Introduction

Mini-tuber potato cultivation is currently a specialized method for producing high-quality, pathogen-free seeds. The process is carried out under controlled conditions in grow houses with lighting, temperature, and relative humidity within specific ranges (Veitía-Rodríguez et al., 2016VEITÍA-RODRÍGUEZ, N.; MARTIRENA-RAMÍREZ, A.; LEIVA-MORA, M.; ROMERO-QUINTANA, C.; LEÓN-QUINTANA, M.; HURTADO-RIBALTA, O.: “Respuesta morfoagronómica en casa de cultivo de plantas cultivadas in vitro de dos variedades de papa cubana”, Cultivos Tropicales, 37(3): 66-71, 2016, ISSN: 0258-5936.). Among the most commonly used substrates are peat, perlite, vermiculite, manure, and zeolite. Their main requirements are inert behavior and good drainage. However, minituber production using in vitro-propagated plants presents several challenges, such as achieving high uniformity of population growth and increasing tuber yield and quality. Technological limitations include the application of fertigation schemes with commercial formulations and the variation in agrometeorological factors that affect irrigation quality (García-Segura et al., 2021GARCÍA-SEGURA, D.R.; VALDEZ-AGUILAR, L.A.; RAMÍREZ-RODRÍGUEZ, H.; ZERMEÑO-GONZÁLEZ, A.; CADENA-ZAPATA, M.: “Producción de mini tubérculos de papa en aeroponía en comparación con suelo y polvo de coco”, Terra latinoamericana, 39, 2021, ISSN: 0187-5779.; Cioloca et al., 2024CIOLOCA, M.; TICAN, A.; POPA, M.: “Evaluation of virus-free potato minitubers derived from “in vitro” meristem cultures for high-quality seed potato production”, Rom. J. Hortic, 5: 15-22, 2024.; López et al., 2025LÓPEZ, R.F.; GUTIÉRREZ, F.X.F.; HERRERA, M.E.M.; MORA, O.F.; RUIZ, E.S.; DELGADO, H.L.: “Evaluación de soluciones nutritivas hidropónicas en genotipos de papa en invernadero”, Revista mexicana de ciencias agrícolas, 16(3): 11, 2025, ISSN: 2007-0934.).

Furthermore, the use of zeolite as a substrate in grow houses improves the conditions for microtuber growth. Zeolite is a naturally occurring microporous aluminosilicate mineral with excellent physical properties and a distinctive crystal structure. Its use lowers pH and improves cation exchange capacity. Its use is associated with high adsorption efficiency due to its high internal surface area. The high number and distribution of pores in zeolite significantly increases adsorption potential, making it very useful in agricultural and soil amendment applications. As a result, soils amended with zeolite retain more water and nutrients, reducing irrigation frequency and improving plant growth (Sánchez et al., 2006SÁNCHEZ, E.U.; CASTILLO, G.A.B.; ESCOBAR, R.N.; LEÓN, M.T.C.; CHÁVEZ, L.T.; TORRES, J.L.T.: “Cultivo hidropónico de plántulas de jitomate en zeolita cargada con K+, Ca2+ o Mg2+ y diferente granulometría”, Agrociencia, 40(4): 419-429, 2006, ISSN: 1405-3195.; Urbina-Sánchez et al., 2011URBINA-SÁNCHEZ, E.; BACA-CASTILLO, G.A.; NÚÑEZ-ESCOBAR, R.; COLINAS-LEÓN, M.T.; TIJERINA-CHÁVEZ, L.; TIRADO-TORRES, J.L.: “Zeolita como sustrato en el cultivo hidropónico de gerbera”, Terra Latinoamericana, 29(4): 387-394, 2011, ISSN: 0187-5779.; Franco et al., 2024FRANCO, A.M.M.; GARCÍA, E.R.; MEDINA, R.L.; RAMÍREZ, A.A.C.: “Properties and applications of natural zeolites”, Brazilian Journal of Development, 10(1): 1713-1799, 2024, ISSN: 2525-8761.).

Under protected conditions, irrigation management in potato cultivation is vital to achieving expected yields. Maximum water demand should be concentrated during the tuberization and thickening phases, ensuring the required quantity and quality. To achieve efficient irrigation, it is necessary to apply water in the appropriate amount, according to the substrate conditions, and at the right time, ensuring sufficient moisture content and even distribution throughout the plot. To properly moisten the soil, it is essential to understand how water moves, how it is stored, how it is absorbed by plants, and what losses occur (García-Segura et al., 2021GARCÍA-SEGURA, D.R.; VALDEZ-AGUILAR, L.A.; RAMÍREZ-RODRÍGUEZ, H.; ZERMEÑO-GONZÁLEZ, A.; CADENA-ZAPATA, M.: “Producción de mini tubérculos de papa en aeroponía en comparación con suelo y polvo de coco”, Terra latinoamericana, 39, 2021, ISSN: 0187-5779.).

Micro-sprinkler and misting systems offer opportunities to increase irrigation efficiency in grow rooms; however, their use under imprecise patterns can have negative impacts. Their advantages include increased relative humidity and the resulting reduction in temperature, thus avoiding heat stress, and uniform foliage distribution and cleanliness. However, they pose a greater risk of fungal diseases, excessive water use, and the resulting leaching of nutrients (Colombi et al., 2023COLOMBI, T.; TORRES L.C.; WALTER, A.: "Hypoxia tolerance in potato: Linking root physiology to field performance", Journal of Experimental Botany, vol. 74 (5): 21-34, 2023. ISSN:0022-0957.). The present work aims to evaluate the parameters of irrigation uniformity under conditions of cultivation house with zeolite substrate, using the methods of micro-sprinkler and nebulizer in the cultivation of potato minitubers (Solanum tuberosum).

Materials and Methods

The research was carried out under the conditions of a Granma-1 model grow house at the Plant Biotechnology Institute located at the Central University of Las Villas, in the city of Santa Clara, Villa Clara, Cuba. The substrate used for minituber production was 100% clinoptilolite-type zeolite, with a particle size range of 1.0-4.0 mm, apparent density da = 0.76 g/cm3, field capacity cc = 38.3%, pmp 16.5%, and porosity p = 63.7% (Urbina-Sánchez et al., 2011URBINA-SÁNCHEZ, E.; BACA-CASTILLO, G.A.; NÚÑEZ-ESCOBAR, R.; COLINAS-LEÓN, M.T.; TIJERINA-CHÁVEZ, L.; TIRADO-TORRES, J.L.: “Zeolita como sustrato en el cultivo hidropónico de gerbera”, Terra Latinoamericana, 29(4): 387-394, 2011, ISSN: 0187-5779.).

The Hadar 7110 fogger and the Mamkad 16 micro-sprinkler were used to evaluate the irrigation systems. The foggers were arranged overhead with 3x3 m spacing, a 1.4 mm nozzle, a delivery flow rate of 103 L/h, a working pressure of 1.5-3.0 bar, a rainfall of 11.4 mm/h, and a delivery efficiency of 90%. The micro-sprinklers were installed 5x5 m apart with a delivery flow rate of 252 L/h, a working pressure of 2.5 bar, a rainfall of 10.2 mm/h, and a delivery efficiency of 92%. The systems were installed using high-strength 16 mm polyethylene pipes. Water was supplied by a motor pump with a flow rate of 200 L/min and a pressure of 2.5 bar.

The potato minitubers grown were of the Yara variety, propagated using biotechnological methods, with a yield potential exceeding 32 t/ha, and more than 90% classified as marketable. This variety exhibits good leaf development, an average height of 0.55 m, a dark green color, a vegetative period of 80 to 85 days, and a water demand of 650 mm with a weekly dose of 50 mm distributed evenly according to its development stage.

To determine the parameters of the irrigation systems, a total of 21 collectors were installed in three rows, in a regular 2x2 m grid arrangement, covering an area of 84 m², and the volume of water delivered by the system in one hour of irrigation was collected. Substrate moisture measurements were taken following the same sample pattern at 3-hour intervals, until the following 48 hours, at which point the irrigation cycle was repeated. For this purpose, the HH2 Delta T humidity sensor was used. Air temperature and relative humidity were also monitored using a MT306 model mini-weather station.

The irrigation uniformity coefficient (CU) was determined using the following equation (Christiansen, 1942CHRISTIANSEN, J. E.: "Bulletin of the California Agricultural Experiment Station", California Agricultural Experiment Station, University of California, vol. 670 124, 1942. ISSN:0096-0683.).

Where:

n: Number of measurements;

M: Average of the collected water quantities, mm;

X: Absolute deviation.

To evaluate irrigation quality, CU ≥ 85% is considered: Excellent uniformity, 80% ≤ CU < 85%: Good, 70% ≤ CU < 80%: Fair, and CU < 70%: Poor.

To determine the uniformity of irrigation distribution (DU), sampling of the dripper flow (Gg) was carried out according to the procedure described by Merriam & Keller (1978)MERRIAM, J.L.; KELLER, J.: “Farm irrigation system evaluation: a guide for management.”, 1978., and the following equation was used:

Where:

DU: Distribution Uniformity Coefficient (%);

Q₂₅: Average value of the 25% of emitters with the lowest flow rate (ml);

Qn: Average value of all emitters (ml).

Accepted criteria for irrigation uniformity Keller & Bliesner (1990KELLER, J.; BLIESNER, R.D.: Sprinkle and trickle irrigation, 1990, ISBN: 0-442-24645-5.) They define irrigation uniformity as UD ≥ 85%: Excellent; 75% ≤ UD < 85%: Good; 60% ≤ UD < 75%: Acceptable; and UD < 60%: Poor.

The irrigation coefficient of variation was calculated using the following expression:

Where:

σ: mean deviation;

M: average.

The total usable water was determined as:

Where:

cc: Field capacity (%);

pmp: Permanent wilting point (%);

da: Bulk density (kg/cm3);

p_raiz: Root depth (cm).

To present the spatial variation in irrigation distribution, the Kriging interpolation method adapted by Goovaerts (2008)GOOVAERTS, P.: “Kriging and semivariogram deconvolution in the presence of irregular geographical units”, Mathematical geosciences, 40(1): 101-128, 2008, ISSN: 1874-8961.. To prepare the maps, records were taken 8 hours after irrigation and the data were tabulated in the Matlab-R2020a program.

Results and Discussion

Conclusions

The irrigation parameters of the nebulizer system show better results than those of the micro-sprinkler in aspects such as uniformity coefficient, distribution uniformity, and distribution efficiency. In both cases, the irrigation quality criteria are met, with the CU and DU being rated as Excellent for the nebulizer, and the CU and DU being Good for the micro-sprinkler. Similarly, better spatial moisture distribution is evident in irrigation with the nebulizer, associated with a smaller range of variation. However, the substrate uniformity moisture coefficients exceeding 80% in in both cases. The increase in moisture in the zeolite during the three hours of uninterrupted irrigation in both systems reaches values greater than 50%, slightly exceeding the field capacity of the zeolite. During the following 24 hours, moisture decreases rapidly in both systems, and more stable moisture is achieved in a shorter time in the nebulizer system, achieving satisfactory values for the remainder of the cycle.

Introducción

El cultivo de minitubérculos de papa es actualmente un método especializado para la producción de semillas de alta calidad y libre de patógenos. El proceso se lleva a cabo bajo condiciones controladas en casas de cultivo con iluminación, temperatura y humedad relativa bajo determinados rangos (Veitía-Rodríguez et al., 2016VEITÍA-RODRÍGUEZ, N.; MARTIRENA-RAMÍREZ, A.; LEIVA-MORA, M.; ROMERO-QUINTANA, C.; LEÓN-QUINTANA, M.; HURTADO-RIBALTA, O.: “Respuesta morfoagronómica en casa de cultivo de plantas cultivadas in vitro de dos variedades de papa cubana”, Cultivos Tropicales, 37(3): 66-71, 2016, ISSN: 0258-5936.). Entre los sustratos más empleados están la turba, la perlita, la vermiculita, el estiércol y la zeolita. Como principales requerimientos deben tener un comportamiento inerte y buen drenaje. Sin embargo, la producción de minitubérculos empleando plantas propagadas in vitro tiene varios desafíos tales como: lograr una alta uniformidad de crecimiento de las poblaciones, el aumento del rendimiento y la calidad de los tubérculos. Entre las limitaciones tecnológicas están la aplicación de esquemas de fertirrigación con formulaciones comerciales y la variación de los factores agrometeorológicos que afectan la calidad de riego (García-Segura et al., 2021GARCÍA-SEGURA, D.R.; VALDEZ-AGUILAR, L.A.; RAMÍREZ-RODRÍGUEZ, H.; ZERMEÑO-GONZÁLEZ, A.; CADENA-ZAPATA, M.: “Producción de mini tubérculos de papa en aeroponía en comparación con suelo y polvo de coco”, Terra latinoamericana, 39, 2021, ISSN: 0187-5779.; Cioloca et al., 2024CIOLOCA, M.; TICAN, A.; POPA, M.: “Evaluation of virus-free potato minitubers derived from “in vitro” meristem cultures for high-quality seed potato production”, Rom. J. Hortic, 5: 15-22, 2024.; López et al., 2025LÓPEZ, R.F.; GUTIÉRREZ, F.X.F.; HERRERA, M.E.M.; MORA, O.F.; RUIZ, E.S.; DELGADO, H.L.: “Evaluación de soluciones nutritivas hidropónicas en genotipos de papa en invernadero”, Revista mexicana de ciencias agrícolas, 16(3): 11, 2025, ISSN: 2007-0934.).

Por otra parte, el empleo de la zeolita como sustrato en casas de cultivo mejora las condiciones para el crecimiento de los microtubérculos. La zeolita es un mineral de aluminosilicato microporoso de origen natural, posee excelentes propiedades físicas y una estructura cristalina particular. Con su empleo se logra disminuir el pH y mejorara la capacidad de intercambio catiónico. Su empleo se relaciona con una alta eficiencia de adsorción como consecuencia de su alto valor de superficie interna. La alta cantidad y la distribución de los poros en la zeolita produce un incremento significativo del potencial de adsorción lo que la hace muy útil en aplicaciones agrícolas y de enmienda del suelo. Como consecuencia, los suelos enmendados con zeolita pueden retener más agua y nutrientes, reduciendo la frecuencia de riego y mejorando el crecimiento de las plantas (Sánchez et al., 2006SÁNCHEZ, E.U.; CASTILLO, G.A.B.; ESCOBAR, R.N.; LEÓN, M.T.C.; CHÁVEZ, L.T.; TORRES, J.L.T.: “Cultivo hidropónico de plántulas de jitomate en zeolita cargada con K+, Ca2+ o Mg2+ y diferente granulometría”, Agrociencia, 40(4): 419-429, 2006, ISSN: 1405-3195.; Urbina-Sánchez et al., 2011URBINA-SÁNCHEZ, E.; BACA-CASTILLO, G.A.; NÚÑEZ-ESCOBAR, R.; COLINAS-LEÓN, M.T.; TIJERINA-CHÁVEZ, L.; TIRADO-TORRES, J.L.: “Zeolita como sustrato en el cultivo hidropónico de gerbera”, Terra Latinoamericana, 29(4): 387-394, 2011, ISSN: 0187-5779.; Franco et al., 2024FRANCO, A.M.M.; GARCÍA, E.R.; MEDINA, R.L.; RAMÍREZ, A.A.C.: “Properties and applications of natural zeolites”, Brazilian Journal of Development, 10(1): 1713-1799, 2024, ISSN: 2525-8761.).

En condiciones protegidas, el manejo del riego en el cultivo de la papa se hace vital para alcanzar los rendimientos esperados. La máxima demanda de agua debe estar concentrada en la fase de tuberización y engrose del tubérculo y contar con la cantidad y calidad requerida. Para lograr un riego eficiente es necesario aplicar el agua en la cantidad adecuada, de acuerdo a las condiciones del sustrato y en el momento oportuno, dejando un contenido de humedad suficiente y una distribución homogénea en la parcela. Para humedecer correctamente el suelo, es fundamental conocer cómo se mueve el agua, como se almacena, se absorbe por las plantas y cuáles son las pérdidas que se producen (García-Segura et al., 2021GARCÍA-SEGURA, D.R.; VALDEZ-AGUILAR, L.A.; RAMÍREZ-RODRÍGUEZ, H.; ZERMEÑO-GONZÁLEZ, A.; CADENA-ZAPATA, M.: “Producción de mini tubérculos de papa en aeroponía en comparación con suelo y polvo de coco”, Terra latinoamericana, 39, 2021, ISSN: 0187-5779.).

Los sistemas de microaspersión y nebulizadores ofrecen oportunidades que posibilitan el incremento de la eficiencia del riego en casas de cultivo, sin embargo, su uso bajo patrones imprecisos puede generar impactos negativos. Entre las ventajas de su empleo se encuentra el aumento de la humedad relativa y la consiguiente reducción de la temperatura, evitando así el estrés térmico, la uniformidad en la distribución y limpieza del follaje. No obstante, posee un mayor riesgo a la aparición de enfermedades fúngicas, el uso excesivo de agua y el consiguiente lavado de nutrientes (Colombi et al., 2023COLOMBI, T.; TORRES L.C.; WALTER, A.: "Hypoxia tolerance in potato: Linking root physiology to field performance", Journal of Experimental Botany, vol. 74 (5): 21-34, 2023. ISSN:0022-0957.). El presente trabajo se propone como objetivo evaluar los parámetros de uniformidad del riego en condiciones de casa de cultivo con sustrato de zeolita, empleando los métodos de microaspersión y nebulizador en el cultivo de minitubérculos de papa (Solanum tuberosum).

Materiales y Métodos

La investigación se llevó a cabo en condiciones de casa de cultivo modelo Granma-1 del Instituto de Biotecnología de Las Plantas ubicado en la Universidad Central de Las Villas, en la ciudad de Santa Clara, Villa Clara Cuba. El sustrato empleado en la producción de minitubérculos fue de zeolita 100% de tipo clinoptilolita, con un rango de 1.0 - 4.0 mm de granulometría, densidad aparente da = 0.76g/cm3, capacidad de campo cc = 38.3%, pmp 16.5% , porosidad p = 63.7% (Urbina-Sánchez et al., 2011URBINA-SÁNCHEZ, E.; BACA-CASTILLO, G.A.; NÚÑEZ-ESCOBAR, R.; COLINAS-LEÓN, M.T.; TIJERINA-CHÁVEZ, L.; TIRADO-TORRES, J.L.: “Zeolita como sustrato en el cultivo hidropónico de gerbera”, Terra Latinoamericana, 29(4): 387-394, 2011, ISSN: 0187-5779.).

Para evaluar los sistemas de riego se empleó el nebulizador modelo Hadar 7110 y el microaspersor Mamkad 16. Los nebulizadores fueron dispuestos de forma aérea con espaciamiento de 3x3 m, boquilla de 1.4 mm, caudal de entrega de 103 L/h presión de trabajo de 1,5-3,0 bar, precipitación de 11,4 mm/h, eficiencia de entrega del 90%. Los microaspersor se instalaron a 5x5 m de distancia con caudal de entrega de 252 L/h, presión de trabajo de 2,5 bar, precipitación de 10.2 mm/h, eficiencia de entrega del 92%. Los sistemas se instalaron mediante tuberías de polietileno de 16 mm de alta resistencia. El agua se suministró mediante una motobomba con un caudal de 200 L/min y una presión de 2,5 bar.

Los minitubérculos de papa cultivados fueron de la variedad Yara, propagada por métodos biotecnológicos con potencial de rendimiento superior a las 32 t/ha y más del 90% clasificada como comercializable. Esta variedad presenta un buen desarrollo foliar, su altura media es de 0,55 m, de color verde oscuro y período vegetativo de 80 a 85 días y una demanda hídrica de 650 mm con dosis de 50 mm semanales distribuida de forma uniforme según su etapa de desarrollo.

Para determinar los parámetros de los sistemas de riego se instalaron un total de 21 colectores organizados en tres hileras, en arreglo regular de cuadriculas de 2x2 m, para un área de 84 m² y se recolectó el volumen de agua entregado por el sistema en una hora de riego. Las mediciones de humedad del sustrato se realizaron siguiendo el mismo patrón de muestras a intervalos de 3 horas, hasta las siguientes 48 horas, momento en que se repite el ciclo de riego, para ello se empleó el sensor de humedad de HH2 Delta T. Se controló además la temperatura del aire y la humedad relativa empleando una miniestación meteorológica modelo MT306.

El coeficiente de uniformidad de riego (CU), se determinó mediante la siguiente ecuación (Christiansen, 1942CHRISTIANSEN, J. E.: "Bulletin of the California Agricultural Experiment Station", California Agricultural Experiment Station, University of California, vol. 670 124, 1942. ISSN:0096-0683.).

donde:

n: Número de mediciones;

M: Promedio de las cantidades de agua recolectadas, mm;

X: Desviación absoluta.

Para evaluar la calidad del riego se considera que CU ≥ 85%: excelente uniformidad,80% ≤ CU < 85%: bueno, 70% ≤ CU < 80%: regular y CU < 70%: pobre.

Para determinar la uniformidad de la distribución del riego (DU) se realizó el muestreo del gasto de los goteros (Gg) según el procedimiento descrito por Merriam y Keller (1978)MERRIAM, J.L.; KELLER, J.: “Farm irrigation system evaluation: a guide for management.”, 1978., y se empleó la siguiente ecuación:

donde:

DU: coeficiente de Uniformidad de distribución (%);

Q₂₅: valor medio del 25% de los emisores de más bajo caudal (ml);

Un: valor medio del total de emisores (ml).

Los criterios aceptados para la uniformidad del riego Keller y Bliesner (1990)KELLER, J.; BLIESNER, R.D.: Sprinkle and trickle irrigation, 1990, ISBN: 0-442-24645-5. definen la uniformidad del riego como UD ≥ 85%: excelente, 75% ≤ UD < 85%: buena, 60% ≤ UD < 75%: aceptable, UD < 60%: mala.

El coeficiente de variación de riego se calculó mediante la siguiente expresión:

donde:

σ: desviación media;

M: promedio.

El agua útil total se determinó como:

donde:

cc: capacidad de campo (%);

pmp: punto de marchitez permanente (%);

d _a : densidad aparente (kg/cm³);

p _raiz : profundidad de la raíz (cm).

Para la presentación de la variación espacial de la distribución del riego, se empleó el método de interpolación de Kriging adaptado por Goovaerts (2008)GOOVAERTS, P.: “Kriging and semivariogram deconvolution in the presence of irregular geographical units”, Mathematical geosciences, 40(1): 101-128, 2008, ISSN: 1874-8961.. Para la confección de los mapas se tomaron los registros a las 8 h posteriores al riego y se a tabularon los datos en el programa Matlab-R2020a.

Resultados y Discusión

Conclusiones

Los parámetros de riego del sistema de nebulizador muestran mejores resultados que los del microaspersor en aspectos como coeficiente de uniformidad, uniformidad de distribución y eficiencia de distribución. En ambos casos se cumplen con los criterios de calidad del riego, calificandose como Excelente el CU y DU en el nebulizador y Excelente el CU y Bueno el DU del microaspersor. De igual modo se evidencia una mejor distribución espacial de la humedad en el riego con nebulizador asociada a un menor rango de variación, no obstante, se obtienen coeficientes de uniformidad de la humedad en el sustrato para ambos casos superiores al 80%. El incremento de la humedad en la zeolita en las tres horas de riego ininterrumpido en ambos sistemas, alcanza valores superiores al 50%, sobrepasando ligeramente la capacidad de campo de la zeolita. Durante las 24 horas siguientes ocurre una rápida disminución de la humedad en ambos sistemas y se alcanza una humedad más estable en menor tiempo en el sistema de nebulizadores, lográndose valores satisfactorios durante el resto del ciclo.