La hidroponía [1] es un tipo de horticultura y un subconjunto de hidrocultivo que implica el cultivo de plantas , generalmente cultivos o plantas medicinales , sin suelo , mediante el uso de soluciones de nutrientes minerales a base de agua en un ambiente artificial . Las plantas terrestres o acuáticas pueden crecer libremente con sus raíces expuestas al líquido nutritivo o las raíces pueden estar sostenidas mecánicamente por un medio inerte como perlita , grava u otros sustratos. [2]
A pesar de los medios inertes, las raíces pueden causar cambios en el pH de la rizosfera y los exudados de las raíces pueden afectar la biología de la rizosfera y el equilibrio fisiológico de la solución nutritiva cuando se producen metabolitos secundarios en las plantas. [3] [4] [5] Las plantas transgénicas cultivadas hidropónicamente permiten la liberación de proteínas farmacéuticas como parte del exudado de la raíz en el medio hidropónico. [6]
Los nutrientes utilizados en los sistemas hidropónicos pueden provenir de muchas fuentes orgánicas o inorgánicas diferentes, incluidos excrementos de pescado , estiércol de pato , fertilizantes químicos comprados o soluciones de nutrientes artificiales estándar o híbridas . [7]
A diferencia del cultivo en el campo, las plantas comúnmente se cultivan hidropónicamente en un invernadero o en un ambiente contenido en medios inertes, adaptados al proceso de agricultura en ambiente controlado (CEA). [8] Las plantas comúnmente cultivadas hidropónicamente incluyen tomates , pimientos , pepinos , fresas , lechugas y cannabis , generalmente para uso comercial , así como Arabidopsis thaliana , que sirve como organismo modelo en ciencia y genética de plantas . [9]
La hidroponía ofrece muchas ventajas, en particular una disminución en el uso de agua en la agricultura . Para cultivar 1 kilogramo (2,2 libras) de tomates utilizando métodos de cultivo intensivo se requieren 214 litros (47 imp gal; 57 gal EE.UU.) de agua; [10] utilizando hidroponía, 70 litros (15 imp gal; 18 gal EE.UU.); y solo 20 litros (4,4 imp gal; 5,3 gal EE.UU.) utilizando aeroponia . [11]
Los cultivos hidropónicos conducen a una mayor producción de biomasa y proteínas en comparación con otros sustratos de crecimiento , de plantas cultivadas en las mismas condiciones ambientales y suministradas con cantidades iguales de nutrientes. [12]
Dado que el cultivo hidropónico requiere mucha menos agua y nutrientes para producir productos , y el cambio climático amenaza los rendimientos agrícolas , en el futuro podría ser posible que las personas en entornos hostiles con poca agua accesible cultiven hidropónicamente sus propios alimentos de origen vegetal . [13] [8]
La hidroponía no sólo se utiliza en la Tierra , sino que también ha demostrado su eficacia en experimentos de producción de plantas en el espacio . [14]
El primer trabajo publicado sobre el cultivo de plantas terrestres sin suelo fue el libro de 1627 Sylva Sylvarum o 'A Natural History' de Francis Bacon , impreso un año después de su muerte. Como resultado de su trabajo, el cultivo del agua se convirtió en una técnica de investigación popular. En 1699, John Woodward publicó sus experimentos sobre el cultivo del agua con menta verde . Descubrió que las plantas en fuentes de agua menos pura crecían mejor que las plantas en agua destilada. En 1842, se había compilado una lista de nueve elementos que se consideraban esenciales para el crecimiento de las plantas, y los descubrimientos de los botánicos alemanes Julius von Sachs y Wilhelm Knop , en los años 1859-1875, dieron como resultado el desarrollo de la técnica del cultivo sin suelo. [15] Para citar directamente a von Sachs: "En el año 1860, publiqué los resultados de experimentos que demostraron que las plantas terrestres son capaces de absorber sus materias nutritivas a partir de soluciones acuosas, sin la ayuda del suelo, y que es posible en de esta manera no sólo mantener vivas y creciendo las plantas durante mucho tiempo, como se sabía desde hace mucho tiempo, sino también provocar un vigoroso aumento de su sustancia orgánica, e incluso la producción de semillas capaces de germinar ". [16] El crecimiento de plantas terrestres sin suelo en soluciones de nutrientes minerales se denominó más tarde "cultivo en solución" en referencia al "cultivo del suelo". Rápidamente se convirtió en una técnica estándar de investigación y enseñanza en los siglos XIX y XX y todavía se utiliza ampliamente en la ciencia de la nutrición vegetal . [17]
Alrededor de la década de 1930, los nutricionistas de plantas investigaron enfermedades de ciertas plantas y, por lo tanto, observaron síntomas relacionados con las condiciones existentes del suelo, como la salinidad . En este contexto, se llevaron a cabo experimentos de cultivo en agua con la esperanza de producir síntomas similares en condiciones controladas de laboratorio. [18] Este enfoque impuesto por Dennis Robert Hoagland condujo a sistemas modelo innovadores (por ejemplo, el alga verde Nitella ) y recetas de nutrientes estandarizadas que desempeñan un papel cada vez más importante en la fisiología vegetal moderna . [19] En 1929, William Frederick Gericke de la Universidad de California en Berkeley comenzó a promover públicamente que los principios del cultivo de soluciones se utilizaran para la producción de cultivos agrícolas . [20] [21] [22] Primero denominó a este método de cultivo "acuicultura", creada en analogía con la "agricultura", pero luego descubrió que el término afín acuicultura ya se aplicaba al cultivo de organismos acuáticos . Gericke causó sensación al cultivar tomates de 7,6 metros (25 pies) de altura en su patio trasero en soluciones de nutrientes minerales en lugar de tierra. [23] Luego introdujo el término Hidroponía , cultivo del agua, en 1937, propuesto por WA Setchell, un ficólogo con una amplia formación en los clásicos. [1] [24] La hidroponía se deriva del neologismo υδρωπονικά (derivado del griego ύδωρ=agua y πονέω=cultivar), construido en analogía con γεωπονικά (derivado del griego γαία=tierra y πονέω=cultivar), [25] geoponica , aquello que se refiere a la agricultura, reemplazando, γεω-, tierra, por ὑδρο-, agua. [15]
Sin embargo, a pesar de los éxitos iniciales, Gericke se dio cuenta de que aún no había llegado el momento de la aplicación técnica general y el uso comercial de la hidroponía para producir cultivos. [26] También quería asegurarse de que todos los aspectos del cultivo hidropónico fueran investigados y probados antes de poner a disposición del público cualquiera de los detalles específicos. [27] Los informes sobre el trabajo de Gericke y sus afirmaciones de que la hidroponía revolucionaría la agricultura vegetal provocaron un gran número de solicitudes de información adicional. A Gericke se le había negado el uso de los invernaderos de la universidad para sus experimentos debido al escepticismo de la administración, y cuando la universidad intentó obligarlo a publicar sus recetas preliminares de nutrientes desarrolladas en casa, solicitó espacio y tiempo en los invernaderos para mejorarlos utilizando las instalaciones de investigación adecuadas. Si bien finalmente se le proporcionó un espacio para el invernadero, la universidad asignó a Hoagland y Arnon para reevaluar las afirmaciones de Gericke y demostrar que su fórmula no tenía ningún beneficio sobre el rendimiento de las plantas cultivadas en el suelo, una opinión sostenida por Hoagland. Debido a estos conflictos irreconciliables, Gericke abandonó su puesto académico en 1937 en un clima políticamente desfavorable y continuó su investigación de forma independiente en su invernadero. En 1940, Gericke, cuyo trabajo se considera la base de todas las formas de cultivo hidropónico, publicó el libro Guía completa para la jardinería sin suelo . Allí publicó por primera vez su fórmula básica que incluye sales de macro y micronutrientes para plantas cultivadas hidropónicamente. [28]
Como resultado de la investigación de las afirmaciones de Gericke por orden del Director de la Estación Experimental Agrícola de California de la Universidad de California , Claude Hutchison , Dennis Hoagland y Daniel Arnon escribieron un boletín agrícola clásico de 1938, The Water Culture Method for Growing Plants Without Soil , uno de los trabajos más importantes sobre cultivo en solución jamás realizado, que afirmaba que los rendimientos de los cultivos hidropónicos no eran mejores que los rendimientos de los cultivos obtenidos con suelos de buena calidad. [29] En última instancia, el rendimiento de los cultivos estaría limitado por factores distintos de los nutrientes minerales, especialmente la luz y la aireación del medio de cultivo. [30] Sin embargo, en la introducción a su libro histórico sobre cultivos sin suelo, publicado dos años después, Gericke señaló que los resultados publicados por Hoagland y Arnon al comparar los rendimientos de plantas experimentales en cultivos de arena, suelo y solución, se basaban en varios errores sistémicos ("...estos experimentadores han cometido el error de limitar la capacidad productiva de la hidroponía a la del suelo. La comparación sólo puede realizarse cultivando en cada caso un número de plantas tan grande como la fertilidad del medio de cultivo pueda soportar". "). [28]
Por ejemplo, el estudio de Hoagland y Arnon no apreció adecuadamente que la hidroponía tiene otros beneficios clave en comparación con el cultivo en suelo, incluido el hecho de que las raíces de la planta tienen acceso constante al oxígeno y que las plantas tienen acceso a tanta o tan poca agua y nutrientes que necesitan. [28] [31] Esto es importante ya que uno de los errores más comunes al cultivar plantas es el riego excesivo o insuficiente; La hidroponía evita que esto ocurra, ya que se pueden poner a disposición de la planta grandes cantidades de agua, que pueden ahogar los sistemas de raíces en el suelo, y el agua que no se usa se drena, se recircula o se airea activamente, eliminando las condiciones anóxicas en el suelo. zona de la raíz. En el suelo, un cultivador necesita tener mucha experiencia para saber exactamente con cuánta agua alimentar a la planta. Demasiado y la planta no podrá acceder al oxígeno porque el aire de los poros del suelo se desplaza, lo que puede provocar la pudrición de las raíces ; muy poco y la planta sufrirá estrés hídrico o perderá la capacidad de absorber nutrientes, que normalmente se trasladan a las raíces mientras están disueltos , lo que provoca síntomas de deficiencia de nutrientes como clorosis o quemaduras de fertilizantes . Finalmente, las ideas avanzadas de Gericke llevaron a la implementación de la hidroponía en la agricultura comercial, mientras que las opiniones de Hoagland y el útil apoyo de la Universidad impulsaron a Hoagland y sus asociados a desarrollar varias fórmulas (recetas) nuevas para soluciones de nutrientes minerales, universalmente conocidas como solución de Hoagland . [32]
Uno de los primeros éxitos de la hidroponía se produjo en la isla Wake , un atolón rocoso en el Océano Pacífico utilizado como parada de reabastecimiento de combustible para Pan American Airlines . Allí se utilizó la hidroponía en la década de 1930 para cultivar hortalizas para los pasajeros. La hidroponía era una necesidad en la isla Wake porque no había tierra y era prohibitivamente caro transportar verduras frescas por aire. [33]
De 1943 a 1946, Daniel I. Arnon sirvió como mayor en el ejército de los Estados Unidos y utilizó su experiencia previa en nutrición vegetal para alimentar a las tropas estacionadas en la árida isla de Ponape en el Pacífico occidental cultivando en grava y agua rica en nutrientes porque allí no había tierra cultivable disponible. [34]
En la década de 1960, Allen Cooper de Inglaterra desarrolló la técnica de la película nutritiva . [35] El Land Pavilion en el Centro EPCOT de Walt Disney World se inauguró en 1982 y presenta de manera destacada una variedad de técnicas hidropónicas.
En las últimas décadas, la NASA ha realizado una extensa investigación hidropónica para su Sistema de Soporte de Vida Ecológico Controlado (CELSS). La investigación hidropónica que imita un entorno marciano utiliza iluminación LED para crecer en un espectro de colores diferente con mucho menos calor. Ray Wheeler, fisiólogo vegetal del Laboratorio de Ciencias de la Vida Espacial del Centro Espacial Kennedy, cree que la hidroponía generará avances dentro de los viajes espaciales, como sistema de soporte vital bioregenerativo . [36]
En 2017, Canadá tenía cientos de acres de invernaderos hidropónicos comerciales a gran escala, que producían tomates, pimientos y pepinos. [37]
Debido a los avances tecnológicos dentro de la industria y numerosos factores económicos , se prevé que el mercado mundial de hidroponía crezca de 226,45 millones de dólares en 2016 a 724,87 millones de dólares en 2023. [38] [ necesita actualización ]
Hay dos variaciones principales para cada medio: subriego y riego superior [ especificar ] . Para todas las técnicas, la mayoría de los depósitos hidropónicos ahora se construyen con plástico, pero se han utilizado otros materiales, como hormigón, vidrio, metal, sólidos vegetales y madera. Los contenedores deben excluir la luz para evitar el crecimiento de algas y hongos en el medio hidropónico.
En el cultivo en solución estática, las plantas se cultivan en recipientes de solución nutritiva, como frascos de vidrio (generalmente, para aplicaciones en el hogar), macetas , baldes, tinas o tanques. Por lo general, la solución se airea suavemente, aunque es posible que no se airee. [12] Si no se airea, el nivel de la solución se mantiene lo suficientemente bajo como para que haya suficientes raíces por encima de la solución para que reciban el oxígeno adecuado. Se corta (o perfora) un agujero en la parte superior del depósito para cada planta; si es un frasco o tarrina, puede ser su tapa, pero en caso contrario se puede poner encima cartón, papel de aluminio, papel, madera o metal. Un único depósito puede dedicarse a una única planta o a varias plantas. El tamaño del depósito se puede aumentar a medida que aumenta el tamaño de la planta. Se puede construir un sistema casero a partir de recipientes de comida o frascos de vidrio para conservas con aireación proporcionada por una bomba de acuario, tubos de aire del acuario, válvulas del acuario o incluso una biopelícula de algas verdes sobre el vidrio, a través de la fotosíntesis . Los recipientes transparentes también se pueden cubrir con papel de aluminio, papel de carnicero, plástico negro u otro material para eliminar los efectos del fototropismo negativo . La solución nutritiva se cambia según un cronograma, como una vez por semana, o cuando la concentración cae por debajo de cierto nivel determinado con un medidor de conductividad eléctrica . Siempre que la solución se agota por debajo de cierto nivel, se agrega agua o una solución nutritiva nueva. Se puede utilizar una botella de Mariotte o una válvula de flotador para mantener automáticamente el nivel de la solución. En el cultivo en solución en balsa, las plantas se colocan en una lámina de plástico flotante que flota sobre la superficie de la solución nutritiva. De esta manera, el nivel de la solución nunca cae por debajo de las raíces. [39]
En el cultivo en solución de flujo continuo, la solución nutritiva fluye constantemente por las raíces. Es mucho más fácil de automatizar que el cultivo en solución estática porque el muestreo y los ajustes de temperatura, pH y concentraciones de nutrientes se pueden realizar en un gran tanque de almacenamiento que tiene potencial para servir a miles de plantas. Una variación popular es la técnica de la película de nutrientes o NFT, mediante la cual una corriente de agua muy poco profunda que contiene todos los nutrientes disueltos necesarios para el crecimiento de las plantas se recircula en una capa delgada más allá de una estera de raíces desnudas de plantas en un canal estanco, con una superficie superior expuesta. al aire. Como consecuencia, se proporciona un abundante suministro de oxígeno a las raíces de las plantas. Un sistema NFT diseñado correctamente se basa en utilizar la pendiente del canal correcta, el caudal correcto y la longitud del canal correcta. La principal ventaja del sistema NFT sobre otras formas de hidroponía es que las raíces de las plantas están expuestas a suministros adecuados de agua, oxígeno y nutrientes. En todas las demás formas de producción existe un conflicto entre la oferta de estos requerimientos, ya que cantidades excesivas o deficientes de uno resulta en un desequilibrio de uno o de ambos. NFT, debido a su diseño, proporciona un sistema en el que se pueden cumplir los tres requisitos para un crecimiento saludable de las plantas al mismo tiempo, siempre que siempre se recuerde y practique el concepto simple de NFT. El resultado de estas ventajas es que se obtienen mayores rendimientos de productos de alta calidad durante un período prolongado de cultivo. Una desventaja de NFT es que tiene muy poca protección contra interrupciones en el flujo (por ejemplo, cortes de energía). Pero, en general, es probablemente una de las técnicas más productivas. [40]
Las mismas características de diseño se aplican a todos los sistemas NFT convencionales. Si bien se han recomendado pendientes a lo largo de los canales de 1:100, en la práctica es difícil construir una base para los canales que sea lo suficientemente vertical como para permitir que las películas de nutrientes fluyan sin encharcarse en áreas localmente deprimidas. En consecuencia, se recomienda utilizar pendientes de 1:30 a 1:40. [41] Esto permite pequeñas irregularidades en la superficie, pero, incluso con estas pendientes, pueden ocurrir encharcamientos y anegamientos . La pendiente puede ser proporcionada por el piso, bancos o bastidores pueden sujetar los canales y proporcionar la pendiente requerida. Ambos métodos se utilizan y dependen de los requisitos locales, a menudo determinados por los requisitos del sitio y del cultivo.
Como guía general, el caudal de cada barranco debe ser de un litro por minuto. [ vago ] [42] En el momento de la siembra, las tasas pueden ser la mitad y el límite superior de 2 L/min parece aproximadamente el máximo. Los caudales más allá de estos extremos a menudo se asocian con problemas nutricionales. Se han observado tasas de crecimiento deprimidas en muchos cultivos cuando los canales superan los 12 metros de longitud. En cultivos de rápido crecimiento, las pruebas han indicado que, si bien los niveles de oxígeno siguen siendo adecuados, el nitrógeno puede agotarse a lo largo del barranco. En consecuencia, la longitud del canal no debe exceder los 10 a 15 metros. En situaciones donde esto no es posible, las reducciones en el crecimiento se pueden eliminar colocando otro alimento de nutrientes en la mitad del canal y reduciendo a la mitad los caudales a través de cada salida. [43] [5]
La aeroponía es un sistema en el que las raíces se mantienen de forma continua o discontinua en un ambiente saturado con finas gotas (una niebla o aerosol ) de solución nutritiva. El método no requiere sustrato e implica cultivar plantas con sus raíces suspendidas en una cámara de crecimiento o aire profundo, humedeciendo periódicamente las raíces con una fina niebla de nutrientes atomizados . La excelente aireación es la principal ventaja de la aeroponía.
Las técnicas aeropónicas han demostrado ser comercialmente exitosas para la propagación, la germinación de semillas, la producción de semillas de papa, la producción de tomates, cultivos de hojas y microverduras. [44] Desde que el inventor Richard Stoner comercializó la tecnología aeropónica en 1983, la aeroponía se ha implementado como una alternativa a los sistemas hidropónicos intensivos en agua en todo el mundo. [45] Una limitación importante de la hidroponía es el hecho de que 1 kilogramo (2,2 libras) de agua sólo puede contener 8 miligramos (0,12 g) de aire, sin importar si se utilizan aireadores o no.
Otra ventaja distintiva de la aeroponia sobre la hidroponía es que cualquier especie de planta se puede cultivar en un verdadero sistema aeropónico porque el microambiente de un aeropónico se puede controlar con precisión. Otra limitación de la hidroponía es que ciertas especies de plantas sólo pueden sobrevivir durante un tiempo en el agua antes de anegarse . Por el contrario, las plantas aeropónicas suspendidas reciben el 100% del oxígeno y dióxido de carbono disponibles en la zona de raíces, tallos y hojas, [46] acelerando así el crecimiento de la biomasa y reduciendo los tiempos de enraizamiento. La investigación de la NASA ha demostrado que las plantas cultivadas aeropónicamente tienen un aumento del 80% en biomasa de peso seco (minerales esenciales) en comparación con las plantas cultivadas hidropónicamente. La aeroponía también utiliza un 65% menos de agua que la hidroponía. La NASA concluyó que las plantas cultivadas aeropónicamente requieren ¼ del aporte de nutrientes en comparación con la hidroponía. [47] [48] A diferencia de las plantas cultivadas hidropónicamente, las plantas cultivadas aeropónicamente no sufrirán un shock de trasplante cuando se trasplantan al suelo y ofrecen a los productores la capacidad de reducir la propagación de enfermedades y patógenos. La aeroponía también se utiliza ampliamente en estudios de laboratorio de fisiología y patología vegetal. La NASA ha prestado especial atención a las técnicas aeropónicas, ya que una niebla es más fácil de manejar que un líquido en un entorno de gravedad cero. [47] [5]
La fogponía es una derivación de la aeroponía en la que la solución nutritiva se aerosoliza mediante un diafragma que vibra a frecuencias ultrasónicas . Las gotas de solución producidas por este método tienden a tener entre 5 y 10 µm de diámetro, más pequeñas que las que se producen al forzar una solución nutritiva a través de boquillas presurizadas, como en la aeroponía. El tamaño más pequeño de las gotas les permite difundirse por el aire más fácilmente y entregar nutrientes a las raíces sin limitar su acceso al oxígeno. [49] [50]
El riego pasivo, también conocido como hidroponía pasiva, semihidroponía o hidrocultivo , [51] es un método en el que las plantas se cultivan en un medio poroso inerte que mueve agua y fertilizante a las raíces mediante acción capilar desde un depósito separado según sea necesario. , reduciendo la mano de obra y proporcionando un suministro constante de agua a las raíces. En el método más sencillo, la maceta se coloca en una solución poco profunda de fertilizante y agua o sobre una estera capilar saturada con una solución nutritiva. Los diversos medios hidropónicos disponibles, como la arcilla expandida y la cáscara de coco , contienen más espacio de aire que las mezclas para macetas más tradicionales, lo que proporciona mayor oxígeno a las raíces, lo cual es importante en plantas epífitas como orquídeas y bromelias , cuyas raíces están expuestas al aire. en naturaleza. Las ventajas adicionales de la hidroponía pasiva son la reducción de la pudrición de las raíces.
En su forma más simple, el agua enriquecida con nutrientes se bombea a contenedores con plantas en un medio de cultivo como agregado de arcilla expandida. A intervalos regulares, un simple temporizador hace que una bomba llene los contenedores con solución nutritiva, después de lo cual la solución vuelve a drenarse hacia el embalse. Esto mantiene el medio regularmente irrigado con nutrientes y aire. [52]
En un sistema de desecho, se aplica periódicamente una solución de agua y nutrientes a la superficie del medio. El método fue inventado en Bengala en 1946; por esta razón a veces se le conoce como "El Sistema Bengala". [53]
Este método se puede configurar en varias configuraciones. En su forma más simple, se aplica manualmente una solución de agua y nutrientes una o más veces al día a un recipiente con sustrato de cultivo inerte, como lana de roca, perlita, vermiculita, fibra de coco o arena. En un sistema un poco más complejo, está automatizado con una bomba de suministro, un temporizador y un tubo de riego para suministrar solución nutritiva con una frecuencia de suministro que se rige por los parámetros clave de tamaño de la planta, etapa de crecimiento de la planta, clima, sustrato y conductividad del sustrato. , pH y contenido de agua.
En un entorno comercial, la frecuencia de riego depende de múltiples factores y se rige por computadoras o PLC .
La producción hidropónica comercial de plantas grandes como tomates, pepinos y pimientos utiliza una forma u otra de hidroponía de aprovechamiento.
El método hidropónico de producción de plantas mediante la suspensión de las raíces de las plantas en una solución de agua oxigenada y rica en nutrientes. Los métodos tradicionales favorecen el uso de cubos de plástico y recipientes grandes con la planta contenida en una maceta de red suspendida del centro de la tapa y las raíces suspendidas en la solución nutritiva. La solución está saturada de oxígeno mediante una bomba de aire combinada con piedras porosas . Con este método las plantas crecen mucho más rápido debido a la gran cantidad de oxígeno que reciben las raíces. [54] El método Kratky es similar al cultivo en aguas profundas, pero utiliza un depósito de agua no circulante.
El cultivo en aguas profundas con alimentación superior es una técnica que consiste en administrar una solución nutritiva altamente oxigenada directamente a la zona de las raíces de las plantas. Mientras que el cultivo en aguas profundas implica que las raíces de las plantas cuelguen en un depósito de solución nutritiva, en el cultivo en aguas profundas con alimentación superior la solución se bombea desde el depósito hasta las raíces (alimentación superior). El agua se libera sobre las raíces de la planta y luego regresa al depósito de abajo en un sistema de recirculación constante. Al igual que con el cultivo en aguas profundas, hay una piedra difusora en el depósito que bombea aire al agua a través de una manguera desde fuera del depósito. La piedra difusora ayuda a añadir oxígeno al agua. Tanto la piedra difusora como la bomba de agua funcionan las 24 horas del día.
La mayor ventaja del cultivo en aguas profundas con alimentación superior sobre el cultivo estándar en aguas profundas es un mayor crecimiento durante las primeras semanas. [ cita necesaria ] Con el cultivo en aguas profundas, hay un momento en el que las raíces aún no han llegado al agua. Con el cultivo en aguas profundas con alimentación superior, las raíces obtienen fácil acceso al agua desde el principio y crecerán hasta el depósito debajo mucho más rápido que con un sistema de cultivo en aguas profundas. Una vez que las raíces han llegado al depósito de abajo, no existe una gran ventaja con el cultivo en aguas profundas con alimentación superior sobre el cultivo estándar en aguas profundas. Sin embargo, debido al crecimiento más rápido al principio, el tiempo de crecimiento se puede reducir unas semanas. [ cita necesaria ]
Un jardín hidropónico rotativo es un estilo de hidroponía comercial creado dentro de un marco circular que gira continuamente durante todo el ciclo de crecimiento de cualquier planta que se esté cultivando.
Si bien las especificaciones del sistema varían, los sistemas generalmente rotan una vez por hora, lo que le da a la planta 24 vueltas completas dentro del círculo cada período de 24 horas. En el centro de cada jardín hidropónico giratorio puede haber una luz de crecimiento de alta intensidad, diseñada para simular la luz solar, a menudo con la ayuda de un temporizador mecanizado.
Cada día, a medida que las plantas rotan, se riegan periódicamente con una solución de crecimiento hidropónico para proporcionar todos los nutrientes necesarios para un crecimiento robusto. Debido a la lucha continua de las plantas contra la gravedad, las plantas normalmente maduran mucho más rápido que cuando se cultivan en el suelo u otros sistemas de cultivo hidropónicos tradicionales. [55] Debido a que los sistemas hidropónicos rotativos tienen un tamaño pequeño, permiten cultivar más material vegetal por área de espacio que otros sistemas hidropónicos tradicionales. [56]
Los sistemas hidropónicos rotativos deben evitarse en la mayoría de las circunstancias, principalmente debido a su naturaleza experimental y sus altos costos para encontrarlos, comprarlos, operarlos y mantenerlos. [57]
Diferentes medios son apropiados para diferentes técnicas de cultivo.
La lana de roca ( lana mineral ) es el medio más utilizado en hidroponía. La lana de roca es un sustrato inerte adecuado tanto para sistemas de desecho como de recirculación. La lana de roca está hecha de roca fundida, basalto o "escoria" que se hila en haces de fibras de un solo filamento y se une en un medio capaz de acción capilar y, de hecho, está protegida de la degradación microbiológica más común. La lana de roca generalmente se usa solo para la etapa de plántula o con clones recién cortados, pero puede permanecer con la base de la planta durante toda su vida. La lana de roca tiene muchas ventajas y algunas desventajas. Siendo este último la posible irritación de la piel (mecánica) durante la manipulación (1:1000). [ cita necesaria ] Enjuagar con agua fría generalmente trae alivio. Las ventajas incluyen su eficiencia y eficacia comprobadas como sustrato hidropónico comercial. La mayor parte de la lana de roca vendida hasta la fecha es un material no peligroso ni cancerígeno, incluido en la Nota Q del Reglamento de clasificación, embalaje y etiquetado (CLP) de la Unión Europea. [ cita necesaria ]
Los productos de lana mineral pueden diseñarse para contener grandes cantidades de agua y aire que ayudan al crecimiento de las raíces y la absorción de nutrientes en hidroponía; su naturaleza fibrosa también proporciona una buena estructura mecánica para mantener estable la planta. El pH naturalmente alto de la lana mineral la hace inicialmente inadecuada para el crecimiento de las plantas y requiere un "acondicionamiento" para producir una lana con un pH estable y apropiado. [58]
Los gránulos de arcilla cocida son adecuados para sistemas hidropónicos en los que todos los nutrientes se controlan cuidadosamente en una solución acuosa. Los pellets de arcilla son inertes, tienen un pH neutro y no contienen ningún valor nutritivo.
La arcilla se forma en bolitas redondas y se cuece en hornos rotatorios a 1200 °C (2190 °F). Esto hace que la arcilla se expanda, como palomitas de maíz, y se vuelva porosa. Es ligero y no se compacta con el tiempo. La forma de un pellet individual puede ser irregular o uniforme según la marca y el proceso de fabricación. Los fabricantes consideran que la arcilla expandida es un medio de cultivo ecológicamente sostenible y reutilizable debido a su capacidad de limpiarse y esterilizarse, normalmente lavándola con soluciones de vinagre blanco, cloro o peróxido de hidrógeno ( H) .
2oh
2), y enjuagar completamente.
Otra opinión es que es mejor no reutilizar los guijarros de arcilla incluso cuando se limpian, debido al crecimiento de raíces que puede ingresar al medio. Romper un guijarro de arcilla después de usarlo puede revelar este crecimiento. [ cita necesaria ]
Las piedras de cultivo , hechas de desechos de vidrio, tienen más espacio de retención de aire y agua que la perlita y la turba. Este agregado retiene más agua que las cáscaras de arroz sancochadas . [59] Los Growstones por volumen constan de 0,5 a 5% de carbonato de calcio [60] - para una bolsa estándar de 5,1 kg de Growstones que corresponde a 25,8 a 258 gramos de carbonato de calcio . El resto es vidrio sodocálcico. [60]
La fibra de coco , también conocida como turba de fibra de coco, es un subproducto natural derivado del procesamiento del coco. La cáscara exterior del coco está formada por fibras que se utilizan comúnmente para fabricar una gran variedad de artículos, desde tapetes hasta cepillos. Después de que las fibras largas se utilizan para esas aplicaciones, el polvo y las fibras cortas se fusionan para crear fibra de coco. Los cocos absorben altos niveles de nutrientes a lo largo de su ciclo de vida, por lo que la fibra debe someterse a un proceso de maduración antes de convertirse en un medio de crecimiento viable. [61] Este proceso elimina la sal, los taninos y los compuestos fenólicos mediante un lavado sustancial con agua. El agua contaminada es un subproducto de este proceso, ya que por cada metro cúbico de fibra de coco se necesitan entre trescientos y seiscientos litros de agua. [62] Además, esta maduración puede tardar hasta seis meses y un estudio concluyó que las condiciones de trabajo durante el proceso de maduración son peligrosas y serían ilegales en América del Norte y Europa. [63] A pesar de requerir atención y presentar riesgos para la salud e impactos ambientales, la fibra de coco tiene propiedades materiales impresionantes. Cuando se expone al agua, el material marrón, seco, grueso y fibroso se expande casi tres o cuatro veces su tamaño original. Esta característica combinada con la capacidad de retención de agua de la fibra de coco y su resistencia a plagas y enfermedades la convierten en un medio de crecimiento eficaz. Utilizada como alternativa a la lana de roca, la fibra de coco ofrece condiciones de crecimiento optimizadas. [64]
La cáscara de arroz sancochada (PBH) es un subproducto agrícola que de otro modo tendría poca utilidad. Se pudren con el tiempo y permiten el drenaje [65] e incluso retienen menos agua que las piedras de crecimiento. [59] Un estudio demostró que la cáscara de arroz no afectaba los efectos de los reguladores del crecimiento de las plantas . [65] [ se necesita fuente no primaria ]
La perlita es una roca volcánica que se ha sobrecalentado hasta convertirla en guijarros de vidrio expandido muy livianos. Se utiliza suelto o en fundas de plástico sumergidas en el agua. También se utiliza en mezclas de tierra para macetas para disminuir la densidad del suelo. Contiene una gran cantidad de flúor que podría ser perjudicial para algunas plantas. [66] La perlita tiene propiedades y usos similares a la vermiculita pero, en general, retiene más aire y menos agua y flota.
Al igual que la perlita, la vermiculita es un mineral que se ha sobrecalentado hasta que se expande hasta convertirse en guijarros ligeros. La vermiculita retiene más agua que la perlita y tiene una propiedad natural de "absorción" que puede extraer agua y nutrientes en un sistema hidropónico pasivo. Si hay demasiada agua y poco aire rodea las raíces de las plantas, es posible reducir gradualmente la capacidad de retención de agua del medio mezclando cantidades cada vez mayores de perlita.
Al igual que la perlita, la piedra pómez es una roca volcánica extraída y liviana que encuentra aplicación en hidroponía.
La arena es barata y fácilmente disponible. Sin embargo, es pesado, no retiene muy bien el agua y debe esterilizarse entre usos. [67]
Del mismo tipo que se utiliza en los acuarios, aunque se puede utilizar cualquier grava pequeña, siempre que se lave primero. De hecho, las plantas que crecen en un lecho filtrante de grava tradicional típico, con agua que circula mediante bombas eléctricas, en realidad se cultivan utilizando hidroponía de grava, también denominada "nutricultura". La grava es económica, fácil de mantener limpia, drena bien y no se encharca. Sin embargo, también es pesado y, si el sistema no proporciona agua continua, las raíces de las plantas pueden secarse.
La fibra de madera , producida a partir de la fricción del vapor de la madera, es un sustrato orgánico eficiente para la hidroponía. Tiene la ventaja de que mantiene su estructura durante mucho tiempo. La lana de madera (es decir, astillas de madera) se ha utilizado desde los primeros días de la investigación hidropónica. [28] Sin embargo, investigaciones más recientes sugieren que la fibra de madera puede tener efectos perjudiciales sobre los "reguladores del crecimiento de las plantas". [65] [ se necesita fuente no primaria ]
La lana procedente del esquileo de ovejas es un medio de cultivo renovable poco utilizado pero prometedor. En un estudio que comparó la lana con losas de turba, losas de fibra de coco, perlita y losas de lana de roca para cultivar plantas de pepino, la lana de oveja tenía una mayor capacidad de aire del 70%, que disminuyó con el uso a un comparable 43%, y la capacidad de agua aumentó del 23%. % a 44% con el uso. [68] El uso de lana de oveja dio como resultado el mayor rendimiento de los sustratos probados, mientras que la aplicación de un bioestimulador que consiste en ácido húmico, ácido láctico y Bacillus subtilis mejoró los rendimientos en todos los sustratos. [68]
Los fragmentos de ladrillo tienen propiedades similares a las de la grava. Tienen las desventajas adicionales de posiblemente alterar el pH y requerir una limpieza adicional antes de su reutilización. [69]
Los maníes para embalaje de poliestireno son económicos, fáciles de conseguir y tienen un drenaje excelente. Sin embargo, pueden resultar demasiado livianos para algunos usos. Se utilizan principalmente en sistemas de tubos cerrados. Tenga en cuenta que se deben utilizar maní de poliestireno no biodegradable ; Los cacahuetes biodegradables se descompondrán en un lodo. Las plantas pueden absorber estireno y pasarlo a sus consumidores; este es un posible riesgo para la salud. [69]
La formulación de soluciones hidropónicas es una aplicación de la nutrición vegetal , con síntomas de deficiencia de nutrientes que reflejan los que se encuentran en la agricultura tradicional basada en el suelo . Sin embargo, la química subyacente de las soluciones hidropónicas puede diferir de la química del suelo en muchos aspectos importantes. Las diferencias importantes incluyen:
Como en la agricultura convencional, los nutrientes deben ajustarse para satisfacer la ley del mínimo de Liebig para cada variedad de planta específica . [70] Sin embargo, existen concentraciones generalmente aceptables para las soluciones nutritivas, siendo los rangos de concentración mínima y máxima para la mayoría de las plantas algo similares. [75] La mayoría de las soluciones nutritivas se mezclan para tener concentraciones entre 1000 y 2500 ppm . [28] Las concentraciones aceptables para los iones de nutrientes individuales, que componen esa cifra total de ppm, se resumen en la siguiente tabla. En el caso de los nutrientes esenciales, las concentraciones por debajo de estos rangos a menudo provocan deficiencias de nutrientes, mientras que exceder estos rangos puede provocar toxicidad de los nutrientes. Las concentraciones nutricionales óptimas para las variedades vegetales se encuentran empíricamente mediante la experiencia o mediante pruebas de tejidos vegetales . [70]
Los fertilizantes orgánicos se pueden utilizar para complementar o reemplazar por completo los compuestos inorgánicos utilizados en las soluciones hidropónicas convencionales. [70] [71] Sin embargo, el uso de fertilizantes orgánicos presenta una serie de desafíos que no se resuelven fácilmente. Ejemplos incluyen:
Sin embargo, si se toman precauciones, los fertilizantes orgánicos se pueden utilizar con éxito en hidroponía. [70] [71]
En la siguiente tabla se enumeran ejemplos de materiales adecuados, con sus contenidos nutricionales promedio tabulados en términos de porcentaje de masa seca. [70]
Los micronutrientes también pueden obtenerse de fertilizantes orgánicos. Por ejemplo, la corteza de pino compostada tiene un alto contenido de manganeso y, a veces, se utiliza para cumplir con ese requisito mineral en soluciones hidropónicas. [71] Para satisfacer los requisitos de los Programas Orgánicos Nacionales , también se pueden agregar minerales pulverizados y sin refinar (por ejemplo, yeso , calcita y glauconita ) para satisfacer las necesidades nutricionales de una planta.
Se pueden agregar compuestos tanto en sistemas hidropónicos orgánicos como convencionales para mejorar la adquisición y absorción de nutrientes por parte de la planta . Se ha demostrado que los agentes quelantes y el ácido húmico aumentan la absorción de nutrientes. [84] [71] Además, se ha demostrado que las rizobacterias promotoras del crecimiento de las plantas (PGPR), que se utilizan regularmente en la agricultura de campo y de invernadero, benefician el desarrollo del crecimiento de las plantas hidropónicas y la adquisición de nutrientes. [85] Se sabe que algunos PGPR aumentan la fijación de nitrógeno. Si bien el nitrógeno es generalmente abundante en sistemas hidropónicos con regímenes de fertilización mantenidos adecuadamente, los géneros Azospirillum y Azotobacter pueden ayudar a mantener formas movilizadas de nitrógeno en sistemas con mayor crecimiento microbiano en la rizosfera. [86] Los métodos de fertilización tradicionales a menudo conducen a altas concentraciones acumuladas de nitrato dentro del tejido vegetal en el momento de la cosecha. Se ha demostrado que Rhodopseudo-monas palustris aumenta la eficiencia en el uso del nitrógeno, aumenta el rendimiento y disminuye la concentración de nitrato en un 88% en la cosecha en comparación con los métodos tradicionales de fertilización hidropónica en verduras de hojas verdes. [87] Muchas Bacillus spp., Pseudomonas spp. y Streptomyces spp. convertir formas de fósforo en el suelo que no están disponibles para la planta en aniones solubles al disminuir el pH del suelo, liberar fósforo unido en forma quelada que está disponible en un rango de pH más amplio y mineralizar el fósforo orgánico. [86]
Algunos estudios han encontrado que los inoculantes de Bacillus permiten que la lechuga de hoja hidropónica supere el alto estrés salino que de otro modo reduciría el crecimiento. [88] Esto puede ser especialmente beneficioso en regiones con alta conductividad eléctrica o contenido de sal en su fuente de agua. Esto podría evitar potencialmente los costosos sistemas de filtración por ósmosis inversa y, al mismo tiempo, mantener un alto rendimiento de los cultivos.
Manejar las concentraciones de nutrientes, la saturación de oxígeno y los valores de pH dentro de rangos aceptables es esencial para una horticultura hidropónica exitosa . Las herramientas comunes utilizadas para gestionar soluciones hidropónicas incluyen:
También se pueden utilizar equipos químicos para realizar análisis químicos precisos de soluciones nutritivas. Los ejemplos incluyen: [70]
El uso de equipos químicos para soluciones hidropónicas puede ser beneficioso para los productores de cualquier origen porque las soluciones nutritivas suelen ser reutilizables. [89] Debido a que las soluciones de nutrientes prácticamente nunca se agotan por completo, y nunca deberían deberse a la presión osmótica inaceptablemente baja que resultaría, la refortificación de soluciones antiguas con nuevos nutrientes puede ahorrar dinero a los productores y controlar la contaminación de fuente puntual , una fuente común. para la eutrofización de lagos y arroyos cercanos. [89]
Aunque los aficionados a la hidroponía y los pequeños productores comerciales generalmente compran soluciones de nutrientes concentradas premezcladas a fabricantes de nutrientes comerciales, existen varias herramientas para ayudar a cualquiera a preparar sus propias soluciones sin un conocimiento amplio sobre química. Las herramientas gratuitas y de código abierto HydroBuddy [90] e HydroCal [91] han sido creadas por químicos profesionales para ayudar a cualquier cultivador de hidroponía a preparar sus propias soluciones nutritivas. El primer programa está disponible para Windows, Mac y Linux, mientras que el segundo se puede utilizar a través de una sencilla interfaz JavaScript. Ambos programas permiten la preparación básica de soluciones nutritivas, aunque HydroBuddy proporciona funciones adicionales para usar y guardar sustancias personalizadas, guardar formulaciones y predecir valores de conductividad eléctrica.
A menudo, mezclar soluciones hidropónicas utilizando sales individuales no resulta práctico para los aficionados o los productores comerciales a pequeña escala porque los productos comerciales están disponibles a precios razonables. Sin embargo, incluso cuando se compran productos comerciales, los fertilizantes multicomponente son populares. A menudo, estos productos se compran en fórmulas de tres partes que enfatizan ciertas funciones nutricionales. Por ejemplo, son populares las soluciones para el crecimiento vegetativo (es decir, con alto contenido de nitrógeno), la floración (es decir, con alto contenido de potasio y fósforo) y las soluciones de micronutrientes (es decir, con oligoelementos). El momento y la aplicación de estos fertilizantes multicomponentes deben coincidir con la etapa de crecimiento de la planta. Por ejemplo, al final del ciclo de vida de una planta anual , se le debe restringir el uso de fertilizantes con alto contenido de nitrógeno. En la mayoría de las plantas, la restricción de nitrógeno inhibe el crecimiento vegetativo y ayuda a inducir la floración . [71]
Con la reducción de los problemas de plagas y la alimentación constante de nutrientes a las raíces, la productividad en hidroponía es alta; sin embargo, los productores pueden aumentar aún más el rendimiento manipulando el entorno de una planta mediante la construcción de salas de cultivo sofisticadas . [92]
Para aumentar aún más el rendimiento, algunos invernaderos sellados inyectan CO 2 en su entorno para ayudar a mejorar el crecimiento y la fertilidad de las plantas.
Por supuesto, no es inconcebible que la industria pueda desarrollar y fabricar equipos con una economía notablemente mayor que la actual, aumentando así la cantidad de cultivos que se pueden cultivar económicamente.
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