Estos ensayos pretenden caracterizar física, físico-química y químicamente un sustrato de roca volcánica local sostenible, y evaluarlo agronómicamente con tres hortalizas comparándola con la fibra de coco como sustrato comercial actualmente en expansión en España y en todo el mundo. Para la evaluación agronómica se han realizado tres cultivos independientes en las instalaciones de la Universidad de Almería en invernaderos de plástico. Todas las operaciones se realizaron siguiendo el manejo cultural comercial de la zona.
Judith Pozo (1), Isidro Morales (1), Josefa Requena (1), Tommaso La Malfa (1), Juan E. Álvaro (2) y Miguel Urrestarazu (1).
1 Departamento de Agronomía, Universidad de Almería, España.
2 Escuela de Agronomía, Pontificia Universidad Católica
de Valparaíso, Chile.
Los cultivos sin suelo en roca volcánica con una extensión considerable se realizan sobre los años 40 (Gericke, 1940). Históricamente han tenido un interés vital en el abastecimiento de puntos estratégicos como es el caso de la Isla Wake, situada en mitad del Pacífico, que tuvo una indudable importancia en mitad del siglo XX. En Hawái se ha cultivado ampliamente en estos materiales donde es uno de los métodos más extendidos comercialmente en los cultivos sin suelo (McCall y Nakagawa, 1979).
Figura 1. A. Localización de las zonas volcánicas en la Península Ibérica de potencial para su uso agrícola. B. Volcán de la Garrinada y Montsacopa, Olot (Girona). C. Cantera de Lafarge en el Volcán de Cerro Gordo, Campo de Calatrava (Ciudad Real). D. Volcán Majada Redonda, Cabo de Gata (Almería), (Fuente: Google Earth, 2014).
En los países donde existe una gran cantidad de estos materiales volcánicos como en Mesoamérica se están extendiendo con cierta importancia. Por ejemplo se están utilizando en Costa Rica, Guatemala y sobre todo en México donde se denomina tezontle (San Martín-Hernández et al., 2012; Rodríguez Diaz et al., 2013; Urrestarazu, 2013; Ponce Lira et al., 2013), también se han realizado estudios en ciertas localizaciones europeas como Grecia (Gizas y Savvas, 2007).
Los cultivos en España en roca volcánica tampoco son recientes. Se pueden encontrar referencias de sus comienzos antes de la década de los 70 en el Centro Internacional para la Hidroponía de Las Palmas en las Islas Canarias (Blesa y Luque, 1972). Se cultivaba en parterres de 1 m de ancho con subirrigación y usando como sustrato lapilli volcánicos, o puzolana, que localmente se conoce como picón. Algunos de estos cultivos se llevaron a cabo en invernaderos de cristal en Lanzarote (Islas Canarias, España) con diversas hortalizas como pepino, melón y tomate (Arán, 1977, 1978a, 1978b). Estos medios de cultivo se han extendido hasta la actualidad (Baixauli y Aguilar, 2002; Santos y Ríos, 2013), tanto en cultivo de hortalizas como en ornamentales.
Los sistemas de cultivo sin suelo en roca volcánica se realizaban tanto en parterres o grandes contenedores alargados de ancho variable (en torno a 0,5 o 1 m de ancho y varios metros de largo), como en contenedores individuales que cultivan una o varias plantas. En las Islas Canarias se estima una superficie de cultivo en roca volcánica de unas 225 hectáreas (Baixauli y Aguilar, 2002).
Cuadro I. Variación de algunas características de las puzolanas utilizadas en sistemas de cultivo sin suelo en todo el mundo
En el resto de España este material no es muy usado en comparación a otros sistemas de cultivo sin suelo más extendidos como lana de roca, perlita y fibra de coco que ocupan una superficie aproximada de unas 5.000 a 5.500 ha (Urrestarazu, 2013).
Este material volcánico natural y granular (puzolanas) ha sido descrito ampliamente en diversas localidades en muchas partes del mundo y España (cuadro I). En la Península Ibérica existen tres grandes localizaciones con potencial para la extracción de rocas volcánicas susceptibles de ser usadas como sustrato hortícola (figura 1).
Figura 2. Localización de la cantera, A. en la Península Ibérica, B. en la provincia de Ciudad Real. C. Plano D. Vista aérea de la cantera de Lafarge en el volcán del Cerro Gordo.
En la actualidad se evalúa el potencial comercial de estos materiales volcánicos por la empresa internacional Lafarge en el centro de España (figura 2). La salida de estos materiales volcánicos fue descrita por González et al., (2008), originados en las facies Laháricas en los depósitos de oleadas piroclásticas del Barranco Varondillo (Campo de Calatrava, España), geológicamente originado por una erupción freatomagmática. El depósito de estos materiales susceptibles para su uso como sustrato hortícola se ha estimado en 5.360.419 t lo cual garantizaría un suministro constante y suficiente para los fines agrícolas.
Por otro lado, en el proceso de molienda y cribado no se genera ningún residuo o subproducto desechable, ya que casi la totalidad de la composición lítica es utilizada. Su ubicación en el centro de la Península Ibérica supone además una importancia estratégica clave para el transporte con la menor huella ecológica y de carbono posible. Un ejemplo de utilización de un sustrato alternativo sostenible donde el origen está también cercano a la explotación que la usa se puede observar en la figura 3.
En España se ha descrito una gran cantidad de materiales susceptibles de ser utilizados como sustrato hortícola (Abad et al., 2001). Gran parte de esta información está disponible en la hoja del Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente (Magrama, 2014); por otro lado también se ha propuesto la necesidad de usar materiales locales sostenibles (Urrestarazu et al., 2005) que minimizan la huella ecológica y emisiones de CO2, debidas al transporte.
Figura 3. Ejemplo de uso local de sustrato alternativo sostenible. La zona productora de 10 ha (abajo a la derecha) está muy cercana al origen del suministro de la roca volcánica en la falda del volcan Jumay (Guatemala). Corresponde a la explotación de la foto 2. (Fuente: Google Earth).
La localización de la cantera se puede considerar adecuada para suministrar a la Península Ibérica por su escasa necesidad de transporte, especialmente cuando se compara con el uso de la fibra de coco que es transportada desde la India o Sri Lanka y cuyo consumo final se produce en el centro o sur de Europa. Similar consideración cabe argumentar para otros productos que se generan ex profeso como la lana de roca o perlita que requieren muy altas temperaturas en su fabricación lo que implica un importante consumo de energía y sus emisiones de CO2.
Estos ensayos pretenden caracterizar física, físico-química y químicamente un sustrato de roca volcánica local sostenible, y evaluarlo agronómicamente con tres hortalizas comparándola a la fibra de coco como sustrato comercial actualmente en expansión en España y todo el mundo.
Materiales y métodos utilizados
Condiciones de cultivo
Cuadro II. Diversos parámetros de los ciclos de cultivo llevados a cabo.
Para la evaluación agronómica se han realizado tres cultivos independientes en las instalaciones de la Universidad de Almería en invernaderos de plástico. Todas las operaciones se realizaron siguiendo el manejo cultural comercial de la zona. El cuadro II muestra los parámetros principales de los tres cultivos.
El tratamiento a evaluar fue una puzolana (PV) en unidades tipo saco de cultivo (100 x 25 x 10 cm) de 25 l, suministrado por la compañía Lafarge España. El sustrato hortícola evaluado es una roca volcánica de origen natural de forma granular e irregular. Las características de textura y su distribución particular se muestran en el cuadro III.
Cuadro III. Distribución de partículas del sustrato puzolana (% en peso) ensayado.
Este material es el resultado de la extracción directa de la cantera y su posterior molienda y cribado controlado. Esta textura se mantuvo de forma homogénea en cada unidad de cultivo, consideración de suma importancia a la hora de obtener un resultado contrastable, siempre que se haya verificado previamente la uniformidad de riego. La unidad de cultivo está envuelta con una lámina de plástico coextruida de 115 µm de grosor similar a la que envuelve la unidad comercial testigo.
El tratamiento testigo (FC) fue una unidad comercial muy similar (Pelemix GB1002410) de unos 100 x 25 x 10 cm y un volumen de 25 l.
Condiciones de fertirrigación
Para cada uno de los tratamientos se establecieron sistemas de control consistentes en un gotero de control y una bandeja de drenaje. Mediante estos dispositivos de seguimiento se controlaba diariamente el pH, la CE y el porcentaje de drenaje. Se registraba también mediante análisis por cromatografía iónica las concentraciones en el fertirriego y en los drenajes de los iones nitrato y potasio.
Cada nuevo fertirriego se realizaba cuando se había agotado el 10% de agua fácilmente disponible desde la unidad de cultivo, adicionalmente se suministraba un exceso de fertirrigación para obtener entre un 15-25% de drenaje (Urrestarazu, 2004; Urrestarazu et al., 2005, 2008b). De todo el sistema de fertirrigación y del drenaje obtenido se realizaba un seguimiento pormenorizado mediante sistemas automatizado de control volumétrico desarrollado en la propia Universidad de Almería (Rodríguez et al., 2015).
La duración de cada fertirriego resultante se determinó según la curva de liberación de agua mediante una caracterización del sustrato con los resultados indicados en la figura 4. Los tiempos de duración de los riegos con unidades de cultivos individuales suele variar de un mínimo de 2 a unos 7-8 minutos.
Cuadro IV. Algunos ejemplos de los resultados del tiempo necesario de encendido de un equipo de fertirrigación en función de diversos parámetros de fertirriego para una unidad de cultivo con roca volcánica de un volumen de 25 l y un agua fácilmente disponible (AFD) de un 10%.
Algunos ejemplos variando ciertos parámetros del sistema de fertirriego y condiciones de programación del mismo se muestran a modo de ejemplo en el cuadro IV. En general los equipos de fertirrigación en determinadas ocasiones de caudal definido requieren un número de minutos alto para estabilizar los parámetros de pH y CE programado (Morales y Urrestarazu, 2014) y por ello suele ser recomendable que se apliquen tiempos superiores a 2 minutos y consecuentemente serían deseables las condiciones del cuadro IV que originen tiempos mayores de esos 2 minutos.
Parámetros de producción
Se ha evaluado la producción total comercial más algunos parámetros de calidad de los frutos. La recolección de los frutos se realizó semanalmente cuando alcanzaban el estado de madurez y tamaño necesario para su comercialización. La clasificación comercial para el caso del tomate se realizó con arreglo a los reglamentos de la Unión Europea (DO, 2000). Mediante el pertinente submuestreo semanal de la cosecha, se cuantificaron los grados Brix (por refractometría) como medida de los sólidos solubles totales, así como el peso seco de los frutos. También se registró el pH y la CE de los jugos de los frutos. Todas las medidas se realizaron por cuadruplicado.
Los cultivos fueron llevados a cabo con un diseño experimental de bloques completos al azar, con tres bloques por tratamiento y experimento. La unidad experimental estaba constituida por tres sacos de cultivo (Little y Hill, 1978; Petersen, 1994).
Caracterización de los sustratos
Figura 4. Comparación de la curva de liberación de agua para una fibra de coco y puzolana (basado en De Boodt et al., 1974). ADD: Agua difícilmente disponible. AR: Agua de reserva. AFD: Agua fácilmente disponible. CA: Capacidad de aireación. MS: Materia sólida.
Las medidas de la caracterización de cada uno de los sustratos del ensayo se realizaron según las regulaciones y normativas europeas de caracterización de sustrato como medios de cultivo recogidos en bibliografía (AENOR, 2008-2012). Los valores obtenidos para el resto de los parámetros de su caracterización de la puzolana se muestran el cuadro IV.
Resultados y discusión
La figura 4 muestra cómo las características de la curva de liberación de agua se ajustan sustancialmente a los materiales de picón y otras puzolanas volcánicas utilizadas tanto en las Islas Canarias en España (Baixauli y Aguilar, 2002), como en otros países como el tezontle en México (Ponce Lira et al., 2013), o pumita en Grecia (Gizas y Savvas, 2007).
El valor de la capacidad de aireación (31,81%) de la roca volcánica es similar al de la fibra de coco (32%). Sin embargo, todos los valores de la retención del agua en el sustrato fueron sustancialmente menores en la roca volcánica en comparación a la fibra de coco (valores de 10,0, 0,2 y 12,2% para el agua fácilmente disponible –AFD–, agua de reserva –AR– y el agua difícilmente disponible –ADD–, respectivamente).
Cuadro V. Parámetros seleccionados de las características físicas, físico-químicas y químicas del sustrato de roca volcánica (Puzolana).
Esta gran diferencia sustancial en la proporción, sobre todo de AFD, hace que el tratamiento de fertirriego arroje una importante diferencia en los tiempos de aplicación que por esta razón es la mitad en la puzolana (en minutos), que en la fibra de coco.
El cuadro V mostraba algunas de las principales características físicas, físico-químicas y químicas de la roca volcánica. Ninguno de los parámetros medidos es un factor limitante para el crecimiento de las hortalizas. El valor de la densidad real (1,37 kg l-1) superaba el valor de la fibra de coco utilizada (0,06 kg l-1, Morales y Urrestarazu, 2013).
El valor de la densidad aparente es dependiente de la granulometría (cuadro VI) y ésta baja ligeramente al disminuir los elementos más finos, sin embargo estos valores siguen siendo superiores a los números deseables (< 0,10 kg l-1). Este alto valor constituye un importante inconveniente al compararlo a otros sustratos como perlita o lana de roca que tienen valores hasta diez veces más livianos, con la consiguiente facilidad de manejo que esto implica.
Cuadro VI. Densidad aparente (no comprimida) de puzolana en función de su granulometría media
La estabilidad de este material es una de las principales ventajas agronómicas del sustrato como medio de cultivo. Tras seis años de uso la estabilidad de los principales parámetros de interés que caracterizan a un sustrato hortícola se mantiene relativamente estable (cuadro VII), propiedad que se mantiene tras sucesivas desinfecciones sostenibles como la solarización.
La propia estabilidad de la textura con los sucesivos cultivos constituye una buena aptitud agronómica, ya que la pérdida de la estructura de materiales, por ejemplo de la lana de roca, provoca que ésta pierda sus propiedades de aireación e hidrofísicas convenientes, y consecuentemente deba ser remplazada por otra nueva. Por otro lado, que esta estabilidad se mantenga en los sucesivos cultivos permitirá tanto la necesaria desinfección entre ellos, como la amortización de su valor económico (Rodriguez Díaz et al., 2013). Esta alta estabilidad y durabilidad de sustrato durante varios ciclos de cultivo, permite la proporcional y potencial reducción por cada cultivo de la huella ecológica y de carbono que se produjo en su transporte.
Efecto sobre los parámetros de fertirrigación
Cuadro VII. Evolución algunos parámetros en función de la edad en uso del sustrato de roca volcánica
El cuadro VIII muestra el comportamiento de los principales parámetros de fertirrigación empleados para el control de la correcta aplicación de la solución nutritiva. En todos los parámetros de fertirrigación de los drenajes se encontraron diferencias significativas entre los dos sustratos ensayados salvo para la conductividad eléctrica (CE) de los drenajes en el cultivo de tomate. Sin embargo, cuando se adaptan los sistemas de fertirriego a los sustratos y al cultivo, los resultados sobre en la absorción y emisión, no muestran una tendencia clara.
Los valores de las cantidades de absorción de los nutrientes medidos fueron similares a los obtenidos de otros sustratos locales alternativos como describieron en tomate con cáscara de almendra (Urrestarazu et al., 2005; Urrestarazu et al., 2008c); en sustrato a base de compost (Urrestarazu et al., 2008c); y en fibra de coco en cultivo de melón y pepino (Urrestarazu et al., 2008b). Comparando la absorción diferencial entre PV respecto a la FC, se encontró una diferencia significativa a favor de FC (en un 30%) en el cultivo de pimiento, pero no fue significativa en el cultivo de tomate.
Efecto sobre las emisiones contaminantes
Cuadro VIII. Principales parámetros de control de fertirriego en los drenajes, absorción de agua, nitratos y potasio, y las emisiones al medio ambiente en un cultivo en puzolana (PV) en comparación al cultivo en fibra de coco (FC)
Los niveles de emisión de nitrato son similares a otros cultivos hortícolas (Urrestarazu et al., 2008a), sin embargo una proporción mucho menor se registró para el cultivo de tomate, probablemente debido a que no fue necesario un porcentaje de drenaje superior al 15%, ya que la CE se mantuvo en valores inferiores en este caso a 4 dS m-1 y un menor tiempo de cultivo. Las emisiones de nitrato fueron mayores en el sustrato PV en un 23 y 8% para el cultivo de pimiento y tomate, respectivamente.
Efecto sobre la producción
El cuadro IX muestra la producción y número de frutos de los cultivos de pimiento, tomate y melón. No se registró ninguna diferencia significativa en los tres cultivos entre los dos sustratos. Algunas investigaciones de otros potenciales sustratos alternativos locales tampoco encontraron diferencias significativas con los sustratos comerciales, por ejemplo al comparar la cáscara de almendra usada como sustrato hortícola comparada con lana de roca en cultivo de tomate y melón en España (Urrestarazu et al., 2005), el bagazo de maguey comparado con fibra de coco en el cultivo de pepino y melón en México (Martínez et al., 2012), o los trabajos con plantas de tomate usando fibra de madera de Gruda y Schnitzler (2004) en Alemania.
Efecto sobre el calibre de los frutos
Cuadro XI. Parámetros de calidad de los frutos de la producción de un cultivo en sustrato de puzolana (PV) y fibra de coco (FC)
Al comparar los dos sustratos se registró una mayor proporción (del 15%) en los tomates de mayor calibre a favor del PV (cuadro X). Esto supone un importante beneficio para el agricultor ya que éstos tienen un mayor precio en los canales de comercialización (Morales y Urrestarazu, 2013). Sin embargo en el calibre siguiente en tamaño, se encontró la mayor proporción en el sustrato FC. En el calibre de menor tamaño fue también registrada una diferencia significativa a favor del PV.
Efecto sobre los parámetros de calidad
Cuadro X. Producción (kg m-2) por calibres en un cultivo de tomate en función del sustrato de cultivo utilizado: puzolana (PV) y fibra de coco (FC).
El cuadro XI muestra los datos de la calidad medidos. En el cultivo de pimiento se registró una mayor proporción en los ºBrix y la materia seca en un 7 y 10% a favor del sustrato VR. En el cultivo de tomate no se registraron diferencias significativas para ninguno de los parámetros medidos. Similares resultados se encontraron en un cultivo de tomate cuando se aplicaban diferentes CEs en sustrato de fibra de coco donde registró un efecto importante sobre el reparto de calibres de la fruta, mientras que la producción total y los parámetros de calidad no se veían afectados (Morales y Urrestarazu, 2013).
Conclusiones
Los parámetros de caracterización de la roca volcánica ensayada no presentan ningún valor o medida que pueda ser considerado factor limitante para su uso como sustrato hortícola. Cuando la fertirrigación se adapta a las características físicas y físico-químicas de la roca volcánica, las producciones comerciales y sus calidades son similares a las obtenidas por otros sustratos comercialmente más extendidos.
Cuadro XI. Parámetros de calidad de los frutos de la producción de un cultivo en sustrato de puzolana (PV) y fibra de coco (FC).
Por tanto puede ser utilizado como sustrato local alternativo y sostenible. Su consideración como sustrato o medio de cultivo, no exige un alto insumo de energía en su fabricación ni necesita un largo transporte que suponga una importante huella ecológica ni de anhídrido carbónico, a lo que contribuye que es un sustrato muy estable que se puede usar durante largo periodo de cultivo. Tampoco en su fabricación desde su origen en la cantera, genera ningún subproducto que pueda considerarse un desecho minero. l
Agradecimientos
Los autores agradecen a la empresa Lafarge el soporte dado para la realización de este trabajo.
