SISTEMAS DE CULTIVO EN SUSTRATO: A SOLUCIÓN PERDIDA Y CON RECIRCULACIÓN DEL LIXIVIADO (1ª parte) 1. Introducción |
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1. INTRODUCCIÓN
En las últimas décadas la horticultura intensiva, fundamentalmente de los países desarrollados, ha sufrido grandes cambios, de manera que la necesidad de incrementar las producciones para satisfacer la demanda de los mercados y para mantener la rentabilidad de estos sistemas productivos, ha llevado hacia un mayor control ambiental con el fin de poder optimizar el desarrollo de los cultivos. En este sentido el control de la nutrición vegetal ha sido posible gracias a los sistemas de cultivo sin suelo, con los que se ha podido eliminar el efecto amortiguador ejercido por el suelo y así someter la plantación a las condiciones deseadas de fertirrigación.
Para que un sistema de cultivo sin suelo pueda ser empleado a nivel comercial, es necesario que permita el desarrollo de la raíz en perfectas condiciones, de manera que debe aportar de forma óptima los siguientes elementos:
- Aireación: la raíz obtiene la energía que necesita por medio de la respiración quemando carbohidratos, y requiere por tanto disponer del oxígeno necesario para ello. Después de cada riego, y una vez establecido el equilibrio hídrico, deberá quedar en el medio suficiente aire para asegurar el suministro de oxígeno. Las necesidades dependerán de la intensidad respiratoria, que es función de la temperatura, la fase de desarrollo, etc, pero en cualquier caso se requiere que un mínimo de un 20-30 % del espacio útil quede ocupado por aire en sistemas que utilizan sustrato.
- Agua: deberá estar continuamente disponible para la planta en unas condiciones de extracción muy favorables. El volumen y la configuración de espacios condicionará la frecuencia y dosis de riego.
- Solutos: entre los elementos químicos disueltos deberán encontrarse todos los necesarios para la nutrición de la planta en cantidades suficientes para prevenir las carencias, pero no excesivas para evitar niveles altos de presión osmótica a vencer por la raíz.
- Temperatura: deberá ser la apropiada para asegurar una óptima actividad biológica en la raíz. Si es excesivamente baja, ésta se ralentizará y, si es demasiado alta, el exceso de actividad acarreará un despilfarro de energía. E incluso, si se sobrepasan ciertos valores extremos, la raíz muere.
Cualquier sistema de cultivo sin suelo adoptado funcionará tanto mejor cuanto más óptimamente proporcione los elementos antes mencionados. Así, los sistemas con sustrato dependerán muy directamente del manejo del riego para conseguir un adecuado equilibrio aire/agua, mientras que en los hidropónicos es la aireación el principal problema, al contrario de lo que sucede en los aeropónicos, en los que la dificultad estriba en mantener humedecida toda la raíz.
2. COMPONENTES DE UN SISTEMA DE CULTIVO SIN SUELO
Cualquier sistema de cultivo sin suelo que se desarrolle, va a estar definido por tres componentes básicos, que son:
- Las unidades elementales de cultivo (sacos, macetas, canalones, etc).
- El equipamiento adecuado (automatismos, equipo de riego, etc).
- La tecnología necesaria para su correcto manejo.
Para conseguir un resultado satisfactorio del cultivo, será necesario conjuntar adecuadamente estos elementos.
Se puede definir la unidad elemental de cultivo como el módulo básico que comprende un espacio de cultivo común, de características determinadas, y que es utilizado como rizosfera por una o más plantas que tienen sus raíces en contacto, empleando conjuntamente dicho espacio (tabla de lana de roca, saco de perlita, canalón de cultivo hidropónico, etc). Estas unidades elementales pueden estar interconectadas a través de la solución nutritiva (sistemas cerrados) o bien pueden estar completamente aisladas y sin riesgo de transmisión de patógenos radiculares de unas a otras a través de dicha solución (sistemas abiertos).
Cada módulo unitario consta de dos elementos: por un lado el contenido o sustrato que es el medio donde va a desarrollarse la raíz del cultivo, y por otro el contenedor o recipiente que se encarga de aislar, dar forma y condicionar en gran medida las propiedades del contenido. Sin embargo, no siempre aparecen estos dos componentes, ya que a veces se prescinde del sustrato de cultivo, como ocurre en los hidropónicos puros, en los que la raíz se encuentra inmersa directamente en la solución nutritiva. Asimismo, existen sustratos rígidos en los que el contenedor (generalmente una lámina de polietileno) tiene como única función impedir la penetración de la luz hasta el medio radicular y evitar una excesiva desecación de éste.
Veamos por separado cada uno de los componentes de la unidad elemental de cultivo.
a) Contenedores: están compuestos por materiales de diversa naturaleza y su finalidad es la de delimitar el espacio radicular, proporcionándole aislamiento térmico y preservándolo de la luz, los agentes contaminantes, la pérdida de agua por evaporación, etc.
Cuando en el sistema de cultivo se utilizan sustratos amorfos, el contenedor con sus características propias influye directamente en el comportamiento del sustrato, condicionando sus propiedades físicas al adquirir la forma determinada por el contenedor. Cuando los sustratos son rígidos (lana de roca, foam, etc) o no existen (hidropónicos, aeropónicos, etc), esto no sucede pero aún así condiciona enormemente las características de la rizosfera (pendiente, altura de agua, aislamiento, etc), por lo que su importancia es muy grande en el comportamiento final del sistema. Un ejemplo de la influencia del contenedor sobre las propiedades del sustrato lo encontramos en la inercia térmica, la cual está más condicionada por el volumen, material y forma del contenedor, que por la naturaleza del sustrato contenido pues, al estar éste completamente humedecido, su coeficiente de transmisión calorífica varía muy poco de uno a otro, estando siempre muy próximo al del agua.
En un principio los contenedores se construían de materiales pesados y duraderos (hormigón, hierro, cerámica, asfalto, etc), constituyendo así las primitivas bancadas de cultivo. Actualmente se utilizan materiales mucho más ligeros, impermeables e inertes, generalmente plásticos (polietileno, polipropileno, etc), rígidos, semirrígidos o flexibles, de precio asequible y fácil manejo y reposición.
b) Sustratos: como se ha comentado con anterioridad, el sustrato no siempre es necesario en los sistemas de cultivo sin suelo. Sin embargo, actualmente casi la totalidad de los sistemas empleados a nivel comercial utilizan algún tipo de sustrato.
Cualquier sustrato potencial tiene unas características y propiedades intrínsecas que debemos conocer y estudiar para diseñar el contenedor más apropiado, de forma que el módulo de cultivo resultante, sometido a un correcto manejo, proporcione a la raíz el medio favorable que veíamos con anterioridad. Dentro de estas propiedades tenemos tanto físicas (porosidad, retención de agua, densidad, estructura, granulometría), como químicas (capacidad de intercambio catiónico, poder tampón, solubilidad) y biológicas.
3. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CULTIVO SIN SUELO
Los sistemas de cultivo sin suelo se pueden clasificar en tres grandes grupos dependiendo del medio en el que se desarrollen las raíces: cultivos en sustrato, cultivos en agua o hidropónicos y cultivos en aire o aeropónicos. Aquí nos centraremos exclusivamente en los primeros.
Dentro de los cultivos en sustrato podemos distinguir a su vez tres tipos en función de su manejo. En primer lugar tenemos aquellos sistemas que funcionan por inundación periódica del sustrato mediante subirrigación y en los que posteriormente se realiza la recogida de los sobrantes, como es el caso de las bancadas de grava. En segundo lugar se encuentran aquellos sistemas que utilizan un sustrato con una baja capacidad de retención de agua y una elevada aireación (grava, arlita, etc), de forma que requieren un aporte muy frecuente de solución nutritiva a nivel superficial para asegurar un suministro adecuado de agua y nutrientes al cultivo. Por último están los sistemas convencionales que emplean algún sustrato con una capacidad de retención de agua importante (lana de roca, perlita, fibra de coco, arena, etc), de forma que requieren el aporte de riegos puntuales en función de las necesidades hídricas del cultivo, con el fin de lograr una adecuada relación agua/aire en el mismo.
Los dos primeros son sistemas cerrados ya que la solución ha de recircularse con el fin de evitar el despilfarro de agua y nutrientes. En cuanto al tercero, puede ser indistintamente abierto o cerrado dependiendo del manejo que se realice de la solución.
3.1. Cultivo en grava con subirrigación
Este sistema de cultivo sin suelo consiste en una serie de bancadas construidas in situ a base de cemento o bien prefabricadas, pudiendo ser también éstas últimas de asbesto-cemento o incluso de materiales plásticos. Dichas bancadas suelen presentar una longitud de 20-35 m, una anchura de 0,8-1,2 m y una profundidad de 0,20-0,30 m, debiendo tener una pendiente del 0,1 al 0,5 % para facilitar la salida del lixiviado. Además resulta conveniente recoger éste mediante una conducción porosa situada en el centro de la bancada, que debe cubrirse con un agregado grueso para evitar que el sustrato tapone el drenaje.
Las bancadas se rellenan de un agregado inerte, generalmente grava, con un tamaño superior a los 3 mm de diámetro para facilitar la circulación de la solución. Dichas bancadas se inundan periódicamente con la solución nutritiva y posteriormente se dejan drenar, recogiéndose la solución sobrante en un depósito. Dependiendo de cómo se haga circular dicha solución, se pueden distinguir diferentes sistemas de cultivo por subirrigación. En la figura 1 se representa un sistema de alimentación directa, en el que la solución se bombea desde el depósito de recogida a través del sistema de drenaje hasta alcanzar el nivel adecuado, momento en el cual la bomba se desconecta y la solución drena de nuevo al depósito.
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Figura 1. Cultivo en grava subirrigado con alimentación directa.
Cuando la bancada es muy larga, se puede utilizar un sistema de alimentación por gravedad como el que se representa en la figura 2 , en el que la solución se bombea desde el depósito de recogida del lixiviado hasta otro situado en cabeza en el extremo opuesto. Desde aquí vuelve a las bancadas por gravedad.
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Figura 2. Cultivo en grava subirrigado con alimentación por gravedad (8).
Un inconveniente importante del sistema de cultivo por subirrigación es el elevado coste de las bancadas. Además implica la presencia de estructuras permanentes en el invernadero en el caso de que se fabriquen in situ.
3.2. Cultivo en sustratos de baja capacidad de retención de agua con aporte en superficie de la solución nutritiva
Consiste en el empleo de un sustrato de granulometría gruesa, tal como grava, arlita, perlita A-13, etc, de forma que el gran tamaño de sus poros suponga una baja relación superficie/volumen y que el equilibrio tensión superficial/fuerzas gravitacionales se establezca cuando dichos poros contengan un bajo volumen de agua, formando una película de espesor fino.
Este bajo poder de retención implica la necesidad de establecer una alta frecuencia de riegos para evitar la desecación excesiva del sustrato y el déficit hídrico del cultivo. Con el fin de facilitar el manejo del sistema y simplificar la instalación, resulta útil dar riegos cíclicos, dejando cortos periodos de pausa entre ellos para favorecer la aireación de la rizosfera. Esto puede conseguirse manteniendo arrancada de forma continua la bomba de riego y dividiendo la zona de cultivo en dos sectores gobernados por sendas electroválvulas que abren y cierran alternativamente, de forma que, cuando uno de ellos está regando, el otro se encuentra parado y viceversa; de esta forma evitamos que la bomba tenga que arrancar un número elevado de veces a lo largo del día, lo cual incrementa su desgaste y el consumo de energía.
El gran volumen de solución nutritiva aportada con respecto a las necesidades de absorción del cultivo, conlleva la existencia de un alto porcentaje de lixiviación, de tal forma que el sistema puede ser manejado desde el punto de vista de la fertirrigación como un sistema hidropónico puro y el cabezal de riego puede ser el mismo.
El sustrato puede disponerse en contenedores de distinto tipo, como por ejemplo canalones o macetas. En cualquier caso hay que asegurar una adecuada evacuación del lixiviado con el fin de evitar problemas de encharcamiento, impidiendo que se acumule la solución en la parte inferior del sustrato. Si se emplean canalones impermeables de gran longitud, será necesario colocar una tubería de drenaje en el fondo para conseguir ese objetivo. Igualmente resulta imprescindible llevar a cabo la recogida de la solución sobrante mediante el propio canalón de cultivo u otro auxiliar con el fin de proceder a su recirculación ya que, de lo contrario, el gasto de agua y nutrientes sería excesivamente elevado.
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