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Sustratos para horticultura. Materiales, propiedades, manejo

por Infoagro
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Sustratos para el cultivo de plantas

El suelo, medio en el que tienen lugar funciones de tanta importancia para la vida de las plantas, con frecuencia tiene condiciones limitantes que, en diferentes grados, impiden buenos resultados agronómicos. Por este motivo, en la
horticultura, es frecuente reemplazar el suelo natural por sustratos de origen diverso, que en alguna o en todas las fases de un cultivo permiten superar esas condiciones limitantes y colocar el sistema radicular y la planta completa en
una situación más cercana a la óptima para su alimentación hídrica y mineral. La posibilidad de aprovechar como sustratos hortícolas la diversidad de materiales disponibles en nuestro entorno, está supeditada al buen conocimiento de sus propiedades, con el fin de saber si requieren alguna preparación previa a su uso, decidir sus aplicaciones y adoptar las técnicas de manejo pertinentes


Sustratos Minerales Naturales

Arena y Grava

La arena, de granulometría comprendida ente 0,2 y 2 mm y la grava entre 2 y 20 mm, tienen composición y propiedades dependientes de su material de origen. Para su empleo en horticultura se recomienda atender a dos aspectos, su contenido de carbonato cálcico total no superior al 10%, y su distribución granulométrica, debido al efecto de la misma sobre la disponibilidad de agua y de aire. Desde este punto de vista se recomienda emplear arena de tamaño de grano entre 0,5 y 2 mm, que tiene buena porosidad, aunque su retención hídrica es pequeña. Las granulometrías inferiores a 0,5 mm son peligrosas por el riesgo de asfixia radicular que entrañan y las superiores a 5 mm no retienen agua, lo que obliga a un rígido control o supervisión de la frecuencia del riego.
Las arenas y gravas que no contienen carbonato cálcico tienen una CIC inferior a 5 meq.100 g-1, pero es conveniente someterlas a un lavado ácido antes del cultivo, para eliminar contenidos minerales que pueden liberarse lentamente de modo incontrolado. Las que sí contienen carbonato cálcico, poseen reacción química y es preferible desecharlas.
Entre las ventajas más importantes de las arenas y gravas están su bajo coste, su estabilidad estructural, facilidad de limpieza y de tratamiento desinfectante, inactividad química en el caso de materiales no calcáreos. Sus inconvenientes son su alta densidad, que dificulta el manejo y su baja retención de agua.
Es frecuente la mezcla de arena con turba (50:50 v/v) para conseguir los efectos de aumento de la densidad aparente, que es baja en la turba y también de la capacidad de retención de agua, que es escasa en la arena. Las mezclas de arena con sustratos orgánicos dan como resultado propiedades que dependen particularmente de las propiedades físicas de dichos componentes orgánicos más que de las de la arena. Para mejorar la capacidad de aireación de un sustrato mezclándolo con arena, es necesario añadir una gran proporción de ésta, entre el 70 y el 80% en volumen, con tamaño de partículas superior a 400 micras y un 40% de ellas superior a 250 micras


Rocas volcanicas

Conviene distinguir algunos grupos que han sido más estudiados en aplicación hortícola y que difieren en sus propiedades más importantes, las zeolitas y las puzolanas, aun cuando todos ellos son ricos en minerales. Las zeolitas son silicatos hidratados, cristalinos con alta porosidad abierta. Debido a esto, su capacidad para absorber agua, nutrientes y aire es muy elevada.
Las puzolanas en cambio tienen una alta porosidad gruesa y cerrada al exterior (hasta el 10%), por lo que su capacidad de retención del agua y nutrientes es muy baja, con alta aireación. En un material con partículas de 2 a 5 mm, la microporosidad apta para la retención hídrica es del 10% y la capacidad de aireación (AFP) mayor del 50%, o puede
descender a menos del 20% en el caso de partículas más finas. La porosidad total de las zeolitas de 2 a 5 mm es de alrededor del 64% frente a un 55 a 70% en las puzolanas, pero el reparto de esta porosidad es el 36% de microporos de alta retención de agua y solo 28% de capacidad de aireación. Las capacidades de contenedor respectivas son del 47% en las zeolitas y el 19% en la puzolana. De esta cantidad de agua los contenidos a baja tensión (2 pF) son del 40% en zeolitas y del 15% en las puzolanas, siempre en materiales de 2 a 5 mm de tamaño de partícula. Una parte importante del agua, un 30%, es retenida por las zeolitas a una tensión excesiva para ser aprovechada por las plantas. Esta fracción de agua se almacena en los poros más pequeños y también es atrapada higroscópicamente.
Las CIC son asimismo distintas, alta en las zeolitas, del orden de 23 meq.100 g-1 para menos de 5 meq.100 g-1 en la puzolanas. En otras zonas volcánicas puede ser de baja a moderada y pueden ocurrir adsorciones del fosfato, fijación de potasio asimilable y liberación de manganeso con pH bajo.
Se considera por lo tanto que las puzolanas son materiales químicamente inertes, en tanto que las zeolitas tienen actividad química para los cationes de cambio. Ambos sustratos son interesantes para el cultivo, pero requieren aplicaciones y, sobre todo, manejos diferentes. Las puzolanas son perfectamente utilizables teniendo en cuenta su escasa retención de agua y de nutrientes.
El tezontle es una grava de origen volcánico muy porosa, de color rojo, amarillento o negro, abundante en varias regiones de México y, al igual que el “picón” de la isla de Tenerife, muy popular entre sustratos. Se considera un material químicamente inerte. Tiene pH de neutro a ligeramente alcalino, muy baja CIC, alta porosidad total, aunque sus propiedades físicas dependen mucho del tamaño de las partículas, mantiene su estructura inalterada a lo largo del tiempo


Otros minerales naturales utilizados como sustratos

La attapulgita y sepiolita son rocas arcillosas de silicatos de aluminio y de magnesio respectivamente, con baja CIC, que en granulometrías adecuadas tienen alta capacidad de aireación alrededor del 40%, inferior a la perlita pero suficiente, y menor capacidad de retención de agua (AFD) a baja tensión, del 2 al 3% solamente en el caso de granulometrías entre 2 y 6 mm (70%) y entre 0 y 2 mm (30%). Este comportamiento con el agua puede mejorarse empleando granulometrías menores, es decir, reduciendo el porcentaje de partículas de los tamaños mayores.
La piedra pómez es asimismo otro material disponible en cantidades importantes en ciertos países y regiones. Sus propiedades pueden variar de unos a otros lugares. En general el pH es cercano a la neutralidad, ligeramente alcalino, con baja salinidad ocasional que se reduce parcialmente por lavado, tiene elevada porosidad total (75%) y una capacidad de retención de agua mayor o similar a la perlita, dependiendo de la granulometría empleada.


Sustratos minerales tratados

Perlita

Este material es un tipo de arena volcánica de sílice que calentada a unos 1.000ºC se funde y se hincha formando copos muy porosos. La densidad aparente es baja y la porosidad es elevada, aunque estas y el resto de las propiedades físicas varían según el tamaño de las partículas

Los tamaños de partícula correspondientes son: A-13 (3 a 5 mm), B-12 (0 a 5 mm), B-10 (0 a 3 mm), B-9 (0 a 1,5 mm) y B-6 (0 a 1,5 mm). Entre sus propiedades hay que destacar la menor capacidad de aireación y la mayor retención de agua en las perlitas de partículas finas. Este hecho es la causa de mayores crecimientos y rendimientos en algunos cultivos en dichos sustratos de partículas más finas, siempre y cuando la capacidad de aireación no sea limitante. En el tipo B-6, que tiene alrededor del 95% de partículas entre 0 y 1 mm, comparado con el tipo A-13 que tiene un 4,05%, la retención de agua fácilmente disponible es del 37% por un 7% en A-13. La capacidad de aireación de B-6 es suficiente, con un 23%, aun cuando muy inferior a la de A-13 con un 58%.
La perlita es químicamente inerte y de muy fácil lavado cuando los niveles de salinidad aumentan. El pH inicial es de 7 a 7,5 y se hace descender saturando el sustrato con una solución ácida, pero nunca debe regarse con solución de pH menor de 5, debido a que puede liberar aluminio y producir toxicidad en algunos cultivos.
En cultivo hidropónico es normal recomendar el tipo B-12 que mantiene un buen equilibrio entre aireación y contenido de agua y por otro lado, con un manejo cuidadoso, conserva su estructura más tiempo. El reempleo de la perlita, como el de otros sustratos, es posible como han demostrado diversas investigaciones y asimismo la práctica agrícola. Se recomienda lavarla y eliminar los restos de raíces, o bien desinfectarla y lavarla después.


Vermiculita

La vermiculita es una arcilla de estructura laminar, que por tratamiento térmico a más de 1.000ºC pierde el agua interlaminar y se hincha unas 10 veces, quedando convertida en un material muy ligero, de elevada porosidad, 96% como la perlita y también de niveles similares de retención de agua, del 45 al 50%. Sin embargo, su capacidad de intercambio catiónico es muy alta, de 60 a 140 meq.100g-1 y, por lo tanto, no es un material recomendable para el cultivo hidropónico, además de poseer una alta fragilidad estructural que puede modificar sus propiedades físicas a lo largo del tiempo. Su empleo en horticultura ha disminuido mucho


Arcilla expandida

Se obtiene tratando gránulos de arcilla húmeda a alta temperatura, de lo que resultan bolas muy porosas, de porosidad ocluida, de estructura y forma estables. La capacidad de retención del agua es pequeña, como en la perlita o algo menor según su granulometría y la aireación es alta. Se considera como químicamente inerte, aun cuando esta característica puede ser diferente según el origen del producto, y puede incluso requerir lavados previos a su empleo para eliminar sales


Lana de roca

Unos de los sustratos más difundidos, se obtiene por calentamiento a 1.600ºC de roca basáltica, carbonato cálcico y coque bajo corriente de aire, que sometido a rotación forma un fundido fibroso muy fino; se enfría y trata con polímero
de urea-formol y con un mojante, ya que es hidrófugo. Se comercializa suelto o en forma de tablas, cubos, cilindros, de tamaños diversos, envueltos en lámina de polietileno o desnudos. Las dimensiones de las tablas de lana de roca dependen del cultivo a realizar. Para el tomate se emplean tablas de menor volumen, con 100 x 15 x 7,5 cm, mientras que para
pepino son mayores, con 100 x 30 x 7,5 cm.
La siembra o el enraizamiento se hacen en cilindros o cubos de lana de roca en bandejas de poliestireno, y de ahí se trasplantan fácilmente a bloques de 10 cm de ancho que tienen un orificio en el que encaja perfectamente el cilindro de siembra y finalmente, el trasplante definitivo a la tabla, se hace depositando el bloque sobre la misma. La planta en todo el proceso no sufre ningún traumatismo ni parada. La lana de roca es un material con características ideales para el cultivo hidropónico. Baja densidad aparente, 0,08; alta porosidad, 95%; y alta retención de agua. Tiene
inicialmente un pH alto y puede liberar cantidades significativas de cationes especialmente de hierro y manganeso; todo ello se resuelve saturando el sustrato antes del cultivo con una solución ácida de pH 5,0 a 5,5. Posteriormente el material es inerte químicamente.
Se fabrica en densidad de unos 70 a 80 kg.m-3 y también en densidad menor con el objetivo de reducir el coste y la cantidad de material en aplicaciones de un solo ciclo de cultivo, sin desinfección, en las que las garantías sanitarias para el cultivo son mayores. Los inconvenientes más importantes de la lana de roca son su alto precio y su no degradabilidad, que produce graves problemas de contaminación ambiental


Residuos industriales

Los residuos de minería del carbón llamados estériles de lavadero, con granulometrías entre 0 y 10 mm, son materiales con características físicas similares a las de las arenas de idénticas dimensiones. Son materiales con baja retención de agua fácilmente disponible, inferior al 8%, porosidad del 40 al 50% y densidad aparente del 1,2 al 1,5. Desde el punto de vista químico, sus propiedades son variables según su origen.
En materiales procedentes de minas españolas el pH es normalmente de 6,3 a 7; la CIC oscila entre 2,9 y 10,5 meq.100 g-1. Contienen elementos nutrientes, principalmente Ca, Mg y K, oligoelementos y metales pesados en cantidades inferiores o dentro de los límites máximos permitidos, con la excepción del boro que se presenta en cantidades superiores al límite de 100 mg.L-1. Esta cantidad se refiere a boro total, el boro asimilable debe ser muy inferior, dado que en los ensayos efectuados hasta el momento, no se han presentado problemas de toxicidad. Con un conocimiento detallado de sus características y un manejo adecuado, estos residuos industriales pueden ser, por su bajo precio, materiales interesantes en el cultivo sin suelo


Sustratos organicos sinteticos

En el grupo de materiales polímeros sintéticos se encuentran la espuma de poliuretano, el poliestireno expandido, la resina fenólica y la resina expandida de urea formaldehido. El poliestireno expandido es un material inerte en partículas de 4 a 12
mm, estable, de pH neutro y sin actividad química, cuya propiedad principal es el aporte de aireación al sustrato, ya que no retiene agua. La espuma de poliuretano es la única que tiene aplicación práctica, sobre todo en semilleros y en el cultivo del anturio. Este polímero puede emplearse en forma de tablas como las de la lana de roca y granulado mezclado con turba o con otros sustratos. Es muy poroso, más de un 90% de porosidad total, tiene alta aireación, más del 80%, pero muy baja retención de agua, AFD menor que 1% cuando en la lana de roca es superior al 60%. Es químicamente inerte. Su escasa retención de agua es un inconveniente importante, dado que el manejo del riego debe ser muy cuidadoso y muy frecuente, con volúmenes pequeños. Si el equipo de riego falla por algún accidente, este sustrato se seca rápidamente


Sustratos orgánicos naturales

Turba

Las turbas son los sustratos orgánicos naturales de uso más general y tradicional en la horticultura. En síntesis, se distinguen dos tipos:

  • Poco descompuestas, son materiales de reacción ácida, pobres en minerales por estar muy lavados, debido a su origen de zonas altas de precipitaciones abundantes, y que conservan parcialmente su estructura y un buen equilibrio entre agua y aire después del riego
  • Muy descompuestas, son las turbas negras, sin estructura, con frecuencia muy salinizadas y que presentan menor aireación que las anteriores. Son apropiadas para mezclas con materiales que mejoren sus propiedades deficientes

Como propiedades generales, las turbas rubias poco descompuestas tienen una elevada porosidad total y buena capacidad de aireación, con alta disponibilidad de agua. Su pH es ácido, con elevada CIC (110 a 130 meq.100 g-1) y una relación C/N entre 40 y 50. Las turbas negras, muy descompuestas tienen, sobre todo, el inconveniente de su baja disponibilidad de agua para las plantas y frecuentemente de altos contenidos de sales, que les convierten en sustratos peligrosos para las plantas si antes no se someten a lavados.
El conjunto de buenas propiedades, físicas, químicas y biológicas (presencia de hormonas y sustancias húmicas), de las turbas es la causa de su amplia difusión en el cultivo de plantas en sustrato. Su empleo se extiende tanto a la producción de plántulas en semilleros, como al cultivo de plantas en tiestos y contenedores y asimismo al cultivo sin suelo en general. Un problema actual es el impacto medioambiental debido a la explotación de las turberas, por el hecho de que la turba es un material natural no renovable.


Fibra de coco

Es un material de desecho de la industria cocotera, compuesto por la parte desechable de los residuos del mesocarpo después de aprovechar las fibras largas. El resto contiene fibras cortas no aprovechadas por la industria y partículas de corteza de diferentes tamaños. Esta heterogeneidad es, por cierto, uno de los problemas importantes que tiene la fibra de coco pues dificulta su manejo durante el cultivo.

A pesar de ser un residuo orgánico y concebirse como un sustituto de la turba, se comporta de modo bastante diferente de ella. Por ejemplo, la turba es hidrófuga, es muy difícil de rehidratar cuando se seca, se contrae o expande en función de su contenido de agua, afectando esto a su capacidad de aireación. En cambio la fibra de coco es hidrófila, absorbe el agua con
facilidad cualquiera que sea su estado de partida y no sufre contracciones y expansiones que afecten a su capacidad de aireación al variar su contenido de agua. En la actualidad, su aprovechamiento se ha extendido en las aplicaciones hortícolas por todo el mundo. El componente más importante de su precio es el del transporte, que puede ser un factor limitante en el futuro, aun cuando esta dificultad se ha resuelto comprimiéndolo en seco previamente a la expedición hasta cinco sextas partes de su volumen.
Luego se expande sin problemas al rehidratarlo multiplicando por seis su volumen. La fibra de coco es una alternativa muy buena o un complemento de la turba, ya que con una granulometría adecuada tiene muy buenas características físicas. Aunque es un material orgánico, su descomposición es lenta debido al alto contenido de lignina, por lo cual mantiene sus propiedades con bastante estabilidad. La precaución más importante a tomar antes de usarlo es comprobar si ha sido lavado en origen, ya que de lo contrario su contenido salino puede ser limitante para el cultivo

En las mezclas de fibra de coco con otros componentes sustituyendo una parte de la turba en viveros ornamentales, los mejores resultados de crecimiento de las plantas expresados en altura, pesos de biomasa fresca y seca y área foliar, se registran en las mezclas con las mayores proporciones de fibra de coco, al nivel del 80% del volumen, que se asocian a la mayor proporción de agua fácilmente disponible aportada por la fibra de coco


Otros materiales orgánicos

Existe una gama de materiales muy diversos susceptibles de ser aprovechados como sustratos hortícolas, a través de tratamientos de transformación y estabilización, pero también es cierto que en la mayoría de los casos no se ha llegado a productos bien definidos, de suministro asegurado, de buena calidad y de cualidades comparables a las de la turba

Un ejemplo es el de la cascarilla del arroz, de uso bastante generalizado en las zonas arroceras por su bajo precio. La cascarilla aporta a las mezclas propiedades de mejor aireación, pero tiene muy escasas capacidad de retención de agua y mojabilidad, inconvenientes importantes, por lo que no es aconsejable usarla sin mezclar con otros materiales, por ejemplo las mezclas con turba hasta un 20 a 25% de cascarilla dan buenos resultados, también la cascarilla carbonizada mezclada con fibra de coco mejora su comportamiento físico. Con frecuencia se le dan tratamientos de acondicionamiento que tratan de mejorar sus inconvenientes, por ejemplo la carbonización parcial para mejorar su retención hídrica, pero este tratamiento es muy poco eficaz. Si se usa en su estado natural, es de pH casi neutro y puede aportar capacidad de aireación y de drenaje a la mezcla. Si se tamiza a tamaño igual o menor de 2 mm se mejora mucho la capacidad de retención hídrica y también se eliminan las semillas que pueda llevar.


Compostaje

Experiencias bien controladas demuestran que con una separación previa de componentes es posible producir un buen sustrato compostado de basura urbana, que reduce en un 40 a 50%, en peso la cantidad de vertido. Igualmente, se pueden aprovechar residuos de la industria local, como es el caso del Trópico de Cochabamba (Bolivia), en donde se han hecho ensayos muy controlados de compostaje rápido de los residuos de la industria del palmito, a través de la hiperventilación del material en silos con aireación exterior e interior, sin necesidad de volteo ni aireación forzada, consiguiendo acortar la duración del proceso. A los residuos se les agregan otros materiales (serrín, cascarilla de arroz y deyecciones de cerdo y aves), así como miel de caña y levadura como activadores de la fermentación, resultando un producto estable con buena calidad para aplicaciones agrícolas.
Muy extendido está ya en horticultura el uso de los orujos resultantes de la industria de la vinificación, pero es conveniente destacar la importancia de un compostaje supervisado, que asegure la desaparición de cualquier residuo fitotóxico y la obtención de un producto suficientemente maduro


Residuos de madera

La corteza de pino, residuo muy común aprovechado en horticultura, tiene un contenido alto de lignina (alta relación lignina/celulosa). A menudo se usa sin compostaje previo, es decir, fresca. En este caso, por lo menos, debe enriquecerse con microelementos esenciales y con calcio y magnesio.

Las cortezas de maderas duras, como son las de Quercus, alcanzan un grado de descomposición muy notable en el compostaje. Hay muchas cortezas que liberan excesos de manganeso asimilable; esto debe vigilarse, ya que la concentración no debe nunca sobrepasar los 200 mg.L-1. En general todos los residuos de la madera, cortezas, serrines, etc., deben enriquecerse con nitrógeno, de 1 a 1,5 kg.m-3 y preferiblemente también con fósforo, antes del compostaje. El pH óptimo es de 6,5 a 7,5 y, dado que el pH de la corteza suele ser menor, esto se compensa añadiendo nitrógeno amoniacal y/o gallinaza, con ello se activa la descomposición. La urea, la gallinaza y los lodos son buenas fuentes de nitrógeno.

La corteza de pino procedente del desecho de la industria de la madera, es un material muy difundido, particularmente en la producción de plantas ornamentales, y está formada por la corteza externa y la interna del tronco. Es un material de características variables debido a su origen y se puede usar directamente o después de someterlo a un proceso de compostaje para mejorar sus propiedades y, sobre todo, para convertirlo en un material más estable, que no inmovilice parte del nitrógeno suministrado a las plantas y asegurar la eliminación de sustancia fitotóxicas.
Como en cualquier sustrato, en las cortezas es decisiva la granulometría para determinar las propiedades físicas. Se considera conveniente que un 20 a 40% (peso) de las partículas sean menores de 8 mm. Las virutas y otros restos de la industria maderera se reciclan también como fibra de madera, que se obtiene después de un tratamiento al vapor, a 100 a 120ºC, que asegura su esterilización. Este material tiene el inconveniente de ser muy poco estable por lo que sus propiedades físicas cambian y se produce bloqueo de nitrógeno, por ello durante el proceso de elaboración se impregna con nutrientes nitrogenados que tratan de reducir al mínimo la inmovilización de nitrógeno durante el cultivo. Tiene alta capacidad de aireación, pH de 5,0 a 6,0 y bajo contenido de sales.

Una cualidad adicional de la corteza es el mostrar propiedades supresoras frente a ciertos patógenos (Phytophthora, Pythium), a lo que hay que añadir su alta disponibilidad y bajo precio


Bibliografía:

Florez R. V. 2011. Sustratos, manejo del clima, automatización y control en sistemas de cultivo sin suelo, 294 pp. Universidad Nacional de Colombia. Fuente: web

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