SISTEMAS DE CULTIVO EN SUSTRATO: A SOLUCIÓN PERDIDA Y CON RECIRCULACIÓN DEL LIXIVIADO (2ª parte) 1. Introducción |
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3.3. Cultivo en sistemas convencionales con sustrato
Son los más extendidos desde un punto de vista comercial, por lo que nos centraremos en ellos de ahora en adelante. El tipo de sustrato empleado puede ser muy variado, pero en general se busca que presente una alta capacidad de retención de agua, sin que ello limite la aireación de la raíz, con el fin de poder reducir el número de riegos y facilitar así el manejo del sistema. Del mismo modo resulta importante que presente una estructura estable y una baja velocidad de descomposición para que su vida útil sea la mayor posible.
Inicialmente se empezaron a utilizar bancadas rellenas de arena. Después se ha tendido hacia el empleo de materiales más estandarizados como la lana de roca y la perlita, dispuestos en sacos de plástico, los cuales resultan más económicos y fáciles de manejar.
3.3.1. Cultivo en bancadas de arena
Estas bancadas se suelen construir in situ a base de cemento recubierto con pintura epóxica para protegerlo de la solución nutritiva ácida, aunque también se puede emplear fibra de vidrio, láminas de asbesto u otros materiales. Asimismo se utilizan láminas de polietileno o PVC para disminuir los costes, fijadas en los lados con bloques de cemento o madera, e incluso se llegan a excavar zanjas en el suelo que se recubren con plástico y se rellenan de sustrato. Esto último resulta barato pero tiene el inconveniente de que es difícil localizar y reparar las roturas y existe el riesgo de que las enfermedades del suelo se extiendan por todo el medio. Otra posibilidad es el empleo de canalones de polipropileno u otro material similar rellenos de sustrato.
Tradicionalmente se ha empleado en este sistema la arena como sustrato, la cual debe presentar una granulometría comprendida entre 1 y 3 mm para conseguir una adecuada relación agua/aire que permita un óptimo desarrollo de las raíces del cultivo. Es importante evitar la presencia en ella de materiales finos tales como limos y arcillas, los cuales tienden a acumularse en el fondo de las bancadas, provocando el encharcamiento y la falta de aireación de las raíces. Aparte de la arena también resulta factible emplear otros materiales, como por ejemplo perlita, turba, fibra de coco, etc, aunque su vida útil es inferior.
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Figura 3. Sistema de bancadas de arena con drenaje lateral.
En las figuras 3 y 4 se representan distintos tipos de bancadas para cultivo en arena. En general se construyen con una ligera pendiente hacia uno de los extremos que oscila entre el 0,4 y el 0,8 %, debiendo ser mayor cuanto más ancha sea la bancada. En cuanto a la profundidad ésta varía en función del tipo de sustrato empleado, pero se considera un mínimo de 25 a 35 cm.
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Figura 4. Sistema de bancadas de arena con drenaje central (8).
La solución nutritiva se aplica sobre la superficie del sustrato mediante tuberías con emisores dispuestas a tal fin. En lo que se refiere a la evacuación del lixiviado, éste puede realizarse lateralmente a través de orificios de drenaje regularmente distribuidos a lo largo de la bancada, o bien mediante una tubería de plástico situada en el fondo y perforada a intervalos para permitir la entrada de dicho lixiviado.
Un inconveniente importante de este sistema de cultivo, aparte del elevado coste de ejecución de las bancadas tradicionales y su escasa maniobrabilidad, es la necesidad de realizar desinfecciones periódicas de la arena (generalmente anuales) con formaldehído o hipoclorito sódico, para evitar enfermedades de suelo y ataques de nematodos.
Una modificación especial del sistema de bancadas de arena es el cultivo en arena en toda la superficie del invernadero, en el cual, una vez laboreado y nivelado el terreno con un 0,2-0,3 % de pendiente, se coloca sobre él una doble capa de plástico para evitar que las raíces se anclen en el suelo. Encima se disponen las tuberías de drenaje a favor de la pendiente y a continuación se esparce arena no excesivamente fina por toda la superficie. En zonas desérticas donde existen dunas de arena, se pueden aprovechar éstas para llevar a cabo el cultivo. Si tienen más de 1 m de profundidad, se pueden emplear directamente, pero en caso contrario habrá que realizar una preparación similar al caso anterior a base de láminas de plástico y tuberías de drenaje para evitar la presencia de un exceso de humedad en las raíces (8). Este sistema puede presentar el problema de ataques importantes de nematodos, debido a su posible presencia en la arena utilizada para el cultivo.
3.3.2. Cultivo en sacos rellenos de sustrato
Debido a los inconvenientes que presentan los sistemas de cultivo en bancadas, en las últimas décadas la tendencia más generalizada ha sido el empleo de sustratos embolsados en sacos de plástico con un volumen y dimensiones variables en función del tipo de material empleado para el desarrollo del cultivo. A veces dichos sacos se cuelgan verticalmente, disponiéndose las plantas en agujeros laterales realizados en los mismos, pero lo normal es que se coloquen horizontalmente sobre el suelo, especialmente en cultivos hortícolas de porte alto. Dado que cada una de estas unidades se utiliza para unas pocas plantas, resulta más sencillo controlar los ataques de enfermedades de raíz, y asimismo es más fácil manejar y reponer el sustrato. Otra ventaja es que el contenedor, al ser de material plástico, resulta barato y ligero, ofreciendo al mismo tiempo unas buenas condiciones de opacidad. Por contra, la principal desventaja es que se requiere una mayor uniformidad de riego al estar la raíz confinada en una unidad de cultivo de pequeño volumen.
Los sustratos empleados en los cultivos en sacos los podemos dividir en tres grupos según sean orgánicos, minerales o sintéticos. Dentro de los primeros tenemos materiales tales como la turba, la fibra de coco, las cortezas de árboles, el serrín, etc, mientras que dentro de los segundos hay que distinguir entre los de origen natural, como la arena o las rocas volcánicas, y los de transformación industrial, como la lana de roca, la perlita, etc. Finalmente en el tercer grupo existe algún ejemplo como el foam. En Almería los más empleados actualmente son la perlita y la lana de roca, mientras que los orgánicos, encabezados por la fibra de coco, se encuentran muy por detrás de los primeros. En Murcia es la arena el que predomina, aunque se emplea en forma de largos sacos denominados comúnmente “salchichas”. Tienen unos 25 m de longitud, 0,4 m de anchura y 0,25 m de altura y se colocan sobre el suelo, por lo que se trata de un sistema intermedio entre las bancadas y el cultivo en sacos. La granulometría que se suele emplear es la misma que en los sistemas en bancadas.
Previo a la plantación, el sustrato contenido en los sacos de cultivo debe ser hidratado adecuadamente con el fin de partir con un medio húmedo que no ofrezca problemas al desarrollo inicial del cultivo, ya que posteriormente no podrá ser saturado. Esto resulta especialmente importante en ciertos sustratos, como la lana de roca, en la que una mala humectación inicial impide que el medio pueda alcanzar su máxima capacidad de retención de agua debido a su escasa capilaridad, lo que puede originar problemas de estrés hídrico durante el cultivo y un inadecuado desarrollo radicular. La saturación del sustrato debe llevarse a cabo antes de abrir en los sacos los orificios de salida del lixiviado. Previamente se habrán realizado en la parte superior los agujeros en los que se situarán las plantas, los cuales también sirven para anclar los emisores de riego. Una vez colocados éstos, se puede empezar a humectar el medio.
El riego se mantiene hasta llenar completamente los sacos con solución nutritiva y posteriormente se deja el sustrato en saturación durante un par de días para que alcance un buen nivel de humedad. Transcurrido ese tiempo se está en disposición de abrir el agujero de salida del lixiviado. Puede ser conveniente no realizarlo inicialmente en la parte más baja, con el fin de dejar una reserva de agua en el fondo que favorezca el enraizamiento del cultivo. No obstante, una vez conseguido dicho enraizamiento es aconsejable eliminar la reserva haciendo otro agujero más bajo para evitar problemas de encharcamiento. A veces, cuando el tipo de sustrato lo permite, se puede llevar a cabo la plantación antes incluso de realizar el orificio, con el propósito de ganar tiempo, si las plantas del semillero se encuentran en un estado adecuado para el trasplante.
Aunque, como se comentó anteriormente, una de las ventajas que presentan los sacos de cultivo es su facilidad de renovación, el agricultor suele conservarlos durante varios años con el fin de reducir costes. En este caso resulta conveniente mantener el nivel de humedad del sustrato durante la época en la que no hay cultivo, para evitar una excesiva acumulación de sales y no tener que volverlo a saturar antes de la siguiente plantación. Para ello es suficiente dar un par de riegos a la semana de unos 1,5 litros por saco de cultivo durante la época de verano. Por otro lado, previo a la plantación se debe realizar una desinfección del sustrato con el fin de evitar, o al menos reducir, los problemas de patógenos radiculares durante el siguiente cultivo. Para ello se está utilizando, en muchos casos, metam sodio a una dosis de 100 litros por hectárea, repartida en tres riegos de unos 20-25 minutos que se dan en el mismo día. El tratamiento se debe realizar 25 días antes de la plantación y tras él se debe dar un riego diario (de unos 1,5 litros por saco) con el fin de evitar posibles fitotoxicidades.
3.3.3. Otros sistemas de cultivo
Aunque resultan mucho menos frecuentes que los sacos de cultivo de polietileno, existen otros tipos de contenedores diseñados para albergar diferentes clases de sustratos. Uno de ellos es un contenedor troncopiramidal de poliestireno con un volumen de 25 a 27 litros según modelos y una altura de 30 cm que está teniendo una cierta aplicación en los cultivos sin suelo en Almería. Inicialmente fue diseñado para albergar dos granulometrías de perlita estratificadas: una más fina (Æ < 1,5 mm) en la parte superior y otra más gruesa (Æ 1,5-5 mm) en la inferior. Se trataba con ello de conseguir un perfil de humedad lo más homogéneo posible, que fuera bien colonizado por las raíces del cultivo, y sin problemas en cuanto a exceso de retención de agua. Junto a estas características, el contenedor de poliestireno ofrece una mayor inercia térmica que el saco de polietileno, lo que permite evitar cambios bruscos en la temperatura del sustrato. En la actualidad este tipo de contenedor está siendo empleado conjuntamente con la fibra de coco como sustrato debido a sus buenos resultados.
Otros tipos de contenedores que han sido utilizados en los cultivos sin suelo son las macetas de polietileno u otro material plástico rellenas de turba, fibra de coco, etc, pero han resultado más interesantes en cultivos de planta ornamental.
Finalmente un sistema que alcanzó bastante interés en Almería en los años 80 y que fue desarrollado por la empresa Quash, S.A., es el denominado SHQ (Sistema Hidropónico Quash). En éste las unidades de cultivo servían para el desarrollo de 2 a 4 plantas y estaban formadas por una bandeja de plástico de 8 cm de altura y 16 litros de capacidad, que actuaba como una reserva de solución nutritiva. En el interior se disponían dos ladrillos cerámicos de 10 cm de altura y, sobre ellos y en contacto con la solución, un velo higroscópico humedecido por ésta. Finalmente en la parte superior se colocaba un trozo de lana de roca de 15 x 50 x 3 cm que servía para las primeras etapas de desarrollo de las raíces del cultivo y para el sostén del taco de lana de roca procedente del semillero. El conjunto se tapaba con un trozo de polietileno para evitar la incidencia de luz sobre las raíces, las cuales colonizaban tanto la lana de roca como el velo húmedo. Se trataba de un sistema abierto ya que el exceso de solución nutritiva se desbordaba de la bandeja hacia el suelo en forma de lixiviado. En su momento de mayor auge se llegaron a cultivar más de cien hectáreas con este sistema pero, tras el cierre de la empresa que lo desarrolló, se dejó de utilizar.
3.3.4. Sistemas cerrados con reutilización del lixiviado
El cultivo convencional en sustratos, ya sea en bancadas, en sacos u otro tipo de contenedor, fue concebido originalmente para un manejo a solución perdida, al contrario que otros sistemas como los hidropónicos o los de subirrigación, que se diseñaron como sistemas cerrados por sus características intrínsecas. Sin embargo, debido a la preocupación cada vez mayor de la Sociedad por el deterioro del medioambiente y, como consecuencia de ello, a la presión que se está ejerciendo sobre las distintas actividades humanas contaminantes, entre ellas la agrícola, dichos sistemas abiertos están siendo adaptados a las nuevas exigencias, permitiendo así la recogida y acumulación de los lixiviados para emplearlos posteriormente en la formulación de nueva solución nutritiva. A los sistemas cerrados así obtenidos se les suele llamar sistemas con reutilización del lixiviado.
Los sistemas a solución perdida conllevan la eliminación al medio de importantes volúmenes de lixiviados con un elevado poder contaminante, especialmente debido a la presencia de nitratos. Dado que esto es evitado en gran medida mediante los sistemas de cultivo sin suelo cerrados, su empleo permite obtener un ahorro notable de agua y aún mayor de fertilizantes, lo que se une a una reducción casi total de la contaminación ambiental. De hecho diversos resultados experimentales indican que mediante estos sistemas es posible conseguir una disminución del gasto de agua de un 20 a un 30 % (7, 11, 14) y un ahorro de fertilizantes entre el 25 y el 45 % (6, 7, 9, 11, 12, 13).
Para poder reutilizar el lixiviado en un cultivo convencional en sustrato, es necesario realizar una inversión adicional con el fin de incorporar canalones y tuberías de recogida del drenaje, depósitos de acumulación y un sistema de mezcla del lixiviado con el agua exterior. Todo ello puede ser compensado con el ahorro de agua y fertilizantes obtenido, pero la necesidad adicional de incorporar un equipo de desinfección del drenaje para evitar la expansión de algún posible patógeno radicular desde un foco inicial a todo el cultivo a través de la solución nutritiva, encarece aún más dicha inversión e impide rentabilizar el sistema (7). Por tanto el interés de esta técnica de reúso no es económico sino ambiental.
En la figura 5 se muestra el esquema de una instalación para reutilizar el lixiviado en un cultivo convencional en sustrato. La unidad de cultivo es la misma que la de un sistema a solución perdida y la diferencia se encuentra en los elementos auxiliares extra de recogida, desinfección, almacenamiento y mezcla del drenaje que, como se ha comentado anteriormente, es necesario incorporar en el sistema cerrado.
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Figura 5. Esquema de un sistema de cultivo sin suelo con reutilización del lixiviado.
A la salida del equipo de desinfección, el drenaje es conducido a un depósito de acumulación final, donde se almacena hasta el momento de volver a ser empleado en mezcla con agua de aporte exterior. Dado que la composición del drenaje varía a lo largo del día, debido a la diferente evolución de la absorción de agua con respecto a la de nutrientes llevada a cabo por la planta en ese periodo, resulta conveniente que el tanque presente al menos un volumen suficiente como para almacenar el drenaje de un día, con el fin de conseguir una composición media y amortiguar esas oscilaciones.
En lo que se refiere a la mezcla del drenaje para llevar a cabo su posterior reúso, ésta puede realizarse directamente con agua exterior y añadir a continuación los fertilizantes suplementarios, tal y como aparece en la figura 5, o bien preparando previamente solución nutritiva, a base del agua y los fertilizantes, para mezclarla después con el drenaje. En cualquier caso un sistema factible de llevar a cabo la mezcla es mediante una válvula motorizada que permita regular el caudal de paso de drenaje para que, en combinación con el agua exterior o la solución nutritiva, se alcance un determinado valor de conductividad eléctrica, el cual se habrá establecido previamente en función del porcentaje de lixiviado que se pretende reutilizar. Otra forma de realizar la mezcla puede ser con un tanque al que se va vertiendo el drenaje y en el que se mantiene el nivel de líquido mediante una boya que, al descender, incorpora agua o solución previamente preparada. Este tanque puede ser el mismo que el empleado para la acumulación final del drenaje.
La bomba de impulsión, el sistema de inyección de fertilizantes, la red de distribución, los goteros y las unidades de cultivo no difieren de los empleados en un sistema abierto. Sin embargo una importante línea de investigación en la que se está trabajando con ahínco en la actualidad, trata de desarrollar sondas selectivas de medida en continuo de las concentraciones de los iones que integran la solución nutritiva, con el fin de poder integrarlas en los equipos de preparación de dicha solución. De este modo, al automatismo de control se le introducirían como consignas las concentraciones deseadas de cada uno de los elementos, y éste daría las correspondientes órdenes de inyección de los distintos abonos a su disposición para alcanzar tales concentraciones. Con ello se podría ajustar la solución con gran exactitud y no se produciría desviación de la misma por desajuste en el aporte de fertilizantes con respecto a la absorción llevada a cabo por el cultivo, que es uno de los riesgos que se corren con el empleo de los sistemas cerrados. Asimismo, este desarrollo debe ir acompañado de una evolución en los fertilizantes, ya que se debería tender hacia soluciones líquidas de calidad ya preparadas, cada una de las cuales incorporaría un único elemento con el fin de conseguir así el ajuste deseado más fácilmente. Todo esto es objeto de investigación en algunos países como Holanda, pero aún tendrá que transcurrir cierto tiempo hasta llegar a ser una realidad disponible a nivel comercial.
Para poder recoger el lixiviado producido tras el riego, es necesario que las unidades de cultivo se dispongan sobre canales colectores adecuados para tal fin, aunque existen casos en los que se pueden evitar ya que el mismo canalón de cultivo permite dicha recogida, como ocurre en los cultivos en bancadas. No obstante, en el caso más frecuente de cultivo en sacos resultará imprescindible. Para ello son ideales las bandejas metálicas, ya que permiten conseguir una pendiente uniforme y son más resistentes, pero tienen el inconveniente de que son excesivamente caras, por lo que resultan inviables desde un punto de vista comercial y hay que acudir a otros tipos de materiales más asequibles como el polipropileno, el poliestireno, etc.
Una vez recogido el drenaje, es necesario llevarlo hacia un depósito intermedio de acumulación con el fin de almacenar una cantidad suficiente que pueda ser desinfectada. Por tanto su volumen no tiene que ser necesariamente grande, pero convendrá aumentarlo con el fin de poder instalar un equipo de desinfección de menor capacidad de tratamiento y a su vez más barato. Hay que tener en cuenta que siempre resultará más rentable invertir en volumen de almacenamiento para reducir el tamaño del equipo de desinfección que viceversa.
En lo que se refiere a la desinfección del drenaje, según diversos autores holandeses, resulta necesaria para controlar posibles ataques al cultivo de patógenos radiculares. Sin embargo, en los ensayos sobre reutilización realizados en nuestra zona en los que no se ha desinfectado el drenaje, no ha aparecido ningún problema de este tipo. Evidentemente esto no constituye prueba alguna que rebata las ideas holandesas, puesto que los problemas pueden aparecer en cualquier momento y, hasta que no estén disponibles los resultados de ensayos más específicos al respecto, habrá que considerar que la desinfección es necesaria.
Existen diferentes sistemas de desinfección que podemos clasificar en dos grupos en función de su espectro de acción, que son los de desinfección total y los de desinfección parcial. Lógicamente los primeros, aunque resultan más costosos, permiten eliminar de manera efectiva todos los patógenos existentes en la solución, incluidos los virus, mientras que los segundos no, de forma que sólo eliminan algunos microorganismos, en general los hongos. Dependiendo de cuáles sean los patógenos que pueden afectar al cultivo que se haya establecido, así habrá que instalar uno u otro tipo de sistema.
Una vez desinfectado, el lixiviado es conducido otra vez al depósito de acumulación final, desde donde se aprovechará en un nuevo ciclo de riego y recogida.
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