sustratos para cultivos hortícolas y flores de corte

8/18/2019 Sustratos Para Cultivos Hortícolas y Flores de Corte

1/30

[]

Sustratos para cultivos hortícolas y flores de corte

MARÍA FERNANDA QUINTERO C .

1

, CARLOS ALBERTO GONZÁLEZ M . 2 Y JOSÉ MIGUEL GUZMÁN P . 3

Hidroponía

La palabra hidroponía proviene de los vocablos griegos “hidros” (agua)

y “ponos” (labor, trabajo). Los jardines colgantes de Babilonia, los huertos

flotantes de los aztecas en México o los de la China imperial son algunosejemplos de cultivos hidropónicos (Resh, ).

De acuerdo con esta etimología, la hidroponía se define como la ciencia del

crecimiento de las plantas en un medio acuoso. Los sistemas que, sin utilizar

el suelo, en su lugar usan un medio inerte, tal como grava, arena, turba, ver-

miculita, piedra pómez o aserrín, a los cuales se les añade una solución con los

nutrientes esenciales necesarios para el crecimiento y desarrollo normal de la

planta, se denominan cultivos sin suelo (CSS) o cultivos en sustratos.

En Colombia, el cultivo en sustrato tuvo una acogida tardía debido princi-

palmente al alto costo de instalación comparado con el cultivo directamente

en suelo y sólo se implementó a partir de la década de los noventa como con-secuencia de las costosas aplicaciones para desinfección del suelo, agravada

por los acuerdos internacionales de prohibición del uso de bromuro de meti-

lo, ocasionadas por la incidencia de diferentes patógenos del suelo, entre los

que destaca F . oxysporum f.sp. dianthi, causante de la marchitez vascular del

clavel, además de nematodos, sinfílidos y colémbolos. Según Patiño (),

el cultivo en sustrato constituye una alternativa económicamente viable para

controlar este tipo de problemas fitosanitarios.

* Para citar este capítulo: Quintero C., M.F., González M., C.A. y Guzmán P., J.M.

. Sustratos para cultivos hortícolas y flores de corte. En: Flórez R., V.J. (Ed.).

Sustratos, manejo del clima, automatización y control en sistemas de cultivo sin

suelo. Bogotá: Editorial Universidad Nacional de Colombia. pp. -.

Ingeniera Agrícola, Magíster. Universidad Nacional de Colombia. mfquinteroc@

unal.edu.co.

Profesor Asociado, Departamento de Ingeniería Civil y Agrícola, Facultad de

Ingeniería, Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá. cagonzalezmu@unal.

edu.co.

Profesor Titular, Universidad de Almería. Almería, España. [email protected].


2/30

[]

Sustratos, manejo del clima, automatización y control

en sistemas de cultivo sin suelo

Sustratos

Cualquier medio sólido, natural, de síntesis o residual, mineral u orgáni-

co, distinto del suelo que sirva de soporte para las raíces de la planta inter-

viniendo o no en el proceso de nutrición, se considera un sustrato (Abad yNoguera, ; Fonteno, ; Terés, ).

El sustrato puede contener material químicamente activo o inerte que

intervenga en el complejo proceso de la nutrición mineral e hídrica de la

planta.

El sustrato tiene dos funciones principales, la primera es anclar y aferrar

las raíces protegiéndolas de la luz y permitiéndoles la respiración y la se-

gunda, contener el agua y los nutrientes que la planta necesite (Calderón y

Cevallos, ).

Desde el punto de vista hortícola, la finalidad del sustrato de cultivo es

producir una planta o cosecha abundante y de buena calidad, en el períodode tiempo más corto posible y con los menores costos de producción. Ade-

más, el sustrato utilizado no debe provocar un impacto ambiental de impor-

tancia (Abad et al., b).

La elección del tipo de sustrato depende de las características del cultivo a

implantar, de la instalación y de las variables ambientales. Además se deben

tener en cuenta las prácticas para manejarlo, de tal forma que se obtengan

los resultados esperados.

Tipos de sustratos comúnmente utilizados en Colombia

Cascarilla de arroz

Mientras en Europa los sustratos más utilizados son la lana de roca, la

fibra de coco, los derivados de arcillas o mezclas con turbas, en Colombia

el sustrato más utilizado es la cascarilla de arroz parcialmente quemada o

tostada. La cascarilla resulta un sustrato económico por ser un subproducto

de la industria arrocera, su principal costo es el transporte debido a que es un

desecho de esta industria (Quintero et al., ).

El grano de arroz (Oryza sativa L.) se encuentra dentro de una cascari-

lla formada por las glumillas adheridas al grano, en la obtención del arroz

blanco, el grano se descascara, obteniendo como subproducto la cascarillade arroz.

Esta cascarilla puede utilizarse como sustrato directamente o tras sufrir

un proceso de descomposición. En Japón se utiliza para el cultivo sin suelo

un material que se denomina “Kuntan”, que consiste en cascarilla de arroz

tostada en un horno entre y ºC (Burés, ).

La cascarilla es un sustrato orgánico de baja tasa de descomposición por

su alto contenido de sílice, es liviano (densidad aparente entre , y , g

de masa seca por cm), tiene alta porosidad y baja capacidad de retención de

humedad, su conductividad hidráulica es elevada, su pH es neutro, mientras


3/30

[]

Sustratos para cultivos hortícolas

y flores de corte

que su conductividad eléctrica (CE) y su capacidad de itercambio cationico

(CIC) son bajas. Es un material rico en potasio (. a . mg.L-) y fósforo

( a mg.L

-

) y pobre en nitrógeno (menos de mg.L

-

). Sus elevados con-tenidos iniciales de potasio y bajos de calcio y magnesio crean la necesidad de

aplicar enmiendas en los estadios iniciales de cultivos de clavel y rosa.

Para mejorar las propiedades físicas y químicas, especialmente aumentar la

retención de humedad, se realiza la quema parcial de la cascarilla de arroz, ésta

se apila, se enciende fuego por un costado y se va revolviendo con cascarilla

cruda hasta obtener el grado de quemado deseado. La intensidad del quemado

varía entre y , según el grado de carbonización que se requiera; en este

proceso se libera manganeso, disponible para el cultivo (Calderón, ), ra-

zón por la cual este micronutriente no se aplica en el fertirriego en cultivos de

clavel y en algunos casos puede llegar a ser antagonista con el hierro.Debido al gran impacto ambiental que se produce al hacer el quemado al

aire libre de la cascarilla, ya sea en las zonas arroceras o en las fincas de flores

en la sabana, se ha optado por cambiar a un proceso de tostado más contro-

lado que minimice las emisiones y que genere un producto más homogéneo.

Por estos motivos, desde . se está utilizando especialmente en la fincas

de clavel la cascarilla tostada en calderas a temperaturas entre y ºC.

Fibra de coco

La fibra de coco (Cocos nucifera) es un material orgánico de lenta descom-

posición que resulta como subproducto de las plantaciones de coco de lospaíses situados en los trópicos, como Sri Lanka, India, Filipinas, Costa de

Marfil y México, entre otros (Burés, ). En Colombia, en el año . se

presentó una producción de coco de alrededor de . toneladas, con un

rendimiento de . kg.ha-, siendo los principales productores los depar-

tamentos de Córdoba (,), Nariño (,) y Cauca (,) (Arias, ).

Los productos resultantes del desfibrado de la nuez de coco que proceden

del mesocarpio son fibras largas, que se suelen utilizar para diversas activi-

dades de manufactura. Burés () explica que la fibra de coco consiste en

partículas de lignina y celulosa, con una relación C/N de ; en general, la fibra

de coco se utiliza fresca. Para algunos tipos de fibra que presentan toxicidad enel material fresco es aconsejable el compostaje antes de su uso en mezcla para

sustratos, debiendo añadir nitrógeno durante el proceso de compostaje.

El cultivo de plantas hortícolas y ornamentales en fibra de coco está actual-

mente abriéndose paso entre los sustratos comerciales en Colombia, sobre todo

porque presenta una capacidad de amortiguamiento térmico, para temperaturas

ambientales extremas, considerablemente superior a otros sustratos como perlita

o lana de roca. Además, presenta una alta capacidad de retención hídrica, lo que

cambia la frecuencia de riego si se comparara con la cascarilla de arroz tostada.

Adicionalmente, la fibra de coco tiene una larga durabilidad, que puede alcanzar


4/30

[]



más de cinco años, si es manejada correctamente, y tiene una densidad aparente

baja que favorece la instalación con respecto a otros sustratos como la arena.

Por su alta capacidad de retención de humedad, este sustrato se ha utilizadotradicionalmente para mejorar las propiedades físicas y químicas de los suelos

agrícolas. La aplicación de fibra de coco incrementa la retención de agua, mejo-

ra la disponibilidad de nutrientes y aumenta la tasa de infiltración, la porosidad

total y la conductividad hidráulica de los suelos donde se utiliza como enmien-

da. Además, presenta un elevado contenido de potasio, por lo cual se puede

utilizar como fuente de este nutriente en cultivo en campo abierto (Burés, ).

Presenta un pH que varía entre y , su CE varía entre y dS·m-. Esta

elevada conductividad se puede presentar por el lavado de cocos o el contacto

de las fibras con aguas de mar en las zonas de origen como es el caso del Choco

colombiano. Este aspecto puede resultar en un problema para el cultivo, por locual es conveniente analizar previamente la salinidad de todas las partidas del

material y, una vez establecido el cultivo, hacer lavado con agua baja en sales.

El contenido de materia orgánica es de a (método de calcinación),

la CIC está entre y meq.g-, la porosidad total es superior al , la

conductividad hidráulica es elevada y su densidad varía entre , y , g de

masa seca por cm (Burés, ).

En países como Holanda, Inglaterra o Australia se ha empezado a utilizar la

fibra de coco como sustrato en la horticultura, en remplazo de algunos tipos de

turbas (turba de Sphagnum), pero en zonas como Samoa (Pacífico sur, Poline-

sia, Oceanía) se viene utilizando la fibra de coco para el cultivo hidropónico decultivos hortícolas comestibles desde antes de (Abad et al ., a).

Clasificación de los sustratos

Se pueden establecer diferentes clasificaciones de los sustratos (Ansorena,

; Alarcón, ; Abad et al ., b):

A. Según su origen

Naturales: la gran mayoría de los sustratos son de origen natural y se pue-

den dividir en:

• Orgánicos: de procedencia animal o vegetal; por ejemplo, turbas, fibra decoco, corteza de pino, cascarilla de arroz, aserrín, paja, compost, entre otros.

• Inorgánicos: generalmente son inertes desde el punto de vista químico

y se dividen a su vez en:

✓ Los que se usan sin ningún proceso previo aparte de la homogeni-

zación granulométrica: gravas, arenas, puzolana (piedra volcánica),

picón (roca volcánica porosa del grupo de las pumitas (piedra pó-

mez)), escoria de carbón, etc.


5/30

[]


y flores de corte

✓ Los que sufren algún tipo de tratamiento previo, generalmente a ele-

vada temperatura, que modifica totalmente la estructura de la mate-

ria prima: lana de roca, perlita, vermiculita, arcilla expandida.

Sintéticos: espumas de poliuretano y poliestireno expandido, entre otros.

B. Según el tamaño de las partículas (Granulometría)

Partículas < mm de diámetro: arena, perlita, plásticos o lana de roca.

Partículas > mm de diámetro: grava, basalto, piedra pómez o lavas.

C. Según su actividad química

Inertes: si no reaccionan químicamente con la solución nutritiva, presen-

tan muy baja o nula CIC y su misión es únicamente el anclaje de la planta ymantener una adecuada relación aire/agua, como lana de roca, perlita, arena

silícea, gravas, rocas volcánicas, etc.

Químicamente activos: cuando reaccionan con la solución nutritiva o re-

teniendo nutrientes. Presentan generalmente elevada CIC, como turbas, fi-

bra de coco, compost o vermiculita.

Materiales que pueden ser utilizados como sustratos o componentes de sustratos

Las características que debe reunir el sustrato a emplear varían, según Terés

() en función de las necesidades del material vegetal a utilizar (especie,

variedad), del objetivo del cultivo (multiplicación, producción de plantas, defrutos, de flores), de los medios de control disponibles en la explotación (es-

tructuras de protección del cultivo, sistemas de control de la solución nutritiva

y del riego), de la incidencia de factores no controlados por el agricultor (facto-

res climáticos, posibilidad de fallos en los sistemas de control).

En la tabla se presentan numerosos productos que se han analizado

como posibles sustratos: residuos, subproductos agrícolas, agropecuarios,

forestales e industriales. Múltiples investigaciones llevadas a cabo en los úl-

timos años han demostrado las ventajas de utilizar materiales residuales o

subproductos de nulo o escaso valor comercial (Burés, ; Abad y Nogue-

ra, ), favoreciendo así una demanda creciente de materiales de desechoy revalorizando a la vez dichos productos como son los casos de la cascarilla

de arroz, la fibra de coco y la escoria de carbón en Colombia.

Propiedades y caracterización físicas de los sustratos

En el caso de los sustratos de cultivo en Colombia hasta la fecha se ha dado

más importancia a las propiedades físicas que a las propiedades químicas o

biológicas, ya que las primeras tienen una relación directa con la cantidad de

fertirriego aplicado durante el desarrollo de la planta, mientras que las se-

gundas no se expresan en forma tan inmediata y medible como las primeras.


6/30

[]



Tabla 1. Materiales residuales y subproductos que pueden ser utilizados como sustratosde cultivo.

Actividad Residuo Subproducto

ExplotaciónForestal

Limpieza de bosquesMantillo vegetal o tierra debosque, hojas, acículas

Industria maderera Corteza de árboles, aserrín o viruta de maderaIndustria de corcho CorchoExtracción de piñones(Pinus pinea)

Piñas y cáscaras de piñones

Explotaciónagrícola

Cereales Pajas (tamos)Champiñones Compost de champiñonesPoda Restos de podaTabaco Restos de talloCaña de azúcar Restos de caña de azúcar

Coco Fibra de cocoPalo dulce

(Glycyrrhiza glabra) Restos de regaliz

Explotaciónganadera

Excrementos Estiércol, gallinazaPiel y lana Piel y lanaAnimales muertos Aves, peces

Industriaagroalimentaria

Alcoholera Orujo de uvaAlmazaras Orujo de aceitunas, palma de aceiteCervecera Lúpulo, malta

Té , café, cacaoHojas de té, residuos de café,residuos de cacao

Molinos de arroz Cascarilla de arrozHarinera, azucarera,alcoholera

Carbonos activados y tierras de filtradocolmatados, restos vegetales

Frutos secos Cáscaras de frutos secos

Frutas y hortalizas Restos de frutas y hortalizasAlgarrobos Vainas de algarroba

Actividadesindustrialesdiversas

Industria textil Algodón, lino, fibras acrílicasAltos hornos Escoria de altos hornosCombustión de carbón Escoria de carbónMolinos depapel y otros

Lodos

Núcleo urbanos

Recogida de basuras Basuras

Depuradoras deaguas residuales

Lodos de depurados de aguasresiduales urbanas

Jardinería urbana Restos vegetales

Yacimientosnaturales,

explotación mineray construcción

Turberas TurbasGraveras y desmontesde tierras

Tierra, arena gruesa, granito,estériles de carbón

Yacimientos +síntesis mineral

Perlita expandida, vermiculita exfoliada, arcillaexpandida, lana de roca, fibra de vidrio

Volcanes Puzolanas (piedras) volcánicas, piedra pómezPlantas cultivadaspara uso comosustrato

Kenaf (Hibicus cannabius), Álamo (Populusalba), Cardos (Cynara cardunculus)

Explotacionesmarinas

Algas y plantas marinas

Policarbonatosde síntesis

Poliestireno expandido, poliuretanos

Adaptado de Burés (1997) y Abad y Noguera (1998). (Con autorización de S. Burés, 17 de noviembre

de 2011).


7/30

[]


y flores de corte

En función de las necesidades y el ámbito de estudio, las propiedades fí-

sicas a estudiar son distintas. En el manejo del agua de riego están estre-

chamente relacionadas las características del espacio poroso. El transportey el manejo del sustrato están condicionados por la relación peso, volumen

y, por lo tanto, por su densidad aparente y la cantidad de agua absorbida

(Terés, ). Las propiedades físicas más importantes en los sustratos son

la distribución de tamaño de partículas, porosidad y retención de agua (van

Schie, ; Ansorena, ). Para determinar algunas de estas propiedades

es necesario conocer previamente otras propiedades físicas como densidad

aparente, densidad real y contenido de humedad, entre otras.

Distribución de tamaño de partículas o Distribución Granulométrica

Es el parámetro que expresa la distribución del tamaño de las partículasque conforman el sustrato (Alarcón, ). Esta distribución de tamaños de

partículas determina el balance entre el contenido de agua y aire del sustrato, a

cualquier nivel de humedad. Los materiales de textura gruesa, con tamaños de

partículas superiores a mm y con poros grandes (> µm), retienen canti-

dades reducidas de agua y generan un buen sistema de aireación, mientras que

los materiales finos, con tamaño de partículas inferiores a , mm y tamaño

de poros inferiores a µm, retienen grandes cantidades de agua y su sistema

de aireación se constituye de poros más pequeños. Los materiales más adecua-

dos para cultivo hortícolas son los que tienen una textura media-gruesa, con

una distribución de tamaño de partículas entre , y , mm y una distribu-ción de tamaño de poros entre y µm; de esta forma retienen suficiente

cantidad de agua y presentan una adecuada aireación (Abad y Noguera, ).

En el caso de los sustratos no existe un sistema universal de clasificación

granulométrica, como existe para suelos minerales, por ejemplo, la clasifi-

cación USDA; sin embargo, algunos países han desarrollado normas y es-

tándares para clasificar los distintos sustratos disponibles en el mercado. En

Colombia no existe una norma para la clasificación granulométrica de los

sustratos, y algunas empresas contratan laboratorios para realizar evaluacio-

nes específicas de los materiales que utilizan en sus cultivos.

Las partículas que componen los sustratos pueden tener tamaños muy variados (Burés, ). La importancia de conocer el tamaño de las partícu-

las radica en que estas definen a su vez el tamaño de los poros situados entre

ellas. Normalmente la distribución de tamaño de partículas se determina

por tamizado de muestras secas, al aire o en estufa, utilizando una serie de

tamices de tamaño de malla distintos ordenados sucesivamente, recogiendo

la fracción que queda en cada tamiz y obteniendo su peso.

Se considera que las partículas que pasan un tamiz tienen un tamaño me-

dio igual a la media aritmética de la apertura de la malla. Según Burés (),

esto se aplica para partículas esféricas que están distribuidas normalmente,


8/30

[]



pero en los sustratos, las partículas pueden tener formas muy diversas a la

esférica, siendo sus dimensiones menores o mayores a las que determinan

que una partícula esférica pase a través de un tamiz.Para comparar los resultados de tamaño de partículas obtenidos con distin-

tos métodos, se emplea la curva granulométrica. Esta curva representa gráfica-

mente la relación entre el tamaño de partícula, en escala logarítmica, y el por-

centaje en peso de muestra que pasa a través, o que queda retenida por el tamiz

de ese tamaño. Los porcentajes se obtienen sumando los pesos de material que

pasa a través de cada tamiz sucesivo, en orden creciente de tamaño de malla.

De acuerdo con Ansorena (), la curva de distribución de tamaño de par-

tículas permite: ) La comparación directa de sustratos clasificados con diferen-

tes series de tamices o de diferentes tipos de sustratos y mezclas, por ejemplo

cascarilla de arroz quemada al con cascarilla quemada al ; ) Inter-polar la proporción de partículas de tamaños intermedios entre dos tamices

consecutivos; y ) Conocer si un sustrato cumple con un estándar determinado.

van Schie () relaciona tamaño de partículas con capacidad de airea-

ción del sustrato y propone la siguiente clasificación:

< partículas < mm > volumen de aire



El procedimiento que actualmente se emplea para determinar la distribu-

ción de tamaño de partículas en sustratos es: ) secado del material durante

h a °C; ) una muestra de g del material seco se somete a la columnade tamizado mecánico (tamices números , , , , , y fondo); y )

pesaje del material retenido en cada tamiz y en el fondo del tamizador. En

la tabla se presentan valores obtenidos para esta propiedad en los sustratos

más utilizados en la sabana de Bogotá.

Tabla 2. Distribución de tamaño de partículas de los principales sustratos utilizados en laSabana de Bogotá.

No. TamizAperturatamiz

(mm)

Cascarilla dearroz cruda

Cascarillade arrozquemada

Cascarillade arrozesterilizada

Escoria decarbón

Porcentaje retenido

4 4,75 0,03 - - -

8 2,38 3,25 2,83 7,50 28,15

12 1,68 - 12,37 10,17 7,42

16 1,19 76,9 12,80 13,57 8,12

30 0,59 14,3 35,97 30,17 17,49

60 0,30 3,03 27,07 26,77 12,52

100 1,49 0,58 6,73 7,57 8,02

Fondo - 1,9 2,23 4,27 18,28

Fuente: Quintero y González (2004).


9/30

[]


y flores de corte

Estudios teóricos y experimentales han mostrado la relación entre la distri-

bución del tamaño de las partículas con la distribución de tamaño de poros.

Son de destacar los resultados de Arya y Paris () y de Arya y Dierolf (),quienes presentaron un modelo para predecir la Curva de Retención de Hume-

dad (CRH), a partir de la distribución del tamaño de las partículas, la densidad

aparente y la densidad real. El modelo de Arya y Paris () fue luego modifi-

cado para predecir la CRH a partir de la textura y estructura; indudablemente,

el estudio de estos elementos es necesario en el conocimiento de la dinámica

del agua en los sustratos. Uno de los aspectos que señala Corey (), es que

todos los métodos para estimar la conductividad hidráulica a partir de la CRH,

se basan en relaciones teóricas entre la dimensión de los poros y la succión del

agua y existen evidencias experimentales y teóricas que indican que la relación

no aplica cuando los contenidos de humedad del suelo son mayores del delespacio poroso. La razón por la que la CRH no refleje la distribución de tamaño

de poros a altos contenido de humedad (como ocurre normalmente en sustra-

tos) es que el aire no puede entrar libremente a todas las partes del medio poro-

so. Regiones de la matriz del suelo o sustrato con los poros más grandes pueden

estar completamente aisladas de la fase gaseosa, pudiendo estar estos rodeados

solo de agua. Adicionalmente, para medios porosos típicos, la permeabilidad

del aire es cero a contenidos de agua mayores del del espacio poroso. Se

desconoce la valoración de esta hipótesis en sustratos.

Densidad realLa densidad real (d

r ) corresponde a la relación de la masa con respecto al

volumen del sustrato sin considerar los espacios porosos. Este valor es propio

de cada material y no depende del grado de compactación ni del tamaño de

sus partículas; sin embargo, es interesante relacionar el efecto de la presencia

de poros ocluidos, esto es, poros dentro de las partículas del material que con-

forman el sustrato, como es el caso de las cascarillas de arroz, con la porosidad.

Para determinar la densidad real existen diferentes métodos que utilizan

el mismo principio para determinar la densidad real en suelos. El método

del picnómetro de mL es difícil de implementar en sustratos debido a la

baja densidad de estos materiales; los deltas de densidades con el agua sontan pequeños que el valor obtenido es impreciso. Otro método que se puede

utilizar es el del pentapicnómetro que utiliza gas (metano) para ocupar el vo-

lumen del picnómetro que no está ocupado por el material sólido del sustrato

y se determina por diferencia de densidades.

Debido a la baja densidad de los sustratos, Ansorena () propuso utilizar

el mismo principio del picnómetro pero con un volumen más grande ( mL).

Este método se complica a la hora de extraer el aire de la matriz del sustrato,

puesto que se realiza sometiendo la muestra a un baño en agua caliente y no se

garantiza el propósito de retirar todo el aire de la muestra a analizar.


10/30

[]



El procedimiento para calcular la densidad real en sustratos es como si-

gue: ) secado del material durante h a °C; ) pesaje de un recipiente

plástico de mL y pesaje del recipiente con la muestra de sustrato; ) sehumecta el sustrato con agua a °C y se satura durante h; ) se retiran

partículas de aire en un baño de agua caliente; y ) se completa el nivel del

recipiente con agua destilada y se pesa.

Otra forma para determinar esta propiedad en materiales orgánicos se basa

en una medida indirecta, que asume que la cantidad de materia orgánica de un

sustrato se encuentra calcinando el sustrato a una temperatura de ºC (Nor-

ma UNE-EN ), y que la diferencia entre el porcentaje de materia orgánica

y el contenido de cenizas se relacionan con la densidad real, así:

d r C C = 100100-

1,50 +

2,65

Ecuación

Donde C es el contenido de cenizas (C, referido a masa seca).

En cuyo caso la densidad real siempre va a variar entre , y , g.cm-. En la

medida que el sustrato sea más orgánico más se acercará a valores cercanos a ,.

Densidad aparente

Es la masa seca del material sólido por unidad de volumen aparente del

sustrato seco, es decir incluyendo el espacio poroso entre las partículas(Abad y Noguera, ).

La densidad aparente es importante desde el punto de vista de manipula-

ción de los sustratos, ya que éstos se transportan y se manipulan previamen-

te a su disposición en campo, por lo cual se debe tener en cuenta su peso y

su volumen.

Un sustrato con densidad aparente baja resulta más fácil de manejar y

transportar; por esta razón, es frecuente que la materia orgánica ocupe un

alto porcentaje de la mezcla final. No obstante, es importante tener en cuenta

que la densidad aparente deber ser suficiente para soportar y aferrar la planta

(Fonteno, ).En los invernaderos, donde el viento no es un factor limitante, la densidad

aparente del sustrato puede ser tan baja como , g.cm- (Abad y Noguera,

), como es el caso de la mayoría de las cascarillas utilizadas en inverna-

deros, mientras que las plantas que crecen al aire libre deben ser cultivadas

con sustratos más densos, con densidades aparentes comprendidas entre

, y , g.cm-, como es el caso de la escoria de carbón.

Para determinar la densidad aparente de un material poroso se calcula su

masa seca en un volumen determinado, si se tiene una muestra sin disturbar

y a esta se le quiere calcular la densidad aparente tendrá que descontársele el


11/30

[]


y flores de corte

contenido de humedad. Si se realizan pruebas en contenedores el volumen

de este puede servir para calcular esta propiedad.

Puesto que algunas propiedades físicas se determinan con base en la masadel sustrato, existe la necesidad de convertirlas a unidades de volumen; por

ejemplo, volumen de agua/volumen total de sustrato, puesto que esta informa-

ción es más aplicable a la hora de manejar el material en el campo. La densidad

aparente es el parámetro que permite convertir una característica gravimétri-

ca, o basada en la masa, en volumétrica, o basada en el volumen.

Porosidad total

Un medio de cultivo ideal debe estar constituido por tres fases: sólida,

líquida y gaseosa. La porosidad corresponde al porcentaje en volumen del

sustrato que no se encuentra ocupado por la fase sólida, es decir, el cocienteentre el volumen de poros (Vp) y el volumen total del medio de cultivo (Vt).

La porosidad varía ampliamente dependiendo del grado de compactación

del medio de cultivo, alcanzado valores alrededor de en suelos compac-

tados o del en algunas turbas (Ansorena, ).

La porosidad de los medios de cultivo es un factor determinante para la

aireación de las raíces y la disponibilidad de agua para la planta. En este sen-

tido, se debe tener en cuenta, además de la porosidad total, el tamaño de los

poros que conforman dicha porosidad. Debido a que las partículas que com-

ponen la mayoría de los medios de cultivo no tienen forma ni tamaños uni-

formes, el tamaño de los poros presentes también varía (Ansorena, ); enlos poros pequeños o microporos, menores a µm, se retiene el agua, y en

los poros grandes o macroporos, mayores a µm, se almacena el aire. Raviv

et al. (), citado por Abad y Noguera (), observan que al aumentar el

tamaño de las partículas aumenta la porosidad y el tamaño de los poros, por

lo que la aireación y la retención de agua van a depender en gran medida de

la distribución del tamaño de los poros y de la porosidad total.

Para el caso de los sustratos, la porosidad puede llegar a valores de o

superiores, recomendándose un mínimo de con tamaños de poro entre

y µm. La porosidad total se calcula con base en la densidad real y la den-

sidad aparente, con la siguiente ecuación comúnmente utilizada para suelos.

PT da

dr (%) *= −1 100 Ecuación

En la tabla se muestran los valores de densidad real, densidad aparente

y porosidad total obtenidos para los principales sustratos utilizados en culti-

vos de flores en la sabana de Bogotá.


12/30

[]



Tabla 3. Densidad real, densidad aparente y porosidad total de los principales sustratosutilizados en la sabana de Bogotá.

Sustrato

Densidad real (g.cm-3)

Arias(2003)

Galán(2004)

Meneses(2004b)

Quintero yGonzález(2004)

Ríos(2008)

Quinteroet al. (2009)

Cascarilla de arroz cruda - - 1,27 1,33 1,66 -

Cascarilla de arroz quemada - - 1,07 - 1,69 0,77

Cascarilla de arroz esterilizada - - - 0,98 - -

Escoria de carbón - - - 1,75 2,13 -

Fibra de coco 0,51 1,03 - - 1,55 0,78

35 CAQ - - - - - 0,74

65CAQ - - - - - 0,81

Densidad aparente (g.cm-3)


Cascarilla de arroz quemada - - 0,13 0,19 0,14 0,26



Fibra de coco 0,05 0,13 - - 0,09 0,13

35CAQ - - - - - 0,16

65CAQ - - - - - 0,18

Porosidad total (% vol)


Cascarilla de arroz quemada - - 87,60 79,2 92,0 66,0



Fibra de coco 90,3 87,42 - - 94,1 82,4

35CAQ - - - - - 79,0

65CAQ - - - - - 77,5

35CAQ = Mezcla 65% fibra de coco más 35% cascarilla de arroz quemada65CAQ = Mezcla 35% fibra de coco más 65% cascarilla de arroz quemada

Porosidad efectiva

La porosidad efectiva considera sólo los poros que afectan el comporta-

miento del medio de cultivo, es decir, los poros entre partículas y los po-

ros internos abiertos, excluyendo los poros internos cerrados u ocluidos. En

este sentido, la porosidad efectiva es en realidad la propiedad física de ma-

yor interés, pues es la que tiene influencia sobre las condiciones de riego.

La determinación de la porosidad efectiva o abierta es importante cuando

se estudian sustratos con poros ocluidos (perlita, poliestireno), ya que ésta

puede ser sensiblemente inferior a la porosidad total. La porosidad efectiva

se calcula con la misma ecuación de la porosidad total, pero en este caso la


13/30

[]


y flores de corte

densidad real se determina con métodos que no considere el volumen de los

poros cerrados; el método más empleado para este fin es el método del pic-

nómetro (Ansorena, ), o el método de calcinación.

El sistema suelo (sustrato) - agua

El estudio por medio de la simulación del movimiento del agua en el suelo

tiene muchas aplicaciones en hidrología, meteorología, agronomía, protec-

ción del medio ambiente y otras disciplinas relacionadas con el manejo del

ambiente (González-Murillo et al., ).

La ecuación de Navier-Stokes describe el movimiento en el complejo sis-

tema suelo-agua, a una escala microscópica; sin embargo, una descripción

matemática a esta escala es extremadamente compleja, por la misma comple-

jidad del sistema poroso que difícilmente puede caracterizarse. Por lo tanto,el movimiento se define a través de ecuaciones que describen los fenómenos

de flujo y de transporte a nivel macroscópico. En este contexto, el movimien-

to del agua en el suelo se describe mediante la generalización que propuso

Buckingham de la ecuación de Darcy en condiciones de no saturación. Por

esta razón, algunos autores (Kutílek y Nielsen, ) usan la denominación

Darcy-Buckingham. Esta ecuación, combinada con la ecuación de continui-

dad, genera lo que se conoce como ecuación de Richards ().

Los programas de balance de agua como WAVE (Vanclooster et al ., ),

Leachm (Wagenet y Hutson, ), Swatrer (Dierckx et al., ), en general,

consideran que la precipitación P y el riego R son entradas conocidas al mo-delo y las estimaciones del resto de términos del balance hídrico son resulta-

do de la combinación de las propiedades hidráulicas del medio con los datos

meteorológicos (Dierckx et al., ).

Curva de retención de humedad (CRH)

El contenido de humedad en suelos o sustratos (q ) no saturados se re-

laciona con la succión (h), en los suelos no saturados la presión a que está

retenida el agua es de valor negativo, es decir, presiones por debajo de la

atmosférica (succión). Se utiliza el valor de h sin el signo negativo. Por ello,

indistintamente se usa como sinónimo el nombre de tensión de humedad delsuelo, la cual es el valor de presión a que está retenida la humedad del suelo,

de signo positivo, de forma tal que pueden obtenerse curvas que muestran la

variación de la succión en función del contenido volumétrico de humedad

del suelo o sustrato, llamadas comúnmente curvas de retención de humedad

del medio poroso. Las CRH indican la cantidad de humedad que un deter-

minado suelo puede retener a diferentes presiones o tensiones. Los valores

de presión (h) muestran la facilidad o dificultad con la cual el agua puede

removerse del suelo y el porcentaje de humedad, la cantidad de agua que se

obtiene en cada tensión.


14/30

[]



Las CRH se expresan en general como funciones conocidas que contienen

cierto número de parámetros. Conocidas son las ecuaciones de Brooks y Co-

rey () ( y ) y van Genuchten () ( y ).

Ecuación de Brooks y Corey ()

Se=

( h)-l

1

α

α

h 1

h 1

>

> ()

Se

r

s r

= −

−

θ θ

θ θ ()

Ecuación de van Genuchten ()

h( )=r +

s r

1+ h( )n

m ()

Se=1

1+ hn( ) m

()

Donde, Se es la función de retención de humedad; q, qs y qr son el conte-

nido de humedad del suelo, del suelo saturado y el residual, respectivamente;

h, la presión del agua en el suelo; m, n y l son parámetros empíricos; y α es el

parámetro cuyo inverso se relaciona con la presión de entrada de aire.

La ventaja de estas ecuaciones radica en que de alguna manera se relacio-

nan y explican físicamente las propiedades del suelo o sustrato, tal como se

muestra en la figura .

La presión de entrada de aire está definida como la presión a la cual el aire

empieza a entrar a un suelo previamente saturado. El valor absoluto de la

presión de entrada de aire representa la altura de la franja capilar en un sueloque ha alcanzado el equilibrio en el proceso de drenaje desde saturación.

Este punto también representa la presión del aire requerida para iniciar el

desplazamiento de agua desde el medio poroso. En consecuencia, la presión

de entrada de aire está controlada por el diámetro de los poros más grandes

del suelo. La presión de entrada de aire es aproximadamente igual a la pre-

sión de burbujeo en las curvas capilares presión-saturación descritas por los

ingenieros de petróleos para establecer la relación entre aire, agua y petróleo

o gas (Stephens, ).


15/30

[]


y flores de corte

Presión deentrada de

aire (α)

Franco limoso

Parámetro dedistribución de

tamaño deporos (λ)

θ saturación

C o n t e n i d o v o l u m é t r i c o d e a g u

a θ

m y nconstantes

empíricas queafectan la

forma de lacurva

Cabeza de presión, h (cm)

θ residual

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

00 20 40 60 80 100

variables m,nm = 1-1/nm = 1-2/n

∞

n

Figura 1. Parámetros utilizados para modelar la curva de retención de humedad.Fuente: van Genuchten et al. (1991).

Cuando se realizan las CRH en suelos o en sustratos, el medio poroso se

somete a saturación, buscando con ello que todos los poros, independiente-

mente de su tamaño, estén llenos con agua. Al aplicar una tensión con un gas

(proceso de desecación), el gas pasa por el medio poroso y va desplazando el

agua que satura el medio poroso. Se presentan allí dos fases: una fase líquiday una fase gaseosa. El punto donde la presión del gas empieza a desplazar el

agua de los poros más grandes se denomina presión de entrada de aire. Esta

presión también se denomina presión capilar.

La presión de entrada de aire se utiliza para diseñar las cerámicas porosas

utilizadas en los equipos para medir la CRH, monitorear la tensión matricial

en suelos u obtener muestras del extracto del mismo. Este es el caso de los

platos de tensión, los tensiómetros y las sondas de succión.

La presión capilar en las cápsulas porosas está relacionada con el punto

donde la columna de agua se rompe; por ello se habla que la presión capilar

en los tensiómetros es de , atmósferas ( kPa). Este parámetro se calcula

así: P = *σ/D. Donde, P es la presión de entrada de aire o presión de burbujeo (mm de Hg), D es el diámetro de poro (micrones), σ es la tensión super-

ficial del agua (dynas.cm-).

Las cápsulas porosas de los tensiómetros están construidas de tal manera

que su configuración geométrica permite tener una medida de la presión

capilar; si la presión es mayor, se pierde la continuidad y, por lo tanto, las me-

didas serán erróneas. Sin embargo, las cápsulas pueden ser construidas con

otra configuración geométrica que permita mayor presión, como los platos


16/30

[]



de presión de (), (.,) y (.) atmósferas (kPa). Esta es la filo-

sofía que se utiliza cuando se construyen las mesas de tensión con arena, que

son las que se usan generalmente para determinar la retención de humedaden sustratos, por cuanto estos tienen unas capacidades de retención a presio-

nes bajas, como las que señalan las normas europeas EN de diciembre

de , que describen una configuración de una mesa de tensión con base

en la gradación de las partículas de arena y en la altura de la misma. Esta

configuración tiene relación directa con la presión capilar.

Con respecto al ajuste de las CRH, como ya se mencionó, el parámetro α

(/cm), que corresponde al inverso de la presión de entrada de aire, Carsel y

Parrish (), citados por van Genuchten et al. (), determinaron para un

suelo arenoso un α de , y para un suelo arcilloso , cm-.

Desde este punto de vista, para un tamaño máximo de poro de μm (ycaracterísticas físicas de suelos naturales) se estima una presión de burbujeo

de a psi ( a kPa) y para un tamaño de poros de , μm, mayor a

psi (. kPa).

Los sustratos agrícolas ideales deberían tener un tamaño de partículas

entre , y , mm, lo que les confiere un rango de tamaño de poros entre

, y , μm; esto significa una presión de burbujeo entre y psi y el va-

lor de entrada de aire entre y bares (Soilmoisture.com). La definición de

este parámetro para sustratos dependerá de las características particulares

de cada uno, pues existe una gran variabilidad en el tamaño de partículas y,

por tanto, en el tamaño de los poros. Además, habría que tener en cuenta quela forma de las partículas es muy diferente a la de los suelos tradicionales,

particularmente en el caso de las cascarillas usadas como sustratos en Co-

lombia que, por tener una geometría alargada, confieren una conformación

muy irregular a los poros.

Cabe aclarar que estas funciones generalmente no tienen en cuenta el

efecto de histéresis que se presenta en los suelos; cuando el suelo se seca, tie-

ne una relación θ h( )( ) diferente a cuando se humedece y, por ello, las curvasdel suelo (sustrato) en el proceso de humedecimiento θ w( )( )son diferentes alas del proceso de secado θ d ( )( ) .

La literatura de la ciencia del suelo provee estimaciones de los parámetros(Brakensiek et al ., ; Carsel y Parrish, ) de las curvas de retención de

humedad y de conductividad hidráulica, que en muchas ocasiones son uti-

lizados como valores iniciales en los procesos de optimización, como en el

modelo RETC. Este programa fue desarrollado por el Laboratorio de Salini-

dad del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos; los valores de

los parámetros se obtienen usando un proceso de optimización no lineal, en

donde, conociendo los datos de contenido de humedad a determinadas pre-

siones mediante la solución de un problema inverso, se obtienen parámetros

de la CRH del suelo (van Genuchten et al ., ). En el caso de sustratos los


17/30

[]


y flores de corte

valores usados son generalmente los valores promedio que se han obtenido

hasta la fecha en el país.

Curva (función) de conductividad hidráulica (CCH)

La conductividad hidráulica (K(h)) es una de las propiedades de suelos o

sustratos más complejas, debido a que se relaciona directamente con su con-

tenido de humedad. La conductividad hidráulica de un medio caracteriza

el movimiento en cada una de las direcciones que puede tomar un fluido en

un medio poroso. Puede expresarse en términos de presión (h), contenido de

humedad volumétrico ( θ ) o saturación efectiva (Se).

Existen muchos modelos empíricos que describen la función de conducti-

vidad hidráulica (Gardner, ):

K h a

hm( )= ()

K h

a

b hm

( )=+

()

K (h)= a

b+ h

hc

m ()

K a m

( )θ = θ ()

K K W s sm

( )θ = ()

Donde, K(h) es la conductividad hidráulica a diferentes grados de satu-

ración; K s es la conductividad hidráulica saturada; a, b y m son constantes

empíricas (diferentes en cada ecuación); h es la succión; θ es el contenido de

agua volumétrico; W s es el grado de saturación; y h

c es la tensión de humedad

con K K s

=

1

2

A la fecha es poca la información que se tiene de funciones de conductivi-dad hidráulica para los sustratos utilizados en el país, debido principalmente

a la falta de estandarización de un sistema de medición en laboratorio.

Estimación de parámetros de la CRH y la CCH

La optimización de los parámetros es una aproximación indirecta para

la estimación de los parámetros tanto de CRH como de CCH. El proceso,

conocido como problema inverso, se basa en la minimización de una función

objetivo apropiada. El proceso de optimización compara la discrepancia en-


18/30

[]



tre los datos experimentales del contenido de humedad y succión del suelo

o los de conductividad hidráulica y los predichos por el modelo. Se asume

que las funciones tanto de CRH como de CCH se describen por un modeloanalítico, ver ecuaciones y así como y con valores desconocidos de

los parámetros. El ajuste de los parámetros de los modelos probados es ite-

rativamente mejorado durante el proceso de optimización hasta que se logre

el grado de precisión deseado. Este es el proceso que se sigue en el modelo

RECT (van Genuchten et al., ); sin embargo, vale la pena señalar que

ello puede ser implementado fácilmente en paquetes de computador como el

MATLAB® o SAS®. En la tabla se observan los diferentes parámetros obte-nidos para diferentes materiales de cultivo utilizados en la sabana de Bogotá.

Curvas de retención de humedad y conductividad hidráulica en sustratosCon base en el estudio de las propiedades físicas de los suelos y de las interac-

ciones en el sistema suelo-agua; de las curvas de desorción de suelos minerales

y en experiencias previas a , con sustratos orgánicos de Bood, Verdonck y

Cappaert propusieron el empleo de la curva de liberación de agua del sustrato

(van Schie, ; Ansorena, ; Burés, ), en el intervalo de a centíme-

tros de columna de agua (cm c.a.) de tensión. Definieron la nomenclatura que

todavía se utiliza en numerosos laboratorios para clasificar el agua en el sustrato.

Agua difícilmente disponible (ADD): es el contenido de humedad con base

en volumen retenido a succiones superiores a cm c.a., esto no significa en

realidad que la planta no pueda seguir extrayendo agua a succiones superioresa cm c.a. como lo hace en los suelos naturales de campo. Lo que ocurre, se-

gún Ansorena (), es que cuanto más elevada sea la fuerza de succión que ha

de ejercer la planta, mayor será el gasto energético del proceso; en consecuencia,

disminuirá la energía disponible para la producción de masa seca, reduciendo

el rendimiento; sin embargo, no se han llevado a cabo estudios a este nivel.

Tabla 4. Parámetros de la curva de los principales sustratos utilizados en la sabana deBogotá.

Parámetros

Cascarilla de

arroz cruda(Quintero y

González,

2004)

Cascarilla de

arroz cruda

(Meneses,

2004b)

Cascarilla de

arroz quemada(Quintero y

González,

2004)

Cascarilla

de arrozquemada

(Meneses,

2004b)

Cascarilla

de arrozquemada

(Bohórquez,

2008)

Escoria de

carbón(Quintero y

González,

2004)

Modelo B y C vG m y n vG m y n vG m y n B y C vG m y n

CH residual 0,11 - 0,13 0,078 0,12 - 0,14 0,074 0,12 0,13 - 0,14

CH saturación 0,65 0,140 0,95 - 0,99 0,171 0,42 0,88 - 0,89

Alpha 1,42 - 2,64 0,037 0,05 - 0,06 0,030 0,20 0,014 - 0,02

n 0,56 - 0,67 2,884 3,1 - 3,8 2,783 1,52 1,0 - 1,18

m - - 0,4 - 0,7 - - 1,5 - 2,1

CH es el contenido de humedad, B y C ajustados al modelo de Brooks y Corey (1964), vG ajustado al

modelo de van Genuchten (1980), m y n parámetros de ajuste de modelo de vG.


19/30


20/30

[]



Espacio poroso total (EPT): es el espacio de aire y agua formado por la

suma de ADD, AR , AFD y CA y se determina a partir de las densidades

reales y aparentes.Se suele emplear una notación denominada pF, que es el logaritmo del

potencial matricial expresado en cm c. a. y varía entre y en las condiciones

habituales de cultivo en sustratos.

El estudio del movimiento del agua dentro del sustrato requiere la medida

de variables relacionadas con el movimiento del agua en el medio poroso, como

la difusividad y la conductividad hidráulica, tanto en condiciones de satura-

ción como de no saturación, la medida de estas variables en los suelos agrícolas

está ampliamente descrita en la bibliografía. La conductividad hidráulica de

los suelos en condiciones de no saturación puede medirse experimentalmente,

aplicando las metodologías descritas por Green et al. (), Klute y Dirksen() y Moozegar y Warrick (), citados por Terés (), o bien se puede

calcular a partir de la conductividad hidráulica saturada y la curva de reten-

ción de humedad, aplicando los modelos desarrollados para tal efecto por van

Genuchten (), van Genuchten y Nielsen () y Mualen (), citados

por van Genuchten et al . (). Actualmente, el estudio de la conductividad

hidráulica en sustratos es incipiente; sin embargo, ya se cuenta con algunos va-

lores de conductividad hidráulica saturada en los materiales más comúnmente

utilizados, como para los sustratos de cultivo que se relacionan en la tabla .

Tabla 6. Conductividad hidráulica a saturación de algunos sustratos de cultivo.

Sustrato Autor Conductividadhidráulica saturada(m.día-1)

Fibra de coco Pardo et al. (2003) 270,24

Fibra de coco Quintero y González (2004) 47 - 80

Perlita gruesa

Gago y Morales (1996),citado por Burés (1997)

2.319,84

Perlita media 4,32

Perlita fina 14,97

Arena 14,24

Arena

Carsel y Parris (1988),

citado por van Genu-chten et al. (1991) 7,12

Arena Rawls et al. (1982), citado porvan Genuchten et al. (1991)

5,04

Lana de roca Bougoul et al. (2005) 183,1 - 518,4

Lana de rocaAllaire et al. (2004)

440 - 302

Turba 77,76

Turba

Gruda y Schnitzler (2003)

12,09

Fibra de madera fina 16,07

Fibra de madera gruesa 25,83

Cascarilla de arroz quemada Quintero y González (2004) 60


21/30

[]


y flores de corte

Propiedades físico-químicas

Las propiedades físico-químicas y químicas caracterizan la transferencia

de materia entre el sustrato y la solución del mismo (Terés, ): reaccio-nes de disolución e hidrólisis de los constituyentes minerales (propiedades

químicas), reacciones de intercambio de iones (propiedades físico-químicas)

y reacciones de biodegradación de la materia orgánica (propiedades bioquí-

micas). Los materiales orgánicos son los componentes que más contribuyen

a la actividad química de los sustratos, debido a la formación y presencia en

el medio de sustancias húmicas, como producto final más importante de la

descomposición de esta materia orgánica.

pH

Las plantas pueden sobrevivir en un amplio intervalo de pH del sustratosin sufrir desórdenes fisiológicos aparentes, siempre y cuando todos los nu-

trientes se suministren en forma asimilable. No obstante, el crecimiento y

desarrollo de la planta se ven reducidos de manera apreciable en condiciones

de acidez o alcalinidad extremas, el pH ejerce sus efectos principales sobre la

asimilabilidad de los nutrientes, la CIC y la actividad biológica (Terés, ).

Así, en el cultivo de las plantas ornamentales en contenedor, el rango de

referencia del pH (pasta saturada) oscila entre , y , (Abad y Noguera,

), y en el caso del cultivo hidropónico de hortalizas, el valor óptimo del

pH (solución del sustrato) se sitúa entre , y ,.

Concentración de solutos

Las sales solubles se hallan disueltas en la solución del sustrato. La fase lí-

quida del sustrato consiste en una solución acuosa de diversas sales de compo-

sición y concentración no homogénea. Esta composición depende del material

del que está formado el sustrato, y su concentración depende del contenido de

humedad, y de cómo se llena el espacio poroso, aumentando la concentración

a medida que disminuye el contenido de humedad del sustrato (Burés, ).

Esta concentración en la solución acuosa suele ser muy superior a la que es

habitual en cultivos en campo en suelos minerales. Esta elevada concentración

aumenta el riesgo de acumulación excesiva de sales disueltas, provocando loque se conoce como salinidad (Ansorena, ). Esto indica la importancia de

tener una fracción de lavado en los sistemas de cultivo sin suelo. En Colombia

se utiliza entre y de la lámina de riego aplicada.

La salinidad puede provocar toxicidades específicas de determinados io-

nes (boro, magnesio, etc.). Los efectos de la salinidad se deben generalmente

a un aporte excesivo de nutrientes minerales con el fertirriego, respecto de

las cantidades absorbidas por las plantas y perdidas por lixiviación, princi-

palmente nitrógeno y potasio (Ansorena, ); y a la acumulación de otros

iones como sodio y cloro.


22/30


23/30

[]


y flores de corte

Relación carbono nitrógeno (C/N)

Se suelen utilizar algunos parámetros como indicadores del estado de

descomposición de la materia orgánica. Burés () indica que estos se de-nominan parámetros de madurez de un compost y a su vez pueden ser de

carácter químico, como la relación carbono/nitrógeno (C/N).

La relación C/N se usa tradicionalmente como un índice del origen, del grado de

madurez y de la estabilidad de la materia orgánica, puesto que su valor depende del

material y decrece a medida que se descompone la materia orgánica (Terés, ;

Burés, ). En general varía entre y para un material compostado, una rela-

ción C/N inferior a se suele tomar como indicadora de madurez y estabilidad.

Los tejidos de los microorganismos que se alimentan de la materia orgá-

nica que descomponen tienen una relación C/N del orden de , por lo que

para descomponer y alimentarse de materiales con una relación C/N supe-rior, necesitarán para su crecimiento un aporte extra de nitrógeno. Este ni-

trógeno lo obtienen del soluble presente en el medio de cultivo compitiendo

con las plantas y degradando el medio de cultivo. En la tabla se presentan

algunos valores de la relación C/N en diferentes compuestos orgánicos.

Cuando se preparan sustratos orgánicos a partir de sustancias naturales,

es necesario tener en cuenta los valores de la relación C/N. Cuanto más bajo

sea este cociente más mineralizado está el material; se han propuesto algu-

nos intervalos para dicha relación, para turba: < buena; - aceptable;

- deficiente; > mala (Ansorena, ).

Una relación C/N inferior a es considerada como óptima para el cul-tivo en sustrato, y es un índice de un material orgánico maduro y estable

(Terés, ; Abad y Noguera , ). La cascarilla de arroz tostada después

de un ciclo de cultivo presenta una relación C/N entre y .

Tabla 8. Valores de la relación C/N en diferentes materiales orgánicos.

Tipo de materia orgánica C/N

Estiércol de vacuno 28Estiércol de ovino 23Estiércol de cultivo de setas 19Basuras frescas 30

Turba parda francesa 20 - 26Turba rubia rusa 54Turba rubia alemana 49Corteza de pino marino no compostada 300Corteza de pino silvestre compostada 92Orujo de aceituna 27Paja de cereales 100Cascarilla de arroz 95Champiñonasa 40Restos de poda 75Caña de maíz 150Fibra de coco 80

Fuente: adaptado de Ansorena (1994) y Bures (1997). (Con autorización de S. Bures, 17 de noviembre

de 2011).


24/30

[]



Capacidad de intercambio catiónico (CIC)

Es un proceso reversible mediante el cual las partículas sólidas del suelo

o sustrato adsorben iones de la fase acuosa y desadsorben al mismo tiempocantidades equivalentes de otros cationes para establecer el equilibrio entre

ambas fases. Esta CIC es una medida de la aptitud de un sustrato para conte-

ner los nutrientes que se encuentran en él (Fonteno, ).

En los sustratos orgánicos, la CIC procede de las superficies y las zonas

de ruptura de las moléculas de celulosa, hemicelulosa y lignina, que cons-

tituyen las paredes celulares de las células vegetales. En el caso de la casca-

rilla de arroz, hay un componente adicional para justificar esta capacidad

de cambio. La cascarilla de arroz se caracteriza por presentar un esqueleto

silíceo procedente de los aerénquimas. Tras el quemado o tostado de la ma-

teria orgánica de la cascarilla, las láminas y las zonas interlaminares de esteesqueleto silíceo (tetraedros de sílice enlazados de forma similar a los mi-

nerales secundarios de los suelos) también presentan zonas de ruptura con

cargas negativas, capaces de intercambiar cationes con la solución del medio

(Guzmán, ).

La CIC es la suma de todos los cationes intercambiables o complejo de

cambio. Los cationes divalentes generalmente están adsorbidos con más

fuerza que los monovalentes, y estos se intercambian con más facilidad, ex-

cepto el H+.

La CIC depende del pH, los sustratos muy ácidos, o que tienen el comple-

jo de cambio saturados de H+, liberan iones H+ que se intercambian con losiones de la solución. Se podría saturar el complejo de cambio de un sustrato

con iones determinados mediante una titulación, los cuales pueden mante-

nerse mediante aportes continuos de una misma solución. En los sustratos

con CIC elevada, conviene cargar el complejo de cambio con cationes en

equilibrio compatibles con la solución nutritiva (Burés, ). Estos cationes

están disponibles para la planta y no son lixiviados por efecto del riego.

Para la determinación de la CIC de los sustratos orgánicos, especialmente

aquellos preparados con residuos y compost, se ha utilizado la modificación

del método de BaCL - trietanolamina propuesta por Lax et al. (), citado

por Abad et al. (b). Además del método del acetato de amonio a pH .Aunque en ocasiones se emplean sustratos que apenas tienen CIC, gene-

ralmente, el manejo es más sencillo cuando el medio presenta cierta CIC,

ya que se disminuyen los riesgos derivados de las pérdidas de nutrientes por

lixiviación, a causa de los frecuentes e intensos riegos a que se someten mu-

chas plantas cultivadas en contenedor (Ansorena, ).

La tabla presenta los niveles de interpretación de CIC para suelos agrí-

colas. Estos valores son los que actualmente se utilizan para comparar esta

propiedad en los sustratos, aunque no existen estudios sobre su real aplicabi-

lidad, debido a la falta de investigación sobre los orígenes de las cargas y las


25/30

[]


y flores de corte

metodologías más adecuadas para determinar esta propiedad en sustratos

como la cascarilla de arroz comúnmente utilizada en Colombia.

Tabla 9. Niveles de interpretación de la capacidad de intercambiocatiónico.

Valor de CIC (meq.100g -1) Nivel

≤ 5 Muy bajo

5 - 10 Bajo

10 - 20 Medio

20 - 30 Elevado

≥ 30 Muy elevado

En la tabla se reúnen los rangos de diferentes variables químicas en lasolución de la cascarilla de arroz tostada y los rangos sugeridos como ideales

por Abad et al. () para sustratos de cultivos hortícolas.

Tabla 10. Niveles de pH, CE (dS.m-1), aniones, cationes (meq.L-1) y microelementos (mg.L-1) enun sustrato ideal (método de extracción pasta saturada) y en la cascarilla de arroz tostada, enun cultivo establecido de clavel estándar (método de extracción solución 1:1 v/v).

VariableRangos idealesAbad et al. (2001)

Cascarilla de arroz tostadaQuintero et al. (2010)

CE 0,75 - 3,49 0,62 - 2,20

pH 5,2 - 6,3 6,58 - 7,02N-NH

4+ 0 - 1,4 -

Ca++ > 10 5,16 - 5,96

Mg++ > 5,8 3,23 - 3,73

K+ 3,8 - 6,4 1,78 - 1,92

Na+ < 5,02 < 3,00

S-SO4= < 60 8,70 - 10,01

Cl- < 5,1 -

N-NO3- 7,2 - 14,2 -

PO4H2 0,2 - 0,32 0,41 - 0,54Fe 0,3 - 3,0 0,33 - 0,45

Mn 0,02 - 3,0 1,96 - 2,24

Zn 0,3 - 3,0 0,42 - 0,48

Cu 0,001 - 0,5 0,45 - 0,57

B 0,05 - 0,5 -

Mo 0,01 - 0,1 -

En torno a la raíz se encuentran concentraciones de iones divalentes ele-

vadas, ya que su absorción es más difícil que las de los iones monovalentes, es


26/30

[]



así como existen una serie de nutrientes que, por su dinámica de absorción,

necesitan concentraciones en la solución del sustrato o de drenaje superiores

que en la solución nutritiva, del al más concentrados, para encontrar-se en correcto equilibrio. Tal es el caso de calcio, magnesio, sulfatos y boro.

Al contrario, amonio, fosfato, nitrato, potasio, de absorción rápida, interesa

encontrarlos en concentraciones inferiores en la solución del sustrato respec-

to a la solución de entrada. La tabla muestra un ejemplo de los valores es-

perados en la solución del sustrato (rizosfera) o, en su defecto, en la solución

drenada (sustratos inertes), a partir de la solución aplicada en un sistema no

recirculante (Alarcón, ).

Tabla11. Ejemplo de los valores esperados en la solución del sustrato (rizosfera) o, en sudefecto, en la solución drenada (sustratos inertes), a partir de la solución aplicada en unasistema no recirculante. Los valores iónicos se expresan en mM y la CE en dS.m -1.

VariableSoluciónnutritiva

Valoresperadoen soluciónsustrato

Observaciones

CE 2 2,3 - 3,5 Depende de la calidad del aguade riego como referencia elvalor a multiplicar es 1,5

pH 6 6,0 - 6,8 Depende del tipo de sustrato,entre otros factores

Nitratos 12 12 Depende de la sintomatologíade la plantación

Potasio 6 6 Equilibrio vegetativo/productivoAmonio 0,5 0 Absorción muy rápida, su detección

en la solución del sustrato puedeimplicar situaciones de anoxia

Fósforo 1 0,4 - 0,8 Absorción rápida (10 a 40% inferioren la solución del sustrato)

Calcio 4 5 - 7 Absorción lenta (20 a 100% superioren la solución del sustrato)

Magnesio 2 3 - 5 Absorción lenta (20 a 100% superioren la solución del sustrato)

Azufre 2 3 - 5 Absorción lenta (20 a 100% superioren la solución del sustrato)

Microelementos - - B absorción lenta, Mn absorción rápida.

Fuente: Alarcón (2006). (Con autorización de A.L. Alarcón, 17 de noviembre de 2011).

Bibliografía

Abad B., M. y Noguera M., P. . Sustratos para el cultivo sin suelo y

fertirrigación. En: Cadahía L., C. (Ed.). Fertirrigación, Cultivos hortícolas

y ornamentales, ª ed. Madrid: Ediciones Mundi Prensa. pp. -.


27/30

[]


y flores de corte

Abad, M., Noguera, P., and Bures, S. . National inventory of organic

wastes for use as growing media for ornamental potted plant

production: case study in Spain. Bioresource echnology , :-.Abad, M., Fornes, F., Carrión, C., Noguera, V., Noguera, P., Maquieira, A.,

and Puchades, R. a. Physical properties of various coconut coir

dusts compared to peat. HortScience, ():-.

Abad B., M., Noguera M., P. y Carrión B., C. b. Sustratos para el cultivo

sin suelo y fertirrigación. En: Cadahía L., C. (Ed.) Fertirrigación,

cultivos hortícolas frutales y ornamentales, ª ed. Madrid: Ediciones

Mundi-Prensa. pp. -.

Alarcón V., A.L. . ecnología para cultivos de alto rendimiento.

Cartagena: Universidad Politécnica de Cartagena. p.

Alarcón V., A.L. . Diagnóstico y manejo nutricional en cultivos sin suelo.En: Alarcón V., A.L. (Coord.). Cultivos sin suelo. Compendios de

Horticultura, . Reus: Ediciones de Horticultura S.L. pp. -.

Allaire, S., Caron, J., Ménard, C., and Dorais, M. . Growing media

varying in particle size and shape for greenhouse tomato. Acta

Horticulturae, :-.

Ansorena M., J. . Sustratos: propiedades y caracterización. Madrid:

Ediciones Mundi-Prensa. p.

Arias M., D. . Utilización agrícola de derivados del mesocarpio del coco.

Trabajo de grado. Departamento de Ingeniería Civil y Agrícola,

Facultad de Ingeniería. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia.p.

Arya, L.M. and Paris, J.F. . A physicoempirical model to predict the

soil moisture characteristic from particle-size distribution and bulk

density data. Soil Science Society of America Journal , :-.

Arya, L.M. and Dierolf, T.S. . Predicting soil moisture characteristics from

particle size distribution: an improved method to calculate pore radii

from particle radii. In: Proceedings of the international workshop

on indirect methods for estimating the hydraulic properties of

unsaturated soils. Riverside: University of California. pp.-.

Bohórquez R., N.E. . Normalización para determinar las características

hidrofísicas de sustratos usados en el cultivo de flores de corte en

la Sabana de Bogotá. Propuesta de práctica estudiantil. Programa

curricular de Ingeniería Agrícola, Universidad Nacional de

Colombia. Reporte sin publicar.

Bougoul, S., Ruy, S., de Groot, F., and Boulard, T. . Hydraulic and

physical properties of stonewool substrates in horticulture. Scientia

Horticulturae, :-.


28/30

[]



Brakensiek, D.L., Engelman, R.L., and Rawls, W.J. . Variation within

texture classes of soil water parameters. ransactions of the American

Society of Agricultural Engineers, ():-.Brooks, R.H. and Corey, A.T. . Hydraulic properties of porous media.

Hydrology paper . Fort Collins: Colorado State University. p.

Burés, S. . Sustratos. Madrid: Ediciones Agrotécnicas S.L. p.

Calderón S., F. . El cultivo hidropónico de flores en Colombia. Disponible

en: http://www.drcalderonlabs.com/Hidroponicos/Hidroponia_

Colombia.htm. Consultado en noviembre de .

Calderón S., F. y Cevallos, F. . Los sustratos. Disponible en: http://www.

drcalderonlabs.com/Publicaciones/Los_Sustratos.htm. Consultado

en enero .

Carsel, R.F. and Parrish, R.S. . Developing joint probabilitydistributions of soil water retention characteristics. Water Resources

Research, ():-.

Corey, A.T. . Pore-size distribution. In: Proceedings of international

workshop on indirect methods for estimating properties of unsaturated

soil . Riverside: University of California. pp. -.

Dierckx, J., Belmans, C., and Pauwels, P. . SWARE: A computer

package for modeling the field water balance. Reference Manual.

Laboratory of Soil and Water Engineering. Leuven: Faculty of

Agricultural Sciences. p.

Fonteno D., C. . Sustratos: tipos y propiedades fisicoquímicas. En: Reed,D. (Ed.). Agua, sustratos y nutrición en los cultivos de flores bajo

invernadero. Bogotá: Ball Publishing - HortiTecnia Ltda. pp. -.

Galán F., M.R. . Proceso de acondicionamiento del sustrato de coco para

uso agrícola. Trabajo de grado. Departamento de Ingeniería Civil y

Agrícola, Facultad de Ingeniería. Bogotá: Universidad Nacional de

Colombia. p.

Gardner, W.R. . Dynamic aspects of water availability to plants. Soil

Science, :-.

González-Murillo, C.A., Tafur-Herman, H., Flórez R., V.J. y Burbano, R.

. Modelación del movimiento del agua en el suelo. En: Flórez

R., V.J., Fernandez M., A. de la C., Miranda L., D., Chaves C., B. y

Guzmán P., J.M. (Eds.). Avances sobre fertirriego en la floricultura

colombiana. Bogotá: Unibiblos. pp. -.

Gruda, N. and Schnitzler, W.H. . Suitability of wood fiber substrate for

production of vegetable transplants: I. Physical properties of wood

fiber substrates. Scientia Horticulturae, :-.

Guzmán, M. . Conceptos básicos de nutrición vegetal. En: Análisis,

nutrición y fertirriego: Máster en agricultura Protegida. Universidad


29/30

[]


y flores de corte

de Almería http://aulavirtual.ual.es:/script/adreg/scripts/

serve_home, visitado en marzo .

Klute, A., and Dirksen, C. . Hydraulic conductivity and diffusivity:laboratory methods. nd ed. In: Klute, A. (Ed.). Methods of soil

analysis: Part I - Physical and minerological methods. Madison:

American Society of Agronomy, Inc., and Soil Science Society of

America. Book series No. , pp. -.

Kutílek, M. and Nielsen, D.R. . Soil hydrology. Geo-ecology textbook.

Destedt: Catena Verlag. p.

Meneses, V.E. a. Evaluación del comportamiento hidráulico de

cuatro líneas de goteo y diferentes sustratos utilizados en el cultivo

hidropónico de clavel . Informe de práctica estudiantil. Departamento

de Ingeniería Civil y Agrícola. Bogotá: Universidad Nacional deColombia. p.

Meneses, V.E. b. Caracterización física, en función del tiempo de uso del

sustrato empleado en cultivos de clavel del grupo Américaflor Ltda.

Trabajo de grado. Departamento de Ingeniería Civil y Agrícola,

Facultad de Ingeniería. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia.

p.

Pardo, A., de Juan, J.A., and Pardo, J.E. . Characterization of different

substrates for possible use as casing in mushroom cultivation.

Journal of Food, Agriculture and Environment , ():-.

Patiño, M. . Cultivo de clavel sobre sustrato de cascarilla de arroz. En:Pizano de Marquez, M. (Ed.). Clavel. Bogotá: Ediciones Hortitecnia.

Quintero, M.F. y González-Murillo, C.A. . Determinación de la

curvas de retención de humedad para sustratos utilizados en

cultivos de flores de la Sabana de Bogotá. San José: VI Congreso

Latinoamericano y del Caribe de Ingeniería Agrícola . pp.

Quintero C., M.F., González M., C.A., and Flórez-Roncancio, V.J. .

Physical and hydraulic properties of four substrates used in the cut-

flower industry in Colombia. Acta Horticulturae, :-.

Quintero, M.F., González-Murillo, C.A., Flórez, V.J., and Guzmán, J.M.

. Physical evaluation of four substrates for cut-rose crops. Acta

Horticulturae, :-.

Quintero, M.F., Ortega, D., Melgarejo, M.R., Valenzuela, J.L., and Guzmán,

M. . Comparison of two extraction methods on variations

in the behavior of burnt rice husk used for carnation crops. th

International Horticultural Congress. Lisbon: International Society

for Horticultural Science. pp. .

Resh, H.M. . Cultivos hidropónicos, nuevas técnicas de producción.

Madrid: Ediciones Mundi-Prensa. p.


30/30

[]



Richards, L.A. . Capillary conduction of liquids in porous media.

Physics, :-.

Ríos V., J.M. . Evaluación de nuevos sistemas de cultivos sin suelo parala producción de clavel estándar en condiciones de la Sabana de

Bogotá. Propuesta de práctica estudiantil. Programa Curricular de

Ingeniería Agrícola, Universidad Nacional de Colombia.

Stephens, D.B. . Vadose zone hydrology. Albuquerque: CRC press , Inc.

p.

Soilmoisture.com. Disponible en www.soilmoisture.com/ceramics.

htmltable: Porous ceramics catalog. Consultado en agosto de .

Terés T., V. . Relaciones aire agua en sustratos de cultivo como base

para el control de riego. Metodología de laboratorio y modelización.

Tesis doctoral, Universidad Politécnica de Madrid. Madrid: EscuelaTécnica Superior de Ingenieros Agrónomos. p.

van Genuchten, M.. . A closed-form equation for predicting the

hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Science Society of

America Journal , ():-.

van Genuchten, M., Leij, F.J, and Yates, S.R. . Te REC code for

quantifying the hydraulic functions of unsaturated soil . U.S. Salinity

Laboratory. Riverside: U.S. Department of Agricultural, Agricultural

Research Service. p.

van Schie, W. . Standardization of substrates. Acta Horticulturae, :-

.Vanclooster, M., Viaene, P., Diels, J., and Christtiaens, K. . WAVE: A

mathematical model for simulating water and agrochemicals in the

soil and vadose environment . Reference & user´s manual (release

.). Chapter . e water transport module. Leuven: Institute for

land and water management, Katholieke Universiteit Leuven. p.

Wagenet, R.J. and Hutson, J.L. . LEACHM Leaching estimation

and chemistry model. A process based model of water and solute

movement, transformation, plant uptake and chemical reactions

in the unsaturated zone. Continuum: vol. , version . NYS Water

Resources Institute, Center for Environmental Research. Ithaca:

Cornell University.

sustratos para cultivos hortícolas y flores de corte

Documents