Manejo de la Zona Radicular en Cultivos Sin Suelo

artículos
Dr. Eyal Ronen.  Haifa Chemicals eyalr@haifachem.com 
  

En los medios de cultivo sólidos, hay cinco parámetros importantes que deben monitorearse alrededor de la zona radicular con el objeto de optimizar el crecimiento de la planta y sus rendimientos. El autor ofrece algunos lineamientos acerca de cómo manejar estos parámetros para prevenir los principales problemas en el cultivo, y explica la importancia de medir la concentración de la solución fertilizante tanto en los puntos de goteo como en los de drenaje.

  

Terminología general

El cultivo sin suelo, conocido comúnmente como "hidropónico", es una técnica de cultivo por medio de la cual las plantas crecen en forma separada del suelo. Las plantas son cultivadas en contenedores rellenos con varias posibles medias de crecimiento. Si estas medias son sólidas, el método se denomina "cultura sin suelo". Si no hay media presente y las raíces de las plantas son bañadas en una solución nutriente circulante, el método se denomina "hidropónico". Si no hay media presente y las raíces de la planta toman sus nutrientes por medio de un rociado frecuente o bruma, el método se denomina "aeropónico". El método expuesto en este artículo utiliza media de crecimiento sólida.

 

Figura 1. Diferentes métodos de cultivo sin suelo

  

Características del cultivo sin suelo

El volumen limitado del medio de cultivo y la disponibilidad de agua, en general, provocan rápidos cambios en el estado de disponibilidad de agua y nutrientes. Los cambios en la solución del suelo, tales como conductividad eléctrica (CE), pH y niveles de nutrientes, deben monitorearse para lograr un uso eficiente del agua y de nutrientes. Si existieran fallas en la supervisión y/o en el cuidado de la fertilización y/o en la precisión del riego, probablemente se inducirán severos daños a las plantas y como resultado se obtendrán reducciones de rendimientos.

La cultura hidropónica, de todas formas, ofrece varias ventajas importantes en el manejo de la nutrición de las plantas y su protección, si se utilizan las herramientas correctas y se aplica un manejo cuidadoso.

Hay cinco parámetros importantes que el productor debe monitorear, mediante el empleo de herramientas y métodos simples. Sin embargo, la percepción e interpretación simplificada de algunos de estos parámetros no siempre es correcta y puede derivar en problemas mayores.

Hay dos puntos de referencia de especial importancia utilizados para determinar el estado del medio de cultivo. Estos son: el punto de "línea de goteo" (entrada del fertirriego) y el punto de "drenaje" (salida), y se basa en el concepto de que el punto de drenaje es el que mejor refleja la condición en la zona activa de la raíz. Por medio del monitoreo de estos dos puntos, será posible observar qué cambios tienen lugar en el medio de cultivo luego de la operación de fertirriego.

  

Cambios en el ambiente del medio de cultivo

El agua, además ser una nutriente esencial para la vida en si misma, es el vehículo que transporta los nutrientes hacia la planta por medio del sistema vascular del xilema. Cuando las plantas están expuestas a baja humedad relativa, pierden agua por transpiración a través de sus estomas. El agua también se evapora del medio de cultivo. Debe tenerse en cuenta que la transpiración y la evaporación pueden conducir a una acumulación de sales en el medio de cultivo si se ignoran las prácticas de manejo correctas. A pesar que algunas sales son absorbidas por la plantas, se produce un agudo incremento en la concentración y acumulación de algunas sales no deseadas.

Cuando las plantas crecen en el suelo, el volumen ocupado por las raíces en el espacio del suelo, éste es suficientemente grande como para que la acumulación de sales no interfiera con el crecimiento de las plantas. Pero en el cultivo sin suelo no hay espacio disponible para almacenar excesos de sal, y resulta necesario llevar a cabo alguna acción inmediata para purgar este exceso en el sustrato y bajar la concentración mediante el lavado de estos componentes dañinos. Para mitigar este problema, la práctica común indica suministrar agua de riego extra en cada ciclo como para asegurar que haya un drenaje suficiente – el agua de riego debe pasar a través de la mayor parte del volumen del sustrato y lixiviar las altas concentraciones de sales en el punto de drenaje. En forma teórica, un incremento del 10% en el volumen de agua durante los ciclos diarios de riego debería ser suficiente, pero, en la práctica, se utiliza entre un 30% y un 50% adicional.

Cuando se suministran fertilizantes minerales al cultivo, a pesar de que algunos nutrientes son consumidos y otros se pierden por lixiviación, la conductividad eléctrica (CE) de la solución del sustrato aumenta en comparación con la del punto de la línea de goteo. Principalmente se acumulan, nitratos y cloruros.

Es importante identificar la causa de cualquier aumento de la CE para evitar tomar acciones correctivas equivocadas. Por ejemplo, el cloruro es un micronutriente que las plantas requieren en muy pequeñas cantidades. Un exceso de cloruro no será absorbido y será acumulado fácilmente en el medio. Debido a que el cloruro es altamente soluble siempre estará presente en la solución y afectará positivamente la CE.

El consumo de nutrientes puede ser estimado en forma aproximada verificando los cambios en el contenido de nitrato (NO3) de la solución nutritiva. Comparado con el punto de la línea de goteo, la concentración de NO3 subirá y bajará reflejando los cambios en el consumo de las plantas. Otra forma de nitrógeno que puede decirnos cuál es el estado del medio de cultivo es la concentración de nitritos (NO2-). En el caso de exceso de riego, la acumulación de agua en el medio puede provocar encharcado, y disminuir la disponibilidad de oxígeno en el medio. Este cambio desacopla la transformación química del amonio en nitrato provocando la aparición de iones nitritos y eventualmente a acumularse en el medio de cultivo. El anión nitrito es tóxico para las raíces de las plantas y eventualmente las puede matar.

Otro parámetro importante es el pH de la solución que fluye a través del medio, sus variaciones pueden afectar la disponibilidad de fosfato y microelementos para el cultivo. Una de las ventajas del cultivo sin suelo es la capacidad de controlar el pH de la solución. Que se consigue mediante el agregado de ácidos al agua de riego y así cambiar la proporción entre NH4+ y NO3-, las únicas formas del nitrógeno permitidas en este método de cultivo. Es un fenómeno conocido que a medida que la solución nutritiva pasa a través del sistema radicular, el pH cae levemente debido a la respiración de las raíces y a la falta de capacidad de regulación del medio de cultivo.

Es posible verificar el estado de estos parámetros en el propio sustrato, pero requiere disponer de equipos de medición relativamente sofisticado. Resulta claro que la CE y el pH deben ser monitoreados a través del tiempo; principalmente considerando que las tendencias son más importantes que los valores absolutos puntuales, los que a veces pueden no ser precisos. A pesar que las mediciones de CE y pH se realizan diariamente, éstas no son las más seguras para predecir cambios en el cultivo, pero son mediciones relativamente baratas y posibles de realizarse rápidamente a campo.

  

Tabla 1. Parámetros más importantes, y cómo se deben manejar

Parámetro

Factores afectados

Unidades

Relación recomendada entre el valor en el punto de drenaje y de goteo

Acciones a tomar si aparecen valores no deseados en el punto de drenaje

pH

Disponibilidad de fósforo y de micronutrientes

Unidades de pH

Menor que una unidad, y en el rango comprendido entre 5,5 y 6,0

Agregar más ácido al agua de riego y/o aumentar la fracción amoniacal del total de nitrógeno

CE

Salinidad y disponibilidad de agua

Decisiemens/m ó Milisiemens s/cm

Hasta un 20% más alto

Enjuagar el sustrato con mucha agua (2-3 veces el volumen normal), enriquecido con una pequeña cantidad de nitrógeno (50 ppm), si la CE del drenaje está un 20% por encima del óptimo.

Cl-

Volumen de riego

ppm

Hasta 50 ppm más alto

La misma acción que la mencionada arriba si el valor del drenaje es 50 ppm o más alto que en el punto de gotero

NO3-

Estado de la fertilización

ppm

Puede ser más alta o más baja

Aumentar o reducir la concentración de fertilización de acuerdo al cambio producido

NO2-

Intervalos de riego o proporción

ppm

No debe estar presente. Máximo, 10 ppm

Enjuagar el sustrato si se detecta un valor mayor a 10 ppm. Aumentar los intervalos entre riegos y aumentar la dosis de ácido

  

La Tabla 1 es una compilación de lineamientos de manejo más comunes utilizados en cultivos sin suelo. El manejo del cultivo se realiza generalmente comparando valores de CE y pH entre el punto de línea de goteo y el punto de drenaje, pero ¿éste último punto, es el mejor para usar de comparación?

En muchos casos, los valores obtenidos en el punto de drenaje no reflejan la situación real en la zona activa de las raíces, y puede confundir al operador respecto al estado del medio de cultivo. Para obtener un cuadro mucho más ajustado, necesitamos estar seguros que el agua de riego esté pasando a través de todos los espacios de poros posibles en el sustrato de crecimiento.

A pesar que el agua de riego pasa tanto en forma horizontal como vertical a través del medio de cultivo, distintos factores pueden influir en los caminos finales que el agua va a tomar. Una baja densidad de emisores junto con una gran capacidad de flujo, y un medio de cultivo con agregados de partículas grandes y un "contenedor" cuadrado, determinará un movimiento principalmente vertical del agua de riego. Inversamente, una alta densidad de emisores (dos líneas) junto con baja capacidad de flujo (0,2 l/h), y un medio con agregados pequeños y contenedor de forma triangular, determinará un flujo mayoritariamente horizontal del agua de riego, y de esta forma asegurando un mejor lavado del medio de cultivo con drenaje que será más representativo del estado del sustrato (Figura 2).

 

Figura 2. Movimiento del agua a través de la media en distintas condiciones

 

En general, el agua encontrada en el drenaje no es indicativa de la situación real existente en la zona radicular activa. La mayoría del agua del drenaje es recolectada debajo del gotero desde un "bulbo" más bien angosto donde el movimiento del agua es más rápido en el volumen central que en su periferia. Las sales no deseadas, como los cloruros, están en esta muestra de agua de riego recolectada, a una concentración más baja que la que puede encontrarse en la zona radicular activa, que tiene una "conductancia hidráulica" mucho más baja. Mientras que la concentración de cloruro en el drenaje puede estar en una situación aceptable, una inspección cuidadosa del medio de cultivo alrededor de la zona radicular activa (que es algo difícil de realizar), puede llegar a mostrar una concentración no deseada de sales, expresada por una alta CE.

Una de las funciones del agua suministrada al cultivo sin suelo, además de transportar nutrientes a las plantas, es mantener un bajo nivel de sales en el medio y prevenir así su acumulación. El sentido común indica que la materia no desaparece del sistema, es decir, que a pesar de evaporarse el agua del sistema, las sales no lo hacen, y por lo tanto siempre permanecerán ahí. Cada anión y catión no consumido por la planta se acumulará en el medio. ¡Si la sal no sale por el drenaje estará dentro del sustrato!

Los productores deberían tender a tener un valor de CE en el punto de drenaje lo más alto posible y no sólo un 20% más alto que en el punto de la línea de goteo. En el mismo sentido, los niveles de cloruro deberían ser también, lo más alto posible en el drenaje y no apenas 50 ppm más que en la línea de goteo. Si los valores de la CE fueran solo un 20% más alto, y de cloruros 50 ppm más, productor debería preocuparse, ya que significa que el drenaje no es suficientemente efectivo y que en esta ecuación la sal sigue escondida en el medio o sustrato. El drenaje no es efectivo para eliminar el exceso de sales y la mayoría de estas permanece en el medio.

Los productores deben verificar el estado del medio de cultivo en la zona radicular activa. Hay dos formas para hacerlo: Una, cavar en alguna parte del medio, pellizcar el medio con la mano, colocarlo sobre un papel de filtro y analizar los parámetros relevantes de la solución. Un método más preciso es utilizar un extractor de la solución de cultivo que permite extraerla desde cualquier lugar elegido por el productor como punto característico para determinar el ambiente real que rodea a las raíces del cultivo (Figura 3).

  

Figura 3. Extractor de solución de suelo dentro de la maceta o vaso de cultivo.

  

Pero sobre todo, el productor debe tener en cuenta que los dos métodos para verificar la calidad del drenaje de la solución y del medio en sí mismo, son solo aproximados. De todas formas, dado que el productor necesita algún indicador de lo que esta ocurriendo en el medio, este método de evaluación será suficiente en la medida en que la CE no sea mayor al 20% en relación a la CE de la línea de goteo, y que el nivel de cloruro no exceda los 50 ppm sobre el valor de la línea de goteo. Los parámetros en el drenaje deben ser más altos en comparación con los del punto de línea de goteo.

Se debe recordar además que estos lineamientos no son específicos de un cultivo en particular. Un método mejor es determinar la CE para cada cultivo en particular, de acuerdo a su nivel critico (NC), por encima del cual la productividad de la planta decrece (Tabla 2). La idea es mantener siempre la CE por debajo de este umbral, y cuando se exceda dicho nivel, tomar alguna acción correctiva y lavar el sustrato con agua adicional. Siempre es mejor hacer en forma frecuente pequeños ajustes al régimen de riego y fertilización, que realizar cambios extremos cuando, generalmente, ya es muy tarde. Como una medida saludable, la acción de lavado del medio debe realizarse cuando los niveles de CE excedan el nivel crítico y no como rutina, dado que de lo contrario provocará trastornos al sensible equilibrio en el que viven las plantas.

  

Tabla 2. Sensibilidad de algunos cultivos a la salinidad, nivel crítico y reducción asociada del rendimiento (Maas y Hoffman, 1993).

Cultivo

Nivel critico de salinidad (NC)

Reducción de rinde por cada ds/m menor al NC

 

ds/m

%

Lechuga

1.3

13

Pimiento

1.5

14

Pepino

2.5

13

Tomate

2.5

9.9

  

Algunos productores pueden considerar este procedimiento como muy intensivo en mano de obra, y en lugar de verificar la CE en el punto de drenaje, prefieren lavar el medio con abundante agua, de vez en cuando. A pesar de que esto pueda funcionar es una práctica errónea. Los métodos descriptos en este artículo aseguran que las plantas crezcan en la zona correcta, por debajo del nivel crítico que podría reducir la producción del cultivo (Figuras 4 y 5).

Figura 4. Comportamiento característico de la CE en un cultivo sin suelo no controlado, con enjuague único en un breve lapso. La parte gris del triángulo está por encima del nivel crítico, que resulta en una reducción de la productividad.

 

 

Figura 5. Comportamiento característico de la CE en cultivos sin suelo, controlado con enjuagues que mantiene el nivel óptimo de CE, sin pérdidas de producción

  

Investigación adicional de la CE

Cuando se mide la CE del medio, es importante también, desagregar este término general en sus componentes principales. La verificación de la CE en sí misma refleja que la concentración de electrolitos es alta. En el rango de trabajo de los cultivos sin suelo, es importante conocer si esta CE se debe al nitrógeno de nitratos o a niveles altos de cloruro. Si la mayoría es de nitratos, significa que el agricultor ha sobre-fertilizado y la concentración de fertilizante debe reducirse. Si la mayor parte es cloruro, significa que el agricultor no está regando con un volumen adecuado de agua, y el consumo de agua excede el suministro y que el cloruro se está acumulando en forma muy rápida. En este caso, la acción adecuada es incrementar el volumen de riego. En ambos casos, un nivel alto de CE debe reducirse, mediante un lavado extra en caso de necesidad.

En resumen, es necesario comprender que el cultivo sin suelo es un método de crecimiento flexible que le permite al productor tener un control total sobre el ambiente de crecimiento, incluyendo a la zona radicular activa. De todas formas, las plantas y los rendimientos pueden sufrir si el productor no tiene una buena comprensión de la CE y de las limitaciones específicas del cultivo, del sustrato o medio de cultivo y del agua de riego.

  

 




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