manual hidroponia
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Biosustentare S. A. de C. V. Soluciones ecológicas a problemas de impacto ambiental.
[ HIDROPONÍA ]
MANUAL DE INTRODUCCIÓN
Universidad Autónoma de Chapingo
Preparatoria Agrícola:
Juan T. Morales Parada
Ignacio Miranda Velázquez
Isaías Gil Vázquez
Aurelio Bastida Tapia
Juan Hernández Ortiz
David Saúl Reyes Ramírez
Georgina Flores Escobar
Erick Navarro López
Edición:
UACh – Departamenteo de Preparatoria Agrícola
Juan T. Morales Parada
Ignacio Miranda Velázquez
Asociación Biológica Sustentable S.A. de C.V. M.C. Omar Aguilar Torres
Directorio:
Universidad Autónoma Chapingo
Departamento de Preparatoria Agrícola
Km 38.5 carretera México – Texcoco, Chapingo, Estado de
México. C.P. 56230
Tel: 01 59 59 52 16 18
01 59 59 52 15 00 (Ext. 55 21)
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Asociación Biológica Sustentable S.A. de C.V.
Departamento de Investigación y Desarrollo
Avenida Aztecas No. 476, Col. Ajusco, Del. Coyoacán,
México D.F., C.P. 04300
Tel: 01 55 46 23 48 42
www.biosustentare.com
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1 GENERALIDADES Y PRINCIPIOS DE LA HIDROPONIA.
1.1 INTRODUCCIÓN.
La palabra Hidroponía deriva del griego hydro [Agua]) y
ponos [labor o trabajo]), lo cual significa literalmente “trabajo en agua”. La
Hidroponía es una ciencia que estudia los cultivos sin tierra. Su definición como
sistema de producción es aquel en el cual las plantas se riegan con una mezcla de
elementos nutritivos disueltos en agua y en el que se sustituye el suelo por un sustrato
(mineral u orgánico) inerte o por la propia solución nutritiva.
A continuación se plantean algunas razones que intentan convencer al lector el
por qué la hidroponía es una opción viable, ya sea para ser practicada como una
alternativa económica, como pasatiempo, como terapia ocupacional, etc.
1.2 JUSTIFICACIÓN.
1.2.1 ASPECTOS ECOLÓGICOS.
El agua: En México se consumen cada año 73 Km3
de agua que se distribuyen
de la siguiente manera: el campo consume el 87% de los recursos hidráulicos, en uso
doméstico el 10% y la industria el 3%, de éstos se desperdicia el 50% del agua que se
consume en los 3 sectores; por hablar de la agricultura que es donde tenemos el mayor
consumo y por tanto las mayores pérdidas, se dice que si se cambiara el sistema de
riego por gravedad o rodado, que es el que mayormente se usa, se tendrían ahorros de
las siguientes magnitudes: Sólo por cambiar a riego usando compuertas se podría regar
el doble, es decir, con el agua que se riega una hectárea se podrían regar 2, si se usara
riego por aspersión esto se elevaría a 4 y por goteo a 6 hectáreas.
Con este ritmo de extracción de agua del subsuelo en la mayoría de las
regiones agrícolas del país se ha empezado a observar un marcado abatimiento de los
mantos acuíferos de 3 a 4 m/año, como consecuencia de esto, hoy la profundidad de
los pozos es de 200 y 300 metros, esto trae como consecuencia el encarecimiento de
la extracción del agua pues se requiere de mayor consumo de energía eléctrica y por
consiguiente la elevación de los costos de producción disminuyendo la rentabilidad de
los cultivos.
Los suelos:
Erosión: Un alto porcentaje de los suelos dedicados a la agricultura presentan algún
tipo de erosión en México, lo que hace que algunos terrenos sean abandonados al
no brindar los rendimientos esperados en los cultivos, desde la simple pérdida de
la fertilidad hasta la pérdida total de la capa arable por cualquiera de los agentes
erosivos.
Salinidad: El uso inadecuado de fertilizantes y riego traen como consecuencia que
el contenido de sales en algunos suelos se vuelva demasiado alto lo que los hace
inservibles para la agricultura convencional.
Pesticidas: El uso de pesticidas en cantidades inadecuadas y usando técnicas de
aplicación inadecuadas deja como resultado un desbalance en la cantidad de
microorganismos benéficos al suelo llegando al grado, en ocasiones, de ser
imposible el desarrollo de algunas especies de interés para la agricultura o de tener
un alto grado de toxicidad que afecta en alguna medida la producción agrícola.
Fitosanitarios: El uso constante de productos químicos en algunos cultivos
intensivos deja problemas severos fitosanitarios en los suelos, en ocasiones
algunos organismos se vuelven resistentes como los nemátodos y otros. Esos
suelos ya no pueden ser usados para la producción agrícola por algún tiempo.
Metales pesados y otros elementos contaminantes tóxicos: En algunas regiones del
país se practica la agricultura usando aguas negras, tal es el caso de los
productores del Valle del Mezquital que riegan sus hortalizas con aguas negras de
la zona metropolitana que se descargan a la corriente del Pánuco siendo fuente de
contaminación al suelo y las mismas hortalizas que cuando van al mercado llevan
altas cantidades de metales pesados y materia fecal, estos suelos con el tiempo
también presentaran problemas serios para el desarrollo de los cultivos.
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Deficiencia en diferentes nutrientes: Algunos suelos por naturaleza presentan serias
deficiencias en alguno o varios nutrientes que en ocasiones son difíciles de
corregir, por ejemplo los suelos de origen volcánico conocidos como andosoles
contienen un mineral llamado alófono que tiene la cualidad de fijar el fósforo.
Cuando se tienen problemas con los suelos, de tal manera que los resultados
no son satisfactorios, es tiempo de voltear la mirada al uso de sustratos artificiales en
cultivos hidropónicos que como se verá más tarde tienen otras ventajas adicionales.
1.2.2 SITUACIÓN ECONÓMICA SOCIAL.
La emigración por falta de empleos: La emigración tan grande demanda
oportunidades en México sobre todo en el campo donde empleando hidroponía bajo
invernadero se pueden generar muchos empleos y, dado que la producción puede ser
continua al concebirla bajo un ambiente controlado, se generarían suficientes empleos.
Se estima que una hectárea de cultivos hidropónicos bajo invernadero generaría 10
empleos directos permanentes sólo para la atención del cultivo y que una superficie de
1000 m2
es suficiente para dar trabajo remunerado permanente al jefe de una familia,
amortizarse en 5 ciclos la inversión y además generar ganancias suficientes mensuales
como para procurar un ingreso adecuado a la familia que opera dicha unidad
hidropónica.
Fomentar la cultura ecológica en las ciudades: En las ciudades con altos
índices de contaminación, es una buena alternativa el hecho de que las personas en sus
azoteas o jardines establezcan un pequeño invernadero hidropónico para que a la vez
que producen algunas de las verduras de consumo familiar, contribuyan a la producción
de oxígeno y consumo de CO2 en el proceso de la fotosíntesis de sus plantas, a la vez
que ayudan a fomentar la conciencia ecológica en las nuevas generaciones.
Terapias ocupacionales: En jubilados o en general personas que necesitan una
actividad para ocupar tiempos libres, se pueden implementar unidades hidropónicas en
azoteas: jardines o áreas que estén disponibles en los mismos términos del apartado
anterior.
1.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS.
Ventajas:
Puede contribuir a la producción de plantas de igual o mejor calidad que las
cultivadas en suelo.
Constituye una opción en condiciones limitadas de suelo, clima y agua.
Es un sistema versátil que puede ser adaptado a condiciones específicas
ambientales, socioeconómicas y tecnológicas.
Se puede tener un mejor control de aspectos como la nutrición, el pH, densidad de
población, plagas, enfermedades y fertilización.
Se pueden obtener mayores rendimientos que el cultivo en suelo.
Cultivos libres de parásitos, bacterias, hongos y contaminación.
Reducción de costos de producción.
Permite la producción de semilla certificada
Independencia de los fenómenos meteorológicos.
Permite producir cosechas en contra estación.
Menos espacio y capital para una mayor producción.
Ahorro de agua, que se puede reciclar.
Ahorro de fertilizantes e insecticidas.
Se evita la maquinaria agrícola.
Limpieza e higiene en el manejo del cultivo.
Mayor precocidad de los cultivos.
Desventajas:
Por sí sola no asegura rendimientos superiores.
El cuidado de los “detalles” es lo que otorga el éxito o el fracaso.
Las plantas se vuelven muy dependientes del hombre y son más susceptibles a
desbalances nutrimentales o alteraciones en el abastecimiento de oxígeno y agua.
Desde el punto de vista energético (la hidroponía inorgánica tiene una baja
eficiencia, que puede limitar su desarrollo.
La inversión inicial es alta, en función del sistema a emplear.
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2 FACTORES AMBIENTALES.
Los factores ambientales más importantes que se deben manejar en los
cultivos hidropónicos son:
Temperatura.
Luz.
Aire.
Agua
pH.
Sustancias nutritivas.
Sustratos.
2.1 TEMPERATURA
Influye en:
La fotosíntesis. De 30 a 35ºC aumenta la función fotosintética hasta cierto límite,
después disminuye o cesa completamente. El descenso de la temperatura
disminuye esta actividad.
En general las temperaturas altas hasta cierto límite favorecen las funciones útiles de
la planta.
Las bajas temperaturas por debajo de la temperatura óptima, hacen que la actividad
vital se limite paulatinamente: disminuye la fotosíntesis, la respiración, la absorción
de agua y nutrientes.
Para plantas resistentes al frío, su balance nutricional más favorable se realiza a un
rango de temperatura de 17 a 20ºC.
Para plantas con requerimientos altos de temperatura, su balance nutricional se
logra a temperaturas de 20 a 30ºC.
2.1.1 ESTRATEGIAS PARA EVITAR DAÑO DE HELADAS
Nebulización del cultivo.
Aplicación de calefacción en los invernaderos.
Cubrir con doble capa de plástico las plantas de invernadero.
Utilizar variedades resistentes al frío.
2.1.2 ESTACIÓN DE CRECIMIENTO.
Es la época ambiental (luz, temperatura, etc.) más favorable del año para el
desarrollo de los cultivos.
2.1.3 TEMPERATURA ÓPTIMA DE ALGUNOS CULTIVOS
Un aspecto fundamental en el manejo de las plantas es la temperatura de
germinación, porque permite una rápida y homogénea germinación. Los requerimientos
de cada especie son diferentes.
CULTIVO TEMPERATURA ÓPTIMA (ºC) DÍAS TEMPERATURA MÍNIMA (ºC) DÍAS
Jitomate 25 – 30 4 – 6 10 6 – 9
Chile bell 25 – 30 7 – 9 13 9 – 11
Berenjena 20 – 25 6 – 8 13 8 – 10
Pepino 30 – 35 3 – 4 10 5 – 7
Calabacín 20 – 30 3 – 4 10 5 – 7
Melón 28 – 30 3 – 4 10 5 – 7
Sandía 30 – 35 3 – 4 10 5 – 7
Tabla 1. Temperaturas óptimas y mínimas para la germinación de algunos cultivos.
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2.2 LUZ
La radiación solar o energía radiante, son ondas electromagnéticas que se
propagan en el espacio a la velocidad de la luz y en línea recta; la luz es la energía que
emite el sol u otro cuerpo, con la longitud de onda comprendida dentro del espectro
visible (400 – 700 nm).
Las plantas absorben directamente esta energía y la transforman en energía química
por medio de la fotosíntesis.
La radiación solar determina la distribución geográfica de los climas, plantas y
animales.
En las plantas la radiación solar influye en la germinación, crecimiento vegetativo,
transpiración, fotosíntesis, respiración y reproducción.
2.2.1 FOTOPERIODO.
Es el efecto de la duración de la longitud del día sobre el desarrollo de las
plantas y particularmente sobre la floración. Los cultivos tienen diferente respuesta ante
la duración de la luz, según la región donde estén establecidos. El efecto principal de la
duración del día en las plantas es que promueven la inducción floral. Es decir, si la
planta no completa sus requerimientos de fotoperiodo, no puede producir flores, frutos
ni semillas. Las plantas se les clasifican en tres grupos de acuerdo a sus necesidades
de fotoperiodo:
Plantas de día corto: Requieren menos de 12 hrs. de iluminación (Mijo, haba, soya,
algodón, maíz, frijol, sorgo, tabaco, crisantemo, fresa).
Plantas de día largo: Requieren más de 12 hrs. de iluminación (Lechuga, espinaca,
rábano, col, zanahoria, perejil, remolacha, cebolla, papa, trigo, avena, cebada,
lenteja, mostaza, alpiste, betabel).
Plantas de día neutro: Se desarrollan bien, tanto en días cortos como en días largos.
(Jitomate, maíz, fresa, papa, alcachofa, pepino, trigo sarraceno).
2.3 AIRE.
El aire es uno de los factores esenciales para el desarrollo de las plantas
porque les suministra dióxido de carbono (CO2) y oxígeno (O
2). Además de la luz y el
agua, el CO2 es fundamental para la fotosíntesis en los vegetales. El O
2 es esencial en la
respiración de los seres vivos incluyendo a las plantas. La atmósfera contiene sólo
0.03% de CO2 y aun así juega un papel primordial en la fotosíntesis, el O
2 está presente
en el aire en un 21%, el cual proviene principalmente de las plantas.
2.3.1 VIENTO.
El viento es el aire en movimiento horizontal debido principalmente a las
diferencias de temperatura existente entre dos masas de aire, a las fuerzas de presión,
fricción y gravedad; a la forma y movimiento de la tierra. Los vientos equilibran el calor
de los trópicos y el frío de los polos.
En el caso de cultivos bajo invernadero, es fundamental una adecuada
ventilación para regular la temperatura del ambiente. La estructura, el diseño y
orientación de los invernaderos debe considerar la intensidad y la dirección dominante
de los vientos para evitar daños en la estructura y en los plásticos.
2.4 AGUA.
Es muy importante para el desarrollo de los seres vivos en nuestro planeta:
La proporción en que se presenta en la planta varía del 65 – 95% de su peso fresco
total.
Las plantas que absorben poca agua rinden menos.
El exceso de humedad disminuye la cantidad de materia seca, azúcares, proteínas,
fibras y produce agrietamiento en las frutas.
Existen especies que tienen un balance hídrico diferencial, es decir, tienen una
relación variable entre absorción del agua y transpiración (pérdida de agua a través de
los estomas de la hoja)
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2.4.1 ESTRATEGIAS DE AHORRO DE AGUA.
Aumentar la infiltración del agua en el suelo.
Uso de mejores técnicas de riego:
Riego por compuertas.
Riego por goteo más alcochado.
Cosecha de microcuencas revestidas con plástico o concreto.
Uso del sistema hidropónico.
Uso de variables resistentes a sequía.
2.4.2 HUMEDAD RELATIVA.
Es el porcentaje del vapor de agua que en un momento dado y a una
determinada temperatura contiene el aire, en relación con la máxima cantidad de vapor
que a esa misma temperatura el aire puede tener. La humedad relativa:
Controla la temperatura ambiental.
Una baja humedad relativa incrementa la transpiración de las plantas.
Determinado porcentaje de humedad relativa facilita o dificulta la polinización de las
flores y el amarre de frutos.
Puede crear condiciones propicias para el desarrollo de plagas y enfermedades.
2.4.3 PROBLEMÁTICA.
En el periodo de lluvias dentro de los invernaderos, es muy difícil disminuir la
humedad relativa en forma satisfactoria y se tiene que proporcionar la máxima
ventilación posible.
Cuando la humedad relativa es muy baja y se requiere elevar su porcentaje, en
casos de enraizamiento de estacas, en los procesos de adaptación de plantas in vitro
y para el cultivo de plantas de sombra se utiliza la nebulización.
3. SISTEMAS O MÉTODOS DE CULTIVO EN HIDROPONIA.
No solo hortalizas se cultivan en invernaderos dadas las ventajas que
representa el control de las variables ambientales bajo invernadero; la gama de cultivos
y usos de estas estructuras cada vez es más amplia, así podemos encontrar por citar
algunos casos:
Hortalizas.
Flor de corte.
Plantas ornamentales en macetas.
Plantas medicinales.
Fresas y moras.
Plantas aromáticas.
Nopal para verdura.
Plántulas forestales.
Leguminosas.
Tubérculos.
Orquidarios.
Jardines botánicos.
Granjas camaronícolas.
Forraje verde hidropónico.
Etc.
3.1 ELEMENTOS DE UN SISTEMA HIDROPÓNICO.
Todo método de cultivo en hidroponía consta de los siguientes componentes:
Plantas: aunque en general cualquier cultivo puede establecerse en hidroponía,
comercialmente son recomendables cultivos con elevada rentabilidad.
Solución nutritiva: Es la disolución en el agua de todos los nutrimentos con la que se
riegan las plantas.
Contenedores: recipientes que contienen el sustrato donde se establecen las
plantas.
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Sustrato: material que sustituye al suelo agrícola.
Sistema de riego: para abastecer a la planta de agua y nutrimentos y el cual adopta
múltiples formas (inundación, subirrigación, goteo, aspersión, atomización de las
raíces, etc.).
3.2 CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE CULTIVO EN
HIDROPONÍA.
Los sistemas hidropónicos se pueden clasificar de varias formas. Las dos más
comunes son:
Por el manejo de la solución nutritiva.
Por el medio de cultivo en que se establecen.
3.2.1 POR EL MANEJO DE LA SOLUCIÓN NUTRITIVA.
Sistemas abiertos: La solución nutritiva se drena libremente no reciclándose la
solución sobrante. Usado principalmente cuando se emplean estratos inertes.
Sistemas cerrados: La solución nutritiva se recicla o se mantiene en contacto
con las raíces cambiándose o ajustándose periódicamente usado en los cultivos en
soluciones nutritivas y en sustratos.
3.2.2 POR EL TIPO DE MEDIO DE CULTIVO O SUSTRATO.
Cultivo en solución nutritiva:
Balsa o raíz flotante.
NFT (técnica de película nutritiva).
NGS (nuevo sistema de crecimiento).
Se establecen los cultivos con las raíces sumergidas parcial o totalmente en
una solución que contenga todos los nutrimentos esenciales la cual puede estar en
movimiento para oxigenarse o bien suministrarle oxígeno por otros medios.
Cultivo en sustratos o agregados: Cuando se usan sustratos como arena, grava,
tezontle, ladrillo quebrado, sustratos comerciales: agrolita, perlita, vermiculita, aserrín,
peat moss, lana de roca o mezcla de ellos.
3.2.3 CULTIVO EN SOLUCIÓN NUTRITIVA.
El cultivo en solución nutritiva recibe también los nombres de “cultivo en
agua”, “acuacultura”, “quimiocultura” o “nutricultura”. El principio básico en solución
nutritiva consiste en que las raíces de las plantas se desarrollen parcial o totalmente en
un medio líquido que contenga todos los elementos nutritivos necesarios. La tina
contiene en su parte superior una cama o lecho de una material absorbente sostenido
por una malla de alambre. El lecho tiene como funciones principales el servir de sostén
a las plantas, retener la solución para usarse por la planta recién nacida o bien para
favorecer la germinación cuando se efectúa la siembra directa. Por debajo del soporte
del lecho se encuentra el tanque de solución nutritiva en el que sumergirá una parte de
las raíces de las plantas ancladas en dicho lecho.
Características físicas: Para favorecer el crecimiento de las plantas bajo el
cultivo en solución, se requiere manejar adecuadamente ciertas condiciones físicas
tales como:
Oscuridad para la solución nutritiva: Esto se hace necesario para evitar el
crecimiento de algas verdes y otras plantas acuáticas diminutas que pueden
competir por el oxígeno y los nutrimentos. La descomposición posterior puede
llegar a ser tóxica para las raíces, interfiriendo con sus funciones y desarrollo.
Aireación: El éxito que se obtenga con el sistema de cultivo hidropónico depende en
gran parte del suministro adecuado de oxígeno para las raíces de las plantas a través
de la solución nutritiva. Algunos trabajos publicados y observaciones prácticas,
indican que el exceso de aireación a la solución puede también ser dañino para las
plantas.
Circulación de la solución nutritiva: Es una práctica comúnmente recomendada, ya
que favorece una mejor distribución de los iones nutritivos y una mejor aireación. Es
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de suponerse que el movimiento de la solución a través de las raíces ayuda a
estabilizar su medio ambiente. Desde luego que el movimiento debe ser
suficientemente lento como para no dañar a las raíces.
Calentamiento: Algunos autores sugieren que para climas templados y fríos es
conveniente calentar, aumentando entre 5 y 10º arriba de la temperatura nocturna, la
solución nutritiva, con el objeto de acelerar el crecimiento y desarrollo de las
plantas.
Lluvia: El agua de lluvia puede ser un problema muy serio ya que puede inundar las
tinas o puede alterar la concentración de la solución. Se recomienda entonces, en
lugares con precipitación de regular a alta, proteger a las tinas contra la lluvia.
Soporte para las plantas: en el método de cultivo en solución sin lecho de material
absorbente, los problemas de profundidad del lecho, porosidad del material y
retención de agua no se presentan. En este caso un tapón de hule o de corcho o un
acolchonado de algodón no absorbente es suficiente para mantener a la planta en su
lugar.
Raíz flotante.
En todos los casos la aireación debe ser constante para reponer el oxígeno
consumido por las células de las raíces, aspecto que garantiza un buen desarrollo de
los cultivos, siempre y cuando los otros elementos del sistema se encuentren
balanceados. Otro aspecto a cuidar, es que algunas especies se desarrollan mejor si la
raíz se encuentra en la oscuridad.
Las variantes más comunes son:
Tapa de unicel o
madera
Solución
nutritiva
Ilustración 1 Sección de un recipiente de cultivo en agua.
Sistema de oxigenación
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Sistema de cubetas o botes: Cuando el cultivo de cada planta se hace en un
recipiente individual y las raíces limitan su desarrollo al espacio del recipiente.
Ilustración 2
Estanques o cisternas: Las plantas flotan en hileras dentro de un estanque de agua,
de poca profundidad, conteniendo la solución nutritiva, soportadas del tallo por un
material liviano que sirve de cubierta y tapa del estanque.
Ilustración 3
Hiponía o mareas: A cada planta se le provee de un estanque o bandeja gigante
para un amplio desarrollo de raíces. La solución nutritiva debe estar en continuo
movimiento mediante simuladores de oleaje y dispositivos para la oxigenación,
además cuenta con estrictos controles para el suministro de nutrientes y control de
la temperatura.
Técnica de la película nutritiva (NTF).
Las plantas crecen con su sistema radicular dentro de una lámina de plástico, a
través de la cual circula continuamente la solución nutritiva. Solución que contiene
todos los elementos necesarios para los cultivos. En este tipo de sistemas el agua se
maneja en un circuito cerrado, donde se recicla con los nutrientes. El agua es
impulsada dentro del sistema mediante bombas y válvulas de regulación, una vez que
pasa por el sistema es colectada en un depósito de donde se vuelve a introducir al
sistema.
Ilustración 4
Nuevo sistema de crecimiento (NGS).
Consiste en una cama de crecimiento formada por varias capas de películas de
plástico que forman varios canales o niveles por los que circula el agua y penetran las
raíces. Las capas son sostenidas por soportes de cables de acero galvanizado o sogas
de polipropileno sujetas a una estructura especial para su montaje que debe soportar el
sistema junto con el cultivo en producción. El montaje le da al soporte una pendiente
uniforme para la circulación de la solución nutritiva. Las plantas se colocan en el primer
nivel y las raíces de cada planta penetran los distintos niveles por los que circula el
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agua que les proporciona humedad y nutrientes. Al final de cada línea el agua cae a un
recolector que la conduce al depósito de recepción de donde es bombeada nuevamente
al sistema.
Ilustración 5
3.2.4. CULTIVOS EN SUSTRATOS.
Comprende todos aquellos métodos en los que las plantas crecen en un
sustrato con propiedades de retención de humedad: arena, perlita, vermiculita, aserrín,
etc. Es el sistema de cultivo hidropónico más simple, en el cual las raíces se
desarrollan en un medio inerte, generalmente con partículas de tamaño pequeño y
capacidad de retención de humedad. El sustrato en el que las raíces crecen debe ser lo
suficientemente fino para mantener un adecuado nivel de humedad y a la vez no tan fino
que interfiera con una eficiente aireación. La circulación del aire tiene lugar a través de
las partículas del agregado en forma semejante al suelo.
Características nutricionales.
Acidez de la solución: La mejor producción para la mayoría de los cultivos se
obtiene a pH que van de mediana hasta ligeramente ácido.
Nivel de fosfatos: Las plantas que crecen en arena y posiblemente en perlita toleran
altos niveles de fosfato en la solución nutritiva, en comparación a los sistemas de
cultivo en agua y en grava, lo cual se debe a que en la arena el exceso de fosfato se
precipita en forma de compuestos insolubles.
Nivel de fierro: Generalmente, el mantener un abastecimiento correcto de este
elemento no ofrece ningún problema. La adición de 1-5 ppm a la solución nutritiva
parece ser suficiente.
Ilustración 6
Características físicas.
Tipo de agregado: Los sustratos que más comúnmente se usan son la arena, la
perlita, la vermiculita y el aserrín.
La arena es un material muy variable en tamaño, forma, composición y color.
Para fines de la Hidroponía se considera como arena todo material inorgánico
natural cuyo diámetro quede comprendido entre 0.2 y 0.5 mm pudiendo ser
las partículas redondeadas o anguladas; no debe contener sustancias tóxicas
pues esto favorece la incidencia de enfermedades, debiendo evitarse también
las arenas contaminadas con materia orgánica o con fango.
La perlita (agrolita) es un material volcánico natural con propiedades
semejantes a la arena y se puede usar después de cribada y calentada a 1000
ºC lo cual la vuelve estéril y con excelentes propiedades de retención de
humedad, a la vez que se logra una buena aireación.
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Ilustración 7
La vermiculita se obtiene de depósitos naturales y es un silicato de aluminio
que contiene además magnesio e hierro; es un material aislante que se
mantiene caliente en invierno y fresco en verano lo cual lo hace un buen
agregado para la Hidroponía aunque tiene algunas desventajas por retener
demasiada humedad en climas templados y lluviosos, sus partículas se
desintegran poco a poco por lo que la aireación y el drenaje son cada vez
menos eficientes y además no es fácil de esterilizar y su precio es elevado.
Sólo se recomienda su uso para lugares con clima cálido-seco.
Ilustración 8
El aserrín tiene una capacidad de retención de agua y espacio poroso que se
puede hacer variar de acuerdo al tamaño de sus partículas o mezclándolo con
viruta. Debido a que el aserrín es un sustrato orgánico rico en carbono y pobre
en nitrógeno, se debe considerar que cuando se le riega con la solución
nutritiva se presenta frecuentemente un proceso de descomposición parcial de
éste por bacterias, que utilizan principalmente el nitrógeno de la solución para
su crecimiento y reproducción, fijándolo temporalmente, lo cual puede dar
lugar a una deficiencia del mismo. Por ello se considera conveniente realizar
un compostado de éste sustrato previo a su uso como medio de cultivo.
Se pueden usar también mezclas de agregados.
Aireación: Para los agregados, la aireación depende del tamaño de sus partículas y
las frecuencias de riegos; partículas y las frecuencias de riegos; partículas muy
finas o riegos muy frecuentes conducen a una aireación deficiente.
Drenaje: El drenaje está íntimamente relacionado con la aireación; si el drenaje no
es adecuado, la aireación de las raíces es deficiente.
Operaciones generales.
Aplicaciones de la solución: El tamaño y la clase de planta, así como las
condiciones climáticas son los principales factores a considerar para determinar la
periodicidad de aplicación de la solución nutritiva. Las plantas grandes requieren,
por lo general menos nutrientes que las pequeñas; un tiempo frío y nublado reduce
el consumo de agua y nutrientes. Las soluciones diluidas deben aplicarse más
frecuentemente que las concentradas, etc.
Lavado: Se debe lavar periódicamente el agregado para prevenir la excesiva
acumulación de sales en el mismo y en la base del tallo de las plantas, debiendo
hacerlo con abundante agua una vez a la semana, o al menos cada 15 días.
Problemas ocasionados por la lluvia: Cuando se cultiva a cielo abierto se debe
propiciar un drenaje rápido de los contenedores. En el caso de lluvia continua se
pueden fertilizar las plantas haciendo una mezcla de los fertilizantes en seco y
esparciendo uniformemente en el agregado.
3.2.5. MÉTODOS DE CULTIVO COMERCIALES.
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Irrigación superficial.
Consiste en aplicar la solución nutritiva directamente a la superficie del
agregado. Normalmente se siguen dos procedimientos para irrigar: el primero consiste
en regar alternadamente agua y solución, y en el segundo únicamente solución nutritiva
cada vez que las raíces de las plantas demanden humedad.
Irrigación por goteo.
El tanque de almacenamiento se comunica con un tanque regulador provisto
con flotador, que se encuentra ligeramente más abajo; este a su vez se comunica con
una manguera o tubo principal que es en donde se conectan varias mangueras
secundarias, mismas que se tienden a lo largo de las tinas. En estas mangueras, y a
intervalos, van conectados los goteros (microtubos) que alimentan a las plantas. El tubo
principal debe ser de un diámetro lo suficientemente grande para asegurar igual presión
en cada una de las mangueras secundarias.
Subirrigación.
La tina debe ser impermeable y normalmente debe estar construida de
concreto asfaltado o forrado con polietileno por dentro, lleva uno o dos tubitos de cobre
o plástico para distribuir la solución a uno o ambos lados de la tina. La solución es
forzada por gravedad a pasar a través del tubo principal o los tubos distribuidores; estos
miden de 1.25 a 2.5 cm de diámetro y cuentan con pequeñas perforaciones espaciadas
a lo largo de su longitud.
Cuando se abre la llave de paso del tanque de almacenamiento, la solución
circula por los tubos de abastecimiento, sale por los orificios hacia la grava y se
distribuye rápidamente por toda la zona interior de la tina; la solución tenderá ahora a
circular gradualmente hacia la salida del drenaje la cual debe de estar tapara por una
válvula, de esta forma la solución ascenderá por acción capilar. Cuando el agregado se
ha humedecido convenientemente en toda la longitud de la tina, la llave del tanque de
almacenamiento se cierra y la del drenaje se abre.
3.2.6 AEROPONÍA.
En este sistema, las raíces de los cultivos se encuentran suspendidas en una
atmósfera saturada de humedad, preparada con una solución nutritiva que se aplica en
forma de neblina, mediante atomizadores o nebulizadores. En la mayoría de los casos,
las raíces se introducen en una cámara oscura para protegerla de la energía luminosa.
Un ejemplo que se presenta en la naturaleza, semejante a este sistema de
cultivo son las orquídeas y bromelias que se desarrollan sobre los troncos de árboles,
rocas y alambres telefónicos, para el caso de estas últimas. Ambos grupos utilizan las
raíces para sostenerse y captan la humedad del medio y los minerales que requieren
para su desarrollo mediante estructuras especializadas.
4. NUTRICIÓN DE LAS PLANTAS.
En la nutrición vegetal, se sabe que de los 118 elementos de la tabla periódica,
más de 60 se han encontrado en las plantas, sin embargo, se consideran sólo 16
elementos esenciales para su desarrollo.
4.1 ELEMENTOS ESENCIALES.
Son aquellos que cumplen los siguientes aspectos:
La planta no completa su ciclo de vida en su ausencia.
Tiene una función específica que es insustituible.
Están directamente implicados en el metabolismo de las plantas.
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Elemento Símbolo Forma disponible
Peso
atómico
Concentración
[ppm]
% en tejido
seco
Hidrógeno H H2O 01,01 60 000.0 6.0
Carbono C CO2 12,01 450 000.0 45.0
Oxígeno O O, H2O 16,00 450 000.0 45.0
Macronutrientes
Nitrógeno N NO3
-
, NH4
+
14,02 15 000.0 1.5
Potasio K K+
39,10 10 000.0 1.0
Calcio Ca Ca2+
40,08 5 000.0 0.5
Magnesio Mg Mg2+
24,32 2 000.0 0.2
Fósforo P H2PO
4
-
, HPO4
2-
30,98 2 000.0 0.2
Azufre S SO4
2-
32,07 1 000.0 0.1
Micronutrientes
Cloro Cl Cl-
35,46 100.0 0.01
Hierro Fe Fe3+
, Fe2+
55,82 100.0 0.01
Manganeso Mn Mn2+
54,94 50.0 0.005
Boro B BO3
2-
, B4O
7
-
10,82 20.0 0.002
Zinc Zn Zn2+
65,38 20.0 0.002
Cobre Cu Cu2+
, Cu+
63,54 6.0 0.0006
Molibdeno Mo MoO4
2-
95,95 0.1 0.00001
Tabla 2. Composición mineral de las plantas (% en materia seca).
Si tomamos cualquier planta, la deshidratamos y obtenemos su peso seco y
después de ello, analizamos su composición mineral (Tabla 2), resulta sorprendente
descubrir que sólo 3 elementos nutritivos conforman el 96% del peso seco total de la
planta, el Hidrógeno, el Carbono y el Oxígeno. Además de lo anterior, es digno
mencionar que estos 3 elementos nos lo regala la naturaleza y por ende, no se incluyen
en la fertilización.
Paradójicamente, la ciencia de la nutrición vegetal se ha centrado en los 13
elementos restantes y han constituido la piedra angular en las investigaciones básicas y
aplicadas, cuando constituyen apenas el 4% del peso seco total de la planta. No
obstante, la importancia de estos elementos esenciales es tal, que cuando la planta
carece de ellos, puede llegar a ser casi totalmente improductiva.
Como también se observa en la tabla 2, los fertilizantes que se disuelven en
agua se disocian en iones positivos y negativos. Los nutrientes sólo son absorbidos por
las plantas en forma iónica. Cualquier otra forma química en que estén los nutrientes no
es asimilable por la planta.
14
4.2 FUNCIONES DE LOS ELEMENTOS.
Elemento Función Deficiencia Toxicidad
Nitrógeno Forma parte de un gran número de compuestos orgánicos (aminoácidos, proteínas,
coenzimas, ácidos nucleicos y clorofila.
Se reduce el crecimiento y las plantas
generalmente se vuelven amarillas a causa de
la pérdida de clorofila.
Toman un color verde oscuro.
Follaje abundante, a menudo
con sistema reducido de raíces.
Fósforo Forma parte de muchos compuestos orgánicos importantes (glucosa, ATP, ácidos nucleicos,
fosfolípidos, coenzimas).
Las plantas detienen su desarrollo y toman un
color oscuro. Se atrasa su madurez.
Deficiencia de Cobre o Zinc.
Potasio Actúa como coenzima o activador de coenzimas. En dicotiledóneas: hojas se vuelven cloróticas,
luego aparecen lesiones necróticas en toda su
superficie. En monocotiledóneas: los vértices y
márgenes de hojas se secan.
Da lugar a una deficiencia en
magnesio.
Azufre Incorporado en diversos compuestos orgánicos (aminoácidos, proteínas, coenzimas,
vitaminas).
Generalmente aparece un amarilleo de hojas. Gran reducción en el
crecimiento de hojas.
Magnesio Parte esencial de la molécula de clorofila. Es necesario para la actividad de muchas enzimas
(principalmente en la actuación del ATP). Esencial para mantener la estructura del ribosoma.
Aparece clorosis en hojas en la zona entre las
nervaduras.
-
Calcio Común como precipitado en cristales de oxalato cálcico en vacuolas. Encontrado en paredes
de la célula como pectato cálcico (Une las paredes primarias de las células adyacentes).
Mantiene la integridad de la membrana. Forma parte de la enzima -amilasa.
Inhibe desarrollo de tallos. Los extremos de
raíces pueden morir.
-
Hierro Necesario en síntesis de clorofila. Parte esencial del citocromo (portador de electrones en la
fotosíntesis y la respiración). Parte esencial de la ferredoxina. Activa otras enzimas.
Aparece clorosis entre nervaduras. Aparecen puntos necróticos al
pulverizarse.
Cloro Necesario para la fotosíntesis (activa enzimas para la producción de O2 a partir de H
2O). Hojas marchitas. Pobre desarrollo de raíz. Quemado de los bordes y
extremos de hojas.
Manganeso Activa enzimas en la síntesis de ácidos grasos. Activa la enzima responsable de la formación
del DNA y RNA. Actúa en la enzima deshidrogenasa en el ciclo de Krebs. Participa en la
producción fotosintética de O2 a partir de H
2O.
Clorosis en zonas entre nervaduras. Aparecen
lesiones necróticas y caída de las hojas.
Desorganización del cloroplasto
Clorosis existiendo irregular
distribución de clorofila.
Deficiencia de hierro.
Boro Puede ser preciso para el transporte de los carbohidratos en el floema. Suelen morir los tallos, los vértices de raíces a
menudo de decoloran e hinchan.
Engrosamiento de hojas.
Amarilleo de los vértices.
Necrosis progresiva.
Zinc Necesario para la formación de la hormona ácido indolacético. Activa las enzimas alcohol
deshidrogenasa, ácido láctico deshidrogenasa, ácido glutámico deshidrogenasa y
carbopeptidasa.
Reducción de longitud de entrenudos y tamaño
de hojas. Distorsionamiento de bordes de
hojas.
Clorosis férrica.
Cobre Actúa como portador de electrones. Parte de algunas enzimas. Toma parte en la fijación de N2. Oscurecimiento y enrollamiento de hojas
jóvenes. Moteado necrótico.
Desarrollo reducido, clorosis
férrica. Raíces gruesas.
15
Molibdeno Actúa como portador de electrones en la conversión del nitrato de amonio. Esencial en la
fijación de N2.
Clorosis entre nervaduras. Se ahuecan y
queman las hojas.
-
Carbono Constituyente de todos los compuestos orgánicos encontrados en las plantas. - -
Hidrógeno Constituyente de todos los compuestos orgánicos encontrados en las plantas. Importante en
el intercambio de cationes en la relación planta-suelo.
- -
Oxígeno Forma parte de la mayoría de los compuestos orgánicos de las plantas. También da lugar al
intercambio de aniones entre las raíces y el medio exterior. Receptor terminal de electrones en
la respiración aerobia.
- -
Tabla 3. Función de los elementos.
4.3 INTERACCIÓN ENTRE LOS ELEMENTOS NUTRITIVOS.
Las interacciones pueden ser:
Positivas: Se conocen como “Sinergismo”.
Ejemplos:
N y P: Estando estos dos elementos presentes, mejora la absorción de
cada uno de ellos.
Ca y P: A mayor absorción del Ca hay más absorción del P en
leguminosas.
B y Ca: La presencia del B capacita a la plana para absorber mejor el
Ca.
Negativas: Se conocen como “Antagonismo”
Ejemplos:
Mg y K: Un exceso de uno induce deficiencia en el otro y viceversa.
Fosfatos, Zn y Fe: Un exceso de fosfato produce una precipitación del
Zn y Fe, esto puede conducir a una clorosis férrica o una deficiencia
de zinc.
Cloro y nitratos: Cuando aumenta la concentración de Cl en la savia de
la planta, baja la acumulación de nitratos.
4.4 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA NUTRICIÓN VEGETAL.
Factor genético: Las miles de variedades que ha generado el hombre, muestran
diferentes necesidades nutrimentales. Las soluciones nutritivas se ajustan a las
variedades que estemos cultivando.
La fase de desarrollo del cultivo: En cada una de las etapas de desarrollo de la
planta, la cantidad de nutrientes que absorbe la planta es diferente. Cuando arranca
su crecimiento, tiene poca área foliar, escasa cantidad de raíces y por lo tanto,
tiene poca demanda nutrimental. En la medida que la planta gana altura, peso
fresco y mayor área foliar, también demandan más nutrientes. En la etapa de
floración y particularmente en la de fructificación, se disparan los requerimientos
nutrimentales por parte del cultivo.
El potencial Hidrógeno (pH): La reacción del suelo es importante debido a que
afecta la disponibilidad de los nutrientes, la solubilidad de sustancias tóxicas como
el aluminio, la actividad microbiana y sus reacciones. El pH expresa una cifra
numérica y su rango abarca desde 0 hasta 14. El valor de 7 es neutralidad; un valor
por debajo de 7 es ácido y superior a 7 es alcalino.
4.5 CORRECCIÓN DE DEFICIENCIAS NUTRIMENTALES.
1. Mantener el pH de la solución nutritiva en valores de 5.5 a 6.5 para que haya buena
asimilación de los nutrientes.
16
2. Detección visual de los síntomas de deficiencia, con base a las experiencias
propias o mediante la comparación de imágenes de revistas especializadas, CD’s,
etc.
3. Análisis químico de la solución nutritiva, para determinar la cantidad exacta de
elementos nutritivos presentes en ella.
4. Análisis foliar, para determinar si la cantidad de nutrientes está en niveles máximos,
óptimos o deficientes en las hojas de la planta.
5. Análisis de la solución nutritiva y análisis foliar, para hacer una correlación entre
los elementos que se añadieron a la solución y la cantidad de la planta realmente
absorbió.
6. Regulación de la temperatura en el invernadero: uso de calefacción en invierno,
doble capa, etc.
7. En periodos de frío, aumentar la temperatura de la solución nutritiva.
4.6 FUENTES DE NUTRIENTES.
Fertilizantes nitrogenados:
Nombre Fórmula M M (N) % en peso N
Sulfato de amonio (NH4)
2SO
4 132,13876 28,0128 21,2
Nitrato de calcio Ca(NO3)
2 164,0898 28,0128 17,1
Nitrato de amonio NH4NO
3 80,04288 28,0128 35,0
Nitrato de potasio KNO3 101,1029 14,0067 13,9
Urea (NH2)
2CO 60,05523 28,0128 46,6
Fosfato monoamónico NH4H
2PO
4 115,02592 14,0067 12,2
Fosfato diamónico (NH4)
2HPO
4 130,03999 28,0128 21,5
Nitrato de magnesio (MAGNISAL) Mg(NO3)
2 148,3148 28,0128 18,9
Fertilizantes fosfatados
Nombre Fórmula M M (P) % en peso P
Superfosfato de calcio simple Ca2(H
2PO
4)
2•H
2O 292,15002 61,9476 21,2
Superfosfato de calcio triple CaH4(PO
4)
2•H
2O 252,07002 61,9476 24,6
Fosfato monoamónico NH4H
2PO
4 115,02592 30,9738 26,9
Fosfato diamónico (NH4)
2HPO
4 132,05653 30,9738 23,5
Ácido fosfórico H2PO
4 (80%) 96,9872 30,9738 31,9
Fertilizantes potásicos
Nombre Fórmula M M (K) % en peso K
Cloruro de potasio KCl 74,551 39,098 52,4
Sulfato de potasio K2SO
4 174,2616 78,196 44,9
Nitrato de potasio KNO3 101,1029 39,098 38,7
17
Fertilizantes cálcicos
Nombre Fórmula M M (Ca) % en peso Ca
Nitrato de calcio Ca(NO3)
2 164,0898 40,08 24,4
Superfosfato simple Ca(H2PO
4)
2 234,05468 40,08 17,1
Superfosfatos concentrados Ca(H2PO
4)
2 234,05468 40,08 17,1
Fertilizantes con Magnesio
Nombre Fórmula M M (Mg) % en peso Mg
Sulfato de magnesio (Sal Epson) MgSO4 120,3866 24,305 20,2
Óxido de magnesio MgO 40,3044 24,305 60,3
Nitrato de magnesio (MAGNISAL) Mg(NO3)
2 148,3148 24,305 16,4
Fertilizantes con azufre
Nombre Fórmula M M (S) % en peso S
Sulfato de amonio (NH4)
2SO
4 132,13876 32,054 24,3
Sulfato de potasio K2SO
4 174,2616 32,054 18,4
Sulfato de magnesio MgSO4 120,3866 32,054 26,6
Sulfato de calcio CaSO4 136,1316 32,054 23,5
Fertilizantes con micronutrientes
Nombre Fórmula M M (X) % en peso X
Sulfato de cobre CuSO4 159,5916 63,54 39,8
Sulfato de zinc ZnSO4 161,4216 65,37 40,5
Sulfato de manganeso MnSO4 150,9896 54,93 36,4
Ácido bórico H3BO
3 61,8331 10,81 17,5
Sulfato ferroso FeSO4 151,8986 55,84 36,8
Molibdeno de sodio Na2MoO
4 205,9172 95,94 46,6
Tabla 4. Fuentes de nutrientes.
18
5. LA SOLUCIÓN DE NUTRIENTES.
5.1 GENERALIDADES
En los cultivos hidropónicos, todos los elementos esenciales se suministran a
las plantas disolviendo las sales fertilizantes en agua, de manera que sean ionizados y
estén en disponibilidad para las plantas. De tal manera que la selección de los
fertilizantes está en función de diversos factores como: la proporción relativa de iones
que se deben de añadir a la solución, la solubilidad del fertilizante, su costo y su
disponibilidad en el mercado. Un resumen de las sales fertilizantes que se pueden usar
para preparar una solución nutritiva para cultivos hidropónicos aparece la tabla 8.
Existen otras particularidades que tenemos que tomar en cuenta en la elección
de nuestros fertilizantes, por ejemplo, si se usa un medio seco, tal como el aserrín,
turba o vermiculita, pueden utilizarse alguna de las sales menos solubles, mientras que
si la solución de nutrientes se prepara con anterioridad, se usan los más solubles.
Una parte por millón (ppm) se refiere a una porción de cualquier elemento
sustancia en un millón de porciones de otra sustancia. Por ejemplo 1 g de nitrógeno de
un millón de gramos (1000 Kg) de nitrato de amonio. Lo que es más aplicable sería,
1 g de nitrógeno de un millón de mililitros (1000 L) de agua, considerando que el agua
tiene densidad uno. En la actualidad se está dejando de usar el concepto de partes por
millón, expresándose como miligramos por litro [mg/L].
No existe una solución nutritiva ideal, ya que ésta depende de muchas
variables ambientales que no pueden ser controladas en su totalidad. También se debe
considerar que existen distintos requerimientos de las plantas. Por ejemplo, las
especies que se aprovechan por su follaje (lechuga, col, etc.) pueden requerir mayores
cantidades de nitrógeno que las que son aprovechadas por sus frutos (tomate, pepino,
etc.), mientras que éstos últimos exigen mayor cantidad de fósforo, potasio y calcio.
Es importante mantener balanceada la solución nutritiva ya que de lo contrario
le puede ocasionar daños serios al cultivo ya sea por deficiencia o por toxicidad.
5.2 CÁLCULOS DE UNA SOLUCIÓN NUTRITIVA.
En este escrito se abordará a detalle el procedimiento para realizar los cálculos
en ppm, debido a que aún existen un gran cantidad de textos que manejan en estas
unidades las concentraciones de la solución nutritiva pero con el entendido de que 1
ppm = 1 mg/L. Se puede tomar como referencia las tablas 5, 6 y 7.
Nombre Símbolo Peso atómico
Aluminio Al 26.982
Azufre S 32.064
Boro B 10.811
Calcio Ca 40.080
Carbono C 12.011
Cloro Cl 35.453
Cobre Cu 63.540
Fósforo P 30.974
Hidrógeno H 01.008
Magnesio Mg 24.305
Manganeso Mn 54.938
Molibdeno Mo 95.940
Nitrógeno N 14.007
Oxígeno O 15.999
Potasio K 39.096
Selenio Se 78.960
Silicio Si 28.088
Sodio Na 22.989
Zinc Zn 65.370
Tabla 5. Pesos atómicos de los elementos más comunes usados en la preparación de soluciones
nutritivas para cultivos hidropónicos.
19
Cálculos.
Se aportarán las siguientes concentraciones:
Elemento ppm [mg/L]
N 300.0
P 80.0
K 250.0
Ca 300.0
Mg 75.0
S 100.0
Fe 4.0
Mn 1.0
B 0.5
Cu 0.5
Zn 0.5
Tabla 6. Concentraciones óptimas de los elementos en la solución.
Las fuentes que usaremos para su aportación serán:
Elemento ppm
[mg/L]
Compuesto Fórmula
N 300.0 Nitrato de calcio Ca(NO3)
2
P 80.0 Ácido fosfórico H3PO
4
K 250.0 Nitrato de potasio KNO3
Ca 300.0 Nitrato de calcio Ca(NO3)
2
Mg 75.0 Sulfato de magnesio MgSO4
S 100.0 Sulfato de magnesio MgSO4
Fe 4.0 Sulfato de hierro (II) FeSO4•7H
2O
Mn 1.0 Sulfato de manganeso (II) MnSO4•4H
2O
B 0.5 Ácido bórico H3BO
3
Cu 0.5 Sulfato de cobre (II) CuSO4•5H
2O
Zn 0.5 Sulfato de zinc ZnSO4•7H
2O
Tabla 7. Fuente de elementos para solución nutritiva.
Para que queden expresados en partes por millón (ppm), los cálculos se harán
en gramos de fertilizante por cada 1000 L de agua.
20
Fórmula Nombre Peso Molecular
Elementos
que aportan
Rel. de
solubilidad en H2O
Costo por Kg Otros
% del elemento nutritivo
(considerando impurezas)
Macroelementos
KNO3 Nitrato de potasio (Sal Peter) 101.1 K
+
, NO3
-
1:4 Alto Muy puro 36 (K) – 13 (N)
Ca(NO3)
2 Nitrato de calcio II 164.1 Ca
2+
, 2NO3
-
1:1 Medio
Se prepara con una cubierta
grasienta, la cual debe ser limpiada.
23.5 (Ca) -16.5 (N)
(NH4)
2SO
4 Sulfato de amonio 132.2 2(NH
4)
+
, SO4
2-
1:2 Bajo Sólo bajo condiciones
de mucha iluminación
20.5 (N)
NH4H
2PO
4 Fosfato monoamónico 115.0 NH
4
+
, H2PO
4
-
1:4 Bajo 27 (P) – 11 (N)
NH4NO
3 Nitrato de amonio 80.05 NH
4
+
, NO3
-
1:1 Medio Muy pura 33 (N)
(NH4)
2HPO
4 Fosfato diamónico 132.1 2NH
4
+
, PO4
2-
1:2 Medio Muy pura 23.5 (P) – 18 (N)
KH2PO
4 Fosfato monopotásico 136.1 K
+
, H2PO
4
-
1:3 Muy caro Muy pura pero muy cara
KCl Cloruro de potasio 74.55 K+
, Cl-
1:3 Medio Solo en deficiencia de K 52 (K)
K2SO
4 Sulfato de potasio 174.3 2K
+
, SO4
2-
1:15 Alto Disuelve en agua caliente 44.8 (K)
Ca(H2PO
4)
2•H
2O Fosfato de Calcio (II) 251.1 (variable) Ca
2+
, H2PO
4
-
1:410 Bajo - 26.6 (Ca) – 7 (P)
Ca(H2PO
4)
2 Superfosfato de calcio triple 310 (variable) Ca
2+
, 3PO4
3-
1:300 Bajo Para preparaciones en seco 18.6 (P) – 13.6 (Ca)
MgSO4•7H
2O Sulfato de magnesio (II) (Sal Epson) 246.5 Mg
2+
, SO4
2-
1:2 Medio Muy puro 10 (Mg)
CaCl2•6H
2O Cloruro de calcio (II) 219.1 Ca
2+
, 2Cl-
1:1 Alto Para compensar Ca si no hay NaCl 18 (Ca)
CaSO4•H
2O Sulfato de calcio (II) (yeso) 172.2 Ca
2+
, SO4
2-
1:500 Bajo Directo en sustrato 23 (Ca)
H3PO
4 Ácido fosfórico 98.0 PO
4
3-
Sol. Concentrada Medio Para corregir deficiencias de fósforo -
Microelementos
FeSO4•7H
2O Sulfato de hierro (II) 278.0 Fe
2+
, SO4
2-
1:4 - - 20 (Fe)
FeCl3•6H
2O Cloruro de hierro (III) 270.3 Fe
3+
, 3Cl-
1:2 - - 21 (Fe)
FeEDTA Quelato de hierro 382.1 Fe2+
Alta Alto La mejor fuente de hierro -
H3BO
3 Ácido bórico 61.8 B
3+
1:20 Alto La mejor fuente de boro 18 (B)
Na2B
4O
7•10H
2O Tetraborato sódico (bórax) 381.4 B
3+
1:25 Medio - 12 (B)
CuSO4•5H
2O Sulfato de cobre (II) 249.7 Cu
2+
,SO4
2-
1:5 Bajo - 25 (Cu)
MnSO4•4H
2O Sulfato de manganeso 223.1 Mn
2+
, SO4
2-
1:2 Medio - 25 (Mn)
MnCl2•7H
2O Cloruro de manganeso 197.9 Mn
2+
, 2Cl-
1:2 Medio - 28 (Mn)
ZnSO4 Sulfato de zinc 287.6 Zn
2+
, SO4
2-
1:3 Bajo - 23 (Zn)
ZnCl2 Cloruro de zinc 136.3 Zn
2+
, 2Cl-
1:1.5 Alto - 48 (Zn)
(NH4)
6Mo
7O
24 Molibdato amónico 1163.9 6NH
4
+
, 6Mo2+
1:2.3 Alto - -
ZnEDTA Quelato de zinc 431.6 Zn2+
Alta Alto - -
MnEDTA Quelato de manganeso 381.2 Mn2+
Alta Alto - -
Tabla 8. Resumen de las sales fertilizantes utilizadas en los cultivos hidropónicos.
21
Debido a que son limitadas las fuentes de calcio, iniciamos el cálculo por el
fertilizante que aporta este nutrimento.
Calcio
Compuesto: Ca(NO3)
2
Calculamos el peso molecular del fertilizante, sumando la masa atómica de
los elementos que lo constituyen.
Elemento Cantidad Masa atómica total
Ca 1 40,080
N 2 28,014
O 6 95,994
Peso molecular: 164,088
Para determinar la cantidad de fertilizante necesaria para aportar 300 pm, se
formula una regla de 3:
164,088 g de Ca(NO3)
2 → 40,08 ppm de Ca
X ← 300,00 ppm de Ca
x = 1228,20 g de Ca(NO3)
2
Por lo que será necesario disolver 1228,2 g de Ca(NO3)
2 en 1000 L de agua
para aportar 300 ppm de este elemento.
Debido a que el nitrato de calcio aporta también nitrógeno, mediante otra regla de tres
determinamos la aportación de este elemento:
164,088 g de Ca(NO3)
2 ← 28,014 g de N
1228,20 g de Ca(NO3)
2 → X g de N
x = 209,69 ppm de N
Por tanto, con 1228.2 g de Ca(NO3)
2 en 1000 L de agua se aportan:
300.0 ppm de Ca
209.7 ppm de N
Potasio
Compuesto: KNO3
Calculamos el peso molecular del fertilizante, sumando la masa atómica de
los elementos que lo constituyen.
Elemento Cantidad Masa atómica total
K 1 39,096
N 1 14,007
O 3 47,997
Peso molecular: 101,100
Para determinar la cantidad de fertilizante necesaria para aportar 250 pm, se
formula una regla de 3:
101,100 g de KNO3 → 39,096 ppm de K
X ← 250,000 ppm de K
x = 646,49 g de KNO3
Por lo que será necesario disolver 646.49 g de KNO3 en 1000 L de agua
para aportar 250 ppm de este elemento.
Debido a que el nitrato de calcio aporta también nitrógeno, mediante otra regla de tres
determinamos la aportación de este elemento:
101,100 g de KNO3 → 14,007 g de N
646,49 g de KNO3 ← x g de N
x = 89,57 ppm de N
22
Por tanto, con 646,49 g de KNO3 en 1000 L de agua se aportan
250,0 ppm de K
89.58 ppm de N
Nitrógeno
Con ambos compuestos anteriores tenemos:
Ca(NO3)
2 aporta: 209,69 ppm de N
KNO3 aporta: 89,57 ppm de N
Total: 299,25 ppm de N
Para lo cual se queda en tales cantidades a usar en la solución nutritiva
Magnesio
Compuesto: MgSO4•7H
2O
Calculamos el peso molecular del fertilizante, sumando la masa atómica de
los elementos que lo constituyen.
Elemento Cantidad Masa atómica total
Mg 1 24,305
S 1 32,064
O 11 175,989
H 14 14,112
Peso molecular: 246,470
Para determinar la cantidad de fertilizante necesaria para aportar 75 pm, se
formula una regla de 3:
246,470 g de MgSO4•7H
2O → 24,305 ppm de Mg
X ← 75,000 ppm de Mg
x = 760,55 g de MgSO4•7H
2O
Por lo que será necesario disolver 760,55 g de MgSO4•7H
2O en 1000 L de agua
para aportar 75 ppm de este elemento.
Normalmente este fertilizante se comercializa con un 80% de grado de pureza
por lo que se le hace el ajuste correspondiente:
760,55/0,80 = 950,69 g de MgSO4•7H
2O
Azufre
Con los datos del compuesto anterior:
246,470 g de MgSO4•7H
2O → 32,064 ppm de S
760,55 g de MgSO4•7H
2O ← x ppm de S
x = 98,94 ppm de S
Por tanto, con 950,69 g de MgSO4•7H
2O en 1000 L de agua se aportan
75,0 ppm de Mg
98,9 ppm de S
Por lo que podemos considerar que se cuenta con las cantidades necesarias para preparar la
solución nutritiva.
Fósforo
Compuesto: H3PO
4
Calculamos el peso molecular del fertilizante, sumando la masa atómica de
los elementos que lo constituyen.
Elemento Cantidad Masa atómica total
P 1 30,974
O 4 63,996
H 3 3,024
Peso molecular: 97,994
23
Para determinar la cantidad de fertilizante necesaria para aportar 80 pm, se
formula una regla de 3:
97,994 g de H3PO
4 → 30,974 ppm de P
X ← 80,000 ppm de P
x = 253,10 g de H3PO
4
Para convertirlo a mililitros (dado que su presentación es en forma líquida),
consideramos una densidad de 1.834 g/mL.
253,12 g/1,834 g/mL = 138,00 mL
Cuando se usa H3PO
4 grado industrial y éste se encuentra a una concentración
del 80%, se hace el ajuste:
138 mL/0,080 = 172,51 mL de H3PO
4
Por tanto, con 172,5 mL de H3PO
4 en 1000 L de agua se aportan
75,0 ppm de P
Hierro
Compuesto: FeSO4•6H
2O
Calculamos el peso molecular del fertilizante, sumando la masa atómica de
los elementos que lo constituyen.
Elemento Cantidad Masa atómica total
Fe 1 55,847
S 1 32,064
O 10 159,990
H 12 12,096
Peso molecular: 259,997
Para determinar la cantidad de fertilizante necesaria para aportar 4 pm, se
formula una regla de 3:
259,997 g de FeSO4•6H
2O → 55,847 ppm de Fe
X ← 4,000 ppm de Fe
x = 18,62 g de FeSO4•6H
2O
Por tanto, con 18,62 g de FeSO4•6H
2O en 1000 L de agua se aportan
4,0 ppm de Fe
Manganeso
Compuesto: MnSO4•4H
2O
Calculamos el peso molecular del fertilizante, sumando la masa atómica de
los elementos que lo constituyen.
Elemento Cantidad Masa atómica total
Mn 1 54,938
S 1 32,064
O 8 127,992
H 8 8,064
Peso molecular: 223,058
Para determinar la cantidad de fertilizante necesaria para aportar 1 pm, se
formula una regla de 3:
223,058 g de MnSO4•4H
2O → 54,938 ppm de Mn
X ← 1,000 ppm de Mn
x = 4,06 g de MnSO4•4H
2O
Por tanto, con 4,06 g de MnSO4•4H
2O en 1000 L de agua se aportan 1 ppm de Mn
24
Cobre
Compuesto: CuSO4•5H
2O
Calculamos el peso molecular del fertilizante, sumando la masa atómica de
los elementos que lo constituyen.
Elemento Cantidad Masa atómica total
Cu 1 63,54
S 1 32,064
O 9 143,991
H 10 10,080
Peso molecular: 249,675
Para determinar la cantidad de fertilizante necesaria para aportar 0,5 pm, se
formula una regla de 3:
249,675 g de CuSO4•5H
2O → 63,540 ppm de Cu
X ← 0,500 ppm de Cu
x = 1,96 g de CuSO4•5H
2O
Por tanto, con 1,96 g de CuSO4•5H
2O en 1000 L de agua se aportan
0,5 ppm de Cu
Zinc
Compuesto: ZnSO4•7H
2O
Calculamos el peso molecular del fertilizante, sumando la masa atómica de
los elementos que lo constituyen.
Elemento Cantidad Masa atómica total
Zn 1 65,37
S 1 32,064
O 11 175,989
H 14 14,112
Peso molecular: 287,535
Para determinar la cantidad de fertilizante necesaria para aportar 0,5 pm, se
formula una regla de 3:
287,535 g de ZnSO4•7H
2O → 65,370 ppm de Zn
X ← 0,500 ppm de Zn
x = 2,20 g de ZnSO4•7H
2O
Por tanto, con 2,2 g de ZnSO4•7H
2O en 1000 L de agua se aportan
0,5 ppm de Zn
Resumiendo: Para obtener las concentraciones señaladas, anteriormente, se
disolverá en 1000 L de agua:
Elemento ppm [mg/L] Fórmula Pesar
N 300.0 Ca(NO3)
2 1228 g*
P 80.0 H3PO
4 172.5 mL
K 250.0 KNO3 646.5 g
Ca 300.0 Ca(NO3)
2 *
Mg 75.0 MgSO4 4.1 g**
S 100.0 MgSO4 **
Fe 4.0 FeSO4•7H
2O 18.7 g
Mn 1.0 MnSO4•4H
2O 4.1 g
B 0.5 H3BO
3 2.9 g
Cu 0.5 CuSO4•5H
2O 2.0 g
Zn 0.5 ZnSO4•7H
2O 2.2 g
* Cantidad total. Ambos compuestos aportan Ca y N
** Cantidad total. Ambos compuestos aportan Mg y S
Tabla 9. Cantidades necesarias para obtener la concentración señalada.
25
Los micronutrientes se pueden preparar en una solución madre a mayor
concentración, guardándola en un recipiente ámbar y agregando la necesaria para
conseguir las concentraciones buscadas. Ver siguiente sección para las cantidades.
5.3 PREPARACIÓN Y CUIDADOS DE LA SOLUCIÓN NUTRITIVA.
Los pasos básicos a seguir para la preparación de una solución nutritiva son:
1. Pesar los fertilizantes.
2. Llenar el tanque con agua aforando al 50 o 75% de la cantidad deseada.
3. Bajar el pH a 5.5 cuando no se usará ácido fosfórico.
4. Agregar los micronutrimentos y después disolver los macronutrimentos.
5. Disolver individualmente cada fertilizante del menos soluble al más soluble
(Cuando las sales son poco solubles utilizar agua caliente).
6. Comprobar el pH y ajustarlo con H2SO
4 o con KOH, según sea el caso.
7. Aforar a la cantidad deseada la solución nutritiva.
8. Diariamente aforar a la cantidad total de solución, en caso de un sistema
cerrado.
9. Al menos cada tercer día ajustar el pH.
Los pasos prácticos para preparar un litro de solución madre de
micronutrimentos son:
1. Se agregan lentamente 10 mL de H2SO
4 a 900 mL de agua destilada.
2. Se diluye el FeSO4•7H
2O en varias porciones lentamente agitando
vigorosamente el recipiente hasta quedar disuelto.
3. Se agrega el MnSO4•4H
2O de la misma forma para diluirlo.
4. Se adiciona de igual manera el H3BO
3.
5. Se diluye el CuSO4•5H
2O, agitando hasta que no haya grumos.
6. Se agrega el ZnSO4•7H
2O y se agita vigorosamente.
7. Se afora a 1 L de solución.
Un litro de solución concentrada así preparada sirve para usarse en 10,000.0 L
de solución nutritiva, es decir, 1 mL de solución madre por cada 10 L de solución
nutritiva.
La solución nutritiva se debe cambiar periódicamente puesto que la
concentración de cada nutriente irá variando.
5.4 FUENTES Y CONCENTRACIONES.
En los siguientes cuadros se muestran las concentraciones y fuentes citadas o
usadas por diferentes autores para la preparación de soluciones nutritivas, los cuales
pueden ser de utilidad práctica.
Elemento (radical) Mínimo Óptimo Máximo
Nitratro (NO3
-
) 200 300-900 1000
Amonio (NH4
+
) 0 0-40 100
Fósforo (P) 30 30-90 100
Potasio (K+
) 150 200-400 600
Calcio (Ca2+
) 100 150-400 600
Magnesio (Mg2+
) 25 25-75 150
Sulfato (SO4
2-
) 150 200-1000 1000
Cloruro (Cl-
) 30 30-350 600
Sodio (Na+
) - - 400
Hierro (Fe2+
) - 0.5-2 -
Ácido bórico (H3BO
3) - 0.2-1 5
Zinc (Zn2+
) - 0.2-2 20
Cobre (Cu2+
) - 0.1-2 5
Manganeso (Mn2+
) - 1-5 15
Tabla 10. Rangos mínimo, óptimo y máximo (en ppm) de elementos y de los iones presentes
en las soluciones nutritivas según Schwarz (1975), citados por Sánchez (1988).
26
Elemento (radical) Mínimo Óptimo Máximo
Nitrógeno (N) 150 300 1000
Calcio (Ca) 300 400 500
Magnesio (Mg) 50 75 100
Fósforo (P) 50 80 100
Potasio (K) 100 250 400
Azufre (S) 200 400 1000
Cobre (Cu) 0.1 0.5 0.5
Boro (B) 0.5 1 5
Hierro (Fe) 2 5 10
Manganeso (Mn) 0.5 2 5
Molibdeno (Mo) 0.001 0.001 0.002
Zinc (Zn) 0.5 0.5 1
Tabla 11. Rangos mínimo, óptimo y máximo (en ppm) de elementos y de los iones presentes
en las soluciones nutritivas según Douglas (1976), citados por Sánchez (1988).
6. LOS SUSTRATOS HIDROPÓNICOS.
Los sustratos han contribuido a revolucionar la agricultura en todo el mundo
apoyando la aplicación de nuevas técnicas de cultivo, entre las que destacan los
cultivos sin suelo, más conocidos como sistemas hidropónicos, los sistemas de
producción intensiva de planta en envase o maceta; tanto de ornato como forestal, los
sistemas de producción de plántula hortícola y los de producción de hortalizas y flores
de corte. Sistemas intensivos de producción vegetal que generalmente se desarrollan
bajo invernaderos y otras estructuras empleadas para proteger cultivos, en los que se
sustituyen los suelos naturales por sustratos, práctica que ha contribuido a alcanzar
rendimientos espectaculares, que difícilmente se logran sembrando directamente en el
suelo a campo abierto.
El uso comercial de los sustratos cuenta con una historia que apenas abarca
los últimos 50 años, pero en ese corto periodo han demostrado su efectividad mediante
una exitosa contribución al incremento de la producción agrícola en varias aplicaciones.
Situación que se manifiesta en una acelerada tendencia a incrementar su empleo, a tal
grado que el futuro de la agricultura no se puede concebir sin ellos.
6.1 DEFINICIÓN Y FUNCIONES DE LOS SUTRATOS.
Sustrato hidropónico es todo material sólido diferente a los suelos en su
estado natural, que se emplea para el cultivo de plantas en diferentes recipientes o
contenedores.
Las principales funciones de los sustratos pueden resumirse en los siguientes
puntos:
Proporcionan un medio apropiado para el desarrollo de las raíces, que constituya la
vez el soporte de las plantas.
Retienen agua y los nutrientes necesarios para las plantas para aportarlos a los
cultivos.
27
Permiten la circulación de aire para propiciar el intercambio gaseoso de las raíces.
Actúan como amortiguadores de las reacciones químicas y los cambios de pH.
6.2 CLASIFICACIÓN DE SUSTRATOS.
Los sustratos se pueden clasificar de varias maneras, aquí los agrupamos por
origen y por aporte de nutrientes.
6.2.1 POR ORIGEN
Naturales: Son los que se emplean directamente como están en la naturaleza o
requieren de un proceso mínimo de transformación primaria, necesaria para usarse
comercialmente, proceso que cambia poco las características físicas y químicas de las
partículas que los integran. Son de 2 tipos:
Orgánicos: polvo de coco, cascarilla de arroz, turba o peat moss, aserrín y algunas
fibras naturales.
Inorgánicos: arenas, gravas, piedra pómez o tepojal.
Artificiales: Son aquellos cuya producción o fabricación requiere de un
proceso industrial mediante el cual se transforman las características físicas o químicas
de un estado inicial a otras, necesarias para obtener una composición diferente que
permita su empleo comercial.
Los materiales más representativos son: vermiculita, agrolita, lana roca,
poliestireno, cascajo de ladrillo o teja recocidos, escoria de la fundición de la industria
metalúrgica, geles, espumas sintéticas, residuos de fibras sintéticas entre otros.
6.2.2 POR APORTE DE NUTRIENTES.
Inertes: Son aquellos que teóricamente no aportan nutrientes a las plantas.
Ejemplo de estos materiales: lana de roca, arenas, gravas, tezontle, vermiculita, agrolita
o perlita, poliestireno, espumas sintéticas y los residuos de fibras sintéticas entre otros.
Activos: De origen orgánico que pueden reaccionar con la solución nutritiva
alterando el pH y a la misma solución y suelen ser biodegradables, situación que hace
que disminuya su volumen, presentando poca estabilidad física.
6.3 CARÁCTERÍSTICAS DE LOS SUSTRATOS.
6.3.1 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS.
Las principales características o propiedades físicas de las partículas de un
material que confieren propiedades específicas a un sustrato son:
Forma y empaquetamiento.
En función de su forma pueden ser:
Granulares: presentan estructura suelta formada por partículas tendientes a
esféricas. Ejemplo, arenas y gravas.
Fibrosos: Se presentan en forma de fibras. Ejemplo , lana de roca
Laminares: Se empaquetan en pequeños aglomerados de láminas. Ejemplo,
Vermiculita.
Composición y estructura: Los sustratos están conformados por elementos
sólidos, elementos líquidos y elementos gaseosos. De esta forma los sustratos están
integrados por partículas de características y tamaños diversos que forman agregados o
empaquetamientos al azar.
La porción sólida o esqueleto está constituido por partículas sólidas, de origen
mineral, vegetal o de síntesis industrial, según sea el caso. La mayor parte de la
fracción sólida de los suelos es mineral, al igual que en los sustratos naturales de
carácter inorgánico, mientras que en los sustratos orgánicos predomina la materia
orgánica como constituyente principal de dicha fracción. En los sustratos de síntesis, la
fracción sólida también es inorgánica.
La porción porosa es un elemento dinámico y variable entre una fracción
líquida y otra gaseosa, fases que son antagónicas, ya que cuando los poros están
28
ocupados por agua, hay ausencia de aire. Lo contrario ocurre cuando el material está
seco. Esto implica que hay que buscar un equilibrio entre ambos, para un buen
desarrollo de la raíz.
La retención de agua o humedad, en cantidades adecuadas y en forma
homogénea, es la principal característica que se busca en un sustrato hidropónico, ya
que a través del agua las raíces toman los nutrientes necesarios para realizar todas las
funciones metabólicas de las plantas; entre ellas la fotosíntesis.
Entre el 60 y 90% del volumen del sustrato debe estar constituido por poros
libres, que permitan fluir el agua y circular el aire.
Tamaño de partícula o granulometría y distribución: Los sustratos pueden estar
constituidos por partículas de un solo tamaño o por una mezcla de diferentes tamaños.
A esta distribución se conoce como granulometría y esta se puede determinar mediante
el tamizado de muestras de materiales, para ello se utiliza una batería de tamices de
diferentes tamaños de malla, ordenados de mayor a menor tamaño.
Con base en parámetros de granulometría de los sustratos, se pueden
clasificar en forma empírica como:
Granulometría fina: Tamaño de partícula inferior a 0.2 mm y tamaño de poro inferior
a 30 micras. Retienen agua en exceso y están mal aireados.
Granulometría media: Con características intermedias a la fina y la gruesa.
Granulometría gruesa: Tamaño de partícula superior a 0.9 mm, con poros grandes
(superiores a 100 micras). Retienen cantidades reducidas de agua ya que drenan
en exceso.
Granulometría de varios tamaños: Las propiedades varían en función de la
distribución de tamaño de sus partículas que afectan o modifican tanto la porosidad
como la retención de agua.
Porosidad: Es el porcentaje del volumen de espacios libres que se forman
entre las partículas o dentro de las mismas. Los espacios porosos que se forman entre
las partículas originan la porosidad externa, ésta es generada por la forma de
empaquetamiento y grado de compactación a la que se someten los materiales y está
influenciada por el tamaño del contenedor, la forma, tamaño, naturaleza y características
de las partículas constituyentes de la fracción sólida.
La porosidad interna depende de la naturaleza de las partículas, puede estar
constituida por poros cerrados dentro de partículas huecas o por poros abiertos en el
interior de las partículas que comuniquen con los poros externos.
La porosidad se expresa como el cociente entre el volumen de espacios libres
y el volumen total del sustrato dentro de un contenedor. Así una porosidad del 40%
significa que de 1 L de sustrato, 400 mL están ocupados por poros y los 600 mL
restantes son ocupados por la parte sólida del material formador del volumen.
En general, un buen sustrato deberá tener una porosidad total de por lo menos
70%.
Densidad y peso: Existen dos tipos de densidad de los cuerpos:
La densidad real: considera el peso por unidad de volumen de las partículas sin los
espacios porosos.
La densidad aparente: es la relación entre la masa o peso de las partículas y el
volumen aparente que ocupan, en este caso el volumen del sustrato incluye las
partículas sólidas y los espacios libres.
Estabilidad, elasticidad y compresibilidad.
Estabilidad: Se refiere a la capacidad de un material para mantener inalterables sus
características con el paso del tiempo, sobre todo el volumen, tamaño y porosidad.
29
Elasticidad: Es la naturaleza elástica que presentan algunos materiales, misma que
les permite recuperar la forma original cuando se les aplica una fuerza exterior,
siempre que esa fuerza no colapse la estructura interna de las partículas.
Compactación: Es la característica que se expresa en una disminución del volumen
al comprimirse las partículas bajo el efecto de la aplicación de una fuerza externa.
Características superficiales.
Rugosidad y micro relieve: tiene que ver con la superficie que una partícula expone
al ambiente. Un sustrato rugoso, con un micro relieve abundante tiene mayor
superficie que otro que esté formado por partículas lisas. Por lo tanto, el primero
retiene mayor cantidad de humedad.
Color: es importante porque influye en el aumento de la temperatura de los
materiales que se estén usando. Los sustratos negros absorben mayor cantidad de
energía calorífica que los claros.
Conductividad térmica: Se refiere a la capacidad de un sustrato para transmitir
el calor. Generalmente presentan poca conductividad térmica, esto provoca que en la
superficie, el sustrato esté a una temperatura más alta que la que mantiene en el
interior.
Capacidad de absorción de agua y conductividad hidráulica:
Capacidad de absorción de agua: es la cantidad de líquido que puede retener
un sustrato seco. Generalmente se usan 100 g de sustrato y la cantidad de agua que se
retiene en ese volumen es la capacidad de absorción de ese material.
Conductividad hidráulica: es la capacidad de movimiento de la humedad o del
agua dentro de un sustrato. La velocidad con que un sustrato responde a la absorción
del agua, la distribuye en su interior mojando todas las partículas y retiene la humedad
en la superficie de sus partículas está relacionada con el tamaño de los poros. Los
sustratos formados por gravas tienen menor conductividad hidráulica que los sustratos
de partículas pequeñas.
6.3.2 CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS.
Capacidad de intercambio iónico.
Es la característica de un sustrato para absorber o retener, por adherencia en
sus partículas, los elementos nutritivos en forma de cationes (iones positivos) e
intercambiarlos con la solución acuosa como vía para penetrar en las raíces y de ahí a
todo el sistema de la planta. Se expresa en miliequivalentes (meq), por 100 g de
sustrato o por 1 L de sustrato. 1 meq es la cantidad de material que se combina o
sustituye a un miligramo de hidrógeno. Una elevada capacidad de intercambio catiónico
de los sustratos orgánicos empleados la producción de planta ornamental o forestal
supone una reserva de nutrientes disponibles para las plantas.
Potencial Hidrógeno (pH).
Es una medida de los iones Hidrógeno (H+
) libres en una sustancia. Se define
como el logaritmo inverso de la concentración de iones de Hidrógeno en una solución
acuosa. Su fórmula es pH = -log [H+
]. En otras palabras, es la medida del grado de
acidez de una sustancia.
Considerando que el agua es una molécula formada por Hidrógeno y Oxígeno,
que se representa como H2O y que el Hidrógeno tiene valencia positiva (+) y el oxígeno
valencia negativa (-), al disociarse, nos da dos radicales, uno de Hidrógeno con carga
positiva (H+
) y el otro con carga negativa (OH-
), radical conocido como ion hidróxido.
Cuando en una solución existen más iones H+
, el pH tiende a ser bajo (o ácido), lo
contrario ocurre cuando predominan los iones OH-
, que es cuando el pH es alto (básico
o alcalino). El pH nos ayuda a entender la concentración de estos iones en una solución
acuosa.
Una sustancia ácida es aquella que tiende a donar iones H+
a otras sustancias.
Una solución alcalina tiende a aceptar iones H+
o a donar iones OH-
. Diversos
materiales, entre ellas algunos de los sustratos, tiene la capacidad de amortiguar los
cambios bruscos de pH. A esta capacidad se le conoce como acción buffer. En general
30
se maneja que entre mayor sea la capacidad de intercambio catiónico, mayor será la
capacidad amortiguadora del sustrato. Un sustrato ideal es aquel que presenta una alta
capacidad de amortiguar los cambios bruscos de pH.
La escala para medir el pH va de 0 a 14, siendo ácidas las sustancias con
valores por debajo de 7 ya que presentan una mayor concentración de iones H+
. Las
sustancias alcalinas son las que presentan valores por arriba de 7, e indican que en
ellas existe mayor concentración de iones OH-
.
Si el pH no está en el rango apropiado la absorción de algunos nutrientes se
bloquea o inhibe las raíces no los puede tomar, mientras otros pueden volverse tóxicos.
Así para bajar el nivel se agregan ácido nítrico (HNO3), ácido sulfúrico (H
2SO
4) o ácido
fosfórico (H3PO
4). Cuando lo que se quiere es aumentar el pH de una solución, se
agrega hidróxido de potasio (KOH) o hidróxido de sodio (NaOH). En el siguiente cuadro
se muestran los intervalos de pH en el cual los elementos están disponibles para las
plantas.
Ilustración 9. Rangos de disponibilidad relativa de los nutrientes.
Concentración de solutos.
Se refiere al contenido de sales solubles en los sustratos en un momento
determinado. Dichas sales disueltas en el agua, constituyen el alimento de las plantas,
ya que son absorbidas bajo la forma de aniones y cationes. Cuando los niveles de sales
solubles son bajos, el crecimiento de las plantas, presenta deficiencia, por el contrario,
un exceso de sales también es dañino para las mismas ya que les provoca toxicidad.
El aumento del contenido de salinidad en los sustratos tiene varias causas,
entre ellas las concentraciones de sales en algunos de los componentes de las mezclas,
el aporte excesivo de fertilizantes en agua de riego, la mineralización y preparación
incontrolada de algunos fertilizantes, la mayor frecuencia de riegos y la evaporación por
altas temperaturas dentro de los invernaderos.
Se requiere medir periódicamente la conductividad eléctrica (CE) que es
controlada por el aporte de sales y que es necesaria para la asimilación de algunos
nutrimentos. Se emplean aparatos conocidos como potenciómetros o conductímetros.
La CE se mide en milisiemens (mS) por centímetro de una solución a 25 ºC. El valor
obtenido se multiplica por un valor empírico de 0.64, obteniéndose así la cantidad de
sales totales en mg/L. Algunas investigaciones recomiendan una CE en la entrada de la
solución de 24 a 30 mS/cm y una de salida de 30 a 40 mS/cm.
El exceso de sales puede eliminarse mediante lavados o riegos pesados
empleando agua limpia y de buena calidad.
Elementos tóxicos.
La presencia de sustancias contaminantes dentro de los sustratos debe
evitarse, como los metales pesados, pueden estar presentes de origen en los
materiales. Las grasas y aceites, generalmente son ajenos a los sustratos y cuando se
presentan es por contaminación o descuido. Usar materiales con estos elementos
puede evitarse realizando análisis de laboratorio para detectarlos, para ello se deben
31
analizar muestras representativas de los sustratos. Tomar las medidas necesarias para
que no se contaminen es un aspecto en fundamental de manejo.
Características biológicas.
Entran en esta categoría la presencia de semillas de maleza, huevecillos o
larvas de plagas y esporas de hongos, elementos que ocasionan enfermedades y que
deben evitarse en los materiales empleados como sustratos. Los materiales que se
deben emplear como sustratos, de preferencia deben ser estériles.
Contenido de materia orgánica.
Toda materia orgánica es inestable y por lo tanto susceptible de degradación
por la acción de microorganismos o descomposición biológica y reacciones químicas.
Los sustratos que contienen materia orgánica presentan una actividad química propia,
aportan nutrientes a las plantas en la medida que ésta se desintegra.
6.4 CARACTERÍSTICAS DESEABLES EN LOS SUSTRATOS
HIDROPÓNICOS.
En base a lo señalado en el apartado anterior, los materiales destinados a
usarse como sustratos hidropónicos deben reunir un conjunto de características físicas
y químicas que los hagan aptos para el desarrollo de los cultivos, entra las que están:
Alta capacidad de retención de humedad y nutrientes.
Aireación eficiente.
Buen drenaje del agua en exceso.
Baja densidad y alta porosidad.
Buena estabilidad física.
Uniformidad en tamaño y características físicas.
Nula capacidad de intercambio catiónico.
pH apropiado.
Ausencia de enfermedades, maleza, plagas y sustancias tóxicas.
Disponibilidad y bajo costo.
No contaminantes y de preferencia ser materiales reciclables.
6.5 TIPOS DE AGUA EN LOS SUSTRATOS.
De Boodt y sus colaboradores de la Universidad de Gante en Bélgica, a
principios de la década de los setentas, desarrollaron un método para medir la
liberación de agua en los sustratos orgánicos, método que se usa en muchos
laboratorios para determinar los tipos de agua en los sustratos y que se conoce como
“Curva de liberación de agua para sustratos”. En este método, los límites de las curvas
fueron establecidos entre 0 y 100 cm de tensión. Con ello se definió el sistema para
clasificar el agua presente en los sustratos en diferentes rangos o niveles, según la
disponibilidad de la misma para las plantas.
Estos niveles son:
Agua disponible (AD).
Agua fácilmente disponible (AFD).
Agua de reserva (AR).
Agua difícilmente disponible (ADD).
6.5.1. AGUA DISPONIBLE (AD).
Constituye tanto al agua fácilmente disponible (AFD) como al agua de reserva
(AR), esto es el total de agua que se encuentra entre los 10 y los 100 cm de tensión. Su
rango óptimo se establece entre los 24 y 40 % del volumen que ocupa el sustrato en un
contenedor.
6.5.2. AGUA FÁCILMENTE DISPONIBLE (AFD).
Constituye la humedad aprovechable para las plantas, es el agua retenida en
los poros, que puede ser extraída fácilmente por las raíces. Esta agua se libera entre los
10 y 50 cm de tensión y se encuentra entre la capacidad de contenedor (o capacidad de
sustrato) y agua de reserva.
Esta capacidad de sustrato es la que se encuentra retenida a tensiones de 10
cm o menos, después que el agua de gravedad drenó libremente. Se considera un
rango óptimo entre el 20 y el 30 % del volumen de un sustrato.
32
6.5.3. AGUA DE RESERVA (AR).
Representa el porcentaje, en volumen de agua, que se libera entre los 50 y 100
cm de tensión sobre el sustrato y abarca tanto el agua disponible como el agua
difícilmente disponible. Es el agua que llegan a aprovechar las plantas extrayéndola con
mayor grado de dificultad que la anterior. El valor óptimo de este tipo de agua se
encuentra en un intervalo del 4 al 10% del volumen que ocupa el sustrato.
6.5.4 AGUA DIFÍCILMENTE DISPONIBLE (ADD).
Constituye el agua retenida dentro de los microporos de un sustrato, tras
aplicar una tensión de 100 cm. Esta fuerza es superior a la que pueden utilizar las raíces
de las plantas para extraer el agua, por lo tanto no puede ser aprovechada por los
cultivos.
6.6. MATERIALES DISPONIBLES PARA SUSTRATOS.
En México existe una amplia variedad de materiales que pueden ser empleados
como sustratos hidropónicos, tanto orgánicos como inorgánicos o industriales. Algunos
de los materiales inorgánicos son los más recomendables en los sistemas hidropónicos
por su facilidad de manejo. La disponibilidad de los diversos materiales naturales para
emplearse como sustratos varía de una región a otra. Así en una zona determinada
puede abundar un material, mientras que en otra puede estar ausente. Por ejemplo el
tezontle que abunda en la parte central, sobre el eje Neovolcánico, no existe en otras
regiones del país. Como ya se indicó, lo recomendable es usar los materiales de mayor
disponibilidad en cada lugar o aquellos que se consigan a precio más bajo. En la
siguiente tabla se presenta un listado que da cuenta de los materiales más comunes en
nuestro país para usarse como sustratos hidropónicos.
Sustratos inorgánicos Sustratos orgánicos. Sustratos industriales
Arena de río Fibra y polvillo de coco Vermiculita
Arena de mina Fibras naturales (algodón, estopa) Perlita o agrolita
Arena de tezontle negro Estropajo Lana de roca
Arena de tezontle rojo Peat moss o turba Poliestireno (unicel)
Arena de cenizas volcánicas Fibra de henequé e ixtle Espumas sintéticas (poliuretano)
Arena de playa Aserrín y viruta. Residuos de fibras sintéticas
Arena de dunas Fibra de vidrio
Arcillas calcinadas Escorias de fundición
Grava de río y mina Arcilla expandida
Grava de tezontle negro Arcilla calcinada
Grava de tezontle rojo Geles
Grava de piedra triturada Carbón activado
Piedra pómez o tepojal
Zeolita
Ladrillo y teja molidos
Tepetate
Arena de ladrillo y teja
Carbón mineral
Tabla 12. Sustratos comunes en México.