La composición ideal de una solución nutritiva no depende solamente de las concentraciones de los nutrientes, sino que también de otros factores relacionados con el cultivo, inclusive del tipo de sistema hidropónico, los factores ambientales, la época del año (duración del periodo de luz), el periodo fenológico, la especie vegetal y el cultivar en consideración.
Se han propuesto diferentes soluciones nutritivas y en algunos casos se encuentran diferencias significativas entre ellas, en lo que se refiere a la concentración de macronutrimentos y, en relación a los micronutrimentos, las diferencias son mucho menores. Hewitt citado por Benton Jones (1982) muestra una lista de 160 fórmulas diferentes basadas en los diferentes tipos de sales y combinaciones de fuentes de nitrógeno. Aún así es frecuente encontrar en publicaciones la frase “solución nutritiva de Hogland modificada”, o sea, fórmulas derivadas de la propuesta en 1938 por Hoagland & Arnon (1950), en la cual los valores expresados en mg L-1 son: N-N03 (210), P(31), K (234), Ca (160), Mg (48), S (64), B (0,5), Cu (0,02), Fe (1,0), Mn (0,5), Mo (0,01) y Zn (0,05). Existe también otra versión de esa solución con adición de N-NH4 (14) manteniéndose el N total constante. Esta solución ha sido la más utilizada en investigación de nutrición mineral de plantas y constituye la base de la formulación de numerosas soluciones nutritivas comerciales existentes en el mundo entero.
En general, según Barry (1996), las concentraciones de nutrientes se encuentran en los siguientes rangos (mg L-1): nitrógeno (70-250), fósforo (15-80), potasio (150-400), calcio (70-200), magnesio (15-80), azufre (20-200), hierro (0,8-6), manganeso (0,5-2), boro (0,-0,6), cobre (0,05-0,3), zinc (0,-0,5) y molibdeno (0,05-0,15).
En la bibliografía se describen sugerencias de formulaciones y de composiciones de soluciones nutritivas para el crecimiento de plantas (Carrasco & Izquierdo, 1996; Castellane & Araujo, 1994; Furlani, 1997; Martínez & Silva Filho, 1997; Muckle, 1993; Resh, 1993; Sasaki, 1992; Sonneveld & Straver, 1994).
Cuadro 15. Composición química, pesos moleculares, valencia y pesos equivalentes de los fertilizantes más utilizados para preparar soluciones nutritivas.
Fertilizante
|
Fórmula
Química
|
Porcentaje de
nutrimento
|
Peso molecular
|
Valencia
|
Peso
equivalente
|
Ácido nítrico
|
HNO3
|
22 N
|
63
|
1
|
63
|
Ácido fosfórico
|
H3PO4
|
32 P
|
98
|
1*
|
98
|
Ácido sulfúrico
|
H2SO4
|
32 S
|
98
|
2
|
49
|
Ácido clorhídrico
|
HCl
|
97 Cl
|
36.5
|
1
|
36.5
|
Ácido superfosfórico
|
H4P2O7; H6P4O13
|
33-36 P
|
|||
Nitrato cálcico
|
Ca(NO3)2.4H2O
|
15.5 N; 19 Ca
|
236
|
2
|
118
|
Nitrato potásico
|
KNO3
|
13-14 N; 36-38 K
|
101.1
|
1
|
101.1
|
Nitrato amónico
|
NH4NO3
|
33-34 N
|
80
|
1
|
80
|
Nitrato magnésico
|
Mg(NO3)2.6H2O
|
11 N; 9.5 Mg
|
256.3
|
2
|
128.2
|
Polisulfuro de amonio
|
(NH4)2Sx
|
20 N; 40-50 S
|
|||
Sulfo-nitrato de amonio
|
NH4NO3*(NH4)2SO4
|
30 N; 6.5 S
|
|||
Tiosulfato de amonio
|
(NH4)2S2O3
|
12 N; 26 S
|
|||
Sulfato de amonio
|
(NH4)2SO4
|
21 N; 24 S
|
132
|
2
|
66
|
Amoniaco anhidro
|
NH3
|
82 N
|
17
|
||
Cianamida de calcio
|
Ca(CN)2
|
20-22 N; 37 Ca
|
92
|
||
Nitrato de sodio
|
NaNO3
|
16 N; 27 Na
|
85
|
1
|
85
|
Urea
|
NH2-CO-NH2
|
46 N
|
|||
Acuamonia
|
NH4OH
|
20 N
|
35
|
1
|
35
|
Fosfato monoamónico
|
NH4H2PO4
|
11 N; 23 P
|
|||
Fosfato diamónico
|
(NH4)2HPO4
|
18 N; 21 P
|
|||
Superfosfato simple
|
Ca(H2PO4)2*2H2O+CaSO4
|
8 P; 20 Ca; 12 S
|
|||
Superfosfato triple
|
Ca(H2PO4)2*2H2O
|
20 P; 13 Ca
|
|||
Fosfato monopotásico
|
KH2PO4
|
23 P; 29 K
|
136.1
|
1
|
136.1
|
Fosfato dipotásico
|
K2HPO4
|
18 P; 45 K
|
174.2
|
2
|
87.1
|
Sulfato de potasio
|
K2SO4
|
45 K; 18 S
|
174.3
|
2
|
87.2
|
Cloruro de potasio
|
KCl
|
51 K; 47 Cl
|
74.6
|
1
|
74.6
|
Hidróxido de potasio
|
KOH
|
69 K
|
56.1
|
1
|
56.1
|
Polifosfato de potasio
|
KH2PO4+K3H2PO7
|
22 P; 33 K
|
|||
Tiosulfato de potasio
|
K2S2O3
|
21 K; 17 S
|
|||
Polisulfuro de potasio
|
K2Sx
|
18 K; 23 S
|
|||
Cloruro de calcio
|
CaCl2
|
36 Ca; 64 Cl
|
111
|
2
|
55.5
|
Sulfato de calcio
|
CaSO4 2H2O
|
18.6 Ca; 15 S
|
156
|
||
Sulfato de magnesio
|
MgSO4.7H2O
|
9.8 Mg; 13 S
|
246.3
|
2
|
123.2*
|
Cuadro 16. Fertilizantes comerciales más usados para el aporte de micronutrimentos a la solución nutritiva. Contenido (C), peso molecular (Pm), densidad (D), pH de máxima estabilidad para la molécula quelante (Me) e intervalo de pH al que es estable (Ie). Así como algunos productos que suministran la combinación de micronutrimentos más o menos adecuada.
Fertilizante
|
Fórmula
|
C (%)
|
Pm
|
D
|
Me
|
Ie
|
||||||
Sulfato ferroso
|
FeSO4.7H2O
|
19 Fe
|
277.9
|
|||||||||
Na-Fe-EDTA
|
-
|
13 Fe
|
421,1
|
0,650
|
4,5
|
0-8
|
||||||
K-Fe-EDTA
|
-
|
6 Fe
|
397,2
|
1,350
|
7,0
|
0-8
|
||||||
H-Na-Fe-DTPA
|
-
|
11 Fe
|
468,2
|
0,750
|
3,0
|
0-10
|
||||||
(NH4)2-Fe-DTPA.
|
-
|
6 Fe
|
480,2
|
1,300
|
6,5
|
0-10
|
||||||
Fe-HEDTA
|
-
|
6 Fe
|
331,1
|
1,300
|
7,0
|
0-10
|
||||||
Na-Fe-EDDHA
|
-
|
6 Fe
|
435,2
|
0,750
|
6,0
|
|||||||
Sulfato de manganeso
|
MnSO4.H2O
|
32 Mn; 19 S
|
169
|
3,258
|
||||||||
Sulfato de manganeso
|
MnSO4 4H2O
|
24 Mn; 14 S
|
223
|
|||||||||
Cloruro de manganeso
|
MnCl2
|
43 Mn; 56 Cl
|
125.9
|
|||||||||
Mn-EDTA
|
-
|
15 Mn
|
(366)
|
|||||||||
Mn-DTPA
|
-
|
|||||||||||
EDTA.Mn.Na2(1)
|
-
|
13 Mn
|
389,1
|
0,625
|
6,5
|
2-14
|
||||||
EDTA. Mn K2(1)
|
-
|
6 Mn
|
421,4
|
1,330
|
6,5
|
2-14
|
||||||
Borax
|
Na2B4O7.10H2O
|
11 B; 20 Na
|
382
|
|||||||||
Ácido bórico
|
H3BO3
|
17 B
|
62
|
|||||||||
Sulfato de zinc
|
ZnSO4.7H2O
|
23 Zn; 11 S
|
287.5
|
1,957
|
||||||||
Na2-Zn-EDTA
|
15 Zn
|
399,6
|
0,625
|
6,5
|
3-11
|
|||||||
(NH4)2-Zn-EDTA
|
10 Zn
|
389,7
|
1,300
|
6,0
|
3-11
|
|||||||
Sulfato de cobre
|
CuSO4.5H2O
|
25 Cu; 13 S
|
249.6
|
2,284
|
||||||||
Cu-Na2-EDTA
|
15 Cu
|
397,7
|
0,625
|
6,5
|
0-14
|
|||||||
(NH4)2-Cu-EDTA
|
9 Cu
|
387,8
|
1,300
|
6,0
|
0-14
|
|||||||
Molibdato de sodio
|
Na2MoO4.2H2O
|
40 Mo
|
241,9
|
3,28
|
||||||||
Heptamolibdato de amonio
|
(NH4)6Mo7O24
|
58 Mo
|
1163,3
|
|||||||||
Producto comercial
|
Composición expresada en % |
Dosificación
|
||||||||||
Fe
|
Mn
|
Zn
|
Cu
|
B
|
Mo
|
|||||||
Microcat*
|
1,71
|
1,12
|
0,34
|
0,05
|
0,21
|
0,04
|
||||||
Mix LHR**
|
0,82
|
1,64
|
1,64
|
0,25
|
0,16
|
0,025
|
12 L (líquido)
|
|||||
Nutrel C*
|
7,5
|
3,3
|
0,6
|
0,3
|
0,7
|
0,2
|
3-4, 5 kg(3)
|
|||||
Trichoquel Mix-Q*
|
7,5
|
3,5
|
0,5
|
0,2
|
0,5
|
0,2
|
3-4 kg
|
|||||
Zipolex
|
9
|
4,5
|
0,6
|
0,15
|
0,03
|
2,5
|
1,5-2,5 kg
|
|||||
Fuente: (1) Catálogo de Akzo Nobel (sin fecha); (2) Liñán (2001); (3) Martínez y García (1993) recomiendan de 2 a 3 kg.
* Agente quelante: HEDTA
** Agente quelante: EDTA
Las disoluciones nutritivas obtenidas por hidroponía para cada cultivo sirven de referencia para intentar aplicar en la fertirrigación la disolución más próxima a la ideal, considerando los numerosos factores que influyen en cada caso para cada cultivo como: calidad del agua de riego, cultivar, sustrato, condiciones climáticas, entre otras.
El agua de riego contiene iones que corresponden a los elementos esenciales para la planta como Ca2+, Mg2+, SO42- y B. Al fabricar la disolución fertilizante se tendrán en cuenta, y en caso de estar contenidos en concentraciones superiores a las ideales se considerarán equilibrios entre iones antagónicos.
También el agua de riego contiene elementos nocivos para los cultivos por existir en cantidades superiores a las ideales como C1- y Na+ que pueden originar un aumento de la salinidad del agua e incluso producir fenómenos de salinidad específica como las interacciones C1-/NO3 - o Na+/propiedades físicas.
Por último las aguas de riego contienen CO32- y HCO3 - que se neutralizarán con los ácidos correspondientes para llegar al pH más adecuado, normalmente entre 5,5 y 6,0, que corresponde al punto de inflexión de la curva de neutralización del agua.
El cálculo de las cantidades de fertilizantes necesarias para preparar la disolución fertilizante se puede separar en dos apartados: El primero consiste en calcular la composición de la disolución de macronutrimentos. En este caso hay que considerar que los fertilizantes aportan siempre dos o más componentes, ya que el aporte de un elemento (catión) siempre va acompañado de otro elemento (anión). Por ejemplo, si añadimos KNO3 para aportar potasio (K), debemos tener en cuenta que aportamos el mismo número de equivalentes de K+ que de NO3 -. El segundo apartado corresponde a la preparación de la disolución de micronutrimentos, que es más fácil de calcular ya que los componentes del fertilizante que acompañan al micronutrimento en cuestión no afectan en absoluto a la composición de macronutrimentos. En este caso, la dificultad estriba en la elección del producto de micronutrimentos más adecuado para las condiciones de pH y Ca del agua y del suelo, ya que la estabilidad y eficacia de los diferentes quelatos varían en función de estos parámetros.
Como hemos visto con el ejemplo de KNO3, en un fertilizante simple o binario existirá un equilibrio entre iones (aniones y cationes). Lo mismo sucede en la disolución fertilizante. Este equilibrio no se calcula en base al peso de cada fertilizante, sino en función del peso equivalente.
Una disolución nutritiva puede considerarse como una disolución acuosa de iones. La composición química de la misma se determina por las proporciones relativas de cationes y aniones, la concentración total de los iones y por el pH.
Un ejemplo de disolución nutritiva sería la disolución de Hoagland n.o 2 (considerando sólo macronutrimentos), cuya composición se presenta en el Cuadro 17. Se puede observar que aparecen todos los elementos nutritivos denominados macronutrimentos. Como ya se ha dicho, el agua de riego contiene iones macronutrimentos como SO4 2- , Ca2+ , Mg2+ Estos iones que contiene el agua serán utilizados por las plantas y por lo tanto deben descontarse de la disolución nutritiva ideal.
Aunque el HCO3 - no se considera como nutrimento (la fuente fundamental de C es el CO2 ), se debe tener en cuenta para los cálculos. Esto es debido a que su presencia en grandes concentraciones en el agua incrementa el pH significativamente. Por ello debe ser neutralizado con ácidos. Al adicionarse ácidos (normalmente nítrico y fosfórico aunque a veces también se puede usar sulfúrico) se neutralizan estos bicarbonatos presentes en el agua.
Cuadro 17. Disolución de Hoagland n.°2 (Hoagland y Arnon, 1950)
Elemento
|
Concentración en milimoles/L (mM)
|
Concentración en miliequivalentes/1(meq/1)
|
Nitrógeno (N)
|
||
N-Nitrato (N-NO3-)
|
14
|
14
|
N-Amoniacal (N-NH4+)
|
1
|
1
|
Fósforo (P)
|
1
|
1
|
Potasio (K)
|
6
|
6
|
Calcio (Ca)
|
4
|
8
|
Magnesio (Mg)
|
2
|
4
|
Azufre (S)
|
2
|
4
|
Por lo tanto, para preparar la disolución nutritiva se debe tener en cuenta la concentración de nutrimentos en el agua de riego. Por ello, el primer paso para diseñar una disolución fertilizante será disponer de un análisis confiable de la composición del agua de riego. Una vez que se conocen los nutrimentos que el agua aporta por sí sola se deben restar a los proporcionados por la disolución nutritiva ideal. La diferencia entre ambos nos proporcionará los aportes previstos.
A partir de la disolución base (Cuadro 17) expresada en mM y en meq/l de cada nutrimento, se va a explicar en los apartados siguientes diferentes opciones de cómo se puede preparar en la práctica.