Desde el punto de vista hortícola, la finalidad de cualquier medio de cultivo es conseguir una planta de calidad en el más corto período de tiempo, con costes de producción mínimos. En este sentido los cultivos sin suelo, también denominados cultivos hidropónicos, surgen como una alternativa a la Agricultura tradicional, cuyo principal objetivo es eliminar o disminuir los factores limitantes del crecimiento vegetal asociados a las características del suelo, sustituyéndolo por otros soportes de cultivo y aplicando técnicas de fertilización alternativas.
La Ciencia de los Sustratos alternativos tiene como base el cultivo de plantas sin utilizar el suelo, de forma que las raíces de las mismas se encuentren suspendidas en un soporte inerte (grava, arena, turba) -lo que se conoce con el nombre de hidroponía-, en la propia disolución nutritiva, lo que exige una recirculación constante de la misma, impidiendo un proceso de anaerobiosis que causaría la muerte inmediata del cultivo-hidroponía pura- o en el interior de una cámara de PVC o cualquier otro material, con las paredes perforadas, por donde se introducen las plantas; en tal caso, las raíces están al aire, crecen en la oscuridad y la disolución nutritiva se destribuye por pulverización a media o baja presión-este sistema recibe el nombre de aeroponía-. Existen variantes más sofisticadas de la aeroponía tradicional como el Schwalbach System (SS) y el Aero-Gro System (AGS), desarrolladas ambas en Australia.
Cultivos sin suelo y medio ambiente
Durante los últimos años se viene mostrando un marcado interés por el medio ambiente, lo que ha facilitado el estudio del impacto ambiental de la actividad agraria sobre la atmósfera, el suelo y las aguas superficiales y de escorrentía. Los cultivos sin suelo presentan unas características diferenciales importantes en comparación con el cultivo en suelo natural, entre ellas cabe citar: a) el control riguroso de los aspectos relacionados con el suministro de agua y nutrientes, especialmente cuando se trabaja en sistemas cerrados y b) la capacidad de acogida de residuos y subproductos para ser utilizados como sustratos de cultivo.
No obstante la industria de los cultivos sin suelo genera una serie de contaminantes procedentes de: a) la lixiviación de los nutrientes, especialmente en sistemas abiertos, a solución perdida, b) el vertido de materiales de desecho, c) la emisión de productos fitosanitarios y gases y d) el consumo extra de energía, consecuencia de los sistemas de calefacción y mantenimiento del nivel higroscópico adecuado, la desinfección del medio de cultivo, etc.-
Si nos centramos en el desarrollo de estos cultivos en Europa, podemos decir que Holanda mantiene un área estable de producción durante los últimos cinco años, para vegetales, flores y plantas de ornamentación. Todas las hortalizas (tomates, pepinos, pimientos y berenjenas) han cambiado a cultivos sin suelo cerrados (3.000 ha). Otros vegetales como los rábanos y las lechugas aun se cultivan tradicionalmente (1000 ha). Cultivos de rosas, orquídeas (1000 ha) y plantas de ornamentación (1000 ha) están creciendo en cultivos sin suelo. Esta tendencia se puede observar también en otros países como España donde han proliferado rápidamente, principalmente en el sudeste, destacando el cultivo de hortalizas. La expansión está siendo más lenta en Italia y Grecia. En Alemania, norte de Francia, Reino Unido y Bélgica, las hortalizas se cultivan principalmente en sistemas hidropónicos abiertos (Fuente: Horticultural Engineering ACESYS IV International Conference, 2001). Se estima que la normativa medioambiental es la principal motivación para adoptar este tipo de cultivos en los países del noroeste de Europa, mientras que en los países de la cuenca mediterránea priman las motivaciones económicas.
Ventajas e inconvenientes
1. En cuanto a ventajas
En los últimos años se ha publicado un gran número de artículos donde se describen las ventajas de este tipo de cultivos. Sin embargo, es preciso resaltar que estas ventajas no son extensibles a todos los cultivos sin suelo, sino que existen diferencias apreciables de acuerdo con el grado de sofisticación del sistema que se considere e, indudablemente, del tipo de cultivo a estudio.
a. Incremento de la productividad
En general, un control preciso de la nutrición de las plantas, que crecen en los cultivos sin suelo, favorece un mayor rendimiento y una mejora cualitativa de los productos, pero esto no significa necesariamente que el rendimiento en los cultivos tradicionales sea muy inferior. Es evidente que en zonas con suelos excesivamente salinos, agotamiento de nutrientes o toxicidad por metales pesados, etc. Los cultivos sin suelo producirían cosechas muy superiores. En los últimos 15 años la bibliografía recoge numerosos artículos que presentan un estudio comparativo de estos cultivos respecto a los convencionales, donde se muestran las ventajas de los primeros sobre los segundos; ventajas que engloban varios aspectos como la reducción del trabajo, rendimientos más elevados y uniformidad en la calidad de los productos. Es importante mencionar que en muchos de los experimentos la gestión de cultivos convencionales no estaba realmente controlada.
b. Nutrición controlada de las plantas
El control del aporte nutricional a las plantas es una de las principales ventajas de los cultivos hidropónicos. La disolución nutritiva debe "diseñarse a la carta"; la investigación en Química Agrícola ha centrado sus esfuerzos, en los últimos años, en optimizar disoluciones nutritivas ideales para cada tipo de cultivo, sin olvidar que una nutrición ideal debe respetar las necesidades de la planta en cada estadio de su desarrollo, esto es, mantener un balance nutriente evolutivo. De esta forma, se le da a la planta lo que necesita en cada momento, evitando lixiviaciones contaminantes y posibles toxicidades. En los cultivos convencionales resulta mucho más difícil calcular la dosis fertilizante adecuada, dado que se tiene que llegar a un equilibrio entre los nutrientes del suelo y los fertilizantes añadidos, sin olvidar los procesos antagónicos, la fijación a los coloides arcillosos o el mayor o menor grado de disponibilidad de los nutrientes en función de las condiciones físico-químicas y climatológicas del medio en que se desarrolla.
Cabe destacar, asimismo, la uniformidad de los productos obtenidos, mucho mayor en sistemas de hidroponía pura y alta sofisticación, y algo menor cuando se utilizan sistemas de riego más sencillo como el goteo.
c. Prácticas de esterilización
El suelo de los invernaderos debe encontrarse libre de organismos patógenos antes de plantar una cosecha. La operación de esterilización es difícil y costosa pero necesaria y de gran importancia. Los invernaderos requieren altas inversiones en estructuras, instalaciones, materiales, etc. y es necesario obtener el máximo rendimiento para que resulte rentable. El procedimiento más efectivo para esterilizar el suelo es mediante chorros de vapor pero se trata de un método caro (debido a la energía que se consume). La esterilización química es menos costosa, pero cuenta con algunos inconvenientes (generalmente son problemas de toxicidad tanto por el manejo como por la generación de residuos tóxicos).
En los cultivos sin suelo abiertos, no hay necesidad de esterilización cuando los materiales y los sustratos no se van a reutilizar. Para los cultivos cerrados, la necesidad de esterilización varia dependiendo de si se trata de hidroponía pura o sistemas NFT con reemplazamiento del film. Cuando se utilizan sustratos sólidos, es habitual aplicar una esterilización en vapor o química para volver a reutilizar el soporte. En cualquier caso la esterilización de los cultivos sin suelo resulta más sencilla que la fumigación del suelo tradicional.
d. Control del pH
Otra de las ventajas de estos cultivos es la posibilidad de controlar el pH de la disolución nutritiva, de acuerdo con los requerimientos óptimos del cultivo y de las condiciones ambientales. El pH idóneo suele oscilar en 5.5 y 6.5, de forma que el especialista puede ajustar su disolución nutritiva a estos valores mediante la adición de NaOH (sosa) para aumentar el pH, o HCl (ácido clorhídrico) para disminuirlo. En los cultivos tradicionales el ajuste de pH resulta bastante más complicado, un suelo con pH ácido puede corregirse con caliza dolomítica y la utilización de aguas duras, con un exceso de Ca (calcio) y Mg (magnesio). Suelos con valores altos de pH, requieren de cultivos capaces de adaptarse a esta situación con cierta facilidad.
e. Ahorro de agua
El agua es el factor más importante en la producción de cosechas. En zonas muy cálidas y en zonas áridas el gasto de agua es tal que se convierte en el factor limitante para el desarrollo agrícola. La ventaja de los cultivos sin suelo estriba en la facilidad para emplear técnicas de irrigación con un consumo moderado del agua, como en el caso de los hidropónicos puros donde las raíces de las plantas están sumergidas en la disolución nutritiva, como mencionábamos anteriormente, o empleando la subirrigación en los sustratos (existen variaciones de acuerdo con el tipo de sustrato que se utilice). Además, en el caso de los cultivos cerrados, el agua se recicla, y posteriormente se aprovecha para otros riegos, pero existe una marcada desventaja, se consume gran cantidad de tiempo y de recursos en el control de la red de riego. Por ejemplo, en aguas duras (con excesiva cantidad de carbonato cálcico), existe un peligro evidente de obturación de las boquillas. Este problema se minimiza utilizando aguas ácidas de lavado (disoluciones de ácido nítrico) que disuelven los precipitados formados (costras salinas).
f. Reducción del trabajo
Estos cultivos no necesitan de las tareas habituales llevadas a cabo en los cultivos tradicionales: esterilización del suelo, preparación previa del suelo, períodos de barbecho, etc. En cualquier caso dentro de los cultivos sin suelo, existen grandes diferencias que afectan al grado de automatización y semiautomatización, al tipo de sustrato o al número de cosechas susceptibles de cultivarse en cada sustrato.
g. Control de factores ambientales y nutricionales que afectan al desarrollo del cultivo
La hidroponía consigue optimizar aquellos factores que afectan directamente al desarrollo de la planta: i) la temperatura -valores elevados, fundamentalmente en épocas secas, resultan poco favorables para el crecimiento de la planta, a consecuencia de la intensa evapotranspiración-, ii) la iluminación artificial que habitualmente acelera el crecimiento, iii) el contenido de humedad, en este sentido es preciso recordar que la mayoría de los cultivos requieren de un aporte regular y suficiente de agua, que a su vez actuará sobre la tasa de transporte de N (nitrógeno) y su traslocación desde la corteza radicular hasta el vástago y iv) por último, un factor fundamental: la concentración y forma química en la que se presentan los diferentes nutrientes. En el apartado anterior control de nutrición de las plantas se hacía alusión a la necesidad de un control exhaustivo sobre la acidez del cultivo; en este caso nos centramos en la competitividad -antagonismo- o aprovechamiento -sinergia- de elementos nutritivos; por poner un ejemplo claro, se ha podido comprobar que la presencia de K+ (catión potasio) favorece la absorción de NH4+ (catión amonio), mientras que el molibdeno (absorbido por la planta como MoO42-) dificulta la absorción de hierro en su forma Fe2+.
Un ejemplo muy ilustrativo lo encontramos en el nitrógeno; de las formas de N inorgánico (macronutriente esencial) que la planta puede incorporar a su metabolismo el NH4+ resulta ser la más tóxica ya que al parecer interrumpe la fotofosforilación cíclica, paso clave en el proceso fotosintético, lo que reduce la capacidad para capturar la energía luminosa. Podríamos pensar que el problema se solucionaría añadiendo el nutriente en forma de NO3-, pero generalmente los mayores rendimientos se obtienen con el aporte conjunto de las dos formas nitrogenadas. Por tanto lo ideal es lograr un equilibrio entre ambas formas, algo relativamente sencillo de realizar en cultivos hidropónicos.
h. Mayor número de cosechas por año
El empleo de de la hidroponía favorece un incremento en el número de cosechas al año por área de producción debido, naturalmente, a que no existe necesidad de que transcurra un tiempo limitado de descanso entre cosechas.
i. Sustitución efectiva de suelos agotados o no apropiados.
En este aspecto, la hidroponía ofrece una alternativa única, ya que se puede aprovechar el espacio de estos suelos no productivos con la posibilidad de duplicar e incluso triplicar el número de cosechas por año.
2. En cuanto a sus inconvenientes.
a. Inversiones altas
De forma general, los cultivos sin suelo requieren inversiones más altas que las necesarias para los cultivos convencionales. Es evidente, que el coste depende del tipo de cultivo sin suelo, del grado de perfección, de las medidas de control del sistema adoptado y de la disponibilidad de los materiales en la zona geográfica en que se ubique. Por esa razón existe bastante diferencia entre los costes de estos cultivos en función del país en que se desarrolle. Asimismo es necesario contar con las inversiones propias para la construcción de invernaderos, contenedores, sistemas de reciclado para la disolución nutritiva, electricidad, agua o aparatos de destilación.
b. Mayor conocimiento técnico
Para que el cultivo sin suelo se desarrolle correctamente, es necesario tener conocimiento sobre la nutrición esencial de las plantas, factores que influyen en su crecimiento, química elemental, familiaridad con los sistemas de control, etc. Es evidente que éstos cultivos requieren de una formación técnica algo más avanzada que los convencionales y por tanto se necesita personal técnico cualificado; no obstante, cabe decir que la familiarización con los cultivos hidropónicos resulta sencilla y atractiva.
c. Riesgo de infecciones
En los sistemas abiertos, el riesgo de infecciones es sensiblemente más bajo que en los cerrados, en los que el exceso del agua drena por las raíces de las plantas. En este caso, si se declara una infección, todas las plantas de la instalación resultarían infectadas.
d. Otros
Existen otras desventajas asociadas a los cultivos sin suelo, como la necesidad de una mayor frecuencia de riego, con el problema añadido de un fallo en el sistema, una mayor necesidad de agua, una mínima reserva de nutrientes -derivada de la incapacidad de algunos sustratos para fijar nutrientes-, dependencia de sustratos que en ocasiones no son locales sino importados y, por último, el riesgo de un mayor impacto ecológico negativo ante un fallo humano o mecánico. No debemos olvidar que el suelo tiene capacidad amortigüadora, pero con los sustratos un error se paga caro.
Conclusiones finales
La transición de los cultivos tradicionales a aquellos sin suelo no resulta sencilla para la mayoría de los países. Este cambio trae consigo una serie de problemas añadidos, entre los que podríamos citar un mayor conocimiento técnico por parte de los agricultores o una mejora en las instalaciones existentes.
A continuación se señalan los puntos básicos a tener en cuenta y las mejoras que llevan implícitas:
Control de los factores climáticos. Se traduce en una mejora tanto de las estructuras como de la eficacia del equipo (control de la temperatura, pH, humedad, ventilación, concentración de CO2, intensidad luminosa, etc.).
Mejora del entorno radicular. Conlleva un control exhaustivo del agua de riego y de la disolución nutritiva que se le suministra a la planta (composición de la disolución nutritiva, equilibrio de nutrientes para evitar antagonismos o sinergias indeseables, pH, temperatura óptima de la disolución y control de gérmenes patógenos (esterilización)
Formación técnica de los agricultores con el fin de que puedan utilizar los equipos de manera sencilla y aprendan a controlar los parámetros físico-químicos.
La elección de los sustratos. Hemos visto que la mayoría pueden ser utilizados con un elevado porcentaje de éxito, siempre y cuando mantengan unas excelentes cualidades físicas y químicas y exista un equilibrio agua de riego-disolución nutritiva que garantice un aporte de nutrientes preciso en cada estadio del ciclo vegetativo.
Respecto a los problemas medioambientales debemos tener muy presente los residuos originados por los materiales utilizados como sustratos. Una excelente solución sería su reutilización aunque los procesos de degradación, inherentes a algunos, hacen que no siempre sea posible. Asimismo, sería muy interesante limitar los sistemas abiertos dado que el agua sobrante pasa a los acuíferos con la consiguiente contaminación. Por supuesto, un ajuste de la disolución nutritiva a las necesidades metabólicas de la planta, minimiza el riesgo de vertidos, pero en ocasiones existen pérdidas inevitables. Una solución alternativa pasa por la utilización de sistemas cerrados, donde se reutiliza tanto el agua como los nutrientes; en tal caso, debe ajustarse la concentración de elementos nutritivos -no se debe olvidar que la planta ya ha consumido nutrientes previamente- a las necesidades del ciclo.
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