Secundaria

La Hidroponía y sus Aplicaciones.

Hydroponics and its applications.

K. Joseph, J. Bailey, D. Martínez, M. Martínez, J. Morillas, J. Sánchez, M. Vicente, M. Berbel, M. Bernabé, H.L. Bugg, C. Martínez, M. Rodríguez.

Centro de Investigaciones Agrícolas del CEIP San Gregorio de Oria. Instituto de Tecnología y Ciencias Aplicadas de Oria. Equipo de Ciencias de la Computación y la Robótica Robot-Oria.

Resumen

Mediante este artículo científico se pretende explicar qué es la hidroponía y por qué es relevante la aplicación de esta técnica en cultivos ya existentes para mejorarlos y adaptarlos a otras condiciones climáticas, espacios distintos, en la tierra, naves espaciales e incluso en otros planetas. La hidroponía es un método de cultivo que en lugar de tierra utiliza únicamente soluciones acuosas con nutrientes químicos disueltos en dicha disolución. La importancia de la hidroponía reside en incrementar la producción de cualquier cultivo entre tres y diez veces más cantidad de alimentos que la agricultura convencional en el mismo espacio. Además, las plantas crecen en la mitad del tiempo que crecen en la agricultura tradicional y no necesitan ni herbicidas ni pesticidas, ya que no están en contacto de malas hierbas e insectos, lo que hace innecesario el uso de estos productos. En la Tierra, el cambio climático y la escasez de recursos naturales plantean desafíos significativos para la agricultura. La adopción de técnicas agrícolas más avanzadas como la hidroponía puede aumentar la eficiencia de los cultivos y reducir las consecuencias ambientales como el cambio climático o la escasez de agua.

Palabras claves: Hidroponía, automatización, plantas y huerto.



Abstract

This scientific article aims to explain what hydroponics is and why it is relevant to apply this procedure to already existing crops in order to improve them and learn to live in the other climatic conditions, different spaces, on Earth, spaceships and even on other planets. Hydroponics is a method of cultivation that uses only aqueous solutions with chemical nutrients that are added into the plant(s) by water. The importance of hydroponics lies in increasing the production of any crop,multiplied by three to ten times more food than conventional agriculture in the same space. In addition, plants grow in almost  half the time they grow in traditional agriculture and do not need herbicides or pesticides, since they are not in contact with weeds insects and other bugs or animals that want or need them to survive, which makes the use of these products unnecessary. On Earth, climate change and natural resource that is quite few in population pose significant challenges for agriculture. The adoption of more advanced agricultural techniques such as hydroponics can increase crop efficiency and reduce environmental consequences such as climate change or water scarcity.


Key words: Hidroponics, automation, plants and gardens.



¿Qué es la hidroponía?


La hidroponía es una manera de cultivo de plantas que prescinde del suelo como medio para proporcionar nutrientes a las plantas. En lugar de utilizar tierra, suministra a las plantas una solución nutritiva directamente a través de sus raíces, que contiene todos los elementos esenciales para su crecimiento. Este sistema permite un control preciso de los nutrientes, el agua, la luz y otros factores ambientales, lo que puede resultar en un crecimiento más eficiente y rápido de las plantas, en comparación con los métodos de cultivo tradicionales en suelo de plantas que prescinde del suelo como medio para proporcionar nutrientes a las plantas. 


¿Cuál es la diferencia entre la hidroponía y los huertos tradicionales?

La principal diferencia entre la hidroponía y el cultivo tradicional es que la hidroponía se basa en cultivar a base de agua y nutrientes, lo cual no necesitamos suelo. Mientras que el cultivo tradicional se basa en el suelo como sustrato principal.

Las principales diferencias se pueden ver en el medio de crecimiento, control de nutrientes, eficiencia del uso del agua, desarrollo y crecimiento, control ambiental…

Ambos métodos tienen sus ventajas y desventajas, y la elección entre hidroponía y cultivo tradicional depende de factores como el tipo de cultivo, el entorno local y las preferencias del agricultor.


Explicación de los sistemas de cultivo hidropónico

El cultivo hidropónico implica el cultivo de plantas sin tierra, utilizando una solución nutritiva en lugar de suelo para proporcionar los nutrientes esenciales para el crecimiento de las plantas. Por ejemplo: solución nutritiva, sustrato inerte, sistema de cultivo, bomba de agua y sistema de riego, control ambiental…


Ventajas de la hidroponía.

Esta técnica tiene varias ventajas que la hacen atractiva para agricultores y jardineros. Aquí tienes algunos ejemplos de ventajas de la hidroponía:


Estas ventajas hacen que la hidroponía sea una opción atractiva para la producción de alimentos de manera eficiente y sostenible en diversas condiciones y entornos.

Cultivos Adecuados para la Agricultura Hidropónica: Maximizando Nutrición y Crecimiento Eficiente


La agricultura hidropónica ha emergido como una opción eficiente y sostenible para la producción de alimentos. En este contexto, surge la discusión sobre la competencia de diferentes cultivos para este método. Se destacan diversos cultivos que no solo se adaptan a esta técnica, sino que también sobresalen por su valor nutricional y rápido crecimiento, con un enfoque especial en los microvegetales.


La variedad de opciones disponibles para la agricultura hidropónica abarca desde la lechuga, hierbas aromáticas, tomates, pepinos, pimientos, fresas, espárragos, apio, plantas de hojas verdes y hasta flores comestibles. Sin embargo, la clave es identificar aquellos cultivos que no solo se adapten al sistema hidropónico, sino que también maximicen el valor nutricional y aceleren su crecimiento.


Es esencial resaltar la importancia de cultivos como las espinacas, los microgreens, las rúculas, los kales, los rabanitos, las acelgas suizas, el cilantro, la mostaza (en sus hojas), los guisantes y los brotes de brócoli. Estos cultivos no solo se adaptan a la hidroponía, sino que ofrecen un contenido nutricional inusual y exhiben una notable rapidez en su crecimiento, convirtiéndolos en opciones altamente prometedoras para este método de cultivo.


La discusión sobre los cultivos más adecuados para la agricultura hidropónica se amplía al considerar no sólo su posibilidad en este sistema, sino también su capacidad para proporcionar alimentos con muchos nutrientes y con ciclos de crecimiento optimizados. Los microvegetales, representan una opción clave dentro de este contexto, debido a su elevado contenido nutricional y su rápido desarrollo, posicionándose como una alternativa de gran potencial para la producción de alimentos en sistemas hidropónicos.

Huertos hidropónicos de interior: casas y escuelas.


La agricultura sostenible se ha convertido en un tema crucial  en la era contemporánea, dado el crecimiento de la población mundial y los desafíos ambientales asociados con las prácticas agrícolas convencionales.

La necesidad de alimentar a una población en constante crecimiento ha llevado a la búsqueda de soluciones que no solo aumenten la eficiencia de producción, sino que también minimicen el impacto ambiental. 


Importancia de Mantener una Solución Nutritiva Correcta.

Optimización del Crecimiento: Una solución nutritiva equilibrada suministra a las plantas los nutrientes necesarios en proporciones adecuadas, optimizando su crecimiento vegetativo, la producción de flores y frutas.


Prevención de Deficiencias y Toxicidades.

 Mantener la concentración correcta de nutrientes ayuda a prevenir deficiencias, que pueden afectar el desarrollo y rendimiento de las plantas, así como toxicidades que pueden surgir si las concentraciones son demasiado altas.


Eficiencia en el Uso de Recursos.

 Al proporcionar a las plantas exactamente lo que necesitan, se reduce el desperdicio de nutrientes y agua. Esto contribuye a la estabilidad del sistema hidropónico y minimiza el impacto ambiental.


Resistencia a Enfermedades.

 Un equilibrio nutricional adecuado fortalece la resistencia de las plantas a enfermedades y plagas, mejorando la salud general del cultivo.


Control Preciso.

 La hidroponía permite un control preciso de la solución nutritiva, lo que facilita la optimización de las condiciones para diferentes etapas de crecimiento y tipos de plantas.


Flujo y Reflujo.

Descripción: En el sistema de flujo y reflujo, las plantas se colocan en bandejas inclinadas, y la solución nutritiva se bombea periódicamente desde un depósito hacia las raíces. Este flujo intermitente proporciona a las plantas nutrientes y oxígeno, seguido por un drenaje que evita el encharcamiento. Es versátil y adecuado para una variedad de cultivos en interiores, siendo fácilmente controlable y adaptable a diferentes necesidades de plantas.


Sistema de NFT (Nutrient Film Technique).

En el sistema NFT, una película delgada de solución nutritiva fluye constantemente a través de canaletas inclinadas, permitiendo que las raíces de las plantas absorban los nutrientes. Este método es eficiente en el uso de agua y espacio, ideal para interiores. Es especialmente adecuado para cultivos de hojas verdes y hierbas, proporcionando un entorno continuo y bien oxigenado para el crecimiento de las plantas.


Sistema de Cultivo en Sustrato Inerte.

En el sistema de cultivo en sustrato inerte, las plantas se colocan en medios de cultivo como perlita, fibra de coco o lana de roca, en lugar de suelo. La solución nutritiva se aplica al sustrato, proporcionando a las raíces acceso a nutrientes. Este sistema es versátil y adecuado para una amplia variedad de plantas en interiores. La elección del sustrato puede adaptarse a las necesidades específicas de cada cultivo.


Preparación del Espacio.

En este sistema, las plantas se colocan en bandejas o canaletas inclinadas. La solución nutritiva se bombea periódicamente desde un depósito a través de las canaletas, permitiendo que las raíces absorban los nutrientes. Luego, la solución se drena de nuevo al depósito, creando un ciclo de flujo y reflujo.

Posibles usos de la hidroponía.


Invernaderos hidropónicos.

Un invernadero hidropónico es una estructura de cultivo que utiliza tecnología y sistemas para cultivar plantas sin tierra, proporcionando una solución nutritiva equilibrada directamente a las raíces de los cultivos. Este tipo de invernadero permite el cultivo en sustratos inertes irrigados mediante sistemas de riego por subarrigación, o exudación, o incluso sin sustratos, donde las plantas crecen directamente sobre el agua. Los sistemas hidropónicos son más eficientes en el uso del agua, pudiendo requerir hasta un 90% menos de agua que los métodos de cultivo tradicionales. Además, la hidroponía en invernaderos puede alcanzar una mayor densidad de planta y rentabilidad, pero requiere de manejos adecuados y especialización permanente por parte de los productores. Este tipo de invernadero ofrece ventajas como el ahorro de agua, la posibilidad de cultivo en espacios reducidos y la producción de alimentos de alta calidad.


Sistemas de riego hidropónico en campos abiertos.

Los sistemas de riego hidropónico en campos abiertos pueden incluir técnicas como la hidroponía en medio líquido, la película nutritiva (NFT) y la aeroponía. Estos sistemas se basan en proporcionar una solución nutritiva equilibrada directamente a las raíces de los cultivos, sin necesidad de suelo. Utilizan elementos como equipos de bombeo, cabezales de riego automatizado, invernaderos, recipientes para las disoluciones de nutrientes, conductos para la conducción del riego y programadores para el control del riego. Estos sistemas son efectivos en cultivos de alta rentabilidad que necesitan un mayor control y pueden ofrecer ventajas como el ahorro de agua y la reducción de las necesidades de suelo. Los invernaderos hidropónicos también son una opción para la producción en campos abiertos, ya que protegen los cultivos de las fluctuaciones climáticas y minimizan los riesgos, como el daño causado por fuertes lluvias y vientos.


Técnicas de cultivo sin suelo.

Las técnicas de cultivo sin suelo incluyen la hidroponía, la hidroponía y la película nutritiva (NFT). La hidroponía implica el cultivo en agua con nutrientes o sobre materiales inertes, mientras que la aeroponía es un método en el que las raíces de las plantas se rocían con un aerosol. Por su parte, la NFT es un sistema en el que las raíces de las plantas crecen en una película delgada de solución nutritiva. Estas técnicas permiten un mejor control de las condiciones de cultivo, un uso más eficiente del agua y una reducción de las enfermedades del suelo. Además, el cultivo sin suelo puede clasificarse en sistemas con sustrato y sistemas de hidroponía, cada uno con sus propias características y requisitos Utilizar sustratos inertes, agua con los minerales que necesita la planta para subsistir. Esto permite un control más preciso de los nutrientes que reciben las plantas y evita problemas relacionados con el suelo, como enfermedades.


Reciclaje de agua.

El reciclaje de la solución nutritiva, consiste en tomar el agua procedente del drenaje del sistema hidropónico y procesarla para permitir su uso de forma parcial o total en el cultivo. Permite un ahorro de agua y nutrientes entre un 20 y 50 %.


Agricultura Espacial.


Cultivo en ambientes cerrados.

La agricultura en ambientes cerrados, también conocida como agricultura en ambiente controlado, se refiere a la producción de cultivos en espacios cerrados como invernaderos, granjas de interior, cámaras de crecimiento, contenedores o estructuras verticales. Este enfoque permite controlar factores como la temperatura, la humedad y la iluminación, lo que a su vez brinda ventajas como la prolongación de la temporada de cultivo, la producción durante todo el año, la fiabilidad y coherencia en las cosechas, el uso eficiente del espacio y la sostenibilidad. Se utilizan métodos como la hidroponía y la iluminación artificial con tecnología LED para garantizar el éxito de este tipo de agricultura.


Sistemas de recirculación de agua.

El reciclaje de agua es un proceso fundamental para la sostenibilidad, ya que convierte el agua destinada a ser desechada en agua útil, a través de depuradoras a gran escala o mediante pequeños hábitos para aprovechar el agua en entornos domésticos. Este proceso es crucial dada la escasez de agua a nivel mundial y tiene aplicaciones en la agricultura, la industria y el medio urbano.


Control preciso de nutrientes.

La optimización de recursos es un concepto que define cómo maximizar y mantener la calidad y la equidad de los productos, los resultados y la repercusión en materia de salud con un volumen de recursos determinado. Es esencial para crear un espacio fiscal, reducir los residuos y maximizar la repercusión.

El control preciso de nutrientes en la agricultura, particularmente en sistemas hidropónicos, es esencial para garantizar el crecimiento óptimo de las plantas. La automatización del control de nutrientes en la hidroponía a través de sistemas embebidos, como el uso de tecnología Arduino y LabVIEW, permite monitorear y ajustar con precisión los niveles de nutrientes en el agua, contribuyendo a un cultivo sostenible y de alta calidad.


Iluminación artificial.

La iluminación artificial en la agricultura es esencial para el crecimiento de las plantas cuando hay poca o nula luz natural. Se ha diseñado para imitar la luz solar y estimular el crecimiento vegetal. Los avances en tecnología LED han permitido aplicaciones específicas en la agricultura, como la producción de injertos en semilleros, la obtención de semillas, las granjas verticales, la producción de plantas aromáticas, el forraje verde hidropónico, el cultivo de cannabis y algas.

A diferencia de la luz natural, la luz artificial normalmente incluye algo de radiación infrarroja (IR) y ultravioleta (UV). Sin embargo, la mayoría de los LED no emiten IR ni UV.


Ahorro de espacio.

La optimización del espacio es esencial en entornos con limitaciones de metros cuadrados. Para lograrlo, se pueden implementar diversas estrategias, como el uso de muebles multifuncionales, la maximización del almacenamiento vertical, la elección de colores claros para generar sensación de amplitud y la integración de espacios, entre otras. Estas ideas pueden aplicarse tanto en hogares como en espacios de trabajo, permitiendo aprovechar al máximo cada rincón de forma funcional y estética.


Problemas derivados del Cultivo Espacial.


La disponibilidad de agua y nutrientes: Falta de suelo fértil.

La disponibilidad de agua y nutrientes es fundamental en la hidroponía, donde se busca maximizar su eficiencia. La hidroponía permite el ahorro de agua al recircular con nutrientes, aunque el sistema abierto puede ser ineficiente en su uso. La fórmula de nutrientes hidropónicos varía según las necesidades de cada planta, incluyendo macro y micronutrientes. Es crucial analizar el agua para conocer su idoneidad en hidroponía, ya que la calidad del agua influye en la asimilación de nutrientes por las plantas. El control del pH y la dureza del agua son aspectos clave a considerar. La gestión adecuada del agua en la hidroponía es esencial para un crecimiento saludable de las plantas y para la sostenibilidad del sistema Se pretende estimar el efecto de un eventual cambio climático y edáfico sobre el patrón de almacenamiento de carbohidratos en plántulas de un año de tres especies leñosas mediterráneas del género Quercus. Para ello se han cultivado las plántulas bajo tres condiciones contrastadas de fertilidad y tres de riego, experimento no factorial, durante una estación de crecimiento. Se espera que en los medios menos fértiles se acumule carbono en forma de reservas debido a la limitación en el crecimiento por falta de nutrientes. Asimismo, en condiciones de riego bajo, aumente la concentración de glucosa para contribuir al ajuste osmótico de las hojas. Por último, esperamos que Q. faginea, la especie de crecimiento más rápido, invierta mayor cantidad de carbono en crecimiento y por tanto acumule menos almidón. Las concentración de almidón en raíz y tallo de Q. ilex y Q. coccifera fue inversamente proporcional al nivel de fertilización. La concentración de glucosa foliar mostró mayores concentraciones en las plántulas que experimentaron déficit hídrico. La especie que más carbohidratos almacenó fue Q. faginea. Nuestro estudio sugiere, que el efecto de un incremento de aridez sobre el almacenamiento de carbohidratos depende, no sólo de la especie, sino también de la fertilidad del suelo sobre el que se asiente.

Así pues, la falta de suelo fértil se refiere a la incapacidad del suelo para sostener el crecimiento de las plantas y proporcionarles los nutrientes necesarios para un desarrollo saludable. Un suelo fértil debe tener la capacidad de suministrar nutrientes y agua esenciales en cantidades adecuadas, estar libre de sustancias tóxicas, tener una buena estructura y retención de agua, y un pH adecuado para la mayoría de las plantas.


Soporte vital y psicológico:

El soporte vital se refiere a las técnicas y tratamientos de emergencia realizados en situaciones críticas para mantener la vida de una persona. Incluye el soporte vital básico (SVB), que comprende maniobras de primeros auxilios para sustituir temporalmente las funciones respiratorias y circulatorias, y el soporte vital avanzado (SVA), que implica técnicas más especializadas y el uso de fármacos para la reanimación en casos de paro cardiorrespiratorio este Postgrado en Apoyo Psicológico y Soporte Vital Básico en Situaciones de Crisis le ofrece una formación especializada en la materia. Debemos saber que para el área de Sanidad es muy importante profundizar y adquirir los conocimientos de apoyo psicológico y soporte vital básico en situaciones de crisis.


Radiación solar y cósmica:

La radiación solar y cósmica se refiere a la radiación ionizante que proviene del Sol y del espacio exterior. La radiación cósmica consiste en partículas de alta energía, principalmente núcleos de átomos, de origen más allá de la Tierra, y partículas generadas por la interacción con la atmósfera. Por otro lado, la radiación solar está constituida por partículas cargadas emitidas por el Sol, como electrones, protones y núcleos de helio. Estas radiaciones pueden afectar a la Tierra y a los seres vivos, pero la atmósfera y el campo magnético terrestre actúan como escudos protectores. La radiación cósmica es un fenómeno natural que ha sido estudiado en diversas investigaciones y misiones espaciales.


Microgravedad:

La Ciencia estudia la Naturaleza de forma sistemática. En general, un experimento científico consiste en elegir una porción de la Naturaleza, medir muy bien las diversas influencias que el resto de ella tiene sobre nuestra porción, y medir también de la mejor forma posible las respuestas que nuestra porción de Naturaleza tiene a estas influencias externas. Esto debe hacerse variando lo más posible las condiciones en las que se encuentra lo estudiado, de forma que se pueda discernir la acción de cada una de ellas. El estudio de sustancias concretas, pongamos por caso el butano, supone colocar una cantidad pura de él en una botella lo más limpia posible, aislar la botella bien del calor o frío exteriores, comprobar que el material de la botella no influye en el butano apreciablemente y otras medidas similares. Cambiando de forma controlada por ejemplo la presión y la temperatura se pueden medir las diferentes características del butano en las diferentes condiciones. Algunas magnitudes comprensibles intuitivamente son la transparencia, la subida de temperatura al aplicarle calor, la bajada de temperatura al hacer mayor la botella, etc. Cuanto más precisamente se conozcan estas y muchas otras características de este gas, mejores perspectivas hay de inventar nuevos, más eficaces y más limpios modos de utilizarlo. Muchos de los fenómenos naturales son reacción a la fuerza de la gravedad. Siguiendo con nuestro ejemplo, para estudiar la transparencia del butano a diversas temperaturas es necesario que todo esté caliente por un igual, y quieto. Sin embargo, si ponemos la botella sobre un calentador el butano más caliente subirá y bajará el frío, como consecuencia de la diferente densidad y por estar sometido a la gravedad. Esto tiene como consecuencia que habrá ciertas variaciones de temperatura y además que posiblemente nunca esté quieto del todo. Por lo tanto, la transparencia que midamos depende de lo rápido que se esté moviendo y esto a su vez es consecuencia de la acción de la gravedad.

Conclusiones y reflexiones finales.

La hidroponía ofrece una serie de ventajas significativas sobre los métodos tradicionales de cultivo, como un mayor control sobre los nutrientes, un uso más eficiente del agua, una mayor velocidad de crecimiento y una menor susceptibilidad a las enfermedades del suelo. Estas características hacen que la hidroponía sea una opción atractiva para la producción de alimentos en diversas condiciones y entornos. Destacan varios cultivos que se adaptan especialmente bien a la hidroponía, como las lechugas, hierbas aromáticas, tomates, pepinos, pimientos y fresas, así como los microvegetales. Estos cultivos no solo se adaptan al sistema hidropónico, sino que también ofrecen un contenido nutricional superior y un crecimiento rápido. Esto hace que la hidroponía ofrezca una amplia gama de aplicaciones prácticas, que van desde invernaderos hidropónicos hasta sistemas de riego en campos abiertos y cultivos en ambientes cerrados. Estas aplicaciones pueden contribuir significativamente a la producción de alimentos de manera sostenible y eficiente, así como a la investigación espacial y la exploración de nuevos territorios agrícolas. 

En resumen, la hidroponía representa una innovadora y prometedora forma de cultivo que ofrece numerosos beneficios y oportunidades en el ámbito agrícola y más allá. Su capacidad para proporcionar alimentos nutritivos y de alta calidad en diversas condiciones y entornos la convierte en una herramienta invaluable para abordar los desafíos alimentarios actuales y futuros.

Bibliografía.