13 min

Cultivos hidropónicos con agua reutilizada

Producción Vegetal

Tendencias

Para su uso en agricultura, es crucial considerar el riesgo de contaminación microbiana durante el riego y la recolección, dependiendo de la fuente del agua

Plataforma Tierra
UNA COMUNIDAD DIGITAL DE CONOCIMIENTO

02 May 2024

Los sistemas hidropónicos destacan por su capacidad para cultivar plantas sin suelo, proporcionando una solución acuosa rica en nutrientes y un control preciso de los mismos, así como de las condiciones ambientales.
En general, el cultivo hidropónico es una solución valiosa en áreas con desafíos para la agricultura tradicional, contribuyendo a la seguridad alimentaria, el desarrollo de mercados locales y la mejora de la calidad de vida en entornos urbanos y periurbanos.
Se prevé una disminución del 5 % al 14 % en las aportaciones hídricas en España para 2030, y en Cataluña, se estima una reducción del 22 % en la disponibilidad de agua para 2050 debido al cambio climático.
La recuperación del agua constituye una solución sostenible para aprovechar los recursos hídricos, ya sea mediante el aprovechamiento de aguas grises o mediante el tratamiento de salmueras residuales de desaladoras, entre otros ejemplos.

Los cultivos agrícolas convencionales enfrentan desafíos como la escasez de tierras cultivables y la degradación del suelo, lo que ha impulsado la búsqueda de alternativas más sostenibles.

La hidroponía prescinde del suelo tradicional y utiliza sustratos inertes o soluciones acuosas para suministrar nutrientes a las plantas en un entorno controlado y automatizado.

Adicionalmente, la hidroponía permite un uso más eficiente del agua y los fertilizantes o pesticidas, así como un mayor control climático, lo que mejora el rendimiento y la calidad de las cosechas.

Estos sistemas han ganado popularidad en la agricultura moderna, especialmente en la producción de plantas ornamentales, aromáticas, verduras, hortalizas y frutas.

El cultivo hidropónico permite aplicar los principios de la agricultura inteligente mediante el uso de sensores de Internet de las cosas (IoT), automatización y monitoreo constante. Estos sensores supervisan las condiciones del suelo, los niveles de nutrientes y la salud de las plantas, lo que facilita una gestión precisa y la optimización de los rendimientos.

Adicionalmente, los cultivos hidropónicos disminuyen la dependencia de insumos químicos, promueven prácticas de manejo de plagas respetuosas con el medio ambiente, minimizan la generación de residuos y, sobre todo, reducen significativamente el consumo de agua.

Por otro lado, los cultivos hidropónicos pueden llevar la gestión del agua a un nivel más alto de sostenibilidad al utilizar aguas residuales tratadas, como aguas grises o salmueras residuales de desaladoras.

Cultivos hidropónicos

Los sistemas hidropónicos destacan por varias características distintivas que los hacen únicos en el cultivo de plantas.

En primer lugar, permiten el cultivo sin suelo, eliminando por completo la necesidad de tierra y sustituyéndola por una solución acuosa rica en nutrientes.

Además, ofrecen un control preciso de los nutrientes al proporcionar una mezcla con concentraciones adecuadas de elementos esenciales para el crecimiento de las plantas, como nitrógeno, potasio, fósforo, calcio, magnesio y azufre.

Estos sistemas también incorporan un ambiente controlado, con sistemas diseñados para regular la luz, temperatura y humedad, creando condiciones óptimas para el desarrollo de las plantas en cualquier época del año.

No obstante, para su funcionamiento adecuado, requieren una infraestructura especializada, que incluye equipos como sistemas de recirculación de agua, bombas, medidores de pH y conductividad, así como iluminación controlada.

Los sistemas hidropónicos se dividen en varios tipos, cada uno diseñado con un propósito específico y más adecuado para ciertos tipos de cultivos. Algunas de las opciones más comunes, según Repsol y el tipo de cultivo, incluyen:

Sistema hidropónico de flujo y reflujo (Ebb & Flow): Las plantas se colocan en bandejas o recipientes que se inundan periódicamente con la solución nutritiva y luego se drenan, proporcionando a las raíces ciclos alternos de nutrientes y oxígeno. Este método es versátil y puede emplear diversos sustratos, lo que permite el cultivo de una amplia gama de especies vegetales.
Sistema de cultivo aeropónico: Las raíces se mantienen suspendidas en el aire y se rocían regularmente con la solución nutritiva en un entorno oscuro. Aunque eficaz, este método requiere una nebulización constante para prevenir la deshidratación de las raíces. Es especialmente adecuado para plantas de crecimiento rápido.
Sistema hidropónico de raíz flotante: Las plantas se sitúan sobre una lámina que flota en la solución nutritiva, sumergiendo así las raíces. Se emplea una bomba de aire para oxigenarlas, lo que lo hace ideal para cultivar verduras de hojas.
Sistema de cultivo por gotas: Un sistema de bombeo controlado por temporizador asegura que la solución nutritiva gotee sobre la base de la planta. Esta técnica es versátil y apropiada para una amplia variedad de cultivos, desde hortalizas hasta frutas.
Sistema de mecha o pabilo: Las plantas absorben la solución nutritiva a través de mechas, sin requerir bombas. Esta técnica es simple y adaptable a diversos sustratos, siendo ideal para la hidroponía casera y para plantas con necesidades hídricas moderadas.
Técnica de película de nutrientes (NFT): Se dispone una delgada corriente de solución nutritiva que fluye de manera constante a lo largo de una pendiente, exponiendo las raíces de las plantas al aire. Esta técnica es óptima para el cultivo de hierbas, lechugas, fresas y otras plantas de hojas verdes.

Los cultivos hidropónicos tienen como objetivo mantener condiciones estables de humedad y conductividad eléctrica en la zona radicular, es decir, en las raíces de las plantas. Esto implica mantener una condición uniforme en la zona radicular, ajustándose según las condiciones climáticas y las estaciones del año.

A continuación, se detallan los principales factores que influyen en el riego hidropónico y que son determinantes para comprender la capacidad de retención hídrica en condiciones reales de cultivo:

Propriedades físicas del sustrato y formación de macro poros.
Volumen por unidad de cultivo.
Geometría del contenedor.
Caudal instantáneo.
Porcentaje de drenaje.
Porcentaje de agotamiento de la reserva hídrica del sustrato.

Para optimizar los sistemas hidropónicos es crucial comprender los niveles óptimos de funcionamiento del sustrato para evitar el estrés hídrico y la falta o exceso de oxigenación.

Es importante destacar el sustrato eSoil desarrollado por la Universidad de Linköping en Suecia, diseñado específicamente para cultivo hidropónico con mejoras en la conducción eléctrica.

Este sustrato, compuesto principalmente de celulosa y un polímetro conductor (PEDOT), se muestra más sostenible que alternativas convencionales como la lana mineral.

Estudios han evidenciado que las plántulas de cebada cultivadas en eSoil crecieron hasta un 50 % más en tan solo 15 días cuando se estimulaban eléctricamente las raíces.

En este sentido, el cultivo hidropónico resulta especialmente beneficioso en áreas con condiciones desafiantes para la agricultura tradicional, como limitaciones climáticas, de suelo, espacio y agua.

Además de impulsar la seguridad alimentaria y la nutrición, esta técnica también fomenta el desarrollo de mercados locales en las cadenas de suministro de alimentos, convirtiéndose en una herramienta efectiva para combatir la pobreza y mejorar la calidad de vida en entornos urbanos y periurbanos.

Panorama de los recursos hídricos nacionales

En algunas regiones, los invernaderos impulsarán el desarrollo de nuevas producciones agrícolas. Sin embargo, el agotamiento del suelo bajo invernadero llevó a la adopción de sistemas hidropónicos como alternativa.

En España, se ha observado un crecimiento significativo de cultivos hidropónicos que ha permitido el desarrollo de cultivos en regiones como Almería, Huelva, Granada, Murcia y Canarias, que anteriormente se veían limitadas por condiciones climáticas y de suelo desfavorables.

A escala mundial, el 70 % del agua se utiliza para la producción agrícola, en gran parte debido a prácticas de riego insostenibles.

Según el MITECO (Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico), para 2030, se prevén disminuciones en las aportaciones hídricas en España, tanto por aumento de temperatura como por reducción de precipitación.

Estas disminuciones oscilan entre un 5 % y un 14 %, dependiendo del escenario. Las cuencas más afectadas serían Guadiana, Canarias, Segura, Júcar, Guadalquivir, Sur y Baleares.

Por otro lado, según la Agencia Catalana del Agua, se prevé que el cambio climático cause una reducción del 22 % en la disponibilidad de recursos hídricos en el litoral catalán para el año 2050.

Ante la sequía en Cataluña, Aigües de Barcelona resalta la relevancia de aprovechar el agua regenerada, que ya constituye un 25 % de los recursos hídricos en la región.

Este recurso, tratado después de provenir de depuradoras, proporciona una solución estable y sostenible, reduciendo la dependencia de la lluvia y la extracción de otras fuentes de agua. La empresa impulsa la diversificación de recursos hídricos como estrategia para asegurar la resiliencia frente a la escasez.

Utilización de aguas residuales tratadas en cultivos hidropónicos

Es posible cultivar en sistemas hidropónicos utilizando aguas residuales tratadas. Sin embargo, es crucial considerar el riesgo de contaminación microbiana durante el riego y la recolección, dependiendo de la fuente del agua.

Un ejemplo de agua residual que puede ser aprovechada en la agricultura son las aguas grises, que son aquellas utilizadas previamente para actividades de limpieza como el lavado de ropa, manos, duchas y baños. Estas aguas no han estado en contacto con microorganismos patógenos, a diferencia del agua proveniente del inodoro.

Los sistemas de aguas grises, por tanto, se utilizan para redirigir y reciclar esta agua “una vez utilizada” para otros fines. Las aguas grises pueden parecer sucias, ya que toman su nombre de su característico tinte grisáceo, pero son perfectamente aptas para la agricultura y mucho más.

En este sentido, los sistemas de tratamiento de aguas grises mejoran la calidad de estas aguas hasta alcanzar un nivel que las hace aptas para ser usadas en el riego.

Por otro lado, existen aguas residuales provenientes de las salmueras de desaladoras, las cuales resultan de los procesos de ósmosis utilizando membranas nanocompuestas de película fina (TFN), por ejemplo.

Concretamente, una investigación del grupo de Agrobiotecnología del IPNA (Instituto de Productos Naturales y Agrobiología) demostró que las salmueras residuales de desaladoras pueden ser reutilizadas en el cultivo hidropónico. Estas salmueras podrían ser una fuente de minerales y agua para el cultivo de plantas, lo que podría beneficiar tanto a la industria turística como a la agricultura en regiones como las Islas Canarias.

En definitiva, la regeneración del agua es una solución sostenible y resistente para aprovechar los recursos existentes. Este tratamiento implica someter el agua depurada a un nuevo tratamiento para su reutilización en actividades como el riego, promoviendo así la economía circular y dando una segunda vida a este recurso escaso.

A continuación, se detallarán empresas y proyectos dedicados tanto a cultivos hidropónicos como al tratamiento de aguas residuales.

Casos de éxito

Magtech

El proyecto Magtech ha desarrollado un innovador método de cultivo hidropónico de algodón de alta calidad en colaboración con el Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura (CEBAS-CSIC) y la Fundación Cajamar.

Este sistema ha logrado aumentar los rendimientos de algodón hasta en un 200 % y reducir el consumo de agua en más del 75 %

El algodón hidropónico de Magtech se cultiva sin suelo, utilizando soluciones acuosas con nutrientes esenciales disueltos, lo que ha demostrado ser tres veces más eficiente que los métodos convencionales.

Adicionalmente, Magtech promueve la reutilización del agua regenerada, lo que no sólo reduce su huella hídrica, sino que también fomenta un modelo más verde y sostenible.

La empresa se prepara para ingresar al mercado en 2025 después de finalizar su fase preindustrial y concentrarse en pruebas piloto a gran escala.

REGREEN

El proyecto REGREEN, liderado por Aigües de Barcelona, Cetaqua y el Ayuntamiento de Cornellà de Llobregat, busca impulsar el uso de aguas regeneradas en la agricultura hidropónica urbana.

El huerto urbano REGREEN, ubicado en la Central Cornellà, es un proyecto piloto que demuestra el potencial de esta tecnología en entornos urbanos.

Adicionalmente, la iniciativa se presenta como una palanca de innovación para estudiar la viabilidad técnica, económica y ambiental de esta práctica a escala municipal.

El proyecto tiene el potencial de mejorar la huella hídrica, promover la circularidad y contribuir a la neutralidad climática en los municipios del área metropolitana de Barcelona. Ante el desafío del cambio climático, la regeneración del agua emerge como una solución sostenible y resiliente para aprovechar los recursos disponibles.

Bioazul

La startup española Bioazul se dedica a obtener efluentes de aguas residuales que puedan ser reutilizados en la agricultura.

En concreto, la empresa ha desarrollado la tecnología conocida como Richwater, la cual se fundamenta en el empleo de un biorreactor de membrana que fusiona la filtración con un tratamiento biológico. Este enfoque busca conservar la mayor cantidad posible de nutrientes presentes en las aguas residuales.

Con un prototipo probado y validado, Richwater ha demostrado una alta eficacia en la eliminación de bacterias y una notable recuperación de nutrientes, verificados mediante la ETV. Además, estudios agronómicos indican que el cultivo con agua reciclada no difiere significativamente del cultivo con agua convencional, respaldando su viabilidad en la práctica agrícola.

Projar

Projar cuenta con 40 años de experiencia y se dedica a la fabricación de sustratos y la comercialización de suministros para agricultura y jardinería.

Entre las soluciones hidropónicas ofertadas por la empresa, se destacan los siguientes cultivos:

Higo: Tras un ensayo en el Centro de Experiencias de Cajamar, se ha confirmado que la hidroponía es adecuada para este cultivo. La hidroponía reduce el tiempo de entrada a producción de 1 a 2 años a solo 4 meses y amplía la ventana de producción de 1 mes a 6 meses. Esto resulta en un incremento notable en la productividad, de 4.000 kg/ha a 80.000 kg/ha. Además, mejora la calidad de la fruta con mayor homogeneidad y facilita la recolección al estar más accesible a la altura humana.
Arándanos: El cultivo hidropónico de arándanos muestra un incremento del 50 % en la producción durante el primer año en comparación con el cultivo en suelo. Grupo Projar ha confirmado estas cifras tras años de investigación en varios países productores.
Frutas: La solución semi-hidropónica para frutales, Fruitponic, ofrece mejoras significativas en la producción en condiciones de suelos poco fértiles o dañados. Esta tecnología traslada las ventajas del cultivo hidropónico de hortalizas a los árboles frutales al colocar placas de cultivo de fibra de coco cerca de las raíces, lo que facilita el acceso al agua y los nutrientes. Fruitponic es ideal para casos de suelos poco productivos, restricciones en el riego y cuando se busca mejorar la productividad. Sus ventajas incluyen una reducción del 30 % en el riego, un aumento del 55 % en el peso medio del fruto, un incremento del 10 % en el valor económico del fruto y una producción más homogénea.