Hidroponía o Cultivo hidropónico de hoja: Soluciones nutritivas, tipos y cálculo

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La aplicación de soluciones nutritivas en cultivos hidropónicos de hortalizas de hoja como la acelga, berro y lechuga es de vital importancia.

En estos sistemas, la absorción generalmente es proporcional a la concentración de nutrientes en la solución cercana a las raíces, siendo influenciada por los factores ambientales; tales como la salinidad, oxigenación, temperatura y pH de la solución nutritiva.

De esta forma la lámina de solución nutritiva es un componente dinámico de elementos químicos; por ende constituyen la base del suministro de nutrientes esenciales para el crecimiento y desarrollo de las hortalizas de hojas.

Composición química de la solución nutritiva para hortalizas de hoja

En la actualidad existe una amplia variedad de soluciones nutritivas que satisfacen los requerimientos de cultivos hortícolas.

Sin embargo, en hortalizas de hojas como acelga, berro y lechuga (figura 2) las exigencias nutricionales son diferentes; por lo que estandarizar una sola solución nutritiva para este grupo de hortalizas es difícil.

Hortalizas de hojas en sistema hidropónico
Figura # 2. Hortalizas de hojas (Acelga, berro y lechuga).

A continuación se muestra en los cuadros 1 y 2 los requerimientos estimados de macronutrientes micronutrientes para los cultivos de acelga, berro y lechuga, respectivamente; también, se debe tomar en cuenta que la fórmula de la solución nutritiva requiere ser ajustada a la concentración deseada dependiendo de:

  • La calidad del agua utilizada para prepararla, por eso se requiere hacer un análisis previo.
  • Los fertilizantes disponibles en el mercado, previo conocimiento de su contenido de nutrientes.

Cuadro 1. Concentraciones de macronutrientes de una solución básica (mg.L-1) para cultivos hidropónicos de acelga, berro y lechuga.

Cultivo N-NO3- N-NH4+ P K Ca Mg S
Acelga 186 28,7 12 125 89 45 50
Berro 87 10 32,7 220 55 45,2 46
Lechuga 174 24 32,7 195 190 52 70
Fuente: Elaboración propia con base en los datos de Kopp et al., 2000.

Cuadro 2. Concentraciones de micronutrientes de una solución básica (mg.L-1) para cultivos hidropónicos de acelga, berro y lechuga.

Cultivo B Cu Fe Mn Mo Zn
Acelga 0,5 0,02 3,6 0,2 0,009 0,16
Berro 0,4 0,06 3,2 0,3 0,08 0,12
Lechuga 0,35 0,04 3,6 0,3 0,09 0,10
Fuente: Elaboración propia con base en los datos de Kopp et al., 2000 y Charpentier. 1985.

 

Ventilador de uso agrícola

 

 

Bomba de agua

 

 

Panel led para fotosíntesis

 

¿Qué materias primas se usan en su preparación?

Para preparar cada solución nutritiva se deben utilizar como fuentes de nutrientes, fertilizantes inorgánicos comerciales; en el cuadro 3 y 4 se pueden observar las fuentes de fertilizantes más comunes y las cantidades respectivas para cada cultivo.

Cuadro 3. Cantidades de fertilizantes (macronutrientes) en mg.L-1 utilizados para preparar soluciones nutritivas de cultivos hidropónicos de acelga, berro y lechuga.

Fuentes de macronutrientes

Soluciones nutritivas mg.L-1

Acelga Berro Lechuga
Nitrato de calcio  (Ca(NO3)2) 240 700 1.200
Nitrato de potasio (KNO3) 400 500 280
Fosfato monoamónico  ((MAP) NH4H2PO4) 52 120 150
Fuente: Elaboración propia con base en los datos de Magalhães et al., 2005 y Kopp et al., 2000.

Cuadro 4. Cantidades de fertilizantes (micronutrientes) en mg.L-1 utilizados para preparar soluciones nutritivas de cultivos hidropónicos de acelga, berro y lechuga.

Fuentes de micronutrientes Soluciones nutritivas mg.L-1
Acelga Berro Lechuga
Sulfato de magnesio (MgSO4) 115 400 500
Clorato de potasio (KClO3) - - 200
Sulfato de manganeso (MnSO4) 1,0 1,50 1,80
Ácido bórico (H3BO3) 1,5 1,25 3,0
Sulfato de zinc (ZnSO4) 0,09 0,50 0,10
Sulfato de cobre (CuSO4) 0,05 0,20 0,04
Molibdato de sodio (Na2MoO4) 0,020 0,25 0,15
Fe- EDTA 36 40 42
Fuente: Elaboración propia con base en los datos de Magalhães et al., 2005 y Kopp et al., 2000.

Relaciones entre iones disueltos

Nitrógeno amoniacal y nitrógeno nítrico

Muchos estudios han demostrado que las plantas se benefician con una mezcla de NH4+ y NO3-, con las que se obtienen mayores tasas de crecimiento; por ello, la respuesta de los cultivos a las concentraciones de N-NH4+ y/o N-NO3- debe ser monitoreada en condiciones de laboratorio para evaluar el efecto de la presión osmótica sobre las plantas.

Debemos recordar que la presión osmótica es un fenómeno físico en el cual se produce el movimiento entre dos fluidos; así como las sales presentes (cationes o aniones) a través de las raíces (membrana semipermeable).

Resulta que cuando la presión osmótica es muy alta en la solución nutritiva, la planta tiene problemas para asimilar el agua y los nutrientes; por consiguiente, se producirá una reducción significativa de los rendimientos.

Equilibrio N-NH4+ / N-NO3-

En los sistemas hidropónicos de acelga, berro y lechuga, las soluciones nutritivas difieren entre sí en 4 milimoles (mmol) de NO3-, suministrados a partir de nitrato de sodio (NaNO3); es decir, que concentración equivale a un aumento de presión osmótica de 0,19 atm en solución de cada sistema.

Por otro lado, la adición de NH4+ reduce la concentración de NO3- en la planta, lo cual puede beneficiar la salud humana debido a una menor ingesta de NO3-; sin embargo, el exceso del contenido de NH4+ también puede ser perjudicial para las plantas, ya que reduce el crecimiento.

Beneficios para hortalizas de hoja

La lechuga es de los cultivos de hoja que más acumula NO3-, esto indica que la concentración N-NH4+ y/o N-NO3- deben estar en equilibrio; de tal manera que la condición de pH se mantenga y la dinámica de otros elementos sea estable.

En este sentido, el contenido de N-NH4+ puede variar entre especies y condiciones ambientales; aunque para las plantas puede resultar tóxico por la disminución del pH, desbalance iónico o al consumir energía en la salida de iones.

De hecho, estudios han mostrado que las hortalizas de hoja se benefician con una mezcla equilibrada de NO3- y NH4+ con las que se obtienen mayores rendimientos; por ejemplo, para lechuga se han reportado hasta un 30 % de incremento del peso fresco.

Para garantizar el óptimo equilibrio entre N-NH4+ y/o N-NO3- , se sugiere seguir las recomendaciones contenidas en el cuadro 3.

Conductividad eléctrica ideal

Un factor importante en la formulación de una solución nutritiva para hortalizas de hoja es la cantidad total de iones disueltos en agua, representada por la conductividad eléctrica (CE); la CE se suele expresar en dS/m, mS/cm o mS/cm (1dS/m = 1 mS/cm = 1000 mS/cm).

Cabe destacar que a menor conductividad, más fácil será para la planta captar el agua (la salinidad crea una resistencia a la entrada de agua a la planta, al tener un mayor potencial osmótico); por lo tanto, hay que asegurarse que la planta absorba la cantidad precisa de elementos.

Asimismo, el rendimiento y la calidad de los cultivos de acelga, berro y lechuga, es influenciado principalmente por una óptima CE durante crecimiento vegetativo; en el cuadro 5 se pueden observar los rendimientos de algunas hortalizas de hoja en función de la CE.

Cuadro 5. Conductividades eléctricas ideales para cultivos hidropónicos de acelga, berro y lechuga.

Cultivo CE (dS/m) para el rendimiento potencial
100 % 90 % 80 % 50 %
Acelga 1,0 1,3 1,9 2,5
Berro 1,0 1,3 1,7 2,3
Lechuga 1,5 2,0 3,5 5,0
Fuente: Elaboración propia con base en los datos de Magalhães et al., 2005.

Los carbonatos en la solución nutritiva

La acumulación de iones no útiles puede impedir el aporte de nutrientes, de allí que la disponibilidad de agua limpia es esencial para una producción de alta calidad de los cultivos hortícolas; en efecto, el agua limpia está asociada a la ausencia de sales, donde a mayor calidad será más sencillo formular una solución nutritiva optimizada.

Por una parte el pH del agua de riego tiene contenidos variables de bicarbonatos y carbonatos (HCO3-, CO3-); así la conversión de CO3- a HCO3-, luego a ácido carbónico (H2CO3) y finalmente a CO2 es influenciado por el pH.

Para efectos prácticos se considera que cuando la concentración de HCO3- es de aproximadamente 0,5 mmol.L-1, el pH de la solución nutritiva es óptimo (5.5 y 6.0); con el fin de conseguir el pH deseado se debe añadir una concentración en mili equivalentes por cada litro de agua (meq.L-1) de ácido mineral como meq.L-1 de HCO3- .

Un ejemplo sería la aplicación de acido sulfúrico (H2SO4) en la solución nutritiva para separar los HCO3- (pH alrededor de 6,0) dando como resultado dióxido de carbono (CO2); esto permite al Ca+2 y al Mg+2 permanecer en solución en relación al contenido de sodio (Na+).

 

Solución hidropónica de macronutrientes para Tomates

 

 

Canastilla para hidroponía

 

 

Iluminación led

 

Efecto del pH de la solución nutritiva

En una solución nutritiva se tienen todos los iones en forma libre y activa, por eso el pH es importante para determinar su disponibilidad; por ejemplo, en un pH alto no es posible tener un contenido alto Ca+2 y PO4-3 debido a la precipitación de ambos en forma de compuestos insolubles como el fosfato dicálcico (CaHPO4).

De igual forma el pH es importante para favorecer la presencia de la forma química H2PO4-, la forma del fósforo más fácil de ser absorbida por las hortalizas de hojas; por ende a pH 6.0 todo el fosforo está en esta forma y al aumentar el pH, pasa a HPO4-2.

Así como el intervalo de pH en el que predomina el ión H2PO4- sobre el HPO4-2 está entre 5.5 y 6.5; de manera que en este rango se tiene la mejor difusión de H2PO4- en el espacio libre radical, aumentando su absorción en las hortalizas de hojas cultivadas.

Disponibilidad de micronutrientes

Además de la interacción entre calcio y fosfatos disponibles, los nutrientes que más se ven afectados por el pH de la solución nutritiva son los microelementos como el hierro, cobre, zinc y manganeso; en consecuencia dejan de estar disponibles para la planta a pH mayores de 6.5.

Por esta razón, estos iones se añaden en forma de quelatos como el hierro (Fe-EDTA), que los hacen disponibles a pH algo más altos.

Los quelatos

Uno de los parámetros más importantes que controlan la estabilidad de los quelatos es el pH, especialmente en el caso del hierro; entre los quelatos de hierro más conocidos están los de EDTA, que deja de ser estable a pH mayores de 6.0.

Hay que resaltar que la estabilidad de todos los quelatos puede ser nula a pH inferiores a 3; por ello, se suele utilizar la mezcla de EDDHA más estable y EDTA.

Efecto de la temperatura en la absorción de nutrientes

La temperatura influye en la capacidad de absorción de agua y nutrientes por parte de las hortalizas de hoja; por esta razón si es muy alta o muy baja genera un menor crecimiento de las raíces de acelga y berro.

En este sentido por debajo de 12 °C la absorción de iones por las raíces de lechuga y de berro se ve muy limitada; también por encima de 29 °C es limitada.

Mientras que en cultivos sensibles como la lechuga, temperaturas inferiores a 8°C dificultan el flujo de agua hacia el resto de la planta.

Cabe resaltar que la temperatura es el factor más importante en la solubilidad del oxígeno; por eso en medios con baja aireación como en cultivos hidropónicos (NFT, NGS, etc) la demanda de oxígeno viene dada por esa fracción soluble de la solución nutritiva.

El oxígeno en la solución nutritiva

En hortalizas de hoja cultivadas en sistemas hidropónicos el oxígeno circundante en la zona radicular es esencial para las funciones fisiológicas vitales (figura 3); en tal sentido, el oxígeno se obtiene de la solución nutritiva, así como de la superficie radical expuesta a la atmósfera dentro de los canales de cultivo.

Plantas de lechuga en solución nutritiva
Figura #3 El oxígeno se obtiene de la solución nutritiva, así como de la superficie radical.

De manera que los cultivos de acelga, berro y lechuga demandan de forma diferenciada mayor o menor concentración de oxígeno disuelto en la solución nutritiva; tal como se muestra en el cuadro 5.

Cuadro 5. Consumo de oxígeno en mg.L-1 en los cultivos hidropónicos de acelga, berro y lechuga.

Ubicación Concentración de oxígeno mg.L-1
Acelga Berro Lechuga
En tanque principal 8,2 7,0 7,3
Al inicio del canal de cultivo 6,7 5,4 6,5
Intermedio del canal de cultivo 5,3 2,9 6,0
Al final del canal de cultivo 3,0 2,0 5,3
Consumo total de O2 en el sistema 7,9 6,2 2,0
Fuente: Elaboración propia con base en los datos de Kopp et al. 2000 y Charpentier. 1985.

Por esta razón, a mayor contenido de oxígeno disuelto en la solución, éste se encontrará disponible para el sistema radical.

¿Cómo se logra esto?

Para lograrlo se recomienda colocar una bomba inyectora de oxígeno a la solución del estanque.

Asimismo, la pendiente longitudinal de los canales de cultivo permite el retorno de la solución nutritiva al estanque colector; por lo general ésta oscila en un 2 %, pero pendientes superiores al 4 % dificultan la absorción de agua y nutrientes por las raíces del cultivo.

Además de esta pendiente, existe la inclinación transversal; por ejemplo, cuando el sistema localiza el estanque colector a un costado, la magnitud de esta pendiente es similar a la longitudinal.

Control preciso de nutrición mineral

Para finalizar debemos darle importancia a lo que implica el estudio sobre los elementos básicos de las soluciones nutritivas para hortalizas de hojas; tales como: los procesos fisiológicos relativos a la absorción mineral e hídrica, la respiración, la fotosíntesis y la transpiración.

De igual forma las soluciones nutritivas traen consigo la posibilidad de un control preciso de la nutrición mineral según especie, la fenología y las características climáticas; por ende estos aspectos deben ser considerados en conjunto para obtener la mayor rentabilidad al cultivo.

Compilador: Ing. MSc. Angel Mariño

Referencias consultadas

Beninni, E; Takahashi, H; Neves, C. 2003. Manejo do cálcio em alface de cultivo hidropônico. Horticultura Brasileira 21: 605-610.

Bernardes, L. 1997. Hidroponia. Alface uma história de sucesso. Charqueada: Estação experimental de hidroponia “alface e cia”, p. 135.

Charpentier, S. 1985. Equilibres chimiques et précipitation dans les solutions nutritives. PHM Revue Horticole, 258: 19-24.

Coello, B. y Mesa, D. 2016. Cálculo de soluciones nutritivas en suelo y sin suelo. Tenerife, España. Servicio de Agricultura y Desarrollo Rural. 16-30 p.

Kopp, L; Schunemann, A; Braccini, J; Lemos, C; Simonetti, R; Silva, E. 2000. Avaliação de seis cultivares de alface sob duas soluções nutritivas em sistema de cultivo hidropônico. Revista Faculdade de Zootecnia, Veterinária e Agronomia 7: 19–25.

Magalhães, A; Mesquita, J; Menezes, D; Resende, L; Melo RO. 2005. Linhagens e cultivares de alface de folhas lisas sob cultivo hidropônico. In: Congresso Brasileiro de olereicultura,  45.  Resumo.

 

Sustrato

 

 

Solución de fitohormona

 

 

Semillas de lechuga

 

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Un hombre preparando una solución nutritiva
hombre revisando las soluciones nutritivas en cultivos hidropónicos verticales
Vista aérea de persona revisando las soluciones en cultivos hidropónicos
persona tomando una planta de lechuga de un sistema hidropónico
Una planta de lechuga en sistema hidropónico
Mujer evaluando cultivos en soluciones nutritivas bajo enfoque hidropónico
plantas de lechuga en canaletas con soluciones nutritivas
canaletas plásticas con plantas de lechuga bajo enfoque hidropónico
Canaletas plásticas con plantas de lechuga bajo enfoque hidropónico
Persona evaluando la calidad de la solución nutritiva
persona sacando planta de lechuga fuera de solución nutritiva en sistema hidropónico
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Pamir
10 Meses publicado

Un tema que vale la pena tomarse un buen tiempo para entender. Este artículo me parece el mejor que se ha publicado en esta web, en cuanto a hidroponía se refiere. Felicito a todo el equipo de Agrotendencia.

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