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Tierra Tropical (2006) 2 (1): 1-11
EVALUACIÓN DE SEIS ESTRUCTURAS DE PRODUCCIÓN
HIDROPÓNICA DIVERSIFICADA EN EL TRÓPICO HÚMEDO DE
COSTA RICA
S.M. Montero, B.K. Singh, R. Taylor1
Universidad EARTH
Las Mercedes de Guácimo, Limón, Costa Rica
Recibido 17 de enero 2005. Aceptado 9 de febrero 2006.
RESUMEN
Se construyó un invernadero en bambú de 50 m2 y se le instalaron seis estructuras elaboradas en
diferentes materiales: hierro galvanizado, bambú, tubos PVC, madera y bolsas de polietileno. De
igual forma, se instaló el sistema de riego por goteo a cada una de las estructuras. Se sembraron
diferentes cultivos como: culantro coyote (Eryngium foetidum L.), pepino (Cucumis sativus L.),
rábano (Raphanus sativus L.), culantro (Coriandrum sativum L.), lechuga (Lactuca sativa L.),
chile (Capsicum annuum) y vainica (Phaseolus vulgaris), a los cuales se les aplicó una solución
nutritiva general recomendada para cultivos en el trópico. Se midió el parámetro peso de
biomasa en fresco de la parte aérea de la planta, más la raíz de cada uno de los cultivos. Se
analizaron estadísticamente los datos usando 5 números de Tukey. Se obtuvieron los promedios
de biomasa de cada uno de los cultivos para referencia en estudios posteriores. El número de
plantas por unidad de área también se obtuvo para compararlo con lo reportado en la literatura,
resultando menos eficiente el cultivo de rábano en macetas sobre estante. La producción de
biomasa fue superior en la estructura en cama con cultivo de rábano, el cual podría ser un
indicador de productividad. Se obtuvieron también la diversidad en diseños y en formas de
estructuras útiles en el trópico húmedo.
Palabras clave: Cultivos, eficiencia, espacio, estructuras, hidroponía, trópico.
ABSTRACT
In this study a fifty square meter bamboo greenhouse was constructed, and six different
structures were made out of materials such as galvanized iron, bamboo, PVC pipe, wood, and
polyethylene bags. A drip irrigation system was installed in each one of the structures. Different
vegetable crops were planted such as long coriander (Eryngium foetidum L.), cucumber
(Cucumis sativus L.), radish (Raphanus sativus L.), coriander (Coriandrum sativum L.), lettuce
(Lactuca sativa L.), chili (Capsicum annuum), and green beans (Phaseolus vulgaris), to which
standard nutrient solution recommended for plants in the tropics was applied. The biomass
weight of the aerial parts and the root was measured in each of the plant species using fourteen
repetitions. The results were analyzed statistically using five numbers of Tukey’s test. The
biomass of each one of the plant species with their respective variations and extreme values were
obtained for comparison as potential useful information for subsequent studies. The production
of plants per square meter of used space was calculated and compared with information reported
by other authors. The least efficient structure was the radishes in flowerpots on the shelf. Radish
raised in beds produced higher biomass. The greenhouse design was efficient to grow various
vegetable crops using different kind of beds.
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Contacto: Richard Taylor ([email protected])
ISSN: 1659-2751
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Key words: Vegetable crops, efficiency, space, structures, hydroponics, tropics.
INTRODUCCIÓN
En el trópico, la agricultura puede limitarse debido a las plagas en el aire y el suelo, aguas con
sales disueltas, suelos poco profundos e infértiles, alto costo en fertilizantes ineficientemente
aprovechados por las plantas, elevadas temperaturas y alta humedad. Los cultivos hidropónicos
bajo condiciones controladas pueden ser una alternativa viable para evitar estos problemas
(Resh, 1997). Especialmente en el trópico húmedo en que los cultivos se ven afectados durante la
temporada de precipitación alta, mediante el cultivo hidropónico se podrían proteger las plantas
de la lluvia y lograr producción durante todo el año (Langlais y Ryckewaert, 2002).
En Costa Rica, la producción de hortalizas hidropónicas se ha incrementado en los últimos años.
Quienes han tomado la iniciativa en el país son mujeres amas de casa. En Pavas ya existen
cooperativas de mujeres productoras apoyadas por el INA. Se estima que en Costa Rica hay
aproximadamente 25 microempresarios que se dedican a esta labor.
Según FAO (1990), el término hidroponía aplica la producción sin suelo como medio de cultivo,
eso incluye los cultivados en agua. Entre los sistemas hidropónicos más utilizados se encuentran
los cultivos en agua que pueden ser en inmersión o de Gericke, flotantes, de recirculación de
nutrientes y la técnica de flujo laminar de nutrientes (NFT, Nutrient film technique) (Resh,
1997).
También el cultivo hidropónico utiliza otros sustratos como soporte de las plantas en lugar de
agua. No existe el sustrato ideal; cada uno presenta una serie de ventajas e inconvenientes y su
elección dependerá de las características del cultivo a implantar, las variables ambientales y de la
instalación. El sustrato debe ser liviano, que presente cierto grado de porosidad, tamaño
apropiado sin bordes cortantes y que sea químicamente inerte (Resh, 1997; Manson, 1990;
Ansorena, 1994).
Los sustratos pueden ser orgánicos o inorgánicos. Entre los sustratos inorgánicos más asequibles
en la región del trópico húmedo de Costa Rica, aptos para cultivos hidropónicos, se encuentran:
arena, grava, piedra volcánica (Martínez y García, 1993; Soto y Ramírez, 2001) y ladrillo molido
(Calderón y Cevallos, 2003). En cuanto a los sustratos orgánicos, se encuentran: el aserrín, la
cascarilla de arroz (FAO 1990), fibra de coco (Ballestero y Rubio, 1999), cascarilla de arroz
quemada y el carbón vegetal (Calderón y Cevallos, 2003).
Para lograr un buen desarrollo, las plantas deben estar bajo apropiadas condiciones nutricionales
y ambientales. La composición de la solución nutritiva es uno de los factores esenciales para el
crecimiento del cultivo. Ésta debe contener los nutrientes esenciales para lograr un buen
desarrollo del cultivo y su composición dependerá de la especie, variedad, estado de desarrollo y
parte aprovechada de la planta. Se debe controlar constantemente el pH y la conductividad
eléctrica (Resh, 1997).
Existen diversos sistemas hidropónicos, pero son pocos los convenientes para el trópico (Resh,
1997). Uno de estos sistemas es el de raíz flotante, el cual utiliza el agua con nutrientes. Se
sugiere este sistema en el trópico debido a que se puede utilizar un refrigerador para el
enfriamiento de la solución nutritiva. Otro sistema que utiliza el mismo mecanismo de
enfriamiento es la estructura en cascada para aprovechamiento del espacio vertical. También es
conveniente la hidroponía en bancadas con arena usando un sistema de riego por subirrigación
(Resh, 1997). El sistema de raíz flotante dinámica (DRF, Dynamic root floating) es otro sistema
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hidropónico que considera no sólo la técnica hidropónica por sí misma, sino también la
estructura del invernadero para mitigar dificultades del clima tropical (Kao, 1991).
Los costos de una unidad hidropónica dependen de los materiales usados para la construcción de
las estructuras y el grado de tecnificación usado en el invernadero. Sin embargo las
modificaciones que logran hacer uso eficiente del espacio pueden incrementar el número de
plantas por metro cuadrado y por ende bajar los costos por planta. El objetivo de este estudio fue
evaluar un modelo de producción hidropónica de pequeña escala bajo invernadero y su grado de
diversificación y eficiencia. Para realizar esta evaluación, se analizaron seis estructuras
hidropónicas para maximizar el uso del espacio e incorporar procesos de producción de cultivos
hidropónicos bajo invernadero para consumo familiar en las condiciones del trópico húmedo.
MATERIALES Y MÉTODOS
El invernadero construido fue de tipo artesanal, cuyo techo fue de “dos aguas”. Se utilizó como
cubierta un plástico de polietileno transparente de 10 milímetros de espesor. Para la protección
contra plagas se cubrió el invernadero con malla antiáfidos en las paredes. El invernadero se
fabricó con bambú (Guadua sp.), material de fácil adquisición en la zona. Las dimensiones del
invernadero fueron 5 m de ancho y 10 m de de longitud para un área total de 50 m2, su volumen
de 155 m3 y su altura es de 3,50 m en el centro y 2,50 m en los costados.
Se diseñaron las estructuras a utilizar tomando en cuenta características como: área disponible a
utilizar, área ocupada por cada estructura, orientación dentro del invernadero, así como las
exigencias fisiológicas de las plantas (Figura 1). Se utilizaron seis diferentes estructuras con siete
diferentes cultivos (Cuadro 1). Para las estructuras se usaron diferentes dosificaciones de los
sustratos en las proporciones que se muestran en el Cuadro 1.
Figura 1. Distribución de estructuras dentro del invernadero.
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Cuadro 1. Los cultivos con sus estructuras y las mezclas para los sustratos.
Cultivos
Estructura
Sustrato (proporción)
Culantro coyote
(Eryngium foetidum L.)
Bolsas plásticas verticales
Fibra de coco corta y cascarilla de
arroz (1:1)
Pepino
(Cucumis sativus L.)
Bolsas plásticas horizontales
Cascarilla de arroz, fibra de coco
corta y arena (1:1:1)
Rábano
(Raphanus sativus L.)
Cama de madera
Carbón vegetal y arena de río (2:1)
Culantro
(Coriandrum sativum L.)
Canales de bambú
Arena de río
Lechuga
(Lactuca sativa L.)
Estructura en cascada
Fibra de coco larga
Chile
(Capsicum annuum L.)
Macetas sobre estante
Cascarilla de arroz quemada y
arena de río (2:1)
Vainica
(Phaseolus vulgaris L.)
Macetas sobre suelo
Cascarilla de arroz quemada y
arena de río (2:1)
Para la estructura de sacos verticales (Figura 2) se usó una estructura de tubos de hierro
galvanizado de una pulgada y se colgaron sacos de 1,2 m de largo y 0,25 m de diámetro. Estos
sacos son comúnmente utilizados en sistemas de riego por gravedad (Olefinas, 2004), los cuales
son de tipo tubular de 12,5” de espesor. Los sacos se llenaron con el sustrato dosificado
comprimiéndolo. Se cerró la parte superior y se hicieron cortes de 3 cm de diámetro en la parte
superior para poder regar. El día anterior a la siembra se regaron las mangas y se colgaron. Se
realizaron hoyos 3 cm de diámetro a 10 cm de distancia entre un hueco y otro y se depositó la
planta. Para la estructura de sacos horizontales (Figura 3) se usaron los mismos sacos que para
los verticales. Se llenaron los sacos con sustrato y se le hicieron agujeros de 10 cm de diámetro
donde se sembraron las semillas.
Figura 2. Estructura de sacos verticales y detalle de las plantas de culantro coyote.
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Figura 3. Estructura de sacos horizontales y detalle de las plantas de pepino.
En la estructura en cama de madera (Figura 4), se fabricó una mesa de 1,50 m de largo por 0,9 m
de ancho y 0,9 de alto, con una profundidad de 0,15 m. La mesa fue cubierta por plástico negro
para evitar la proliferación de algas. La estructura en canales de bambú horizontales (Figura 5)
consta de dos soportes en tubos de hierro galvanizado de una pulgada. Los recipientes que hacen
el papel de contenedor son 4 canales obtenidos de los cortes horizontales de bambú seccionados
en cortes horizontales y cuyo diámetro fue de 0,22 m en promedio. Los canales se llenaron con
arena de río previamente tratada.
Figura 4. Cultivo de rábano en estructura en cama de madera.
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Figura 5. Estructura en canales de bambú horizontales y detalle de las plantas de culantro.
La estructura en cascada (Figura 6) fue una estructura característica de la técnica de recirculación
de nutrientes, en la cual las plantas recibían soporte en un medio de fibra de coco larga. En este
sistema se trabajó con la circulación constante de una lámina fina de solución nutritiva que
pasaba a través de las raíces del cultivo, sin permitir pérdida o salida al exterior de la solución,
constituyendo un sistema de tipo cerrado. La solución de nutrientes se hizo llegar a la planta a
través de riego por goteo y por gravedad devuelta a la parte inferior. La pendiente de cada grada
fue de aproximadamente 2 %.
Figura 6. Estructura en cascada y maceta con lechuga en dicha estructura.
Para las macetas en estante (Figura 7), se construyó un estante de 5 m de largo de dos secciones.
Como recipientes se usaron galones de desecho de 0,25 m de profundidad y 0,18 m de diámetro.
Este tipo de recipientes son fáciles de conseguir y no representan costo alguno; de este modo se
pueden reducir costos. Para las macetas sobre el suelo (Figura 8), también se usaron galones de
desecho pero de 0,35 m de profundidad.
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Figura 7. Estructura de macetas en estante y detalle de las plantas de chile.
Figura 8. Estructura en macetas sobre el suelo y detalle de las plantas de vainica.
La solución nutritiva se preparó en un depósito de 130 L de capacidad, usando como fuentes de
nutrimentos fertilizantes comerciales (Cuadro 2). La conductividad eléctrica de la solución
nutritiva varió entre 1,99 mS/cm y 2,2 mS/cm. La variación de pH fue entre 5,1 y 5,3. Durante
las dos primeras semanas después de la germinación, se aplicaron 130 L diarios de solución
nutritiva a toda la unidad. Cuando las plántulas tuvieron cuatro hojas verdaderas se aumentó la
cantidad de agua a 200 L diarios.
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Cuadro 2. Composición de la solución de nutrientes utilizada.
Producto químico
Fórmula
Nitrato de calcio
g/20 L agua
Ca(NO3)2
13,68
NH4 H2PO4
3,7
Nitrato de potasio
KNO3
8,4
Sulfato de potasio
K2SO4
5,4
Sulfato de magnesio
MgSO4-7H2O
10
Sulfato ferroso
FeSO4-7H2O
0,4
H3BO3
0,056
Sulfato manganésico
MnSO4-H2O
0,06
Sulfato de cobre
CuSO4-5H2O
0,0024
Sulfato de zinc
ZnSO4-7H2o
0,0043
Fosfato monoamónico
Ácido bórico
Se utilizó un diseño al azar y cada estructura constituyó una unidad experimental. Cada unidad
experimental consistió en la siembra de la cantidad total de plantas idóneas de acuerdo a las
necesidades fisiológicas de espacio de las plantas. El muestreo se realizó manualmente. De cada
estructura se extrajeron un total de 14 muestras de cada cultivo. Cada planta constituyó una
muestra. El parámetro analizado para realizar las mediciones de las muestras fue el peso de la
biomasa en fresco de cada una de las plantas. Se tomó como biomasa total la suma del peso en
gramos de la parte aérea y el peso en gramos de la raíz. Utilizando la prueba de Tukey para 5
números se analizaron los resultados.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los resultados que aquí se mencionan son datos parciales de un estudio al que se le podría dar
continuación o ser utilizados en futuros estudios sobre el área de hidroponía en el trópico
húmedo. La apariencia y vigor de las plantas al final del período experimental fueron excelentes.
Pudo observarse que las diferencias de intensidad en temperatura existente causan daños a los
tejidos entre las plantas colocadas en los niveles más altos y más bajos, para el caso de la
estructura en cascada donde se cultivó lechuga.
Los resultados obtenidos que corresponden a la variable biomasa en fresco de los cultivos se
midieron en gramos por planta. Esta medición arrojó 5 números de Tukey, cuyos promedios
(presentados con una y dos desviaciones estándar) se muestran en el Cuadro 3. Se indican
también las observaciones más apartadas. Este promedio es el mejor estimador del muestreo, el
cual se puede utilizar para futuros análisis.
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Cuadro 3. Biomasa de los cultivos en cada una de las estructuras para 5 números de Tukey.
Biomasa de cultivos (g/planta)
Cultivos
Máximo
Media + d.e.
Medias
Media - d.e.
Mínimo
Culantro coyote
9,0
8,1
6,5
4,9
3,9
Pepino
436,8
291,7
209,8
127,9
118,1
Rábano
34,9
32,7
25,9
19,1
12,2
Culantro
4,1
3,5
2,6
1,7
1,2
Lechuga
473
423
337
251
185
Chile
232,6
201,6
163,0
124,3
91,2
Vainica
130,9
115,6
96,2
76,8
66,0
La cantidad de plantas por metro cuadrado de los cultivos fueron iguales o sobrepasan la
cantidad producida tradicionalmente a campo abierto, si se compara con lo reportado por la
literatura (Cuadro 4). El sistema en cascada, sembrado con lechuga, presentó una deficiencia en
el aprovechamiento del espacio, ya que aunque son 8 secciones en la estructura, sólo las tres
secciones inferiores fueron aptas para el cultivo. Las dos secciones superiores presentaron
grandes desventajas durante el proceso de establecimiento de las plántulas de lechuga, todo
atribuido a que la condición de temperatura es más intensa en la parte superior de la estructura.
Cuadro 4. Resumen de resultados de producción de número de plantas por metro cuadrado
cultivados en diferentes estructuras.
Número de Plantas/m2
Cultivos
Referencia
Invernadero
Literatura
Culantro coyote
90
44
Mangan (2004)
Pepino
6
4
MAG CR (1991a)
Rábano
102
66
MAG SV (2003)
Culantro
267
142
Luayza et al. (1996)
Lechuga
15
13
Davis et al. (2002)
Chile
5
4
Nuez et al. (1996)
Vainica
24
22
MAG CR (1991b)
CONCLUSIONES
En un invernadero de 50 m2 se pueden desarrollar diferentes cultivos característicos de la zona
tropical húmeda como alternativa para la alimentación familiar, utilizando diferentes estructuras
para hidroponía con diferentes materiales que resultan menos costosos en la zona. En las
estructuras construidas se pueden desarrollar diferentes cultivos condicionados por el tamaño,
volumen y fisiología de la planta.
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El número de plantas por unidad de área fue igual o mayor respecto a lo reportado en la literatura
para todas las estructuras, ofreciendo alternativas de maximización del espacio. Las estructuras
en bambú, cascada y bolsas verticales fueron eficientes en la maximización del espacio. La
facilidad para manipular los cultivos durante la siembra, fertilización, raleo y cosecha facilitó la
obtención de plantas que fueron vigorosas y atractivas a la vista. Este tratado merece ser
continuado debido a que es un punto de partida para la exploración de la producción hidropónica
en el trópico.
LITERATURA CITADA
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