III. REVISIÓN BIBLIOGRAFICA
3.1 Sustratos
En horticultura se define como sustrato a todo material sólido distinto del suelo, natural
o de síntesis, mineral u orgánico, que colocado en un contenedor en forma pura o
mezcla, permite el anclaje del sistema radicular desempeñando por tanto un papel de
soporte para la planta, (Abad et al, 1993).
3.1.1. Generalidades
Una vez definido el concepto de sustratos se comprende, que la función es similar a la
del suelo, en el desempeño de ente de soporte para el desarrollo radicular y el sostén de
la planta. Sin embargo, con diferencias extremas en sus características físicas, químicas
y biológicas, demostrando que a pesar de su función similar difieren de forma
importante, ya que el suelo es un ente vivo, químicamente activo, y con características
físicas dadas por un sistema estructural de formación, que difiere con un sustrato que
debe ser biológica y químicamente inerte, y físicamente debe presentar características
cercanas a la proporciones ideales de agua y aire para que exista, una buena formación
de raíces. Una diferencia importante entre el suelo y los sustratos es la densidad
aparente de estos materiales, así tenemos que por ejemplo el peso de la turba es la
décima parte del peso del suelo. Por este motivo a los sustratos orgánicos se les efectúa
un muestreo por volumen mas que por peso, lo cual a sido una práctica normal para la
evaluación de suelos, (Bunt y Adams, 1966).
3.1.2. Características Físicas
3.1.2.1. Agua disponible.
Es muy importante reconocer la importancia que tiene este parámetro, porque en
sustratos el contendido de agua en una cantidad abundante es por una necesidad, y la
vez reduce de una manera considerable los efectos del estrés hídrico.
La columna de agua óptima que se espera en un sustrato se encuentra en el rango de 10
a 50 cm, ya que con el primer dato se consigue el mínimo de contenido de aire en el
sustrato, y en el caso de la columna de 50 se observan problemas de crecimiento en las
plantas.
Con este antecedente, la disponibilidad de agua esta determinado por la diferencia entre
el volumen de agua retenida por el sustrato después de haber sido saturado con agua y
dejado drenar a 10 cm de tensión (mátrica) y el volumen de agua presente en dicho
sustrato a una succión de 50 cm de columna de agua, (Urrestarazu, 2004).
3.1.2.2. Agua de reserva
Se define agua de reserva, a aquel porcentaje de humedad que queda alojada en el
sustrato luego de un drenaje cuando el agua que queda retenida en las paredes de los
poros del sustrato, y que se encuentra cercana a los 100 cm, de columna de agua. De allí
que es importante conocer cual es la capacidad del sustrato, para retener agua y saber en
que punto de estrés se encontraría la planta de hallarse en estas circunstancias, sin
embargo se a comprobado que las plantas hortícolas, toleran hasta 300 cm de columna
de agua sin presentar, síntomas de estrés hídrico.
3.1.2.3. Aireación
Se define como la proporción del volumen del sustrato de cultivo que contiene aire
después de que dicho sustrato a sido saturado con agua y dejado drenar usualmente a 10
cm de tensión de columna de agua. Con un valor optimo que oscila entre el 20 y 30% en
volumen, (Urrestarazu, 2004).
Por esa razón el valor del contenido de aire en el sustrato es muy importante porque
determina de forma infranqueable, el contenido de oxigeno en la atmosfera de la raíz
que debe ser de 20.946% y su velocidad de difusión del oxigeno en la rizosfera del
sustrato en su porción liquida del sustrato tiene que estar en el rango de 2.4 × 10-5 cm2 s-
1 y la difusión en la porción aérea del sustrato debe estar en el rango de 1.8 × 10-1 cm2 s-
1, para que la respiración radicular tenga una dinámica adecuada, sin problemas
fisiológicos, (Kirkham, 2005).
3.1.2.4. Distribución del tamaño de partículas
Muchos sustratos están constituidos por una mezcla de partículas de tamaños diferentes,
que al organizarse forman los poros del suelo, los mismos que a su vez se subdividen
en: Poros capilares de pequeño tamaño (<30 μm), que son los poros encargados de
retener el agua, luego se encuentran los poros no capilares o macro poros, de un mayor
tamaño (>30 μm), que son los que se vacían después que el sustrato se a drenado,
permitiendo así la aireación (Abad et al., 2004).
De estos parámetros se obtendrá la distribución del tamaño de las partículas, siendo de
importancia fundamental la caracterización granulométrica de los materiales utilizados
como medios de cultivo, por que a partir de este parámetro se puede entender las
características hidrofísicas del sustrato.
3.1.2.5. Densidad aparente
Se define como la unidad de masa por unidad de volumen. Este volumen es el que
ocupa la muestra de sustrato. La densidad tiene importancia desde el punto de vista de
manejo del sustrato, ya que permite inferir las dificultades para la emergencia, el
enraizamiento y la circulación de agua y aire, (Porta et al., 2003). La densidad está
directamente relacionada con el conocimiento de su manejo y manipulación, y su peso a
de ser tenido en cuenta, ya que los sustratos y los contenedores son transportados
durante el proceso productivo. Otro punto a tener muy en cuenta es que la densidad de
los sustratos suele ser muy baja como 0.15 g cm-3.
3.1.3. Características Químicas
3.1.3.1. Relación carbono/nitrógeno
La relación C/N se usa tradicionalmente como índice del origen de la materia orgánica,
de su madurez y de su estabilidad, (Urreztazaru, 2004). Al conocer esta relación se
puede evaluar el grado de descomposición de la materia orgánica, lo que dará como
resultado el grado de estabilidad que va a tener el medio, y la velocidad con que se
aporta N (nitrógeno) por parte del sustrato (orgánico). Dependiendo de esta relación se
puede predecir, que el contenido de nutrientes son liberados al sistema, si la actividad de
los microorganismos es aeróbica o anaeróbica, lo que dará luces para saber como se esta
desarrollando la raíz y así conocer la atmosfera favorable o no en la que se desarrolla la
raíz, (Conklin Jr, 2005).
3.1.3.2. Capacidad de intercambio catiónico
Se define como la capacidad que tiene el suelo de retener e intercambiar cationes. La
fuerza de la carga positiva varía dependiendo del catión, permitiendo que un catión
reemplace a otro en una partícula de suelo cargada negativamente, (IPNI, 1997). El
valor óptimo de la capacidad de intercambio catiónico de los sustratos depende
estrechamente de la frecuencia de la fertirrigación. Si la fertirrigación se aplica
permanentemente la capacidad de adsorción de los cationes no representa ninguna
ventaja, siendo recomendable en este caso la utilización de materiales inertes, con muy
baja o nula capacidad de intercambio catiónico.
Los materiales orgánicos presentan una elevada capacidad de intercambio catiónico y
una alta capacidad tampón frente a cambios rápidos en la disponibilidad de los
nutrientes y el pH. Una capacidad de intercambio catiónico elevada constituye un
deposito de reserva para los nutrientes, mientras que los materiales con baja capacidad
de intercambio, como la mayoría de los sustratos minerales, retienen cantidades
reducidas de nutrientes y requieren una aplicación frecuente y regular de los
fertilizantes. Se pueden prevenir los cambios rápidos en la acidez o la alcalinidad de los
sustratos, usando materiales orgánicos en los materiales de cultivo, (Urreztazaru, 2004).
3.1.3.3. pH
El pH o potencial de hidrogeno se puede definir, como un valor que se da para designar
la concentración de H+ (y por consiguiente de OH+) en cualquier solución acuosa entre
1.0 M de H+ y 1.0 M de OH+, y este método se lo representa de manera logarítmica,
(Nelson, Cox., 2000).
La definición anterior muestra, la importancia del pH porque dependiendo de la
concentración de iones hidrogeno o hidroxilo, se podrá conocer si el sustrato tiene un
comportamiento ácido o básico dependiendo la presencia de que iones tenga en su
solución. Esto permitirá conocer en forma precisa las sustancias que están contenidas en
el sustrato, y si van a traer efectos antagónicos con los elementos que componen la
solución nutritiva. Por ejemplo si el sustrato tiene un pH extremo están fuertemente
influenciadas quiere decir que este efecto esta dado por las sales que contiene,
resultando en un sustratos muy ácidos cuando contiene sustancias sulfatadas o
sustratos altamente alcalinos cuando poseen elevado nivel de carbonatos,
(Pansu, Gautheyrou, 2006).
Comprendiendo lo importante de este parámetro y relacionándolo con los elementos
químicos que se encuentran contenidas en el sustrato y la solución.
Se debe tener en cuenta las muchas interacciones de los elementos nutricionales y su
disponibilidad en el cultivo, tienen mucho que ver con el pH que tenga la fase líquida
que se encuentra en contacto con el sustrato sobre el cual se aplican las soluciones
nutritivas. Porque si la solución es muy alcalina se tienen problemas con los
microelementos como por ejemplo el Fe y otros micronutrientes y de igual manera si el
pH es ácido se pueden tener deficiencias de absorción de los macronutrientes. Inclusive
hay pH en los cuales se inactiva la función de la raíz de forma permanente y estos son;
en acidez cuando es menor a 3 y en alcalinidad cuando excede de 10.
A continuación se expone la disponibilidad de los elementos a diferentes pH:
Figura 3.2. Disponibilidad relativa de los diversos nutrientes por las plantas en función del pH de la rizosfera.
3.1.3.4. Conductividad Eléctrica
La conductividad eléctrica se puede definir como el contenido de sales, iones e inclusive
de compuestos orgánicos que presentes en la solución del sustrato que tienen la
característica de permitir el paso de corriente eléctrica. En un sustrato se encuentra
salinidad de distintos orígenes y provocada por varios factores.
En el caso del origen del sustrato es muy importante realizar análisis de conductividad
eléctrica, porque pueden tener cierto grado de salinidad por su origen, por el grado de
industrialización o que manejo se le está dando a este material en el lugar de cultivo.
La salinidad es un factor en extremo importante, en el desarrollo de las plantas
infringiendo una influencia muy marcada en el desarrollo del cultivo. Para la
interpretación de los niveles de salinidad (Bunt, 1988), determinada en el extracto de
saturación del sustrato, (conductividad eléctrica, en dS m-1).
< 0.75 Muy bajo
0.75 – 1.99 Apropiado para germinación de semillas y crecimiento de plántulas.
2.00 – 3.55 Satisfactorio para la mayoría de las plantas
> 3.50 Elevado para la mayoría de las plantas.
Dentro de estas características es importante conocer que los cultivos según sea su
grado de adaptación a la salinidad se clasifican en tres grupos que son: 1) Muy
sensibles: Azalea, Camelia, fresa, gardenia, etc.; 2) Sensibles: Aphelandra, Erica
(brezo), Ficus benjamina, Lechuga, pimiento, etc.; 3) Tolerantes: Clavel,
Chrisanthemun, Dieffenbachia, pepino, tomate, etc.; y, 4) Muy tolerantes: Acacia,
Atriplex, Yucca, etc ( Abad et al., 2004).
3.1.3.4.1. Efectos fisiológicos de la salinidad
El crecimiento de plantas en medios salinos se ve afectado desfavoblemente, con una
intensidad que varia de unas plantas a otras, para un mismo valor de Conductividad
Eléctrica (CE).
En plantas no halófilas la presencia de sales de suelo provoca una sintomatología
relacionada con una inhibición irreversible del crecimiento:
- Retardo en la nacencia, que con salinidades elevadas puede no tener lugar.
- Disminución del área foliar y talla de la planta: el crecimiento es mas lento y
no llega a ser completo.
- Menor producción de materia seca.
- Quemaduras en los bordes de las hojas: Necrosis.
- Hojas de un color verde mas oscuro que en las plantas normales. En algunas
gramíneas y en crucíferas puede aparecer alguna capa engrosada de cera
superficial que puede dar una impronta verde-grisásea. (Bresler, 1982).
- Disminución de los rendimientos en los cultivos.
- Muerte de la planta antes de completar su desarrollo, si las condiciones son
extremas.
Para una mejor comprensión se suelen individualizar tres efectos debidos a la salinidad
y a la sodicidad, que en muchos casos actúan en simultáneo y pueden resultar difíciles
de identificar de formas separada en la práctica.
- Salinidad:
o Efectos osmóticos:
Las sales hacen disminuir el potencial osmótico del agua del
sustrato (en valor absoluto va siendo mayor).
Se inhibe el crecimiento y puede haber paso de agua de la
planta al sustrato (plasmolisis).
Los efectos osmóticos deben servir de base para explicar la sintomatología descrita, que
está relacionada con la inhibición del crecimiento que provocan las sales. Los efectos a
nivel fisiológico han sido descritos por Breckle, (1990).
Los efectos osmóticos llevaron a plantear la teoría de la disponibilidad de agua o de
la sequía fisiológica, (Shimper, 1903). Quién postula que en condiciones de salinidad, a
pesar de que el suelo contenga agua, la planta no es capaz de absorberla y, por
consiguiente, el protoplasma de sus células tiene una baja hidratación: la planta sufre
estrés hídrico se seca y acaba muriendo. La suma del potencial omótico y del potencial
matricial, como componentes del potencial total expresa la energía requerida de la
planta para extraer agua.
La disminución de las disponibilidades de agua no describe completamente los efectos
adversos de la salinidad sobre el crecimiento. Los síntomas de sequía se manifiestan en
las plantas aunque de menor talla, tienen sus tejidos turgentes a pesar de crecer en un
suelo salino, (Porta et al., 2003).
La teoría del ajuste osmótico, (Bernstein, François, 1974) señala que las plantas, al
aumentar la presión osmótica del agua del suelo, se ven obligadas a realizar una
adaptación osmótica en sus células para poder seguir absorbiendo agua. Este ajuste
requiere un consumo de energía, que hace a costa de un menor crecimiento. No
obstante, una vez realizado el ajuste que se hace aumentando la concentración del jugo
celular, la planta no consigue recuperar su crecimiento normal.
3.1.4. Características Biológicas
Dentro de las pruebas a realizar a un sustrato se deben realizar una serie de pruebas
biológicas que darán luces de que características orgánicas pueda presentar, el medio de
cultivo que se piensa utilizar para propagar plantas.
3.1.4.1. Caracterización de los microorganismos.
Esta prueba es muy importante dentro de un estudio de caracterización de sustratos,
porque solo de esta manera podrá descartar la presencia de patógenos u organismos que
puedan influir en el desarrollo de un cultivo.
Es importante conocer el origen del material que se va a utilizar como sustrato, para
poder descartar las posibilidades de una contaminación biológica, ya sean: hongos,
bacterias. Para ello es muy importante hacer controles de desinfección si el material no
ha tenido ningún tipo de manejo inicial, para tener una garantía sanitaria para su uso.
3.1.4.2. Propiedades endógenas de los sustratos
Este tema tiene mucho que ver con el conocimiento del comportamiento bioquímico
propio del sustrato, que en el caso de provenir de origen orgánico por su propia
naturaleza tiende a ser colonizado por microorganismos que pueden degenerar en tres
procesos que se describen a continuación, (Urreztazaru, 2004).
Velocidad de descomposición: Todos los sustratos orgánicos, incluso los relativamente
estables, son susceptibles de degradación biológica, viéndose favorecida esta situación
por las condiciones ambientales que prevalecen en los invernaderos. La población
microbiana es responsable de dichos procesos, pudiendo resultar finalmente su actividad
biológica en deficiencias de oxígeno y de nitrógeno, liberación de substancias
fitotóxicas y contracción del sustrato. Así pues, las descomposición de la materia
orgánica en los sustratos de cultivo, considerada de modo global, es desfavorable desde
le punto de vista hortícola, debiéndose tomar precauciones con objeto de minimizar sus
efectos sobre las plantas. La disponibilidad de compuestos biodegradables (Proteínas,
Carbohidratos, etc) determina la velocidad de descomposición. Desde un punto de vista
práctico, se puede reducir el contenido relativo de dichas sustancias mediante el
compostaje y, también, manteniendo niveles suficientes de nitrógeno asimilable.
Efectos de los productos de descomposición: Muchos de los efectos biológicos son
directamente atribuibles a los ácidos húmicos y fúlvicos, que son productos finales de la
degradación biológica de la lignina y la hemicelulosa. Y estos compuestos cumplen con
una función benéfica tanto dentro de la fisiología de la planta, tanto como trasportadores
de nutrientes al interior de la planta.
Actividad reguladora de crecimiento: Es muy conocida la actividad hormonal que
ejercen muchos de los compuestos orgánicos que a mas de nutrir a la planta también,
como consecuencia de esto, el crecimiento puede verse estimulado o regulado o puede
incluso ayudar a la resistencia de la planta frente a ataques de patógenos por si misma,
(Lampkin, 2001).
Es conocida la existencia de actividad auxinica (que controla el crecimiento celular y la
iniciación de las raíces) en los extractos de muchos materiales orgánicos utilizados en
los medios de cultivo de las plantas. Ya que dicha actividad hormonal no a podido ser
relacionada directamente con las sustancias húmicas, se ha atribuido a un efecto
sinégico entre las auxinas (bien producidas naturalmente por la planta, bien aplicadas
exógenamente) y los compuestos fenólicos que están presentes en dichos materiales,
como consecuencia de la degradación de los compuestos orgánicos especialmente de la
lignina.
Propiedades supresivas. Dificultan o inhiben el crecimiento y/o desarrollo de
determinados agentes fitopatógenos, especialmente hongos. Estas propiedades se han
encontrado en materiales (residuos) orgánicos comportados, particularmente cortezas de
árboles con supresividad frente a enfermedades inducidas por Phytophthora, Fusarium,
Rhizoctonia, Pythium, etc.
Los fenómenos de supresividad de las cortezas de los árboles compostadas son debidos
principalmente a la microflora presente en dichos composts, (Abad et al., 2004).
3.1.5. Materiales utilizados como sustratos.
Los sustratos se los clasifica en dos categorías, las cuales difieren en la naturaleza y en
la forma en que los nutrientes se apliquen.
La clasificación que se presenta a continuación intenta recoger las diferencias más
relevantes desde el punto de vista de la utilización hortícola de los sustratos.
3.1.5.3. Materiales orgánicos
- De origen natural. Se caracterizan por estar sujetos a descomposición
biológica (turbas).
- De síntesis. Son polímetros orgánicos no biodegradables que se obtienen
mediante síntesis química (espuma de poliuretano, poliestireno expandido,
etc.).
- Residuos y subproductos de diferentes actividades de producción y consumo.
La mayoría de los materiales de este tipo deben experimentar un proceso de
compostaje, para su adecuación como sustratos. Ejemplos de estos materiales
son: orugo de uva, corteza de árboles, serrín y virutas de la madera, residuos
sólidos urbanos, lodos de depuración de aguas residuales, cascarilla de arroz,
paja de cereales, fibra de coco, fibra de palma, etc, (Abad et al., 2004).
3.1.5.4. Materiales inorgánicos
- De origen natural. Se obtienen a partir de rocas o minerales de origen
diverso, modificándose muchas veces de modo ligero, mediante tratamientos
físicos sencillos. No son biodegradables (arena, grava, tierra volcánica, etc.).
- Trasformados o tratados industrialmente. A partir de rocas o minerales,
mediante tratamientos físicos – y a veces también químicos -, mas o menos
complejos, que modifican notablemente las características de los materiales
de partida (perlita, lana de roca, vermiculita, arcilla expandida, etc.).
- Residuos y subproductos industriales. Comprende los materiales procedentes
de muy distintas actividades industriales (escorias de horno alto, estériles del
carbón, etc.).
Tabla 2.1. Clasificación de los sustratos según su origen utilizados en hidroponía.
Sustratos
Sustratos orgánicos Con medio inerte Sólo disolución
Turba Lana de roca Profunda
Serrín Espuma Aeroponía
Corteza de pino Grava
Cascarilla de arroz
Fibra de coco
Aplicación de fertilizantes
sólidos y fertirriego
Nutrientes aplicados solo por disolución
Fuente: Tratado de Cultivo sin Suelo, 82p.
En sustratos orgánicos la capacidad de control de la zona radical aumenta y es mayor al
trasladarse a hidroponía, (Adams, 1986).
Actualmente los sustratos tienen una amplia gama de usos, no solamente en hidroponía
sino también en áreas como la producción de plántulas, también en la gama de
producción de hortalizas de toda índole especialmente de hoja y fruto como lo son el
tomate y pimiento y también producción de plantas ornamentales, (Urreztarazu, 1996).
Dentro de la presente tesis, se profundizará en los conceptos de sustratos de origen
orgánico de los cuales tomaremos en cuenta los siguientes: fibra de coco, turba alemana,
turba canadiense, sustratos de preparación casera y fibra de palma africana.
3.1.5.3.1.1. Turba
La turba es un material procedente de la fosilización de plantas y líquenes que se
produce en las zonas boreales del planeta, tanto en zona norte como en la zona sur. El
origen de la tuba es un liquen llamado, Sphagnum Peat Most, que en un proceso de
miles de años va formando capas, que se acumulan con el tiempo, y que se van
fosilizando hasta formar las turberas.
Pennisfield y Kursmann, (1983) han definido la turba como una forma disgregada de la
vegetación de un pantano, descompuesta de modo incompleto a causa del exceso de
agua y la falta de oxigeno, que se va depositando con el trascurso del tiempo, lo que
favorece la formación de estratos mas o menos densos de materia orgánica, en los que
se puede identificar restos de diferentes especies vegetales. A continuación se pueden
ver figuras de turbas que parten del liquen Sphagnum:
a) b)
c)
Figura 3.2. : a)Sphagnum en estado silvestre sobre la superficie. b)Sphagnum con un aumento de 50 X donde se observan las estructuras del liquen. c) Imagen de microscopia electrónica donde se observan las estructuras internas del liquen.
3.1.5.3.2. Origen y formación de las turbas
Los depósitos de restos vegetales pueden formase en diferentes tipos de ecosistemas:
En el seno de las aguas freáticas (lagos, lagunas, etc.), bajo la influencia tanto de las
aguas subterráneas como de las superficiales, y 2) en los terrenos encharcados
permanentemente -fuera del contacto con las aguas freáticas-, que se alimentan
exclusivamente de las precipitaciones atmosféricas. En estas condiciones se pueden
originar dos tipos de turberas: Bajas o llanas y altas.
3.1.5.3.3. Turbera alta ómbrogeas u oligotróficas
La mayoría de turbas que se utilizan en Ecuador, para piloneras son de este tipo, por
presentar características muy deseables al ser utilizadas como sustratos.
Las turberas se forman en las regiones frías, con altas precipitaciones y una elevada
humedad relativa, lo que genera todas turbas que existen actualmente en el mercado.
Las turberas altas son aquellas donde la turba se formó bajo la influencia del agua de
lluvia con bajo contenido de nutrientes, en las cuales solo se desarrolla un tipo de musgo
poco exigente en nutrientes el musgos sphagnos (Sphagnum spp.), el cual se encuentra
en un 90 % del total de la composición botánica de las turberas, el 10% esta formado
por; la lana de hierba y el brezo, (Urreztazaru, 2004).
La ventaja de los sphagnos es que retienen cantidades de agua, aun después de morir. Es
importante conocer es que la turba es un elemento ácido (pH 3,2 - 4,4 en H2O), debido
a que durante la descomposición anaerobia se forman muchos ácidos que son los que
conservan la turba en el tiempo. Un factor importante de este proceso es que la
descomposición debe ser realizada en su totalidad de forma anaerobia, ya que de esta
manera las estructuras de las plantas se mantienen inalteradas, lo que no ocurre si existe
una descomposición aeróbica donde las plantas desaparecen casi en su totalidad.
Dependiendo de la edad que tenga la turba y el grado de descomposición existen dos
tipos de turbas: las rubias y la negras.
La turba solo contiene los pocos nutrientes de las plantas que se desarrollan en este
medio y apenas muy bajos niveles de sal, lo que le da una característica muy importante
para ser manejada en propagación y cultivos hidropónicos, debido a que la nutrición de
los cultivos se puede manejar de una manera óptima, sin preocuparse por deficiencias o
toxicidades de elementos originarias del sustrato, (Urreztazaru, 2004).
El alto nivel de las aguas subterráneas es la causa del medio ambiente anaeróbico en el
que la planta se sume y por acumulación anual se forman las turberas.
3.5.3.4. Características físico químicas de la turba
La cantidad de turbas existentes en los mercados, resultado de su diferente composición
botánica, condiciones de formación y grado de descomposición, tamaño de partícula,
grado o nivel de fertilización, etc., permite hacer comentarios muy puntuales acerca de
sus propiedades y cuyas características y propiedades más importantes se resumen en
las Tablas 3.2 y 3.3.
Tabla 3.2. Propiedades físicas de las turbas. Influencia de la composición botánica y el grado de descomposición.
TurbaPropiedades Sphagnum rubia Sphagnum negra Herbácea negra
Índice de grosor (%) 46 42 -Densidad aparente (g cm-1) 0.07 0.14 94Espacio poroso total (% vol.) 96 91 94Capacidad de aireación (% vol.) 41 18 15Agua fácilmente disponible (% vol.) 25 28 18Agua de reserva (% vol.) 6 7 8Agua total disponible (% vol.) 31 35 36Agua difícilmente disponible (% vol.) 24 38 53Capacidad de retención de agua (ml/l) 687 804 741Mojabilidad (min.) 17 3 <0.5Contracción (% vol.) 22 34 90Fuente: Abad et al. (1993).
Tabla 3.3. Propiedades físico-químicas de las turbas. Influencia de la composición botánica y el grado de descomposición.
TurbaPropiedades Sphagnum rubia Sphagnum negra Herbácea negra
pH (pasta saturada) 3.9 3.3 6.3Conductividad Eléctrica (extracto de saturación dS m-1)
0.4 0.6 6.6
CIC (me 100 g-1) 99 139 252Materia orgánica total (%) 98 97 84Cenizas (%) 2 3 16Nutrientes asimilables(Extracto de saturación; ppm)N-NO3 4 14 16P 0.5 0.6 0.6K+ 17 36 75Ca2+ 16 13 375Mg2+ 9 16 166Fuente: Abad et al. (1993).
3.1.5.3.5.. Fibra de coco
La fibra de coco es proveniente de la Palma de coco, que pertenece a la familia de las
Palmáceas. Su nombre científico es Cocos nucifera. El fruto del coco es una drupa y
esta compuesto por cáscara (exocarpio más mesocarpio) en un 35%, casco o hueso
(endocarpio) en un 12%, albumen o carne (endospermo) en un 28% y agua en un 25%.
El hueso o endocarpio se utiliza como carbón vegetal, carbón activado, etc. El
endospermo o albumen se utiliza en la producción de copra, aceite de coco, y, en tortas
y harina de copra.
El mesocarpio o fibra se utiliza en tapicería, colchonería, cordelería, etc. Como
productos residuales de la obtención de fibra de coco se obtienen las fibras cortas (2mm
o menores) y el polvo de coco. El polvo de coco se utiliza como sustrato hortícola,
mejorador de suelos, en paneles de construcción, etc.
Por tanto lo que se conoce como fibra de coco como sustrato hortícola verdaderamente
no es fibra de coco sino una mezcla de fibras cortas (coconut fiber) y polvo de coco
(coconut pith).
El CocoPeat se procesa en ladrillos altamente comprimidos, con dimensiones de 18 x 10
x 5 cm y un peso aproximado de 600 g. Los ladrillos se cargan en pallets envueltos en
celofán de 2050 ladrillos. Una vez rehidratado, cada ladrillo dará un volumen de 8 a 9
Litros aproximadamente. También se suelen procesar bloques mayores de 24 y 150
Litros de volumen una vez rehidratados, (Petit, Villegas, 2004).
3.1.5.3.6. Características físico químicas de la fibra de coco
En las Tablas 3.4 y 3.5 se muestran las características físicas, químicas del CocoPeat.
Tabla 3.4. Características físicas de la fibra de coco utilizado como sustrato hortícola, valores medios obtenidos con muestras recogidas de todo el mundo.
Intervalo de variación Valor mediano Media Nivel óptimoDensidad aparente (g cm-1) 0.026-0.089 0.063 0.056 <0.4
Espacio poroso total (% vol.) 94.25-98.18 95.79 96.22 >8.5
Agua fácilmente disponible (% vol.) 24.17-89.35 45.30 53.52 20-30
Agua de reserva (% vol.) 0.16-54 3.02 3.40 4-10
Agua total disponible (% vol.) 0.90-40.83 21.62 20.46 24-40
Capacidad de retención de agua (g 100g-1 materia seca)
520-1.115.0 891 848 700-1400
Contracción (% vol.) 3-24 13.0 13.4 <30
Propiedad Ladrillo de Coco peat
Índice de grosor (%) 36.0
Densidad aparente (g cm-1) 0.072
Espacio poroso total (% vol.) 1.49
Capacidad de aireación (% vol.) 95.20
Agua fácilmente disponible (% vol.) 42
Agua de reserva (% vol.) 22.40
Agua total disponible (% vol.) 4.00
Capacidad de retención de agua (ml/l) 26.40
Capacidad de retención de agua (g 100g-1 materia seca)
753.30
Contracción (% vol.) 24.00
Tabla 3.5. Características químicas de la fibra de coco utilizado como sustrato hortícola, valores medios obtenidos con muestras recogidas de todo el mundo, así como los valores de la turba Sphagnum rubia para su comparación
Nutrientes asimilables (ppm en el extracto saturado)Origen N-NO3 N-NH4 P K+ Ca2+ Mg2+ Cl- SO4
2- Na+
Costa Rica (CR)CR1 nd nd 21.
0807 26.5 7.2 913 25.9 341.7
CR2 6.3 1.8 4.2 115 15.7 2.6 28 10.8 25.2México (ME)ME1 nd nd 27.
12059
28.9 40.8 2006
28.8 132.8
ME2 nd 0.2 28.4
1937
44.9 42.0 1839
32.4 128.7
ME3 nd nd 14.8
1231
17.8 18.2 1107
32.4 79.9
ME4 1.7 nd 13.4
1448
40.0 29.4 1379
35.2 97.7
Sri Lanka (SL)SL1 nd nd 2.8 526 97.8 48.8 541 303.
5238.2
SL2 nd 0.3 4.2 138 26.3 4.8 146 11.1 81.4TailandiaTA1 1.8 0.2 14.
61206
22.6 33.4 1429
2.6 216.2
TA2 2.8 nd 11.9
766 28.4 14.7 925 14.3 569.4
TA3 2.3 0.1 15.3
1359
34.6 27.9 1568
7.9 237.9
3.7 7.4 0.7 11 20.3 3.1 22 20.1 7.5Ladrillo (10L) Sri Lanca
Bloque (100L)México
Ph (extracto saturado) 5.06 4.90 5.68-5.98CE(extracto saturado dSm-1)
0.70 2.17 3.87-5.97
CIC (me 100g-1) 92.85 95.39 31.72-52.46C(%) 46.15 41.63 45.20-46.59N(%) 0.616 0.431 0.336-0.415C/N 74.97 96.90 112.14-138.11Fuentes: Laboratorio de Sustrato Escuela Politécnica Superior de Ingenieros Agrónomos. Universidad de Valencia. Abad et al.
3.2. Palma Africana
3.2.1. Cultivo en el Ecuador
Las primeras plantaciones de palma africana en Ecuador, se remontan al año de 1953 en
Santo Domingo de los Colorados y en Quinindé, sitios en los que se inician los cultivos
a pequeña escala. El crecimiento del sector palmicultor se da el año 1967, época en la
cual ya se habían sembrado alrededor de 1,000 hectáreas. Las condiciones
climatológicas del Ecuador hacen que sus tierras sean óptimas para el cultivo de palma
africana, actividad que reúne características muy peculiares lo que le convierte a esta
industria en un potencial para el desarrollo social y económico de la población.
El cultivo de palma africana mueve interesantes inversiones, genera importantes puestos
de trabajo e impulsa el desarrollo agropecuario del país, no sólo desde el punto de vista
del cultivo sino por la serie de negocios subyacentes que se generan. Se estima que esta
actividad genera 60 mil puestos de trabajos directos y 30 mil indirectos en las
actividades relacionadas.
La Asociación Nacional de Cultivadores de Palma Africana (ANCUPA), es un
organismo privado que a más de integrar a los empresarios de esta actividad, promueve
la capacitación, transferencia de tecnologías, investigación y promoción de cultivos.
ANCUPA en 1998, a nivel nacional censó 2.125 palmicultores diseminados en la costa,
sierra y oriente, abarcando una superficie total sembrada aproximado de 124 mil
hectáreas de cultivos. La mayoría de productores (76%) explotan en medianas fincas
que no sobrepasan las 50 hectáreas; apenas 7 productores (0,33%) superan las 1.000
hectáreas. El Proyecto SICA estimaba que para finales del año 2000 la superficie total
sembrada alcanzó las 144 mil hectáreas.
Las provincias con mayor producción de palma africana son Santo Domingo de los
Tsachilas, Pichincha, Esmeraldas y Los Ríos; en menor escala se produce en las
provincias de Cotopaxi, Guayas, Imbabura, Manabí, Napo y Sucumbíos. Los cantones
con las plantaciones más representativas son Quinindé, Santo Domingo de los
Colorados y Buena Fé.
A finales de 1999 la superficie para cultivo de palma africana se había incrementado
considerablemente. Sólo en el cantón San Lorenzo de la provincia de Esmeraldas se
incrementó en más de 15.000 hectáreas. El Ministerio del Ambiente (MA, 1999) estimó
la destrucción de 8.000 hectáreas de bosques en esta zona debido a las plantaciones de
palma y proyectaba para los próximos años unas 30.000 hectáreas de bosques serían
convertidas en áreas palmicultoras.
A mediados del año 2001, se presentaron iniciativas privadas de inversión en palma
africana en la zona de San Lorenzo, cuyo objetivo fundamental sería coadyuvar al
desarrollo económico y social de la zona; ante estas perspectivas han surgido algunos
obstáculos por parte de organizaciones ambientalistas que defienden la conservación del
medio ambiente y manglares, y por lo tanto se han opuesto a que la empresa privada
amplíe sus sembríos de palma. Pese a que los inversionistas han realizado estudios
técnicos de impacto ambiental y manejo adecuado de los proyectos, no se conocen
resultados que satisfagan a las partes.
La presencia de las palmicultoras en el norte de Esmeraldas es reciente. Este cambio
hacia el norte de la Costa Ecuatoriana se debe a que la palma africana ha bajado sus
rendimientos en las zonas de Santo Domingo, Quinindé y Quevedo. Se aduce a "causas
ambientales y mal manejo nutricional". Esto significa que los palmicultores necesitan
tierras nuevas para el cultivo. Otra causa para el traslado son los precios de la tierra,
pues en el norte de Esmeraldas son más bajos y la falta total de control en relación al
ambiente y al tráfico de tierras les facilita acaparar más superficie para el cultivo,
(Armendaris, 2008).
3.2.2. Proceso de producción
Extracción de aceite rojo de palma africana. Los métodos de obtención de aceite de
palma africana se dan por dos procesos principales: el manual e industrial, los procesos
de extracción se los realiza siguiendo el mismo diagrama de flujo.
El proceso de extracción de la palma africana, con los métodos se muestran a
continuación:
Grafico 3.1. Diagrama de extracción de aceite rojo de palma africana (Amatller y Dávila, 2000)
El porcentaje de fibra en la palma africana se encuentra alrededor del 17% del peso
de fruto neto que se realiza en su extracción, (Amatller y Dávila, 2000).
Dentro de la expectativa del uso de este posible sustrato se considera que es un
producto inerte, ya que debido a su proceso de extracción, que tiene una serie de
procesos físicos, que extraen todos los posibles compuestos dañinos que potencialmente
podría contener la fibra como tal.
3.2.3. Descripción del fruto.
El fruto de palma africana al igual que el coco, es una drupa pero sin pedúnculo que se
encuentra compuesto de una cáscara lisa, dura y brillante, además posee una pulpa
amarillenta o anaranjada muy aceitosa, y un hueso duro y de color negro, (Océano,
2004). El contenido de aceite en el mesocarpio es del 50 al 70 %, por lo tanto el
contenido de fibra en el mesocarpio es de entre el 50 y el 30% de contenido de fibra por
fruto, (Amatller y Dávila, 2000).
3.3 El cultivo de Lechuga
3.3.1. Origen
La lechuga, se conoce desde la antigüedad aunque existe cierta controversia al respecto,
se la supone originaria del area comprometida entre los ríos Tigris y Eúfrates, en
Oriente Próximo. Pasó a América en el siglo XVII. En la actualidad se dispone de un
gran número de cultivares morfológicamente distintos, adaptados a diferentes climas y
formas de cultivo. La lechuga presenta un elevado contenido de vitaminas y constituye
una de las hortalizas básicas para la elaboración de ensaladas, (Océano, 2000).
3.3.2. Descripción Taxonomía
Reino: Plantae
División: Magnoliophyta
Clase: Magnoliopsida
Orden: Asterales
Familia: Asteraceae
Genero: Lactuca
Especie: Lactuca sativa
3.3.3. Descripción Botánica
Es un cultivo anual con un sistema radicular profundo y poco ramificado y que en una
primera fase de su ciclo forma una roseta de hojas de bordes lisos, ondulados o
aserrados y de distinta forma y consistencia, que forman o no un cogollo. En el caso de
la var. Longuifolia Lam. (tipos Romana y Cos), las hojas son lisas, espatuladas, aovadas
u oblongas, y no se forma un verdadero cogollo, para que se blanqueen las hojas
interiores, en los tipos Romana se debe proceder al atado, (Box, 2005). En el caso de la
var. Capitata L., si se forma un verdadero cogollo sin necesidad de proceder al atado de
hojas, que pueden ser orbiculares, lisas o de consistencia mantecosa (tipo
Trocadero) o rizadas y de consistencia coriacea (tipo Iceberg, a veces la consideran
como var. Crispa L.). Existen cultivares de hojas sueltas y dispersas, que suelen
elongarse dentro la var. Intyvacea Hort., en el que si incluyen algunos cultivares con
hojas de color rojizo.
Posteriormente a la formación del cogollo éste se abre, debido a factores complejos
(vernalización, foto periodos largos, elevadas temperaturas), y da paso al tálamo floral,
rematado en racimos o corimbos de capítulos de flores amarillentas, autógamas cuyos
frutos (aquenios), considerados sus semillas de pequeño tamaño (800 semillas/gramo),
poseen vilano y una capacidad germinativa de 4-6 años, (Box, 2005).
3.3.4. Características Agroclimáticas.
3.3.4.1. Clima.
Prefiere climas templado-húmedos. Muy sensible a la sequía y a los vientos desecantes.
En general sensible a heladas, aunque algunos cultivares de invierno pueden resistir
temperaturas bajas. Existe una gama muy variada de exigencia de temperaturas en
función del cultivar en concreto. Como término medio el cero vegetativo está entre 4 y
5°C, su temperatura óptima de crecimiento entre 15 y 20 °C, lo mismo que la
temperatura de germinación, si bien a este respecto debe señalarse que las simientes de
lechuga presentan una compleja latencia que puede prolongarse en determinados
cultivares, cuando la temperatura de germinación es excesiva (>20°C). En cultivares
tipo Iceberg para que se consiga un acogollado es conveniente que existan ciertas
diferencias entre las temperaturas diurnas y nocturnas variables según cultivares
concretos (17-28°C durante el día; 3-12°C, durante la noche. En general, con
temperaturas nocturna > 20 °C, pueden haber problemas de acogollado). Las elevadas
temperaturas pueden ser uno de los factores de la floración prematura, si bien a tenor de
las últimas investigaciones no es el agente principal.
3.3.4.2. Suelo.
La lechuga demanda suelos de textura franca o franco arenoso, que retenga la humedad
pero que se drenen bien. No muy ácidos (6.0 <pH<6.8). Es medianamente sensible a la
salinidad, existiendo grandes diferencias entre cultivares. En término medio, a partir de
una CE de 1.3 dS/m, se producen perdidas productivas del 13% por cada unidad de
CEES, (Box, 2005).
3.4 Hidroponía
3.4.1. Generalidades.
La hidroponía, también conocida como cultivo sin suelo es una ciencia, parte de la
agricultura, que se encarga de estudiar la producción y el comportamiento de los
cultivos, en ambientes distintos al suelo. En reemplazo del suelo se usa agua con
nutrientes, lo que aportará los requerimientos nutricionales y fisiológicos de la planta.
Esta ciencia surge en el año de 1699 en Inglaterra, con el inicio de los estudios de
nutrición vegetal, donde se procuró, conocer la función fisiológica de cada uno de los
elementos, esto se convirtió más tarde en la base de la producción industrial de plantas
tanto ornamentales, como comestibles, (Urrestarazu, et al. 1996).
Esta tecnología de producción hidropónica se encuentra muy difundida en las zonas
templadas y frías tanto del norte como del sur del planeta, y se ha convertido en la
fuente más importante de producción de hortalizas y de cultivos ornamentales en estas
áreas.
Actualmente la FAO esta impulsando proyectos de huertas hidropónicas familiares en
zonas rurales, con una gran importancia social con el fin de generar ingresos,
produciendo vegetales de calidad, (FAO, 2003).
3.4.2. Tipos de cultivo hidropónico
Existen varios tipos de cultivos hidropónicos que se pueden clasificar de la siguiente
manera: Cultivos en agua, Cultivos en sustratos.
3.4.2.1. Cultivo en Agua
Los primeros cultivos realizados en agua en forma comercial fueron los desarrollados
por Gericke, (1929, 1937, y 1938). Básicamente consistían en unos canales realizados
inicialmente con cartón recubierto de una tapa bituminosa para aislarlos de la solución
nutritiva. La bandeja se rellenaba en función de que se procediese a una siembra directa
de las semillas o si se realizaba el trasplante de plántulas. En el primer caso se utilizaba
una capa de material muy fino y bajo ella otra de sustrato mas grueso, el material estaba
formado por una mezcla de diversos sustratos orgánicos: paja, recortes de madera, serrín
grueso, musgo de espárrago, turba, etc.
Este tipo de cultivo fue utilizado en muchas regiones, pero tubo resultados poco
satisfactorios por lo que dejó de utilizarse, aunque se sigue empleando para realizar
estudios científicos. El principal inconveniente de este sistema fue la mala oxigenación
radical que existía, por ende tubo muchos problemas
3.4.2.1.1 Sistemas hidropónicos flotantes.
Como su propio nombre lo deduce, resuelven uno de los problemas del Sistema
Gerincke: la sujeción de las plantas en la dilución nutritiva. El poliestireno expandido es
el material mas utilizado para la construcción de placas flotantes Massantini (1976)
desarrollo un prototipo experimental de dimensiones similares a las originales de
Gerincke (101 x 300 x 15 cm) construido con madera y recubierta de una película de
plástico, sobre el se disponen placas de poliestireno expandido en piezas cuadradas de 1
x 1 m x 2 cm de espesor.
El mayor desarrollo de este sistema lo ha llevado el Dr. Merle Jensen y sus
colaboradores, (Jensen, 1981; Jensen y Collins, 1985). Aunque su expansión no parece
tener desde un punto de vista comercial gran importancia, si tiene una alta productividad
por hectárea y año. Las dimensiones de los canales son de unos 60 cm de ancho, 30 cm
de profundidad y longitud variable de incluso decenas de metros, tanto solo se accede a
ellas por su lado estrecho por el cual se van introduciendo unas unidades de cultivo
flotante individuales donde se realiza el transplante definitivo, que normalmente
consiste en cuatro lechugas, una a una de estas unidades se van incorporando al canal
general hasta completarlo. Desde este mismo punto se realiza la recogida de las plantas
una vez completado el ciclo de producción de esta operación se hacen gracias a que las
diferentes unidades están enlazadas por una cuerda enrollada en un carrete que une las
distintas unidades de flotación.
La dilución nutritiva que rellena el canal circula hacia el tanque de reserva, éste es de
menor volumen que el propio canal, es allí donde se oxigena con un compresor de aire,
se refrigera y desinfecta (esterilizador UV) y posteriormente se vuelve a bombearla de
nuevo al lugar opuesto al rebosadero del canal por donde salió.
Uno de los grandes inconvenientes para una mayor expansión comercial que presenta
este sistema y el de aguas recirculante, son los costes más elevados frente a los sistemas
NFT tradicionales, (Resh, 1992).
3.4.2.2. Cultivos en agua recirculante
Fundamentalmente estos sistemas se han desarrollado comercialmente en Japón. La
unidad de cultivo clásica posee unas dimensiones muy parecidas al sistema Gericke,
consiste en bancadas de 80 cm de ancho, casi 3 m de largo y de 15 a 20 cm de
profundidad de los cuales de 6 a 8 quedan cubiertos por la dilución nutritiva, se
mantiene un nivel constante de ella gracias al rebosadero que comunica con un tanque
general de almacenamiento. La dilución nutritiva es suministrada por un tubo, a veces
son dos que la introducen en el canal bajo presión y es mezclada con aire también
comprimido, a través de este tuvo se suministra la mezcla aire-dilución durante unos 10
minutos cada hora, aunque lógicamente debe variar con las necesidades del cultivo. A
veces, también se dispone de tuberías de aireación extra dentro del canal, que se activan
en función de las necesidades de oxigenación del cultivo. Existen en el mercado japonés
diversas modalidades de este sistema basadas en la compartimentación del canal
general, posición de mezclador de aire, número de tubos pulverizadores, etc.,
(Urrestazaru, 2004).
3.4.2.3. Aeroponía
La Aeroponía consiste en cultivos en contenedores en donde las raíces se encuentran en
una atmósfera saturada de humedad y fertirregadas continua o discontinuamente con
una mezcla de agua y nutrientes en forma de pequeñas gotas o de aerosol, aunque se ha
hecho en USA e Italia intentos comerciales con mayor o menor éxito, lo cierto es que
parece no haber tenido una implantación importante lejos de la investigación, (Zobel et
al., 1976) o curiosidades para el recreo o didácticas.
3.4.2.2.1. Sistema NFT
El NFT que en castellano se puede traducir como técnica de cultivo con Flujo Laminar
de Nutrientes, se desarrolló para evitar uno de los principales problemas de los cultivos
hidropónicos: la posible hipoxia de las raíces. Para paliarlo se hace una película de
disolución lo suficientemente delgada para que puedan difundir por ella gases.
Existen varios aspectos a tener en cuenta en un sistema NFT: La altura de la lámina de
solución nutritiva, el flujo de la disolución nutritiva y la oxigenación de la disolución
nutritiva.
3.4.2.2.1.1. Altura de la lámina de agua
En este tipo de sistema de cultivo se maneja una lámina de agua que este dentro del
rango de los 4 a 5 mm, para favorecer así la aireación de la disolución de las raíces.
3.4.2.2.1.2. Flujo de la disolución nutritiva
El flujo recomendado para esta técnica hidropónica de cultivo es de aproximadamente 2
litros por minuto, reportándose en literatura flujos entre 1 a 4 Litros minuto-1.
3.4.2.2.1.3. Oxigenación
En este tipo de sistema la planta obtiene el oxigeno que necesita de la superficie
expuesta de la raíz al ambiente. Y todo esto está influenciado por la demanda de
oxigeno de la raíz y se puede suplir esta necesidad, utilizando sistemas de caída del agua
desde alturas, para que al golpear contra el agua contenida en el tanque se oxigene la
solución y así solucionar cualquier posible problema.
3.4.2.2.1.4. Pendiente
La pendiente longitudinal de los canales de cultivo permite el retorno de la disolución
nutritiva al estanque colector. Generalmente ésta oscila aproximadamente en un 2 %.
Pendientes superiores al 4 % dificultan la absorción del agua y nutrientes por las raíces
del cultivo.
3.4.2.2.1.5. Longitud de los canales de cultivo
Para favorecer la oxigenación de las raíces es aconsejable extender la longitud de los
canales hasta 15 m, (Carrasco, Izquierdo 1996).
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