Unidad I¿Qué es la hidroponía?

La hidroponía es la técnica de cultivo sin suelo. A la planta se le suministran agua y nutrientes mediante una solución nutritiva completa y se le dan las condiciones necesarias para que crezca y se desarrolle mejor.

Unidad IICronología: cómo nació la técnica

1. Antecedentes antiguos. Los aztecas fueron la primera civilización en usar con eficacia una agricultura próxima a la hidropónica, con las chinampas: islas de cultivo sobre el lago de Texcoco. Usaban tierra, que aporta gran parte de los nutrientes, algo que no encaja en el concepto actual, pero el trabajo con el agua responde al principio básico de la hidroponía.
2. 1699. John Woodward cultivó plantas en agua y vio que crecían peor en agua destilada que en aguas menos purificadas: las sustancias procedentes del suelo influían en el crecimiento.
3. 1804. De Saussure expuso que las plantas se componen de elementos químicos tomados del agua, del suelo y del aire.
4. Década de 1860. Los botánicos alemanes Julius von Sachs y Wilhelm Knop perfeccionaron las soluciones de nutrientes minerales para cultivar sin suelo. El cultivo en solución (solution culture) se hizo técnica estándar de investigación y enseñanza.
5. 1928-1937. William F. Gericke, de la Universidad de Berkeley (California), propuso usar el cultivo en solución para producir alimentos y, en 1937, llamó hidroponía a esta ciencia, a partir de hydros (agua) y ponos (trabajo). En 1940 se publicó Complete Guide to Soilless Gardening.
6. Hoagland y Arnon. Dos especialistas de la misma universidad investigaron las afirmaciones de Gericke y desarrollaron varias fórmulas de soluciones minerales. Versiones modificadas de las soluciones de Hoagland se siguen usando hoy.
7. Segunda Guerra Mundial. Las tropas estadounidenses en el Pacífico aplicaron métodos hidropónicos a gran escala para obtener verduras frescas en islas sin suelo disponible, donde transportarlas era carísimo.
8. 1960 y 1982. Allen Cooper desarrolló en Inglaterra la Nutrient Film Technique (NFT) y, en 1982, el Pabellón de la Tierra del centro Epcot de Disney mostró diversas técnicas hidropónicas.
9. Actualidad. La NASA ha investigado mucho para su sistema de soporte de vida ecológico controlado. En países como Países Bajos o Estados Unidos se han desarrollado sistemas con nuevos medios de cultivo: perlita, cascarilla de arroz, fibra de coco, lana de roca y, más recientemente, espuma fenólica.

Unidad IIIVentajas y desventajas

Unidad IComponentes de un sistema hidropónico

Al empezar un proyecto surgen dudas: ¿qué plantas cultivo?, ¿qué recipientes uso?, ¿en qué sustrato siembro?, ¿dónde cultivo?, ¿cómo y con qué riego?, ¿cuánto debo invertir?, ¿necesito invernadero? Las respuestas dependen de cómo definas cada componente, y todos están muy relacionados entre sí.

Unidad IILa planta

La planta es el componente más importante: de que los demás funcionen bien depende su calidad y, por tanto, el rendimiento. En hidroponía se suelen cultivar especies de alto valor comercial, alimenticias u ornamentales.

Unidad IIILa raíz y sus condiciones óptimas

Además de la parte aprovechable de la planta, hay que cuidar la raíz. Sus condiciones ideales son:

• Agua la necesaria, en todo momento.
• Nutrientes minerales esenciales en cantidad suficiente y equilibrada.
• Oxígeno suficiente para la respiración celular.
• Temperatura adecuada para que la raíz funcione bien.
• Sin plagas, focos de enfermedad ni malas hierbas.
• Sin sales nocivas, elementos tóxicos ni desequilibrios de pH y CE (conductividad eléctrica).
• Oscuridad.
• Espacio para crecer lo necesario.

Unidad IEl sustrato: tipos y clasificación

Un sustrato es un material distinto del suelo que permite la germinación y el anclaje de las raíces. En hidroponía las plantas deben germinar siempre en un sustrato, sea cual sea el sistema elegido para el cultivo. Así, al trasplantar, no contaminan la solución nutritiva.

1Desventajas de algunos sustratos

• Lana de roca: cara, no siempre fácil de conseguir y puede causar alergias y cortes a quien la manipula.
• Peat-moss y otros orgánicos naturales: al degradarse, sus partículas se disgregan durante el cultivo e interfieren en el sistema, y obligan a limpiar de forma continua.
• Fibra de coco: tiene mucha sal. Hay que lavarla antes de usarla; si no, aparecen problemas de manejo.
• Tezontle y similares: baratos, pero con tamaño de partícula poco homogéneo y muy pesados de transportar y de llenar en las macetas.

Para elegir un sustrato pesan la disponibilidad, el clima, el coste, las posibilidades de instalación y, sobre todo, la homogeneidad de sus propiedades físicas y químicas.

Unidad IIPropiedades del sustrato

1Propiedades físicas

Son las más importantes, porque deben reproducir las condiciones óptimas de desarrollo y, una vez que la planta crece en el sustrato, es muy difícil cambiarlas.

2Propiedades químicas

Se busca inactividad química: estabilidad, salinidad baja o nula y pH neutro o ligeramente ácido.

• Capacidad de intercambio catiónico: suma de cationes que el sustrato puede retener por unidad de peso, o intercambiar con la solución.
• Salinidad: concentración de sales solubles. En sustratos inertes es nula o casi nula; por encima de 3 mS es excesiva.
• pH: condiciona la disponibilidad de iones. Por debajo de 5 pueden faltar N, K, Ca y Mg; por encima de 6,5, Fe, P, Mn, B, Zn y Cu.

Unidad IIIEl sustrato ideal y las espumas hidropónicas

1Características deseables

• Retiene humedad, pero deja salir el exceso de solución.
• No se disgrega ni se descompone, o lo hace muy despacio.
• Sin sales, o con muy pocas; preferiblemente de color oscuro.
• Sin microorganismos perjudiciales para personas o plantas y sin contaminación industrial o humana.
• Abundante, fácil de conseguir, transportar y manejar, y seguro para quien lo maneja.
• De coste rentable.

En resumen: un material inerte y estéril que dé a la planta un equilibrio adecuado entre agua y oxígeno. Debería comportarse como una esponja: porosidad alta, buena retención de agua disponible, drenaje rápido, buena aireación, partículas bien distribuidas, baja densidad aparente y estabilidad.

2Sustratos de espuma fenólica

Son espumas rígidas absorbentes, de baja densidad y celdas abiertas, diseñadas para que la raíz se desarrolle con rapidez. Hay espumas con distinto equilibrio agua-oxígeno según el cultivo, la variedad y el sistema.

• Estériles: llegan sin patógenos y listas para usar, sin desinfección previa.
• Diseñadas para un buen escurrido y retención de agua.
• La raíz sufre poco daño al trasplantar.
• Baja capacidad de intercambio catiónico: los nutrientes están disponibles rápido.
• Su estructura no se altera con el riego continuo y no tienen fibras abrasivas.

Unidad IVEl contenedor

El contenedor guarda el sustrato y/o la solución nutritiva y, por tanto, aloja las raíces. Debe cumplir dos condiciones derivadas de las necesidades de la raíz: impedir el paso de la luz y tener el tamaño necesario. Además, debe ser de un material inerte que no libere sustancias tóxicas ni reaccione con la solución; por eso se prefieren el plástico y el PVC.

La forma depende del sistema elegido: bolsas y sacos de plástico, macetas, tubos (horizontales o verticales), canaletas, tinas o camas de cultivo hechas a medida.

Unidad ILa solución nutritiva y los nutrientes

La nutrición de las plantas se da mediante una solución nutritiva equilibrada, formulada a partir de un análisis del agua, de la especie que se cultiva, de su etapa fenológica (fase de desarrollo) y de las condiciones ambientales. Es un conjunto de sales minerales disueltas en agua cuya proporción varía según la especie y la etapa.

Según Arnon y Stout (1939), un nutriente es esencial si cumple tres requisitos:

1. La planta no puede completar su ciclo de vida sin ese elemento mineral.
2. Su función no puede ser sustituida por otro elemento.
3. Interviene directamente en el metabolismo de la planta.

Unidad IISoluciones nutritivas típicas

Hay varias propuestas de soluciones típicas. Es difícil decir que una sea mejor que otra: se parecen bastante y se diferencian sobre todo por el cultivo. La mayoría parten del trabajo de Hoagland y Arnon (1950).

1Formas de expresar la concentración

• Gramos de soluto por cada 1000 litros de agua (g/1000 L).
• Miligramos de soluto por litro (mg/L).
• Partes por millón: ppm = g por 1 000 000 g de agua = g/1000 L = mg/L.
• Equivalente químico = (ppm × peso atómico) ÷ n.º de valencias del ion.

2Algunas soluciones (ppm)

I: Hoagland y Arnon (1938). II: Long y Hewitt (1966). III: Hewitt (1966). IV: Cooper (1975). V: solución desplazada de un suelo basáltico fértil, Benians et al. (1977). VI: solución Steiner (1980).

Unidad IIIFactores que afectan a la solución nutritiva

Unidad IVCómo preparar una solución nutritiva

Ejemplo de cantidades por cada 1000 litros de solución para hortalizas de hoja:

1. Acidifica el agua con ácido fosfórico hasta que el pH quede entre 5,5 y 6.
2. Disuelve los fertilizantes uno a uno, en el orden de la tabla, para evitar interacciones que formen sólidos insolubles y precipiten.
3. Primero los nitratos (muy solubles), después los sulfatos (menos solubles) y al final los microelementos.

En proyectos pequeños y huertos caseros, preparar la solución así tiene inconvenientes: las fuentes pueden tener concentraciones distintas, haber problemas de pureza y solubilidad, y resultar caro por vender solo presentaciones grandes. Por eso se suelen comprar mezclas de nutrientes listas para usar: solo se añade agua, se usa como fórmula estándar y se ajusta ligeramente según la especie.

Unidad VRiego y drenaje

El riego pone la solución a disposición de las raíces, en el momento y la cantidad adecuados. En la mayoría de sistemas la solución está en tanques y se conduce por tuberías y mangueras hasta emisores (piquetas) lo más cerca posible de cada raíz. Los criterios para regar van desde mirar la planta hasta usar la radiación acumulada, básculas o curvas de drenaje.

• Con sustrato, mide siempre el volumen, el pH y la CE del agua de riego y del drenaje: son los mejores indicadores de si riegas bien.
• Un sustrato con buena capilaridad se riega cuando se ha evapotranspirado como máximo el 10 % del agua que retiene el contenedor; con mala capilaridad, el 5 %.
• Si la solución no se recircula, deja un drenaje (sobreriego) del 10 al 30 % en cada riego para que no se acumulen sales: 10 % en climas nublados y frescos, hasta 30 % en climas soleados y cálidos o con aguas muy salinas.

Unidad ILuz, temperatura, humedad y CO₂

Las características climáticas de la zona deben estudiarse en relación con las necesidades de las plantas que quieres cultivar.

1Luz

La energía solar es el factor ambiental que más influye en el crecimiento: de ella depende la fotosíntesis (convertir materia inorgánica en orgánica, base de todas las cadenas alimentarias) y también el movimiento, la orientación, el alargamiento del tallo y la formación de pigmentos y clorofila. Cada especie necesita una cantidad de luz concreta para dar todo su rendimiento.

2Temperatura

Afecta a la fotosíntesis, la respiración, la absorción de agua y nutrientes, la transpiración y la actividad de las enzimas. Las reacciones biológicas importantes no pueden darse por debajo de 0 °C ni por encima de 50 °C. La temperatura óptima depende de la especie, pero casi siempre está entre 10 y 25 °C. Las plantas toleran temperaturas más bajas durante periodos cortos, pero hay que evitar acercarse al valor letal.

3Humedad relativa

Es la relación entre el vapor de agua que contiene el aire y el que tendría si estuviera saturado (se expresa en %). Si es demasiado alta, el intercambio de gases se limita, baja la transpiración y con ella la absorción de nutrientes, y aumentan las enfermedades por hongos. Si es demasiado baja, se cierran los estomas y baja la fotosíntesis.

4Dióxido de carbono (CO₂)

Es el nutriente más importante del cultivo: contiene un 44 % de carbono. El aire es su única fuente para las plantas y su contenido no pasa del 0,03 % (300 ppm). El crecimiento baja mucho por debajo de 300 ppm y la mayoría de cultivos producen más cuando hay más. En el tomate, con luz normal, la tasa de crecimiento baja un 80 % si el CO₂ cae por debajo de 100 ppm y sube un 20 % con 1000 ppm.

Unidad IIControl del clima: el invernadero

Hay tecnologías que reducen el impacto negativo del ambiente y dan mejores condiciones al cultivo; cuál usar depende del cultivo, la zona y los recursos, porque suelen exigir una inversión inicial alta. El invernadero es la que más se combina con la hidroponía: la hidroponía controla los factores que limitan la raíz y el invernadero, los que afectan a la parte aérea. Esa combinación ha dado los mayores rendimientos conocidos.

Un invernadero es una construcción agrícola translúcida que simula las condiciones climáticas más adecuadas para las plantas con cierta independencia del exterior. La mayoría tienen estructura metálica y cubierta de vidrio, plástico, policarbonato, PVC o acrílico, y aíslan el cultivo del frío, los insectos y la lluvia.

Unidad IQué es un sistema hidropónico

Un sistema hidropónico es aquel en el que las raíces se riegan con una solución nutritiva y, en lugar de suelo, se puede usar o no un sustrato. Hay variantes según el medio donde se desarrollan las raíces.

Unidad IICultivo en sustrato

Estos sistemas usan un sustrato que equilibra poros pequeños (que retienen la solución) y poros grandes (que dan oxígeno), o que solo sirve de apoyo sólido para las raíces sin reaccionar con la solución.

1Funciones del sustrato

• Retener y suministrar la solución nutritiva (agua, nutrientes, pH, CE).
• Dar oxígeno, temperatura adecuada y oscuridad a la raíz.
• Anclar y sostener la planta.
• Amortiguar los cambios de la solución o del ambiente.

Se usan arena, cascarilla de arroz, serrín, turba, vermiculita, perlita, lana de roca, fibra de coco y, últimamente, espuma fenólica, siempre dentro de contenedores (tinas, canaletas, macetas o bolsas) que aíslen el cultivo del suelo natural. El volumen necesario depende de las características físicas del sustrato, de la precisión del riego y del manejo de cada especie.

2Técnicas principales

El sustrato inicial de los slabs fue la lana de roca; hoy también hay fibra de coco y espuma fenólica. Esta última ha mostrado ahorros de más del 50 % en la solución nutritiva (agua y nutrientes), con un manejo técnico preciso, y mejoras de calidad (fructificación más temprana y más grados Brix). Se presentan en formatos de 5 a 12 litros según la especie, el número de plantas y la distribución.

Unidad ICultivo en solución: condiciones

En estos sistemas las raíces están sumergidas, parcial o totalmente, en una solución con los nutrientes disueltos. Su gran ventaja es el ahorro de agua y fertilizantes; su desventaja, el manejo preciso y controlado de la solución. Es un sistema que prácticamente carece de capacidad amortiguadora (buffer), así que exige un control muy exacto del pH, de los fosfatos y del hierro.

• Oscuridad: evita algas y otras plantas acuáticas diminutas que compiten por oxígeno y nutrientes; al descomponerse pueden ser tóxicas para la raíz.
• Oxigenación: es clave. Lo más habitual es dejar una cámara de aire entre la solución y la parte inferior del lecho, de modo que las raíces superiores estén en aire húmedo y las inferiores sumergidas. A medida que crecen las raíces, baja el nivel de la solución hasta dejar un máximo de 5 cm de aire: más espacio seca las raíces altas.
• Aireación forzada: burbujeo con una bomba de aire conectada a un tubo con perforaciones de 1 mm cada 30 cm que recorre el fondo. El volumen de aire depende del volumen de solución, la temperatura y la planta. Para recipientes caseros valen las bombas de acuario. También puede airearse haciendo caer la solución desde cierta altura (cascada), con circulación lenta para no dañar las raíces.
• Circulación lenta de la solución: reparte mejor los iones y la aireación y estabiliza el medio de la raíz.
• Calentamiento: en climas templados y fríos, algunos autores sugieren calentar la solución entre 5 y 10 °C por encima de la temperatura nocturna. Los cambios bruscos de temperatura entre día y noche son un problema serio porque no hay sustrato que los amortigüe. La solución o el agua que añadas debe estar a una temperatura similar a la que hay en el tanque.
• Soporte de las plantas: una canastilla o el mismo sustrato donde germinó basta para sujetarlas.

Unidad IITécnicas de cultivo en solución

Unidad IIINFT: la película nutritiva

La técnica de la película nutritiva (Nutrient Film Technique, NFT) se basa en la circulación continua de una película muy fina de solución sobre las raíces. Una bomba lleva la solución al extremo alto de cada canal, fluye por gravedad rozando la parte baja de las raíces y cae por el desagüe de vuelta al depósito.

• Mantén un volumen constante en el depósito: con un flotador en sistemas comerciales o añadiendo solución cada día.
• Analiza la solución periódicamente para reponer las sales gastadas, o renuévala cada 8 a 15 días.
• Las plantas aguantan varias horas sin solución, pero conviene tener dos bombas, una de repuesto.

Unidad IVNew Growing System (NGS) y aeroponía

1New Growing System

Funciona con películas plásticas dispuestas en varias capas. La solución hidrata las raíces en los primeros niveles y el excedente baja por las capas inferiores hasta el depósito, de donde vuelve a circular. Usa aún menos solución que el NFT, con lo que es más fácil calentarla, enfriarla y desinfectarla. No hay pérdidas salvo el agua transpirada. Se recomienda germinar las plántulas en sustratos que no se desintegren con el flujo continuo y mantengan hidratadas las raíces.

2Aeroponía (raíces en el aire)

Las raíces están dentro de un contenedor, caja o tubo, sin más que aire alrededor, y se riegan con solución mediante un nebulizador o aspersor. Una bomba envía la solución desde un tanque, de forma constante o en ciclos de pocos segundos: cuanto más frecuente es la pulverización, mejor es la nutrición. Primero se germina la semilla en un sustrato y, cuando la plántula se ha desarrollado, se inserta en la parte superior o lateral del contenedor.

• Ventaja: excelente oxigenación de las raíces, uno de los factores limitantes de la hidroponía.

• Inconveniente: exige un control técnico muy delicado y casi riego continuo, así que siempre hay que tener bombas de reserva y, si son eléctricas, un plan para los cortes de luz (generador).

AnexoGlosario de términos