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1. Introducción
El cáñamo (Cannabis sativa L.) ha logrado posicionarse en el mundo por sus propiedades medicinales y su consumo con fines recreativos; y acorde con esto, en 2019, en Ecuador se aprobó su uso con fines terapéuticos, encaminándose la investigación hacia su adaptabilidad y productividad (Bravo Avalos et al., 2023).
La variedad de cáñamo Cherry Oregon es alta en cannabidiol [CBD], con un 15%, mientras que el contenido de tetrahidrocannabinol [THC] es aproximadamente 1%, cumpliendo con las normas de regularización (Acuerdo Ministerial No. 109). No obstante, el contenido de CBD está en función de factores culturales, suelo, absorción de nutrientes, agua, luminosidad, así como del punto de cosecha (Garza, 2020).
Los productores de cáñamo han empleado soluciones nutritivas, ya sea al suelo o sustratos, preparadas según los requerimientos nutricionales, la etapa de crecimiento y el contenido de nutrientes del agua de riego y/o sustrato (Moreno Baque et al., 2021). Se ha desarrollado un método sistemático mediante el cual es posible calcular por adelantado una fórmula para la composición de la solución nutritiva que satisfaga ciertos requisitos, en cuanto a las proporciones relativas de los iones nutrientes, la concentración iónica total y el pH, sin complicaciones por precipitación, la cual es conocida como “solución nutritiva universal de Steiner” (Steiner, 1961; 1984). Esta solución nutritiva se caracteriza por su contenido de macronutrientes esenciales, donde sus relaciones varían entre aniones y cationes; siendo considerada ideal para analizar el crecimiento de la planta, permitiendo balancear la nutrición y determinar cómo esta influye en la concentración de cannabinoides (Trejo-Téllez y Gómez-Merino, 2012).
En este sentido, esta investigación tuvo como objetivo evaluar el efecto de cinco concentraciones de la solución nutritiva Steiner en la fenología del cáñamo medicinal, y determinar la dosis óptima de la solución nutritiva para el contenido de cannabinoides (CBD y THC).
2. Materiales y Métodos
Esta investigación se ejecutó de febrero de 2022 a febrero de 2023, en el invernadero del Departamento de Manejo de Suelos y Aguas [DMSA], de la Estación Experimental Santa Catalina [EESC] del Instituto Nacional de Investigaciones Agropecuarias [INIAP]. Invernadero ubicado en la parroquia Cutuglahua, cantón Mejía, provincia de Pichincha, a una altitud de 3.059 m s.n.m., latitud 0° 22´ 4,02” S y longitud 78° 33´ 15,96” O. El invernadero tuvo, en promedio, 34,6 y 20 °C como temperatura máxima y mínima, respectivamente; así como 75,60% de humedad relativa.
Se estudió un factor, solución nutritiva de Steiner, en cinco concentraciones (50, 75, 100, 125 y 150%) (Tabla 1), donde también varió las concentraciones de los microelementos (Fe: 3 mg L-1; Mn: 1,52 mg L-1; Zn: 0,35 mg L-1; Cu: 0,23 mg L-1; B: 0,71 mg L-1; y Mo: 0,10 mg L-1) de acuerdo con los tratamientos. Se aplicó un Diseño Completamente al Azar [DCA] con 17 observaciones por tratamiento, obteniéndose un total de 85 observaciones. La unidad experimental fue constituida por una planta sembrada en una funda de plástico, con capacidad de 22 L, usando para cada tratamiento 17 plantas (85 plantas en total).
Tabla 1 Composición iónica y potencial osmótico de los tratamientos, en la optimización de la solución nutritiva Steiner a diferentes concentraciones en flor de cáñamo medicinal (Cannabis sativa L.) var. Cherry Oregon, bajo invernadero.Table 1. Ionic composition and osmotic potential of treatments, in the optimization of Steiner nutrient solution at different concentrations in medical hemp flower (Cannabis sativa L.) var. Cherry Oregon, under greenhouse conditions.
Se utilizaron semillas de cáñamo medicinal (Cannabis sativa L.) variedad Cherry Oregon, provenientes de la empresa BARAD, de 0,05 m de altura con 15 días de germinación. Asimismo, se utilizó una mezcla de un sustrato inerte compuesto por turba (50%), cascarilla de arroz (30%) y pomina (20%), previamente esterilizado. Se tomó una muestra de 1 kg de este sustrato para el análisis físico-químico en el Laboratorio de Suelos, Plantas y Aguas de la EESC, donde también, se realizó el análisis químico del agua de riego (tomando 1 L de muestra) (Tabla 2).
Para la preparación de las soluciones nutritivas se utilizaron cinco recipientes de 200 L, donde se colocaron las dosis correspondientes de los fertilizantes por cada tratamiento en estudio (Tabla 3). Estos se mezclaron y aplicaron por fertiirrigación, utilizando de 0,2 L hasta 1 L por planta por día, desde el trasplante hasta la cosecha (17 semanas), según la fenología del cultivo, cinco veces a la semana, dos veces al día; indicando que en los dos últimos días de la semana solo fue con agua. La conductividad eléctrica y el pH del agua de riego de las soluciones nutritivas se midieron cada semana. Se realizaron monitoreos en forma frecuente para determinar la incidencia de las diferentes plagas y enfermedades. La cosecha se realizó de forma manual, cuando el cultivo presentó sus tricomas maduros, identificados mediante un microscopio de bolsillo con luz LED.
Tabla 3 Fertilizantes utilizados en los tratamientos, en la optimización de la solución nutritiva Steiner a diferentes concentraciones en flor de cáñamo medicinal (Cannabis sativa L.) var. Cherry Oregon, bajo invernadero.Table 3. Fertilizers used in the treatments optimization of the Steiner nutrient solution at different concentrations in medicinal hemp flower (Cannabis sativa L.) var. Cherry Oregon, under greenhouse conditions.
Para la variable altura de planta se midieron todas las plantas del experimento con un flexómetro, en cm, tomando desde la base del tallo hasta su ápice, una vez al mes desde los 15 días posteriores al trasplante hasta el momento de la cosecha. El diámetro a la altura del cuello se midió a todas las plantas del experimento, con un pie de rey digital (en cm), en la misma frecuencia que la variable altura de planta. Para obtener el rendimiento de biomasa seca se llevó al laboratorio de Nutrición y Calidad de la EESC, tres plantas por tratamiento, donde se pesó y llevó a la estufa a 65 °C por 24 horas. Se aplicó la ecuación [1] para calcular la materia seca y la ecuación [2] para obtener el rendimiento (Velásquez et al., 2008).
donde:
MS = Porcentaje de materia seca.
Prms = Peso del recipiente más la muestra seca.
Pr = Peso del recipiente.
Prmh = Peso del recipiente más la muestra húmeda.
donde:
Los pesos se promediaron y sumaron, dando como resultado el peso total por tratamiento, expresado en g m-2, con transformación a t ha-1. Para el contenido de THC y CBD se tomó la mezcla de tres plantas por tratamiento en una muestra de 50 g de flores, en peso seco, para realizar los análisis en el Laboratorio de Nutrición y Calidad de la EESC. Las muestras fueron sometidas a un proceso de molienda hasta obtener un tamaño de partícula < 1 mm. Se adicionó 10 ml de etanol. Se agitó por 1 minuto a velocidad de 6,5 m s-1. Se colocó en tubos las muestras en un baño ultrasonido y se centrifugó por 10 minutos a 4.500 rpm a 5 °C. El extracto se pasó a un balón de 50 ml. Se tomó una alícuota del filtrado para pasarla por una membrana de 0,22 μm, la cual fue colocada en un vial de 2 ml para inyección en HPLC (cromatografía de líquidos de alto rendimiento). Este inyector tuvo las siguientes condiciones:
columna: Restek, RAPTOR ARC-18, 150 mm x 4,6 mm ID. 2,7 μm;
temperatura de columna: 30 °C;
detector DAD: longitud de onda 228 nm;
fase móvil: A: solución acuosa de amonio formeato 5 mM, 0,1% ácido fórmico; B: solución de acetonitrilo HPLC, 0,1% acido fórmico;
flujo: 1,5 ml por minuto (25% A y 75% B);
volumen de inyección: 10 μl; y,
tiempo de cromatografía: 12 minutos.
La cuantificación se realizó utilizando una curva de calibración, previamente analizada en el equipo, aplicando la ecuación [3] (Oficina de las Naciones Unidas contra la Droga y el Delito [UNODC], 2010).
donde:
PC = Porcentaje de cannabinoides.
C = Concentración de cannabinoides a partir de la curva de calibración (µg ml-1).
VT = Volumen total de extracto (50 ml).
F = Factor para transformar unidades (0,0001).
P = Peso de la muestra (0,5 g).
Para obtener la curva de crecimiento del cultivo, en las variables altura de planta y diámetro a la altura del cuello, se aplicó la regresión logística normal (ecuación [4]) (Alonso Báez et al., 2003).
donde:
Y = Valor de la variable en el tiempo (t)
α = Valor límite de la variable.
β = No tiene significado biológico y solo toma lugar en el tiempo inicial (t = 0).
ɣ = Tasa de la constante que determina la amplitud de la curva.
A los resultados obtenidos, de las variables analizadas, se les aplicó el análisis estadístico respectivo (supuestos de normalidad y homogeneidad). Se realizó una prueba de correlación (Pearson) entre las variables evaluadas (altura de planta, diámetro a la altura del cuello, rendimiento de biomasa, contenido de CBD). Se calculó el análisis de la varianza [ADEVA], donde se determinó el coeficiente de variación [CV] en porcentaje, y se empleó la prueba de Tukey (al 5%), para determinar las diferencias significativas. El análisis de los datos se ejecutó en el programa estadístico SAS, Versión 9.4 (SAS Institute Inc., 2015).
3. Resultados y Discusión
Para la variable altura de planta se presentaron diferencias significativas a partir de los 15 días después del trasplante hasta el cuarto mes del desarrollo de la planta (120 ddt), previo a su cosecha (Tabla 4). Luego de 15 días del trasplante, las plantas que recibieron el 50 y 100% de las soluciones nutritivas desarrollaron mayor altura con una media de 22,71 cm. Durante el primer mes (30 ddt), correspondiente al desarrollo vegetativo, el tratamiento con el 100% de la solución nutritiva tuvo la mayor altura, con un promedio de 55,57 cm. Sin embargo, los tratamientos con 100 y 125% de las soluciones nutritivas de Steiner, durante el segundo mes (60 ddt), tuvieron mayor tamaño con 77,5 y 73,36 cm, y también en el tercer mes (90 ddt), con 87,36 y 83,86 cm, respectivamente, es decir, en el desarrollo vegetativo y reproductivo. En la senescencia, durante el cuarto mes (120 ddt), previo a la cosecha, el tratamiento que presentó mayor altura fue el tratamiento con el 100% de la solución nutritiva, con una media de 90,43 cm. El modelo logístico de esta variable indicó que el tratamiento con el 100% de concentración desarrolló la mayor altura de las plantas (Figura 1). Las alturas obtenidas están dentro del rango de las reportadas por Gómez García et al. (2023), que oscilaron entre 78,87 y 96,43 cm, donde evaluaron seis genotipos de Cannabis sp. no psicoactiva bajo invernadero. Respecto a los efectos de las concentraciones nutritivas en estudios similares, Díaz-Vázquez et al. (2023) encontraron que concentraciones al 100 y 125% de solución nutritiva de Steiner dieron las mayores alturas de planta, debido a la mayor disponibilidad de nitratos que actúan como precursores de aminoácidos y proteínas estructurales, tal y como sucedió en esta investigación.
Tabla 4 Prueba de Tukey al 5% para altura de planta, en la optimización de la solución nutritiva Steiner a diferentes concentraciones en cáñamo medicinal (Cannabis sativa L.) var. Cherry Oregon, bajo invernadero.Table 4. Tukey's test at 5% for plant height, in the optimization of Steiner nutrient solution at different concentrations in medicinal hemp (Cannabis sativa L.) var. Cherry Oregon, under greenhouse conditions.
Figura 1 Efecto de cinco concentraciones de la solución nutritiva de Steiner sobre altura de planta, en cáñamo medicinal (Cannabis sativa L.) var. Cherry Oregon, bajo invernadero.Figure 1. Effect of five concentrations of Steiner’s nutrient solution on plant height in medicinal hemp (Cannabis sativa L.) var. Cherry Oregon, under greenhouse conditions.
Para la variable diámetro a la altura del cuello no se produjeron diferencias significativas a los 15 días después del trasplante entre tratamientos, sino a partir del primer mes (30 ddt) (Tabla 5). En el primer y segundo mes (30 y 60 ddt), el tratamiento con 125% de solución nutritiva destacó al presentar una media mayor en el diámetro a la altura del cuello, con 0,79 y 1,39 cm, respectivamente. En el caso del tercer y cuarto mes (90 y 120 ddt), los tratamientos con 100 y 125% de las soluciones nutritivas fueron significativamente superiores, en el tercer mes (90 ddt) con 1,48 y 1,57 cm; y en el cuarto mes (120 ddt) con 1,59 y 1,66 cm; respectivamente. El modelo logístico de esta variable indicó que el tratamiento con el 125% de concentración de la solución nutritiva produjo el mayor diámetro a la altura del cuello (Figura 2). Respecto a los efectos de las concentraciones nutritivas en estudios similares, Lazcano-Bello et al. (2021) y Díaz-Vázquez et al. (2023) encontraron que concentraciones al 100 y 125% de las soluciones nutritivas de Steiner dieron los mayores valores en el grosor del tallo, tal y como sucedió en este trabajo.
Tabla 5 Prueba de Tukey al 5% para la variable diámetro a la altura del cuello, en la optimización de la solución nutritiva Steiner a diferentes concentraciones en flor de cáñamo medicinal (Cannabis sativa L.) var. Cherry Oregon, bajo invernadero.Table 5. Tukey's test at 5% for the stem diameter at neck height variable in the optimization of the Steiner nutrient solution at different concentrations in medical hemp flower (Cannabis sativa L.) var. Cherry Oregon, under greenhouse conditions.
Figura 2 Efecto de cinco concentraciones de la solución nutritiva de Steiner sobre el diámetro a la altura del cuello, en cáñamo medicinal (Cannabis sativa L.) var. Cherry Oregon, bajo invernadero.Figure 2. Effect of five concentrations of Steiner’s nutrient solution on diameter at collar height in medicinal hemp (Cannabis sativa L.) var. Cherry Oregon, under greenhouse conditions.
Para la variable rendimiento de biomasa se presentó diferencia significativa entre los tratamientos, donde el tratamiento con el 125% de la solución nutritiva destacó con una media de 810 g m-2 u 8,10 t ha-1 (Tabla 6). Este valor coincide, en lo que respecta a los efectos de las concentraciones en estudios similares, con los resultados reportados por Díaz-Vázquez et al. (2023), donde se obtuvieron los mejores rendimientos de biomasa con la solución al 125% de concentración.
Tabla 6 Prueba de Tukey al 5% para la variable rendimiento de biomasa seca y para el contenido de CBD, en la optimización de la solución nutritiva Steiner a diferentes concentraciones en flor de cáñamo medicinal (Cannabis sativa L.) var. Cherry Oregon, bajo invernadero.Table 6. Tukey's test at 5% for the dry biomass yield variable and CBD content, in the optimization of Steiner nutrient solution at different concentrations in medicinal hemp flower (Cannabis sativa L.) var. Cherry Oregon, under greenhouse conditions.
Para contenido de THC no se detectó diferencia significativa entre tratamientos, siendo menor al 1% para todas las concentraciones evaluadas. Dicho contenido permitió establecer que se encontró dentro de los parámetros legales, según el Reglamento para el uso terapéutico, prescripción y dispensación del cannabis medicinal y productos farmacéuticos que contienen cannabinoides (Acuerdo Ministerial No. 148). Por otra parte, para el contenido de CBD se detectaron diferencias significativas entre tratamientos, destacándose el tratamiento con el 75% de la solución nutritiva y el tratamiento con el 100%, con medias de 15,30 y 15,15%, respectivamente, del contenido del cannabinoide (Tabla 6). Al comparar con los resultados de la investigación realizada por Aulestia Caiza (2022), quien reportó de 6,68 a 4,19%, se puede ver que el contenido de CBD se vio afectado positivamente por la distribución de nutrientes.
En las pruebas de correlación (Tabla 7), se observó que los mayores coeficientes (cercanos a 1) se obtuvieron en las variables diámetro a la altura del cuello vs. rendimiento (0,87), altura de planta vs. CBD (0,81) y altura de planta vs. rendimiento (0,80). Estos resultados son concordantes con la investigación de Delgado Cáceres (2022), donde se obtuvieron coeficientes de correlación mayores a 0,55 al evaluar la relación entre vigor y el rendimiento de biomasa e inflorescencia en el efecto de la tecnología de cultivo en la producción de cáñamo.
Tabla 7 Prueba de correlación de Pearson para las variables evaluadas, en la optimización de la solución nutritiva Steiner a diferentes concentraciones en flor de cáñamo medicinal (Cannabis sativa L.) var. Cherry Oregon, bajo invernadero.Table 7. Pearson’s correlation test for the variables evaluated in the optimization of Steiner nutrient solution at different concentrations in medicinal hemp flower (Cannabis sativa L.) var. Cherry Oregon, under greenhouse conditions.
4. Conclusiones
Las concentraciones óptimas de la solución Steiner fue del 100 y 125%, para los parámetros agronómicos de Cannabis sativa var. Cherry Oregon, altura y diámetro a la altura de cuello, durante los cuatro meses del cultivo. Para la acumulación de biomasa seca (rendimiento), la concentración óptima fue del 125%. Para la producción de CBD en flores, cumpliendo con las regulaciones vigentes (< 1% de THC), las concentraciones óptimas fueron del 75 y 100% de las soluciones nutritivas. Se destaca la importancia del manejo nutricional en el cultivo de Cannabis sativa para optimizar la producción de cannabinoides y cumplir con las regulaciones, identificando concentraciones de solución nutritiva que mejoran características agronómicas y rendimiento de biomasa seca.}
Contribuciones de los autores
Michelle Arcos: conceptualización, investigación, metodología, análisis formal, , visualización, redacción - borrador original, redacción - revisión y edición.
Yamil Cartagena: investigación, administración del proyecto, supervisión, validación, redacción - revisión y edición.
Jorge Merino: adquisición de fondos, supervisión, validación, administración del proyecto.
Patricio Pérez Guerrero: supervisión, validación, administración del proyecto, redacción - revisión y edición.
Rafael Parra: validación, supervisión, investigación, curación de datos.
Julio Moreno: curación de datos, software, visualización, redacción - revisión y edición.
