Sistemas de Cultivo sin Suelo para la Producción Agroacuícola Sostenible

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Este artículo está en proceso de desarrollo, puede contener inexactitudes importantes.

Curador: Dr. Nelson Alexander Arreaga Tovar, Universidad Autónoma de Nuevo León.


Contenido



En los Sistemas de Cultivo sin Suelo las plantas desarrollan su sistema radicular en un medio sólido o líquido y confinado a un espacio limitado y aislado fuera del suelo para la obtención de productos vegetales aprovechables (tallos, hojas, flores, frutos, etc.), comúnmente estos sistemas son diseñados para obtener una alta eficiencia en el aprovechamiento de recursos comparados con el cultivo tradicional.


Panorama de la Producción Agrícola Moderna

La agricultura es la actividad más importante de una región; sin este componente sería imposible cubrir las necesidades elementales del hombre moderno. La escasez de suelo apto para la agricultura limita en gran medida la producción agrícola a nivel mundial. México cuenta con una gran diversidad de climas; sin embargo, la estacionalidad marca la recolección de la cosecha, lo que se ve traducido en un patrón de fluctuación de precios que se repite año con año [Arreaga Tovar y Moreno Limón, 2011].


Hoy en día, la agricultura consume un 69 por ciento del agua total extraída en el mundo y este porcentaje supera el 90 por ciento en algunos países áridos. Se estima que para el año 2030, más de un 60 por ciento de la población vivirá en zonas urbanas que demandarán una proporción creciente del agua extraída. Las apropiaciones de agua procedente de los ecosistemas se han intensificado con el crecimiento de la población humana, la expansión de la agricultura y la creciente presión para transferir el agua desde las zonas rurales a las urbanas, hasta un punto en el que se considera a menudo que la agricultura pone en peligro la sostenibilidad del ecosistema [FAO, 2005].


En este contexto, el desafío del cambio climático, aunado a la tendencia de los agricultores a abandonar el campo, debido a la obtención de rendimientos inferiores a los esperados, la degradación del suelo, la salinización y la reducción de su fertilidad, propician que se eleven los costos de producción de los cultivos. Lo anterior, conjugado con la baja disponibilidad de agua potable, provocado por el agotamiento de acuíferos y su canalización a los grandes centros urbanos, ha llevado a considerar a la producción en invernadero como la solución más viable al problema. Sin embargo, si pretende prosperar, este tipo de producción deberá adoptar como norma las técnicas de cultivo sin suelo [Arreaga Tovar y Moreno Limón, 2011].


Ecosistemas Agrícolas y las Técnicas de Cultivo Sin Suelo

Durante las últimas décadas las técnicas de cultivo aplicadas a la producción vegetal han sufrido una serie de cambios rápidos y notables, observándose una sustitución gradual de los cultivos tradicionales por el cultivo sin suelo; la principal razón es la existencia de factores limitantes para la continuidad de los cultivos intensivos en el suelo natural, sobre todo salinización, enfermedades y agotamiento de los suelos agrícolas [Rodríguez de la Rocha, 2002].


De acuerdo con Ernst y Busby [Ernst y Busby, 2009], en apoyo a la propuesta del documento Standards for Technological Literacy para identificar a los ambientes creados o modificados por el hombre como ecosistemas artificiales, los ecosistemas agrícolas y biotecnológicos; incluidos los sistemas de cultivo sin suelo, se pueden definir como “ambientes hechos por el hombre, diseñados para funcionar como unidad y que comprenden a los humanos, plantas y animales”. Las principales formas que adoptan los ecosistemas artificiales diseñados para funcionar a manera de sistemas de cultivo sin suelo se presentan a continuación.


Hidroponia

Figura 1. Sistema hidropónico cerrado para producción de lechuga (Agronet, 2003).


Los inicios de la hidroponia se remontan hasta hace más de 300 años; cuando el ser humano se planteó como problema descubrir cómo se alimentan las plantas, comenzó tratando de identificar el tipo de sustancias que las plantas extraían de la tierra en solución acuosa. Actualmente en los sistemas hidropónicos se utiliza una solución de nutrientes formulada a partir de minerales y pueden clasificarse en dos grupos [Rodríguez Fuentes et al., 2006]:


a) Sistemas cerrados. En estos la solución nutritiva se recircula aportando de manera más o menos continua los nutrientes que la planta absorberá (Figura 1). Este tipo de sistemas son los más comunes a nivel mundial.
b) Sistemas abiertos. También son conocidos como sistemas a solución perdida; la solución nutritiva no se recicla, sino que se elimina el exceso de ésta que no se retiene (lixiviado) por el sustrato en que están las raíces de las plantas.


Dadas las características de los sistemas hidropónicos hay diferentes elementos que se pueden manipular para adaptarlos al tipo de cultivo que se desee producir y la etapa de desarrollo en que se encuentren las plantas. Entre estos elementos se encuentran el uso de sustratos sólidos, que además de proveer el sostén mecánico para las raíces de las plantas faciliten la movilización y distribución del aire, del agua y de la solución nutritiva o prescindir de sustrato y usar sistemas de medio liquido como la técnica de panel flotante o NFT; y las características de la solución nutritiva, esto es la mezcla de productos químicos que contienen los nutrientes esenciales para las plantas y que son disueltos en agua para la nutrición de la planta y en la que se deben cuidar variables como la conductividad eléctrica, pH, temperatura y concentración de la misma.


Figura 2. Cultivo aeropónico de papa (Grupo Aeroponia, 2007).


Aeroponia

El método de cultivo aeropónico consiste en el encerramiento del sistema radicular de las plantas en una cámara oscura, suministrando la solución de micronutrientes minerales con un nebulizador; lo cual optimiza la aireación de la raíz, principal factor que se ha observado como determinante del incremento en el rendimiento comparado con los sistemas hidropónicos clásicos. Esta técnica ha sido utilizada exitosamente para la producción de diferentes especies hortícolas incluyendo lechuga, pepino, tomate, papa (Figura 2), además de plantas ornamentales como el crisantemo o la noche buena [Ritter et al., 2001].


Acuaponia

Figura 3. Descripcion del Proceso que se lleva a cabo en un sistema de acuapónia (Bioconservación Acuaponia, 2010).


La acuaponia es un sistema de producción de alimentos que incluye la incorporación de dos o más componentes –peces y plantas – , en un diseño basado en la recirculación de agua (Figura 3); estos sistemas de acuacultura recirculantes (recirculating aquaculture systems, RAS) han sido propuestos como un método para controlar la acumulación de nutrientes desechados del cultivo de peces, en el cual se debe reemplazar agua en proporciones tan altas como el 15%, para controlar los incrementos en nutrientes y desechos [Lennard & Leonard, 2004][Lennard & Leonard, 2006]. Solo una fracción del alimento para los peces – 20 a 30% –, se metaboliza e incorpora como tejido, mientras que el resto (nutrientes excretados, alimento no consumido y diluido), se utiliza como nutriente para el crecimiento de las plantas; pudiendo ser éstas vegetales, frutas o flores.


Dado que los principales contaminantes que reciben los cuerpos de agua a causa de la acuacultura son nitratos (NO3-) y fosfatos (PO4-3), y que concurrentemente estos mismos nutrientes están entre los elementos esenciales para el crecimiento de las plantas, los sistemas integrados pez/planta pueden ser diseñados y manejados para cubrir los requerimientos tanto de las plantas como de los peces. Donde el principal atractivo reside en la utilización eficiente de recursos (agua y nutrientes) aunado a un mayor beneficio económico del sistema [Chaves et al., 1999].


Ventajas del Cultivo Sin Suelo Frente al Cultivo Tradicional

El cultivo sin tierra presenta múltiples ventajas (Cuadro 1), entre ellas se pueden mencionar la reducción de costos de producción, se evitan los efectos nocivos de fenómenos meteorológicos, producción de cosechas fuera de temporada, menor espacio y capital requerido para una mayor producción, se evita el desperdicio de agua, hay un ahorro de fertilizantes e insecticidas, no requiere maquinaria agrícola pesada, hay una limpieza e higiene en el manejo del cultivo desde la siembra hasta la cosecha con un proceso exento de parásitos, bacterias y hongos perjudiciales, así como contaminación que pueden estar presentes en el suelo y se elimina la incidencia de malezas [Arreaga Tovar y Moreno Limón, 2011].


Cuadro 1. Ventajas de la hidroponia frente al cultivo tradicional, modificado de Resh (2001) y Rodríguez de la Rocha (2002)
Prácticas de cultivo Tradicional Hidropónico
Espacio por plantaDepende de los nutrientes que puede proveer el suelo, y las necesidades del cultivo en cuanto a cantidad de luz.Se puede tener una mayor densidad de población por unidad de superficie, sólo depende de los requerimientos de luz del cultivo.
Calidad en la nutrición vegetalDepende de los nutrientes presentes en el terreno y el pH que éste mantenga.Mayor probabilidad de una mejor alimentación, en la solución nutritiva es posible adicionar todos los nutrientes y en la cantidad que el cultivo los requiera, es posible controlar el pH de manera precisa.
Control de malezasSe requiere invertir en mano de obra o plásticos para evitar el nacimiento de vegetación indeseable.No hay crecimiento de material vegetativo no deseado.
Riego, utilización de aguaUso de agua ineficiente, hay percolación, alta evaporación en la superficie del suelo; para evitarlo se pueden utilizar plásticos de uso agrícola, con el consiguiente gasto.Alto grado de eficiencia en gasto de agua, se eliminan o reducen pérdidas por percolación y evaporación, la superficie a humedecer es mucho menor que el cultivo tradicional.
FertilizaciónComúnmente se utilizan en grandes cantidades, la distribución de los mismos no se realiza de acuerdo a los requerimientos que presente la planta a lo largo de su desarrollo, por lo que la carencia o exceso de los mismos influye negativamente en el desarrollo de los cultivos y en el medio ambiente.Se utilizan en pequeñas cantidades y se añaden regularmente disueltas en el agua de riego, diariamente se proporciona al cultivo y se dosifica de acuerdo con el desarrollo y requerimientos del mismo.
Calidad sanitariaLos restos orgánicos empleados con frecuencia como fertilizantes e incluso los desechos del cultivo trabajado con anterioridad provocan el crecimiento de muchos microorganismos, algunos dañinos para la salud de quienes consumen el fruto.El sistema de cultivo permite hacer su limpieza eficientemente y por tanto minimizar la presencia de microorganismos en los frutos producidos por este medio.
Calidad en los frutosLas deficiencias que pueden presentar los suelos en calcio y potasio dan lugar a frutos blandos con pocas posibilidades de conservación y menor valor nutritivo en general.Fruto firme que permite una mejor conservación y alto valor nutritivo.


Por otro lado se presenta una mayor precocidad de los cultivos, es posible automatizar la producción casi por completo, se evita una buena parte de la contaminación, y se evita el riesgo de erosión de la tierra. La técnica de cultivo sin suelo permite solucionar el problema de producción en zonas áridas o frías, e inclusive se puede aplicar para la producción de vegetales en las urbes; es factible tener una uniformidad en los cultivos evitando los efectos de las deficiencias nutricionales, y contribuye a solucionar el problema de la conservación de los recursos naturales, evitando el cambio de uso de suelo de grandes extensiones de tierra en selvas, bosques y otros ecosistemas amenazados por la expansión de la agricultura tradicional [Samperio Ruiz, 1997][Douglas, 1990][Rodríguez Fuentes et al., 2006][Resh, 2001].


Perspectivas a Futuro de los Sistemas de Cultivo Sin Suelo

Los sistemas de cultivo sin suelo permiten producir vegetales de alto valor nutricional y con mayor vida de anaquel, de tal manera que el establecimiento de un sistema bien controlado puede permitir la emisión de certificados de calidad, así como proporcionar de manera confiable la información nutricional para los vegetales cultivados, lo que permitiría ofrecerlos como productos de alto valor agregado.


Estos sistemas de producción representan un futuro próspero y prometedor para el sector agrícola en México y en el Mundo, pues con ellos es posible formular estrategias de producción económica y ecológicamente sustentables para incrementar la calidad y el valor de los productos agrícolas, así como la productividad, competitividad, y sostenibilidad del sector agropecuario.


Referencias

[Arreaga Tovar y Moreno Limón, 2011] ^ 1 2 3 Arreaga Tovar, Nelson Alexander, y Sergio Moreno Limón. «Cultivos Sin Suelo para la Producción Agrícola Sostenible.» Editado por Marco Antonio Alvarado Vázquez, Sergio M. Salcedo Martínez y Victor R. Vargas López. Planta (Universidad Autónoma de Nuevo León) 6, nº 11 (Junio 2011): 29-30.
[Chaves et al., 1999] ^ Chaves, PA, LM Laird, AV Machado, RM Sutherland, y JG Beltrão. Lettuce ( Lactuca sativa sp.) responses to shared aquaculture media. Vol. 86, cap. 45 de Improved Crop Quality by Nutrient Management., de Developments in Plant and Soil Sciences., 197-200. Springer Netherlands., 1999.
[Douglas, 1990] ^ Douglas, James Sholto. Hidroponia. Como cultivar sin tierra. 5a. Traducido por Eloisa Margarita Alvarez. Buenos Aires: El Ateneo Editorial., 1990.
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[Lennard & Leonard, 2004] ^ Lennard, WA, y BV Leonard. «A comparison of reciprocating flow versus constant flow in an integrated, gravel bed, aquaponic test system.» Aquaculture International (Kluwer Academic Publishers) 12 (2004): 539-553.
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[Mateus, 2009] Mateus, Julián. «Acuaponía: Hidroponía y acuacultura, sistema integrado de producción de alimentos.» Red Hidroponía 44 (2009): 7-10.
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[Rodríguez Fuentes et al., 2006] ^ 1 2 Rodríguez Fuentes, Humberto, Sergio Muñoz López, y Efraín Alcorta García. El Tomate Rojo. Sistema hidroponico. México, D.F.: Editorial Trillas., 2006.
[Samperio Ruiz, 1997] ^ Samperio Ruiz, Gloria. Hidroponia Básica, el cultivo fácil y rentable de plantas sin tierra. México, D.F.: Editorial Diana., 1997.
[Sánchez-Aldana, 2008] Sánchez-Aldana López, Julio Alejandro. Caracterización del flujo de masa de un sistema cerrado, para el aprovechamiento de sus efluentes en hidroponia. Tesis de Maestría. Ensenada, Baja California: Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada., 2008.


Referencias Externas

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