Un banco de pruebas para optimizar cultivos hidropónicos

Según datos de la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO), para sostener a la creciente población mundial –que se estima alcanzar los 9600 millones en 2050– será necesario aumentar la producción de alimentos en un 70 %, con las consecuencias que esto podrá acarrear.

De acuerdo con la ONU, la agricultura es responsable del 70 % del consumo mundial de agua y el sector de los alimentos representa alrededor del 30 % del consumo total de energía del planeta y un 22 % de las emisiones de gases de efecto invernadero.

Este escenario ha convocado a gobiernos, organismos multilaterales, sector privado, academia y sociedad en general a tomar medidas que busquen producir más y mejores alimentos, pero con menos insumos; esto, por medio de un consumo y una producción sostenible y responsable.

Si bien la transición hacia sistemas de alimentación y agricultura más sostenibles ya está en la agenda mundial, y son varias las iniciativas que se vienen desarrollando alrededor del planeta, aún existe un gran campo de acción para trabajar sobre el tema y en el que la ciencia, la tecnología y la investigación tendrán un papel fundamental.

En Colombia, una de las apuestas frente a este tema se viene desarrollando en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de los Andes a través del proyecto “Banco de pruebas para la investigación de estrategias de fertirriego en cultivos hidropónicos”.

Esta iniciativa tiene como objetivo desarrollar un laboratorio para definir metodologías experimentales que, una vez escaladas, permitan generar recomendaciones tecnológicas en cultivos hidropónicos, que inicialmente estarán enfocadas a estrategias de fertirriego para optimizar el uso de recursos y mejorar tanto la calidad como la productividad de este tipo de plantaciones.

El proyecto, que se viene trabajando desde 2018, está en cabeza de Giacomo Barbieri, profesor asistente del Departamento de Ingeniería Mecánica, quien ha realizado investigaciones en el área de automatización industrial desde hace varios años y ahora está aplicando este conocimiento en la agricultura.

¿Por qué cultivos hidropónicos?

Según la FAO, la deforestación y los cambios en el uso de la tierra, debido principalmente al aumento en las necesidades alimentarias, son algunas de las causas del agotamiento del suelo, razón por la que la implementación de técnicas de cultivo que no requieren superficies vegetales podría convertirse en una solución frente a esta problemática.

Este es el caso de la hidroponía, en la cual las plantas se cultivan usando soluciones de nutrientes en vez de suelo agrícola.

En el proyecto del profesor Barbieri se estudia una rama de la hidroponía definida como ‘cultivo sin suelo’ en la cual se utilizan sustratos inertes que sirven como soporte para la planta y no para su alimentación; por ejemplo, perlita agrícola, piedra pómez, fibras de coco, entre otras.

La hidroponía de cultivo sin suelo permite un control total sobre factores que afectan el desarrollo de la planta, como humedad, oxigenación y nutrición. Por esto, se identificó como una oportunidad para la agricultura del futuro.

Manos a la obra

La iniciativa fue inspirada en el trabajo de Sáenz Fety, una empresa de egresados uniandinos dedicada a la investigación y comercialización de semillas de hortalizas y forrajes con especificaciones que mejoran la productividad agrícola. Gracias al apoyo científico de la empresa, se comenzó el desarrollo de un banco de pruebas de hidroponía de cultivo sin suelo y la posterior construcción de un invernadero ubicado al lado del Centro del Japón, culminado en marzo de 2020.

Posteriormente, se armó el banco de pruebas dentro del invernadero generando así el Laboratorio de Agricultura en Ambiente Controlado (CEA, por sus siglas en inglés), que consta de dos módulos: el primero es responsable de producir diferentes soluciones de nutrientes, mientras que el segundo permite controlar el fertirriego de forma independiente para distintas líneas de producción de plantas, donde el fertirriego es la aplicación en las plantas de una solución de nutrientes constituida por una mezcla de agua y fertilizantes.

“El objetivo del proyecto es desarrollar un laboratorio que a través de su escalamiento permita generar recomendaciones tecnológicas de fertirriego mediante experimentación. En particular, se plantea cultivar distintas líneas de producción de plantas con diferentes estrategias de fertirriego. Cada línea tiene el mismo sustrato, número y especie de plantas, y se le aplica una diferente estrategia de fertirriego en términos de solución de nutrientes (pH y conductividad eléctrica), volumen entregado por riego y evento de activación del riego. Finalmente, se comparan los recursos utilizados y los resultados obtenidos con cada estrategia para la definición de la recomendación tecnológica, donde los resultados están expresados en términos de productividad, tiempo de cosecha y propiedades fisiológicas y organolépticas entre otras”, señaló Barbieri.

Además del área física del invernadero, el proyecto viene construyendo una estación remota que permitirá, a través de herramientas como el internet de las cosas y la analítica de datos, capturar y analizar la información que genera el laboratorio para hacer un seguimiento permanente de las plantas, así como realizar un monitoreo y control de todo el sistema a distancia.

Un proyecto a gran escala

Actualmente, el laboratorio está diseñado únicamente para implementar experimentos de fertirriego. Sin embargo, dentro de las expectativas del proyecto a mediano y largo plazo se contempla que el invernadero pueda integrar también el control del microclima interno, lo que permitirá añadir más variables para optimizar el análisis y las estrategias propuestas frente al manejo de las plantas.

De acuerdo con el profesor, en agosto de 2021 el laboratorio estará listo para cultivar las dos primeras líneas de plantas e iniciar proceso de experimentación y evaluación. A medida que avance la investigación y el laboratorio empiece a robustecer la cantidad y calidad de los datos obtenidos, se buscará integrar profesionales de distintas disciplinas para generar metodologías experimentales que incluyan la visión de todas las áreas del conocimiento involucradas en la investigación de sistemas agrícolas eficientes y sostenibles.

La visión del profesor Barbieri es utilizar el laboratorio, que mide 3,7 metros de altura y 18 metros cuadrados de área, como un banco de pruebas para desarrollar metodologías experimentales que en una siguiente etapa permitan su escalamiento. Este último es fundamental para generar un muestreo estadísticamente significativo que permita definir recomendaciones tecnológicas.

Por lo tanto, se requerirá convocar a empresas y organizaciones que estén interesadas en el desarrollo de este tipo de práctica agrícola para escalar el sistema y hacer experimentación con al menos 50 líneas de producción de plantas.

Esta posibilidad de escalamiento se ve muy viable a futuro considerando las ventajas que tiene la hidroponía tanto en términos de uso de recursos como de productividad.

Entre algunos datos importantes se encuentra la reducción del 30 % en la pérdida de plantas y un 30 % de ahorro en el uso de agua frente a sistemas tradicionales, además de una disminución del 80 % en el uso de pesticidas.

Por otro lado, se puede registrar un incremento notable en la productividad ya que, por ejemplo, la producción del tomate en un cultivo tradicional es de aproximadamente 8 kilogramos por metro cuadrado, mientras que un cultivo hidropónico en invernadero logra producir 50 kilogramos.

“Aunque la inversión inicial de estos modelos de cultivo es más alta, se trata de sistemas más sostenibles y rentables a largo plazo. En la agricultura tradicional, los fertilizantes contaminan las fuentes de agua, mientras que en este tipo de siembra estos se pueden recolectar y reutilizar. Este proyecto es un buen ejemplo de cómo se puede producir más y mejor con menos; además, en el que la transformación digital, gracias a la cantidad de datos que permite recolectar y analizar, puede proporcionar herramientas para tomar decisiones que contribuyen a potenciar la producción agrícola”, concluyó el profesor.

Conoce el Laboratorio de Agricultura en Ambiente Controlado