La calidad del agua y el rendimiento de los cultivos

POR QUÉ UNA BUENA CALIDAD DEL AGUA ES FUNDAMENTAL PARA EL RENDIMIENTO ÓPTIMO DE LOS CULTIVOS

Los cultivos hidropónicos necesitan agua de riego de alta calidad para lograr un crecimiento robusto y un alto rendimiento. Esto significa que debe poseer altos niveles de oxígeno disuelto (OD) y desinfectarse de forma continua para evitar enfermedades.

Oxígeno: un componente fundamental del agua de riego de alta calidad

En la fotosíntesis, las células de las hojas y del tallo utilizan la energía solar para procesar el CO2 del aire y el agua absorbida a través de las células de sus raíces para producir azúcar (C6H12O6). Mientras tanto, las células de la raíz utilizan el proceso contrario, la respiración. Queman azúcar (transformada en energía celular, ATP) para llevar a cabo sus procesos metabólicos, siendo el proceso principal la captación de agua y nutrientes. El oxígeno es necesario en la respiración como aceptor de electrones.

La oxigenación garantiza la función radicular óptima. «No cabe duda de que la concentración de oxígeno disuelto afecta al crecimiento de los cultivos hidropónicos», afirman científicos de las universidades japonesas de Tottori y Yamaguchi en un artículo publicado en noviembre 2021 en la revista Agriculture.

Es decir, si el oxígeno disponible para ser absorbido por las células de la raíz es limitado, estas se ven limitadas en la cantidad de ATP que pueden producir, limitando a su vez su tasa de absorción de agua y nutrientes, lo que limita directamente la tasa de crecimiento general del cultivo y el rendimiento final de la cosecha.

Por lo tanto, la oxigenación de la zona radical es muy «ventajosa» en los invernaderos, y la mayoría de los productores intentan oxigenar el agua de riego, especialmente en los climas más cálidos.

Sin embargo, los métodos convencionales de aireación del agua suelen conseguir una proporción de OD inferior a 6-9 p. p. m., lo que proporciona un beneficio limitado a las células de las raíces. Resulta aún más difícil conseguir niveles similares de OD en aguas de riego más cálidas porque la capacidad del agua para retener el oxígeno disuelto disminuye a medida que aumenta la temperatura. Por ello, los productores experimentados emplean sistemas de enfriamiento del agua, pero esto requiere el uso de equipos con elevados costes energéticos.

Desinfección

El agua de riego de alta calidad debe estar bien oxigenada, pero también debidamente desinfectada para evitar la invasión de enfermedades. La prevención es fundamental porque las enfermedades de las raíces son difíciles de controlar una vez que se han desarrollado, especialmente en entornos más cálidos y con agua de riego, que son consecuencia del calentamiento global actual.

Hay muchas opciones de tratamiento para suprimir y controlar los patógenos en el agua de riego y en los sistemas de tuberías de riego («biofilm» está presente en la mayoría de las superficies que están en contacto frecuente con el agua y puede albergar patógenos como Pythium.) Algunos métodos de desinfección son más eficaces, respetuosos con el medioambiente, costosos y laboriosos que otros.

Los métodos de tratamiento físico, como la radiación UV y la ósmosis inversa, no son útiles para reducir el biofilm y tienen distintos grados de eficacia de desinfección y coste. La desinfección mediante oxidación es eficiente, pero sus resultados dependen de la «potencia» oxidante del método utilizado y del periodo durante el cual se produce la oxidación. La oxidación se puede conseguir de las siguientes maneras:

• Aplicación repetida de productos químicos como cloro, dióxido de cloro e hipoclorito de sodio. Sin embargo, la eficacia de los productos químicos depende del pH y los microbios beneficiosos mueren junto con los patógenos. El uso de productos químicos también supone un riesgo para los trabajadores de los invernaderos y puede causar un problema de seguridad alimentaria si los productos son absorbidos por las células de las plantas. La oxidación constante del cobre es costosa por varias razones. Implica la aplicación de una corriente continua para generar iones de cobre.
• El paso continuo de gas ozono (O₃) por el agua de riego proporciona oxidación, pero depende del pH, requiere muchos recursos técnicos y es caro. La adición regular de peróxido de hidrógeno o ácido peroxiacético es otro método de oxidación, pero requiere concentraciones más altas y tiempos de exposición más largos que el ozono. Además de provocar la precipitación del manganeso y del hierro, su uso prolongado puede degradar los plásticos y también se sabe que destruye la fauna del suelo.
• La oxidación suave, pero eficaz, mediante el uso de generadores de nanoburbujas ya es un método sin productos químicos bien establecido para prevenir y destruir las enfermedades de las raíces y la acumulación de biofilm, a la vez que se eleva el OD en la zona radicular a niveles sin precedentes.
• Actualmente hay más de 1500 instalaciones que utilizan la tecnología de nanoburbujas en más de 33 países, incluidas más de 400 explotaciones de invernadero. Cada día se desinfectan más de 1,5 millones de metros cúbicos de agua de forma natural gracias a la tecnología de nanoburbujas. La eficacia es muy alta y el retorno de la inversión es rápido, ya que el 40 % de los clientes de horticultura de Moleaer amortizan la inversión en 12 meses.

Cómo las nanoburbujas desinfectan y oxigenan

Las nanoburbujas miden menos de 200 nanómetros de diámetro, aproximadamente son 2500 veces más pequeñas que un grano de sal.

En cuanto a la desinfección, las nanoburbujas tienen flotabilidad neutra, lo que significa que flotan uniformemente dentro de un líquido y proporcionan una oxidación natural continua. Se mueven de forma aleatoria y continua por todas las partes de un sistema de agua mediante movimiento browniano, lo que genera continuamente el control directo o indirecto de los patógenos de cuatro maneras:

• Las nanoburbujas producen especies reactivas de oxígeno (ERO) que alteran la fisiología de las células patógenas, provocando su muerte. Según los científicos de la Universidad Estatal de Arizona y de la Universidad de Massachusetts,, «la producción de ERO de las nanoburbujas puede ser la más prometedora para su uso en el tratamiento del agua porque permite alejarse de los oxidantes de base química (cloro, ozono), que son costosos, peligrosos de manejar y producen subproductos nocivos, a la vez que ayudan a conseguir importantes objetivos de tratamiento (p. ej., la destrucción de contaminantes orgánicos, patógenos y biofilm)»
• Cada nanoburbuja suele permanecer en suspensión durante meses antes de disolverse. Al desintegrarse, provocan directamente la lisis celular de los patógenos a través de la oxidación (intercambio de electrones).
• Además, las nanoburbujas crean condiciones que limitan el crecimiento de patógenos y algas. Es decir, las nanoburbujas aumentan significativamente el OD y el potencial de oxidación-reducción (ORP, una medida de la capacidad de oxidación) del agua de riego, lo que impide el crecimiento de patógenos al tiempo que promueve el crecimiento de microbios beneficiosos como las micorrizas. En una prueba independiente se descubrió que la tecnología de nanoburbujas de Moleaer proporciona la mayor tasa de transferencia de oxígeno probada en la industria de la aireación/infusión de gas (Dr. Michael Stenstrom, Universidad de California-Los Ángeles).
• La capacidad de oxidación natural de las nanoburbujas también degrada el biofilm y evita su acumulación. Como se ha mencionado, el biofilm está presente en la mayoría de las superficies en contacto frecuente con el agua y actúa como un refugio potencial para una gran variedad de patógenos de las raíces de las plantas. Por ejemplo, científicos de la Universidad de California y de la Universidad Agrícola de China descubrimiento reciente que las nanoburbujas controlan eficazmente la bioincrustación en las tuberías de riego. Son «perjudiciales para las interacciones mutualistas entre las especies microbianas, ya que desestabilizan la complejidad y el tamaño de la red [ecológica molecular]... disminuyen los polímeros extracelulares y la biomasa del biofilm».

Al analizar la capacidad de las nanoburbujas para superoxigenar el agua de riego, debemos recordar que el oxígeno en la zona radicular es un factor crítico que limita el crecimiento de las plantas y el rendimiento de los cultivos. Los elevados niveles de oxígeno en la zona radicular que se consiguen mediante el uso de nanoburbujas (>20 mg/l) hacen que las células de las raíces no vean limitada su tasa de absorción de agua y nutrientes, lo que se traduce en un crecimiento máximo de las plantas y el mayor rendimiento posible de los cultivos. En un estudio reciente isobre el arroz, «el tratamiento con nanoburbujas estimuló la síntesis de la hormona del crecimiento giberelina y aumentó los genes de absorción de nutrientes OsBT, PiT-1 y SKOR de las plantas, lo que resultó en una mayor absorción y utilización de nutrientes por las raíces». Llegaron a la conclusión de que las nanoburbujas «mejoran significativamente la altura de las plantas y la longitud de las raíces».

En un estudio reciente sobre la lechuga iceberg hidropónica, los científicos descubrieron que en los cultivos tratados con nanoburbujas, «las características morfológicas, la clorofila, el fenol, el contenido de flavonoides, los antioxidantes enzimáticos y no enzimáticos, el contenido de minerales y el oxígeno disuelto eran significativamente mayores».

Aumento de la calidad del agua de riego

Bux-Mont Hydroponics en Telford, Pensilvania, es una de los cientos de explotaciones de invernadero que han instalado un generador de nanoburbujas Moleaer para mejorar la calidad del agua mediante niveles de oxigenación más altos y una desinfección excepcional.

Bux-Mont cultiva lechugas con el método de cultivo en aguas profundas. El propietario, Tim Gehman, se decidió por un sistema de 0,2 m³/minuto y consiguió los resultados que esperaba.

«Los antiguos métodos de oxigenación de la solución nutritiva no son realmente tan eficaces», afirma. «La mayor parte del aire simplemente burbujea y no se asimila realmente en la solución... Queríamos acelerar el crecimiento con más ciclos de cultivo al año y disponer de agua saturada de oxígeno es fundamental». Después de empezar a utilizar las nanoburbujas, Bux-Mont redujo los ciclos de cultivo de cuatro a tres semanas, sin que hubiera signos de enfermedad en las raíces.

Gebroeders Koot, propietario de un invernadero de tomates con el mismo nombre en los Países Bajos, es otro productor de invernadero que ha registrado mejoras significativas en la calidad del agua gracias al uso de nanoburbujas de bajo impacto ambiental.

Explica que «las plantas deben estar en excelentes condiciones para poder ofrecer tomates de la mejor calidad y el mayor rendimiento posible. Ya conocemos muchos de los ingredientes necesarios para un crecimiento óptimo. Siempre he considerado que el oxígeno es un ingrediente clave para el éxito. Unos buenos niveles de oxígeno en el sustrato propician la sanidad de las raíces, lo que a su vez da lugar a la sanidad de los cultivos y a un sólido rendimiento. Cuando Moleaer me explicó las propiedades únicas de las nanoburbujas de oxígeno y me mostró lo que habían conseguido en muchos cultivos diferentes, quedé entusiasmado». Con la instalación de un generador de nanoburbujas Moleaer, se logra una saturación de oxígeno constante del 200 %, en comparación con el 20-70 % que se lograba anteriormente.

Koot añade que también había añadido bacterias y hongos beneficiosos para mejorar el rendimiento de los cultivos durante dos años antes de la instalación. «Sin embargo, desde que añadí los sistemas Moleaer, también he dejado de aplicar las bacterias y los hongos, ya que los niveles más altos de oxígeno dentro del sustrato están propiciando esa biología por sí misma de forma natural».

Los cultivos hidropónicos deben tener acceso a agua de riego de alta calidad para garantizar un crecimiento óptimo y un rendimiento máximo. La tecnología de las nanoburbujas es un método probado y establecido para abordar los dos aspectos principales de la calidad del agua, logrando un método rentable, de bajo impacto ambiental y natural de súper oxigenación del agua y una desinfección eficaz para prevenir continuamente las enfermedades.