Por: Ing.Agr. Esp. Suelos Angélica Gallardo
Technical Support Haifa México

1. ¿Qué es un cultivo sin suelo?

Las plantas para sobrevivir solo requieren tres recursos del medio ambiente: oxígeno, agua y nutrientes. La técnica de cultivar plantas sin contacto directo con el suelo se logra mediante un sistema artificial que proporciona estos tres elementos claves. Esto ha surgido principalmente por la necesidad de superar algunas limitantes propias del cultivo en su entorno y para tener un mayor y mejor control del clima, de plagas y enfermedades. Esta limitante puede darse en el suelo, ya que el cultivo puede estar propenso a un sinfín de plagas y enfermedades y, en relación con el clima, poder tener cosechas en épocas de fríos o de heladas son ejemplos de la necesidad de estos sistemas.

Superficie mundial de invernaderos

La superficie mundial de invernaderos se ha incrementado significativamente. Los cultivos en invernadero en suelo siguen siendo la mayor parte la superficie sembrada. Hoy en día, en el mundo se habla de 375 a 385 mil hectáreas mientras que la superficie estimada mundial de cultivos en invernadero sin suelo va de las 70 a las 75 mil hectáreas. En cuanto a los sistemas hidropónicos, los datos indican que hay aproximadamente de 20 a 25 mil hectáreas en el mundo. La superficie total estimada de invernaderos en estos tres rangos suma un total de 485 mil hectáreas y cada año va en aumento.

Este avance en la superficie de invernaderos se ha dado por su efectividad en la obtención de una mejor calidad y en el significativo aumento de los rendimientos, como se muestra en la siguiente gráfica (fig. 1).

Principales sistemas de cultivo sin suelo

En las siguientes imágenes podemos ver diferentes sistemas de hidroponía. Aquí la creatividad no ha tenido fin; por ejemplo, podemos tener sistemas de tubos de PVC para producción de fresas (fig. 2); producción de gerbera en bolsa de polietileno con sustrato como perlita o agrolita (fig. 3); producción en maceta de plástico con un inyector por cada maceta con sustrato orgánico o inorgánico (fig. 4); modernos  sistemas de sustratos de lana de roca o coco para producción de tomate en sistemas altamente tecnificados (fig. 5); inclusive algunos cultivos en suelo podrían considerarse en hidroponía, como este ejemplo de aguacate en Israel (fig. 6), donde el suelo es extremadamente pobre, arenoso y no ofrece las características propias de un suelo para producción de este cultivo. Sin embargo, bajo estas condiciones se debe dar el mismo manejo de hidroponía para tener un mejor control de la solución del suelo y se puede lograr tener un buen resultado.

Podemos agrupar toda esta gama de posibilidades en dos grandes categorías: sistemas con sustrato y sistemas de hidroponía.

a. Hidroponia

En estos sistemas no se utiliza sustrato. Las raíces se bañan en una solución nutritiva con cualquiera de estos dos sistemas: NFT o camas flotantes. Los cultivos que principalmente se siembran con estos sistemas son hortalizas de hoja como lechuga, kale, espinacas, plantas medicinales, etc.

NFT o camas flotantes

En el siguiente esquema (fig.7) se representan las generalidades de un sistema NFT (Nutrient Film Technique), o de camas flotantes. Consiste en un sistema de recirculación de la solución nutritiva donde la solución nutritiva pasa en forma continua o intermitente y en la cual no existe un sustrato, sino que las raíces y la planta se sostienen mediante un canal del cultivo. Es imperante una pendiente para que el agua esté corriendo, haya suficiente oxígeno en el sistema de raíces y para evitar la proliferación de enfermedades. 

b. Sistema con Sustrato

Son cultivos que requieren un sustrato como soporte para el cultivo. Esto aplica a hortalizas de fruto como tomate, pimiento, pepino, fresa y flores de corte con sistema de riego por goteo o subirrigación.

En general, se puede describir este esquema (fig. 8) así: se requiere un depósito de agua que puede ser del sistema de la red nacional, agua de pozo, de captación de agua de lluvias, o puede proceder del sistema de ósmosis inversa. Cuando el agua con que se cuenta tiene exceso de sales, pasa por este sistema para eliminar sodio y otras sales y ser apta para el riego. El agua se conduce por un sistema de EC (o conductividad eléctrica) que es donde se tienen al menos dos tanques de preparación stock. Posteriormente se conduce la mezcla de ambos tanques en muy baja concentración para su inyección al sistema de riego. En un sistema abierto, generalmente el drenaje se pierde; cuando hablamos de un sistema de producción sin suelo cerrado, se recolecta el drenaje que posteriormente pasa por un sistema de fumigación y filtrado y parte o el 100% se reutiliza para la nueva solución nutritiva. Cabe mencionar que en un sistema abierto es necesario captar parte del drenaje para el monitoreo, que es un tema que se explicará posteriormente.

c. Sistema de recirculación

Tocando el tema de cultivos sin suelo, cada vez cobra mayor importancia el establecer un sistema de recirculación del drenaje; mediante el sistema con el que se cuenta, hay captar en la medida de lo posible el drenaje para posteriormente reingresarlo al sistema. Esto es una tarea sumamente difícil. Está demostrado que en cada recirculación el elemento sodio, que no es un nutriente para la planta sino un elemento tóxico en altas concentraciones, se va acumulando, lo que provoca sensibles daños al cultivo. 

Es recomendable ir cambiando paulatinamente a este tipo de sistema de recirculación dadas las condiciones actuales que vivimos, pues los recursos como agua o fertilizantes son cada vez más escasos y para evitar o disminuir la contaminación de mantos freáticos. Por tanto, un sistema de recirculación es sinónimo de una alta eficiencia. Se ha demostrado que se genera un ahorro de agua hasta del 40% y un ahorro de fertilizantes que va del 20% al 30%, lo que obviamente se traduce en un ahorro en los costos operativos y, en general, esta reducción de pérdidas constituye un sistema más amigable con el medio ambiente. En la siguiente tabla se resumen los resultados de un estudio hecho por Haifa Chemicals donde se evalúa, en un sistema de recirculación, la aplicación del Nitrato de Potasio bajo la marca Multi-K® RECI, que proviene del término RECICLAJE, que permite hacer este tipo de sistema sin la acumulación peligrosa del sodio en el agua de riego. El ahorro de nitrato de potasio fue del 17% comparado con el sistema abierto, sin reducir rendimientos o mermar calidad de la cosecha.

2. Sustratos

Consideraciones para elegir un sustrato: 

• Estabilidad física.
• Estabilidad química.
• Alta consistencia.
• Libre de patógenos.
• Alta porosidad.
• Relación equilibrada sólido-líquido-gas.

A continuación se describen algunos sustratos por su origen y propiedades:

3. NutrigaciónTM de cultivos sin suelo

Caraterísticas de los sistemas  de hidroponia y cultivos sin suelo. Es importante mencionar que en un cultivo en hidroponia se tiene que lidiar con las siguinetes condiciones:

• El volumen de las raíces es limitado, por lo tanto es necesario hacer riegos frecuentes. 
• El medio es inerte, por tanto la fertilizacion puede ser irritante. Hay un limitado crecimiento de raíces, así que se debe considerar que las plantas tienen una gran sensibilidad a deficiencias de agua y nutrientes. Es imperativa una supervisión intensiva.

Si se hace la comparación en suelo, el volumen de raíz en cultivos en suelo es mayor a 500 l/m²; en cambio, en estos sistemas sin suelo el volumen de raíz es de máximo 20 l/m².

4. Irrigación

Un riego apropiado es fundamental para una nutrición eficiente y para prevenir daño por salinidad. Es importante considerar que la localización de los goteros afecta la eficacia del riego. La tasa de riego debe considerar las características antes mencionadas de los sustratos. Obviamente, debe drenar lo suficiente para prevenir acumulación de sales. También hay que entender que regar por encima de la necesidad del cultivo puede causar escasez de oxígeno, por lo tanto, se debe precisar la tasa de flujo de agua y la cantidad.

Por ejemplo, si contamos con un sustrato demasiado poroso y con baja CIC, el agua de riego se va mover más en forma vertical; cuando se cuenta con un sustrato de menor porosidad o mayor CIC, el agua del riego se moverá más horizontalmente. 

En este sentido, la tasa de riego depende principalmente del grado de porosidad y retención de agua del sustrato.

Para determinar si la tasa de riego es la apropiada, damos algunos tips en el punto N. 6 sobre el monitoreo, pero antes se va comentar otro tema importante, que es la fertilización.

5. Fertilización

El uso y manejo de los fertilizantes utilizados en este sistema de hidroponía y/o cultivos sin suelo es un paso relativamente sencillo, ya que hoy en día Haifa Negev Techonlogies LTD cuenta con todas las fuentes que pueden proporcionar un sistema de riego altamente eficiente y de calidad. Es importante elegir fertilizantes de la más alta calidad y pureza, bajos en sodio y cloro. Se busca lograr una composición precisa de nutrientes macro y micro. Se debe realizar un constante monitoreo de la Conductividad Eléctrica (CE) y del pH y hacer los ajustes para asegurar las condiciones de crecimiento apropiadas.

En sistemas de mayor superficie, es necesario contar con un sistema de al menos dos tanques para hacer soluciones concentradas y prevenir la formación de precipitados.

Haifa Negev Technologies LTD cuenta con una amplia gama de soluciones innovadoras para este nicho tan exigente.

Parámetros a considerar:

• La etapa fenológica de la planta, es decir, si está en etapa vegetativa o generativa.
• Medio ambiente: Calidad del agua de riego, temperatura, radiación- iluminación.
• Sistema de cultivo: Características del sustrato.

En las soluciones nutritivas es recomendable hacer algunas variaciones de acuerdo con la etapa fenológica:

Etapa Vegetativa

• Mg es importante para un adecuado desarrollo de hojas. 
• K y Ca se pueden reducir. 

Etapa reproductiva

• K y Ca son más importantes para un adecuado desarrollo de fruto.
• Mg se puede reducir.

Clima

En invierno la absorción de NO3- se puede inhibir por SO4- o Cl-.

Programa de NutrigaciónTM

En la plataforma de Haifa www.haifa-group.com se puede ac- ceder a Nutrinet y generar el pro- grama adecuado según el análisis de agua y la etapa fenológica. También de acuerdo a su compatibilidad, se puede obtener información de cómo hacer la separación de los fertilizantes teniendo en consideración al menos dos tanques, su capacidad y la tasa de inyección, ya sea dada en porcentaje o tasa de inyección.

6. Monitoreo

Es importante hacer una supervisión constante del sistema. Por tanto, es necesario obtener datos diarios del drenaje y de la solución nutritiva en el gotero de parámetros fundamentales, como Conductividad Eléctrica, pH, Cloruros, Sodio y Nutrientes.

Consideraciones del Monitoreo:

Es muy recomendable monitorear también la zona de raíces a través de un lisímetro, como se muestra en la figura 9.

a. pH

El pH afecta la disponibilidad de nutrientes. Es importante considerar un pH en el agua de riego de 5.5 a 6.5 para asegurar la disponibilidad de to- dos los nutrientes esenciales.

Consideraciones en el monitoreo del pH

• La disponibilidad del Fe, Mn, Zn, B, CusereducesielpHsubede6.5a7.5. • Los fosfatos (H2PO4-) pueden preci- pitar como fosfato de calcio insoluble en altos niveles de pH.
• pH por debajo de 5 puede quemar raíces.
• En cultivos sin suelo el pH en la zona de raíz puede cambiar dramáticamente.

Es importante hacer una supervisión constante del sistema. Por tanto, es necesario obtener datos diarios del drenaje y de la solución nutritiva en el gotero de parámetros fundamentales, como Conductividad Eléctrica, pH, Cloruros, Sodio y Nutrientes.

Factores que afectan el pH de la solución nutritiva

 pH alto:

• Incrementa la absorción de nitratos NO_3.
• Hay un mayor crecimiento vegetativo.
• OH^– reaccionan con el CO₂ para formar bicarbonatos HCO₃^– →alto pH agua  

Cuando el pH es demasiado alto:

• Incrementar o adicionar N – NH₄⁺  
• Incrementar la duración de los ciclos de riego (menor frecuencia).
• Dirigir el cultivo hacia una condición generative i.e. incrementar la carga de fruta- deshoje.
• Acidificar.

pH bajo:

• Alta concentración de Amonio NH₄
• Desarrollo Generativo
• Incrementa la absorción de   K⁺  

Cuando el pH es demasiado bajo

• Disminuir el N- NH₄⁺
• Disminuir la duración del riego (aumentar la frecuencia).
• Dirigir el cultivo a una condición vegetative ej. Disminuir la carga de fruta (raleo)

Conductividad Eléctrica (CE)

Es el índice de concentración de sales en general (iones -/+) disueltos en la solución. La concentración de cloruros y nitratos contribuyen a la mayor parte de la CE debido a su alta solubilidad.

Regla del pulgar: 
10 meq/l- cationes/aniones contribuyen  
1 mS de la CE

Efecto de la CE en la disponibilidad de nutrientes

Debido a que el volumen del sustrato en cultivos sin suelo es muy limitado, los niveles de salinidad pueden aumentar rápidamente.

1.5 mS/cm puede considerarse ideal para varios cultivos, etapas de crecimiento y climas.

Baja CE contribuye a una mejor absorción de agua pero puede acarrear una mayor deficiencia de nutrientes.

Una alta CE afecta la absorción de agua, aumenta la absorción de nutrientes, puede afectar el rendimiento y puede haber quemadura de hojas.

Manejo de la CE  – Medición diaria de la CE

Si la CE es muy alta

• Eliminar fertilizantes que contengan Cl^– y SO₄^2-
• Asegurar una buena estrategia de riego que permita lograr un buen drenaje.
• Incrementar la frecuencia de riego.

Si la CE es muy baja

• Adicionar o incrementar los fertilizantes que contengan Cl^– y SO₄^2-
• Reducir el drenaje.

Bajo condiciones de alta radiación la CE debe ser baja durante el día y alta durante las horas de baja radiación (tardes o noche). ¡Hemos de considerar que a mayor CE, mayor sabor del tomate! Mejor sabor, menos diluido- alto contenido de azúcares, pero se pueden afectar los rendimientos. 

7. Consideraciones finales

• Los sistemas de cultivos sin suelo son altamente eficientes, pero también muy sensibles.
• El riego y la nutrición debe ajustarse a los requerimientos del cultivo con gran precisión. 
• Hacer un constante y cuidadoso monitoreo y ajuste en el pH, CE y nutrientes es fundamental para un cultivo exitoso. 

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