14/05/2020
Características del sustrato idealby Infoagro / mayo 31, 2017Existen 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.
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.).
DESCRIPCIÓN GENERAL DE ALGUNOS SUSTRATOS.
Sustratos naturales
A) AGUA.
Es común su empleo como portador de nutrientes, aunque también se puede emplear como sustrato.
B) GRAVAS.
Suelen utilizarse las que poseen un diámetro entre 5 y 15 mm. Destacan las gravas de cuarzo, la piedra pómez y las que contienen menos de un 10% en carbonato cálcico. Su densidad aparente es de 1,500-1,800 kg/m3. Poseen una buena estabilidad estructural, su capacidad de retención del agua es baja si bien su porosidad es elevada (más del 40% del volumen). Su uso como sustrato puede durar varios años. Algunos tipos de gravas, como las de piedra pómez o de arena de río, deben lavarse antes de utilizarse. Existen algunas gravas sintéticas, como la herculita, obtenida por tratamiento térmico de pizarras.
C) ARENAS.
Las que proporcionan los mejores resultados son las arenas de río. Su granulometría más adecuada oscila entre 0.5 y 2 mm de diámetro. Su densidad aparente es similar a la grava. Su capacidad de retención del agua es media (20 % del peso y más del 35 % del volumen); su capacidad de aireación disminuye con el tiempo a causa de la compactación; su capacidad de intercambio catiónico es nula. Es relativamente frecuente que su contenido en caliza alcance el 8-10 %. Algunos tipos de arena deben lavarse previamente. Su pH varía entre 4 y 8. Su durabilidad es elevada. Es bastante frecuente su mezcla con turba, como sustrato de enraizamiento y de cultivo en contenedores.
D) TIERRA VOLCÁNICA.
Son materiales de origen volcánico que se utilizan sin someterlos a ningún tipo de tratamiento, proceso o manipulación. Están compuestos de sílice, alúmina y óxidos de hierro. También contiene calcio, magnesio, fósforo y algunos oligoelementos. Las granulometrías son muy variables al igual que sus propiedades físicas. El pH de las tierras volcánicas es ligeramente ácido con tendencias a la neutralidad. La C.I.C. es tan baja que debe considerarse como nulo. Destaca su buena aireación, la inercia química y la estabilidad de su estructura. Tiene una baja capacidad de retención de agua, el material es poco homogéneo y de difícil manejo.
E) TURBAS.
Las turbas son materiales de origen vegetal, de propiedades físicas y químicas variables en función de su origen. Se pueden clasificar en dos grupos: turbas rubias y negras. Las turbas rubias tienen un mayor contenido en materia orgánica y están menos descompuestas, las turbas negras están más mineralizadas teniendo un menor contenido en materia orgánica.
Es más frecuente el uso de turbas rubias en cultivo sin suelo, debido a que las negras tienen una aireación deficiente y unos contenidos elevados en sales solubles. Las turbias rubias tiene un buen nivel de retención de agua y de aireación, pero muy variable en cuanto a su composición ya que depende de su origen. La inestabilidad de su estructura y su alta capacidad de intercambio catiónico interfiere en la nutrición vegetal, presentan un pH que oscila entre 3.5 y 8.5. Se emplea en la producción ornamental y de plántulas hortícolas en semilleros.
| Propiedades de las turbas (Fernández et al. 1998) | ||
| Propiedades | Turbas rubias | Turbas negras |
| Densidad aparente (gr/cm3) | 0.06 – 0.1 | 0.3 – 0.5 |
| Densidad real (gr/cm3) | 1.35 | 1.65 – 1.85 |
| Espacio poroso (%) | 94 o más | 80 – 84 |
| Capacidad de absorción de agua (gr/100 gr m.s.) | 1.049 | 287 |
| Aire (% volumen) | 29 | 7.6 |
| Agua fácilmente disponible (% volumen) | 33.5 | 24 |
| Agua de reserva (% volumen) | 6.5 | 4.7 |
| Agua difícilmente disponible (% volumen) | 25.3 | 47.7 |
| C.I.C. (meq/100 gr) | 110 – 130 | 250 o más |
F) CORTEZA DE PINO.
Se pueden emplear cortezas de diversas especies vegetales, aunque la más empleada es la de pino, que procede básicamente de la industria maderera. Al ser un material de origen natural posee una gran variabilidad. las cortezas se emplean en estado fresco (material crudo) o compostadas. Las cortezas crudas pueden provocar problemas de deficiencia de nitrógeno y de fitotoxicidad. Las propiedades físicas dependen del tamaño de sus partículas, y se recomienda que el 20-40% de dichas partículas sean con un tamaño inferior a los 0,8 mm. es un sustrato ligero, con una densidad aparente de 0.1 a 0.45 g/cm3. La porosidad total es superior al 80-85%, la capacidad de retención de agua es de baja a media, siendo su capacidad de aireación muy elevada. El pH varía de medianamente ácido a neutro. La CIC es de 55 meq/100 g.
G) FIBRA DE COCO.
Este producto se obtiene de fibras de coco. Tiene una capacidad de retención de agua de hasta 3 o 4 veces su peso, un pH ligeramente ácido (6.3-6.5) y una densidad aparente de 200 kg/m3. Su porosidad es bastante buena y debe ser lavada antes de su uso debido al alto contenido de sales que posee.
Sustratos artificiales.
A) LANA DE ROCA.
Es un material obtenido a partir de la fundición industrial a más de 1600 ºC de una mezcla de rocas basálticas, calcáreas y carbón de coke. Finalmente al producto obtenido se le da una estructura fibrosa, se prensa, endurece y se corta en la forma deseada. En su composición química entran componentes como el sílice y óxidos de aluminio, calcio, magnesio, hierro, etc. Es considerado como un sustrato inerte, con una C.I.C. casi nula y un pH ligeramente alcalino, fácil de controlar. Tiene una estructura homogénea, un buen equilibrio entre agua y aire, pero presenta una degradación de su estructura, lo que condiciona que su empleo no sobrepase los 3 años. Es un material con una gran porosidad y que retiene mucha agua, pero muy débilmente, lo que condiciona una disposición muy horizontal de las tablas para que el agua se distribuya uniformemente por todo el sustrato.
B) PERLITA.
Material obtenido como consecuencia de un tratamiento térmico a unos 1.000-1.200 ºC de una roca silícea volcánica del grupo de las riolitas. Se presenta en partículas blancas cuyas dimensiones varían entre 1.5 y 6 mm, con una densidad baja, en general inferior a los 100 kg/m3. Posee una capacidad de retención de agua de hasta cinco veces su peso y una elevada porosidad; su C.I.C. es prácticamente nula (1.5-2.5 meq/100 g); su durabilidad está limitada al tipo de cultivo, pudiendo llegar a los 5-6 años. Su pH está cercano a la neutralidad (7-7.5) y se utiliza a veces, mezclada con otros sustratos como turba, arena, etc.
C) VERMICULITA.
Se obtiene por la exfoliación de un tipo de micas sometido a temperaturas superiores a los 800 ºC. Su densidad aparente es de 90 a 140 kg/m3, presentándose en escamas de 5-10 mm. Puede retener 350 litros de agua por metro cúbico y posee buena capacidad de aireación, aunque con el tiempo tiende a compactarse. Posee una elevada C.I.C. (80-120 meq/l). Puede contener hasta un 8% de potasio asimilable y hasta un 12% de magnesio asimilable. Su pH es próximo a la neutralidad (7-7.2).
D) ARCILLA EXPANDIDA.
Se obtiene tras el tratamiento de de nódulos arcillosos a más de 100 ºC, formándose como unas bolas de corteza dura y un diámetro, comprendido entre 2 y 10 mm. La densidad aparente es de 400 kg/m3 y posee una baja capacidad de retención de agua y una buena capacidad de aireación. Su C.I.C. es prácticamente nula (2-5 meq/l). Su pH está comprendido entre 5 y 7. Con relativa frecuencia se mezcla con turba, para la elaboración de sustratos.
E) POLIESTIRENO EXPANDIDO.
Es un plástico troceado en flóculos de 4-12 mm, de color blanco. Su densidad es muy baja, inferior a 50 Kg/m3. Posee poca capacidad de retención de agua y una buena posibilidad de aireación. Su pH es ligeramente superior a 6. Suele utilizarse mezclado con otros sustratos como la turba, para mejorar la capacidad de aireación.
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SIMICROC: MODELO DE SIMULACIÓN DEL MICROCLIMA EN UN INVERNADERO.
Existe un modelo de simulación dinámica que fue desarrollado, calibrado y validado para un invernadero ubicado en el instituto de Investigaciones Agropecuarias de la Universidad de Los Andes, en el Estado Mérida, España. Se trata de un invernadero con ventilación natural, con cumbrera de apertura variable y con malla antiáfido en las ventanas laterales.
El invernadero fue visto inicialmente como un colector para maximizar la captura de la radiación solar y minimizar las pérdidas de calor, con el tiempo su visión ha cambiado como un sistema más integral, donde se crean las condiciones óptimas de microclima para el crecimiento de cultivos. El microclima de un invernadero puede ser estudiado por experimentación o simulación, y con este último método se puede caracterizar más rápidamente, a un menor costo, y de manera flexible y repetible (Wang y Boulard, 2000).
El modelo combina un conjunto de ecuaciones diferenciales no lineales de primer orden, que caracterizan los balances de energía para la cubierta, el aire interior, el cultivo, el suelo, además el balance de humedad y concentración de dióxido de carbono para el aire interior del invernadero. El sistema de ecuaciones se resuelve numéricamente por el método predictor-corrector de Adams-Bashforth-Moulton con un programa escrito en lenguaje Fortran 77.
Las técnicas para el modelamiento matemático de procesos reales se clasifican en dos categorías principales: modelamiento físico y sistemas de identificación (Ljung, 1987). La primera categoría, basada en términos de leyes físicas, caracteriza el sistema mediante las ecuaciones de flujo de energía y masa; la segunda considera el problema de obtener modelos de sistemas dinámicos a partir de mediciones, y para ajustar los modelos paramétricos se usan técnicas lineales y no lineales tales como algoritmos de mínimos cuadrados recursivos y redes neuronales (Xu et al., 2007).
El modelaje térmico del microclima de un invernadero requiere un mínimo de cuatro ecuaciones no lineales que relacionen el intercambio de calor entre el aire interior, las plantas, el suelo, la cubierta, ante condiciones climáticas dadas y otros parámetros de diseño como volumen, forma, altura, orientación y lugar (Critten et al., 2002; Sethi y Sharma, 2007).
Diversos han sido los esfuerzos para modelar el microclima de los invernaderos, como resultado se han realizado simulaciones numéricas para modelar las variables climáticas en el interior del invernadero, utilizando diferentes herramientas: con el entorno de programación visual SIMULINK y MODELICA, resolviendo el conjunto de ecuaciones en derivadas ordinarias resultante para los balances de energía y masa en el sistema (Rodríguez et al., 2002; Hill, 2006; Castañeda et al., 2007), mediante la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD), resolviendo las ecuaciones de Navier Stokes, para predecir los patrones del flujo de aire, temperatura y humedad (Fatnassi et al., 2003). Se ha presentado también la simulación dinámica resolviendo el conjunto de ecuaciones diferenciales ordinarias no lineales con la técnica predictor-corrector, usando un programa escrito en lenguaje fortran (Abdel-Ghany et al., 2005). Igualmente existen modelos de simulación en estado estable, partiendo de los balances de energía para cuatro componentes del invernadero: cubierta, aire interior, superficie del cultivo y superficie del suelo descubierto, resolviendo el conjunto de ecuaciones por el método Gauss-Seidal, usando un programa escrito en C++ (Singh et al., 2006). Estos modelos presentan los procesos físicos básicos en común, aunque difieren en los elementos considerados en el sistema (aire, cubierta, suelo, cultivo), además de la forma de modelar el flujo de ventilación.
Materiales y métodos.
El invernadero piloto se encuentra ubicado en la ciudad de Mérida, Estado Mérida,España. El cual tiene una latitud Norte 8º 37′ 37», longitud Oeste 71º 11′, altitud 1926 m.s.n.m, y una orientación del frente al suroeste.
Consiste en un módulo con estructura de acero tubular galvanizado, tecnología italiana, cuyas dimensiones son: 9 m de ancho por 18 m de largo, con paredes laterales de 4 m de alto y techos de arco simétrico con cumbreras a 6 m de alto.
Las paredes laterales tienen ventanas de malla 25 x 41 hilos antiáfido, enrollables. A lo largo de toda la cumbrera del techo hay una ventana cenital de 1 m de ancho, que abre por desplazamiento vertical, hasta 0.5 m. La ventilación natural es controlada mediante la apertura de las ventanas laterales y la ventana cenital. El material de la cubierta es una película de polietileno de baja densidad (PEBD), cuyo espesor promedio es 151 micras.
El cultivo utilizado en este estudio fue el tomate y sus características pertinentes son las siguientes: Altura promedio del cultivo: 1.5 m, Número promedio de hojas por planta: 40, Ancho promedio de la hoja: 3 cm, Largo promedio de la hoja: 5 cm, Número de plantas = Número de canteros = 232
Modelo matemático.
El modelo propuesto integra los modelos de Rodríguez (2002), Abdel-Ghany y Kozai (2005) y Singh et al. (2006). Comprende un conjunto de cinco ecuaciones diferenciales ordinarias de primer orden no lineales usadas para determinar los balances de energía y masa del sistema, bajo la influencia de las condiciones climáticas externas y atendiendo a los efectos de la orientación, localización, forma, tamaño del invernadero, así como las propiedades físicas de la cubierta, aire interior, cultivo y suelo.
Las ecuaciones son las siguientes:
Balance en la cubierta.
Balance en el cultivo.
Balance en el aire interior.
Balance en el suelo desnudo.
Balance de humedad en el aire interior del invernadero.
Balance de masa de dióxido de carbono
Simulación numérica
La integración numérica de este sistema de ecuaciones se resuelve por el método multifase de Adams-Bashforth-Moulton (Burden y Faires, 2004). Los valores de arranque se obtienen por el método Runge-Kutta de cuarto orden (Chapra y Canale, 2004). Para la solución de estas ecuaciones se desarrolló un programa escrito en Fortran 77, usando el compilador Fortran G77 de GNU para MSDOS.
Proceso de calibración
Del conjunto de datos registrados, para la calibración se usaron los valores de las mediciones internas y externas del día 12 al 15/11/2006. Los parámetros CPAIR, KK, FFSUECUL se escogieron por ser inciertos y porque produjeron el mayor impacto en las variables predichas. La calibración se realizó cambiando los valores de los parámetros indicados de forma manual, hasta obtener un mejor ajuste entre lo predicho y lo medido.
Proceso de validación
Se usaron los datos registrados del día 16 al 19/11/2006 para validar el modelo. Se calculó el coeficiente de correlación (R), el coeficiente de determinación (R2), el error medio.
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[…] elegir el mejor tipo de sustrato, lo mejor es que cumplan con lo […]
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