Hidroponía: todo lo que necesitas saber

¿Qué es la hidroponía?

La hidroponía es un método de cultivo que cultiva plantas en agua en lugar de tierra. Es parte de los métodos de cultivo más amplios "sin suelo", que incluyen la acuaponía y la aeroponía.

La mayoría de las veces el cultivo se realiza con las raíces de la planta en agua, pero ocasionalmente también se puede realizar en otros sustratos, como geles o un medio inerte como perlita, grava, etc.

Al no existir suelo, la nutrición de las plantas en elementos minerales se realiza disolviéndolos en el agua. En muchos casos, el cultivo hidropónico equivale al cultivo en interior, con la luz proporcionada por la iluminación artificial. Sin embargo, la hidroponía también es posible en el exterior, ya que proporciona luz solar “gratuita” a costa de un mayor riesgo de contaminación (ver más abajo).

El tamaño del mercado hidropónico creció hasta casi 5 millones de dólares en 2023, y se espera que crezca una tasa compuesta anual del 12.4% hasta 2030.

La ciencia de la hidroponía

Si bien la mayoría de las plantas se pueden cultivar con sistemas hidropónicos, algunas necesitarán un sustrato para anclar sus raíces. Por eso se utilizan sustratos inertes como fibra de coco, vermiculita (una roca de silicato) y perlita (un vidrio volcánico amorfo).

Fuente: Control climático

Nutrientes como fosfato, potasio y nitrógeno (“NPK”), así como micronutrientes, se disuelven en el agua, lo que permite una eficiencia de casi el 100% en el uso de los fertilizantes.

La hidroponía se puede dividir en 2 tipos diferentes de diseños: sistemas abiertos y cerrados.

Sistemas abiertos: requieren que el agua cargada de nutrientes fluya desde el depósito a la cámara de crecimiento.
Sistemas cerrados: tienen las raíces directamente sumergidas en la solución nutritiva y, por tanto, no necesitan bombas.

Los sistemas pasivos, a diferencia de los sistemas activos, son sistemas hidropónicos que no requieren componentes eléctricos como bombas, ventilación, luces artificiales y temporizadores.

¿Qué se puede cultivar con hidroponía?

La hidroponía se utiliza para cultivar muchos cultivos diferentes y sensibles de alto valor. Los más comunes son los siguientes, en orden: tomates, hierbas, lechuga y pepino.

Fuente: Grand View Research

Otro uso menos documentado pero significativo de la hidroponía ha sido el cultivo de cannabis a pequeña o mediana escala. Si bien esta práctica sigue siendo ilegal en la mayoría de los países, existe una lista cada vez mayor de naciones que permiten dicho cultivo con la licencia adecuada en un entorno comercial; Canadá es uno de los principales ejemplos de esto.

Muchas granjas comerciales de cannabis que operan en los estados de EE. UU. donde el cultivo de cannabis es legal prefieren el cultivo en invernaderos. Aquí, los métodos hidropónicos se utilizan para producir un resultado más consistente que el que es posible con el suelo.

Las ventajas de la hidroponía

Control

La principal ventaja de la hidroponía es el nivel de control que ofrece. Esto es especialmente cierto cuando se combina con el cultivo en interiores, en comparación con el cultivo en tierra o incluso en invernaderos. Esto se traduce en múltiples ventajas para el cultivo comercial.

Puede producir resultados más consistentes. Por ejemplo, la composición química exacta de una planta de cannabis que se utilizará posteriormente para la producción de productos farmacéuticos. Esto permite realizar esfuerzos de investigación y desarrollo para encontrar las condiciones perfectas, dando como resultado un producto de la más alta calidad.

También puede resultar en un mayor control sobre el momento del crecimiento para obtener una producción muy consistente y estable. Esto es muy valioso para productos con una demanda relativamente constante pero con picos estacionales de producción en los campos, como tomates o bayas.

Combinando cada una de las capacidades, el nivel de control posible se puede utilizar para optimizar la velocidad de crecimiento, el sabor, el olor o el aspecto del producto vegetal final, que probablemente generará un precio superior.

Por último, también se puede utilizar para monitorear los cultivos y detectar cualquier problema desde el principio.

Spacios (Amplitud)

Gracias a las condiciones óptimas, se pueden cultivar más cultivos por metro cuadrado que en otras condiciones. Esto la convierte en una buena opción para la agricultura urbana, como comentamos en nuestro artículo “Ampliar la agricultura urbana para generar muchos beneficios“. Esto puede permitir que los alimentos se cultiven localmente en lugar de importarse en cientos o miles de kilómetros, incluso si la tierra y el espacio son más caros a nivel local.

Será un método agrícola extremadamente valioso para entornos adversos como futuras bases lunares o marcianas, donde los costos de transporte prohibitivamente elevados harán que los suministros de alimentos cultivados localmente sean extremadamente valiosos.

Demanda de nutrientes y desechos

Como se mencionó, debido a que los nutrientes están en el agua y esa agua permanece en las cámaras de crecimiento y/o en un depósito, no hay pérdida de nutrientes en el sistema excepto los que se absorben efectivamente en la planta durante su crecimiento.

Fuente: Unsplash

Esto hace que el uso de fertilizantes para hacer crecer los cultivos sea lo más cercano posible al óptimo. En enfoques agrícolas más tradicionales, el uso excesivo de fertilizantes en campos abiertos genera múltiples problemas. Estos se extienden para incluir Los ecosistemas del suelo están siendo dañados. a floración de algas tóxicas e incluso eutrofización de los cuerpos de agua dulce. Por lo tanto, reducir la cantidad de fertilizantes que se filtran al medio ambiente es una preocupación ecológica importante y a menudo pasada por alto.

Fuente: británico

El consumo de agua

Contrariamente a lo que parece, la hidroponía utiliza mucha menos agua que los métodos de cultivo tradicionales. Esto es cierto ya sea que se lleve a cabo en campos abiertos o en invernaderos.

Esto se debe a que la evaporación del agua se mantiene al mínimo debido al mínimo contacto de la superficie con el aire y no se filtra al suelo. Básicamente, el agua permanece dentro del sistema cerrado.

Como resultado, la hidroponía puede utilizar tan poco como 1/10 del agua que los métodos tradicionales de riego de cultivos de campo. Por lo tanto, esto puede convertirlo en una excelente opción para áreas con escasez de agua y/o cultivos especialmente hambrientos de agua, como las verduras de hojas verdes.

Intensidad Laboral

Debido a que las plantas crecen en un entorno controlado y diseñado a medida, también se pueden diseñar para optimizar los costos de mano de obra. La automatización puede reemplazar la mayor parte del trabajo agrícola tradicional más peligroso, y las plantas que ya crecen en macetas sin tierra pueden ahorrar tiempo para la cosecha, la limpieza y el embalaje.

Los contras de la hidroponía

Costes

La principal limitación de la hidroponía son sus costos. Debido a que requiere instalaciones dedicadas y, a menudo, bombas, ventilación, etc., su instalación es mucho más costosa que los métodos agrícolas tradicionales. Esto se agrava aún más en climas fríos que requieren hardware adicional como control climático y luces artificiales, cada uno de los cuales sólo aumenta los costos energéticos de las operaciones de cultivo.

Debido a este límite, la mayoría de las granjas comerciales que dependen de la hidroponía se centran en cultivos de alto valor como frutas, bayas, verduras de hojas verdes, cannabis, etc., en un esfuerzo por maximizar el retorno de la inversión.

Hasta la fecha, este problema ha obstaculizado la adopción más amplia de la agricultura vertical en general, incluyendo no sólo la hidroponía sino también la acuaponía y la aeroponía.

Resiliencia

Los sistemas hidropónicos son, por diseño, más artificiales que los cultivos en campo abierto. Esto significa que dependen de que cada una de las siguientes cosas funcione sin problemas:

• Cadena de suministro en piezas y componentes.
• Suministro de energía eléctrica.
• Sistema electrónico conectado para operaciones altamente automatizadas y avanzadas.
• Mano de obra calificada capaz de realizar eficientemente el monitoreo y mantenimiento requerido.

Si bien hay formas de mitigar estos riesgos, por ejemplo con sistemas redundantes o un mayor inventario (que aumentan los costos de instalación), o el suministro localizado de energía a través de la generación de energía renovable, la hidroponía nunca será tan resistente como un cultivo regado por la lluvia en un campo abierto. campo.

Enfermedades transmitidas por el agua y contaminación por algas

Patógenos

Obviamente, eliminar la tierra elimina todos los riesgos relacionados con las enfermedades originadas en el suelo, pero también significa eliminar todo un ecosistema de microbios beneficiosos que protegen contra las enfermedades de las plantas. Mientras tanto, el agua en constante circulación puede ser un vector para la propagación de otros patógenos, lo que significa que los eventos adversos pueden ser devastadores y ocurrir incluso más rápido en los sistemas hidropónicos.

Los dos organismos más comunes que causan enfermedades hidropónicas son Pythium y Phytophthora, ambas enfermedades fúngicas. Pythium puede atacar a todas las plantas, mientras que Phytophthora tiende a afectar principalmente a los cultivos de flores.

Para abordar estos problemas, los agricultores suelen emplear programas programados periódicamente. Prácticas de limpieza y saneamiento y uso de filtros., lo que puede reducir significativamente el riesgo de patógenos vegetales transmitidos por el agua. Sobre esta base, las pruebas y el seguimiento periódicos son igualmente beneficiosos para detectar signos tempranos de contaminación.

También se recomiendan múltiples sistemas hidropónicos paralelos y no conectados para instalaciones grandes para evitar una contaminación generalizada. Controlar el pH del agua puede ayudar a reducir el crecimiento de hongos.

Algas

Otro contaminante que puede afectar los sistemas hidropónicos son las algas. Si bien el agua contiene la combinación perfecta de nutrientes para impulsar el crecimiento de las plantas, esta misma combinación constituye, a su vez, el entorno ideal para las algas unicelulares. Si están presentes, las algas crearán una capa viscosa y difícil de limpiar en las superficies, e incluso pueden obstruir los filtros de agua o los tubos pequeños.

Si bien los sistemas hidropónicos no necesitan preocuparse por las malas hierbas como en un campo, las algas son esencialmente equivalentes. Al igual que las malas hierbas, las algas privarán a los cultivos de sus nutrientes, reduciendo el crecimiento y la salud de las plantas.

Además, las algas reducirán la concentración de oxígeno en el agua. El primer efecto es que puede dañar las raíces de la planta y su crecimiento. El segundo problema es que ayuda al crecimiento de enfermedades fúngicas como el Pythium.

Existen múltiples formas de controlar el crecimiento de algas, desde usar filtros para limpiar el agua que entra hasta exponer el agua a la luz ultravioleta para matar las algas (Las lámparas ultravioleta se utilizan habitualmente para matar microorganismos y producir agua potable en los servicios públicos.).

Innovación en hidroponía

Iluminación LED

Las luces LED son una tecnología crucial en hidroponía, lo que hace que toda la práctica sea factible a escala comercial. Esto se debe a que estas luces consumen mucha menos energía que las fuentes de luz tradicionales, duran más y emiten mucho menos calor.

Además, no todo el espectro de luz visible es útil para las plantas en la fotosíntesis, por lo que se pueden utilizar LED dedicados sin luz verde para reducir aún más la electricidad consumida por los rayos artificiales.

Fuente: Agritectura

IoT y automatización basada en sensores

La disminución de los costos de los sensores y la electrónica ha hecho posible el monitoreo continuo de la temperatura, la humedad, la luz, los niveles de pH y el volumen de nutrientes.

Aunque es más avanzada, esta agricultura basada en sensores ayuda a rastrear y ajustar las condiciones de crecimiento en tiempo real para garantizar rendimientos óptimos de los cultivos, mejorando así los resultados del agricultor.

Tecnologías basadas en IA

Como se mencionó, la hidroponía requiere un nivel intenso de monitoreo del sistema hídrico, enfermedades, niveles de nutrientes, etc. Con ese fin, la IA se utiliza cada vez más para ayudar a optimizar las condiciones ambientales existentes, incluidos los niveles de luz, humedad y niveles de nutrientes.

La IA también ayuda a optimizar la inversión y reducir costos al crear planes de crecimiento personalizados para cada tipo de planta.

También puede utilizar visión artificial o pruebas bioquímicas para advertir sobre la presencia de patógenos antes que un humano.

Por último, con el auge de los robots agrícolas autónomos, podemos imaginar un sistema hidropónico en el que plantar, podar, cosechar y reemplazar plantas se pueda realizar de forma totalmente automática.

Nuevas innovaciones agrícolas

El cultivo hidropónico permite un control directo sobre las plantas de una forma imposible en la agricultura tradicional. Esto abre la puerta a la experimentación en busca de nuevas formas de aumentar la productividad de los cultivos más allá de aumentar el acceso a la luz o los nutrientes.

Por ejemplo, exploramos una de esas opciones en nuestro artículo "La electricidad impulsará el crecimiento de los cultivos hidropónicos”. Los investigadores utilizaron un sustrato artificial personalizado, o “suelo conductor/eSoil” hecho de celulosa (el componente principal del papel) mezclada con un polímero conductor llamado PEDOT (poli(3,4-etilendioxitiofeno)).

De esta manera, podrían exponer las plántulas a un voltaje bajo continuo, lo que daría como resultado un aumento del 50% en la tasa de crecimiento.

Fuente: PNAS

Este es un ejemplo de cómo los sistemas hidropónicos podrían ofrecer importantes ganancias de productividad gracias a su mayor nivel de control.

Construyendo una instalación hidropónica

Al planificar la construcción de una instalación hidropónica, la primera pregunta debería ser: ¿Por qué elegir la hidroponía frente a otros métodos de cultivo? Puede haber muchas razones:

• Ahorrar agua o reducir la contaminación.
• Pudiendo experimentar con nuevos métodos de cultivo.
• Consumo doméstico a pequeña escala o herramientas pedagógicas.
• Cultivar a escala cultivos de alta calidad y alto valor.

Dependiendo de la respuesta se pueden elegir diferentes sistemas hidropónicos.

Una operación comercial Tendrá que equilibrar los recursos disponibles con los costos iniciales mientras busca minimizar los costos operativos. Tener en cuenta los mercados y márgenes locales será extremadamente importante a la hora de elegir el cultivo. También se debe considerar el nivel de automatización y la madurez de la tecnología utilizada.

Un sistema casero a pequeña escala. Debe adaptarse a las habilidades técnicas de sus desarrolladores y usuarios, ya que un diseño "optimizado" pero demasiado complejo probablemente no funcionará bien. En ese caso, los componentes estándar probablemente sean una mejor opción.

Un sistema dedicado a resolver un problema específico., al igual que la escasez de agua, deberán centrarse en esta métrica, especialmente si hace que otros elementos estén menos optimizados.

La hidroponía como parte de un sistema más grande., como el combinado con la acuicultura (acuaponía), deberá diseñarse teniendo en cuenta los demás pasos y componentes.

Conclusión

La hidroponía es un enfoque poderoso para los sistemas de cultivo que ofrece niveles excepcionales de control sobre las condiciones de crecimiento. Por lo general, se trata de sistemas muy eficientes que cuentan con un uso optimizado de fertilizantes y agua. Esto lo convierte en un método de cultivo a escala comercial ideal para cultivos difíciles de cultivar o productos de alto valor donde el momento perfecto, el sabor, la composición, el aspecto u otras métricas cualitativas pueden justificar un precio mucho más alto.

Gracias a su densidad y alta productividad, también es un buen sistema para la producción de alimentos a escala doméstica o la agricultura urbana, donde el espacio suele ser una limitación.

Sin embargo, es un sistema mucho más complejo que la agricultura o la jardinería tradicionales. Esto lo hace más costoso, más técnico de instalar y mantener y más propenso a problemas únicos como la contaminación de algas y enfermedades transmitidas por el agua que deben gestionarse mediante soluciones específicas. En ciertos casos, será igualmente desafiante para las personas o empresas que carecen de las capacidades técnicas para manejar estos desafíos internos asociados.

En general, aunque es poco probable que sea tan rentable como los cultivos cultivados a granel a precios bajos en campos abiertos, la hidroponía puede ser una buena solución a problemas específicos o un buen método para cultivar productos locales de alta calidad.