Prologo

Vale la pena destacar que el trabajo que nos presenta la maestra Sonia Rodrguez es el resultado de arduos aos de trabajo e investigacin en la materia, esfuerzo que ha producido un interesante curso totalmente didctico y sencillo del cual he tenido la oportunidad de recibir de la propia maestra, mismo que ahora toma forma de libro. Desde la ptica y el compromiso de buscar alternativas viables que resuelvan de fondo los problemas de pobreza, marginacin y atraso tecnolgico de las zonas rurales de nuestro pas, la hidroponia representa una alternativa que puede contribuir de manera significativa a paliar y si se hace en gran escala podra erradicar muchos de estos problemas, agravados por una intensa sequa de ms de diez aos. Los invernaderos para cultivos por hidroponia representan una excelente alternativa para que numerosas familias generen una pequea empresa, o bien, simplemente una forma de autoempleo bien remunerado en esta poca de recesin. La sencillez de la propia tcnica permite empezar en cualquier escala, desde la ms pequea, con muy poca inversin, en el patio de la casa, y con los rendimientos de una pequea instalacin se puede crecer a escala comercial. Dada la mayor conciencia que el consumidor est adquiriendo respecto de alimentarse con productos sanos, ha hecho que las hortalizas de invernadero tengan una demanda creciente. Al mismo tiempo, el avance de las tcnicas de cultivos en invernadero y su alta productividad permiten ya que los precios sean muy similares a los de las hortalizas producidas a campo abierto. Adems, estas ltimas tienen la gran desventaja de usar fertilizantes y pesticidas potencialmente dainos para el organismo. Tal es as que a este mercado llegan diariamente cientos de toneladas fletadas por avin desde lugares tan lejanos como Israel y Espaa. Sin embargo, para poder aprovechar las economas de escala de un proyecto de hortalizas que pueda llegar a los mercados de exportacin, es indispensable desarrollar el espritu de asociacionismo y a partir de la unin de muchos pequeos esfuerzos alcanzar niveles de gran empresa. Para esto, el Gobierno del Estado y la Secretara de Economa, apoyados por instituciones financieras de desarrollo, buscan esquemas para apoyar este tipo de alianzas que esperamos muy pronto puedan ser llevadas a cabo. Esto nos abre un gran nicho de oportunidad, pues en el estado de Chihuahua no solo tenemos en nuestro favor la cercana a los grandes mercados norteamericanos, sino tambin las grandes ventajas de nuestro clima templado y seco que favorece enormemente la calidad de los frutos. Estamos seguros que el trabajo de la maestra Sonia Rodrguez contribuir a difundir los beneficios de esta tcnica, y esperamos que ms gente se aficione a producir algn producto de la gran variedad de hortalizas, flores, yerbas de olor y forrajes con beneficios propios y de nuestra economa. Ing. Jess Prez Cano Delegado de la Secretara de Economa Chihuahua, Chih. Marzo de 2002

Prefacio

La biotecnologa es una de las ramas primordiales de la ciencia. Incluye la produccin intensiva de alimentos durante todo el ao a precios competitivos, necesidad que demanda el esfuerzo interdisciplinario de un buen nmero de profesionales para que de las nuevas variedades se aproveche todo su potencial, para as incrementar la produccin y el nivel de vida del productor agropecuario. El problema de produccin intensiva de alimentos en nuestro pas requiere de soluciones de fondo. Por fortuna, muchos de los problemas tcnicos han sido resueltos por los investigadores. En la actualidad se cuenta con tecnologa que de manera prctica minimiza el efecto de factores adversos y de esta manera se puede producir con poca agua en climas extremos, sin suelo y con variedades y razas mejoradas. Adems, la globalizacin en la informacin nos acerca y ofrece la experiencia de todos aquellos que intentan o han resuelto ya problemas similares a los nuestros. Mxico es un pas de grandes extensiones de terreno con clima desrtico y suelos cansados, con un gran nmero de campesinos que disponen de pocas hectreas para su manutencin. Ello origina que emigren en busca de mejores condiciones de vida. Sin embargo, en la actualidad existen sistemas de produccin que se adecuan a nuestras necesidades y que requieren difusin entre los agricultores. La hidroponia es un sistema de cultivo que utiliza poca agua comparado con el cultivo tradicional. No exige el uso de suelo. Presenta alta productividad. Necesita de invernaderos solo si queremos y se puede producir todo el ao. Aunque la superficie del estado de Chihuahua suma 17 millones 751 mil 221 hectreas, las condiciones climticas y las caractersticas de los terrenos marcan la vocacin de los suelos. De esta forma, el 76.9% del territorio lo conforman terrenos de agostadero, en donde una unidad animal requiere de 1 a 15 hectreas para su manutencin anual. Resultado: un estado con ganadera extensiva en donde el animal debe recorrer mucho terreno para subsistir. Consecuencia: el productor no puede engordar el ganado en forma competitiva y lo vende cuando escasamente cumple un ao y su peso oscila entre 120 y 180 kilogramos, para que finalmente sea engordado por el comprador en la mayora de los casos en la Unin Americana. Influyen tambin las bajas temperaturas y el retraso de las lluvias. El uso de forraje verde hidropnico es la alternativa para lograr en nuestra entidad una ganadera intensiva con animales bien alimentados y a precios competitivos. Otra alternativa viable es conjugar la ganadera intensiva con la extensiva por medio del forraje verde hidropnico, al menos en la temporada de escasez de pastizal que comprende desde el mes de noviembre y en ocasiones se alarga hasta junio. El 14.2% de la superficie del estado de Chihuahua lo ocupan terrenos boscosos, con solo 479 mil 750 hectreas de terreno agrcola; el 73.6% es de temporal (con una precipitacin pluvial que oscila entre 310 y 350 mm anuales) y el 26.9% son de riego. Esto significa que solo el 2.7% son tierras cultivables y 0.7% susceptibles de riego. De los datos antes mencionados se desprende mi inters por difundir los conocimientos adquiridos a lo largo de muchos aos de investigacin y validacin de esta tecnologa. Este texto sintetiza la experiencia prctica de muchas personas. Publico los resultados de los trabajos de un buen nmero de alumnos de la Facultad de Ciencias Qumicas apoyados en experiencias anteriores realizadas en las prcticas de bioqumica y fisiologa vegetal en la Facultad de Ciencias Agrcolas, as como de productores que han compartido experiencias, xitos y fracasos. Aqu tambin se vierten los consejos de don Julio Rodrguez Mijares, quien dedic su vida a la agricultura, primero como trabajador, luego como productor en la regin lagunera del estado de Durango y despus como asesor en el estado de Mxico como integrante del cuerpo tcnico de la Aseguradora Agrcola Nacional (en el ao de 1970, don Julio produjo una variedad de maz enano que no logr difundir, trabajo que muestra su capacidad y paciencia). Sobre todo en los temas de plagas y enfermedades he tomado como referencia sus plticas y apuntes que me ofreci hace mucho tiempo. Reciban, pues, todos ellos mi reconocimiento, afecto y gratitud. MC G. Sonia Rodrguez de la Rocha

ndice Capitulo 1 Generalidades 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 1.9. 1.10. 1.11. Introduccin Origen de la Hidropona Cultivos sin suelo Principales avances en el desarrollo de la Hidropona Factores que determinan el uso de la Hidropona Algunos lugares del mundo donde se utiliza la hidropona Comparacin de la hidropona frente a los cultivos tradicionales Fertirrigacin Acuaponia Sustratos Bibliografa

Capitulo 2 Sustratos

2.1 Introduccin 2.2 Propiedades de los sustratos 2.2.1 Propiedades fsicas 2.2.1.1. Capacidad de Aireacin 2.2.1.2. Tamao de las partculas 2.2.1.3. Densidad aparente 2.2.2 Propiedades qumicas 2.2.2.1. Capacidad de intercambio cationico 2.2.2.2. pH 2.2.2.3. Relacin carbono nitrgeno 2.2.2.4. Disponibilidad de nutrientes 2.3 Eleccin de un sustrato 2.4 Diferentes tipos de sustratos 2.4.1. Sustratos inorgnicos 2.4.1.1. Lana de Roca 2.4.1.2. Arena 2.4.1.3. Perlita 2.4.1.4. Vermiculita 2.4.1.5. Pumecita 2.4.1.6. Grava 2.4.1.7. Arcillas expandidas 2.4.1.8. Sepiolita 2.4.2. Sustratos orgnicos 2.4.2.1. Aserrn 2.4.2.2. Fibra de coco 2.4.2.3. Corteza 2.4.2.4. Musgo 2.4.2.5. Geles 2.4.2.6. Espumas sintticas 2.4.2.7. Mezclas 2.4.3. Agua 2.4.3.1 NFT 2.4.3.2 DFT 2.4.3.3 Aeroponia 2.5 Bibliografa

Capitulo 3 Nutricin 3.1. Introduccin 3.2. Nutrientes y sus fuentes 3.2.1. Aire 3.2.2. Agua 3.2.3. Suelo 3.2.4. Solucin Nutritiva 3.3. Minerales, macro y micronutrientes 3.4 Niveles individuales de los minerales 3.5. Interaccin de iones 3.6. Ejemplos de soluciones nutritivas 3.7. Fuentes Minerales 3.8. Variacin respecto a los nutrientes en fase de crecimiento y floracin 3.9 Clima, solucin nutritiva y absorcin de nutrientes 3.10 El Ph y la absorcin de nutrientes 3.11 El Agua y su contenido de Calcio, Magnesio y Carbonatos 3.12 Necesidades mostradas por los diferentes cultivos 3.13 El anlisis foliar como herramienta para el logro de una buena produccin 3.14 Bibliografa

Capitulo 4 Forraje verde hidropnico

4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6. 4.7. 4.8. 4.9. 4.10

Introduccin Instalaciones utilizadas para la produccin de FVH Granos normalmente utilizados para la produccin de FVH Pasos empleados en la produccin de forraje verde hidropnico Ventajas que presenta el uso de FVH Caractersticas nutricionales Resultados obtenidos en la alimentacin de animales Produccin por rea determinada Manejo y consumo de agua Bibliografa

Capitulo 5 Tomate 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. Introduccin Algunos datos sobre el cultivo de tomate en Mxico Variedades Sistemas hidropnicos para el cultivo de tomate Labores que se realizan para el cultivo de tomate hidropnico en bolsa 5.5.1. Seleccin del sustrato y variedad 5.5.2. Siembra 5.5.3. Llenado de bolsas 5.5.4. Proyecto de plantacin 5.5.5. Trasplante 5.5.6. Riego y Nutricin 5.5.7. Eliminacin de Chupones 5.5.8. Poda 5.5.9. Entutorado

5.5.10. Polinizacin 5.5.11. Cosecha 5.5.12. Fin del cultivo 5.6 Sustratos y resultados 5.6.1. Variedad Gabriela en arena, gransn y diferentes mezclas 5.6.2. Variedad Lorena F1 en arena, leonardita, perlita, y rockwool 5.6.3. Variedades Dobito y Caruso en pumita, perlita, turba ligera y rockwool y Mezclas 5.7. Plagas y enfermedades 5.7.1 Plagas 5.7.1.1. Mosquita blanca 5.7.1.2. Araa roja 5.7.1.3. Pulgones 5.7.1.4. Minador del tomate 5.7.2 Enfermedades 5.7.2.1. Marchitamiento 5.7.2.2. Cladosporosis 5.7.2.3. Virosis 5.8. Insecticidas Naturales 5.9. Bibliografa Capitulo 6 Chiles y pimiento 6.1 Introduccin Tabla. Datos aportados por el INEGI sobre el cultivo de chile en Mxico 6.2. Variedades 6.2.1. Chile Jalapeo 6.2.2. Pimiento morrn 6.3. Sistemas hidropnicos para el cultivo de chile y pimiento morrn 6.4. Labores que se realizan para el cultivo hidropnico de chile y pimiento morrn 6.4.1. Seleccin del sustrato, contenedor y variedad. 6.4.2. Siembra 6.4.3. Preparacin de las bolsas 6.4.4. Proyecto de plantacin 6.4.5. Trasplante 6.4.6. Riego y nutricin 6.4.7. Poda y entutorado 6.4.8. Cosecha 6.4.9. Fin del cultivo 6.5. Bibliografa Capitulo 7 Lechuga 7.1. 7.2. 7.3. 7.4. 7.5. 7.6. Introduccin Variedades Sistemas hidropnicos para el cultivo de lechugas Labores que se utilizan para el cultivo hidropnico de lechuga Plagas y enfermedades Bibliografa

Capitulo 8 Fresas 8.1. 8.2. 8.3. 8.4. 8.5. 8.6. 8.7. Introduccin Algunos Sistemas para el cultivo de fresa Ventajas y Desventajas para el cultivo de fresa por Hidropona Sustratos Solucin Nutritiva Algunas experiencias obtenidas en el cultivo de fresa Bibliografa

Capitulo 9 Resumen de algunas Investigaciones realizadas 9.1. Introduccin 9.2. Primera etapa 9.3. Segunda etapa 9.4. Datos evaluados e investigados sobre la produccin de Forraje verde hidropnico 9.5. Hortalizas 9.7. Resultados obtenidos con la disolucin 5 9.8. Disolucin 2 9.9. Conclusiones 9.10. Bibliografa

Captulo 1 Generalidades

1.1. Introduccin La agricultura es la actividad ms importante de una regin; sin ella las necesidades ms elementales del ser humano resultan difciles de llenar. Por lo tanto, la biotecnologa es fundamental y la ms antigua que el hombre emple. Si observamos la economa a nivel mundial, podemos constatar que las ms fuertes biotecnologas pertenecen a pases con una agricultura productiva y con gran capacidad de comercializar sus excedentes ya sea en fresco o industrializados. Mxico cuenta con una gran diversidad de climas; sin embargo, la estacionalidad marca la recoleccin de la cosecha. As vemos fluctuar los precios de los productos perecederos con un patrn que se repite ao con ao, consecuencia de la oferta y la demanda. Debido a esta situacin, resulta atractivo, econmicamente hablando, implementar el uso de cultivos protegidos que permitan al agricultor ofrecer sus productos en la poca en que disminuya la oferta. La poca precipitacin anual en una buena parte del territorio nacional obliga a utilizar sistemas de cultivo en donde el gasto de agua sea mnimo y la produccin se d en el mbito competitivo. Una de las ventajas de emplear el sistema de cultivo hidropnico es precisamente esta, puesto que cuenta con un alto grado de eficiencia en el uso de agua, ya que se reducen las prdidas por evaporacin y se evita la percolacin, adems de que es poco el terreno que debe de recibir el riego, pues las races no necesitan crecer en exceso para buscar sus nutrientes (llegan directamente a la raz en las cantidades necesarias para el ptimo desarrollo de la planta, ya que se encuentran regularmente en un contenedor). La escasez de suelo apto para la agricultura limita en gran medida la produccin agrcola del pas. Este factor hace de la hidroponia un sistema ideal porque no utiliza suelos. Debido a esto se le conoce como sistema de cultivo sin suelo. La planta requiere de poco espacio para su desarrollo. Las races no alcanzan gran tamao y el follaje se hace crecer hacia arriba, con el fin de que el espacio y la energa luminosa se aprovechen al mximo. Por todos estos factores, la hidroponia es una alternativa de produccin para nuestro campo, pues un porcentaje muy grande del pas cuenta con una precipitacin pluvial muy baja y muchos suelos se encuentran erosionados y resultan poco aptos para la agricultura. El sistema de cultivo hidropnico es altamente productivo; sin embargo, esta tecnologa exige experiencia sobre el cuidado de plantas. Este conocimiento marca la diferencia entre el xito o fracaso del productor o incluso de la adopcin de la tcnica a nivel local. El pas lder en el mundo, en el uso de hidroponia, es Holanda. Su xito se debi a que los productores hortcolas que utilizaban el suelo para producir en sus invernaderos contaban con mercado para sus productos y la destreza para producirlos. En Estados Unidos decimosexto lugar existen muchas empresas que desarrollaron las herramientas e insumos para el uso de esta tcnica y se dedican a su fabricacin y montaje, que venden muchas veces ofreciendo falsas expectativas sin enfatizar en la necesidad del conocimiento de las plantas, su nutricin, plagas y enfermedades. El sistema hidropnico, esperanza para Latinoamrica es el ttulo del curso-taller que se ofreci en Per en 1996, auspiciado por la FAO (Oficina Regional de la FAO para Amrica Latina y el Caribe) y el IDRC del Canad (Centro Internacional de Investigaciones para el Desarrollo). Tuvo como sede la Universidad Agraria

La Molina, que mereci recursos econmicos y el aliento de los dirigentes de ambas organizaciones. Adems, en las memorias de dicha actividad acadmica manifiestan en primer lugar el destacado papel de los investigadores del centro de investigacin y la esperanza de las organizaciones antes mencionadas en que las tcnicas hidropnicas aplicadas a nivel popular o empresarial representen una opcin complementaria til en la produccin de diversos alimentos de alta calidad, inocuos a la salud y apropiados para su comercializacin. 1.2. Origen de la hidroponia La curiosidad del ser humano lo llev a investigar cmo se alimentan las plantas. Sus descubrimientos fueron resultado de su gran capacidad de observacin y paciencia. Muchos hombres de ciencia han abierto la brecha. Por ejemplo, en 1600, Jan van Helmont, originario de Blgica, sembr un sauce que pesaba 2.27 kilos; despus de cinco aos de cuidarlo y regarlo alcanz un peso de 72.64 kilos y solo consumi 56.75 gramos del material a su disposicin en todo este tiempo; es decir, a lo largo de todo un ao nicamente tom de la tierra en donde lo sembr, dos cucharaditas cafeteras de alimento; sin embargo, el investigador no consider que este rbol tambin requiere dixido de carbono y oxgeno del aire. De cualquier forma, su experiencia fue trascendental para el conocimiento nutricional de las plantas (Rodrguez, 1999). El proceso para identificar el tipo de sustancias que las plantas extraan de la tierra en solucin acuosa comenz hace ms e 300 aos, puesto que Woodward (1699, citado por Jones, 1982) experiment disolviendo en agua-suelo, y aquellas plantas en las que se utiliz ms cantidad fueron las que se desarrollaron de mejor manera. El proceso de investigacin fue lento y en l intervinieron, hacia 1860, de manera muy importante los alemanes Pfeffer, Sachs y Knop, quienes reconocieron la dificultad de determinar los elementos esenciales para el desarrollo de las plantas en un medio tan complejo como es el suelo, por lo que utilizaron soluciones nutritivas de composicin qumica conocida y preparadas por ellos mismos en donde cultivaron plantas. As se fueron precisando muchos de los elementos e incluso cantidades ptimas a utilizar. A medida que el tiempo transcurra, este tipo de investigaciones avanz al implementar nuevas tcnicas analticas y procedimientos de purificacin de agua y compuestos qumicos; inclusive se llega a descubrir que existen elementos esenciales para la vida de una planta que se requieren en pequesimas cantidades, de tal manera que pueden ser cubiertas por la cantidad del elemento presente en la semilla. Para que la investigacin fuera ms confiable se experiment en una segunda y tercera generacin de plantas crecidas en soluciones preparadas con la ausencia total del elemento a estudiar (Brown y otros, 1987). 1.3. Cultivos sin suelo Las tcnicas de cultivo aplicadas a la produccin vegetal han experimentado cambios rpidos y notables durante las ltimas dcadas. Adems de estos cambios tecnolgicos, se observa una sustitucin gradual de los cultivos tradicionales en el suelo por el cultivo sin suelo; la principal razn es la existencia de factores limitantes para la continuidad de los cultivos intensivos en el suelo natural, sobre todo salinizacin, enfermedades y agotamiento de los suelos agrcolas. Por otra parte, el cultivo de plantas en un sustrato permite un buen control del medio ambiente radicular, en particular de los aspectos relacionados con el suministro de agua y nutrientes, lo que facilita una fuerte intensificacin del cultivo. Se entiende por cultivo sin suelo aquel en el que la planta desarrolla su sistema radicular en un medio slido o lquido y confinado a un espacio limitado y aislado, fuera del suelo. Desde un punto de vista prctico, los cultivos sin suelo suelen clasificarse en: Cultivos hidropnicos: aquellos que se realizan por adicin de nutrientes en agua o sobre materiales inertes. Cultivos en sustrato: se efectan sobre materiales qumicamente activos (Abad, 1995).

1.4. Principales avances en el desarrollo de la hidroponia En 1930, en la Universidad de California, Gericke llev toda una serie de conocimientos del laboratorio a la produccin a escala comercial de rbanos, papas, zanahorias, etctera; a este sistema de cultivo lo denomin con la palabra hydroponics, derivadas de las griegas hydro-agua y ponos-labor. La tcnica se prob con xito durante la II Guerra Mundial: con este sistema se aliment con frutas y verduras frescas al ejrcito norteamericano (Wilcox, 1982). La Sociedad Internacional de Cultivo sin Suelo (ISOSC), con sede en Holanda, fue fundada en 1955 por un pequeo grupo de cientficos. En los primeros aos fueron incomprendidos por perseguir una causa que se consideraba una curiosidad cientfica, pero en lo econmico-comercial poco til e irrelevante. La primera experiencia comercial significativa ocurri hasta la mitad de la dcada de 1960 en Canad Columbia Britnica, donde exista una slida industria de invernaderos de vidrio. Este pas, el principal productor de tomate, lleg a sufrir grandes prdidas ocasionadas por enfermedades de suelo y nematodos. La nica opcin para sobrevivir fue evitar los suelos, aplicando el sistema de cultivos por hidroponia. El sustrato utilizado fue el aserrn, que se introdujo en bolsas; el riego comn se practic con el mtodo de goteo. En esta dcada sobresale el desarrollo de plsticos y fertilizantes quelatados de hierro. Tambin se increment el inters en la investigacin y desarrollo de sistemas hidropnicos; el rea comercial destinada a los cultivos hidropnicos tambin experiment un pequeo pero significativo aumento gradual. En la dcada de los setenta, aumentar los rendimientos por unidad de superficie fue una necesidad imperante, puesto que los incrementos en el costo del petrleo a nivel mundial elevaron los gastos de produccin en la industria de invernaderos, en rpida expansin en Europa; por ello, los productores e investigadores visualizaron la hidroponia como un medio para mejorar la produccin. En esta dcada, el cultivo en arena y otros sistemas fueron muy utilizados. En Estados Unidos se desarrollaron el sistema NFT (Nutrient Film Technique) y el medio de crecimiento denominado lana de roca. En el contexto mundial, el rea hidropnica en aquel tiempo ocupaba alrededor de 300 hectreas (740 acres). 1980 marca la dcada del cambio liderado por Holanda, pas que descubri que la esterilizacin de los suelos con bromuro de metilo se traduca en niveles ms significativos de bromuro de metilo en las aguas subterrneas, por lo que se prohibi progresivamente. As llega al uso de la tcnica de la hidroponia, donde el sustrato ms utilizado fue lana de roca alimentada con riego por goteo. Despus de los evidentes xitos en Holanda, se expande con rapidez la produccin hidropnica comercial en muchos pases. Los sistemas difieren mucho en cada lugar. La hidroponia ahora transita de una curiosidad cientfica a una significativa tcnica agrcola, especialmente en segmentos de flor cortada y hortalizas. De 1990 en adelante, algunos pases incrementan este sistema, por ejemplo Espaa. Ahora se usan muchos sustratos y mezclas de ellos. En Amrica Latina funcionan muchos programas de inters social: Colombia, Per, Costa Rica, Cuba, Chile, Nicaragua y Mxico. Han aparecido tambin un nmero de versiones modificadas de tcnicas ya existentes. Los equipos de riego y de control y las tcnicas progresan mucho y se adecuan al poder adquisitivo del productor. La importancia del cultivo sin suelo aumenta cada vez ms. El rea total mundial utilizada en la produccin de cultivos hidropnicos est estimada en alrededor de 12,000 hectreas (30,000 acres). Solamente la produccin anual de hortalizas esta cercana a la cifra de tres millones de toneladas. El sistema tambin funciona como una buena herramienta para resolver un amplio rango de problemas: tratamientos que reducen la contaminacin del suelo y del agua subterrnea, y manipulacin de los niveles de nutrientes no deseados en el producto. 1.5. Factores que determinan el uso de la hidroponia La hidroponia ofrece grandes beneficios donde el agua es un factor limitante, ya que la planta crece en un contenedor en donde se le provee de solucin nutritiva y agua, y de esta se aplica la cantidad suficiente para

que el material de sostn permanezca hmedo, y como las races requieren de poco crecimiento porque no necesitan extenderse para buscar su nutrimento, el sustrato que se requiere es muy poco. El mximo gasto de agua es el que la planta ejerce para sus funciones, incluida en ellas la transpiracin, por tanto los requerimientos son mnimos. Existen sistemas de riego controlado en donde la recirculacin pudiera resultar muy importante, como el caso del cultivo de forraje verde hidropnico que utiliza charolas como contenedores y riego por periodos cortos a lo largo del da. Con este sistema se logra la produccin de un kilo de forraje utilizando dos litros de agua (Rodrguez y cols., 1996). Conviene la aplicacin de la hidroponia en ciertos climas. Por ejemplo, en regiones con largas pocas con temperaturas muy bajas y pocas horas de luz, el uso de la hidroponia incrementa la produccin por superficie y baja los costos por productividad, porque las plantas requieren menos espacio (Glass, 1996). Tambin hay regiones con mucha luz donde influyen, aparte de la escasez de agua, la estacionalidad de las cosechas. Esta situacin propicia mayor oferta de productos en pocas bien definidas y el agricultor solamente la obtiene una vez al ao. En cambio, si se utilizan tcnicas de alta productividad, como la hidroponia, que propicien el uso de poca agua y el auge de la produccin en el tiempo en que los productos alcanzan su mximo precio en la zona, se incrementarn las ganancias y se realizarn al menos dos cosechas anuales (Rodrguez y cols., 2000). El uso del sistema hidropnico se recomienda para productores que cuenten con poco espacio para cultivar, ya que sus resultados por unidad de superficie son altos. Tambin conviene su aplicacin en regiones donde el suelo no es propicio para la agricultura, porque el uso de contenedores y sustratos elimina su uso sin menoscabo de la productividad (Rodrguez, 1996). 1.6. Algunos lugares donde se utiliza la hidroponia De acuerdo a la Sociedad Internacional de Cultivo sin Suelo (ISOSC), hasta 1996 el rea total mundial destinada a la produccin hidropnica llegaba a las 12,000 Ha; se estim que para el ao 2000 sumara unas 25,000 Ha. Estos datos demuestran que contina en aumento la importancia del cultivo sin suelo. En 1996, Japn ocupaba el cuarto lugar con 760 Ha de cultivos hidropnicos y en el ao 2000 quiz le corresponde el segundo lugar con 1,885 Ha.

En el cuadro 1.1 se presenta la lista dada a conocer en 1996 por la Sociedad Internacional de Cultivos sin Suelo.

Cuadro 1.1 rea hidropnica estimada por pases. Hectreas 1. Holanda 3,667 2. Espaa 1,000 3. Francia 1,000 4. Japn 763 5. Israel 650 6. Blgica 600 7. Alemania 560 8. Reino Unido 460 9. Canada 450 10. Sudfrica 420 11. Finlandia 370 12. Australia 300 13. Corea 274 14. Nueva Zelanda 200 15. Italia 190 16. Estados Unidos 150 17. Suiza 42 18. Escandinavia 40 19. Taiwan 35 20. Grecia 33 21. Irlanda 30 22. Sudamrica 30 23. Singapur 30 24. China 25 25. Bulgaria 20 26. Rusia 20 27. Polonia 15 28. Mxico 15 29. Armenia 10 Se consideran en total 12,000 Se estiman otras 200 hectreas en otros pases Pas

Acres 9,057 2,470 2,470 1,885 1,600 1,480 1,380 1,140 1,110 1,040 913 741 677 494 469 370 102 99 86 82 74 74 74 62 50 50 40 40 25 30,000

Holanda aparece como lder tanto en produccin como en investigacin y desarrollo de la hidroponia en las ltimas dcadas. Ellos ya eran productores de suelo y tenan el mercado para sus productos y la destreza para producirlos; nicamente optimizaron su produccin con el manejo hidropnico, convirtindolo en realidad, apoyados por gente calificada con un conocimiento real del sistema. Existen regiones muy ridas en el mundo en donde la hidroponia es un sistema de produccin agrcola empleado con xito: Israel, Baja California (Mxico) y Arizona (EEUU). En Japn combinan hidroponia con acuacultura. En este ltimo pas el principal problema lo representa el espacio. Con este tipo de cultivo de alto rendimiento se produce ms utilizando poco terreno. La experimentacin en dicho pas, a finales de los ochenta y principios de los noventa, sobre la unin de la cra de peces con la de plantas fue muy productiva: existe un registro de ms de 400 publicaciones con arbitraje dadas a conocer en una sola fuente de datos (Agrcola, 1994). Canad, pas de invierno largo y riguroso, la utiliza como cultivo protegido de alto rendimiento, proporcionando de esta manera el agua los nutrientes, luz y temperatura que los cultivos necesitan para su ptimo desarrollo. En Canad tambin se aplica esta tecnologa a nivel casero; as obtienen sus alimentos y evitan la depresin que produce la falta de luz por periodos largos (Glass, 1996). Cuadro 1.2 Ventajas de la hidroponia frente al cultivo tradicional Prcticas de Cultivo Tradicional Hidropnico Espacio por planta El espacio por planta es el resultado Es posible una mayor densidad de

de los nutrientes que puede proveer el suelo y las necesidades del cultivo en cuanto a cantidad de luz Calidad en la nutricin vegetal Depende de los nutrimentos presentes en el terreno y el pH que ste mantenga

Control de malas hierbas

Riego, utilizacin del agua

Fertilizacin

Calidad sanitaria

Calidad en los frutos

Siempre se requiere invertir en mano de obra o plsticos para evitar el nacimiento de vegetacin indeseable El uso del agua es ineficiente ya que se presenta percolacin y una alta evaporacin en la superficie del suelo; cabe aclarar que para evitar esto ltimo se pueden utilizar plsticos de uso agrcola, con el consiguiente gasto. En la mayora de los mtodos de fertilizacin se utilizan grandes cantidades y la distribucin de los mismos no se realiza de acuerdo a los requerimientos que la planta presenta a lo largo de su desarrollo, por tal motivo la carencia o exceso de los mismos influye negativamente en el desarrollo de los cultivos y en el medio ambiente Los restos orgnicos que se emplean con frecuencia como fertilizantes, o incluso los desechos del cultivo trabajado con anterioridad, provocan el crecimiento de muchos microorganismos algunos dainos para la salud de quienes consumen el fruto. Las deficiencias que pueden presentar los suelos en calcio y potasio dan lugar a frutos blandos con pocas posibilidades de conservacin y menor valor nutritivo en general.

poblacin por unidad de superficie, ya que sta slo se ve influenciada por los requerimientos de luz que presente el cultivo Existen ms probabilidades de lograr una buena alimentacin, puesto que, en la solucin nutritiva se pueden adicionar todos los nutrientes y en la cantidad que el cultivo los requiera adems de controlar el pH de manera muy precisa. No se presenta el nacimiento de material vegetativo no deseado Existe un alto grado de eficiencia en el gasto de agua, reduciendo prdidas por percolacin y evaporacin, y la superficie a humedecer es mucho menor que en el cultivo tradicional, por lo que el ahorro del vital lquido es grande. Se utilizan en pequeas cantidades y se aaden regularmente disueltas en el agua de riego que diariamente se proporciona al cultivo y se dosifican de acuerdo con desarrollo y requerimientos del mismo.

El sistema de cultivo permite eficientar su limpieza y por lo tanto minimizar la presencia de microorganismos en los frutos producidos por este medio

Fruto firme que permite una mejor conservacin y alto valor nutritivo

Fuente: Resh 1997 1.7. Comparacin de la hidroponia frente a los cultivos tradicionales La hidroponia puede aplicarse en pequeos espacios de terreno; bien programada, su produccin puede proveer de productos hortcolas a una familia a lo largo del ao. Basta el patio de la propia casa, o incluso en algunos pases, las azoteas. Se practica en las reas urbanas como agricultura popular donde la familia pone al alcance de sus miembros productos de inmejorable calidad. Funciona como terapia ocupacional, adems de unir a la familia en una actividad agradable y sencilla.

1.8. Fertirrigacin El sistema de fertirrigacin ofrece una fertilizacin racional, tanto en los cultivos desarrollados con sustratos como en los que usan suelos. Su mayor ventaja es poder llevar a cabo el riego localizado y la posibilidad de adicionar las sustancias alimenticias de acuerdo con los requerimientos y etapa que atraviesa el cultivo. Por

tanto, el sistema de fertirrigacin, hoy por hoy, resulta el mtodo ms racional para realizar una fertilizacin optimizada (Cadaha, 1991). 1.9. Acuaponia Hidroponia y acuacultura se unen y complementan en un sistema conocido como acuaponia: el agua del estanque donde se cultivan los peces es aprovechada como solucin nutritiva en el desarrollo de cultivos hidropnicos; luego se vierte de nuevo al depsito de agua inicial, lista para disolver los desechos de los peces y rica en oxgeno. As, ambos sistemas se benefician. 1.10. Sustratos El termino sustrato se aplica en horticultura a todo material distinto del suelo, natural o sinttica, mineral u orgnico, que colocado en un contenedor en forma pura o mezclado permite el anclaje del sistema radicular. El sustrato desempea, por tanto, un papel de soporte para la planta. Puede intervenir (material qumicamente activo) o no (material inerte) en el proceso de nutricin (Abad, 1995).

Captulo 2 Sustratos

2.1. Introduccin Las tcnicas aplicadas en la produccin vegetal han experimentado cambios rpidos y notables durante las ltimas dcadas. A estos cambios tecnolgicos se suma una sustitucin gradual de los cultivos tradicionales en el suelo por el cultivo sin suelo. La principal razn de este relevo la originan factores limitantes para la continuidad de los cultivos intensivos en el suelo natural, particularmente salinizacin, enfermedades y agotamiento de los suelos agrcolas. Por otro lado, el cultivo de las plantas con base en un sustrato permite un control ms efectivo del medio ambiente de la radcula, sobre todo en los aspectos relacionados con el suministro de agua y nutrientes. De esta manera se intensifica el cultivo (Abad, 1995) y por lo tanto aumenta la produccin por rea cultivada. Es obvio que utilizar materiales diferentes al suelo como soporte para albergar a la raz se basa en los conceptos de hidroponia, aunque la utilizacin de estas tcnicas sea tan antigua casi como la propia horticultura, tomando como ejemplo los jardines colgantes de Babilonia, aunque su uso actual se populariz hasta finales del siglo XX como consecuencia de los avances en nutricin vegetal. Los sustratos pueden tener algunas de las propiedades presentes en el suelo, como pudiera ser la capacidad de cambio, y por esto se les conoce como sustratos activos, ya que tienen la capacidad de interaccionar con la solucin nutritiva modificando la composicin y las propiedades de esta. Por el contrario, existen otro tipo de sustratos que no cuentan con la capacidad antes sealada y que por lo tanto no alteran la naturaleza de la solucin nutritiva. El medio en que se desarrolla el sistema radicular de la planta determina la productividad y la calidad de los frutos obtenidos, puesto que de este depende la mayor o menor disponibilidad de agua y oxgeno que la planta utiliza para realizar sus funciones vitales. Afortunadamente, en casi todo lugar existe un sustrato o sustratos naturales que solos o mezclados sirven para obtener altos rendimientos a bajo costo. Desde los inicios mismos de la hidroponia como disciplina cientfica, all por el ao 1860, se comprendi la importancia de contar en el sistema con la presencia de un sustrato slido que adems de proveer el sostn mecnico para las races de las plantas (Sutcliffe y Baker, 1979) facilitara la movilizacin y distribucin del aire del agua y de la solucin nutritiva (Penningsfeld y Kurzmann, 1983), con lo cual se logra una relacin aire-agua ms favorable en el espacio radical (Sutcliffe y Baker, 1979). Para cumplir con estas funciones conviene que el sustrato sea relativamente liviano, presente cierto grado de porosidad, tamao apropiado, ausencia de bordes cortantes y que sea qumicamente inerte (Resh, 1988). Algunos de los sustratos slidos ms utilizados en el cultivo hidropnico son la arena de ro, arena de mar, grava, vidrio molido, ladrillo triturado, fibra de coco, aserrn, vermiculita, perlita, fibra de roca y materiales plsticos (Penningsfeld y Kurzmann, 1983). 2.2. Propiedades de los sustratos Las propiedades fsicas, fsico-qumicas y biolgicas de un sustrato o mezclas de sustratos deben determinarse para su manejo posterior; por ejemplo, duracin del riego y horario del mismo. Una vez que el sustrato est en uso, no es posible cambiar las propiedades fsicas, mientras que las qumicas s se pueden modificar con cierta facilidad.

2.2.1. Propiedades fsicas La caracterizacin fsica de los sustratos estudia la distribucin volumtrica del material slido, el aire y el agua, determinando en volumen el espacio poroso total del medio de cultivo desocupado, es decir que en l no se encuentran situadas partculas de origen mineral u orgnico. Dicho espacio poroso se divide en poros pequeos, denominados capilares, que retienen el agua, y los llamados macroporos, que permanecen vacos despus de que el sustrato ha drenado el agua y que de esta manera permiten la aireacin. El agua total disponible de un sustrato es el volumen de agua retenida a la tensin de 100 cm de c.a. y se divide en: a) agua de reserva; y, b) agua fcilmente disponible. La primera se define como el porcentaje en volumen que libera un sustrato al pasar de 50 a 100 cm de c.a. El nivel ptimo se sita del 4 al 10%. La segunda vara del 20% al 30% y es la diferencia entre el volumen del agua retenida por el sustrato despus de haber sido saturado y dejado drenar a 10 cm de tensin mtrica, y el volumen de agua contenido en dicho sustrato a una succin de 50 cm de c.a.; su comportamiento en cuanto a una baja retencin de agua puede deberse a que su porosidad total sea reducida, lo que puede tener relacin con el tamao de los poros: si estos son grandes el agua no es retenida y se pierde por gravedad, si son muy pequeos la planta no tiene capacidad para extraer el agua antes de marchitarse (Abad, 1996). 2.2.1.1. Capacidad de aireacin El nivel de la capacidad de aireacin ptimo vara entre un 20% y un 30%; se define como la proporcin del volumen del medio de cultivo que contiene aire despus de que dicho medio ha sido saturado con agua y ha terminado de drenar, regularmente a 10 cm de tensin. 2.2.1.2. Tamao de las partculas El tamao de las partculas se relaciona directamente con el de los poros; esto determina el balance entre el contenido de agua y aire del sustrato; por tanto, el tamao de las partculas afecta la disponibilidad de oxgeno y agua para las races de la planta; de ello depende, en parte, el crecimiento y la produccin de la misma. El mejor sustrato resulta del material de textura gruesa a media, con una distribucin del tamao de los poros entre 30 y 300 milimicras, equivalente a una distribucin del tamao de las partculas entre 0.25 y 2.5 mm. 2.2.1.3. Densidad aparente No debe superar los 0.4 g/cm3 bajo condiciones de cultivo protegido y se define como la masa seca del material slido por unidad de volumen aparente del medio hmedo. Esto significa que incluye el espacio poroso entre las partculas (Abad, 1996). 2.2.2. Propiedades qumicas Las propiedades qumicas caracterizan las transferencias de materiales entre el sustrato y la solucin; el mecanismo de intercambio de cationes se da entre los cationes absorbidos sobre las superficies cargadas y los cationes de la solucin regulan en gran medida la disposicin de nutrientes requeridos por la planta (Cepeda, 1991). 2.2.2.1. Capacidad de intercambio de cationes (CIC) Es la suma de cationes cambiables que pueden ser absorbidos por unidad de volumen o peso del sustrato y que por lo tanto estn usualmente disponibles para la planta. Cabe aclarar que estos cationes quedan retenidos de esta manera frente al efecto lixiviante del agua. El valor ptimo de la capacidad de intercambio de cationes se relaciona con la frecuencia de la fertirrigacin, puesto que si esta se aplica de manera permanente, la CIC no representa ninguna ventaja y conviene utilizar sustratos con muy baja o nula capacidad de intercambio catinico; si se aplica de manera

intermitente, el uso de sustratos con moderada o elevada capacidad de intercambio catinico es importante y se recomienda mayor a 20 m.e. por 100 gramos. 2.2.2.2. pH El pH es un factor de vital importancia en el desarrollo de las plantas, ya que la solucin nutritiva con que se alimentan es bsicamente agua, compuesta de hidrgenos (H+) y oxhidrilos (OH), que unidos la forman (HOH o H2O); sin embargo, existe una concentracin constante de iones hidrgeno y oxgeno en libertad, denominada constante de ionizacin del agua (Kw = 11014), de ah que si no existe influencia de otros iones, el pH del medio sea neutro y su valor sea 7, resultado de una concentracin de iones hidrgeno y oxhidrilos igual a 1107. Cuando esta cantidad vara debido a la captura de iones hidrgeno por algunos aniones presentes en el medio, el pH es bsico, es decir mayor de siete; si por el contrario la cantidad vara por la captura de iones oxhidrilo por algunos cationes, el medio ser cido. Existe un rango entre 5.5 y 6.8 ptimo para el crecimiento de la mayora de los cultivos, pues en este rango tanto aniones como cationes estn disponibles para la planta en cantidades adecuadas. 2.2.2.3. Relacin carbono nitrgeno (C/N) Esta relacin se usa frecuentemente como un ndice del origen de la materia orgnica, de su estabilidad y madurez. Una relacin menor o igual a cuarenta se considera ptima para el cultivo en sustrato, ya que indica que el material orgnico se encuentra estable y maduro; por lo tanto, tiene la capacidad de albergar en su interior el sistema radicular de una planta con buenos resultados. 2.2.2.4. Disponibilidad de nutrientes En general, los sustratos minerales no se descomponen ni qumica ni biolgicamente, y desde un punto de vista prctico se les puede considerar desprovistos de nutrientes. Como experiencia personal se puede comentar que una mezcla de arena y granzn (1 Kg en un recipiente de poliestireno) se utiliz para albergar una plntula de fresa. El trasplante se aplic el dos de marzo y hasta el catorce de agosto le fue administrada solo agua; se observ el tamao de las hojas pequeas en comparacin con plntulas fertirrigadas y mientras que estas ya produjeron plantas hijas, la primera solo haba logrado subsistir; sin embargo, no se aprecian sntomas de deficiencia severos. Cabe una aclaracin: en el mes de junio, en Chihuahua cayeron algunas precipitaciones pluviales acompaadas de fuertes descargas elctricas; como todos sabemos, el nitrgeno existente en la atmsfera (78%) y el oxgeno (20%) pueden reaccionar para producir nitratos en pequeas proporciones (Rodrguez, 2000). En los sustratos minerales se pueden determinar los nutrientes asimilables en la disolucin del sustrato con el fin de planear la fertirrigacin correcta y despus se compara la disolucin nutritiva del riego con la del sustrato y se complementa la informacin con anlisis foliares. 2.2.2.5. Salinidad Salinidad: cantidad de sales solubles presentes en la disolucin del sustrato. La salinidad puede incrementarse a niveles no adecuados cuando las sales disueltas en el agua de riego o en la solucin de fertirrigacin superan a las necesidades de absorcin de la planta y a las prdidas por lixiviacin. En los cultivos hidropnicos, adems de la fertirrigacin, se utilizan los riegos de agua sola para evitar la acumulacin de sales, tan frecuentes en el cultivo tradicional cuando es fertilizado en exceso. 2.3. Eleccin de un sustrato No existe un sustrato que rena todas las caractersticas deseables. El mejor medio de cultivo ante la versatilidad de los mismos puede solucionarse segn varios criterios: disponibilidad, finalidad de la

produccin, costo y experiencia en su utilizacin. El Programa de Vinculacin, Investigacin y Validacin Tecnolgica en Hidroponia de la Facultad de Ciencias Qumicas demostr que una mezcla de arena de ro y granzn es el sustrato con mayor productividad y ms bajo costo, en comparacin con otros nueve, de los diez sustratos probados en cultivo de tomate (Rodrguez y cols., 2000). El factor ms importante en la eleccin de un material como sustrato es la ausencia de sustancias que sean txicas para la planta, tales como cidos alifticos de cadena corta, compuestos fenlicos, salinidad elevada. Dentro de las herramientas con que se cuenta en la actualidad estn los bioensayos de germinacin. 2.3.1. Bioensayos de germinacin Una tcnica muy viable para evaluar la calidad de los sustratos la constituyen los bioensayos de germinacin de semillas, que son de gran utilidad en la caracterizacin de los materiales; ello se debe a la existencia de una relacin fuerte entre los resultados obtenidos en estas pruebas y la potencialidad de los materiales para ser utilizados como sustratos, ya que los materiales que presentan propiedades fsicas o fsico-qumicas poco favorables para el crecimiento vegetal inhiben o retrasan la germinacin de las semillas y provocan una reduccin en el crecimiento de las races (Abad, 1995). La metodologa a seguir es la siguiente: se utilizan semillas que se caracterizan por su rpida germinacin y desarrollo posterior, como las de lechuga, rbanos y berros; estas se colocan sobre el sustrato que previamente se ha humedecido hasta saturacin y se evalua el proceso de germinacin tomando en consideracin el nmero de semillas germinadas, la longitud de radcula y el ndice de germinacin (este ltimo se obtiene multiplicando el porcentaje de semillas germinadas por la longitud media de la radcula); los valores antes mencionados se comparan con los del material que se ha elegido como sustrato-control. 2.4. Diferentes tipos de sustratos Los sustratos son muchos y muy variados, orgnicos e inorgnicos. De acuerdo con los datos proporcionados por la Sociedad Internacional de Cultivos sin Suelo (ISOSC) el porcentaje en que se utilizan cada uno de ellos se muestra en el cuadro 2.1. Cuadro 2.1. Porcentaje estimado del uso de los diferentes sustratos Sistema Lana de roca Otros inorgnicos Sustratos orgnicos NFT Cultivo en agua Tcnicas en grava Total Porcentaje 57 % 22 % 12 % 5% 3% 1% 100 %

2.4.1. Sustratos inorgnicos La hidroponia utiliza con ms frecuencia los sustratos inorgnicos: la lana de roca, la perlita, el granzn y la arena. 2.4.1.1. Lana de roca Bsicamente es un silicato de aluminio que adems contiene algo de calcio y magnesio en poca cantidad y en menor proporcin manganeso y fierro. Medio manufacturado por fusin de la roca. Despus es hilado en fibras y usualmente presentado en bloques y planchas.

Su principal caracterstica: contiene muchos espacios vacos, usualmente 97%. Esto le permite sostener niveles muy altos de agua disponible y tambin un buen contenido de aire. El 57% del rea hidropnica total utiliza este tipo de sustrato. La lana de roca tambin es usada con frecuencia como pequeos bloques iniciadores para ser transplantados en otros sustratos o en sistemas basados en agua. Se desarroll en Dinamarca en 1969; ahora lo producen aproximadamente veinte fbricas alrededor del mundo. Es el principal medio usado donde existe una fbrica cerca. Resulta costoso transportarlo de un lugar a otro, por su volumen; por lo tanto, su importacin presenta dificultades cuando se compite localmente con medios disponibles ms baratos. Se prepara a partir de una mezcla de rocas baslticas, piedra caliza y carbn de coque en relacin de 3-1-1 y se funde a 1,600C, aunque el material de partida utilizado a veces puede ser la escoria de los altos hornos. La masa fundida se lanza sobre unas ruedas que giran a gran velocidad y se forman las fibras de alrededor de unos 0.005 mm de grueso y son enfriadas por una corriente de aire; las fibras se comprimen en bloques o planchas de diferentes tamaos; para formarlos y obtener ms estabilidad se utilizan resinas que unen de mejor manera a las fibras y dentro de las que comnmente se utilizan estn las de urea- formaldehdo y fenlicas. Dentro de las caractersticas que presenta la lana de roca estn su baja densidad aparente menor a 0.1 g/cm3, una alta capacidad de retencin de agua fcilmente disponible mayor al 48 por ciento (se relaciona con el espesor y forma de la plancha) y una alta capacidad de aireacin mayor al 35 por ciento, todo esto producto de una alta porosidad que supera al 95por ciento; este material, por lo tanto, no retiene prcticamente agua de reserva de difcil disponibilidad que en condiciones adversas atenan las deficiencias de agua. Desde el punto de vista qumico, su capacidad de intercambio inico y regulador de pH son prcticamente nulos, lo que implica en el cultivo un perfecto manejo de las condiciones hdricas y de nutricin. A travs del tiempo, el cultivo hidropnico utilizando lana de roca ha demostrado ser un sistema seguro, rentable y altamente productivo; por lo tanto, la superficie cultivada utilizando este sustrato se ha extendido en diferentes pases dentro de los cuales destaca Canad, Australia, Espaa, Francia y Holanda, no obstante que su duracin es limitada (2-3 aos), su resistencia mecnica es baja y la eliminacin de residuos presenta problemas ambientales. 2.4.1.2. Arena Las arenas proceden de diferentes fuentes, destacando las de ro, que son depsitos de materiales heterogneos transportados por el agua a partir de la erosin de diferentes materiales de naturaleza silcea con ms de un 50% de SiO2 y de otros constituyentes de naturaleza variable que depende de la roca original. Las arenas para uso hidropnico permitirn el ptimo desempeo del cultivo cuando estn exentas de limos, arcillas y carbonato clcico; estos ltimos pueden provocar un incremento significativo en el pH del medio, lo que puede originar desrdenes nutricionales que afectan fundamentalmente a los elementos fierro y boro, aparte de que la liberacin de calcio y magnesio en exceso, debido a la naturaleza del sustrato, puede desencadenar la precipitacin de fosfatos y sulfatos en el contenedor provocando la deficiencia de los mismos (Resh H., 1997), por lo que no deben utilizarse arenas que contengan niveles elevados de carbonato clcico, lo que se considera cuando estos son superiores a un 10%, esto de acuerdo a la cantidad de iones carbonato y de calcio que pueden estar presentes en la solucin y a la constante de producto de solubilidad de los compuestos que intervienen como receptores, lo que provoca la reaccin de precipitacin de acuerdo a valores tomados de las tablas de constantes de productos de solubilidad; las arenas, en este caso, pueden lavarse utilizando soluciones con cidos diluidos con lo que los carbonatos forman un compuesto soluble que sale del sistema quedando de esta manera la arena libre de los iones carbonato (Rodrguez, 2000). Su densidad aproximada en g/cm3 es de 1.555; el espacio poroso total alcanza el 45.2%; la porosidad susceptible a ser cubierta por aire en porcentaje por volumen es de alrededor de 6.2, mientras que el espacio para agua fcilmente disponible es de 15.8 (Martnez, 1992).

Sustrato barato y abundante en muchos pases. Su uso se difundi a comienzos de los aos setenta, especialmente en los EEUU, donde fue desarrollado y utilizado en camas largas y profundas. Tambin se establecieron unidades en varios pases desrticos del Medio Oriente. Esta fue la tcnica original usada cuando se estableci el Land Pavilion en Epcot Centre de Walt Disney en Florida. En Espaa se utilizan bolsas de arena para el cultivo hidropnico con buenos resultados, al igual que en otros pases. La arena de cuarzo puede utilizarse para estos fines, pues la del tipo calcreo incrementa mucho el pH del medio. En la Facultad de Ciencias Qumicas de la Universidad Autnoma de Chihuahua se experiment con este material (que abunda en la regin y se utiliza en la construccin) con resultados satisfactorios en cultivos de tomate, pimiento morrn, chile jalapeo y fresa. Dentro de las ventajas encontradas para el uso de arena como sustrato por el grupo de investigacin se encuentra el que este material es prcticamente permanente, puesto que cuenta con una alta resistencia mecnica, adems de que es fcil de desinfectar y es abundante en la regin. La produccin de los cultivos utilizando este sustrato fue abundante y los anlisis desarrollados en el producto manifestaron contenidos nutricionales de acuerdo con los mostrados en bibliografa en relacin a la media encontrada en cultivos sanos. 2.4.1.3. Perlita La perlita es bsicamente un silicato alumnico de origen volcnico con propiedades semejantes a la arena. Llevada a una temperatura aproximada de 1,000C se expande hasta 20 veces su volumen inicial, convirtindose en un sustrato de color blanco o grisceo de baja densidad con excelentes propiedades en cuanto a retencin de humedad. En la dcada de los ochenta se fabric por primera vez en Escocia. La perlita se expande mucho para dar partculas livianas con orificios que retienen el aire. Su uso se ha difundido por varios pases, en particular donde se fabrica localmente. Tambin se utiliza con frecuencia para la obtencin de plntula. En los ltimos aos su uso se ha incrementado, en parte por su facilidad de manejo (peso) en comparacin a la arena y por sus excelentes resultados, ya que un metro cbico pesa de 80 a 110 kilogramos. La perlita cuenta con una superficie rugosa, lo que le proporciona una gran rea superficial y le permite retener agua en su superficie; como su estructura celular es cerrada, el agua es retenida solo en la superficie o en los poros existentes entre las partculas, lo que permite que con bajas tensiones pueda ser liberada; por lo tanto, las mezclas de materiales con elevada proporcin de perlita estn usualmente bien aireadas y no retienen cantidades considerables de agua, lo que permite una buena aireacin. Su principal ventaja como sustrato es la capacidad que presenta para mantener un perfil de humedad constante a lo largo de la zona radicular, as como su capacidad de aireacin; dentro de sus desventajas est su posibilidad de degradarse dentro del ciclo de cultivo, lo que puede provocar que el agua se vaya al fondo, impidiendo la aireacin de las races y el encharcamiento en la zona antes descrita. 2.4.1.4. Vermiculita Silicato de aluminio con estructura similar a la de la mica. Llevada a una temperatura de ms de 1,000C para expandirla, alcanza hasta doce veces su volumen. Existen yacimientos en Chihuahua (Mxico). Su uso se recomienda para lugares de clima clido seco debido a su capacidad para absorber agua, adems de que posee propiedades aislantes. No es el sustrato adecuado para lugares muy hmedos porque retiene mucha humedad. Con el tiempo se desmenuza y pierde su porosidad. Adems, su precio es elevado. 2.4.1.5. Pumecita Roca volcnica natural, ligera y esponjosa y buen medio de crecimiento. Usada sobre todo donde existe suministro local disponible (Nueva Zelanda e Islandia). Recientemente han sido explotados grandes depsitos en Islandia para exportarla en particular a Europa.

2.4.1.6. Grava Pequeas piedritas redondeadas de uno a dos centmetros de dimetro. En Mxico se utiliza un material similar en la construccin de carreteras conocido como granzn. La grava proporciona excelente aireacin; sin embargo, la retencin de humedad es muy escasa. En el invernadero de la Facultad de Ciencias Qumicas de la Universidad Autnoma de Chihuahua se utiliz una mezcla de granzn y arena con excelentes resultados para los cultivos de tomate, pimiento morrn y berenjena. 2.4.1.7. Arcillas expandidas Los intentos comerciales por cultivar orqudeas con sustratos slidos no orgnicos haban sido infructuosos hasta que Penningsfeld (1980), conocido hidroponista alemn, comprob que las arcillas expandidas constituan un sustrato conveniente para el cultivo hidropnico de Cymbidium, Phalaenopsis, Odontoglossum, Dendrobium y el de otras plantas con altos requerimientos de oxgeno a nivel de su sistema radical. Inclusive la problemtica orqudea Oncidium papilio pudo desarrollarse muy bien en arcillas expandidas si se controlaba adecuadamente el ambiente de crecimiento. 2.4.1.8. Sepiolita Silicato de magnesio hidratado. El mineral se llama magnesita y tambin se le conoce como espuma de mar. Su densidad aproximada: 0.55 g/cm3; el espacio total de poros abarca cerca de 79% y de ese total el 44% son microporos que almacenan aire y el 2% para agua fcilmente disponible. Muestra capacidad de rentencin para algunos aniones como sulfatos y cloruros y cationes, como el sodio, y as incrementa su electroconductividad (Martnez, 1992). 2.4.2. Sustratos orgnicos Estos sustratos regularmente son productos de desecho de alguna actividad agropecuaria o industrial. Tambin existen sustratos fabricados en especial para este uso: los geles y las espumas sintticas. 2.4.2.1. Aserrn Sustrato abundante y barato en algunas regiones de Mxico, como las regiones serranas de Chihuahua y Durango, sobre todo el de pino. El aserrn que se utiliza es grueso, en buen estado, de origen conocido y se cultiva solo para una estacin; fue uno de los primeros medios usados comercialmente. An lo usan en Canad, donde recientemente solo ha sido desplazado en popularidad por la lana de roca. Tambin es el principal medio en Sudfrica y Nueva Zelanda; otros pases, en menor grado, tambin lo usan, incluido Australia. 2.4.2.2. Fibra de coco Dentro de los residuos agroindustriales de origen tropical se encuentra la fibra de coco, que se genera despus de que el mesocarpio del fruto del cocotero ha sido procesado con el fin de obtener las fibras ms largas, las que se emplean para la fabricacin de cuerdas y bajoalfombras. Recin ha sido utilizado con xito como sustrato hidropnico. Despus de sus primeros xitos, su uso se difundi sobre todo en regiones donde es un subproducto, y por tanto su bajo costo. En Holanda se utiliza de manera significativa. Su calidad vara mucho de acuerdo con el origen, sobre todo por el contenido de sales. 2.4.2.3. Corteza Similar al aserrn. Lo utilizan en Sudfrica y tambin, en grado limitado, otros pases. 2.4.2.4. Musgo Fue uno de los primeros medios tratados; no lo consideran algunos un medio hidropnico. Lo emplean a corta

escala muchos pases que tienen un suministro disponible de calidad. Es el principal mtodo usado en Finlandia e Irlanda. De gran utilidad en la industria almaciguera para la propagacin y mezclas de macetas. 2.4.2.5. Geles Se han producido, probado y promovido un determinado nmero de polmeros de geles, pero la mayora ha desaparecido del mercado: los productores no los aceptan. En las investigaciones del Programa de Vinculacin, Investigacin y Validacin Tecnolgica de la Facultad de Ciencias Qumicas se prob este elemento agregado a granzn y arena. Sin embargo, bajo las condiciones de la experiencia, el inconveniente fue el precio, aunque solo se utilizaron por bolsa dos cucharadas cafeteras del gel. 2.4.2.6. Espumas sintticas Se ha experimentado con varios tipos y marcas de espuma, por lo regular con buen resultado y algunos hasta por ms de 20 aos; pero su uso an presenta limitantes. Algunos se usan como materiales de desecho y son de suministro limitado. Otros productores los consideran demasiado caros. Algunos de estos medios an tienen potencial en las investigaciones realizadas dentro del Programa de Vinculacin, Investigacin y Validacin Tecnolgica de la Facultad de Ciencias Qumicas: se prob con xito la carlita, material que se usa en construccin como aislante y para aligerar las losas de concreto. El inconveniente fue el precio. Las espumas sintticas ms utilizadas en hidroponia son las de poliuretano (nieve seca). Este sustrato no almacena calor; su poco peso lo habilita para cultivos verticales, como el que se utiliza para la fresa; para lechuga se utilizan planchas de nieve seca a una distancia de 20 cm. 2.4.3. Mezclas Existen muchas mezclas de diversos materiales orgnicos y/o inorgnicos como el peatlite, una mezcla de turba y perlita. Estos elementos, con frecuencia, son listados bajo el ingrediente principal y en general no parecen implicar grandes reas. 2.4.4. Agua Cuando las races de la planta se sumergen solo en agua, presenciamos la hidroponia pura, uno de los primeros mtodos utilizados; despus evoluciona con implementos y variaciones, pero con el mismo principio: una solucin nutritiva entra en contacto con las races y ningn otro sustrato. 2.4.4.1. NFT Inglaterra desarrolla en la dcada de los setenta el sistema NFT o tcnica de la pelcula nutriente. Este sistema recircula una delgada pelcula de solucin nutritiva hacia los canales. Fue comercialmente probado un amplio nmero de cultivos, y como resultado de una amplia difusin publicitaria el NFT se prob en muchos pases. Una vez que se estableci, la tcnica prob ser til para la produccin de tomates y para cultivos de corto crecimiento, como la lechuga. Existen pequeas reas de NFT en la mayora de los pases, pero solo es el principal sistema en Australia, donde su uso para la produccin de lechuga ha aumentado alrededor de 140 hectreas los ltimos 10 aos. Japn cuenta con 100 hectreas, principalmente para hortalizas de hoja. An en Inglaterra, su casa, el NFT permanece cercano al 10% del rea hidropnica. 2.4.4.2. DFT La principal tcnica comercial es la tcnica de flujo profundo (DFT: Deep Flow Technique), donde planchas de poliestireno flotaban sobre una solucin nutritiva aireada por recirculacin. Este es el principal sistema en Japn, con 270 hectreas de cultivos de hoja, principalmente. Otros pases asiticos aplican este sistema, por lo general en cultivos de hortalizas de hoja.

2.4.4.3. Aeroponia En esta tcnica, las races quedan suspendidas en una neblina de solucin nutritiva. Varias formas de esta tcnica han sido probadas por ms de veinte aos. Atrajo mucha publicidad y hoy en da se venden una gran cantidad de sistemas para aficionados. Su realidad comercial es tal que solo se han reportado 19 hectreas en Corea. Su uso se limita a unos pocos productores.

Captulo 3 Nutricin

3.1. Introduccin La nutricin mineral es una rama muy importante de la fisiologa vegetal. La hidroponia desarrolla un papel principal en la investigacin de cul y cuntos elementos se requieren para el desarrollo de una planta y en qu cantidades deben suministrarse para optimizar el desarrollo y produccin de los cultivos. En la actualidad, la esta tcnica de cultivo es todava un buen medio para investigar en cuanto a nutricin vegetal y el uso de cultivos que ayuden a revertir los daos ocasionados al medio ambiente (Gardea, 2000). 3.2. Nutrientes y sus orgenes Las plantas, como todo ser vivo, dependen de una diversidad de sustancias qumicas para vivir, que provienen de diversas fuentes. Toda la vida del planeta Tierra depende de la fotosntesis: proceso mediante el cual el dixido de carbono y el agua se convierten en los compuestos orgnicos que se asocian a las clulas vivientes; as captan la energa proveniente del sol y la transforman en energa qumica, que estar disponible para cuando se requiera, no solo para la planta sino tambin para quien la cultiva o sus depredadores. Las fuentes de donde provienen las sustancias que una planta requiere para vivir son el agua, el aire y el suelo. 3.2.1. Aire Del aire la planta toma el oxgeno y el dixido de carbono que reaccionar con el agua para transformarse en glucosa, que a su vez se unir con muchas ms molculas del mismo compuesto para formar el almidn y muchos otros compuestos como los lpidos, carbohidratos, protenas y cidos nucleicos, todos indispensables para la vida (Conn y Stumpf, 1991). 3.2.2. Agua La mayora de las plantas terrestres necesitan sistemas eficientes para absorber y movilizar el agua, ya que su nutricin fundamental es gaseosa y posee un sistema de intercambio de gases muy eficaz. La consecuencia es la prdida irrecuperable del agua transpirada a travs de las hojas, que son rganos de intercambio de gases. El agua perdida debe recobrarse continuamente por absorcin y transporte desde el suelo. El material fresco de las plantas incluye alrededor de un 80% de agua, porcentaje que vara de acuerdo con el agua que se encuentre disponible y con la humedad del entorno. Sin duda, este porcentaje tan alto prueba la importancia de este elemento para la supervivencia y la productividad del organismo de que forma parte. Las propiedades qumicas y fsicas del agua las aprovecha la planta, y por esto la bioqumica del vegetal tiene lugar en el seno del vital lquido. El agua, junto con el dixido de carbono proveniente del aire, se transforma en energa qumica va fotosntesis. Por todo esto se afirma que el agua es esencial para la planta (Bidwell, 1979). 3.2.3. Suelo Soporte fsico para muchas plantas. Suministra nutrimentos de diversos tipos para la mayora de ellas, pero es mucho ms que un soporte pasivo, un medio complejo que influye en la vida de las plantas de muchas maneras,

ya que las races no solo viven en l, sino que crecen a travs suyo y sus propiedades fsicas y qumicas pueden tener fuertes interacciones con las races vivas. Por tanto, el sistema suelo-raz es un complejo vivo y dinmico cuyas interrelaciones se deben valorar. En el caso de la hidroponia pura, el material de sostn no aporta nutrientes; estos se suministran a los cultivos por medio de una solucin nutritiva cuyas cantidades van de acuerdo con la etapa de desarrollo que el cultivo presente y a la estacin del ao en que lo anterior se efecte. Las propiedades fsicas del material de sostn influyen en cuanto a la relacin aire/lquido que sus partculas pueden retener. 3.2.4. Solucin nutritiva En el cultivo tradicional, el agua disuelve los elementos nutritivos presentes en el suelo; as se obtiene el lquido nutritivo que las plantas absorben. En el sistema hidropnico de cultivos, el agua es preparada de manera artificial y se le conoce como solucin nutritiva, que consta de sales minerales disueltas en agua y en ella se regula el pH, en caso necesario. 3.3. Minerales, macro y micronutrientes Un mineral es un slido formado inorgnicamente con base en elementos especficos dispuestos en un orden estructural caracterstico. La mayora de los elementos de la corteza terrestre existen en combinacin. La materia mineral proveniente de la roca recibe el nombre del material de origen del suelo porque es el principal ingrediente a partir del cual se forman la mayora de los suelos. Las dos propiedades ms importantes del material de origen son su textura y su composicin mineral. Los anlisis qumicos aplicados a una infinidad de plantas, adems de la observacin y la investigacin experimental aplicada en el ltimo siglo y medio en el mbito mundial, nos permiten hoy alimentar mejor a las plantas e incidir de esta manera en una mejor alimentacin en el ser humano. Alrededor de 1804, los cientficos descubren que las plantas requieren de calcio, potasio, azufre, fsforo y fierro. Hacia 1860, tres fisilogos vegetales de origen alemn (W. Pfeffer, Julius Sachs y W. Knop, citados por Salisbury y Ross) comenzaron a utilizar una solucin de sales minerales en donde se encontraba inmersa la raz de la planta. Este experimento les permiti ms exactitud en las mediciones; ahora solo los limitaba la pureza de las sustancias que utilizaban y los elementos presentes ya en las semillas de los progenitores en las plantas en estudio. Los avances tecnolgicos y el uso de semillas tomadas a partir de progenitores que han sido cultivadas una y otra vez sin la presencia del elemento objeto de la demostracin son los criterios principales para que un elemento pueda considerarse esencial o no para cualquier vegetal. En primer lugar, un elemento es esencial si el vegetal no puede completar su ciclo de vida (se entiende por esto formar semillas viables) en ausencia de tal elemento. En segundo lugar, un elemento se considera esencial si forma parte de cualquier molcula o constituyente de la planta presente en esta y que desarrolle por s mismo una funcin esencial, como por ejemplo el magnesio en la clorofila o el nitrgeno en las protenas (Epstein, 1972). Los minerales se encuentran en el suelo y de ah las plantas toman los elementos necesarios para muchas de sus funciones vitales. Se les conoce como elementos esenciales. Con ellos se genera del 15% al 20% de la materia orgnica constituyente de las plantas. El resto, por lo regular, es agua. De acuerdo con la cantidad de los elementos integrantes y esenciales de las plantas se les divide en macro y microelementos (Salisbury y Ross, 1994) En el cuadro 3.1 se presentan los 17 elementos esenciales para todas las plantas superiores, as como la forma inica en que las plantas los absorben con mayor facilidad. Se subdividen de acuerdo con las cantidades presentes en las plantas en los siguientes elementos: molibdeno, nquel, cobre, zinc, manganeso, boro, fierro y cloro. Se denominan microelementos, micronutrientes, oligoelementos o elementos traza.

Cuadro 3.1 Elementos esenciales para la mayora de las plantas superiores con base en materia seca considerados estadsticamente adecuadas. Elemento Smbolo Forma disponible al vegetal MoO4 2 Ni+2 Cu+ Cu+2 Zn ++ Mn++ H3BO3 Fe+3 Fe+2 ClSO4 2 H2PO4 - HPO4 2 Mg+2 Ca++ K+ NO3 NH4 + O2, H2O CO2 H2O Peso atmico mg/kg % Nmero de tomos en relacin con molibdeno 1

Molibdeno Niquel Cobre Zinc Manganeso Boro Fierro Cloro Azufre Fsforo Magnesio Calcio Potasio Nitrgeno Oxgeno Carbono Hidrgeno

Mo Ni Cu Zn Mn B Fe Cl S P Mg Ca K N O C H

95.95 58.71 63.54 65.38 54.94 10.82 55.85 35.46 32.07 30.98 24.32 40.08 39.10 14.01 16.00 12.01 01.01

0,1 ---6 20 50 20 100 100 1,000 2,000 2,000 5,000 10,000 15,000 45,000 45,000 60,000

1 x 10-5 --6 x 10-4 2 x 10 -3 5 x 10 -3 2 x 10-3 1 x 10-2 1 x 10-2 0.1 0.2 0.2 0.5 1.0 1.5 45 45 6

100 300 1,000 2,000 2,000 3,000 30,000 60,000 80,000 125,000 250,000 1,000,000 30,000,000 35,000,000 60,000,000

De Brown y otros., (1987), citado por Salisbury y Ross. Tambin en el cuadro 3.1 podemos observar que la cantidad en que se encuentran en la materia seca de la mayora de las plantas es menor a un gramo, mientras que los macroelementos o macronutrientes se encuentran presentes en por lo menos un gramo por kilogramo de materia seca. Las concentraciones internas que suponemos las adecuadas se consideran solo como normas de utilidad debido a las variables entre las especies y etapas de crecimiento vegetales (De Brown, 1987). 3.4. Niveles individuales de los minerales La cantidad de cualquier mineral presente en una solucin nutritiva se mide en partes por milln (ppm). Es exactamente lo mismo medir mg/L o g/1,000 L. Por ejemplo: una solucin nutritiva que contiene 200 ppm de nitrgeno tendr 200 g de nitrgeno por cada 1,000 litros de solucin, o 200 mg de nitrgeno en cada litro de solucin. La concentracin de cada elemento mineral es esencial en una solucin nutritiva hidropnica y depende de varios factores. El tipo de planta cultivada tambin representa un factor; una variedad de una especie en particular puede tener diferentes requerimientos minerales en comparacin con otras variedades. La etapa de crecimiento de la planta tambin afecta los requerimientos minerales. Plantas jvenes, de la mayora de las especies, requieren ms nitrgeno en su etapa de crecimiento. Sin embargo, menores cantidades de este elemento se requieren cuando las plantas estn maduras. A la absorcin

de nutrientes tambin la afectan las condiciones medioambientales como la temperatura y humedad. Como consecuencia de esto resulta imposible establecer una lista de cada elemento con un nivel exacto para cada mineral. Cada mineral en la solucin nutritiva tiene su propio rango de concentracin a la cual es efectiva. El cuadro 3.2 muestra los rangos aceptables para cada uno de los macronutrientes en una solucin hidropnica y en el 3.3 ejemplificamos doce soluciones nutritivas empleadas a travs del tiempo de manera prctica en cultivos hidropnicos. As llegamos a una conclusin: las plantas se adecuan a un rango de nutrientes, el que han encontrado sus antecesorass en la solucin nutritiva que se forma en el cultivo tradicional. Cuadro 3.2. Rango de concentracin de macronutrientes en ppm en una solucin nutritiva hidropnica Nutriente Bajo Alto Nitrgeno 70 250 Fsforo 20 90 Potasio 100 400 Calcio 75 200 Magnesio 15 60 Azufre 20 100 3.5. Interaccin de iones En el cuadro 3.1 se observa que los elementos esenciales que la planta requiere estn disponibles para la misma en forma inica; tambin sugiere que ha adecuado sus sistemas de absorcin de nutrimentos a estas formas y las mismas se encuentran en las soluciones acuosas provenientes del suelo o en las preparadas artificialmente para utilizarse en cultivos hidropnicos. Los iones entre s presentan afinidades, y por ende la capacidad de reaccionar entre s para formar compuestos insolubles de alcanzar las concentraciones requeridas para ello, y que son constantes a una temperatura dada; por esto, las concentraciones de los diferentes compuestos son muy bajas y usualmente se encuentran en la naturaleza. Existe una interdependencia entre las actividades de la raz y la parte area de las plantas. Por ejemplo, se han obtenido correlaciones excelentes entre la rapidez de crecimiento de la parte area y la rapidez de absorcin (Wild y otros, 1987). El orden de absorcin de los cationes obedece al nmero de cargas con que cuentan y a la cantidad en que se encuentren presentes. A continuacin presentamos una secuencia de absorcin preferente (cuando las concentraciones son las mismas) para los cationes Al+++ > Ca++ > Mg++ > K+ = NH4+ > Na+; en el caso de los aniones tenemos que el orden es OH > H2PO4 >SO4 =NO3 (Cepeda, 1991). 3.6. Ejemplos de soluciones nutritivas De acuerdo con Steiner (1961), una solucin nutritiva puede definirse como una disolucin acuosa de iones inorgnicos; su composicin qumica la determinan la proporcin relativa de cationes y aniones, la concentracin inica total y el pH presente en el medio. Como podr observarse, al comparar las cantidades de los nutrientes presentes en cada una de las soluciones utilizadas por diferentes investigadores mostradas en el cuadro 3.3 existen diferencias significativas en cada una de ellas; incluso algunas no reportan la adicin de algn elemento esencial de acuerdo con lo expresado en el cuadro 2.1; y lo anterior se debe a que provienen del aire y del agua o que las sustancias aadidas los contienen como impurezas, con lo que se llenan los requerimientos de los diferentes cultivos tratados con las mismas.

Cuadro 3.3a. Composicin de doce soluciones nutritivas empleadas de 1865 al 2001 con base en milimoles por litro Nutrientes Knop 1865 Penningsfeld North Africa 4.79 0.9 0.77 0.35 0.01 0.050 0.0112 0.001 0.0001 5.53 1.38 0.87 0 0.026 0.0043 0 0 Penningsfeld Claveles 6.17 3.72 1.53 0.15 0.05 0.072 0.0224 0.0002 0.0001 11.53 2.09 1.7 0 0.11 0 0 0 Gravel Japn 8 4.08 2.03 1.35 0.02 0 0 0 0 16.18 1.35 2.03 0 0 0 0 0 Arnon y Hoagland 1940 6.04 5.0 2.0 0 0 0.0258 0.0091 0.0003 0.0008 15.0 1.0 2 0.018 0.0422 0.0001 0 0.0258 Dennisch R. Hoagland USA 6.07 4.0 1.0 2.0 0.02 0.02 0.002 0.0005 0.002 14.0 2.0 1 0.05 0.025 0.0005 0.02 0

K+ 3.4 Ca++ 3.4 Mg++ 0.81 NH4+ 0 Na+ 0 Fe+++ 0.66 Mn++ 0 Cu++ 0 Zn++ 0 NO38.84 H2PO43.34 SO4= 0.81 Cl0 Borato 0 MoO4= 0 EDTA 0 Citrato 0 Fuente: De Rijck y Schrevens

Cuadro 3.3b. Composicin de doce soluciones nutritivas empleadas de 1865 al 2001 con base en milimoles por litro Nutrientes K+ Ca++ Mg++ NH4+ Na+ Fe+++ 0.02 0.09 .024 Mn++ 0.0026 0.0073 0.0112 Cu++ 0 0.0003 0.0002 Zn++ 0.002 0.0008 0.0017 NO38.05 8 11.98 H2PO42.3 2 0.99 SO4= 3.02 2 3.48 Cl0 0.015 0 Borato 0.009 0.037 0.04 MoO4= 0 0.0003 0.0005 HEDTA 0 0 0 EDTA 0 0.089 0.0238 Fuente: De Rijck y Schrevens; Rodrguez S. a partir de la frmula 0.034 0.036 0.0015 0.0015 14.37 1.93 2.12 0 0.0275 0.002 0 0.0339 0.1272 0.0437 0.0006 0.0019 17.25 2.25 2.72 0.38 0.0313 0.0006 0.12717 0 0.179 0.0091 0.00078 0.00076 13.98 1.93 2.24 0 0.046 0 0 0 Shive y Robbins 1942 2.29 4.02 2.3 1.4 0 Hacskalyo 1961 4.03 3 2 0 09 Steiner 1961 6.69 4.61 2.02 0 0.02 Cooper 1979 7.73 4.3 2.08 0.002 0.03 Research centre Soilless Cultures 11.0 5.5 1.5 0.0005 0.38 Rodrguez 2000 5.12 3.75 2.05 1.09 0

La interaccin de iones queda de manifiesto en muchas de las experiencias realizadas en el rea de la nutricin en plantas. Elder y cols. (1998) trabajaron con diferentes concentraciones de calcio (0.2, 2.5, 5.0, 10.0,

15.0) en plantas de tomate variedad jumbo y luego analizaron los contenidos en calcio, magnesio, potasio, licopeno y carotenos totales; resultados: el calcio aumenta en los frutos a medida que se incrementa en la solucin nutritiva, mientras que los niveles de magnesio y potasio disminuyen; demuestra as el efecto de competencia del ion calcio por los sitios de absorcin y transporte de la planta en relacin con potasio y magnesio. Cengiz y cols. (2000) descubrieron que la concentracin del microelemento zinc incide sobre la concentracin del macroelemento fsforo. Para esta demostracin utilizaron tres concentraciones de zinc (0.01, 0.5 y 5 mg por litro), aplicadas a tres variedades de tomate en cultivo hidropnico. El contenido de fsforo en las hojas de las tres variedades utilizadas en la experiencia se comport de igual manera; cuando se aplic la concentracin 0.01 de zinc, la concentracin de fsforo presente en las hojas result muy alta, mientras que fue muy baja cuando se utilizaron 5 mg de zinc. En ambos casos, el desarrollo del cultivo mostr deficiencias, mientras que al utilizar 0.5 mg de zinc por litro los resultados alcanzados resultaron muy buenos. La presencia de los elementos necesarios para el crecimiento de los cultivos no garantiza su aprovechamiento por la planta; depende ms de los compuestos presentes en la solucin y las concentraciones de los mismos. La explicacin de lo anterior se relaciona con la interaccin de los elementos y las propiedades de las sustancias que se puedan formar, pues muchas de ellas pueden ser dbilmente ionizables o insolubles de acuerdo con las condiciones del medio, por lo que la planta no las puede absorber. Esta es consecuencia de las leyes del equilibrio qumico (Rodrguez, 2000). Los contenidos de nutrientes del cuadro 3.2 se ofrecen en milimoles por litro porque desde el punto de vista qumico nos permite visualizar y comparar las diferentes soluciones nutritivas con base en unidades de reaccin; sin embargo, para pasar a miligramos por litro, basta multiplicar los milimoles por el peso atmico del elemento. 3.7. Fuentes minerales Los minerales esenciales son suministrados como compuestos qumicos; unos aportan ms que otros. Por ejemplo, el nitrato de calcio provee calcio y nitrgeno; el monofosfato de potasio, potasio y fsforo. Todos los macronutrientes pueden ser abastecidos a una solucin con estos dos qumicos, ms nitrato de potasio y sulfato de magnesio. El truco para producir una solucin nutritiva consiste en proveer estos qumicos en proporciones exactas y correctas para que la planta comience a crecer. Los micronutrientes pueden ser surtidos por varias fuentes, algunas mejores que otras. El hierro, manganeso, cobre y zinc pueden ser suministrados por sales sulfatadas y producir satisfactoriamente una solucin. Estos minerales tambin pueden ser suministrados como quelatos. En los quelatos, molculas orgnicas grandes, el mineral est adherido y por experiencia parece ser la mejor va para distribuir estos micronutrientes a la planta. Los quelatos tienden a ser menos afectados en su disponibilidad por cambios en el pH de la solucin. Los mismos micronutrientes abastecidos como sulfatos tienden a no estar disponibles si el pH no alcanza los niveles recomendados. Usualmente el boro se suministra como cido brico o brax; el cido brico se disuelve con mayor dificultad, en tanto que el brax se disuelve con ms rapidez, cualidad que hace a esta ltima una fuente preferida. El molibdeno es abastecido como molibdato de sodio o molibdato de amonio (cualquiera de los dos es adecuado). Se efectan algunos clculos para precisar las cantidades que deben utilizarse para la preparacin de una solucin nutritiva. La solucin a preparar requiere de 200 ppm de potasio y como fuente del mismo se utiliza nitrato de potasio (KNO3) con un peso molecular de 101 gramos y que contiene 39 gramos de potasio; 200 ppm son iguales a 200 mg y 200 mg son igual a 0.2 gramos, por tanto:

101 g KNO3 ---- 39 g K x ------------------ 0.2 g K x = 0.5179 g/L o 51.79 g/100 L

En este caso, adems del potasio, el compuesto suministra nitrgeno; calcule cunto. 101 KNO3 ---- 14 N g 0.5179 --------- x = 0.0717 g, que equivalen a 71.7 mg o ppm de N Porque: 1 g -------- 1,000 mg 0.0717 --- x mg x =71.7 mg o ppm

La solucin a preparar requiere de 200 ppm de nitrgeno; por lo tanto, faltan de adicionar 200 mg 71.7 mg = 128.3 mg. Como fuente se utiliza nitrato de calcio, que adems de nitrgeno suministra calcio; veamos cunto puede aportar puesto que de este ltimo se requieren 150 ppm o mg/L. 164.1 g Ca(NO3)2 ---- 40 g Ca x ------------------------- 0.150 g x= 0.6153 g/L o Calcule qu cantidad de nitrgeno aporta: 164.1 g Ca(NO3)2 ------ 28 g N 0.6153 g ----------------- x = 0.10498 Por tanto, de nitrgeno se han adicionado 104.98 mg + 71.7 = 176.78 mg o ppm; faltan para 200 176.78 = 23. 31 mg de N. La cantidad que de fsforo se requiere es igual a 60 mg y se puede adicionar utilizando fosfato monoamnico, que aparte contiene nitrgeno. NH4H2PO4 115 g ---- 31 g x ------------------------ 0.060 g x = 0.2225 g/L o 22.25/100 L Calcule cunto nitrgeno aporta: NH4H2PO4 115 g ------ 14 g 0.2225 g ----------------- x = 0.02708 g = 27.08 mg o ppm Faltaban 23.31 mg y adicionamos 27.08 sobran 3.77 mg/L. La solucin nutritiva a preparar requiere de 50 ppm de Mg y se selecciona la sal de epson o sulfato de magnesio como fuente del mismo; calcule cunto debe adicionar para cumplir con lo requerimientos: 246.5 g MgSO47H2O ------ 24g x ------------------------------- 0.050 g x = 0.5135 g/L o 51.35 g/100 L 61.53 g/100 L

Este tambin aporta azufre, calcule cunto: 246.5 g MgSO47H2O --- 32 g 0.5135 g ------------------- x = 0.06666 g = 66.66 mg/L o ppm Si se utiliza sulfato de fierro, calcule cunto se debe utilizar si de este se necesita 1 ppm. FeSO47H2O 278 g ----- 56 g Fe x g ------------------------ 0.001 g x = 0.00496 g/L 0.496 g/100 L Despus de efectuar los clculos anteriores se determin que la cantidad a adicionar de los reactivos qumicamente puros para preparar 100 litros son: KNO3 -------------Ca(NO3) -----------NH4H2PO4 --------MgSO4.7H2O -----FeSO4.7H2O -------51.79 g 61.53 g 22.25 g 51.35 g 0.0496 g

Todo lo anterior est de acuerdo con las necesidades mostradas por los elementos que se determinaron totalmente, y de esta misma forma se efectan los clculos hasta completar la formulacin que se desea utilizar. Cabe recordar aqu que los clculos realizados son con base a productos puros, y que en la prctica se utilizan productos con menor pureza, lo que siempre debe tomarse en cuenta. 3.8. Variacin respecto a los nutrientes en fase de crecimiento y floracin Las plantas varan da a da sus requerimientos nutricionales. El solo hecho de suministrar de manera exacta los minerales requeridos resulta casi una misin imposible. Sin embargo, recordemos que las plantas pueden crecer satisfactoriamente si cada mineral alcanza un rango de concentracin, haciendo de esta manera la tarea ms fcil. La mayora de las soluciones presentan dos formulaciones llamadas de crecimiento y floracin. Esto refleja la diferencia en los requerimientos entre una planta en crecimiento vegetativo y una planta en floracin y fructificacin. Estas dos formulaciones se requieren para un crecimiento satisfactorio en la mayora de las plantas. La principal diferencia entre las frmulas de crecimiento y floracin la marca la relacin de NPK. Esto se refiere a cantidades relativas de nitrgeno, fsforo y potasio en una solucin nutritiva. Las frmulas de crecimiento tienden a tener ms nitrgeno y menos fsforo y potasio, mientras que las frmulas de floracin contienen menos nitrgeno y ms fsforo y potasio; esto tiende a reflejar el cambio nutricional conforme la planta madura. Quiz ms importante que las tasas de NPK es la relacin K/N. Esto se puede determinar dividiendo la concentracin de potasio entre la de nitrgeno de la solucin nutritiva, en ppm o en porcentaje p/v. El resultado de esta divisin generalmente se encuentra en 1 y 2. Por ejemplo, una solucin nutritiva con niveles de nitrgeno de 200 ppm y de potasio de 300 ppm tiene una relacin K/N 300/200 = 1.5. Si esta solucin contiene una concentracin menor de nitrgeno suma 100 ppm y de potasio 150 ppm, la tasa K/N ser la misma 1.5. La importancia de la tasa K/N es que determina si una solucin es de crecimiento o de floracin y cun fuerte es la misma. La regla general es que las soluciones nutritivas con una relacin K/N menor a 1.5 presentan una frmula de crecimiento, y si la relacin K/N resulta mayor a 1.5 es una frmula de floracin. Una solucin nutritiva con una relacin K/N de 1 tiene ms nitrgeno en proporcin al potasio que una

con una relacin K/N de 1.5. Conforme la relacin K/N se incrementa, la proporcin de potasio aumenta y la de nitrgeno decrece. Una K/N de 2 significa que el nivel de potasio en ppm es el doble que el de nitrgeno. Se aprecia que la mejor relacin K/N de una solucin nutritiva para cualquier planta la determina la misma planta. Si a una planta en floracin se le da una solucin con una relacin K/N ms alta de lo que necesita, no producir floracin. En muchas especies de plantas, al ciclo de floracin lo influyen las condiciones medioambientales, en particular la duracin del da. La solucin nutritiva por s sola no iniciar la floracin. El cambio de una solucin nutritiva de crecimiento a una de floracin debe ser determinado por el estado de crecimiento de la planta y no cuando el estmulo para la floracin se ha presentado. Esto significa que la nutricin para floracin no debe ser dada a la planta cuando las primeras flores parecen formarse, sino un par de semanas despus de que el estmulo de la floracin se ha presentado en la planta. 3.9. Clima, solucin nutritiva y absorcin de nutrientes Existen otros factores importantes con respecto a las soluciones nutritivas. La temperatura de la solucin debe estar dentro del rango correcto. Si la solucin es muy fra, la tasa metablica de la raz baja y la absorcin de nutrientes tambin. Esto conlleva un efecto de retardo en el crecimiento de la planta por debajo de lo deseado. Tambin surgen problemas cuando la temperatura es muy alta, porque afecta la absorcin mineral. El mejor rango de temperatura oscila entre 18 y 25C para la mayora de los cultivos. Los cambios bruscos de temperatura influyen evidentemente en el ritmo de absorcin del agua y en el ritmo de absorcin mineral. De acuerdo con esas condiciones, la planta regula su tasa de transpiracin evitando as una perdida excesiva de agua. La temperatura de la solucin nutritiva tambin influye en la absorcin de los nutrientes. Por ejemplo, la absorcin de nitratos en plantas de tomate se sita a una temperatura de 25C, y a partir de este valor un aumento o disminucin de temperatura afecta de manera negativa la absorcin de los mismos, de acuerdo con Le Bot (citado por Gonzlez). Lo anterior puede explicarse debido a que la integridad de las membranas celulares se encuentran afectadas cuando la temperatura se aleja sensiblemente de su nivel ptimo, adems de que la absorcin del nitrato depende de la energa suministrada por la respiracin de las races, y al aumentar la temperatura de la solucin nutritiva aumentan las necesidades energticas del componente de mantenimiento de la respiracin radicular, y esto es vital para la planta; adems, niveles altos de temperatura propician valores elevados en dficit de oxgeno si tomamos en consideracin los datos aportados por Gonzlez (Curso Internacional de Hidroponia Una Esperanza para Latinoamrica, Lima, Per, 1996). Aparte de los efectos directos sobre el sistema radicular, la temperatura es importante porque determina la cantidad de oxgeno que puede estar disuelta dentro de la solucin. El agua o una solucin nutritiva fra pueden disolver ms oxgeno que el agua o una solucin caliente, ya que la cantidad total de oxgeno disuelto puede estar limitada y en el mejor de los casos conviene mantenerlo en un punto alto. Las races, como cualquier rgano vivo, necesita oxgeno para trabajar apropiadamente. Es posible ahogar las races si no hay suficiente oxgeno disuelto en la solucin. Otra razn por la cual la solucin debe estar bien oxigenada es por los patgenos (organismos que causan enfermedades); incluso existen productos con base en agua oxigenada o perxido de hidrgeno que resultan excelentes oxigenadores, porque se transforman en oxgeno y agua. 3.10. El pH y la absorcin de nutrientes El pH es la forma universal de medir el grado de acidez. Hidropnicamente, la planta se comporta mejor si la solucin en que se transportan los nutrientes, y que se encuentra en contacto con sus races, es ligeramente cida; esto significa un pH entre 5.5 y 6.8. Fuera de este rango, algunos minerales, aunque estn presentes en la solucin, no podrn ser absorbidos por las races. Esto, por supuesto, afectar a la planta. Si el pH de la solucin

queda lejos del rango recomendado, entonces algunos de los minerales de la solucin nunca estarn disponibles para la planta. 3.11. El agua y su contenido de calcio, magnesio y carbonatos Conviene analizar el agua que se emplear para el riego de las plantas, ya que en muchos lugares el agua disponible para preparar las soluciones nutritivas se califica como dura; esto significa que contiene niveles elevados de calcio, magnesio y carbonatos. Esta clase de agua presenta problemas cuando se le utiliza para preparar soluciones nutritivas; para empezar, los niveles de calcio y magnesio son muy elevados para la planta. Si se utiliza una concentracin normal de nutrientes con agua dura, los niveles de calcio y magnesio sern tan altos que el nutriente se desbalancear. Otro problema adicional con el bicarbonato es que muestra un pH alcalino (lo opuesto a la acidez), y cuando se encuentra en la solucin nutritiva el pH se incrementar por encima del rango recomendado. Dos formas solucionan el problema: la primera, usar un filtro de smosis in