UTILIZACIÓN DE SUSTRATOS PARA CULTIVOS EN UN
SISTEMA DE PRODUCCIÓN SEMIHIDROPÓNICO
Agustín Castrejón Paniagua
INTRODUCCIÓN
El uso y abuso de las tierras agrícolas en la producción de todo tipo de Cultivos
aunado a la fertilización, en ocasiones indiscriminada, así como la aplicación de todo tipo
de productos para la protección y saneamiento en el control de plagas y enfermedades en
los mismos, ha llevado a la degradación y empobrecimiento progresivo y constante de los
suelos ocasionando muy graves problemas por la acumulación de sales, disminución de la
fertilidad de los mismos, por no tener la buena práctica de adicionar enmiendas para
enriquecer de materia orgánica y mantener un equilibrio biótico entre la microflora y
microfauna de estos, así como la aparición de problemas fitosanitarios asociados con una
gran diversidad de patógenos como: nematodos, hongos, bacterias, oomicetos, etc. han
llevado a los Productores Agrícolas a pensar en otro esquema de producción donde los
Cultivos no estén en contacto directo con estos suelos contaminados y que les permita
llegar a producir de una manera sana, sin los problemas de sales y fitosanitarios que ya no
les hacía rentable la producción en sus terrenos, por lo que esto los ha llevado a la
producción en sustratos dentro de diversos tipos de contenedores donde se establecen
los Cultivos, sustratos que son el sistema de anclaje y sostén a través de los cuales se
llevará a cabo la nutrición de los mismos para su correcto desarrollo y producción además
de mantenerlos aislados del suelo contaminado y que permita de este modo hacer
rentable la producción, lo que nos lleva al planteamiento del siguiente:
OBJETIVO
Buscar las diversas alternativas de sustratos disponibles en el mercado
actualmente para la variabilidad de Cultivos que se pretenda establecer
REVISIÓN DE LITERATURA
Primeramente iniciamos con la definición de "sustrato" que menciona Cruz-Crespo
E et al ( 2012 ) y mencionan que para el término sustrato aplicado a la horticultura existen
varias definiciones. Burés ( 1997 ) señala que sustrato es cualquier medio que se utilice
para el cultivo de plantas en contenedores, donde se entiende por contenedor cualquier
recipiente que tenga altura limitada. Por su parte, Abad et al., ( 2004 ) señalan que
sustrato es todo material sólido distinto del suelo in situ, natural, de síntesis o residual,
mineral u orgánico, que, colocado en un contenedor, en forma pura o en mezcla, permita
el anclaje del sistema radicular, desempeñando, por tanto, un papel de soporte para la
planta y que este puede intervenir o no en la nutrición vegetal.
Por otro lado, Röber ( 2000 ) señala que un sustrato hortícola es la tierra para las
plantas, como las mezclas a base de turbas y otros materiales, que sirven de ambiente
para las raíces. Kämpf et al., ( 2006 ) definen como sustrato para plantas al medio poroso
donde se desarrollan las raíces, relacionadas con el cultivo en recipientes fuera del suelo
in situ. Podemos resumir que un sustrato para el cultivo de plantas es todo material que
pueda proporcionar anclaje, oxigeno y agua suficiente para el óptimo desarrollo de las
mismas, o en su caso nutrimentos, requerimientos que pueden cubrirse con un solo
material o en combinación con otros, los cuales deberán ser colocados en un contenedor.
Inicio del uso de los sustratos
Hoy en día se piensa que la técnica del cultivo sin suelo, la cual incluye a los
sustratos, es una forma de producción moderna, sin embargo, ésta es una técnica que
data desde aproximadamente 4000 años ( Raviv y Lieth, 2008 ). De acuerdo con Burés (
1997 ), el desarrollo de los sustratos hortícolas tuvo su origen en el cultivo en contenedor
o maceta. Desde que se introdujo el cultivo en contenedor, se planteo la necesidad de un
cambio conceptual con respecto al cultivo tradicional, apareciendo los sustratos, en sus
distintas variantes para sustituir al cielo. El cultivo en maceta tiene probablemente el
mismo origen que la jardinería. Raviv y Lieth ( 2008 ) señalan que en la cultura egipcia, ca.
4000 años de antiguedad, se dibujaron murales en el templo de Deir Al Bahariace que
muestran el cultivo de árboles en contenedores de madera o piedra. También, se
menciona que dadas las condiciones de suelos del lugar, los árboles eran transportados de
su lugar de origen al interior del palacio, por lo que utilizaron probablemente medios de
crecimiento más ligeros que el suelo, dado que se recorrían grandes distancias.
Por otra parte, Abad et al., ( 2004 ) mencionan que fue en Europa durante la
década de los 60's donde ocurrieron cambios notables en las técnicas culturales en la
producción vegetal y junto con estos se sustituyó paulatinamente el cultivo tradicional en
el suelo por el cultivo hidropónico y en sustrato. Posteriormente, se expandieron en
Estados Unidos. La presencia de suelos improductivos por sobreexplotación,
heterogeneidad, así como por carecer de características físicas y químicas apropiadas para
la agricultura, ha llevado a desarrollar las técnicas de cultivo de plantas en maceta o
contenedor.
Los desechos orgánicos transformados en sustratos mediante técnicas tales como
el compostaje o vermicompostaje proveen propiedades adecuadas para el crecimiento de
los cultivos, como la reducción del tamaño de partícula que lleva a una mayor retención
de agua por el sustrato, el incremento de la capacidad de intercambio catiónico y mejora
la capacidad de aireación, las cuales dependerán de la naturaleza de los materiales (
Frederickson et al., 2007; Acevedo y Pire, 2007 ).
Criterios para la selección de sustratos
Para elegir un material como sustrato se deben considerar varios aspectos para
que el crecimiento de las plantas sea óptimo. Dentro de los criterios más importantes se
encuentran:
1. Que posea propiedades físicas, químicas y biológicas adecuadas para el crecimiento.
2. Se debe considerar la relación costo / beneficio.
3. Disponibilidad en la región o zona.
4. Facilidad de manejo o compatibilidad, en el caso de realizar mezclas de materiales.
Fernandez et al., ( 2006 ) señalan que el sustrato constituye uno de los conceptos
de mayor costo en la producción. una manera de reducir los costos por este concepto es
llevar a cabo mezclas de diferentes materiales, lo cual también puede contribuir en la
mejora de las propiedades físicas, químicas y biológicas de un material determinado, lo
cual debe constatarse mediante el análisis de laboratorio respectivo.
Grigatti et al., ( 2007 ) menciona los factores para la selección de sustratos:
1. Que presenten supresividad respecto a patógenos.
2. Que sean reciclables.
3. Que eviten el lavado de nutrientes.
4. Que optimicen el consumo del agua.
5.Evitar que causen daño al ambiente.
6. Que estén libres de patógenos.
Propiedades físicas y químicas de los sustratos
Los materiales que son utilizados como medios de crecimiento o sustratos para la
producción de plantas en contenedores o macetas, tienen la función de servir de soporte
parte aérea ( Burés, 1977 ).
Se ha observado que las propiedades físicas cobran mayor relevancia respecto de
las demás, dado que estas, una vez colocado el material vegetal en la maceta es difícil
modificarlas positivamente ( Abad et al., 2004 ). La estabilidad o degradación del material
a través del tiempo durante el crecimiento del cultivo es un aspecto más a considerar (
Pinamonti et al., 1997 ).
Las propiedades físicas que usualmente se determinan son el espacio poroso total,
capacidad de aireación, capacidad de retención de agua, densidad aparente y densidad a
la planta, y proveer de agua, aire y nutrientes para el adecuado desarrollo de raíces y real (
Baixaulli et al., 2002 )
Espacio poroso total: Es el total de espacio que no está ocupado por el material
sólido que se agrega en la maceta o contenedor y que puede estar ocupado por agua y
aire, denominado también como capacidad de retención de agua y capacidad de aire,
respectivamente. El espacio poroso total debe ser mayor a 85%.
Capacidad de aire o porosidad de aire: Se refiere a la proporción de aire en el
medio de crecimiento o sustrato. Para algunos Autores es la propiedad más importante a
evaluar. Algunos aceptan que este debe estar comprendido entre 10 y 35% para sustratos
en maceta, mientras que otros señalan que debe situarse entre 20 y 30%. Esta variable
depende del tamaño de partícula utilizada en el medio de crecimiento así como de la
forma, naturaleza de los materiales y altura del contenedor. Por ejemplo, si el tamaño de
partícula incrementa en el contenedor o maceta, disminuye la cantidad de agua retenida e
incrementa el espacio poroso total.
Capacidad de retención del agua: Se refiere a la cantidad de agua retenida por el
sustrato, y corresponde a la cantidad de agua en el sustrato después de haber drenado,
después de que fue agregada al contenedor o maceta. Esta variable depende del tamaño
de partícula utilizada en el medio de crecimiento así como de la naturaleza de los
materiales empleados. Ansorena ( 1994 ) señala que tamaño de partícula menor a 0.5 mm
presenta la máxima influencia en la porosidad de aire y en la retención de agua, dado que
la disminuye e incrementa respectivamente. Así, partículas mayores a 0.5 mm
incrementan la porosidad total y disminuyen la retención de agua. Por tanto, el tamaño de
partícula se tendrá que modificar o seleccionar adecuadamente para obtener propiedades
físicas óptimas.
Densidad aparente: Se define como la masa seca contenida en un centímetro
cúbico de medio de cultivo, depende del grado de compactación y del tamaño de
partícula.
Densidad real: Se define como el cociente entre la masa de las partículas del
medio de cultivo y el volumen que ocupan, sin considerar los poros y huecos, no depende
del grado de compactación, ni del tamaño de partícula.
En lo que se refiere a las propiedades químicas, los sustratos orgánicos son los que
contribuyen en mayor grado a estas propiedades. La capacidad de intercambio catiónico (
CIC ), disponibilidad de nutrientes, salinidad y la relación C/N son las más importantes.
Alarcón ( 2000 ) señala que las propiedades químicas de un sustrato establecen la
transferencia de materia entre el sustrato y la disolución, siendo de notable importancia
en los materiales orgánicos.
La CIC es una medida de la capacidad de retención de nutrientes, que depende
fundamentalmente del pH y del contenido y composición de la materia orgánica y arcilla
de la fase sólida, la cual incrementa conforme lo hace el pH.
Capacidad de amortiguamiento del pH. Esta propiedad depende del tipo de
sustrato ( orgánico o inorgánico ), en general, los materiales orgánicos con elevada CIC, la
capacidad de amortiguamiento ante cambios de pH es mayor.
Nutrimentos. El contenido nutrimental entre sustratos es notoriamente variable,
pero los materiales composteados, en su mayoría, son los que presentan elevado nivel de
nutrientes asimilables en comparación a otros como la corteza de pino, o bien con los
sustratos inorgánicos que por lo general son inertes.
Salinidad. Esta se refiere a la concentración de sales solubles en la solución del
sustrato, la cual suele ser elevada en sustratos orgánicos. Además de que existen
sustratos, principalmente los de tipo orgánico, con alguna concentración natural de sales
como es el caso de la fibra de coco. Por tanto en el cultivo en sustrato es mayor la
probabilidad de acumulación de sales en comparación al suelo.
Las propiedades biológicas se evalúan en los sustratos orgánicos ya que son
susceptibles de sufrir descomposición previa a ser empleados o durante su permanencia
en la bolsa de vivero o contenedor. Por esta razón, es importante determinar las
caracterísiticas biológicas de los mismos, tales como población microbiana y su relación
con la presencia de sustancias reguladoras y evolución del CO2 como un indicador de la
velocidad de descomposición, las cuales aportaran mayor garantía de calidad del sustrato
( Villasmil, 2008 ).
El suelo como sustrato
Al inicio del uso del cultivo en maceta o contenedor uno de los primeros medios
de crecimiento utilizados fue el suelo mineral, pero gracias a la evolución de estos el suelo
se ha ido sustituyendo por otros materiales como la turba.
Raviv et al., ( 2008 ) indican que algunos sustratos pueden incluir arcillas y arenas
como componentes, pero no suelo directamente.
Las propiedades físicas son un importante factor de elección de un material como
sustrato ya que el volumen de un contenedor es reducido, y por lo tanto, las propiedades
físicas, o dentro de ellas las relaciones agua-aire cobran gran importancia; de ahí que se
considere que un buen sustrato deba tener más del 85% de porosidad total ( Abad et al.,
2004 ). En el suelo, el espacio poroso total generalmente no supera el 50% aunado a
contenidos hídricos altos, presenta escasa proporción de poros con aire ( menos del 10% ),
que lo convierten en un material poco adecuado para el uso en contenedores.
En ocasiones un material no cumple por si mismo con las mejores características
para el crecimiento adecuado de la planta, por lo que hay necesidad de realizar mezclas
de materiales ( Zamora et al., 2005; Cruz et al., 2010 ).
Otro aspecto importante es la menor proporción de la fase sólida del sustrato
respecto del suelo ( consecuencia de su elevada porosidad ), lo que implica que en un
volumen determinado de sustrato habrá más espacio disponible para el agua y aire que en
el miso volumen de suelo ( Ansorena, 1994 ).
Tipos de sustratos
Existen diferentes criterios de clasificación de los sustratos, sin embargo de
acuerdo a Abad et al., ( 2004 ), los sustratos se pueden clasificar como materiales
orgánicos e inorgánicos.
Materiales orgánicos. Estos a su vez se pueden subdividir en:
1. De origen natural ( turba o peat moss ).
2. De síntesis ( espuma de poliuretano, poliestireno expandido )
3. Residuos y subproductos de diferentes actividades; este tipo de materiales deben ser
previamente acondicionados mediante un proceso de compostaje o vermicompostaje.
Entre algunos ejemplos de este tipo de materiales se encuentra el bagazo de caña, bagazo
de agave, aserrín o serrín, corteza de árboles, orujo de uva, residuos sólidos urbanos,
lodos de depuración de aguas residuales, cascarilla de arroz, paja de cereales, fibra y polvo
de coco, entre otros.
Materiales inorgánicos o minerales. Estos materiales también se subdividen en:
1. De origen natural. Se obtienen a partir de rocas o minerales de origen diverso, como
por ejemplo: rocas de tipo volcánico como el jal, tezontle, piedra pómez, arena, grava.
2. Materiales transformados o tratados industrialmente. Son obtenidos a partir de rocas o
minerales mediante tratamientos físicos y a veces químicos, que modifican las
características de los materiales de partida. Algunos ejemplos de estos son: la perlita,
vermiculita, arcilla expandida y lana de roca.
3. Residuos y subproductos industriales, como las escorias de horno alto, estériles de
carbón.
Una desventaja que presentan los materiales orgánicos en relación a los
inorgánicos es que son susceptibles de continuar su descomposición en mayor o menor
medida en el contenedor, lo cual dependerá del buen o mal proceso de compostaje o
vermicompostaje, que puede afectar el volumen del sustrato. Esto es un aspecto
importante en el cultivo de plantas, al igual que la contracción de volumen de un sustrato,
ya que este último facilita la compactación del sustrato y la compresión de las raíces,
afectando también la eficiencia del riego y la fertilización ( Abad et al., 2004 ).
Si el material orgánico no fue procesado adecuadamente durante el composteo los
componentes de este secuestrarán al "N" a medida de la descomposición de la celulosa.
Razón por la que se recomienda que los materiales orgánicos como las compostas o
vermicompostas , cuenten con una relación C/N no mayor de 40 ( Sullivan et al., 2005; Jim
et al., 2007 ).
En México uno de los sustratos orgánicos más empleados específicamente en la
producción de planta para trasplante, es el Peat Moss o también denominado turba, el
cual es un material fosilizado y considerado como un recurso no renovable (Hanson 2003).
Sin embargo, el uso de este material constituye un costo importante en la producción de
cultivos en contenedor, el cual es más marcado entre mayor sea el tamaño de este, ya que
en México es un producto de importación de alto costo ( García et al., 2001; Favaro et al.,
2002 ). Algo similar ocurre con la perlita y la vermiculita aunque a diferencia de la
vermiculita, de la perlita se encuentran minas en México que explotan y procesan a lgunas
compañías nacionales lo que hace que este mineral no sea tan cos toso como otros al estar
al alcance de las posibilidades de todo tipo de Productor en cualquier punto de la
República Mexicana ( Castrejón 2016 ).
En nuestro País, de los materiales minerales de tipo natural ampliamente utilizados
como sustrato para la producción de diversos cultivos de hortalizas y flores en contenedor
es la roca volcánica o también conocida como tezontle, dada la disponibilidad y el bajo
costo. Sin embargo, el tamaño de partícula y su proporción pueden influir sobre las
propiedades físicas ( Vargas et al., 2008 ).
Es importante señalar que los materiales destinados para ser utilizados como
sustratos, aun siendo de un mismo tipo de material, sus propiedades físicas, y si es el caso,
químicas y biológicas, pueden variar de un lugar a otro, por lo que será necesario
caracterizarlos previamente antes de colocaros en el contenedor o maceta. Un ejemplo
claro de esto es el tezontle, donde aun en la misma mina podemos encontrar partículas
con diferentes caracterísiticas.
R.I. Cabrera ( Revista Chapingo Serie Horticultura 5 (1): 5-11, 1999 ) menciona que
una planta que crece en el campo comparada con otra que crece en una maceta se
expone generalmente a un ambiente más estresante y de cambios constantes ( Bowman y
Paul, 1983; Cuadro 1 ).
Una planta en plena actividad de crecimiento puede extraer toda el agua
disponible en un recipiente común en uno o dos días. Después de un riego, el sustrato se
satura desde el fondo del recipiente, y las raíces de esa zona permanecen sin aire. No es
sino hasta que la planta utiliza suficiente agua, que se crean espacios a ocuparse por aire.
A la vez, al secarse el sustrato, la concentración de sales en la solución de suelo puede
aumentar a niveles altos.
Algunos nutrimentos, tales como el "N" y el "K" se pierden por absorción de la
misma planta y otra parte por lixiviación, pudiendo llegar a ser rápidamente abatidos si no
son abastecidos periódicamente ( Bowman y Paul, 1983; Bunt, 1988; Nelson, 1991 ). Por
otro lado, las temperaturas de un sustrato en una maceta, particularmente aquellas de
colores obscuros, pueden fluctuar a veces hasta en 30°C entre el día y la noche ( Davidson
et al., 1994 ).
Algunas de estas condiciones estresantes pueden considerarse una consecuencia
directa del volumen restringido del sustrato en la maceta, el cual tiene que suplir las
necesidades de una planta que es relativamente grande para ese volumen. El problema no
es que el sustrato no pueda suplir las necesidades de la planta, sino que el período en el
que deben abastecerse esas necesidades siempre es corto. Es por eso que un programa
adecuado de manejo es esencial para minimizar las condiciones estresantes que se
pueden encontrar en macetas o contenedores.
PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUSTRATO
Un medio de cultivo bueno deberá tener buenas propiedades físicas como la
aireación y drenaje, retención de agua y bajo peso húmedo por volumen ( sinónimo de
densidad aparente Cuadro 2 ). Sustratos que después de haber sido regados a saturación
se han dejado drenar hasta alcanzar un equilibrio, condición conocida como capacidad de
maceta o de contenedor ( CC ).
En general, el sustrato deberá tener una porosidad total de por lo menos 70% con
base en volumen. Más importante aún es conocer como la porosidad total está repartida
entre aquel espacio ocupado por agua y aire. La porosidad de aire o espacio ocupado por
aire en el sustrato, es probablemente la propiedad física más importante de los sustratos
empleados en la horticultura. Aunque el valor mínimo recomendado de porosidad de aire
es 10%, este realmente debe ajustarse de acuerdo a la tolerancia de las plantas a niveles
bajos de aireación.
Con respecto a la capacidad de retención de agua por el sustrato, un mínimo de
55% es deseable para una maceta o recipiente de 10 a 15 cm. Asimismo, se desea que el
volumen de agua total disponible para la planta debe de ser por lo menos 30% del
volumen total del sustrato.
El peso húmedo ( o densidad aparente a capacidad de contenedor ) también debe
ser considerado cuidadosamente, ya que puede resultar en aumentos significativos en el
peso de las macetas, particularmente en aquella de tamaño grande ( Cabrera, 1995 ) . Esto
es apreciable en labores de espaciamiento y carga de las mismas, además de incrementar
los costos de transporte. Sustratos ligeros suelen ser preferidos, aunque podrían ser no
muy deseables en viveros expuestos frecuentemente a fuertes vientos. El reacomodo de
macetas volcadas en viveros puede ser una labor intensiva y costosa ( Davidson et al.,
1994 ).
Un medio de cultivo o sustrato debe diseñarse para aumentar al máximo su
contenido de agua y aire, utilizando como referencia los valores listados en el Cuadro 2
para un sustrato ideal. En general, las propiedades físicas de un sustrato no pueden
predecirse en forma sencilla a partir de sus componentes. La mezcla de dos o más de ellos,
por lo general produce interacciones que hacen que las propiedades físicas de la mezcla
final no sean la media óptima de las propiedades de los componentes ( Bowman y Paul,
1983; Cabrera, 1995 ). Por ello, es necesario determinar en cada caso las propiedades de
las mezclas resultantes. Una vez que estas se han determinado, los ajustes en las
proporciones de los componentes de la mezcla pueden hacerse hasta encontrar los
requisitos mínimos deseados.
z Todos estos valores fueron determinados en sustratos colocados en macetas de 15 cm y a capacidad de contenedor.
y Se considera turba del musgo Sphagnum.
x Mezcla compuesta de partes iguales de turba, arena y aserrín de madera de Sequoia.
Componentes de un medio de cultivo y su tamaño de partícula
Hoy en día no se recomienda el uso de suelo mineral como un componente de sustratos
para macetas, aún y cuando con un manejo cuidadoso puede dar excelentes resultados.
Esta recomendación se debe particularmente a razones que incluyen falta de una
distribución uniforme de las partículas y consecuente pobre porosidad ( diámetro
pequeño de poros ); un drenaje pobre; propiedades químicas variables; portador
potencial de insectos, malezas y enfermedades ( Bowman y Paul, 1983; Cabrera, 1995 ).
Además, los suelos minerales pueden contener también residuos químicos ( pesticidas ) y
niveles altos de sales o iones tóxicos.
Cuadro 4. Propiedades y características deseables de componentes orgánicos e inorgánicos para sustratos
de cultivo
COMPONENTES INORGÁNICOS
Características deseables:
- Alta capacidad de retención de agua y agua disponible ( Cuadro 2 ).
- Tener una baja densidad de partículas.
- Tener buena distribución de tamaño de partículas ( Cuadro 5 ).
Ejemplos:
- Vermiculita ( tiene alta CIC, alta capacidad de retención de agua, baja densidad de partículas ).
- Perlita ( porosa, inerte, débil mecánicamente ).
- Arenas ( alta densidad de partículas, baja CIC ).
- Arcilla calcinada ( porosa, baja CIC ).
- Subproductos minerales ( tales como óxidos metálicos ).
COMPONENTES ORGÁNICOS
Características deseables:
- Alta capacidad de retención de agua y agua disponible ( Cuadro 2 ).
- Bien composteados y/o tratados con nitógeno.
- Tener un bajo contenido de sales solubles ( conductividad eléctríca menor a 4 mmhos/cm-1 ).
- Tener buena distribución de tamaño de partículas ( Cuadro 5 ).
- Que no contengan compuestos tóxicos ( como toxinas vegetales o químicos orgánicos ).
- Que no sean portadores o vectores de plagas y/o enfermedades.
Ejemplos:
- Turba de pantano ( Sphagnum o Peat Moss, excelente retención de agua, CIC, baja densidad de
partículas )
- Materia orgánica compostada ( hojas de árboles, cesped, residuos de poda ).
- Productos y subproductos de madera ( corteza, aserrín, virutas, etc. ).
- Lodos de tratadora o depuradora ( debe tenerse cuidado con textura fina y metales pesados ).
- Otros materiales ( estiércol, pajas, bagazos, cascarillas, etc. ).
La mayoría de los sustratos
usados en la producción de plantas consisten en una combinación de componentes
orgánicos e inorgánicos ( Cuadro 4 ). Algunos de los materiales inorgánicos comunes
incluyen arena, vermiculita, perlita, arcilla calcinada, piedra pómez y otros subproductos
minerales. Por otro lado, los componentes orgánicos más populares incluyen: turba ( peat
moss ), productos de madera composteados ( corteza, aserrín, virutas ), composta de
materia orgánica, lodos de depuradora, fango, estiércol, paja, cascarilla de arroz y de
cacahuate, etc.
La adición de componentes
orgánicos a sustratos ayudan a mejorar principalmente sus propiedades físicas y químicas,
tales como capacidad de retención de agua, porosidad de aire, disminución de peso
húmedo y mejora en la CIC ( Ansorena-Miner, 1994; Bowman y Paul, 1983; Bunt, 1988;
Handreck y Black, 1994 ). Sin embargo, para que estas mejoras surtan efecto, es necesario
que los componentes del sustrato o mezcla tengan un tamaño deseable de partículas. La
mayoría de las partículas para componentes orgánicos, asi como inorgánicos, deseables
para la elaboración de sustratos deberán encontrarse entre 0.5 y 4 mm, y con menos del
20% presente en partículas más finas que 0.5 mm ( Bunt, 1988; Cuadro 5 ).
Además de los requisitos de granulometría, un componente orgánico deberá ser
estable con respecto a su descomposición, es decir, deberá haber pasado por un proceso
de composteo con añejamiento. Esto eliminará fijaciones de "N" por microorganismos
encargados de la descomposición, fenómeno que típicamente origina reducciones en la
disponibilidad de este nutrimento para las plantas ( Ansorena-Miner, 1994; Bunt, 1988 ).
La descomposición del componente orgánico de un sustrato durante el período de
crecimiento de un cultivo, además de causar problemas como reducciones en el volumen
total de sustrato disponible para las plantas, puede alterar significativamente las
propiedades físicas obtenidas originalmente ( al inicio del cultivo ).
Resultados de investigaciones indican que para permitir cambios importantes y
benéficos en las propiedades físicas de un sustrato, los componentes orgánicos deben
utilizarse en estos por lo menos en un 40% con base en el volumen ( Bowman y Paul, 1983
).
Las arenas son comúnmente usadas como componente inorgánico de sustratos,
particularmente aquellas utilizadas en viveros ( Davidson et al., 1994 ). Aquí se busca
especialmente incrementar la densidad del sustrato para reducir el riesgo de volcado de
macetas por el viento ( que puede resultar en costos altos de mano de obra ). Sin embargo
este objetivo subestima el impacto potencial que la arena puede tener sobre las
propiedades físicas del medio ( Bowman y Paul, 1983 ). Al igual que para el resto de los
componentes de una mezcla, la arena también requiere una evaluación de su distribución
y tamaño de partícula. Las arenas naturales se componen de partículas que oscilan en
diámetros que van desde 2 a 0.05 mm, y que se han subdividido en cinco clases, como se
aprecia en el Cuadro 6.
PROPIEDADES QUÍMICAS
Es importante que al momento de plantar, un sustrato provea no solo un ambiente
físico favorable, sino también uno químico ( Bowman y Paul, 1983 ). Por tanto, adiciones
de ciertas enmiendas químicas y fertilizantes son necesarias previas a la plantación.
La mayoría de los componentes orgánicos de un sustrato son ácidos y contienen
niveles bajos de nutrimentos disponibles ( Bunt, 1988 ). Se recomienda agregar una
cantidad suficiente de cal dolomítica al sustrato para elevar el pH a un nivel adecuado (
usualmente 5.5 a 6 ). Además de la cal proporcionará "Ca" y "Mg" que son esenciales para
un buen crecimiento radical. Estos elementos son retenidos ( adsorbidos ) por el sustrato;
no son fácilmente lixiviables, por lo que quedarán disponibles para la planta por períodos
largos ( Farnham et al., 1985 ).
REVISIÓN DE LAS PROPIEDADES QUÍMICAS DE UN SUSTRATO
Aunque existen varios métodos para determinar las propiedades químicas de
sustratos para maceta, hay dos que se han popularizado: extracto de sustrato saturado (
ESS ) y el de lixiviado ( LX ). El método ESS se usa ampliamente en laboratorios
universitarios y comerciales de suelos y sus guías generales de interpretación están
basadas en numerosos estudios y ensayos de fertilidad ( Warnecke, 1986 ). Los niveles
deseables de pH, sales solubles y nutrimentos varían con respecto a la especie de cultivo,
prácticas culturales y su manejo específico.
El método de lixiviado ( LX ) se originó recientemente a partir del programa de
investigación en cultivos de vivero en el Instituto Politécnico y Universidad Estatal de
Virginia, U.S.A. ( Wright, 1986 ). El método es mucho más rápido para ejecutar que el ESS y
no requiere de equipo especializado. A grandes rasgos, un volumen limitado de agua
destilada es agregado a la superficie del sustrato que se encuentra a capacidad de
contenedor, y desplazando ( drenando ) un volumen equivalente de solución del suelo. Se
asume que la solución desplazante ( agua destilada ) actúa como un pistón, y que no se
mezcla considerablemente con la solución desplazada, es decir aquella que originalmente
residía en la zona radical ( Wright, 1986 ). Se presume pues que la solución desplazada
representa la composición química de la fase líquida del sustrato. Los resultados
obtenidos por el método LX son más representativos de las condiciones nutritivas y de
salinidad presentes en la zona radical, inmediatamente después de lograrse la capacidad
de maceta.
MANEJO DE LA SALINIDAD ( SALES SOLUBLES EN SUSTRATOS )
El mantenimiento de niveles nutrimentales altos en sustratos es un objetivo común
en la producción de cultivos, ya que se desea mantener una tasa alta de crecimiento (
Cabrera, 1996 ). Sin embargo, el uso excesivo de sales fertilizantes puede restringir
severamente el crecimiento de las plantas ( por inducción de estrés hídrico o toxicidad
específica de ciertos iones ). ocasionar daños indeseables al follaje ( quemaduras ) e
inclusive la muerte de las plantas ( Bunt, 1988 ).
Tales situaciones pueden ser prevenidas al hacer aplicaciones de fertilizantes
adecuadas a las demandas reales del cultivo y tomando en cuenta las condiciones
ambientales durante producción ( Nelson, 1991; Wright y Niemiera, 1987 ). Si condiciones
de alta salinidad se presentan durante la producción, normalmente se recurre a prácticas
de lixiviación con agua ( Bunt, 1988; Handreck y Black, 1994; Cabrera, 1996; Nelson, 1991
).
La concentración más alta de sales solubles expresada en unidades de
conductividad eléctrica ( CE ) en la solución del sustrato se encuentra en el momento
anterior a un riego. La solución residente en el sustrato es entonces desplazada hacia el
fondo de la maceta por el agua o solución nutritiva con que se está regando. Si suficiente
agua o solución nutritiva de baja salinidad es aplicada, cierto volumen de la solución
residente con salinidad más alta será lixiviada. La reducción de sales solubles en la
solución del sustrato depende pues de la salinidad del agua o solución de riego y el
volumen utilizado.
Una fracción lixiviada de 10 - 30% es normalmente suficiente para mantener
niveles adecuados de salinidad cuando se utilizan agua o soluciones típicas de riego ( CE =
0.5 - 2.0 mmhos/cm-1 ).
La eficacia con la que las sales solubles residentes en la solución del sustrato son
desplazadas o lixiviadas depende de ciertas características físicas del sustrato,
principalmente su granulometría. Estudios efectuados al respecto indican que la mayoría
de las sales son removidas con tan solo aplicar 1.5 veces la cantidad de agua retenida por
el sustrato a capacidad de contenedor ( Bunt, 1988 ). En la práctica y asumiendo que se
utilice agua de buena calidad ( CE menor o igual a 0.5 mmhos/cm-1 ); el lixiviar un
volumen de agua equivalente al volumen total de la maceta o contenedor será suficiente
para corregir problemas comunes de salinidad. Otras medidas que pueden ayudar a
mitigar los efectos de salinidad son: mantener el sustrato húmedo, nunca hacer
aplicaciones de fertilizante granular o soluciones nutritivas concentradas cuando el
sustrato esté seco, y reduciendo la demanda evaporativa usando malla-sombra y/o
elevando la humedad relativa ( Cabrera, 1996; Nelson, 1991 ). Cabe resaltar que la calidad
del agua de riego, es decir, su composición química, está íntimamente vinculada al manejo
de las propiedades químicas en un sustrato, y en gran manera afecta el pH del sustrato, la
disponibilidad de nutrimentos, la presencia de toxicidades específicas, y los niveles totales
de sales solubles ( Farnham et al., 1985 ).
Por otra parte, Céspedes, comunicación personal, 2008, citado por Bonachela et
al., revela que en los invernaderos del litoral de Almería la superficie de cultivos hortícolas
en sustrato se ha mantenido prácticamente estable ( 20.4% de la superficie cultivada en
invernadero ), siendo la perlita ( 55% del total ) y la lana de roca ( 38% ) los sustratos
mayoritariamente utilizados por los Agricultores.
Elevada disponibilidad de agua, adecuado suministro de aire, baja densidad
aparente y alta estabilidad estructural son, normalmente, las principales características
físicas requeridas para un buen sustrato.
Bonachela et al., se refieren además para la completa caracterización física de un
sustrato o mezcla de ellos hay que medir adicionalmente a los ya citados anteriormente (
Densidad aparente y Densidad real, Porosidad total, Capacidad de aireación o porosidad
llena de aire ) los siguientes parámetros:
Porosidad efectiva: Es la fracción volumétrica ocupada por agua en un sustrato
completamente saturado. La diferencia entre la porosidad total y la efectiva es el volúmen
de poros cerrados intra-particulares, no accesibles al agua. La Capacidad de aireación o
porosidad llena de aire ( % ) es la fracción volumétrica de sustrato llena de aire después de
dejarlo drenar libremente; como este valor varía mucho con la altura y forma del
contenedor, se ha acordado determinarlo como la fracción volumétrica ocupada por aire
cuando el sustrato está sometido a una presión de succión de agua de 1 kPa.
Agua fácilmente disponible ( AFD ): Es la diferencia de contenido volumétrico de
agua del sustrato cuando está sometido a una succión de 1 y 5 kPa o cB ( 10 - 50 cm ) o
dicho más fácil: agua que se libera a esas tensiones.
Para los parámetros restantes muy importantes también ( Pineda, 2016 ) los describe así:
Agua de reserva ( AR ): Es el agua que se libera de 50 - 100 cm de tensión de c.a. (
5 -10 kPa o cB ).
Agua difícilmente disponible ( ADD ): Es el agua que retiene el sustrato después de
aplicar 100 cm de tensión de c.a. ( 10 kPa o cB ).
La Conductividad hidraúlica ( cm por unidad de tiempo ): Es una medida de la
capacidad del sustrato de transportar agua y su determinación es relevante debido a que
el transporte del agua a las raíces a través de los poros del sustrato depende en gran
medida de este parámetro.
REUTILIZACIÓN DE SUSTRATOS
En el litoral mediterráneo español la reutilización de sustratos es una práctica
común basada, sobre todo, en el conocimiento práctico de Agricultores y Técnicos de la
zona, con el objetivo final de reducir costos de producción. En un trabajo experimental
reaalizado durante los ciclos agrícolas 2003/04 y 2004/05 ( Acuña, 2007 ) se caracterizó la
evolución con el tiempo de uso de los principales parámetros físicos de los dos sustratos
utilizados mayoritariamente en los invernaderos del litoral de Almería ( Cuadro 1 ): Bolis
de lana de roca tipo Med. horizontal de Grodan y sacos de perlita del tipo B12, Marjal. Las
medidas se realizaron en los bolis de lana de roca nuevos o de primer uso ( 0 ) y en bolis
que habían sido reutilizados durante 1 año ( ! ), 2 años ( 2 ) y 3 años ( 3 ). En Perlita, las
medidas se realizaron en sacos nuevos de primer uso ( 0 ) y en saos que habían sido
reutilizados durante 1 año ( 1 ), 4 años ( 4 ) y 5 años ( 5 ). En los sacos de perlita
reutilizados, al final de cada ciclo de cultivo, el Agricultor extraía la planta vieja con la
perlita situada alrededor de sus raíces ( un cilindro de unos 10 cm de largo ) y reponía el
hueco con perlita nueva.
A pesar de que hubo cambios en algunos parámetros físicos relevantes de la lana
de roca ( Cuadro 1 ), sus principales características físicas se mantuvieron a o largo de su
vida útil ( 3 años ) dentro del rango de valores considerados normales en la literatura (
Raviv y col., 2002 ): Alta capacidad de retención de agua a bajas tensiones de agua (
menos de 3 kPa ), drástica reducción de la disponibilidad de agua a tensiones mayores y
alta capacidad de aireación ( alrededor o por arriba del 30% ). Por lo que parece que el
tiempo de uso no limitó el comportamiento físico de los bolis de lana de roca en cultivos
hortícolas en invernadero, por lo menos, bajo las condiciones de estudio de Acuña ( 2007
). Lo que si se observó fue una reducción con el tiempo de uso ( medidas realizadas hasta
los dos años ) de la conductividad hidraúlica saturada, reducción que puede explicar la
mayor variabilidad de la humedad volumétrica medida dentro de los bolis de lana de roca
reutilizados, con respecto a los bolis nuevos ( datos no mostrados ). También se observó
que los bolis de lana de roca se deformaron claramente al final del tercer año de uso y
perdieron estabilidad estructural.
Con respecto a las características granulométricas de la perlita ( datos no
mostrados ), los sacos nuevos o de primer uso presentaron valores parecidos a los de las
perlitas denominadas B12 ( partículas con diámetros de 0 a 5 mm ), Orozco ( 1995 ),
mientras que las perlitas reutilizadas presentaron características más parecidas a las de
tipo A13 ( diámetro de 3 a 5 mm ). este cambio se debió a una reducción de la proporción
de partículas más pequeñas durante el primer año de uso de la perlita nueva, atribuible,
muy probablemente, al lavado vía riego y drenaje del polvo o partículas más pequeñas del
saco El resto de las características físicas de la perlita, incluidas las de retención de agua y
de aireación, cambiaron poco con el tiempo de uso ( Cuadro 1 ). Como resúmen, las
propiedades físicas de la perlita no mostraron grandes cambios con el tiempo de uso,
presentando valores medios a lo largo de su vida útil ( 5 años ) dentro del rango de valores
normales citados en la literatura ( Orozco, 1995 ).
OXIGENACIÓN DE SUSTRATOS
Las raíces de las plantas necesitan respirar para obtener energía para sus
actividades metabólicas. La respiración de las raíces, en condiciones aerobias, requieren
un suministro continuo de oxigeno, que la mayoría de las plantas obtienen, en condiciones
normales, directamente de su entorno o rizosfera. El oxigeno atmosférico, en forma de
gas, se mueve a través de los poros del medio de cultivo hasta la raíz. La velocidad a la que
se mueve a través del sustrato por unidad de tiempo y sección se denomina: Tasa de
difusión de oxigeno ( ODR ). Por diferencias de presión, el oxígeno gaseoso se difunde,
sobre todo, a través de los poros llenos de aire ( su difusión a través de los poros llenos de
agua es mucho más lenta ) hasta los poros cercanos a las raíces. Luego se disuelve en la
película de agua que rodea cada raíz y por difusión se introduce en la misma.
En cultivos en sustratos, la ODR suele estar relacionada con la Capacidad de
Aireación (CA) de los mismos y, en general, considerando la información experimental
disponible, los sustratos con valores de CA mayores del 30% no deberían tener,
teóricamente, vlores de ODR limitantes. Los sustratos inertes mayoritariamente usados
en la horticultura protegida del litoral de Almería, normalmente cumplen esta
característica ( Cuadro 1 ). En la práctica, sin embargo, la oxigenación de los sustratos es
compleja ya que hay otros factores que pueden afectar tanto a la demanda como al
suministro de oxigeno, y provocar condiciones de deficiencia de oxigeno o hipoxia. La
mayoría de los cultivos hortícolas cultivados en sustrato y en invernadero suelen tener
altas tasas de crecimiento asociadas a altas tasas de respiración y de demanda de agua.
Esta situación requiere un abundante suministro de agua, lo que puede reducir la ODR,
sobre todo, en los cultivos que forman una densa capa de raíces en el fondo del
contenedor del sustrato, donde suelen ocurrir condiciones cercanas a la saturación. Las
altas temperaturas que por lo regular ocurren en los invernaderos pueden incrementar la
tasa de respiración de las raíces y disminuir el contenido de oxígeno disuelto en la solución
del sustrato. El intercambio gaseoso dentro del sustrato puede verse también reducido
por el contenedor ( normalmente bolsas de plástico ) que rodea al sustrato. Además, los
microorganismos aeróbicos compiten con las raíces por el oxígeno, especialmente cuando
el sustrato contiene materia orgánica, lo que debe ser considerado en sustratos inertes
reutilizados y en aguas de riego depuradas tratadas. Las raíces, al ocupar los espacios
porosos, pueden también modificar las características físicas de los sustratos, aumentando
la capacidad de almacenamiento de agua y disminuyendo la porosidad llena de aire. Por
todo esto, es necesario conocer las condiciones de aireación de las raíces en los cultivos
de invernadero en sustratos, sobre todo, en áreas con altas temperaturas ambientales
como el litoral mediterráneo.
CONCLUSIONES
Existen en la actualidad un sinnúmero de opciones de sustratos en el mercado para
utilizar en un sistema de cultivo semi hidropónico, la decisión de cual elegir dependerá de
muchos factores como pueden ser: El Cultivo a establecer, híbridos o variedades con
diferentes requerimientos, el clima: temperatura, humedad relativa, agua de riego, época
del año, disponibilidad en el mercado, cercanía del Proveedor porque el flete encarece
mucho el producto cuando no está cercano a las instalaciones donde se encuentra
nuestro proyecto, precio mismo del sustrato, etc. y será necesario realizar una
caracterización física del sustrato o mezclas de sustrato para determinar cuál reúne las
mejores características que buscamos para el Cultivo específico que vamos a establecer;
por lo que no es una solución fácil de definir ya que es muy importante considerar todos
estos factores antes de tomar una decisión definitiva. Cualquier sustrato a elegir puede
funcionar de una manera adecuada si consideramos todos los puntos antes mencionados
entonces concluimos que dependerá básicamente de nuestro bolsillo, la disponibilidad del
sustrato elegido, el Proveedor más cercano y la caracterización física del mismo.
Literaruta citada
Cruz-Crespo E, Can-Chulim A, Sandoval-Villa M, Bugarín-Montoya R, Robles Bermudez A,
Juárez-López P. 2012. Sustratos en la horticultura. Xalisco, Nayarit, México.
Cabrera, R.I. 1998. Propiedades, Uso y Manejo de Sustratos de Cultivo para la Producción
de Plantas en Maceta. New Brunswick, New Jersey, U.S.A.
Iskander-Cabrera R. Manejo de Sustratos para la Producción de Plantas Ornamentales en
Maceta. 2002. Buenavista, Saltillo, Coahuila, México.
Bonachela Castaño S, Acuña López R, Magán Cañadas J. 2007. Sustratos Inertes,
Caracterización Física. Oxigenación de los Sustratos.