longitudinal, equatorial e firmeza – variaram tanto com o sistema de cultivo quanto com o tratamento de salinidade; no entanto, não houve interação entre esses dois fatores (Tabela 1). Os frutos dos sistemas DFT e perlita apresentaram maiores valores de diâmetro longitudinal e equatorial, e menores valores do índice de forma, do que os do sistema NFT. A firmeza foi maior nos frutos do sistema DFT, seguido da perlita e, por último, do NFT. O aumento da salinidade diminuiu ambos os diâmetros, equatorial e longitudinal, bem como a firmeza. Tabela 1 Qualidade dos frutos: diâmetros equatoriais e longitudinais, índice de forma, dureza e firmeza. Para cada coluna, os valores que não compartilham uma letra comum diferem significativamente no nível de 95%, de acordo com o teste HSD de Tukey. *, *** e “ns” indicam diferenças significativas em p < 0,05, p < 0,001 e diferenças não significativas, respectivamente, entre os tratamentos de salinidade para cada sistema de cultivo sem solo. Em todos os casos, o valor médio ± o erro padrão é mostrado (n = 4–8).mesa de tamanho completoConsiderando os parâmetros de qualidade do suco – sólidos solúveis totais (SST), acidez titulável (AT), CE, pH e maturidade – não houve diferenças entre os frutos dos três sistemas quando o tratamento de irrigação S0 foi usado (Fig. 2) . A salinidade mostrou uma tendência de aumentar o SST, TA e CE no suco dos frutos dos três sistemas, mas esses aumentos foram maiores nos frutos do sistema NFT. Assim, os maiores valores foram obtidos para o tratamento de salinidade S2: 8,4°Brix, 3,9 g·L−1 e 5,2 dS·m−1, respectivamente. O pH e o índice de maturidade não foram afetados pela salinidade nem pelo sistema de cultivo.

Parâmetros químicos da qualidade do suco de plantas de tomate cultivadas em três sistemas de cultivo sem solo e três tratamentos com sal. A barra de erro indica o erro padrão da média (n = 4–8). ***e “ns” indicam diferenças significativas em p < 0,001 e diferenças não significativas, respectivamente. Valores com letras diferentes diferem significativamente no nível de 95%, de acordo com o teste HSD de Tukey. As letras minúsculas comparam os tratamentos de salinidade para cada sistema de cultura. As letras maiúsculas comparam os sistemas de cultura para cada tratamento de salinidade. Desenvolvimento vegetativo das plantas.

Ao final do experimento, independentemente do tratamento de salinidade, as plantas cultivadas no sistema DFT apresentaram o maior crescimento vegetativo, caracterizado pela alta biomassa foliar e caulinar e grande área foliar total (Fig. 1B,D e F). A salinidade diminuiu significativamente a biomassa total das folhas e caule apenas nas plantas cultivadas no sistema NFT. As reduções nesses parâmetros foram maiores para a maior concentração externa de sal (S2), com reduções de 53 e 36% na biomassa foliar e caulinar, respectivamente, em relação à testemunha. Concentrações foliares de Cl−, Na+ e nutrição mineralEm todos os casos, as concentrações de Cl− e Na+ nas folhas aumentaram progressivamente com o aumento da concentração de NaCl no NS. Para todas as três amostragens -25, 50 e 101 dias após o transplante (DAT) – as menores concentrações foliares de Cl- e Na+ foram encontradas em plantas cultivadas com perlita (Fig. 3). Em relação aos outros dois sistemas, nas duas primeiras datas de amostragem a concentração foliar de Cl− foi maior nas plantas cultivadas em DFT e na terceira amostragem foi superior nas plantas cultivadas em NFT. No caso do Na+, para o tratamento S1 não houve diferenças entre o NFT e o DFT, enquanto para o S2 a concentração de Na+ foi maior para as plantas cultivadas com NFT aos 50 e 101 DAT.

Concentrações foliares de Cl− e Na+ de plantas de tomate cultivadas em três sistemas de cultivo sem solo e três tratamentos com sal. A barra de erro indica o erro padrão da média (n = 6–9). *E ***indicam diferenças significativas em p < 0,05 ep < 0,001, respectivamente. Valores com letras diferentes diferem significativamente no nível de 95%, de acordo com o teste HSD de Tukey. As letras minúsculas comparam os tratamentos de salinidade para cada sistema de cultura. As letras maiúsculas comparam os sistemas de cultura para cada tratamento de salinidade.

Em condições não salinas, a concentração foliar de K+ foi maior em plantas cultivadas com NFT (Fig. 4A). Os tratamentos S1 e S2 diminuíram a concentração foliar de K+ nas plantas cultivadas com DFT, e S2 reduziu nas plantas do sistema NFT. A relação Na+/K+ aumentou com o aumento da concentração de NaCl no SN (Fig. 4B). No tratamento S1 não houve diferenças significativas entre os sistemas de cultivo, mas no S2 os valores foram maiores para o sistema NFT, seguido por DFT e perlita.

Concentrações foliares de Cl− e Na+ de plantas de tomate cultivadas em três sistemas de cultivo sem solo e três tratamentos com sal. A barra de erro indica o erro padrão da média (n = 6–9). *E ***indicam diferenças significativas em p < 0,05 ep < 0,001, respectivamente. Valores com letras diferentes diferem significativamente no nível de 95%, de acordo com o teste HSD de Tukey. As letras minúsculas comparam os tratamentos de salinidade para cada sistema de cultura. As letras maiúsculas comparam os sistemas de cultura para cada tratamento de salinidade.

Em condições não salinas, a concentração foliar de K+ foi maior em plantas cultivadas com NFT (Fig. 4A). Os tratamentos S1 e S2 diminuíram a concentração foliar de K+ nas plantas cultivadas com DFT, e S2 reduziu nas plantas do sistema NFT. A relação Na+/K+ aumentou com o aumento da concentração de NaCl no SN (Fig. 4B). No tratamento S1 não houve diferenças significativas entre os sistemas de cultivo, mas no S2 os valores foram maiores para o sistema NFT, seguido por DFT e perlita.

(A) Concentração de K+ e (B) relação Na+/K+, ao final do experimento, para folhas de tomateiros cultivados em três sistemas de cultivo sem solo e três tratamentos com sal. A barra de erro indica o erro padrão da média (n = 3–6). **E “ns” indicam diferenças significativas em p < 0,01 e diferenças não significativas, respectivamente. Valores com letras diferentes diferem significativamente no nível de 95%, de acordo com o teste HSD de Tukey. As letras minúsculas comparam os tratamentos de salinidade para cada sistema de cultura. As letras maiúsculas comparam os sistemas de cultura para cada tratamento de salinidade.

A concentração de todos os principais nutrientes foi mantida nas seguintes faixas: Ca2+ (3,16–5,13% peso seco, DW), K+ (3,44–4,16% DW), P (0,74–1,36% DW), S (0,97–1,74% DW) e Mg2+ (0,37–0,53% DW) (Tabela 2). Tabela 2 Valores das concentrações foliares de Ca2+, K+, P, S e Mg2+ de acordo com o sistema de cultivo sem solo e salinidade (S0, S1 e S2). Para cada coluna, os valores que não compartilham uma letra comum diferem significativamente no nível de 95%, de acordo com o teste HSD de Tukey. *, *** e “ns” indicam diferenças significativas em p < 0,05, p < 0,001 e diferenças não significativas, respectivamente, entre os tratamentos de salinidade para cada sistema de cultivo sem solo. Em todos os casos, o valor médio ± o erro padrão é mostrado (n = 9–18).Relações hídricas e parâmetros de troca gasosa.

O sistema de cultivo sem solo não afetou os valores das relações hídricas (potencial hídrico, Ψw, potencial osmótico, Ψπ, e potencial de turgor, ΨP) das plantas no tratamento S0. A salinidade diminuiu o valor de Ψw, devido a uma queda em Ψπ. O menor valor de Ψw foi encontrado nas plantas cultivadas no sistema NFT com o tratamento S2. Em DFT e perlita, as plantas S2 não apresentaram queda de Ψw e houve aumento de ΨP (Fig. 5).

Parâmetros das relações hídricas foliares de tomateiros cultivados em três sistemas de cultivo sem solo e três tratamentos com sal. (A) Ψw: potencial hídrico; (B) Ψπ: potencial osmótico; (C) ΨP: potencial de turgor. A barra de erro indica o erro padrão da média (n = 3). *, **, *** e “ns” indicam diferenças significativas em p < 0,05, p < 0,01, p < 0,001 e diferenças não significativas, respectivamente. Valores com letras diferentes diferem significativamente no nível de 95%, de acordo com o teste HSD de Tukey. As letras minúsculas comparam os tratamentos de salinidade para cada sistema de cultura. As letras maiúsculas comparam os sistemas de cultura para cada tratamento de salinidade.

Quanto aos parâmetros de troca gasosa, em condições não salinas os valores de condutância estomática (gs), concentração subestomática de CO2 (Ci) e assimilação líquida de CO2 (ACO2) foram maiores para as plantas cultivadas em perlita, seguidas por NFT e DFT. A eficiência instantânea do uso da água (WUEi) foi maior para plantas cultivadas em NFT do que em DFT e foi menor em perlita. Os tratamentos de salinidade afetaram ACO2 e gs (Fig. 6A e B). À medida que a salinidade externa aumentou, ACO2 e gs diminuíram progressivamente em plantas cultivadas em DFT; nas plantas cultivadas com NFT também diminuiu com a salinidade, mas essa diminuição foi semelhante nos dois tratamentos, S1 e S2, enquanto na perlita a salinidade não afetou o ACO2. WUEi e Ci não foram afetados pela salinidade (Fig. 6C e D).

Parâmetros de trocas gasosas foliares de plantas de tomate cultivadas em três sistemas de cultivo sem solo e três tratamentos com sal. (A) ACO2: assimilação líquida de CO2; (B) gs: condutância estomática; (C) WUEi: eficiência instantânea do uso da água; (D) Ci: concentração subestomática de CO2. A barra de erro indica o erro padrão da média (n = 4–6). ***E “ns” indicam diferenças significativas em p < 0,001 e diferenças não significativas, respectivamente. Valores com letras diferentes diferem significativamente no nível de 95%, de acordo com o teste HSD de Tukey. As letras minúsculas comparam os tratamentos de salinidade para cada sistema de cultura. As letras maiúsculas comparam os sistemas de cultura para cada tratamento de salinidade.

Discussão

A partir dos dados de produtividade total e comercial e biomassa foliar obtidos neste estudo, pode-se concluir que, para tomateiros da variedade ‘Optima’ cultivados com NS não salina, o sistema DFT é mais produtivo. Os valores obtidos são muito semelhantes aos encontrados em outros trabalhos com a mesma variedade e sistema de cultivo sem solo14. A maior produção de frutos decorreu da maior massa fresca média por fruto, enquanto o número de frutos não foi afetado pelo sistema de cultivo sem solo. Os resultados para os parâmetros de qualidade dos frutos foram muito semelhantes nos três sistemas de cultivo sem solo. Isso indica que os frutos das plantas da variedade ‘Optima’ apresentaram baixa sensibilidade às diferentes condições ambientais causadas pelos sistemas de cultivo sem solo. Além disso, em relação à nutrição mineral, todos os principais nutrientes foram mantidos em uma faixa normal para plantas de tomate cultivadas em condições não salinas21 (Tabela 2).

No entanto, as concentrações foliares de Ca2+ e P foram maiores que o normal (P: 0,20–0,60% DW, Ca2+: 1,00–2,00% DW), sugerindo que as plantas “Optima” podem ser uma variedade que acumula Ca2+ e P. O ACO2 e Ψw foram também semelhantes para as usinas dos três sistemas, com valores médios globais de 12 mmol·m−2·s−1 e −0,2 MPa, respectivamente. Levando em conta que o manejo da fertirrigação foi ótimo em cada sistema de cultivo para atingir o potencial máximo da cultura, todos esses dados sugerem que o maior rendimento no DFT se deveu ao fato de as plantas terem água e nutrientes disponíveis o tempo todo . No caso da perlita e NFT, embora irrigadas sob demanda de acordo com o tamanho da planta, durante os períodos de entre-irrigação as plantas podem ter sofrido estresse osmótico e/ou hídrico, com efeitos negativos na produtividade total e no desenvolvimento vegetativo da cultura. Na maioria dos experimentos comparando diferentes substratos para culturas hortícolas, as diferenças não foram tão marcantes quanto em nosso experimento22,23.

Isso pode ser porque em nosso ensaio comparamos sistemas muito diferentes: no DFT as raízes estão sempre submersas no NS e, portanto, a água e os nutrientes estão facilmente disponíveis; no NFT, embora seja um sistema tipo hidropônico, as raízes só estão em contato com o NS quando a irrigação é aplicada, o resto do tempo elas ficam nuas; e a perlita é um substrato sólido e inerte no qual tanto o teor de água quanto a concentração de sal podem variar amplamente entre os eventos de irrigação. Além disso, o meio em que as raízes estão localizadas difere muito entre esses sistemas; portanto, as propriedades morfológicas e fisiológicas das raízes também podem diferir, determinando a resposta de rendimento. Na escolha de um sistema de cultivo sem solo, outro aspecto importante é a eficiência agrícola do uso da água (WUEagri, kg·m−3, determinada como a relação entre a produtividade e o volume de NS usado para irrigação). Em nosso experimento, a quantidade total de NS utilizada no tratamento controle foi de 181, 176 e 195 L·planta−1, para DFT, NFT e perlita, respectivamente. Assim, para obter 1 kg de fruto, foram necessários 36 L (DFT), 46 L (NFT) ou 46 L (perlita) de NS. A produtividade comercial das plantas de tomate variedade ‘Optima’ diminuiu progressivamente com o aumento da CE do NS, e essa redução foi semelhante nos três sistemas de cultivo sem solo testados – sendo, em média, 35% e 58% a 40 mM (6,0 dS·m−1) e NaCl 80 mM (10,0 dS·m−1), respectivamente, em relação ao tratamento controle (S0).

Isso significa que, com o manejo de irrigação utilizado neste trabalho, o sistema de cultivo sem solo pouco afetou o comportamento das plantas em condições salinas, sendo as plantas cultivadas com DFT as mais produtivas também nestas condições. A redução da produtividade comercial pela salinidade deveu-se à queda do peso médio dos frutos, que passou de 188 g no tratamento controle para 142 e 123 g nos tratamentos S1 e S2, respectivamente. No entanto, o número de frutos por planta só foi reduzido pela salinidade nos tomateiros cultivados com o NFT, sendo 23, 17 e 9 para os tratamentos S0, S1 e S2, respectivamente. Em geral, a redução da produtividade dos tomateiros quando irrigados com água de salinidade moderada deve-se principalmente à diminuição do peso médio dos frutos, enquanto que em alta salinidade decorre da diminuição tanto do peso médio dos frutos quanto do número de frutos. frutas24,25,26,27. Isso indica que as plantas do sistema NFT, no período entre duas irrigações consecutivas, podem ter sofrido um efeito osmótico mais intenso do que as dos outros dois sistemas – levando a uma perda de frutos, seja por má floração ou pela queda dos frutos recentemente -definir frutas28.

Os dados deste experimento mostram que, para a variedade de tomate ‘Optima’, ocorreu uma perda de rendimento de aproximadamente 7,3% para cada aumento de 1,0 dS·m−1 na CE do NS acima de 2,0 dS·m−1. Isso indica que esta variedade pode ser considerada moderadamente sensível à salinidade, como as variedades ‘Clarance’ ou cereja27,29 – que são mais sensíveis que as variedades híbridas ‘HC01’30 e ‘Durinta’31. A salinidade, além de afetar o tamanho do fruto, também afetou algumas características organolépticas, como firmeza, SST e TA. A diminuição da firmeza ocorreu nos frutos dos três sistemas de cultivo sem solo, e pode ser devido à diminuição da concentração de Ca2+ nos frutos (dados não mostrados). Normalmente, a concentração de Ca2+ é diminuída pela salinidade externa porque este elemento se move através do xilema seguindo a corrente de transpiração, que é reduzida pelo efeito osmótico da salinidade na zona radicular. Os valores dos parâmetros de qualidade do suco de fruta foram melhorados pela salinidade; especificamente, foram observados aumentos de TSS e TA, sendo os maiores valores de ambos encontrados nos frutos das plantas cultivadas no sistema NFT com o tratamento S2. Os aumentos nos teores de solutos orgânicos – açúcares, ácidos orgânicos, etc. – em condições salinas devem-se ao facto de as plantas se ajustarem osmoticamente para evitar o efeito osmótico nocivo da salinidade, evitando assim a desidratação de diversos tecidos32. O fato de TSS e TA aumentarem muito mais com a salinidade nos frutos das plantas cultivadas no sistema NFT pode estar relacionado principalmente a dois fatores: i) os frutos dessas plantas eram menores, então um efeito de concentração poderia ter sido produzido para os açúcares , e ii) o efeito osmótico da salinidade combinado com a falta de água entre os eventos de irrigação pode ter causado um aumento maior na síntese de solutos orgânicos nessas plantas.

Um dos efeitos negativos da salinidade no tomateiro é o efeito tóxico do Cl− e Na+ nas folhas33,34. Neste experimento, o aumento da concentração de NaCl no NS aumentou progressivamente as concentrações desses íons nas folhas. Assim, as altas concentrações foliares desses íons contribuíram para a diminuição do rendimento das plantas. No entanto, ao final do experimento, foram observadas diferenças entre os sistemas. Assim, as plantas cultivadas no sistema NFT apresentaram maiores concentrações de Cl− e Na+ (4,71 e 1,94% PD, respectivamente) do que as plantas cultivadas com DFT (3,20 e 1,07% DP, respectivamente) ou em perlita (1,52 e 0,61% PD, respectivamente). , respectivamente). No entanto, apesar dessas diferenças, os efeitos da salinidade sobre a produtividade comercial foram semelhantes nos três sistemas, indicando que a perda de produtividade em cada sistema foi devida à ação combinada dos efeitos tóxico e osmótico da salinidade. Um efeito negativo significativo da toxicidade de Cl− e/ou Na+ no desenvolvimento vegetativo foi observado apenas nas plantas NFT, as que apresentaram as maiores concentrações desses íons.

No sistema NFT, no período entre duas irrigações consecutivas, a absorção de água pelas raízes e a evapotranspiração de parte da água podem ter aumentado a concentração de Na+ e Cl− no NS e, consequentemente, a absorção desses íons pelas raízes. A presença de níveis elevados de Cl− e/ou Na+ na solução ao redor das raízes influencia a absorção de nutrientes pela planta por meio de interações, por competição entre nutrientes, ou por alteração da permeabilidade de membranas35. Em nosso experimento, a salinidade aumentou a relação Na+/K+ nas plantas dos três sistemas de cultivo sem solo, mas nos casos de DFT e NFT isso se deve tanto ao aumento do Na+ tecidual quanto à diminuição da concentração de K+. No tratamento S2, essa proporção foi de 0,22 para plantas em perlita, 0,53 em DFT e 0,93 para NFT (tratamento controle, Na+/K+  = 0,014). A redução da absorção de K+ pela raiz pelo Na+ é um processo competitivo. Embora as plantas tenham uma alta seletividade para K+ sobre Na+, quantidades excessivas de Na+ podem ter um efeito negativo nas plantas36 e isso pode ter sido mais pronunciado em plantas NFT. Assim, a diminuição na concentração de K+ pode estar relacionada com a redução do número de frutos por planta37. O potássio e o Fe são os elementos de maior importância nos sistemas de cultivo sem solo em termos de produtividade e qualidade dos frutos do tomateiro. A triagem para determinar as melhores doses de ambos os elementos pode melhorar o rendimento comercial e a qualidade dos frutos38.

Outro efeito negativo causado pelo excesso de NaCl na solução nutritiva foi a diminuição da concentração foliar de P, o que ocorreu nos três sistemas sem solo nas três épocas de amostragem (Tabela 2). A tendência geral foi que o aumento da salinidade da solução nutritiva produziu uma diminuição na concentração de P nas folhas. É bem conhecido que a salinidade nas lavouras induz uma diminuição na absorção de nutrientes essenciais como fósforo e potássio39. Nas plantas da variedade Optima, por já apresentarem alta concentração de P per se, essa diminuição não superou os níveis de deficiência (<0,2% DP)21, embora qualquer desequilíbrio nutricional de P em relação aos demais nutrientes possa têm causado efeito negativo na produção e desenvolvimento vegetativo das plantas39. Deve-se levar em consideração também que a alta concentração de P nas folhas pode ter diminuído o funcionamento do Zn, e embora esse nutriente tenha sido encontrado em concentrações normais (20 ppm, dados não mostrados), isso pode ter causado um fator de estresse adicional com impacto negativo na tolerância ao estresse abiótico40. O ACO2 em plantas de tomate pode ser afetado negativamente pela salinidade41. Em nosso experimento, o ACO2 foi diminuído pela salinidade em plantas cultivadas com DFT ou no sistema NFT, mas não em perlita. Além disso, uma correlação linear significativa de ACO2 foi observada com a concentração foliar de Cl− e com gs; no entanto, ACO2 não se correlacionou com a concentração de Na+ ou Ci (dados não mostrados). Esta resposta não é nova, pois já foi relatada para outras culturas42. Além disso, nossos resultados sugerem que a redução de ACO2 pela salinidade ocorreu devido a alterações nos processos metabólicos da fotossíntese e não a fatores estomáticos. Embora ACO2 e gs tenham sido reduzidos pela salinidade, o fato de o Ci ser semelhante ao das plantas controle indica que o ACO2 não foi limitado por uma baixa concentração de CO2 nas células do mesofilo causada pelo fechamento estomático43. Esse tipo de resposta da ACO2 em relação a fatores estomáticos e não estomáticos em plantas de tomate parece depender da variedade. Observou-se que os fatores metabólicos são mais importantes que os estomáticos nas variedades de tomate ‘RAF’ e ‘Leader’, mas em ‘Daniela’ os fatores estomáticos são responsáveis ​​pela redução da ACO244. Além disso, comparando os dados de ACO2 com as concentrações de Cl− e Na+, a redução de ACO2 pareceu estar relacionada à toxicidade de Cl− e não de Na+, pois uma correlação negativa e significativa foi obtida entre ACO2 e Cl−, mas não Na+. Além disso, as plantas cultivadas em perlita tiveram a menor concentração de Cl− e seu ACO2 não foi afetado pela salinidade.

Um dos efeitos prejudiciais da salinidade nas plantas é o efeito osmótico do acúmulo de sais, tanto na solução do solo quanto no interior das células45. Os dados das relações hídricas obtidos neste experimento indicam que as plantas cultivadas no sistema NFT foram aquelas cujo estado hídrico foi mais afetado: em condições salinas apresentaram os menores valores de Ψw e ΨP. Em geral, porém, o efeito osmótico da salinidade não causou desidratação foliar, conforme indicado pelo teor relativo de água foliar (dados não mostrados) e ΨP. Essas plantas poderiam ter evitado a desidratação foliar por meio do fechamento estomático e ajuste osmótico, em que o acúmulo de íons orgânicos e solutos permite que as plantas reduzam seu Ψw. Em conclusão, a produtividade comercial foi afetada pelo sistema de cultivo sem solo e diminuiu com o aumento da salinidade na solução nutritiva. Assim, em relação ao cultivo sem solo, a produção de frutos (kg·planta−1) seguiu a ordem: DFT > perlita > NFT, sendo semelhante para cada tratamento de salinidade. Em relação aos frutos, os tratamentos de salinidade melhoraram sua qualidade aumentando os sólidos solúveis totais e a acidez titulável, principalmente no sistema NFT. A salinidade provocou alterações no estado hídrico das plantas, toxicidade por Cl− e Na+ e desequilíbrios nutricionais que alteraram o crescimento e a fisiologia das plantas; esses efeitos foram influenciados pelo sistema de cultivo sem solo. Embora as plantas sob NFT tivessem menos produção, esta técnica poderia ter algumas vantagens, como evitar a contaminação de solos e aquíferos subterrâneos devido à liberação de fertilizantes. No entanto, é necessário continuar estudando o comportamento agronômico do tomate produzido com esta técnica usando água de irrigação de qualidade diferente, a fim de determinar seu efeito na economia de água e nutrientes.

Métodos Material vegetal e condições de crescimento

O experimento foi realizado entre abril e julho de 2014 com tomateiros ‘Optima’ (Solanum lycopersicum L.) cultivados em casa de vegetação localizada na estação experimental do CEBAS (Santomera, Múrcia, Espanha; 38°6’26″N, 1 °2′7″O). A estufa era do tipo multitúnel, com laterais de policarbonato e cobertura de polietileno. A área coberta da estufa era de 650 m2 e a altura até o canal era de 4,5 m. Para controle do clima interno, a estufa dispunha de gerador de ar quente de combustão indireta (SIAL Mirage 65, Munters, Chiusavecchia, Gênova, Itália), ventiladores, ventilação lateral e aérea, sistema de resfriamento (Novedades Agrícolas, Murcia, Espanha), uma malha sombreadora (Aluminet 30%, Novedades Agrícolas, Múrcia, Espanha) e uma unidade de umidificação com compressor de ar (Ingersoll Rand SSR, Dublin, Irlanda). Os valores de radiação, temperatura e umidade relativa foram registrados periodicamente por sensores localizados a 1,5 m de altura no interior da casa de vegetação. Os valores médios ao longo do experimento foram 381 W·m−2, 24 °C e 66,3%, respectivamente (Tabela 3). Tabela 3 Clima e irrigação em função do sistema sem solo e do tratamento salino. Med: média; Min: mínimo; Máx.: máximo. O consumo total de água por planta e a máxima condutividade elétrica (CE) alcançada pela solução nutritiva (NS) na zona radicular. S0 (EC = 2,2 dS·m−1), S1 (EC = 6,3 dS·m−1) e S2 (EC = 10,2 dS·m−1) são tratamentos de sal com valores iniciais diferentes de EC no NS.

As plantas, provenientes de um viveiro comercial (Baby Plant, SL, Santomera, Murcia, Espanha), foram transplantadas (14 dias após a semeadura) para os três sistemas de cultivo sem solo selecionados para este experimento: DFT, NFT e perlita. O NS foi o mesmo para todas as plantas, consistindo de 6 mM KNO3, 4 mM Ca(NO3)2, 1 mM KH2PO4, 1 mM MgSO4, 20 μM Fe3+ masquolato, 25 μM H3BO3, 2 μM MnSO4, 2 μM ZnSO4, 0,5 μM CuSO4 e 0,5 μM (NH4)6Mo7O24·4H2O, com pH = 6,0. Aos 14 DAT, as plantas de cada sistema de cultivo foram divididas em três grupos, aos quais foram aplicados tratamentos distintos de salinidade: controle (S0), NaCl 40 mM (S1) e NaCl 80 mM (S2). Para evitar possível choque osmótico, a concentração inicial de NaCl nos tratamentos S1 e S2 foi de 20 mM; foi aumentado diariamente em 20 mM até a concentração final desejada.

A DFT, com aeração contínua, foi realizada em 24 recipientes de polivinil com capacidade de 120 L. Elas foram seladas com uma placa plástica preta que continha a planta (Fig. 7A). O volume do SN foi verificado três vezes por semana e mantido constante pela adição de água deionizada; os nutrientes NS e o pH foram analisados ​​semanalmente para que seus níveis basais pudessem ser restaurados pela adição de fertilizantes e NaOH, respectivamente. O NFT foi realizado com seis multibandas em forma de V (New Growing System, NGS©), plantando 12 plantas por linha (Fig. 7B). No sistema perlita, foram utilizados 24 sacos, cada um com capacidade de 40 L (1,20 × 0,22 × 0,15 m), com três plantas em cada (Fig. 7C). A irrigação foi realizada – sem reciclagem – de acordo com as práticas de manejo recomendadas para cultivos em estufas cultivadas em perlite em Almeria46, usando gotejadores autocompensantes e autodrenantes regulados para 3,0 L·h−1, com programação semanal, levando em consideração o volume drenado e seu CE. Para cada evento de irrigação, a solução de drenagem representava 15% inicial do volume total aplicado e, quando a CE da solução de drenagem foi aumentada progressivamente, o volume de irrigação foi aumentado em 5% para cada incremento de 1,0 dS·m−1 na CE, até a um máximo de 30% – para evitar o consumo excessivo de água. A solução de drenagem foi armazenada em um tanque de 1000 L para sua recirculação em sistema fechado.

A irrigação foi realizada com gotejadores autocompensantes e autodrenantes regulados para 8,0 L·h−1. A CE da solução no tanque foi controlada diariamente pela adição de água deionizada, para manter a CE em 2,2, 6,3 e 10,2 dS·m−1 para os tratamentos S0, S1 e S2, respectivamente. Águas com ECs de 6,3 dS·m−1 e 10,2 dS·m−1 são usadas pelos produtores de tomate no sudeste espanhol e são consideradas com teor de sal moderado e severo, respectivamente. Os nutrientes e o pH também foram verificados semanalmente e restaurados quando necessário. Durante os primeiros 30 DAT, a cada período de 20 minutos, as plantas foram irrigadas por 5 minutos, mas não nos 15 minutos seguintes. Posteriormente, o intervalo sem irrigação foi reduzido para 10 minutos e, finalmente, para 5 minutos.

Os três sistemas de cultivo sem solo em que as plantas foram cultivadas. Técnica de fluxo profundo (A), técnica de filme de nutrientes (C) e Perlita (C). imagem em tamanho realA duração do experimento foi de 108 dias. As técnicas de cultivo utilizadas foram semelhantes às das estufas comerciais da região. O delineamento experimental foi bifatorial (3 sistemas de cultivo sem solo × 3 tratamentos de salinidade; Tabela 4) em dois blocos idênticos, nos quais os tratamentos foram distribuídos aleatoriamente. Tabela 4 Sistemas de cultivo sem solo (técnica de fluxo profundo, DFT, técnica de filme de nutrientes, NFT e perlita) e concentração de NaCl e condutividade elétrica (CE) das soluções nutritivas usadas no ensaio. O delineamento experimental foi bifatorial com 3 sistemas de cultivo sem solo × 3 tratamentos salinos.

Parâmetros de rendimento e qualidade dos frutos

A produção total de frutos por planta (kg e número de frutos) foi determinada pela colheita diária dos frutos durante o experimento, quando atingiam a coloração vermelha característica, determinando-se massa fresca e calibre individualmente para cada planta. De acordo com esses valores, os frutos foram classificados como comercializáveis ​​ou não comercializáveis ​​(peso fresco < 70 g, com podridão apical, rachaduras ou algum tipo de deformação ou dano mecânico). Os parâmetros de qualidade foram medidos em 24 frutos para cada combinação de sistema de cultivo sem solo e tratamento com salinidade, considerando uma unidade experimental como três frutos colhidos por planta (n = 8). Os frutos analisados ​​foram dos cachos dois e seis. Para avaliar a qualidade da fruta, o índice de forma (a relação entre o diâmetro equatorial e o longitudinal), índice de cor (Minolta CR300, Tóquio, Japão), dureza (Bertuzzi FT-327, Facchini, Alfonsine, Itália) e firmeza (TA XT Plus, TTC, Hamilton, Massachusetts).

No suco de fruta, foram medidos o pH, CE, sólidos solúveis totais (TSS, Atago N1, Minato-ku, Tóquio, Japão) e acidez titulável (TA, titulação potenciométrica para pH 8,1; AOAC, 1984).Crescimento vegetativo e composição mineral dos tecidos vegetaisPara determinar o estado nutricional das plantas, amostras de folhas (5 folhas maduras por planta, 8 plantas por tratamento) foram coletadas 25, 50 e 101 DAT. As folhas foram lavadas com água deionizada, secas a 65°C por 48 horas, trituradas e analisadas por espectrometria de plasma acoplado indutivamente (Iris Intrepid II, Thermo Electron Corporation, Franklin, Massachusetts, EUA) após digestão em micro-ondas CERM (Mars Xpress , Carolina do Norte, EUA). Ao final do experimento, após a colheita dos últimos frutos, foram colhidas oito plantas por tratamento e mensuradas a massa fresca e a área foliar (LICOR-3100C, Lincoln, Nebraska, EUA) de cada planta. Além disso, essas plantas foram secas em estufa para determinar o DW de cada um dos componentes da planta (folhas, caule e raízes). Parâmetros das relações hídricas e trocas gasosasAos 90 DAT, foi realizado um estudo fisiológico – das relações hídricas foliares, das trocas gasosas foliares e dos parâmetros de fluorescência da clorofila. As medições das relações hídricas foram realizadas usando uma única folha madura da região mediana do caule de cada uma das seis plantas replicadas.

O potencial hídrico foliar antes do amanhecer (Ψw) foi medido usando uma câmara de pressão do tipo Scholander (PMS Instruments, Corvallis, Oregon, EUA47). Após a medição de Ψw, as folhas foram imediatamente embrulhadas firmemente em papel alumínio, congeladas por imersão em nitrogênio líquido e posteriormente armazenadas em sacos plásticos herméticos a -18 °C. Após o descongelamento, o potencial osmótico (Ψπ) da seiva extraída foi medido a 25 ± 1 °C com um osmômetro (Digital Osmometer, Wescor, Logan, Utah, EUA). O potencial de turgor (ΨP) foi calculado como a diferença entre Ψw e Ψπ.A assimilação líquida de CO2 (ACO2), a condutância estomática (gs), a transpiração foliar (Eleaf) e a relação ACO2/Eleaf foram medidas no mesmo dia que as relações hídricas foliares, usando um sistema de fotossíntese portátil (CIRAS-2, PP- System, Amesbury, Massachusetts, EUA). Durante todas essas medições, a concentração de CO2 foi de 380 ± 5 ppm, o PAR foi de 1000 µmol·m−2·s−1 e a temperatura da folha e o déficit de pressão de vapor da folha para o ar foram de 29 °C e 1,9 kPa, respectivamente. Todas as medições foram realizadas no período da manhã, das 09:00 às 12:00 h, utilizando uma única folha madura na região mediana do caule de cada uma das seis plantas replicadas por tratamento.

Análise estatística

Com os dados do experimento foi realizada uma análise de variância trifatorial (ANOVA) (salinidade x sistema de cultivo sem solo x bloco). Como o efeito de bloco não foi significativo (p > 0,05), apenas os resultados de uma ANOVA bifatorial, com sistema de cultivo sem solo e tratamento com sal como os principais fatores, são relatados (pacote estatístico SPSS, Chicago, Illinois, EUA). Quando essa interação foi significativa (p < 0,05), as médias dos tratamentos foram separadas pelo teste de múltiplos intervalos de Tukey HSD, usando letras minúsculas para indicar diferenças significativas entre os tratamentos de sal para cada sistema de cultivo sem solo e letras maiúsculas para indicar diferenças significativas entre os tratamentos sem solo sistemas para cada tratamento de sal.