sistemas hidropónicos

Sistemas Hidropónicos2020Autores: Mónica Flores, Elizabeth González y Víctor Escalona

Pág. 2 FIC, IDI 30474703-0 Transferencias Hortalizas

Figura 1: Esquema sistema Gericke (Urrestarazu, 2015).

Estructura de malla metálica sobre la solución, para soportar las plantas en bandeja

Tanque construido en cemento refozado u otros materiales

Raíces tipo aire-suelo

Raíces tipo agua

Espacio entre las dos formas de raíces especializadas, favorece el desarrollo de la planta

Solución nutritiva donde tiene lugar la mayor parte del desarrollo radical

Figura 2: Sistema de aireación por compresión (Urrestarazu, 2015).

Compresor de aire

Grifo de evacuación de la bancada

Control de nivel de la solución nutritiva

La hidroponía es una técnica de cultivo de plantas en solución nutritiva con o sin el uso de un medio de soporte (grava, vermiculita, lana de roca, turba, aserrín, fibra de coco, etc.). La palabra hidroponía fue acuñada por el profesor William Gericke a principios de los años treinta y describió el crecimiento de plantas con sus raíces suspendidas en una solución que contenía nutrientes minerales solubles en agua. La mayoría de los sistemas hidropónicos operan para controlar automáticamente la cantidad de agua y nutrientes, según los requisitos de la planta. En un sistema hidropónico se puede cultivar todo tipo de plantas como, por ejemplo: hortalizas, flores, pasto para forraje, plantas ornamentales e incluso cactus.

Cultivo en agua

Referirse a la hidroponía como cultivo en agua es un concepto errado, ya que el cultivo se realiza siempre en una solución nutritiva. Sin embargo, hace referencia a que no utiliza ningún tipo de anclaje sólido para el desarrollo del cultivo, por lo que las raíces están suspendidas en la solución.

Sistemas Gericke

Los primeros cultivos comerciales fueron desarrollados por W. Gericke. En sus inicios consistían en canales realizados con cartón y recubierto con una capa de material impermeable para aislar la solución nutritiva. Posteriormente fueron construidos con hormigón y de igual manera recubiertos con material impermeable. Sobre los canales se posicionaban mallas metálicas recubiertas con una capa de pintura asfáltica, para evitar la fitotoxicidad que pudiesen ocasionar los metales. Sus dimensiones eran 60 cm de ancho, por 15 cm de alto y 10 m de largo (Figura 1).

Sistemas hidropónicos

En cuanto al cultivo, se utilizaba el sistema de siembra directa o trasplante de plántulas. En el primer caso se utilizaba una capa de material muy fino y bajo ella una mezcla de sustrato más grueso, por ejemplo: paja, recortes de madera, aserrín grueso, turba, etc. Para el método de siembra por trasplante el material sobre el que se colocaba el plantín podía ser un sustrato grueso como los antes mencionados. Este sistema no fue exitoso para fines comerciales, ya que su factor limitante era la falta de oxigenación, debido a lo anterior se realizaron una serie de mejoras.

AireaciónPara incorporar oxigenación en los cultivos hidropónicos

es necesario utilizar un sistema de aireación. Existen diversos métodos bajo investigación, siendo el más usado el burbujeo continuo de aire generado por un compresor (Figura 2). Su fácil construcción e incorporación en el sistema hidropónico lo hacen recomendable para unidades caseras y comerciales. Por lo general, valores por debajo de los 3-4 mg L-1 de oxígeno disuelto en la solución nutritiva provocan una disminución en el crecimiento radicular y una coloración parda en raíces. Estos últimos, son los 2 síntomas de una escasa aireación más fáciles de detectar (Urrestarazu, 2004).

En los sistemas que utilizan solución nutritiva recirculante es posible incorporar oxigenación o incrementarla si es que ya cuenta con un sistema de aireación provocando un salto de agua desde el drenaje hasta el tanque de recogida. Para una adecuada oxigenación se recomienda 50 cm de caída de agua en el retorno del drenaje y 50 cm de caída en el agua de relleno (Urrestarazu, 2004). En sistemas de NFT ha dado muy buen resultado el efecto Venturi que se produce desde la cabecera hacia los conectores. Otra recomendación para incrementar la oxigenación de la solución nutritiva es el corte de suministro de solución nutritiva en el canal de cultivo cada 20 minutos durante 20 minutos (Urrestarazu, 2004).


Temperatura de la solución °C

Concentración de cloruro en el agua mg L-1 Diferencia cada 100 g de cloruro0 5.000 10.000 15.000 20.000

Oxígeno disuelto en mg L-1

0 14,6 13,8 13,0 12,1 11,3 0,0171 14,2 13,4 12,6 11,8 11,0 0,0162 13,8 13,1 12,3 11,5 10,8 0,0153 13,5 12,7 12,0 11,2 10,5 0,0144 13,1 12,4 11,7 11,0 10,3 0,0145 12,8 12,1 11,4 10,7 10,0 0,0146 12,5 11,8 11,1 10,5 9,8 0,0137 12,2 11,8 10,9 10,2 9,6 0,0138 11,9 11,2 10,6 10,0 9,4 0,0139 11,6 11,0 10,4 9,8 9,2 0,012

10 11,3 10,7 10,1 9,6 9,0 0,01211 11,1 10,5 9,9 9,4 8,8 0,01112 10,8 10,5 9,7 9,2 8,6 0,01113 10,6 10,1 9,5 9,0 8,5 0,01114 10,4 9,9 9,3 8,8 8,3 0,01015 10,2 9,7 9,1 8,6 8,1 0,01016 10,0 9,5 9,0 8,5 8,0 0,01017 9,7 9,3 8,8 8,3 7,8 0,01018 9,5 9,1 8,6 8,2 7,7 0,00919 9,4 8,9 8,5 8,0 7,6 0,00920 9,2 8,7 8,3 7,9 7,4 0,00921 9,0 8,6 8,1 7,7 7,3 0,00922 8,8 8,4 8,0 7,6 7,1 0,00823 8,7 8,3 7,9 7,4 7,0 0,00824 8,5 8,1 7,7 7,3 6,9 0,00825 8,4 8,0 7,6 7,2 6,7 0,00826 8,2 7,8 7,4 7,0 6,6 0,00827 8,1 7,7 7,3 6,9 6,5 0,00828 7,9 7,5 7,1 6,8 6,4 0,00829 7,8 7,4 7,0 6,6 6,3 0,00830 7,6 7,3 6,9 6,5 6,1 0,008

Tabla 2: Solubilidad del oxígeno en agua expuesta al aire saturado de humedad y una atmósfera de presión (Schwarz, 1995).

Distancia desde la

cabecera del canal (m)

Con glucosa en la solución

Insuflado de nitrógeno

Sin plantas

Con plantas

Sin plantas

Con plantas

Tanque colector

1,7 3

0,3 2,2 0,4 3,4 2,81,5 3,6 0,5 4,2 1,33,2 4,9 0,4 5,1 1,75 6 0,3 5,5 1,7

Tabla 1: Disminución de la presencia de oxígeno (mg L-1) en función de la distancia al punto de inyección de la solución nutritiva en un cultivo en NFT (Gislerød y Kempton, 1983).

Por otro lado, es importante mencionar que existe una correlación inversa entre la temperatura y la solubilidad del oxígeno en la solución. Así, a mayor temperatura, menor concentración de oxígeno presentará en una solución. Por esta razón, es común obtener valores inferiores de oxígeno disuelto en las horas de mayor temperatura, tal como se muestra en una solución nutritiva saturada de oxígeno en Tabla 2.


Figura 5: Sistema NFT CEPOC, Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universidad de Chile.

Figura 4: Cultivo en agua recirculante ubicada en Plantinera Coopeumo.

Figura 3: Cultivo en solución recirculante, CEPOC, Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universidad de Chile.

Sistemas hidropónicos flotantes

En este sistema el cultivo se encuentra “flotando” sobre la solución nutritiva, lo cual ocurre al poner planchas de poliestireno expandido rectangulares o cuadradas directamente sobre la solución. Estas planchas, son el medio de soporte del cultivo y cuentan con perforaciones distanciadas según la especie de interés y densidad deseada. Este sistema resuelve el problema del sistema Gericke respecto a la sujeción de las plantas sobre la solución nutritiva. La estructura normalmente es de madera y recubierta con una película plástica para aislarla de la solución nutritiva y evitar filtraciones. En este tipo de sistema la solución nutritiva circula hacia un tanque de reserva, el cual tiene un menor volumen que el de la mesa de cultivo. En él, la solución puede ser oxigenada con un compresor para luego ser bombeada de vuelta a la mesa.

Cultivo en solución recirculante

Las unidades de cultivo son mesas de cultivo de 80 cm de ancho, 3 m de largo y 15 a 20 cm de profundidad, de los cuales entre 6 y 8 cm quedan sumergidos. El nivel de la solución nutritiva se mantiene debido a un rebosadero que se conecta con un tanque de almacenamiento. La solución nutritiva es suministrada por uno o dos tubos que inyectan solución nutritiva con presión y aire comprimido. El suministro de solución se hace por 10 minutos cada hora, lo cual puede variar según el cultivo, también puede contar con tuberías de aireación extra dentro de la mesa si se requiere (Figuras 3 y 4).

Nutrient Film Tecnique (NFT)

El NFT, cuya traducción al español es Técnica de Cultivo con Flujo Laminar de Nutrientes, se creó para evitar los principales problemas de hipoxia radicular, en especial para

el cultivo de hojas a gran escala. En Chile el NFT ha sido utilizado estos últimos años como un sistema de cultivo sin suelo de tipo cerrado, ya que hay una recirculación de la solución nutritiva (Figura 5).

Principio del sistema NFTEste sistema se basa en la mantención de una delgada

lámina de solución nutritiva que circula por un canal a través de las raíces de las plantas, de esta forma las plantas absorben nutrientes y oxígeno de manera eficiente. La altura de la lámina debe ser de 4 a 5 mm, para lo cual se debe elegir un canal adecuado. Tanto las canaletas cóncavas o circulares dificultan obtener una lámina fina de solución nutritiva, por esto es recomendable el uso de canaletas rectangulares. El flujo de solución nutritiva recomendado es de 2 litros por minuto, aunque en la literatura se reportan flujos de 1 a 4 litros por minuto. La oxigenación de las raíces se obtiene de la solución nutritiva y el espacio libre al interior de la canaleta. Finalmente, para que la solución circule sin problema, se recomienda que tengan una pendiente del 2%. Pendientes superiores al 4% dificultan la absorción de agua y nutrientes. Por otro lado, es aconsejable una longitud de canaletas de no más de 15 metros de largo, ya que a


Figura 6: Cultivo de lechugas creciendo en un sistema de aeroponía (Navarrete et al., 2020).

medida que avanza la solución nutritiva por la canal, ésta va disminuyendo la concentración de oxígeno disuelto, pudiendo afectar el desarrollo de las plantas.

Componentes del sistema NFT• Estanque colector.• Canales de cultivo.• Bomba.• Redes de distribución y colectoras.• Solución nutritiva.

Aeroponía

Consiste en cultivos en contenedores cerrados en donde las raíces se encuentran en una atmósfera saturada de humedad y fertirregadas de manera continua o discontinua con una mezcla de agua y nutrientes. Para mantener la humedad en el sistema radicular se utilizan aspersores posicionados dentro y/o sobre los contenedores. El agua que no es absorbida por las plantas es recolectada en un estanque.

Cultivo en sustrato

En este tipo de sistemas se incumple la regla de que el cultivo se mantenga en una solución acuosa. La aireación en estos cultivos, en comparación con los cultivos en agua, es mayor, por lo que la hipoxia es menos frecuente. Debido a lo anterior, se presenta como una solución alternativa a la baja oxigenación observada en otros sistemas. A diferencia de los cultivos en agua el cultivo en sustrato no presenta una disponibilidad ilimitada de agua en las raíces, por lo que la programación del riego es determinante para el correcto desarrollo del cultivo. Para conseguir una adecuada producción se debe encontrar el punto de equilibrio entre agua-aire mediante el manejo del riego y la fertirrigación.

Cultivo en arenaEs un sustrato muy utilizado por su bajo costo. Se puede

utilizar durante largos periodos de tiempo ya que no altera

sus características físicas y permite una fácil desinfección para ser reutilizada. Se puede utilizar de las siguientes formas:

Cultivo en lecho de arena El lecho de arena cubre la totalidad de la superficie del

invernadero y se aplana dejando una pendiente de 0,2 a 0,3%. Luego la base del terreno se cubre con una lámina doble de polietileno de un grosor suficiente para evitar roturas, sobre las láminas plásticas se ponen tuberías de drenaje que se sitúan en sentido de la pendiente y todo esto se cubre con arena.

Cultivo en bancadas de arenaLas bancadas se construyen con madera o se excavan,

una vez nivelado el terreno, se cubren con polietileno o se recubren con algún material impermeabilizante y se rellena con arena. Las medidas comúnmente utilizadas son de 1 m de ancho por varios metros de largo, el riego es por subirrigación a través de una tubería y posteriormente es drenado por la misma tubería.

Arena

Superficie del invernadero

Tubería de drenaje

Polietileno

Arena

Superficie del invernaderoPolietileno

Tubería de drenaje

Figura 7: Esquema cultivo en bancadas de arena.

Cultivo en sacos de arena y contenedoresConsiste en sacos de polietileno bicolor con 30 cm de

ancho, el largo depende del invernadero y la dirección en que se colocan. Se realizan orificios en la base del contenedor para drenar el riego. Este sistema puede presentar variaciones, sustituyendo un único saco largo por unidades de menor tamaño, incluso en sacos individuales para cada planta. Estos sistemas, además, pueden ser rellenados con perlita, turba, fibra de coco entre otros o mezclas de ellos.

Cultivo en contenedores individualesTanto la morfología como el volumen de los

contenedores son muy variados. Esta morfología es muy importante al momento de planificar el fertirriego ya que la relación entre el sustrato y lo absorbido por el cultivo debe ser considerado. Se clasifican en:


Figura 9: Cultivo de papas chilotas en contenedores de 20 L con mezcla de sustrato (fibra de coco y perlita) CEPOC, Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universidad de Chile.

Figura 10: Rollo de multibanda de sistema NGS y esquema multi-banda (Ngssystem, 2018).

Figura 8: Contenedor con mayor dimensión de plano horizontal. United Farms, Querétaro (México).

Ver

tical

Hor

izont

al

Contenedor con mayor dimensión de plano horizontal

Tienen como ventaja una mayor retención de agua, ya que la columna de presión es menor si estos se disponen de manera paralela con las líneas de riego, lo que facilita el trabajo del agricultor y las tareas mecanizadas. Ejemplos de este tipo de contenedores son los siguientes:

• Sacos de perlita con una sección transversal más o menos cilíndrica y longitud de 1,20 m, con un volumen de total de 40 L.

• Tablas de lana de roca o fibra de coco. Se comercializan en varios tamaños, pero la más común es de 10x10x100 cm.

• Contenedor alargado de un volumen de 34 L, se suelen emplear rellenos con arena.

• Contenedores alargados más o menos cilíndricos con fibra de coco. Son de diversos tamaños y volúmenes, los más comunes son los de 24 L.

Contenedor con mayor dimensión en plano vertical

Los contenedores con mayor dimensión vertical tienen como principal ventaja una mayor inercia térmica, útil en climas áridos (para ciertas plantas puede ser muy importante). Por su propia morfología se pueden rellenar muy fácilmente. Por lo tanto, se pueden fabricar en materiales de larga duración, generando menor impacto medio ambiental. Ejemplos de estos son los siguientes:

• Bolsas de polietileno negro de volumen variable que se rellenan con perlita y fibra de coco.

• Contenedores de 20 a 24 L de poliestireno expandido que suelen emplearse con rellenos de fibra de coco o perlita (Figura 9) (Urrestarazu, 2004).

NGS (New Growing System)

El sistema consta de multibandas formadas por capas de polietileno con absorbentes de la radiación UV (Figura 10). La multibanda tiene agujeros que no coinciden entre sí para favorecer el crecimiento radicular, el espacio entre las bandas favorece la oxigenación del cultivo (Figura 10). Se basa en la recirculación de la solución nutritiva al interior de las capas de la multibanda, la cual no necesita ser continua, pero dependerá del cultivo y de las condiciones ambientales.

El número de capas dependerá del cultivo y tamaño del sistema radicular. La instalación de la multibanda es sobre una celosía que consta con tuberías de distribución y recolección de la solución nutritiva. La pendiente recomendada para tomates y frutillas es de 2% y para lechugas de 2 a 4% (Figura 11). El color de la multibanda es blanco en el exterior para reflejar la radiación y negro hacia el interior para evitar el crecimiento de microalgas y bacterias. El material de fabricación de las multibandas permite a su vez, la implementación de sistemas de desinfección (tratamiento térmico, radiación UV, ozono, H2O2 e hidrólisis salina) (Urrestarazu, 2004).


Figura 11: Cultivo de frutilla en sistema NGS (Ngssystem, 2018).

AGRADECIMIENTOS

Se agradece al proyecto “Aumento del valor funcional y calidad organoléptica de hortalizas de hoja producidas en la región de O’Higgins mediante la aplicación controlada de estreses ambientales en sistemas de producción forzada y mínimo procesamiento IDI 30474703-0”. Financiado por el Fondo de Innovación para la Competitividad de la región del Libertador General Bernardo O’Higgins (Chile).

Bibliografía

Navarrete, J.; A. Pinto; J. Covarrubias, y R. Pertuzé. 2020. Evaluación de un sistema modular aeropónico mediante el uso de dos tipos de nebulizadores para el cultivo de lechuga (Lactuca sativa L.). 70a Congreso Agronómico, 7 al 9 de enero de 2020, Santiago, Chile.

Gislerød, H y R. Kempton. 1983. The oxygen content of flowing nutrient solutions used for cucumber and tomato culture. Scientia Horticulturae, 20(1): 23-33.

NgsSystem. 2018. [en línea]. Almería, España: New growing system. Recuperado en: <http://ngsystem.com/es/ngs/descargas> Consultado el: 04 de agosto de 2020.

Schwarz, M. 1995. Water. (cap. 5, pp. 92-107). Soilless culture management. Berlin, Alemania: Springer. 198p. Urrestarazu, M. 2015. Componentes, bases y sistemas de los cultivos sin suelo. (cap.1, pp. 3-62). Manual práctico de

cultivo sin suelo e hidroponía. Madrid, España: Mundi Prensa Libros. 241p.Urrestarazu, M. 2004. Bases y sistemas de los cultivos sin suelo (cap. 1, pp. 3-48). Tratado de cultivo sin suelo. Edición

N°3. Madrid, España: Mundi Prensa Libros. 914p.

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