SUSTRATOS

   ¿QUÉ ES UN SUSTRATO?

Un sustrato es todo material sólido distinto del suelo, natural, de síntesis o residual, mineral u orgánico, que, colocado en un contenedor, en forma pura o en mezcla, permite el anclaje del sistema radicular de la planta, desempeñando, por tanto, un papel de soporte para la planta. El sustrato puede intervenir o no en el complejo proceso de la nutrición mineral de la planta.

    PROPIEDADES DE LOS SUSTRATOS DE CULTIVO.

         PROPIEDADES FÍSICAS.

            A) POROSIDAD.

Es el volumen total del medio no ocupado por las partículas sólidas, y por tanto, lo estará por aire o agua en una cierta proporción. Su valor óptimo no debería ser inferior al 80-85 %, aunque sustratos de menor porosidad pueden ser usados ventajosamente en determinadas condiciones.

La porosidad debe ser abierta, pues la porosidad ocluida, al no estar en contacto con el espacio abierto, no sufre intercambio de fluidos con él y por tanto no sirve como almacén para la raíz. El menor peso del sustrato será el único efecto positivo. El espacio o volumen útil de un sustrato corresponderá a la porosidad abierta.

El grosor de los poros condiciona la aireación y retención de agua del sustrato. Poros gruesos suponen una menor relación superficie/volumen, por lo que el equilibrio tensión superficial/fuerzas gravitacionales se restablece cuando el poro queda solo parcialmente lleno de agua, formando una película de espesor determinado.

El equilibrio aire/agua se representa gráficamente mediante las curvas de humectación. Se parte de un volumen unitario saturado de agua y en el eje de ordenadas se representa en porcentaje el volumen del material sólido más el volumen de porosidad útil. Se le somete a presiones de succión crecientes, expresadas en centímetros de columnas de agua, que se van anotando en el eje de abcisas. A cada succión corresponderá una extracción de agua cuyo volumen es reemplazado por el equivalente de aire. De modo que a un valor de abcisas corresponde una ordenada de valor igual al volumen del material sólido más el volumen de aire. El volumen restante hasta el 100 % corresponde al agua que aún retiene el sustrato.

            B) DENSIDAD.

La densidad de un sustrato se puede referir bien a la del material sólido que lo compone y entonces se habla de densidad real, o bien a la densidad calculada considerando el espacio total ocupado por los componentes sólidos más el espacio poroso, y se denomina porosidad aparente.

La densidad real tiene un interés relativo. Su valor varía según la materia de que se trate y suele oscilar entre 2,5-3 para la mayoría de los de origen mineral. La densidad aparente indica indirectamente la porosidad del sustrato y su facilidad de transporte y manejo. Los valores de densidad aparente se prefieren bajos (0,7-01) y que garanticen una cierta consistencia de la estructura.

            C) ESTRUCTURA.

Puede ser granular como la de la mayoría de los sustratos minerales o bien fibrilar. La primera no tiene forma estable, acoplándose fácilmente a la forma del contenedor, mientras que la segunda dependerá de las características de las fibras. Si son fijadas por algún tipo de material de cementación, conservan formas rígidas y no se adaptan al recipiente pero tienen cierta facilidad de cambio de volumen y consistencia cuando pasan de secas a mojadas.

            D) GRANULOMETRÍA. 

El tamaño de los gránulos o fibras condiciona el comportamiento del sustrato, ya que además de su densidad aparente varía su comportamiento hídrico a causa de su porosidad externa, que aumenta de tamaño de poros conforme sea mayor la granulometría. 

         PROPIEDADES QUÍMICAS.

La reactividad química de un sustrato se define como la transferencia de materia entre el sustrato y la solución nutritiva que alimenta las plantas a través de las raíces. Esta transferencia es recíproca entre sustrato y solución de nutrientes y puede ser debida a reacciones de distinta naturaleza:

a) Químicas. Se deben a la disolución e hidrólisis de los propios sustratos y pueden provocar:

• Efectos fitotóxicos por liberación de iones H⁺ y OH^- y ciertos iones metálicos como el Co⁺².
• Efectos carenciales debido a la hidrólisis alcalina de algunos sustratos que provoca un aumento del pH y la precipitación del fósforo y algunos microelementos.
• Efectos osmóticos provocados por un exceso de sales solubles y el consiguiente descenso en la absorción de agua por la planta.

b) Físico-químicas. Son reacciones de intercambio de iones. Se dan en sustratos con contenidos en materia orgánica o los de origen arcilloso (arcilla expandida) es decir, aquellos en los que hay cierta capacidad de intercambio catiónico (C.I.C.). Estas reacciones provocan modificaciones en el pH y en la composición química de la solución nutritiva por lo que el control de la nutrición de la planta se dificulta.

c) Bioquímicas. Son reacciones que producen la biodegradación de los materiales que componen el sustrato. Se producen sobre todo en materiales de origen orgánico, destruyendo la estructura y variando sus propiedades físicas. Esta biodegradación libera CO₂ y otros elementos minerales por destrucción de la materia orgánica.

Normalmente se prefieren son sustratos inertes frente a los químicamente activos. La actividad química aporta a la solución nutritiva elementos adicionales por procesos de hidrólisis o solubilidad. Si éstos son tóxicos, el sustrato no sirve y hay que descartarlo, pero aunque sean elementos nutritivos útiles entorpecen el equilibrio de la solución al superponer su incorporación un aporte extra con el que habrá que contar, y dicho aporte no tiene garantía de continuidad cuantitativa (temperatura, agotamiento, etc). Los procesos químicos también perjudican la estructura del sustrato, cambiando sus propiedades físicas de partida. 

         PROPIEDADES BIOLÓGICAS.

Cualquier actividad biológica en los sustratos es claramente perjudicial. Los microorganismos compiten con la raíz por oxígeno y nutrientes. También pueden degradar el sustrato y empeorar sus características físicas de partida. Generalmente disminuye su capacidad de aireación, pudiéndose producir asfixia radicular. La actividad biológica está restringida a los sustratos orgánicos y se eliminarán aquellos cuyo proceso degradativo sea demasiado rápido.

Así las propiedades biológicas de un sustrato se pueden concretar en:

a) Velocidad de descomposición.

La velocidad de descomposición es función de la población microbiana y de las condiciones ambientales en las que se encuentre el sustrato. Esta puede provocar deficiencias de oxígeno y de nitrógeno, liberación de sustancias fitotóxicas y contracción del sustrato. La disponibilidad de compuestos biodegradables (carbohidratos, ácidos grasos y proteínas) determina la velocidad de descomposición.

b) Efectos de los productos de descomposición. 

Muchos de los efectos biológicos de los sustratos orgánicos se atribuyen a los ácidos húmicos y fúlvicos, que son los productos finales de la degradación biológica de la lignina y la hemicelulosa. Una gran variedad de funciones vegetales se ven afectadas por su acción. 

c) Actividad reguladora del crecimiento.

Es conocida la existencia de actividad auxínica en los extractos de muchos materiales orgánicos utilizados en los medios de cultivo

CARACTERÍSTICAS DEL SUSTRATO IDEAL. El mejor medio de cultivo depende de numerosos factores como son el tipo de material vegetal con el que se trabaja (semillas, plantas, estacas, etc.), especie vegetal, condiciones climáticas, sistemas y programas de riego y fertilización, aspectos económicos, etc. Para obtener buenos resultados durante la germinación, el enraizamiento y el crecimiento de las plantas, se requieren las siguientes características del medio de cultivo: a) Propiedades físicas: Elevada capacidad de retención de agua fácilmente disponible. Suficiente suministro de aire. Distribución del tamaño de las partículas que mantenga las condiciones anteriores. Baja densidad aparente. Elevada porosidad. Estructura estable, que impida la contracción (o hinchazón del medio). b) Propiedades químicas: Baja o apreciable capacidad de intercambio catiónico, dependiendo de que la fertirrigación se aplique permanentemente o de modo intermitente, respectivamente. Suficiente nivel de nutrientes asimilables. Baja salinidad. Elevada capacidad tampón y capacidad para mantener constante el pH. Mínima velocidad de descomposición. c) Otras propiedades. Libre de semillas de malas hierbas, nematodos y otros patógenos y sustancias fitotóxicas. Reproductividad y disponibilidad. Bajo coste. Fácil de mezclar. Fácil de desinfectar y estabilidad frente a la desinfección. Resistencia a cambios externos físicos, químicos y ambientales.      TIPOS DE SUSTRATOS. Existen diferentes criterios de clasificación de los sustratos, basados en el origen de los materiales, su naturaleza, sus propiedades, su capacidad de degradación, etc.          SEGÚN SUS PROPIEDADES. Sustratos químicamente inertes. Arena granítica o silícea, grava, roca volcánica, perlita, arcilla expandida, lana de roca, etc. Sustratos químicamente activos. Turbas rubias y negras, corteza de pino, vermiculita, materiales ligno-celulósicos, etc. Las diferencias entre ambos vienen determinadas por la capacidad de intercambio catiónico o la capacidad de almacenamiento de nutrientes por parte del sustrato. Los sustratos químicamente inertes actúan como soporte de la planta, no interviniendo en el proceso de adsorción y fijación de los nutrientes, por lo que han de ser suministrados mediante la solución fertilizante. Los sustratos químicamente activos sirven de soporte a la planta pero a su vez actúan como depósito de reserva de los nutrientes aportados mediante la fertilización. almacenándolos o cediéndolos según las exigencias del vegetal. Las diferencias entre ambos vienen determinadas por la capacidad de intercambio catiónico o la capacidad de almacenamiento de nutrientes por parte del sustrato. Los sustratos químicamente inertes actúan como soporte de la planta, no interviniendo en el proceso de adsorción y fijación de los nutrientes, por lo que han de ser suministrados mediante la solución fertilizante. Los sustratos químicamente activos sirven de soporte a la planta pero a su vez actúan como depósito de reserva de los nutrientes aportados mediante la fertilización. almacenándolos o cediéndolos según las exigencias del vegetal.          SEGÚN EL ORIGEN DE LOS MATERIALES.              Materiales orgánicos. De origen natural. Se caracterizan por estar sujetos a descomposición biológica (turbas). De síntesis. Son polímeros orgánicos no biodegradables, que se obtienen mediante síntesis química (espuma de poliuretano, poliestireno expandido, etc.).  Subproductos y residuos de diferentes actividades agrícolas, industriales y urbanas. La mayoría de los materiales de este grupo deben experimentar un proceso de compostaje, para su adecuación como sustratos (cascarillas de arroz, pajas de cereales, fibra de coco, orujo de uva, cortezas de árboles, serrín y virutas de la madera, residuos sólidos urbanos, lodos de depuración de aguas residuales, etc.).              Materiales inorgánicos o minerales. De origen natural. Se obtienen a partir de rocas o minerales de origen diverso, modificándose muchas veces de modo ligero, mediante tratamientos físicos sencillos. No son biodegradables (arena, grava, tierra volcánica, etc.). Transformados o tratados. A partir de rocas o minerales, mediante tratamientos físicos, más o menos complejos, que modifican notablemente las características de los materiales de partida (perlita, lana de roca, vermiculita, arcilla expandida, etc.). Residuos y subproductos industriales. Comprende los materiales procedentes de muy distintas actividades industriales (escorias de horno alto, estériles del carbón, etc.). http://www.abcagro.com/industria_auxiliar/tipo_sustratos3.asp

Sustratos Inorgánicos

En este grupo se incluyen los sustratos que tengan partículas mayores a 2 mm de diámetro. Tales como:

• Piedra pómez: Es un material disponible en países con yacimientos volcánicos. Posee una retención de agua de un 38%, tiene una buena estabilidad física y gran durabilidad y desde el punto de vista biológico es un material completamente libre de microorganismos, lo que le hace atractivo para el uso en cultivos muy delicados y susceptibles a agentes biológicos parasitarios como las flores.

• Grava: Está constituida por pequeñas partículas que se obtienen de materiales triturados procedentes de depósitos naturales o canteras, y las que se utilizan en la hidroponía miden alrededor de 1 a 2 mm de diámetro. La grava proporciona una excelente aireación; sin embargo la retención de humedad es muy escasa, cercana a un 17% aproximadamente.

• Roca volcánica: Es un material rojizo, de origen volcánico, ligero y con una apariencia esponjosa. En varios países semi-tropicales se utiliza con gran éxito, sin embargo posee partículas muy pequeñas las cuales tienen que ser eliminadas mediante lavados para evitar que se encharque nuestro cultivo. La capacidad de retención de agua es de un 49%. El tamaño recomendado debe encontrarse entre 5 y 15 milímetros.

Fotografía por Klearchos Kapoutsis

• Arena de río: Este material heterogéneo cuenta con una capacidad de retención de agua del 56% y para que sea utilizado en hidroponía se recomienda adquirir arena de 0.5 - 2 milímetros.

Fotografía por emilp

• Perlita: Es básicamente un silicato de aluminio de origen volcánico, de color blanco a grisáceo, que tiene una baja densidad y buenas propiedades; tiene una retención de humedad de 63% y algunas de sus grandes ventajas como sustrato son la capacidad que presenta para mantener la humedad constante a lo largo de la zona radicular y una excelente aireación gracias a su porosidad.

• Vermiculita: Es un silicato de aluminio con una estructura laminar, que tiene una capacidad de expansión de hasta 12 veces su volumen. Se utiliza y es recomendable para lugares de clima cálido debido a que tiene una capacidad de retención de humedad del 68%.

• Arcillas expandidas: Estas son de gran utilidad para el cultivo de orquídeas y una de sus principales características es que presenta un pH neutro, además de tener una buena capacidad de drenaje libre y proporcionar una buena aireación.

• Lana de Roca: Esta se obtiene de pequeñas fibras hechas de roca, tiene la capacidad de retener humedad de hasta un 78% y es muy ligera, permitiendo que la raíz tenga un buen desarrollo.

Sustratos Orgánicos

Este grupo se trata regularmente de la recuperación de productos de desecho de alguna actividad agropecuaria o industrial, así como de productos importados de otros países. Entre los que se utilizan mayormente para la hidroponía, tenemos:

• Aserrín: Este abunda y es muy barato en algunos países de Latinoamérica, sobre todo el aserrín de maderas tropicales. Dado el desconocimiento que se tiene de su procedencia no es muy utilizado. Sin embargo este sustrato tiene una retención de humedad de un 54%, lo que lo hace ideal para climas templados y secos.

Recuerda que no todos los aserrines ofrecen buenas condiciones para el cultivo hidropónico, pues sólo si éste fue sometido a un proceso de eliminación de sustancias tóxicas (como los taninos que se encuentran presentes en algunas maderas) será sostenible.

• Fibra de Coco: Esta se encuentra dentro de los residuos agroindustriales de origen tropical; se genera después de que el fruto del cocotero ha sido procesado con fin de obtener las fibras más largas. La fibra de coco es empleada en hidroponia por la alta relación de carbono/nitrógeno que tiene, permitiendo que se mantenga químicamente estable. La retención de humedad que alcanza es muy buena, con un 57%.

• Cascarilla de arroz: Esta se utiliza fundamentalmente con grava, ya que este es muy liviana y su capacidad de retención de humedad es baja, con un 40% (después de ser mezclada).

La principal función de esta mezcla es favorecer la oxigenación del sustrato. Si utilizas cáscara de arroz es recomendable hacer un proceso de desinfección química o anaerobia, con el fin de eliminar partículas pequeñas, así como hongos, larvas de insectos u otro microorganismo que pueda ocasionar la contaminación de nuestro cultivo hidropónico.

• Cascarilla de café: Es un sustrato de baja capacidad de retención de humedad, pero es bueno para la oxigenación; su principal desventaja es su corta vida, pues se descompone en pocos días.

• Peat Moss: Es un material de importación fabricado ampliamente en Canadá, que posee características similares a las de fibra de coco. No requiere de ningún proceso y es muy utilizado para la germinación y desarrollo por sus características físicas con una excelente retención de humedad (70%).

Sustratos Sintéticos

Estos son sustratos que han atravesado procesos industriales para su creación. Tienen mayores ventajas en cuanto al combate de microorganismos y agentes patógenos, pues la intervención industrial ha permitido que sean completamente limpios, pero su uso se discute puesto que su fabricación suele llevar a cabo procesos contaminantes y en la mayoría de los casos no son biodegradables. Entre estos se encuentran:

• Gel: Durante mucho tiempo se han producido, probado y promovido un determinado número de polímeros de geles, pero la mayoría ha desaparecido del mercado puesto que su utilización es muy reducida. Tiene un precio elevado, pero su rendimiento es grande.

Dentro de la categoría de espumas sintéticas encontramos

• Espuma de polietileno, que se utiliza como material de relleno, para oxigenar y disminuir el peso de los sustratos.

• Espuma de poliestireno, que se utiliza como material para mezclarlo con otro sustrato y para confeccionar semilleros.

• Espuma de poliuretano, que se emplea en la confección de semilleros y es mezclado con otros sustratos livianos.

• Espuma fenólica, que se emplea en la elaboración de semilleros y en trozos mezclados con otros sustratos.

Fotografía por Hidrovista

Por su parte, el Foamy Agrícola es un tipo de espuma fenólica utilizada en hidroponía que actúa como medio físico para dar soporte a la planta, logra un balance ideal de agua y aire y que, al ser de lenta descomposición, no necesita reponerse en el cultivo por más de seis años.

Para seleccionar el sustrato que vamos a utilizar en nuestro cultivo hidropónico debemos recordar tomar en cuenta 3 variables principales: su precio, disponibilidad local y su retención de humedad. Recordemos también que cualquier sustrato de origen orgánico (como el aserrín, peat moss, fibra de coco, la cáscara de arroz, etc.) debe haber sido tamizado, lavado y esterilizado previamente, pues si no pasa por este proceso previo, podría provocar problemas en tu cultivo. Es por lo anterior que es recomendable adquirir sustratos orgánicos listos para uso agrícola.

http://www.ecosiglos.com/2013/07/tipos-de-sustratos-para-cultivo-hidroponico.html