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.