Consideraciones preliminares

El Cultivo Sin Suelo (CSS), en su acepción más amplia, incluye todo sistema que hace crecer a las plantas fuera de su ambiente natural: el suelo. Con el objeto de sistematizar el estudio de esta nueva tecnología pueden hacerse dos grandes grupos de sistemas:

Aquellos que utilizan un sustrato, diferente del suelo, en el que se desarrollan las raíces. Valgan de ejemplo la arena, la perlita, la lana de roca, la fibra de coco, la turba etc.

Aquellos otros que desarrollan su sistema radicular directamente en una solución nutritiva (agua y sales minerales) convenientemente oxigenada (hidroponía) o en una atmósfera saturada de solución nutritiva (aeroponía).

Algunos autores incluyen en el concepto de hidroponía los cultivos que se hacen en sustratos, química y biológicamente, inertes. Probablemente lo más correcto sea emplear la denominación CSS y a continuación la del sistema al que se hace referencia. Por ejemplo: CSS de tomate en sacos con perlita. CSS de melón en cubetas con fibra de coco. CSS de pimiento en canaletas con arena.

Otro aspecto diferenciador muy importante que delimita claramente los sistemas de CSS hace referencia a la forma en que se maneja la solución nutritiva. Se puede distinguir entre:

Sistemas en que se recircula la solución nutritiva. Hay que hacerlo obligatoriamente cuando no se utiliza ningún sustrato como soporte físico. En estos casos el riego debe de ser continuo. Los sistemas con sustratos inertes también pueden utilizarse para recircular la solución nutritiva.

Sistemas que trabajan a solución perdida y que utilizan un sustrato como soporte físico. En este caso, al disponer de una reserva de agua, el riego se hace discontinuo.

Sistemas intermedios en que un determinado porcentaje de la solución nutritiva drenada se recircula y el resto se desecha.

El Cultivo comercial de hortalizas en sistemas de CSS está ampliamente desarrollado en Europa. En Holanda, y el norte de Europa por extensión, predominan los sistemas en tablas de lana de roca con un alto porcentaje de superficie que se recircula la solución nutritiva. Los sistemas de hidroponía (NFT) están muy poco extendidos y es en el Reino Unido donde existe una superficie más significativa.

En España los CSS se concentran en el sureste de la península (Granada, Almería, Murcia y Alicante) y en las Islas Canarias. La superficie estimada es de unas 3.000 Ha. El cultivo en sacos de perlita y en tablas de lana de roca acaparan entre el 75 y el 85 % de la superficie de CSS. El resto de la superficie se reparte entre el cultivo en fibra de coco, tanto en sacos como en cubetas, el cultivo en “salchichas” de arena fabricadas in situ y el cultivo en canaletas de perlita. Se cultivan especialmente hortalizas de verano tales como tomate, pimiento, pepino, judía verde, melón y sandia. En menor cantidad se cultivan algunas especies florales como gerbera, clavel, rosas, etc.

Los costes de producción de hortalizas en sistemas de CSS no son necesariamente mayores que en un sistema tradicional. La valoración debe de hacerse en el entorno en que el sistema se implante. Así por ejemplo, en Almería la forma tradicional de cultivar hortalizas ha sido el sistema de enarenado y los costes de implantación del enarenado son comparables a los costes de implantación de un sistema de CSS.

Las razones por las que un sistema de CSS puede resultar ventajoso, frente a un sistema tradicional de cultivo en suelo, son:

Contaminación del suelo por patógenos de difícil erradicación (nematodos, fusariosis).

Disponer de un suelo de muy malas cualidades físicas, drenaje deficiente, o químicas, exceso de caliza activa.

Mejorar el manejo del riego y de la nutrición y por lo tanto conseguir un aumento en las producciones o en las calidades de las cosechas.

Los sustratos

Muchos materiales pueden ser utilizados como sustratos para el CSS. Desde un punto de vista comercial es muy aconsejable promover sustratos que tengan un bajo coste y un fácil aprovisionamiento. La características físico-químicas del sustrato deben de ser homogéneas y estables durante el tiempo que se considere como vida útil del mismo.

Existe numerosa bibliografía sobre la caracterización de sustratos y a ella hay que remitirse para profundizar sobre el conocimiento de esta materia. Desde un punto de vista práctico hay que resaltar que la densidad aparente, y por lo tanto el porcentaje de porosidad, es el parámetro más importante que define las cualidades de un sustrato. Este valor está estrechamente ligado con la granulometría (Indice de Grosor) y entre ambos delimitan la capacidad de retención de agua, en equilibrio con el aire, que un sustrato puede almacenar. La Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) es una característica química muy ligada a los sutratos de origen orgánico y que tiene una influencia marcada sobre la disponibilidad de los nutrientes. Otros materiales de origen mineral pueden tener una cierta CIC (arenas calizas).

Las características físico-químicas de un sustrato determinan el manejo del riego y la fertilización así como la geometría de los contenedores en que se utiliza. Este último aspecto es tan importante que puede hacer que para un sustrato de características físicas mediocres se diseñe un contenedor que mejore sustancialmente las mismas. En general los sustratos de granulometría fina deben de estar en contenedores de mayor altura que los de granulometría gruesa.

Se define la Capacidad de Contenedor como la cantidad total de agua que puede almacenar un contenedor, rellenado con un determinado sustrato, que se ha saturado de agua y se ha dejado drenar libremente. Este valor se puede determinar fácilmente en campo y es muy aconsejable hacerlo. Para cualquier sistema de CSS lo que realmente importa es conocer la cantidad de agua que es capaz de almacenar por unidad de superficie. Esta cantidad no es aconsejable que sea inferior a la evapotranspiración del cultivo (expresada en mm o l/m2) para un día de máxima necesidad.

Los sistemas de cultivo

El único material que se presenta en forma de tablas rígidas enfundadas en sacos de plástico es la lana de roca. Este material tiene una densidad aparente comprendida entre los 60 y los 90 g/l y una alta capacidad de retención de agua. Las tablas tienen geometrías muy variables. Las longitudes varían entre 1 m y 1,2 m, las anchuras entre 0,1 m y 0,25 m y las alturas entre 0,075 m y 0,1m. Esta variación determina multitud de posibilidades en cuanto al concepto de Capacidad de Contenedor. En Almería una de las tablas mas utilizada es la de 1,2x0,15x0,10 colocada a un marco de 2 m por 1,5 m. Esta tabla cubica 18 l. y su Capacidad de Contenedor es de unos 12 l. de agua. Como una tabla es para 3 m2 (2x1,5) de superficie de cultivo quiere decirse que el agua almacenada es de 4 l/m2. Los goteros se colocan a un marco de 2 m por 0,5 m y se ponen 3 goteros por tabla.

Los sacos de cultivo son un medio económico para contener materiales sueltos y de baja densidad. La perlita es un claro ejemplo de ello. Este material tiene una densidad aparente comprendida entre los 80 y los 140 g/l. La perlita que se comercializa para el cultivo en sacos tiene una densidad aparente de 130 g/l y granulometría de 0 a 5 mm Æ. Los sacos de polietileno tienen una longitud de 1,2 m y un Æ de 0,18 m con una capacidad total de 40 l. La Capacidad de Contenedor es de 21 l. Los marcos de plantación predominantes son, como en la lana de roca, de 2 m por 1,5 m por lo que el agua almacenada por este sistema es de 7 l/m2. También se comercializan sacos de cultivo con fibra de coco, pero este material es más aconsejable ponerlo en contenedores en los que predomine la altura.

Las cubetas de poliestireno expandido son económicas y se están abriendo un hueco importante en el mercado de los CSS. En Almería se están utilizando, las de forma cúbica y capacidad de 20 litros, para rellenarlas con fibra de coco. Se ponen dos piquetas de goteo por cubeta. La Capacidad de Contenedor es de 10 litros de agua, y para un marco estándar de 2 m por 1 m, se almacenan 5 l de agua por m2 de superficie de cultivo. Para el cultivo de pimiento se estrechan los marcos, tanto si se utilizan las cubetas, como los sacos de perlita o las tablas de lana de roca. Para el caso de las cubetas se ponen a 1,6-1,8 m entre filas y a 0,8-1 m a lo largo de la fila.

Los contenedores de plástico rígido y formas alargadas resultan caros y no se utilizan comercialmente en los CSS. Son válidos para ser rellenados con sustratos de alta densidad aparente tipo arenas o gravas.

Un sistema que está teniendo aceptación en el sureste de la península Ibérica son las canaletas para rellenar con perlita y construidas in situ con plástico de polipropileno alveolar extruxionado. Este material es semirrígido, se presenta predoblado en anchuras variables y se transporta en forma de rollos que se extienden sobre el suelo y se doblan para construir la canaleta. Las dimensiones del canal de cultivo son de 0,24 m de anchura por 0,18 m de altura. La canaleta puede ser rellenada con otros sustratos con la condición de que sean de baja densidad aparente puesto que no soportan grandes esfuerzos físicos.

Cabe mencionar por último los sistemas que también se construyen in situ y que se denominan en España “salchichas”. El sistema se desarrolló en Murcia para utilizar como sustrato las arenas del lugar. Consiste en la extensión sobre el suelo de filas de láminas de plástico y separadas 2 m entre ellas. El plástico es de polietileno opaco de 800 galgas de espesor y de anchura 1,4-1,6 m. Sobre este plástico se extiende un cordón de arena que posteriormente queda abrazado por el plástico que se cose con sistemas mas o menos ingeniosos. Los volúmenes de arena que se utilizan son de unos 250 m3 por Ha. La principal ventaja de este sistema es que los materiales que se necesitan para construirlo son de fácil aprovisionamiento y no muy costosos. Los inconvenientes están ligados a las características del propio material. Al ser tan pesado exige esfuerzos importantes para su manejo en el periodo constructivo. Por otro lado, la falta de homogeneidad, tanto en las granulometrías como en la composición química, dificulta el manejo durante el cultivo. En general se evitará el uso de arenas con altos contenidos en caliza.

La nutrición

La solución al problema de la nutrición es muy fácil en su planteamiento y algo más difícil en su ejecución. Esta dificultad está muy ligada al medio de cultivo, y más directamente a la capacidad de intercambio catiónico y a la capacidad tamponadora frente al pH. La dificultad es creciente, desde los sustratos inertes, con un bajo grado de dificultad, pasando por los sustratos orgánicos, con una dificultad moderada, y llegando al suelo en que el manejo de la nutrición es algo más complejo.

Las necesidades nutritivas de los cultivos son conocidas con bastante precisión. Los análisis de extracción de nutrientes son un buen medio para conocer la demanda cuantitativa y cualitativa de los elementos nutritivos. Así mismo, y precisamente a través de la investigación en cultivos en hidroponía, pueden determinarse con bastante precisión las tasas de absorción de los elementos nutritivos. En sustratos inertes, en los que hay muy poca interferencia entre la solución nutritiva aportada y la solución nutritiva disponible para el cultivo, el problema nutricional queda resuelto aportando los fertilizantes necesarios para atender esta demanda una vez descontados aquellos elementos nutritivos que el agua de riego lleva en su composición y que son conocidos mediante un análisis ordinario.

Para las hortalizas cultivadas comúnmente en Almería, las necesidades nutritivas son muy parecidas y de hecho se utilizan soluciones nutritivas muy poco diferenciadas. La producción de un kilogramo de materia seca de cualquier hortaliza demanda cantidades y equilibrios nutritivos muy similares. Las diferencias están fundamentalmente relacionadas, en lo cuantitativo, con la capacidad de producción de materia seca por unidad de energía recibida, y en lo cualitativo, con la fase fenológica del cultivo. Las etapas de desarrollo de los cultivos, con necesidades nutritivas claramente diferenciables, son:

Una fase de crecimiento vegetativo activo que va desde la nascencia hasta el engorde de los primeros frutos. Esta fase se caracteriza por una alta tasa de producción de materia seca y por lo tanto una máxima absorción de nutrientes, tanto mayor cuanto más vigoroso sea el cultivo.

Una fase de desarrollo en la que se solapa el crecimiento vegetativo activo y la producción de frutos recolectados antes de su maduración fisiológica. Este caso se da en los cultivos de calabacín, berenjena, pepino, judía verde, etc. En esta fase la tasa de producción de materia seca se ralentiza y en todo caso es muy dependiente del vigor del cultivo. Los requerimientos nutricionales son muy parecidos a los de la fase anterior.

Una fase de coexistencia de crecimiento vegetativo y producción de frutos que se recolectan fisiológicamente maduros, o muy cercanos a su maduración. Tal es el caso de los cultivos de tomate y pimiento de color (rojo, naranja o amarillo). La tasa de producción de materia seca es menor que en los casos anteriores. La absorción de nutrientes globalmente disminuye y la solución nutritiva consumida se caracteriza por una disminución en el consumo de nitratos y calcio y un ligero aumento en la absorción de potasio y magnesio.

Una fase claramente generativa en la que predomina casi exclusivamente la maduración de frutos y que se da en las fases terminales de los cultivos de tomate y pimiento y sobre todo en melón y sandia. La tasa de producción de materia seca es muy baja, tanto menor cuanto más agolpadamente se produzca la maduración de la cosecha. Las características de la solución nutritiva consumida por el cultivo siguen la misma tendencia que en la fase anterior pero de manera mas acusada si cabe.

Las aguas de riego

Para manejar adecuadamente el riego y la nutrición es imprescindible conocer con exactitud la calidad agronómica del agua de riego. La información que deben de proporcionar los análisis de aguas es la siguiente:

La conductividad eléctrica (CE) en dS/m o mmhos/cm a 25ºC. Este dato está directamente relacionado con la cantidad total de sales que contiene el agua de riego. Su valor condiciona fundamentalmente el manejo del riego a través del parámetro del porcentaje de drenaje. A su vez este valor está muy ligado a la resistencia a la salinidad del material vegetal cultivado. Aguas con una CE superior a 2 dS/m limitan su uso para los CSS. Los sistemas de recirculación son más exigentes para este parámetro y aguas con CE por encima de 0,7 dS/m no deberían de utilizarse. Simplificando conceptos puede asegurarse que mayores conductividades darán menores rendimientos y, sin sobrepasar ciertos límites, mejores calidades organolépticas.

El valor pH de las aguas de riego está muy condicionado por su composición iónica y, mas concretamente, por la concentración de carbonatos y bicarbonatos. En la gama de valores de pH comprendida entre 6 y 6,5 la mayor parte de los nutrientes están mas fácilmente disponibles para el cultivo. En aguas carbonatadas los valores del pH están por encima de 7 y en estos casos es necesario neutralizar los carbonatos, añadiendo ácidos comerciales, generalmente ácido fosfórico y nítrico, para situar el valor en el entorno de ligera acidez ( 5,5 a 6,5). En otros casos, y en ausencia de bicarbonatos, el valor del pH puede quedarse demasiado ácido y en este otro caso habrá que añadir algún producto alcalinizante como por ejemplo el hidróxido potásico.

La cantidad de cada uno de los iones que el agua contiene puede expresarse en milimoles por litro (mM/l), miliequivalentes por litro (meq/l) o partes por millón (ppm). A efectos nutricionales y operativos, los iones que deben de ser analizados son, como aniones, carbonatos y/o bicarbonatos, sulfatos, cloruros, fosfatos y nitratos. Como cationes se analizarán calcio, magnesio, sodio, potasio y amonio. Generalmente, y a no ser que el agua esté contaminada, no se encuentran nitratos, fosfatos y amonio. El potasio, si hay, está a tan bajas concentraciones que resultan despreciables desde el punto de vista nutritivo. Deben de ser también analizados aquellos micronutrientes que se intuya que se pueden encontrar en concentraciones que impliquen protagonismo en el aspecto nutricional. Un ejemplo es el del boro, que valores por encima de 1 ppm pueden crear problemas de fitotoxicidad en los cultivos.

El manejo de la fertirrigación

Realizados los ajustes de la solución nutritiva de acuerdo a las necesidades del cultivo, y hechas las correcciones en función de la calidad del agua de riego a utilizar, el siguiente paso es el cálculo de la cantidad de fertilizantes que se van a necesitar para incorporarlos al sistema de CSS. Como las concentraciones iónicas en las soluciones nutritivas suelen expresarse en mM/l o meq/l, las concentraciones de los fertilizantes vendrán expresadas en mg/l.

A la hora de aplicar los fertilizantes puede optarse por dos sistemas: el de solución nutritiva diluida y el de solución nutritiva concentrada. Siempre que sea posible, y por las numerosas ventajas que tiene, se utilizará el sistema de solución nutritiva diluida. Para ello es necesario disponer de balsetas de almacenamiento de solución nutritiva diluida que atienda las necesidades hídricas del cultivo para, por lo menos, dos días de épocas de máximo consumo. Para Almería se estima que para una Ha de cultivo es necesario una balseta auxiliar de entre 100.000 y 150.000 litros de capacidad. Estos depósitos deben de ser opacos a la luz y la superficie en contacto con la solución nutritiva no debe de modificar las cualidades de ésta. Con este sistema se simplifica sustancialmente la operación de fertirrigación frente al sistema de solución nutritiva concentrada.

Cuando se concentran las soluciones nutritivas es necesario disponer de elementos inyectores que, gobernados por sondas que miden la conductividad eléctrica, controlan la inyección en la red de riego de los fertilizantes para que se diluyan y así obtener la solución nutritiva deseada. En este caso siempre se recurrirá al sistema de dos tanques por solución nutritiva para inyectar el 50 % de cada uno de ellos. La necesidad de dos tanques por cada solución nutritiva viene determinada por la incompatibilidad, a altas concentraciones, del calcio frente a los sulfatos y fosfatos que forman precipitados insolubles.

En los sistemas de CSS, dado que se utilizan pequeños volúmenes de sustrato y que por lo tanto hay poco agua disponible para el cultivo, es necesario dar varios riegos en el día para atender las necesidades de los cultivos. Ello obliga a disponer de sistemas que automaticen la operación de riego, tanto la dotación como la frecuencia.

Para automatizar la dotación de riego se utiliza un programador de tiempos que a ser posible tenga sensibilidad de, cómo mínimo, un cuarto de minuto. La dotación o tiempo de riego debe de permanecer constante en el tiempo y se determina a pié de parcela. Los parámetros que están involucrados en ello son:

Las cualidades del sustrato y más concretamente la Capacidad de Contenedor.

El porcentaje de drenaje que se va a manejar durante el cultivo.

El porcentaje de agotamiento del agua disponible que se elija para la reposición.

Las frecuencias de riego hay que ir variándolas para acomodarse a las necesidades del cultivo según se modifiquen las condiciones climáticas y las fases de desarrollo del mismo. La automatización de este parámetro puede hacerse con un calendario diario que permita programar los riegos en horarios prefijados y que deben de acomodarse a la curva de necesidades del cultivo. En un día despejado las necesidades hídricas tienden a concentrase en las horas del mediodía solar.

Sistemas más sofisticados, pero no más precisos, pueden ser utilizados para la automatización de las frecuencias de riego. Entre ellos está el sistema de radiación solar, las bandejas de demanda, las bandejas que cuantifican el drenaje, etc. En cualquier caso, todo sistema de control del riego debe de tener como finalidad el suministro del agua para que se obtengan los porcentajes de drenaje preestablecidos y para cada uno de los riegos que se aporten.

El control de la fertirrigación

El éxito que se pueda obtener con los CSS está directamente relacionado con el tiempo que se dedique al control del aporte del agua y los nutrientes. Para el caso de utilizar el sistema de solución nutritiva diluida se simplifican mucho las cosas y la atención hay que prestarla, fundamentalmente, al control de la operación de riego. En el caso de los sistemas de solución nutritiva concentrada debe de dedicarse una parte importante del tiempo al control del equipo de fertirrigación.

En un punto de control se muestrea un gotero y dos unidades consecutivas de cultivo (dos sacos, dos tablas o dos cubetas). Las dos unidades de cultivo están sobre una plataforma que permite recoger el agua drenada en un recipiente. Todos los días se recoge el agua del gotero y el agua del drenaje y se cuantifica y calcula el porcentaje de drenaje. Se miden los parámetros de CE y pH y se anotan todos estos datos en un estadillo que nos permita visionar, por lo menos, los datos de una semana. De esta forma pueden apreciarse las tendencias y tomar decisiones respecto al manejo del riego y la nutrición.

Un protocolo de actuación, frente al manejo del riego y la nutrición, puede ser el siguiente:

Se fija como objetivo prioritario el mantenimiento de un determinado porcentaje de drenaje con un rango de actuación de ± el 20 %. Por ejemplo un 25 % de drenaje, oscilando entre el 20 y el 30 %. La elección de este valor está condicionado por la calidad del agua de riego, el cultivo y las cualidades físicas del sustrato.

Se fija como objetivo secundario el mantenimiento de un valor de CE en el drenaje con un rango de actuación de ± el 10 %. Por ejemplo una CE de 3 dS/m, oscilando entre 2,7 dS/m y 3,3 dS/m. El valor de la CE del drenaje está condicionado por la CE de la solución nutritiva aportada y el porcentaje de drenaje manejado. Es muy difícil mantener una CE en el drenaje de 2,5 dS/m cuando se aporta una solución nutritiva de 3,5 dS/m.

Se aporta una solución nutritiva ajustada a las necesidades del cultivo y condicionada por la calidad del agua de riego utilizada. Esta solución nutritiva tendrá un valor, que se puede denominar CEsn y, que será el resultado de sumar, a la CE del agua de riego (CEa), la CE de los fertilizantes aportados (CEf). La CEa suele permanecer invariable en el tiempo así que para el manejo de la fertirrigación se actuará sobre la CEf y se podrá variar en un rango de actuación de ± un 30 % del valor de partida. Por ejemplo una solución nutritiva elaborada con un agua de riego de CEa 0,5 dS/m da una CEsn de 2,2 dS/m. Por lo tanto la CE aportada con los fertilizantes (Cef) será de 1,7 dS/m. Para ajustar los parámetro de la fertirrigación la CEsn oscilará entre 1,7 dS/m y 2,7 dS/m (0,5 dS/m ± el 30% de 1,7 dS/m).

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Teodoro Moreno Iniesta, Instituto Nacional de Empleo, Centro de Formación Profesional Ocupacional de Horticultura, C/ Remata s/n - CP. 04007 / Almería, ESPAÑA. Telefax: (34) 950 24 48 33. morenote@wanadoo.es

Ansorena, J. 1994. Sustratos, Propiedades y Caracterización. Ediciones Mundi-Prensa.

Blanc, D. 1987. Les cultures, hors sol. INRA. París.

Cadahía, C. 1998. Fertirrigación. Cultivos Hortícolas y Ornamentales. Ediciones Mundi-Prensa.

Cánovas, F. 1988. Gestión de riegos y fertirrigación en invernadero. En: Tecnología de invernaderos II. Curso superior de especialización. J. Pérez - I. M. Cuadrado. Dirección General de Investigación y Formación Agroalimentaria. F.I.A.P.A. y Caja Rural de Almería.

Coïc, Y. - Lesaint, D. 1983. Culture Hydroponiques. INRA.

García, M. - Urrestarazu, M. 1999. Recirculación de la disolución nutritiva en las condiciones de los invernaderos de la Europa del Sur. Caja Rural de Granada.

Magán, J. J. - Romera, M. P. - Cánovas, F. - Fernández, E. 1999. Ahorro de agua y nutrientes mediante un sistema de cultivo sin suelo con rehúso del drenaje en tomate larga vida. XVII Congreso Nacional de Riegos. Actas: 186-193. Murcia. AERYD.

Magán, J. J. 1999. Sistemas de cultivo en sustrato: a solución perdida y con recirculación del lixiviado. En: Cultivos sin Suelo II. Curso superior de especialización. M. Fernández - I. M. Cuadrado. Dirección General de Investigación y Formación Agroalimentaria, F.I.A.P.A. y Caja Rural de Armería.

Martínez, E. - García, M. 1993. Cultivos sin suelo: Hortalizas en clima mediterráneo. Ediciones de Horticultura, S.L.

Obra colectiva coordinada por M. Fernández y I. M. Cuadrado, 1999. Cultivo sin suelo II, Curso superior de especialización. Fundación para la Investigación Agraria en la Provincia de Almería (F.I.A.P.A.).

Resh, H. M. 1996. Cultivos Hidropónicos. 4ª Edición. Ediciones Mundi-Prensa.

Sonneveld, C. - Van Der Burg - A.M.M. 1991. Sodium chloride salinity in fruit vegetable crops in soil less culture. Netherlands Journal of Agricultural Science, 39:115-122.

Soria, T. - Romero-Aranda, R. - Cuartero, J. 1999. Consumo de Agua en Plantas de tomate: interacción entre una moderada salinidad en el agua de riego y la humidificación ambiental del invernadero. VIII Congreso Nacional de Ciencia Hortícolas. Actas: 453-458. Murcia. SECH.