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PonicLabs es un esfuerzo conjunto donde exploramos y experimentamos con métodos de cultivo novedosos, alternativos y sostenibles sin el uso de tierra, y ayudamos a enseñar a otros sobre ello.

El cultivo sin suelo, también conocido como hidroponía, es una forma de cultivar plantas sin tierra. Típicamente, las raíces de la planta están suspendidas, sumergidas o en un medio inerte, y entran en contacto con una solución nutritiva que proporciona a las plantas todos los macronutrientes y micronutrientes necesarios para su crecimiento.

Windowgarden Design from 2015 in Sweden, Henrique Sánchez

¿Por qué la Hidroponía?

Hay varias ventajas del cultivo hidropónico, por ejemplo, la conservación del agua (1), ya que el agua permanece en un contenedor o se recircula de alguna forma en lugar de filtrarse en la tierra. Esto permite ahorros de agua de hasta un 70% (1) en comparación con el cultivo tradicional en tierra.

Otra ventaja es el crecimiento más rápido de las plantas (2), ya que típicamente tienen todos los nutrientes necesarios disponibles en forma y concentraciones óptimas, lo que permite a la planta gastar menos energía en desarrollar sus raíces para alcanzarlos, como lo haría de otra manera en un entorno de tierra. Como tal, algunas plantas, como la lechuga y las hierbas, pueden crecer hasta un 50% más rápido (1) en sistemas hidropónicos en comparación con los métodos tradicionales basados en tierra.

En los sistemas hidropónicos, las plantas se cultivan típicamente en un ambiente controlado donde el cultivador tiene más o incluso un control completo sobre parámetros importantes (3), como la solución nutritiva, el suministro de agua, los niveles de pH, la temperatura, la humedad y la exposición a la luz. Este nivel de control permite a los cultivadores optimizar las condiciones para cada etapa del crecimiento de la planta. Por ejemplo, durante la etapa vegetativa, los cultivadores pueden proporcionar una solución nutritiva con niveles más altos de nitrógeno para promover el crecimiento de las hojas. Durante la etapa de floración o fructificación, pueden ajustar la solución nutritiva para tener niveles más altos de fósforo y potasio, que son esenciales para el desarrollo de flores y frutos. Además, los cultivadores pueden monitorear y ajustar fácilmente factores como la temperatura y la humedad para garantizar condiciones óptimas para cada etapa de crecimiento. Este nivel de precisión y control es más difícil de lograr en el cultivo basado en tierra, donde el medio de cultivo y los ambientes al aire libre pueden introducir variabilidad y limitar la capacidad del cultivador para ajustar las condiciones.

Los sistemas hidropónicos también pueden maximizar la utilización del espacio (4) a través de la agricultura vertical (utilizando técnicas como estantes apilados, torres o canastas colgantes) y diseños de sistemas compactos (con pasillos estrechos, tuberías eficientes y canales o bandejas de cultivo que minimizan el espacio no utilizado).

Teniendo en cuenta que en el cultivo hidropónico las plantas pueden tener una disponibilidad óptima de nutrientes, factores de estrés reducidos, tasas de crecimiento más rápidas y un uso eficiente del espacio, esto típicamente resulta en mayores rendimientos (5) en comparación con el cultivo convencional en tierra.

Además, los sistemas hidropónicos pueden experimentar menos problemas de plagas (6) en comparación con el cultivo basado en tierra, debido a un ambiente controlado, la ausencia de tierra (del cual podrían originarse muchas plagas y enfermedades transmitidas por la tierra), el uso de medios de cultivo estériles y el manejo proactivo de plagas.

Por último, el cultivo hidropónico puede reducir los requisitos de mano de obra (7) en comparación con el cultivo basado en tierra a través de la automatización (por ejemplo, controles automatizados para el riego, la entrega de nutrientes y los factores ambientales), la siembra y cosecha simplificadas (mediante el uso de canales o bandejas de cultivo modulares, procedimientos de trasplante simples y actividades de cosecha más limpias), reducción de malezas y un mantenimiento centralizado del sistema, que no requiere riego o fertilización individual de las plantas.

Historia

Hanging Gardens of Babylon, Wikipedia Commons

Se cree que el cultivo sin tierra de plantas precede a la modernidad por un gran margen. El primer relato potencial de los principios hidropónicos se encuentra en los Jardines Colgantes de Babilonia (8), una de las Siete Maravillas del Mundo Antiguo (circa 600 a.C.). De manera similar, los aztecas desarrollaron chinampas, jardines flotantes en lagos poco profundos, ya en el siglo X d.C. (9).

En la modernidad temprana, los primeros relatos de cultivo sin tierra involucran a Sir Francis Bacon, quien en 1627 publicó un libro que describe un método para cultivar plantas sin tierra (10). En 1666, un científico irlandés llamado Robert Boyle también demostró que el agua de lluvia por sí sola no nutrirá las plantas. Se deben agregar jugos adecuados, como los presentes en el estiércol, al agua para nutrir las plantas (11). Después, en 1699, un naturalista inglés llamado John Woodward, experimentó con el cultivo de hierbabuena en varias soluciones acuosas (12), demostrando que las plantas podrían crecer sin tierra si los nutrientes adecuados estaban presentes.

Experiments by Julius von Sachs, History of the Suspended Pot, Non Circulating ‘Kratky’ Hydroponic Method

Alrededor de dos siglos después, en 1842, un botánico alemán llamado Wilhelm Knop, desarrolló la primera fórmula estándar para una solución nutritiva, más tarde conocida como solución de Knop (13). Entre 1851-1855, el químico francés Jean Boussingault estableció que las plantas podían crecer en un medio inerte como arena de sílice humedecida con una solución que contenía químicos o nutrientes, por lo tanto los nutrientes no necesitaban provenir de la tierra (14). En la década de 1860, otro botánico alemán llamado Julius von Sachs, refinó las soluciones nutritivas y realizó una extensa investigación sobre la nutrición de las plantas (15).

William Frederick Gericke manually mixing hydroponic nutrients, Growing Plants Without Soil 1936

Más cerca de nuestro tiempo, en 1929, un científico estadounidense llamado William Frederick Gericke, acuñó el término “hidroponía” y promovió su aplicación comercial. Cultivó con éxito plantas de tomate de 25 pies utilizando soluciones de nutrientes minerales (16). En 1937, un fisiólogo vegetal estadounidense llamado Danien Arnon, desarrolló la solución Arnon (17), que todavía se usa como base para muchas soluciones de nutrientes hidropónicos en la actualidad. Durante la Segunda Guerra Mundial, el ejército de los EE. UU. utilizó sistemas hidropónicos para cultivar productos frescos para las tropas estacionadas en las áridas islas del Pacífico (18).

NASA’s Biomass Production Chamber (BPC) 1988-2000, Agriculture for Space: People and Places Paving the Way

En las décadas de 1960 y 1970, la NASA comenzó a investigar la hidroponía como un medio para proporcionar alimentos frescos a los astronautas durante misiones espaciales prolongadas. Para 1978, el científico de la NASA R.D. MacElroy cultivó con éxito lechuga, trigo y otros cultivos utilizando sistemas hidropónicos, demostrando el potencial para cultivar plantas en el espacio (19).

Referencias

  1. Barbosa, G. L., Gadelha, F. D. A., Kublik, N., Proctor, A., Reichelm, L., Weissinger, E., … & Halden, R. U. (2015). Comparison of Land, Water, and Energy Requirements of Lettuce Grown Using Hydroponic vs. Conventional Agricultural Methods. International Journal of Environmental Research and Public Health, 12(6), 6879-6891. https://doi.org/10.3390/ijerph120606879
  2. Touliatos, D., Dodd, I. C., & McAinsh, M. (2016). Vertical Farming Increases Lettuce Yield per Unit Area Compared to Conventional Horizontal Hydroponics. Food and Energy Security, 5(3), 184-191. https://doi.org/10.1002/fes3.83 
  3. Lakhiar, I. A., Gao, J., Syed, T. N., Chandio, F. A., & Buttar, N. A. (2018). Modern Plant Cultivation Technologies in Agriculture Under Controlled Environment: A Review on Aeroponics. Journal of Plant Interactions, 13(1), 338-352. https://doi.org/10.1080/17429145.2018.1472308 
  4. Despommier, D. (2010). The Vertical Farm: Feeding the World in the 21st Century. Thomas Dunne Books. ISBN: 978-0312610692 
  5. Resh, H. M. (2012). Hydroponic Food Production: A Definitive Guidebook for the Advanced Home Gardener and the Commercial Hydroponic Grower. CRC Press. https://doi.org/10.1201/b12500 
  6. Raviv, M., & Lieth, J. H. (Eds.). (2019). Soilless Culture: Theory and Practice. Elsevier. https://doi.org/10.1016/C2016-0-01830-3 
  7. Kozai, T., Niu, G., & Takagaki, M. (Eds.). (2015). Plant Factory: An Indoor Vertical Farming System for Efficient Quality Food Production. Academic Press. https://doi.org/10.1016/C2014-0-01039-8 
  8.  Dalley, S. (2013). The Mystery of the Hanging Garden of Babylon: An Elusive World Wonder Traced. Oxford University Press.
  9. Morehart, C. T. (2016). Chinampa Agriculture, Surplus Production, and Political Change at Xaltocan, Mexico. Ancient Mesoamerica, 27(1), 183-196.
  10. Sir Francis Bacon: Bacon, F. (1627). A Natural History, Ten Centuries.
  11. A.A. Steiner. 1980. Soilless Culture. Proc. of the Fifth Intl. Congr. of Soilless Culture. pp. 324-341.
  12. John Woodward: Woodward, J. (1699). Some Thoughts and Experiments Concerning Vegetation. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 21(253), 193-227.
  13. Wilhelm Knop: Knop, W. (1865). Quantitative Untersuchungen über die Ernährungsprozesse der Pflanzen. Landwirtschaftliche Versuchs-Stationen, 7, 93-107.
  14. Alice and Robert Withrow. 1948. Nutriculture. Purdue University. S.C. 328.
  15. Julius von Sachs: Sachs, J. (1887). Lectures on the Physiology of Plants. Clarendon Press.
  16. Gericke, W. F. (1940). The Complete Guide to Soilless Gardening. Prentice-Hall, Inc.
  17. Arnon, D. I. (1938). Microelements in Culture-Solution Experiments with Higher Plants. American Journal of Botany, 25(5), 322-325.
  18. Winterborne, J. (2005). Hydroponics: Indoor Horticulture. Pukka Press.
  19. MacElroy, R. D., Kliss, M., & Straight, C. (1987). Life Support Systems for Mars Transit. Advances in Space Research, 7(4), 159-166.

Nota: La información anterior ha sido parcialmente asistida en su redacción y/o edición con herramientas LLM.

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