mas info abajo pongo el enlace con la we sumamente inresante pedrodro creo que la clave esta cerquita:
¿SE ESTAN SOFOCANDO SUS PLANTAS?
La importancia del oxígeno en hidroponía.
El oxígeno disuelto es algunas veces el ingrediente que olvidamos en la solución nutritiva.
Lynette Morgan
Practical Hydroponics & Greenhouses No 52
INTRODUCCION
La pobre oxigenación y la inundación del sistema radicular, en hidroponía, raramente produce síntomas llamativos en el cultivo pero sí una disminución en el crecimiento y rendimiento. Mientras medimos cuidadosamente el cF (factor de conductividad eléctrica) y pH, pocos son los productores que miden los niveles de oxígeno disuelto (O2) en sus sistemas de producción.
La porosidad de muchos sustratos está bien documentada, lo cual indica al productor la cantidad de oxígeno que penetra desde el sustrato hasta la zona radicular; pero en los sistemas basados en NFT, los sustratos se descomponen o compactan debido a la poca aireación. El oxígeno es vital para el funcionamiento radicular y de la planta, muchos cultivos no reciben el máximo de oxigenación dentro del medio de cultivo o en soluciones NFT. Para asegurar que el cultivo no se “sofoque” por la carencia de oxígeno, primero es necesario comprender algunas características de este gas y cómo puede influenciar su presencia en el sistema radicular.
OXIGENO – UN REQUERIMIENTO ESENCIAL
El requerimiento de oxígeno por la planta se conoce desde 1968 y algunos estudios fueron escritos en la década de los 20’s (Clements, 1921). Sin embargo, no fue hasta el desarrollo de los sistemas hidropónicos comerciales, en particular el NFT, que se hicieron observaciones detalladas sobre el efecto del oxígeno disuelto en la solución, el cual se provee a las plantas con los nutrientes y el agua. El sistema radicular requiere oxígeno para la respiración aeróbica, un proceso esencial que libera la energía requerida para el crecimiento radicular.
Raíces saludables, con buen suministro de oxígeno, son capaces de absorber más selectivamente los iones de la solución. La energía metabólica que es requerida para este proceso es obtenida de la respiración radicular, la cual es inhibida por la falta de oxígeno. Puede haber una pérdida neta de iones en sistemas radiculares anaeróbicos (Jackson, 1980). A pesar de esto, las investigaciones han indicado que en NFT, una gran porción de raíces necesitan ser anaeróbicas antes que los brotes pierdan nitrógeno, fósforo y potasio via sistema radicular (Jackson, 1980). Sin embargo, hay una excepción que tiene mayor implicancia para una producción comercial y ésta es el calcio (Ca). El calcio, a diferencia de los otros nutrientes, es absorbido por los “ápices radiculares no suberizados” (puntos de crecimiento). El ápice radicular tiene una gran demanda de energía para la producción y crecimiento celular y, por lo tanto, es vulnerable a la carencia de oxígeno. Si las raíces apicales que están en incremento sufren una deficiencia de oxígeno , una escacez de calcio aparece más rápidamente en los brotes. Debido a que el calcio no se mueve rápidamente desde las partes más viejas a las más jóvenes, las regiones más sensibles serán los puntos de crecimiento con bajas tasas de transpiración (tales como los ápices de las hojas y frutos); esto produce desórdenes como quemadura de puntas (tip burn) y pudrición apical (blossom-end rot) y son más severos ante la falta de oxígeno.
Sin embargo, se ha demostrado que muchos cultivos comerciales pueden sobrevivir y producir en una solución con concentraciones de oxígeno más bajas que las del aire que rodea las hojas; el agotamiento de oxígeno en soluciones estancadas es tóxico para casi todas las plantas. Cuando no se detecta oxígeno en la zona radicular, entonces se dice que existe “anoxia” o condiciones “anaeróbicas”. En el reino vegetal pocas son las especies que pueden tolerar condiciones de anoxia, el más notable es el arroz y especies silvestres de ambientes húmedos. El mangle, por ejemplo, puede transportar oxígeno al sistema de raíces inundadas via raíces que crecen hacia arriba fuera del agua. Sin embargo, la mayoría de los cultivos no caen dentro de esta categoría y se producen efectos severos cuando los niveles de oxígeno son bajos. Aprender a reconocer los síntomas producidos por condiciones anaeróbicas (a nivel radicular) es importante para cualquiera que esté involucrado en hidroponía, los síntomas producidos por baja oxigenación frecuentemente son atribuidos a otras fuentes.
SINTOMAS DE LA FALTA DE OXIGENO
El daño por carencia o poca cantidad de oxígeno en la zona radicular tiene muchas formas, éstas difieren en la severidad entre especies. Frecuentemente, el primer signo de una inadecuada oxigenación es el marchitamiento de la planta durante el medio día, cuando los niveles de temperatura y luminosidad son los más altos.
La falta de oxígeno reduce la permeabilidad de las raíces al agua y habrá una acumulación de toxinas; así el agua y los minerales no pueden ser absorbidos en cantidades suficientes para el crecimiento bajo condiciones de estrés. Este marchitamiento está acompañado por una disminución en la fotosíntesis y transferencia de carbohidratos; por lo tanto el crecimiento de la planta es reducido y el rendimiento se verá afectado. Si la falta de oxigenación continua, las deficiencias comenzarán a manifestarse, las raíces morirán y la planta no desarrollará. Si las condiciones anaeróbicas continúan, se produce una hormona de estrés: el etileno , el cual se acumula en la raíces y sus células colapsan. Una vez que ha comenzado el deterioro de la raíz, provocado por la anaerobiosis, los patógenos oportunistas como el Pythium pueden entrar rápidamente a la planta y destruirla. Bajo condiciones de suministro de oxígeno marginal, aparentemente las plantas no sufren; sin embargo, el efecto en la absorción de agua y minerales y el transporte desde una zona radicular poco oxigenada puede producir un incremento de desórdenes fisiológicos en algunas especies tales como quemadura de puntas y pudrición apical.
Otro efecto de falta de oxígeno más visible y prolongado, el cual ocurre en cultivos inundados , es la hoja “epinástica”. Por la falta de oxígeno, las plantas son inducidas a incrementar la producción de etileno. La anaerobiosis del sistema radicular puede ser suficiente para elevar la síntesis de etileno en los brotes de tomate causando la epinastía (Bradford y Fa Yand, 1981). La epinastía es la curvatura hacia debajo de las hojas, lo que da a la planta una apariencia de marchitez. Si la falta de oxígeno continua y es severa habrá clorosis de las hojas (amarillamiento), abscisión prematura de hojas y flores. La hormona responsable del envejecimiento prematuro y abscisión de la hoja es el “ácido abscísico”, el cual se ha demostrado que está presente en grandes cantidades si la raíz está inundada (Jackson, 1980). En casos no severos, frecuentemente en plantas de tomate, se producen raíces adventicias en la parte inferior del tallo y una hinchazón en la base; la planta trata de sobrevivir en condiciones inferiores a las ideales. En tomate, si el estancamiento del agua continua, se formarán raíces adventicias en la parte inferior del tallo y alrededor de la parte superior del sistema radicular (sobre la línea de agua o condiciones de inundación), en un intento de regenerar un sistema radicular que está parcialmente muerto. De esta forma, las plantas pueden “recuperarse” del estancamiento de agua y continuar creciendo.
Los niveles de oxígeno en este cultivo de tomate varía desde 4,5 % en el inicio del canal y cae a 1,8 % en la última planta de la hilera a una temperatura de 20oC.
Los niveles de oxígeno en este cultivo de tomate varía desde 4,5 % en el inicio del canal y cae a 1,8 % en la última planta de la hilera a una temperatura de 20oC.
Frecuentemente el examinar la raíz no es un buen indicador si la planta está sufriendo de falta de oxígeno. Examinando la masa radicular en un canal de NFT, es posible ver cuanto del sistema radicular está realmente sumergido y que porción está sobre el nivel de la solución, pero la salud del sistema radicular puede ser difícil de determinar. Algunas veces el productor asume que una masa de raíces blancas y gruesa es signo de buena salud; sin embargo, una masa de raíces marrones y delgadas en un cultivo casi maduro es normal y no necesariamente significa enfermedad o falta de oxígeno.
Un cultivo maduro de lechuga en NFT en invernadero con excelente nivel de oxígeno en todos los puntos alrededor del sistema hidropónico.
En una planta de tomate con crecimiento vegetativo, se forma rápidamente una masa radicular de 2 a 3 cm de profundidad extendiéndose en el fondo del canal. En cultivos de largo periodo vegetativo como el tomate y pepinillo, esta condición no es continua. Una vez que la planta comienza a florear, las raíces se tornan ligeramente oscuras y algunas mueren. Este patrón de muerte progresiva ha sido ampliamente reportado como la secuencia normal del crecimiento del tomate cultivado en el suelo y otras especies. Conforme pasa el tiempo, nuevas raíces crecen rápidamente pero esta pérdida de raíces y cambio de apariencia es común pero no es necesariamente un resultado de la falta de oxígeno, aunque las condiciones anaeróbicas lo empeora (Hurd, 1978).
¿DE DONDE OBTIENEN EL OXIGENO LAS RAICES?
Normalmente asumimos que las raíces de un sistema NFT obtienen oxígeno de la solución nutritiva y quizás algo del aire donde la masa de raíces no está sumergida. En una situación ideal de NFT se tiene una película delgada de solución (1 mm) fluyendo a lo largo del canal, esto permite que la mayor parte de raíz se situe sobre el líquido. Las raíces expuestas a la humedad del aire pueden utilizar el oxígeno del aire como éste se difunde desde el aire a la delgada película de agua sobre la superficie externa de la raíz.
Mientras que este es el objetivo del NFT, raramente esto ocurre en sistemas comerciales, en canales que tienen plantas maduras con una gruesa masa radicular. Conforme la masa radicular aumenta de tamaño, longitud y densidad, el flujo de nutrientes se vuelve más lento y la altura del líquido aumenta, particularmente en canales más largos. Existen muchos cultivos con muy buenos rendimientos, en los cuales realmente tienen un flujo profundo de solución y una gruesa masa radicular dentro del canal. La pélicula de nutrientes ideal se mantiene por pocas semanas, con plantas jóvenes, pero rápidamente tiende a volverse más gruesa conforme los canales se llenan de raíces. Este tipo de flujo profundo parece ser igual de ideal para condiciones de sofocación de la raíz; sin embargo, este no es el caso, muchos cultivos son DFT (Deep Flow Technique, técinca de flujo profundo).
Las raíces de las plantas pueden absorber oxígeno de la interfase aire-agua lo cual ocurre en las raíces que se encuentran en la parte superior de la masa radicular, los sistemas radiculares tienen la habilidad de “especializarse”. Esta situación existe en raíces expuestas a la humedad del aire, las cuales son altamente eficientes para absorber oxígeno de ese medio y las raíces sumergidas son también eficientes utilizando el oxígeno disuelto (también en concentraciones muy bajas) contenido en la solución. La presencia de raíces en la parte superior o en el cubo de propagación, que se mantiene sobre el nivel de la solución nutritiva, incrementa el crecimiento de la raíz así como la absorción de nutrientes y agua. Si estas raíces aéreas especializadas son sumergidas súbitamente en la solución nutritiva, el crecimiento y funcionamiento de la raíz se reducirá. Una investigación encontró que si las raíces superiores se sumergen y las inferiores se exponen al aire, ocurre rapidamente un marchitamiento y reducción en el crecimiento de la planta (Hurd, 1978).
Además existen otras fuentes de oxígeno. Primero, el oxígeno puede ser transportado dentro de la planta, la parte superior de la planta tiene acceso al oxígeno del aire y éste puede ser transportado hacia las raíces en caso de estrés. Segundo, bajo condiciones de un inadecuado suministro de oxígeno externo, las tasas de absorción de nitrato y su reducción del tejido radicular tiende a aumentar, lo que provee una fuente interna de oxígeno atómico el cual puede ser utilizado en procesos metabólicos sustituyendo al oxígeno externo (Gilbert y Shive, 1942). El oxígeno es liberado cuando las plantas reducen los iones nitrato absorbidos y este oxígeno está disponible para ser utilizado por las células vegetales (Pepkowitz y Shive, 1944).
Sin embargo, las fuentes de oxígeno interno por sí solas son a corto plazo y no pueden proveer la suficiente cantidad de oxígeno requerido para sostener un buen crecimiento. Esto problamente lo han desarrollado plantas que sufren breves periodos de estancamiento de agua en el suelo y no pueden proveer a largo plazo una solución a sus requerimientos de oxígeno. Son los pastos y SEDGES con sus tallos huecos capaces de transportar oxígeno desde las hojas hacia las raíces durante las inundaciones; esta es la razón por la cual muchos de ellos son tolerantes a las inundaciones que muchos de nuestros cultivos comerciales.
LA DINAMICA DEL OXIGENO EN SOLUCIONES NFT
Las soluciones nutritivas ofrecen oxígeno y agua a las plantas. Si el sistema radicular está rodeado sólo por un flujo de aire, la oxigenación será plena debido a que la atmósfera contiene excelentes niveles de este gas. Sin embargo, las raíces tambien requieren agua y ésta es desafortunadamente una barrera efectiva para la difusión de gases como el oxígeno, CO2 y etileno; estos gases se mueven 12 000 veces más lento en el agua que en el aire.
En el suelo o en un medio, el balance entre los poros que están llenos de agua o aire determinan cuan aireada están las raíces. Si aproximadamente el 15% o más del medio contiene aire y poros interconectados, la aireación será la adecuada. En la práctica, la pérdida de la estructura del medio ocurre con el tiempo y la falta de oxígeno es común en sustratos base de los sistemas NFT ó DFT. También la mayor parte de la raíz está sumergida y es la mayor barrera para el movimiento gaseoso entre las raíces y el aire. Raíces gruesas también son más vulnerables a la falta de oxígeno, ellas consumen más O2 pero tienen menor área superficial para la absorción de gases. Si la aireación no es adecuada para un sistema radicular, gases tales como el etileno y CO2 que son productos de deshecho producidos por las raíces no pueden difundirse y se acumulan en la zona radicular.
Si observamos un típico canal de NFT con un cultivo maduro de tomate, podemos ver cuán fácil se agotan los niveles de oxígeno sobre todo bajo condiciones cálidas. Un sistema radicular de una planta de tomate madura necesita alrededor de 20 ml de oxígeno por hora para funcionar efectivamente. Si el flujo promedio de la solución es de 1-2 litros por minuto, el suministro de oxígeno se agotaría en 20-40 plantas (Hurt, 1978). Se asumen que todas las raíces están sumergidas y que la solución nutritiva no absorbe oxígeno del aire cuando atraviesa el canal. Sin embargo, esta suposiciones no son del todo correctas, en realidad la raíz no está totalmente sumergida y tiene cierto porcentaje sobre el flujo de nutrientes y es capaz de absober oxígeno de la atmósfera por difusión a través de la película de humedad que cubre las raíces. Cuánto del sistema radicular está realmente sumergido, depende de la pendiente, el ancho del canal y el efecto perjudicial para la raíz. El oxígeno es absorbido conforme la solución atraviesa el canal, aunque la extensión depende del flujo promedio y el grado de turbulencia de la solución.
Dentro del canal y de la masa radicular hay varias zonas que difieren en flujo, contenido y uso de oxígeno. Una vez que la planta se ha establecido cubriendo la base del canal, el libre movimiento de la solución tiende a fluir por los bordes de la masa radicular, esto frecuentemente conduce a tener parches de agua estancada. Los investigadores han reportado que canales con pendientes de 1 en 50, las áreas estancadas son menores que en canales con menor pendiente (Hurt, 1987). Con canales con una pendiente de 1 en 100, las áreas con estancamientos de solución son más comunes.
OXIGENACION EN EL DFT (Técina de Flujo Profundo)
El sistema de flujo profundo (DFT) difiere del NFT en que la altura de la solución es mayor y se mantiene todo el tiempo y puede ser en un sistema de flujo o no. Soluciones profundas tiene un mayor requerimiento de oxígeno y éste debe ser introducido manualmente ya que el sistema radicular se encuentra sumergido totalmente. Frecuentemente se inyecta aire a la solución o se introduce nutrientes frescos a intervalos regulares a lo largo de las camas de cultivo. Un estudio reportó que el agotamiento del oxígeno en la solución en un DFT está en función a la distancia del punto de aireación, así las plantas que estuvieron lejos de la fuente de aireación tuvieron menores niveles de oxígeno (Zeroni et al, 1983).
¿QUÉ AFECTA AL CONTENIDO DE OXIGENO DE LA SOLUCION?
Existen muchos factores que afectan el balance de oxígeno de la solución nutritiva, estos incluyen: la temperatura, la actividad metabólica del sistema radicular, el efecto de microorganismos y algas, manejo de la solución, introducción deliberada de oxígeno atmosférico y la tasa a la cual el oxígeno puede difundirse en la solución.
El oxígeno y otros gases son solubles en agua, aunque en el agua saturada sólo una pequeña cantidad de oxígeno gaseoso estará disuelto en la solución nutritiva. El agua pura (sin nutrientes) está en equilibrio con el aire que contiene alrededor de 9-10 ppm (mg/l) de oxígeno disuelto a 20°C. Esta capacidad de transporte de oxígeno se reduce en presencia de sales, aunque los rangos de concentración de cF en los cuales se cultiva no tiene un gran efecto (sólo reduce la solubilidad del oxígeno en 0.2-0.4%). En la naturaleza, el agua fría y fresca de los riachuelos tiene la habilidad de transportar más oxígeno que el agua de mar que contiene más sales.
Más importante es el efecto de la temperatura sobre el potencial de la capacidad de transporte de oxígeno de la solución nutritiva. Conforme se incrementa la temperatura, la cantidad de oxígeno disuelto decae rápidamente y esto tiene grandes implicancias para los sistemas hidropónicos. Un incremento en la temperatura de la solución nutritiva de 20°C a 30°C reduce el contenido de oxígeno del agua saturada por el aire de 9.62 ppm a 7.8 ppm (mg/l). Combinado a esto, estas temperaturas más altas incrementan al doble la tasa de respiración del sistema radicular por cada 10°C que se incrementa la temperatura hasta 30°C; por lo tanto, podemos tener la siguiente situación: la temperatura se incrementa de 20°C a 30°C en una tarda calurosa, un cultivo maduro y un sistema radicular grande. Los requerimientos de oxígeno son el doble, mientras que la capacidad de transporte de oxígeno decae al 20%, esto significa que el oxígeno en la solución se agota más rápido y la planta puede sufrir falta de oxígeno por algún tiempo.
Plantas de zucchini en NFT. Las plantas al final del canal experimentaron un marchitamiento cuando la temperatura de la solución fue 34oC; el contenido de oxígeno en la última planta fue 0 ppm.
Este problema de baja oxigenación a altas temperaturas y un incremento en los requerimientos de la raíz, también puede ser exacerbado por la presencia de microorganismos en la solución y que compiten con las raíces por el oxígeno. Prácticamente todos los sistemas hidropónicos tienen una gran población de microorganismos, la mayoría son inofensivos o benéficos pero algunos no lo son. Sin embargo, los sistemas saludables contienen un balance de microorganismos que viven sobre la materia orgánica de la solución. Esta materia orgánica está en forma de carbono respirable que puede derivar de raíces muertas o heridas y también de raíces saludables que pueden exudar hasta un 18% de productos fotosintéticos (Jackson, 1980). Estos microorganismos compiten con las raíces por oxígeno. El oxígeno utilizado por los microorganismos es sólo una fracción de lo que requiere la masa radicular saludable y la competencia es realmente pequeña (ver Cuadro 1).
Cuadro 1: Cálculos del suministro y consumo de oxígeno en una solución NFT a varias temperaturas en una planta de tomate en floración del primer racimo.
Temperatura °C
10°
15°
20°
25°
30°
Volumen de la solución por planta -litro (l)
2
2
2
2
2
Peso fresco de las raíces por planta (g)
200
200
200
200
200
Consumo de oxígeno por las raíces
46 mg planta-1 h-1
65
92
129
184
Consumo de oxígeno por los microorganismos en la solución
0.4
0.6
0.8
1.1
1.6
Consumo total de oxígeno
46.4 planta +
65.6microorgnismos
92.8 mg h-1
130.1
185.6
Contenido de oxígeno en una solución bien aireada
22.8 mg planta-1
20.4
18.6
17.0
15.6
Tasa de reemplazo de oxígeno requerido h-1
2.0
3.2
5.0
7.7
12.0
El Cuadro 1 muestra la importancia de la temperatura de la solución nutritiva. A 10°C, el oxígeno contenido en la solución requiere que se renueve dos veces por hora y a 30°C doce veces por hora. Esto significa que no podemos hacer que la solución contenga más oxígeno a niveles de saturación, entonces la única opción disponible es asegurar que los flujos promedio en cada canal sean suficientes y que la solución sea renovada con la frecuencia requerida por hora para que los niveles de oxígeno no decaigan para arriesgar las plantas. Incrementar los flujos promedio conforme la temperatura aumenta es una forma pero no es realmente práctico en un sistema comercial. Una mejor opción es asegurar que las tasas de flujo sean lo suficientemente altas para soportar los requerimientos de renovación de oxígeno durante las horas más cálidas del día.
Muchas perforaciones finas crean una excelente reoxigenación del tanque de nutrientes.
A pesar de tener acceso a los datos presentados en el Cuadro 1, la única forma exacta para probar la adecuada oxigenación, en cualquier sistema hidropónico, es medir los niveles de O2 disuelto con el uso de un medidor portátil. Los investigadores han demostrado que a bajos flujos de nutrientes (menos de 2 litros por minuto), las concentraciones pueden caer sustancialmente , este es otro factor que se debe tomar en cuenta cuando observamos las lecturas de oxígeno en un sistema hidropónico.
Los microorganismos no son la única forma de vida presente en la solución nutritiva. Las algas contienen clorofila (pigmento verde) y realizan fotosíntesis en presencia de luz, este proceso libera oxígeno en la solución. Mientras que en hidroponía apuntamos a preveer la penetración de la luz y así el crecimiento de algas, muchos sistemas tienen algas en cierto grado. Parace ser que el tener algas en la solución y en presencia de luz enriquece la solución. El mismo efecto ocurre en ecosistemas naturales que tienen un gran número de algas y plantas acuáticas, los niveles de oxígeno disuelto son altos durante el día cuando las plantas están fotosintetizando pero decae rápidamente en la noche y a niveles muy bajos antes del amanecer. A parte de otros problemas que pueden causar las algas, el agotamiento del oxígeno durante la noche significa que grandes poblaciones no son deseadas en ningín sistema hidropónico.
INFO SACADA DE: http://www.lamolina.edu.pe/hidroponia/boletin11.htm#Artículos%20Científicos
UN SALUDO COMPAÑEROS
¿SE ESTAN SOFOCANDO SUS PLANTAS?
La importancia del oxígeno en hidroponía.
El oxígeno disuelto es algunas veces el ingrediente que olvidamos en la solución nutritiva.
Lynette Morgan
Practical Hydroponics & Greenhouses No 52
INTRODUCCION
La pobre oxigenación y la inundación del sistema radicular, en hidroponía, raramente produce síntomas llamativos en el cultivo pero sí una disminución en el crecimiento y rendimiento. Mientras medimos cuidadosamente el cF (factor de conductividad eléctrica) y pH, pocos son los productores que miden los niveles de oxígeno disuelto (O2) en sus sistemas de producción.
La porosidad de muchos sustratos está bien documentada, lo cual indica al productor la cantidad de oxígeno que penetra desde el sustrato hasta la zona radicular; pero en los sistemas basados en NFT, los sustratos se descomponen o compactan debido a la poca aireación. El oxígeno es vital para el funcionamiento radicular y de la planta, muchos cultivos no reciben el máximo de oxigenación dentro del medio de cultivo o en soluciones NFT. Para asegurar que el cultivo no se “sofoque” por la carencia de oxígeno, primero es necesario comprender algunas características de este gas y cómo puede influenciar su presencia en el sistema radicular.
OXIGENO – UN REQUERIMIENTO ESENCIAL
El requerimiento de oxígeno por la planta se conoce desde 1968 y algunos estudios fueron escritos en la década de los 20’s (Clements, 1921). Sin embargo, no fue hasta el desarrollo de los sistemas hidropónicos comerciales, en particular el NFT, que se hicieron observaciones detalladas sobre el efecto del oxígeno disuelto en la solución, el cual se provee a las plantas con los nutrientes y el agua. El sistema radicular requiere oxígeno para la respiración aeróbica, un proceso esencial que libera la energía requerida para el crecimiento radicular.
Raíces saludables, con buen suministro de oxígeno, son capaces de absorber más selectivamente los iones de la solución. La energía metabólica que es requerida para este proceso es obtenida de la respiración radicular, la cual es inhibida por la falta de oxígeno. Puede haber una pérdida neta de iones en sistemas radiculares anaeróbicos (Jackson, 1980). A pesar de esto, las investigaciones han indicado que en NFT, una gran porción de raíces necesitan ser anaeróbicas antes que los brotes pierdan nitrógeno, fósforo y potasio via sistema radicular (Jackson, 1980). Sin embargo, hay una excepción que tiene mayor implicancia para una producción comercial y ésta es el calcio (Ca). El calcio, a diferencia de los otros nutrientes, es absorbido por los “ápices radiculares no suberizados” (puntos de crecimiento). El ápice radicular tiene una gran demanda de energía para la producción y crecimiento celular y, por lo tanto, es vulnerable a la carencia de oxígeno. Si las raíces apicales que están en incremento sufren una deficiencia de oxígeno , una escacez de calcio aparece más rápidamente en los brotes. Debido a que el calcio no se mueve rápidamente desde las partes más viejas a las más jóvenes, las regiones más sensibles serán los puntos de crecimiento con bajas tasas de transpiración (tales como los ápices de las hojas y frutos); esto produce desórdenes como quemadura de puntas (tip burn) y pudrición apical (blossom-end rot) y son más severos ante la falta de oxígeno.
Sin embargo, se ha demostrado que muchos cultivos comerciales pueden sobrevivir y producir en una solución con concentraciones de oxígeno más bajas que las del aire que rodea las hojas; el agotamiento de oxígeno en soluciones estancadas es tóxico para casi todas las plantas. Cuando no se detecta oxígeno en la zona radicular, entonces se dice que existe “anoxia” o condiciones “anaeróbicas”. En el reino vegetal pocas son las especies que pueden tolerar condiciones de anoxia, el más notable es el arroz y especies silvestres de ambientes húmedos. El mangle, por ejemplo, puede transportar oxígeno al sistema de raíces inundadas via raíces que crecen hacia arriba fuera del agua. Sin embargo, la mayoría de los cultivos no caen dentro de esta categoría y se producen efectos severos cuando los niveles de oxígeno son bajos. Aprender a reconocer los síntomas producidos por condiciones anaeróbicas (a nivel radicular) es importante para cualquiera que esté involucrado en hidroponía, los síntomas producidos por baja oxigenación frecuentemente son atribuidos a otras fuentes.
SINTOMAS DE LA FALTA DE OXIGENO
El daño por carencia o poca cantidad de oxígeno en la zona radicular tiene muchas formas, éstas difieren en la severidad entre especies. Frecuentemente, el primer signo de una inadecuada oxigenación es el marchitamiento de la planta durante el medio día, cuando los niveles de temperatura y luminosidad son los más altos.
La falta de oxígeno reduce la permeabilidad de las raíces al agua y habrá una acumulación de toxinas; así el agua y los minerales no pueden ser absorbidos en cantidades suficientes para el crecimiento bajo condiciones de estrés. Este marchitamiento está acompañado por una disminución en la fotosíntesis y transferencia de carbohidratos; por lo tanto el crecimiento de la planta es reducido y el rendimiento se verá afectado. Si la falta de oxigenación continua, las deficiencias comenzarán a manifestarse, las raíces morirán y la planta no desarrollará. Si las condiciones anaeróbicas continúan, se produce una hormona de estrés: el etileno , el cual se acumula en la raíces y sus células colapsan. Una vez que ha comenzado el deterioro de la raíz, provocado por la anaerobiosis, los patógenos oportunistas como el Pythium pueden entrar rápidamente a la planta y destruirla. Bajo condiciones de suministro de oxígeno marginal, aparentemente las plantas no sufren; sin embargo, el efecto en la absorción de agua y minerales y el transporte desde una zona radicular poco oxigenada puede producir un incremento de desórdenes fisiológicos en algunas especies tales como quemadura de puntas y pudrición apical.
Otro efecto de falta de oxígeno más visible y prolongado, el cual ocurre en cultivos inundados , es la hoja “epinástica”. Por la falta de oxígeno, las plantas son inducidas a incrementar la producción de etileno. La anaerobiosis del sistema radicular puede ser suficiente para elevar la síntesis de etileno en los brotes de tomate causando la epinastía (Bradford y Fa Yand, 1981). La epinastía es la curvatura hacia debajo de las hojas, lo que da a la planta una apariencia de marchitez. Si la falta de oxígeno continua y es severa habrá clorosis de las hojas (amarillamiento), abscisión prematura de hojas y flores. La hormona responsable del envejecimiento prematuro y abscisión de la hoja es el “ácido abscísico”, el cual se ha demostrado que está presente en grandes cantidades si la raíz está inundada (Jackson, 1980). En casos no severos, frecuentemente en plantas de tomate, se producen raíces adventicias en la parte inferior del tallo y una hinchazón en la base; la planta trata de sobrevivir en condiciones inferiores a las ideales. En tomate, si el estancamiento del agua continua, se formarán raíces adventicias en la parte inferior del tallo y alrededor de la parte superior del sistema radicular (sobre la línea de agua o condiciones de inundación), en un intento de regenerar un sistema radicular que está parcialmente muerto. De esta forma, las plantas pueden “recuperarse” del estancamiento de agua y continuar creciendo.
Los niveles de oxígeno en este cultivo de tomate varía desde 4,5 % en el inicio del canal y cae a 1,8 % en la última planta de la hilera a una temperatura de 20oC.
Los niveles de oxígeno en este cultivo de tomate varía desde 4,5 % en el inicio del canal y cae a 1,8 % en la última planta de la hilera a una temperatura de 20oC.
Frecuentemente el examinar la raíz no es un buen indicador si la planta está sufriendo de falta de oxígeno. Examinando la masa radicular en un canal de NFT, es posible ver cuanto del sistema radicular está realmente sumergido y que porción está sobre el nivel de la solución, pero la salud del sistema radicular puede ser difícil de determinar. Algunas veces el productor asume que una masa de raíces blancas y gruesa es signo de buena salud; sin embargo, una masa de raíces marrones y delgadas en un cultivo casi maduro es normal y no necesariamente significa enfermedad o falta de oxígeno.
Un cultivo maduro de lechuga en NFT en invernadero con excelente nivel de oxígeno en todos los puntos alrededor del sistema hidropónico.
En una planta de tomate con crecimiento vegetativo, se forma rápidamente una masa radicular de 2 a 3 cm de profundidad extendiéndose en el fondo del canal. En cultivos de largo periodo vegetativo como el tomate y pepinillo, esta condición no es continua. Una vez que la planta comienza a florear, las raíces se tornan ligeramente oscuras y algunas mueren. Este patrón de muerte progresiva ha sido ampliamente reportado como la secuencia normal del crecimiento del tomate cultivado en el suelo y otras especies. Conforme pasa el tiempo, nuevas raíces crecen rápidamente pero esta pérdida de raíces y cambio de apariencia es común pero no es necesariamente un resultado de la falta de oxígeno, aunque las condiciones anaeróbicas lo empeora (Hurd, 1978).
¿DE DONDE OBTIENEN EL OXIGENO LAS RAICES?
Normalmente asumimos que las raíces de un sistema NFT obtienen oxígeno de la solución nutritiva y quizás algo del aire donde la masa de raíces no está sumergida. En una situación ideal de NFT se tiene una película delgada de solución (1 mm) fluyendo a lo largo del canal, esto permite que la mayor parte de raíz se situe sobre el líquido. Las raíces expuestas a la humedad del aire pueden utilizar el oxígeno del aire como éste se difunde desde el aire a la delgada película de agua sobre la superficie externa de la raíz.
Mientras que este es el objetivo del NFT, raramente esto ocurre en sistemas comerciales, en canales que tienen plantas maduras con una gruesa masa radicular. Conforme la masa radicular aumenta de tamaño, longitud y densidad, el flujo de nutrientes se vuelve más lento y la altura del líquido aumenta, particularmente en canales más largos. Existen muchos cultivos con muy buenos rendimientos, en los cuales realmente tienen un flujo profundo de solución y una gruesa masa radicular dentro del canal. La pélicula de nutrientes ideal se mantiene por pocas semanas, con plantas jóvenes, pero rápidamente tiende a volverse más gruesa conforme los canales se llenan de raíces. Este tipo de flujo profundo parece ser igual de ideal para condiciones de sofocación de la raíz; sin embargo, este no es el caso, muchos cultivos son DFT (Deep Flow Technique, técinca de flujo profundo).
Las raíces de las plantas pueden absorber oxígeno de la interfase aire-agua lo cual ocurre en las raíces que se encuentran en la parte superior de la masa radicular, los sistemas radiculares tienen la habilidad de “especializarse”. Esta situación existe en raíces expuestas a la humedad del aire, las cuales son altamente eficientes para absorber oxígeno de ese medio y las raíces sumergidas son también eficientes utilizando el oxígeno disuelto (también en concentraciones muy bajas) contenido en la solución. La presencia de raíces en la parte superior o en el cubo de propagación, que se mantiene sobre el nivel de la solución nutritiva, incrementa el crecimiento de la raíz así como la absorción de nutrientes y agua. Si estas raíces aéreas especializadas son sumergidas súbitamente en la solución nutritiva, el crecimiento y funcionamiento de la raíz se reducirá. Una investigación encontró que si las raíces superiores se sumergen y las inferiores se exponen al aire, ocurre rapidamente un marchitamiento y reducción en el crecimiento de la planta (Hurd, 1978).
Además existen otras fuentes de oxígeno. Primero, el oxígeno puede ser transportado dentro de la planta, la parte superior de la planta tiene acceso al oxígeno del aire y éste puede ser transportado hacia las raíces en caso de estrés. Segundo, bajo condiciones de un inadecuado suministro de oxígeno externo, las tasas de absorción de nitrato y su reducción del tejido radicular tiende a aumentar, lo que provee una fuente interna de oxígeno atómico el cual puede ser utilizado en procesos metabólicos sustituyendo al oxígeno externo (Gilbert y Shive, 1942). El oxígeno es liberado cuando las plantas reducen los iones nitrato absorbidos y este oxígeno está disponible para ser utilizado por las células vegetales (Pepkowitz y Shive, 1944).
Sin embargo, las fuentes de oxígeno interno por sí solas son a corto plazo y no pueden proveer la suficiente cantidad de oxígeno requerido para sostener un buen crecimiento. Esto problamente lo han desarrollado plantas que sufren breves periodos de estancamiento de agua en el suelo y no pueden proveer a largo plazo una solución a sus requerimientos de oxígeno. Son los pastos y SEDGES con sus tallos huecos capaces de transportar oxígeno desde las hojas hacia las raíces durante las inundaciones; esta es la razón por la cual muchos de ellos son tolerantes a las inundaciones que muchos de nuestros cultivos comerciales.
LA DINAMICA DEL OXIGENO EN SOLUCIONES NFT
Las soluciones nutritivas ofrecen oxígeno y agua a las plantas. Si el sistema radicular está rodeado sólo por un flujo de aire, la oxigenación será plena debido a que la atmósfera contiene excelentes niveles de este gas. Sin embargo, las raíces tambien requieren agua y ésta es desafortunadamente una barrera efectiva para la difusión de gases como el oxígeno, CO2 y etileno; estos gases se mueven 12 000 veces más lento en el agua que en el aire.
En el suelo o en un medio, el balance entre los poros que están llenos de agua o aire determinan cuan aireada están las raíces. Si aproximadamente el 15% o más del medio contiene aire y poros interconectados, la aireación será la adecuada. En la práctica, la pérdida de la estructura del medio ocurre con el tiempo y la falta de oxígeno es común en sustratos base de los sistemas NFT ó DFT. También la mayor parte de la raíz está sumergida y es la mayor barrera para el movimiento gaseoso entre las raíces y el aire. Raíces gruesas también son más vulnerables a la falta de oxígeno, ellas consumen más O2 pero tienen menor área superficial para la absorción de gases. Si la aireación no es adecuada para un sistema radicular, gases tales como el etileno y CO2 que son productos de deshecho producidos por las raíces no pueden difundirse y se acumulan en la zona radicular.
Si observamos un típico canal de NFT con un cultivo maduro de tomate, podemos ver cuán fácil se agotan los niveles de oxígeno sobre todo bajo condiciones cálidas. Un sistema radicular de una planta de tomate madura necesita alrededor de 20 ml de oxígeno por hora para funcionar efectivamente. Si el flujo promedio de la solución es de 1-2 litros por minuto, el suministro de oxígeno se agotaría en 20-40 plantas (Hurt, 1978). Se asumen que todas las raíces están sumergidas y que la solución nutritiva no absorbe oxígeno del aire cuando atraviesa el canal. Sin embargo, esta suposiciones no son del todo correctas, en realidad la raíz no está totalmente sumergida y tiene cierto porcentaje sobre el flujo de nutrientes y es capaz de absober oxígeno de la atmósfera por difusión a través de la película de humedad que cubre las raíces. Cuánto del sistema radicular está realmente sumergido, depende de la pendiente, el ancho del canal y el efecto perjudicial para la raíz. El oxígeno es absorbido conforme la solución atraviesa el canal, aunque la extensión depende del flujo promedio y el grado de turbulencia de la solución.
Dentro del canal y de la masa radicular hay varias zonas que difieren en flujo, contenido y uso de oxígeno. Una vez que la planta se ha establecido cubriendo la base del canal, el libre movimiento de la solución tiende a fluir por los bordes de la masa radicular, esto frecuentemente conduce a tener parches de agua estancada. Los investigadores han reportado que canales con pendientes de 1 en 50, las áreas estancadas son menores que en canales con menor pendiente (Hurt, 1987). Con canales con una pendiente de 1 en 100, las áreas con estancamientos de solución son más comunes.
OXIGENACION EN EL DFT (Técina de Flujo Profundo)
El sistema de flujo profundo (DFT) difiere del NFT en que la altura de la solución es mayor y se mantiene todo el tiempo y puede ser en un sistema de flujo o no. Soluciones profundas tiene un mayor requerimiento de oxígeno y éste debe ser introducido manualmente ya que el sistema radicular se encuentra sumergido totalmente. Frecuentemente se inyecta aire a la solución o se introduce nutrientes frescos a intervalos regulares a lo largo de las camas de cultivo. Un estudio reportó que el agotamiento del oxígeno en la solución en un DFT está en función a la distancia del punto de aireación, así las plantas que estuvieron lejos de la fuente de aireación tuvieron menores niveles de oxígeno (Zeroni et al, 1983).
¿QUÉ AFECTA AL CONTENIDO DE OXIGENO DE LA SOLUCION?
Existen muchos factores que afectan el balance de oxígeno de la solución nutritiva, estos incluyen: la temperatura, la actividad metabólica del sistema radicular, el efecto de microorganismos y algas, manejo de la solución, introducción deliberada de oxígeno atmosférico y la tasa a la cual el oxígeno puede difundirse en la solución.
El oxígeno y otros gases son solubles en agua, aunque en el agua saturada sólo una pequeña cantidad de oxígeno gaseoso estará disuelto en la solución nutritiva. El agua pura (sin nutrientes) está en equilibrio con el aire que contiene alrededor de 9-10 ppm (mg/l) de oxígeno disuelto a 20°C. Esta capacidad de transporte de oxígeno se reduce en presencia de sales, aunque los rangos de concentración de cF en los cuales se cultiva no tiene un gran efecto (sólo reduce la solubilidad del oxígeno en 0.2-0.4%). En la naturaleza, el agua fría y fresca de los riachuelos tiene la habilidad de transportar más oxígeno que el agua de mar que contiene más sales.
Más importante es el efecto de la temperatura sobre el potencial de la capacidad de transporte de oxígeno de la solución nutritiva. Conforme se incrementa la temperatura, la cantidad de oxígeno disuelto decae rápidamente y esto tiene grandes implicancias para los sistemas hidropónicos. Un incremento en la temperatura de la solución nutritiva de 20°C a 30°C reduce el contenido de oxígeno del agua saturada por el aire de 9.62 ppm a 7.8 ppm (mg/l). Combinado a esto, estas temperaturas más altas incrementan al doble la tasa de respiración del sistema radicular por cada 10°C que se incrementa la temperatura hasta 30°C; por lo tanto, podemos tener la siguiente situación: la temperatura se incrementa de 20°C a 30°C en una tarda calurosa, un cultivo maduro y un sistema radicular grande. Los requerimientos de oxígeno son el doble, mientras que la capacidad de transporte de oxígeno decae al 20%, esto significa que el oxígeno en la solución se agota más rápido y la planta puede sufrir falta de oxígeno por algún tiempo.
Plantas de zucchini en NFT. Las plantas al final del canal experimentaron un marchitamiento cuando la temperatura de la solución fue 34oC; el contenido de oxígeno en la última planta fue 0 ppm.
Este problema de baja oxigenación a altas temperaturas y un incremento en los requerimientos de la raíz, también puede ser exacerbado por la presencia de microorganismos en la solución y que compiten con las raíces por el oxígeno. Prácticamente todos los sistemas hidropónicos tienen una gran población de microorganismos, la mayoría son inofensivos o benéficos pero algunos no lo son. Sin embargo, los sistemas saludables contienen un balance de microorganismos que viven sobre la materia orgánica de la solución. Esta materia orgánica está en forma de carbono respirable que puede derivar de raíces muertas o heridas y también de raíces saludables que pueden exudar hasta un 18% de productos fotosintéticos (Jackson, 1980). Estos microorganismos compiten con las raíces por oxígeno. El oxígeno utilizado por los microorganismos es sólo una fracción de lo que requiere la masa radicular saludable y la competencia es realmente pequeña (ver Cuadro 1).
Cuadro 1: Cálculos del suministro y consumo de oxígeno en una solución NFT a varias temperaturas en una planta de tomate en floración del primer racimo.
Temperatura °C
10°
15°
20°
25°
30°
Volumen de la solución por planta -litro (l)
2
2
2
2
2
Peso fresco de las raíces por planta (g)
200
200
200
200
200
Consumo de oxígeno por las raíces
46 mg planta-1 h-1
65
92
129
184
Consumo de oxígeno por los microorganismos en la solución
0.4
0.6
0.8
1.1
1.6
Consumo total de oxígeno
46.4 planta +
65.6microorgnismos
92.8 mg h-1
130.1
185.6
Contenido de oxígeno en una solución bien aireada
22.8 mg planta-1
20.4
18.6
17.0
15.6
Tasa de reemplazo de oxígeno requerido h-1
2.0
3.2
5.0
7.7
12.0
El Cuadro 1 muestra la importancia de la temperatura de la solución nutritiva. A 10°C, el oxígeno contenido en la solución requiere que se renueve dos veces por hora y a 30°C doce veces por hora. Esto significa que no podemos hacer que la solución contenga más oxígeno a niveles de saturación, entonces la única opción disponible es asegurar que los flujos promedio en cada canal sean suficientes y que la solución sea renovada con la frecuencia requerida por hora para que los niveles de oxígeno no decaigan para arriesgar las plantas. Incrementar los flujos promedio conforme la temperatura aumenta es una forma pero no es realmente práctico en un sistema comercial. Una mejor opción es asegurar que las tasas de flujo sean lo suficientemente altas para soportar los requerimientos de renovación de oxígeno durante las horas más cálidas del día.
Muchas perforaciones finas crean una excelente reoxigenación del tanque de nutrientes.
A pesar de tener acceso a los datos presentados en el Cuadro 1, la única forma exacta para probar la adecuada oxigenación, en cualquier sistema hidropónico, es medir los niveles de O2 disuelto con el uso de un medidor portátil. Los investigadores han demostrado que a bajos flujos de nutrientes (menos de 2 litros por minuto), las concentraciones pueden caer sustancialmente , este es otro factor que se debe tomar en cuenta cuando observamos las lecturas de oxígeno en un sistema hidropónico.
Los microorganismos no son la única forma de vida presente en la solución nutritiva. Las algas contienen clorofila (pigmento verde) y realizan fotosíntesis en presencia de luz, este proceso libera oxígeno en la solución. Mientras que en hidroponía apuntamos a preveer la penetración de la luz y así el crecimiento de algas, muchos sistemas tienen algas en cierto grado. Parace ser que el tener algas en la solución y en presencia de luz enriquece la solución. El mismo efecto ocurre en ecosistemas naturales que tienen un gran número de algas y plantas acuáticas, los niveles de oxígeno disuelto son altos durante el día cuando las plantas están fotosintetizando pero decae rápidamente en la noche y a niveles muy bajos antes del amanecer. A parte de otros problemas que pueden causar las algas, el agotamiento del oxígeno durante la noche significa que grandes poblaciones no son deseadas en ningín sistema hidropónico.
INFO SACADA DE: http://www.lamolina.edu.pe/hidroponia/boletin11.htm#Artículos%20Científicos
UN SALUDO COMPAÑEROS
