Reciclaje de nutrientes en hidroponía

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El reciclaje de la solución nutritiva en hidroponía, permite un ahorro de agua y nutrientes entre un 20 y 50 %; además, cuida el medio ambiente al evitar desperdicios puntuales en suelos o en drenajes que terminan llegando a fuentes de aguas.

Aunado a esto, el incremento de los fertilizantes y las dificultades para conseguir agua de calidad, hace imperante la alternativa de reutilización.

En este sentido, cuando nos referimos al reciclaje de agua se trata de tomar el agua procedente del drenaje del sistema; para luego pasarla a través de un proceso con el fin de permitir su uso de forma parcial o total en el cultivo.

Según ensayos realizados con esta alternativa de reutilización se obtiene un ahorro aproximado de 21 % del agua, lo cual se traduce en 141 L/m2/ciclo de cultivo; en la actualidad es importante sobre todo en lugares con escases y disponibilidad de este recurso.

¿Cuáles son las etapas del proceso de reciclaje de nutrientes?

Recolección

Consiste en recoger el agua proveniente del sistema almacenarla en tanques exclusivos para tal fin.

Filtrado

El objetivo es remover impurezas y eliminar cualquier materia orgánica residual mediante la utilización de filtros especiales.

Desinfección

Se aplica un tratamiento que puede ser térmico, mediante utilización de ozono, cloración o mediante la radiación ultravioleta; esto se hace con la finalidad de inactivar o eliminar los agentes patógenos que pueden enfermar las plantas.

Mezcla

Se procede a mezclar con agua limpia o de lluvia preferiblemente para su utilización de nuevo en el sistema.

Incorporación de fertilizantes

Se realiza la incorporación de los nutrientes para complementar los requerimientos para un desarrollo adecuado del cultivo.

¿Qué aspectos se deben garantizar?

Para una reutilización adecuada de los nutrientes en hidroponía se deben garantizar los siguientes aspectos: oxigeno disponible, nutrientes y ausencia de patógenos.

Oxigeno disponible

Se debe garantizar una aireación adecuada; dado que la presencia de oxígeno en la solución nutritiva es estrictamente necesaria para el desarrollo de la planta y el crecimiento de las raíces.

Para un crecimiento normal de las plantas se requieren valores mínimos de oxígeno de 8-9 mg O2/L de solución nutritiva; aunque algunos autores señalan que hasta 5 mg O2/L es el mínimo permitido en una solución, por ende, a mayor presencia de oxigeno se tendrá un mejor desarrollo del cultivo.

cultivo de lechuga en sistema de reciclaje de solución nutritiva

Asimismo, el oxigeno está relacionado con factores como la temperatura y el tamaño de los contenedores; debido a que a mayor temperatura los niveles de oxígeno disponible descienden, y en contenedores pequeños la difusión de oxígeno es menor.

Por lo tanto, es necesario advertir que si se va reciclar solución nutritiva y los contenedores son pequeños; y si las temperaturas tienden a ser elevadas (30 °C) se debe prestar mucha atención a los niveles de oxígeno.

Nutrientes

Generalmente la solución nutritiva que se obtiene en los drenajes presenta valores mayores de pH y de CE, debido a que las plantas absorben algunos nutrientes y agua; así, al bajar la cantidad de agua aumenta la concentración.

Por esta razón, no es recomendable reciclar en un siguiente ciclo de manera directa sin antes verificar previamente; de hecho, lo que se hace es mezclar con agua nueva y agregar nutrientes para complementar los nutrientes para completar los requerimientos.

De igual forma es recomendable agua de buena calidad en cuanto a salinidad (< 0,8 mS/cm); o si es posible con agua de lluvia recolectada previamente, obteniendo así una solución que no produzca efectos adversos en el sistema.

Algunos expertos recomiendan utilizar 30 % de solución reciclada y mezclar con 70 % de solución nueva; siempre y cuando cumpla con los análisis físicos químicos realizados previamente, los cuales se deben realizar antes de incorporar la solución nutritiva y en la solución de drenaje.

Ausencia de Patógenos

En hidroponía la mayoría de los sistemas son cerrados y al reciclar el agua existe un mayor riesgo en dispersar enfermedades de la raíz; por lo tanto, hay que desinfectar el agua antes de que se regrese al cultivo.

Entre los principales patógenos que se pueden presentar en estos sistemas están los hongos como Fusarium, Phytophthora, Phytium; también bacterias como Clavibacter, Pseudomonas, Erwinia; virus como ToMV y nematodos, adultos o huevos.

 

plántulas de lechuga en solución nutritiva

Métodos de desinfección

Los métodos más comunes de desinfección son los siguientes:

Radiación UV

La radiación UV no necesariamente mata el patógeno sino que altera su ADN, de tal forma que ya no puede proliferar y causar enfermedad; por ende, al no poder reproducirse en poco tiempo el patógeno muere.

Para que la radiación UV tenga un efecto máximo es importante pre filtrar el agua y eliminar cualquier partícula que pueda sombrear y proteger los patógenos de la radiación; es decir, el agua tiene que ser clara, sin ningún color o turbidez.

diagrama de desinfección de solución nutritiva en sistema hidropónico con reciclaje de nutrientes

Mientras que para una esterilización de hongos y bacterias una radiación de 100-150 mJ/cm2 es suficiente y para los virus es necesario aumentar la radiación a 250 mJ/cm2; asimismo, la ventaja principal del sistema es que no deja ningún residuo químico en el agua tratada que pueda arriesgar el cultivo.

Cloración

Consiste en inyección continua y precisa de hipoclorito de sodio o de calcio o dióxido de cloro, se aplica 4-5 ppm de cloro con un tiempo de reacción de 30 min; de igual forma, el cloro residual en el sistema de riego debe ser monitoreado y mantenido en un nivel menor a 1-1.5 ppm.

Aunque este es un método económico, tiene la desventaja de dejar residuos en el agua; ya que pueden acumularse y llegar a unos niveles tóxicos al cultivo.

Ozono

Este método aprovecha el efecto oxidante del ozono sobre la materia orgánica, permitiendo la desinfección del agua y eliminando patógenos; de modo que el valor del poder de oxidación del ozono lo refleja el valor del potencial redox del agua, pues conforme va incrementándose la cantidad de ozono en el agua, mayor valor redox va adquiriendo.

Por ejemplo, empresas proveedoras de equipos para desinfección recomiendan valores entre 400- 750 mV de potencial Redox.

Otras experiencias afirman que concentraciones entre 0,5 y 0,8 mg/L de ozono durante unos tres o cuatro minutos son suficientes para conseguir una calidad de agua excepcional y desinfectada; luego de varios minutos el ozono se descompone en oxigeno no dejando efecto residual que pueda ser perjudicial al sistema.

Igualmente este sistema permite la eliminación de agentes patógenos que puedan venir en el agua de riego o se produzcan durante el desarrollo del cultivo; de esta forma experiencias que usaron la ozonización reflejan su eficacia, como se muestra en el cuadro a continuación.

Presencia de patógenos en función de los tratamientos con ozono

Tipo de aguaPhytophthoraFusariumPythiumRhizoctonia
Agua de riego-+--
Lixiviados en:
Sistema abierto-++-
Sistema cerrado-+--
Depósito de ozonización----
Fuente: (García et.al, 2020).

Otros métodos

  • Oxidación por agua oxigenada (H2O2).
  • Filtración lenta a través de arena o membranas especiales.
  • Osmosis inversa.
  • Tratamiento térmico.
  • Aporte de químicos como permanganato potásico, sulfato de cobre, yodo y otros.

Equipos y funcionamiento de un sistema de reciclaje integral

Equipos

Para lograr un reciclaje óptimo se deben utilizar los siguientes equipos:

  • Filtros adicionales.
  • Sistema de desinfección.
  • Bomba de impulsión del agua del depósito de lixiviados al cabezal de fertirriego.
  • Electroválvula para el control de mezcla de agua de los lixiviados y de riego mediante sonda de conductividad eléctrica; lo cual permite controlar la mezcla tratada con agua limpia para llegar a una Conductividad Eléctrica (CE) requerida.
  • Tanques de almacenamiento para:
    • Agua de drenaje antes y después de la desinfección.
    • Agua pura; sin incorporación de nutrientes, si es posible la recolección de agua de lluvia mucho mejor sobre todo en lugares donde la calidad del agua es limitada.

En lo que respecta a la inversión relativamente alta pero necesaria, con un retorno del capital invertido entre 1-2 años, según productores e investigadores que ya han implementado en sus sistemas de producción.

sistema de tuberías conectadas a tanque para el sistema hidropónico con reciclaje de nutrientes

Funcionamiento

El sistema de reciclaje integral del agua en hidroponía se basa en volver a traer los lixiviados recogidos en el depósito al cabezal de fertirriego; para ello, previa entrada de los lixiviados se realiza una mezcla con agua de riego en función de su contenido en sales, disminuyendo así los valores de conductividad eléctrica mediante la dilución de las sales acumuladas.

Si se inicia con una solución nutritiva de con una conductividad eléctrica 1 mS/cm, por lo general se obtienen unos lixiviados con conductividad eléctrica de entre 2,5 – 4,5 mS/cm; luego esta se debe bajar a unos valores de 1,7 mS/cm mezclándolos con agua de riego de conductividad 1 mS/cm.

De igual forma, los niveles de salinidad van a ir en función del tipo y estado fenológico del cultivo.

Experiencias con tomate

En experiencias en cultivos de tomate se mezclan los lixiviados con agua de menos CE como se mencionaba anteriormente; luego, se incorporan fertilizantes para llegar a una CE de 2,2 mS/cm que es como finalmente llega al cultivo.

Para lograr la dilución de los lixiviados (lixiviados + agua limpia), estos sistemas utilizan una electroválvula de tres vías; de forma tal que mediante la referencia de conductividad fijada previamente, el cabezal de riego actúa sobre la entrada de agua proveniente de los lixiviados y proveniente de riego “limpia” hasta hacer una mezcla con la conductividad deseada.

Resultados

Países como España han realizado estudios obteniendo resultados relevantes en reutilización de soluciones nutritivas; por ejemplo, en cultivos de tomate podemos mencionar los resultados enfocados en diferentes aspectos.

Producción

Se ha logrado un aumento de hasta 25 % en sistemas con reutilización de solución nutritiva, obteniéndose hasta 25 Kg/m2.

Consumo de fertilizantes

Mediante el reciclaje de la solución nutritiva se produce una reducción en el aporte de elementos nutritivos; debido a que muchos de ellos quedan en la solución nutritiva a reciclar, y en algunos de ellos es solo muy poco o nada, esto se puede apreciar en el cuadro a continuación.

Elementos nutritivosSistema sin recirculación (Abierto)Sistema con recirculación (Cerrado)
Nutrientes agua riego (mmol/L)Aportes (mg/m3)Nutrientes agua riego recirculación (mmol/L)Aportes

(mg/m3)

Nitratos0,091803,4 – 10120  - 16
Sulfatos1,3273,9 - 4,2-
Potasio0,11702 -  4,1130  - 68
Calcio2,8805 - 5,320
Magnesio0,6792,2 – 312
Fósforo-201,2 - 1,510
Hierro0,001510,17-
Manganeso0,00130,50,072-
Boro0,00120,22-
Fuente: (García et.al, 2020).

Ambiental

Se produce un ahorro de 21 % anual del consumo de agua, y se evitan los vertidos de soluciones nutritivas en los drenajes los cuales terminan en fuentes de aguas y suelos; en consecuencia, produciendo así en muchos casos contaminación ambiental.

Cumplimiento de Legislación-Normativas y regulaciones ambientales

Países como España poseen medidas medioambientales y del manejo de la fertilización donde señalan que es obligatorio que el drenaje sea recogido para su recirculación o aplicación a cultivos de exterior; además, está prohibido verter directamente el drenaje al suelo.

También existe la Directiva Europea de Nitratos (91/676/CEE) relativa a la protección de las aguas contra la contaminación por nitratos de origen agrícola.

Limitantes del reciclaje de agua en hidroponía

El reciclaje de agua tiene algunas limitantes que deben tomarse en cuenta, dado que el sistema requiere un análisis químico frecuente del drenaje y de la solución final para balancear la solución nutritiva; con el fin de evitar la acumulación de sales tóxicas como el sodio y el cloruro.

Asimismo, las limitantes van en proporción a la calidad del agua que se utiliza y el sistema de desinfección; es decir, se requieren de equipos con una inversión relativamente alta pero necesaria y que en poco tiempo se observa el retorno por el ahorro de fertilizantes y agua.

Algunas recomendaciones

  • Realizar análisis de pH y CE tanto en la solución a reciclar como la solución final.
  • Garantizar una limpieza y filtrado antes de la desinfección.
  • Calibrar y verificar todos los equipos de desinfección para evitar daños en el sistema de producción.
  • Almacenar agua de lluvia en caso de no disponer de agua de buena calidad.
  • Después de cada ciclo de producción realizar limpieza y desinfección de todo el sistema (tubería, contenedores, tanques entre otros, filtros, contadores); para evitar la presencia de patógenos en la siguiente producción.

Compilador: Ing Agr. Wilman Smith Jimenez Marquez

Referencias consultadas

García J., Astiz M., Gárriz I. 2020. Recirculación de la solución nutritiva en cultivo sin suelo de tomate para fresco. Proyecto PDR. INTIA. Navarra Agraria. N° 238. 32-40 p.

Guy B. 2014. Reciclaje del drenaje de agua en invernaderos Revista Horticultivos. Consultado el 25-08-28 disponible en https://www.horticultivos.com/agricultura-protegida/invernaderos/reciclaje-del-drenaje-de-agua-en-invernaderos-3/

Macia H. 1997. Recirculación de soluciones nutritivas I parte. Hortofloricultura del SIMA de Derio. Cultivos sin suelo. 8-20 p.

Beltrano J. y Gimenez D. 2015. Cultivo en hidroponía. Universidad Nacional de la Plata. Facultad de ciencias agragrias y forestales. Libros de cátedra. 181 p.

Ochoa S. 2021. Recirculación de la solución nutritiva en cultivo hidropónico. Consultado en 26-08-21 disponible en https://getplantlogic.com/es/recirculacion-de-la-solucion-nutritiva-en-cultivo-hidroponico/

 http://www.hidritec.com/hidritec/tratamiento-de-agua-potable-con-ozono

NOTA: Agropedia es una herramienta de Agrotendencia TV para la producción y difusión de conocimiento técnico-agrícola especializado enfocado a optimizar el uso de los recursos y mejorar significativamente el manejo de los sistemas de producción en América Latina. Puedes acceder a la información más actualizada sobre la agricultura en el mundo a traves  de nuestro portal web: Agrotendencia.tv

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