Hidroponía – Todo lo que Necesitas Saber

Qué es la hidroponía

La hidroponía es un método de cultivo que hace crecer las plantas en agua en lugar de suelo. Forma parte de los métodos de cultivo “sin suelo” más amplios, que incluyen la acuaponía y la aeroponía.

La mayor parte del tiempo, el cultivo se realiza con las raíces de la planta en agua, pero también puede hacerse ocasionalmente en otros sustratos, como geles o un medio inerte como perlita, grava, etc.

Al no haber suelo, la nutrición de la planta en elementos minerales se realiza disolviéndolos en el agua. En muchos casos, el cultivo hidropónico equivale al cultivo en interiores, con la luz proporcionada por iluminación artificial. Sin embargo, la hidroponía también es posible al aire libre, ya que brinda luz solar “gratuita” a costa de un mayor riesgo de contaminación (ver más abajo).

El tamaño del mercado de la hidroponía creció a casi $5 mil millones en 2023, y se espera que crezca un 12,4 % CAGR hasta 2030.

La ciencia de la hidroponía

Aunque la mayoría de las plantas pueden cultivarse con sistemas hidropónicos, algunas requerirán un sustrato para anclar sus raíces. Por eso se utilizan sustratos inertes como fibra de coco, vermiculita (una roca de silicato) y perlita (un vidrio volcánico amorfo).

Fuente: Climate Control

Nutrientes como fosfato, potasio y nitrógeno (“NPK”), así como micronutrientes, se disuelven en el agua, permitiendo una eficiencia de casi el 100 % en el uso de fertilizantes.

La hidroponía puede dividirse en 2 tipos diferentes de diseños: sistemas abiertos y cerrados.

Sistemas abiertos: requieren que el agua cargada de nutrientes fluya del reservorio a la cámara de crecimiento.
Sistemas cerrados: tienen las raíces directamente sumergidas en la solución nutritiva y, por lo tanto, no necesitan bombas.

Los sistemas pasivos, a diferencia de los activos, son sistemas hidropónicos que no requieren componentes eléctricos como bombas, ventilación, luces artificiales y temporizadores.

Qué se puede cultivar con hidroponía

La hidroponía se utiliza para cultivar muchos cultivos diferentes de alto valor y sensibles. Los más comunes, en orden, son: tomates, hierbas, lechuga, pepino.

Fuente: Grand View Research

Otro uso menos documentado pero significativo de la hidroponía ha sido el cultivo de cannabis a pequeña o mediana escala. Aunque esta práctica sigue siendo ilegal en la mayoría de los países, hay una lista creciente de naciones que permiten el cultivo de este producto con la licencia adecuada en un entorno comercial; Canadá es uno de los principales ejemplos.

Muchas granjas comerciales de cannabis que operan en los estados de EE. UU. donde el cultivo de cannabis es legal prefieren el cultivo en invernaderos. Allí, los métodos hidropónicos se utilizan para producir resultados más consistentes que los posibles con suelo.

Ventajas de la hidroponía

Control

La principal ventaja de la hidroponía es el nivel de control que ofrece la técnica. Esto es especialmente cierto cuando se combina con el cultivo en interiores, en comparación con el cultivo en suelo o incluso en invernaderos. Esto se traduce en múltiples ventajas para el cultivo comercial.

Puede producir resultados más consistentes. Por ejemplo, la composición química exacta de una planta de cannabis que se utilizará posteriormente para la producción de productos farmacéuticos. Esto permite que los esfuerzos de investigación y desarrollo encuentren las condiciones perfectas, resultando en el producto de mayor calidad.

También puede resultar en un mayor control sobre el momento del crecimiento para obtener una producción muy constante y estable. Esto es muy valioso para productos con demanda relativamente constante pero picos de producción estacionales en los campos, como tomates o bayas.

Al combinar cada una de las capacidades, el nivel de control posible puede usarse para optimizar la velocidad de crecimiento, el sabor, el aroma o el aspecto del producto final de la planta, lo que probablemente le permita obtener un precio premium.

Por último, también puede usarse para monitorear los cultivos y detectar cualquier problema temprano.

Espacio

Gracias a condiciones óptimas, se pueden cultivar más cosechas por metro cuadrado que en otras condiciones. Esto lo convierte en una buena opción para la agricultura urbana, como se discute en nuestro artículo “Escalando la agricultura urbana para aportar muchos beneficios“. Esto permite que los alimentos se cultiven localmente en lugar de importarse a cientos o miles de kilómetros, incluso si la tierra y el espacio son más caros localmente.

Será un método de cultivo extremadamente valioso para entornos adversos como futuras bases en la Luna o Marte, donde los costos de transporte prohibitivamente altos harán que los suministros de alimentos cultivados localmente sean extremadamente valiosos.

Demanda de nutrientes y residuos

Como se mencionó, debido a que los nutrientes están en el agua y esa agua permanece en las cámaras de crecimiento y/o en un reservorio, no hay pérdida de nutrientes en el sistema, salvo lo que la planta absorbe efectivamente durante su crecimiento.

Fuente: Unsplash

Esto hace que el uso de fertilizantes para cultivar los cultivos sea lo más cercano posible a lo óptimo. En enfoques agrícolas más tradicionales, el uso excesivo de fertilizantes en campos abiertos genera múltiples problemas. Estos incluyen daño a los ecosistemas del suelo, floraciones algales tóxicas e incluso eutrofización de cuerpos de agua dulce. Por lo tanto, reducir la cantidad de fertilizante que se filtra al medio ambiente es una preocupación ecológica importante y a menudo pasada por alto.

Fuente: Britannica

Uso de agua

Contrario a lo que parece, la hidroponía usa mucho menos agua que los métodos de cultivo tradicionales. Esto es cierto tanto en campos abiertos como en invernaderos.

Esto se debe a que la evaporación del agua se mantiene al mínimo debido al escaso contacto de la superficie con el aire, y no se filtra al suelo. Esencialmente, el agua permanece dentro del sistema cerrado.

Como resultado, la hidroponía puede usar tan solo 1/10 del agua que los métodos tradicionales de riego de cultivos de campo. Por lo tanto, puede ser una excelente opción para áreas con escasez de agua y/o cultivos especialmente sedientos, como las verduras de hoja.

Intensidad laboral

Debido a que las plantas crecen en un entorno controlado y diseñado a medida, también pueden diseñarse para optimizar los costos laborales. La automatización puede reemplazar la mayor parte del trabajo agrícola tradicional más peligroso, y las plantas que ya crecen en macetas sin suelo pueden ahorrar tiempo en la cosecha, limpieza y empaquetado.

Desventajas de la hidroponía

Costos

La principal limitación de la hidroponía son sus costos. Debido a que requiere instalaciones dedicadas y, a menudo, bombas, ventilación, etc., es mucho más caro de instalar que los métodos agrícolas tradicionales. Esto se agrava aún más en climas fríos que requieren hardware adicional como control climático y luces artificiales, lo que solo aumenta los costos energéticos de las operaciones de cultivo.

Debido a esta limitación, la mayoría de las granjas comerciales que dependen de la hidroponía se centran en cultivos de alto valor como frutas, bayas, verduras de hoja, cannabis, etc., con el objetivo de maximizar su retorno de inversión.

Hasta la fecha, este problema ha obstaculizado la adopción más amplia de la agricultura vertical en general, incluyendo no solo la hidroponía sino también la acuaponía y la aeroponía.

Resiliencia

Los sistemas hidropónicos son, por diseño, más artificiales que los cultivos en un campo abierto. Esto significa que dependen de que cada uno de los siguientes elementos funcione sin problemas:

• Cadena de suministro de piezas y componentes.
• Suministro de energía eléctrica.
• Sistema electrónico conectado para operaciones altamente automatizadas y avanzadas.
• Mano de obra calificada capaz de realizar eficientemente el monitoreo y mantenimiento requeridos.

Aunque existen formas de mitigar estos riesgos, por ejemplo con redundancia de sistemas o mayor inventario (lo que aumenta los costos de instalación), o suministro de energía localizado mediante generación renovable, la hidroponía nunca será tan resiliente como un cultivo regado por lluvia en un campo abierto.

Enfermedades transmitidas por el agua y contaminación por algas

Patógenos

Eliminar el suelo obviamente elimina todos los riesgos relacionados con enfermedades transmitidas por el suelo, pero también significa eliminar todo un ecosistema de microbios beneficiosos que protegen contra enfermedades de las plantas. Mientras tanto, el agua que circula constantemente puede ser un vector para la propagación de otros patógenos, lo que implica que los eventos adversos pueden ser devastadores y ocurrir aún más rápido en sistemas hidropónicos.

Los dos organismos más comunes que causan enfermedades en la hidroponía son Pythium y Phytophthora, ambas enfermedades fúngicas. Pythium puede atacar a todas las plantas, mientras que Phytophthora tiende a afectar principalmente a cultivos de flores.

Para abordar estos problemas, los agricultores suelen emplear prácticas de limpieza y saneamiento programados y el uso de filtros, lo que puede reducir significativamente el riesgo de patógenos de plantas transmitidos por el agua. Además, las pruebas y el monitoreo regulares son igualmente útiles para detectar signos tempranos de contaminación.

También se recomienda utilizar múltiples sistemas hidropónicos paralelos y no conectados para grandes instalaciones, a fin de evitar una contaminación generalizada. Controlar el pH del agua puede ayudar a reducir el crecimiento de hongos.

Algas

Otro contaminante que puede afectar los sistemas hidropónicos son las algas. Mientras el agua contiene la mezcla perfecta de nutrientes para impulsar el crecimiento de las plantas, esa misma mezcla es, al mismo tiempo, el entorno perfecto para las algas unicelulares. Si están presentes, las algas crearán una capa viscosa y difícil de limpiar en las superficies e incluso pueden bloquear filtros de agua o pequeños tubos.

Aunque los sistemas hidropónicos no necesitan preocuparse por las malezas como en un campo, las algas son esencialmente equivalentes. Al igual que las malezas, las algas privarán a los cultivos de sus nutrientes, reduciendo el crecimiento y la salud de las plantas.

Además, las algas reducirán la concentración de oxígeno en el agua. El primer efecto es que pueden dañar las raíces de la planta y su crecimiento. El segundo problema es que favorecen el crecimiento de enfermedades fúngicas como el Pythium.

Existen múltiples formas de controlar el crecimiento de algas, desde usar filtros para limpiar el agua que entra, hasta exponer el agua a luz UV para eliminar las algas (Las lámparas UV se utilizan rutinariamente para matar microorganismos y producir agua potable en servicios públicos).

Innovación en la hidroponía

Iluminación LED

Las luces LED son una tecnología crucial en la hidroponía, haciendo que toda la práctica sea viable a escala comercial. Esto se debe a que dichas luces consumen mucho menos energía que las fuentes de luz tradicionales, duran más y emiten significativamente menos calor.

Además, no todo el espectro de luz visible es útil para las plantas en la fotosíntesis, por lo que se pueden usar LEDs dedicados sin luz verde para reducir aún más la electricidad consumida por la iluminación artificial.

Fuente: Agritecture

IoT y automatización basada en sensores

La disminución de los costos de sensores y electrónica ha hecho posible el monitoreo continuo de temperatura, humedad, luz, niveles de pH y volumen de nutrientes.

Aunque más avanzado, este cultivo basado en sensores ayuda a rastrear y ajustar las condiciones de crecimiento en tiempo real para garantizar rendimientos óptimos, reforzando la rentabilidad del productor.

Tecnologías basadas en IA

Como se mencionó, la hidroponía requiere un nivel intenso de monitoreo del sistema de agua, enfermedades, niveles de nutrientes, etc. Con ese fin, la IA se está utilizando cada vez más para ayudar a optimizar las condiciones ambientales existentes, incluidos los niveles de luz, humedad y nutrientes.

La IA también ayuda a optimizar la inversión y reducir costos creando planes de crecimiento personalizados para cada tipo de planta.

También puede usar visión artificial o pruebas bioquímicas para advertir sobre la presencia de patógenos antes de que un humano pudiera detectarlos.

Por último, con el auge de los robots agrícolas autónomos, podemos imaginar un sistema hidropónico donde la siembra, poda, cosecha y reemplazo de plantas se realicen de manera totalmente automática.

Nuevas innovaciones agrícolas

El cultivo hidropónico permite un control directo sobre las plantas de una manera imposible en la agricultura tradicional. Esto abre la puerta a la experimentación de nuevas formas de aumentar la productividad de los cultivos más allá de incrementar el acceso a la luz o a los nutrientes.

Por ejemplo, exploramos una de esas opciones en nuestro artículo “La electricidad está lista para potenciar el crecimiento en cultivos hidropónicos”. Los investigadores utilizaron un sustrato artificial personalizado, o “suelo conductor / eSoil” hecho de celulosa (el componente principal del papel) mezclado con un polímero conductor llamado PEDOT (polímero 3,4-etilenodioxifenílico).

De esta manera, pudieron exponer las plántulas a un voltaje bajo continuo, lo que resultó en un aumento del 50 % en la tasa de crecimiento.

Fuente: PNAS

Este es un ejemplo de cómo los sistemas hidropónicos podrían ofrecer ganancias de productividad significativas gracias a su mayor nivel de control.

Construcción de una instalación hidropónica

Al planificar la construcción de una instalación hidropónica, la primera pregunta debería ser: ¿Por qué elegir la hidroponía sobre otros métodos de cultivo? Puede haber muchas razones:

• Ahorrar agua o reducir la contaminación.
• Poder experimentar con nuevos métodos de cultivo.
• Consumo doméstico a pequeña escala o herramientas pedagógicas.
• Cultivar a gran escala cultivos de alta calidad y alto valor.

Dependiendo de la respuesta, se pueden elegir diferentes sistemas hidropónicos.

Una operación comercial tendrá que equilibrar los recursos disponibles con los costos iniciales mientras busca minimizar los costos operativos. Considerar los mercados locales y los márgenes será extremadamente importante al elegir el cultivo. También debe considerarse el nivel de automatización y la madurez de la tecnología utilizada.

Un sistema casero a pequeña escala debe adaptarse a las habilidades técnicas de sus constructores y usuarios, ya que un diseño “optimizado” pero demasiado complejo probablemente no funcionará bien. Los componentes prefabricados probablemente sean una mejor opción en ese caso.

Un sistema dedicado a resolver un problema específico, como la escasez de agua, deberá centrarse en esta métrica, especialmente si hace que otros elementos estén menos optimizados.

La hidroponía como parte de un sistema mayor, como combinada con acuicultura (acuaponía), deberá diseñarse teniendo en cuenta los demás pasos y componentes.

Conclusión

La hidroponía es un enfoque poderoso para los sistemas de cultivo, ofreciendo niveles excepcionales de control sobre las condiciones de crecimiento. Estos son típicamente sistemas muy eficientes, con un uso optimizado de fertilizantes y agua. Esto la convierte en un método de cultivo a escala comercial ideal para cultivos difíciles de cultivar o productos de alto valor donde el tiempo perfecto, el sabor, la composición, el aspecto u otras métricas cualitativas pueden justificar un precio mucho más alto.

Gracias a su densidad y alta productividad, también es un buen sistema para la producción de alimentos a escala doméstica o la agricultura urbana, donde el espacio suele ser una limitación.

Sin embargo, es un sistema mucho más complejo que la agricultura o jardinería tradicional. Esto lo hace más costoso, más técnico de instalar y mantener, y más propenso a problemas únicos como la contaminación por algas y enfermedades transmitidas por el agua, que deben gestionarse mediante soluciones dedicadas. En ciertos casos, será igualmente desafiante para personas o empresas que carezcan de las habilidades técnicas para manejar estos desafíos internos asociados.

En general, aunque es poco probable que sea tan rentable como los cultivos cultivados en masa a bajo precio en campos abiertos, la hidroponía puede ser una buena solución a problemas específicos o un buen método para cultivar productos locales de alta calidad.