Biología vegetal básica

En esta sección se comenta brevemente sobre las principales partes de la planta y luego se discute la nutrición vegetal (Figura 6.3). El debate adicional está fuera del alcance de esta publicación, pero se puede encontrar más información en la sección sobre Lectura adicional.

Anatomía básica de las plantas y función

Raíces

Las raíces absorben el agua y los minerales del suelo. Pequeños pelos de raíz sobresalen de la raíz, ayudando al proceso de absorción. Las raíces ayudan a anclar la planta en el suelo, evitando que se caiga. Las raíces también almacenan alimentos adicionales para uso futuro. Las raíces en el cultivo sin suelo muestran diferencias interesantes con respecto a las plantas estándar en tierra. En el cultivo sin suelo, el agua y los nutrientes se suministran constantemente a las plantas, que se facilitan en su búsqueda de nutrientes y pueden crecer más rápido. El crecimiento radicular en hidroponía puede ser significativo para la absorción intensa y la entrega óptima de fósforo que estimula su crecimiento. Vale la pena señalar que las raíces retienen casi el 90 por ciento de los metales absorbidos por las plantas, que incluyen hierro, zinc y otros micronutrientes útiles.

Tallos

Los tallos son la principal estructura de soporte de la planta. También actúan como sistema de fontanería de la planta, llevando agua y nutrientes desde las raíces hasta otras partes de la planta, mientras que también transportan alimentos de las hojas a otras áreas. Los tallos pueden ser herbáceos, como el tallo flexible de una margarita, o leñosos, como el tronco de un roble.

Hojas

La mayor parte de la comida en una planta se produce en las hojas. Las hojas están diseñadas para capturar la luz solar, que la planta utiliza para producir alimentos a través de un proceso llamado fotosíntesis. Las hojas también son importantes para la transpiración del agua.

Flores

Las flores son la parte reproductiva de la mayoría de las plantas. Las flores contienen polen y pequeños huevos llamados óvulos. Después de la polinización de la flor y la fertilización del óvulo, el óvulo se convierte en una fruta. En técnicas sin suelo, la pronta entrega de potasio antes de la floración puede ayudar a las plantas a tener mejores ajustes frutales.

Fruta/semillas

Las frutas son partes desarrolladas de ovarios de flores que contienen semillas. Las frutas incluyen manzanas, limones y granadas, pero también incluyen tomates, berenjenas, granos de maíz y pepinos. Estos últimos son considerados frutos en un sentido botánico porque contienen semillas, aunque en una definición culinaria a menudo se les conoce como vegetales. Las semillas son las estructuras reproductivas de las plantas, y los frutos sirven para ayudar a diseminar estas semillas. Las plantas fructíferas tienen diferentes requerimientos de nutrientes que las verduras verdes de hoja, especialmente requieren más potasio y fósforo.

Fotosíntesis

Todas las plantas verdes están diseñadas para generar su propio alimento mediante el proceso de fotosíntesis (Figura 6.4). La fotosíntesis requiere oxígeno, dióxido de carbono, agua y luz. Dentro de la planta hay pequeños organelos llamados cloroplastos que contienen clorofila, una enzima que utiliza la energía de la luz solar para separar el dióxido de carbono atmosférico (CO₂) y crear moléculas de azúcar de alta energía como la glucosa. Esencial para este proceso es el agua (H₂O). Este proceso libera oxígeno (O₂), y es históricamente responsable de todo el oxígeno en la atmósfera. Una vez creadas, las moléculas de azúcar se transportan por toda la planta y se utilizan posteriormente para todos los procesos fisiológicos como el crecimiento, la reproducción y el metabolismo. Por la noche, las plantas usan estos mismos azúcares, así como oxígeno, para generar la energía necesaria para el crecimiento. Este proceso se llama respiración.

Es vital ubicar una unidad acuapónica en un lugar donde cada planta tenga acceso a la luz solar. Esto garantiza una energía adecuada para la fotosíntesis. El agua siempre debe estar disponible para las raíces a través del sistema. El dióxido de carbono está disponible libremente en la atmósfera, aunque en un cultivo interior muy intensivo es posible que las plantas utilicen todo el dióxido de carbono en el área cerrada y requieran ventilación.

Requisitos de nutrientes

Además de estos requisitos básicos para la fotosíntesis, las plantas necesitan una serie de nutrientes, también conocidos como sales inorgánicas. Estos nutrientes son necesarios para las enzimas que facilitan la fotosíntesis, para el crecimiento y la reproducción. Estos nutrientes pueden obtenerse del suelo. Sin embargo, en ausencia de suelo, estos nutrientes deben suministrarse de otra manera. En acuapónica, todos estos nutrientes esenciales provienen de los residuos de pescado.

Existen dos categorías principales de nutrientes: los macronutrientes y los micronutrientes. Ambos tipos de nutrientes son esenciales para las plantas, pero en cantidades diferentes. Se necesitan cantidades mucho mayores de los seis macronutrientes en comparación con los micronutrientes, que sólo se necesitan en cantidades traza. Aunque todos estos nutrientes existen en los residuos sólidos de pescado, algunos nutrientes pueden ser limitados en cantidad en acuapónica y dar lugar a deficiencias, por ejemplo, potasio, calcio y hierro. Una comprensión básica de la función de cada nutriente es importante para apreciar cómo afectan el crecimiento de las plantas. Si se producen deficiencias de nutrientes, es importante identificar qué elemento está ausente o falta en el sistema y ajustar el sistema en consecuencia añadiendo fertilizante suplementario o aumentando la mineralización.

Macronutrientes

Hay seis nutrientes que las plantas necesitan en cantidades relativamente grandes. Estos nutrientes son nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio y azufre. La siguiente discusión describe la función de estos macronutrientes dentro de la planta. Los síntomas de las deficiencias también se enumeran para ayudar a identificar los problemas.

**El nitrógeno (N) ** es la base de todas las proteínas. Es esencial para la construcción de estructuras, la fotosíntesis, el crecimiento celular, los procesos metabólicos y la producción de clorofila. Como tal, el nitrógeno es el elemento más común en una planta después del carbono y el oxígeno, ambos de los cuales se obtienen del aire. Por lo tanto, el nitrógeno es el elemento clave de la solución nutritiva acuapónica y sirve como indicador proxy fácil de medir para otros nutrientes. Por lo general, el nitrógeno disuelto es en forma de nitrato, pero las plantas pueden utilizar cantidades moderadas de amoníaco e incluso aminoácidos libres para permitir su crecimiento. Las deficiencias de nitrógeno son obvias e incluyen coloración amarillenta de las hojas más viejas, tallos delgados y poco vigor (Figura 6.5a). El nitrógeno se puede reasignar dentro de los tejidos vegetales y, por lo tanto, se moviliza de las hojas más viejas y se entrega a un nuevo crecimiento, por lo que se observan deficiencias en el crecimiento más antiguo. Una sobreabundancia de nitrógeno puede causar un crecimiento vegetativo excesivo, resultando en plantas exuberantes y blandas susceptibles a enfermedades y daños a insectos, además de causar dificultades en las flores y los frutos.

**El fósforo (P) ** es utilizado por las plantas como la columna vertebral del ADN (ácido desoxirribonucleico), como un componente estructural de las membranas fosfolípidas y como trifosfato de adenosina (el componente para almacenar energía en las células). Es esencial para la fotosíntesis, así como para la formación de aceites y azúcares. Fomenta la germinación y el desarrollo de raíces en plántulas. Las deficiencias de fósforo suelen causar un mal desarrollo de las raíces porque la energía no puede transportarse adecuadamente a través de la planta; las hojas más viejas aparecen de color verde opaco o incluso de color morado, y las puntas de las hojas parecen quemadas.

**Potasio (K) ** se utiliza para la señalización celular a través de un flujo iónico controlado a través de membranas. El potasio también controla la apertura estomática, y está involucrado en la flor y el set de frutas. Participa en la producción y transporte de azúcares, absorción de agua, resistencia a enfermedades y maduración de frutos. La deficiencia de potasio se manifiesta como manchas quemadas en hojas viejas y poco vigor y turgencia de la planta (Figura 6.5b). Sin potasio, las flores y las frutas no se desarrollarán correctamente. La clorosis interveinal, o coloración amarillenta entre las venas de las hojas, se puede ver en los márgenes.

**Calcio (Ca) ** se utiliza como un componente estructural tanto de las paredes celulares como de las membranas celulares. Está involucrado en el fortalecimiento de los tallos y contribuye al desarrollo de las raíces. Las deficiencias son comunes en hidroponía y siempre son evidentes en el crecimiento más reciente porque el calcio es inmóvil dentro de la planta. La quemadura de la punta de las lechugas y la pudrición del final de la flor de los tomates y el calabacín son ejemplos de deficiencia. A menudo, las hojas nuevas se distorsionan con puntas enganchadas y formas irregulares. El calcio solo puede transportarse a través de la transpiración activa del xilema, por lo que cuando las condiciones son demasiado húmedas, el calcio puede estar disponible pero bloqueado porque las plantas no están transpirando. Aumentar el flujo de aire con respiraderos o ventiladores puede evitar este problema. La adición de arena de coral o carbonato de calcio se puede utilizar para complementar el calcio en acuapónica con el beneficio añadido de amortiguar el pH.

**El magnesio (Mg) ** es el receptor central de electrones en moléculas de clorofila y es un elemento clave en la fotosíntesis. Las deficiencias se pueden ver como coloración amarillenta de las hojas entre las venas, especialmente en las partes más antiguas de la planta. Aunque la concentración de magnesio es a veces baja en acuapónica, no parece ser un nutriente limitante, y la adición de magnesio al sistema es generalmente innecesaria.

**El azufre (S) ** es esencial para la producción de algunas proteínas, incluyendo la clorofila y otras enzimas fotosintéticas. Los aminoácidos metionina y cisteína contienen azufre, lo que contribuye a la estructura terciaria de algunas proteínas. Las deficiencias son raras, pero incluyen coloración amarillenta general de todo el follaje en un nuevo crecimiento (Figura 6.5c). Las hojas pueden volverse amarillas, rígidas y quebradizas, y caerse.

Micronutrientes

A continuación se muestra una lista de nutrientes que solo se necesitan en cantidades traza. La mayoría de las deficiencias de micronutrientes implican coloración amarillenta de las hojas (como hierro, manganeso, molibdeno y zinc). Sin embargo, las deficiencias de cobre hacen que las hojas se oscurezcan su color verde.

**El hierro (Fe) ** se utiliza en cloroplastos y en la cadena de transporte de electrones, y es crítico para una fotosíntesis adecuada. Las deficiencias se ven como coloración amarillenta intervencionista, seguida de todo el follaje que se vuelve amarillo pálido (clorotico) y eventualmente blanco con parches necróticos y márgenes foliares distorsionados. Como el hierro es un elemento no móvil, las deficiencias de hierro (Figura 6.5d) se identifican fácilmente si las hojas nuevas aparecen cloroticas. El hierro debe añadirse como hierro quelado, también conocido como hierro secuestrado o feiedTA, porque el hierro es apto para precipitar a un pH superior a 7. La adición sugerida es de 5 mililitros por 1 m² de lecho de cultivo siempre que se sospeche que hay deficiencias; una cantidad mayor no daña el sistema, pero puede causar decoloración de tanques y tuberías. Se ha sugerido que las bombas sumergidas de accionamiento magnético pueden secuestrar hierro y es objeto de investigación actual.

**El manganeso (Mg) ** se utiliza para catalizar la división del agua durante la fotosíntesis, y como tal, el manganeso es importante para todo el sistema de fotosíntesis. Las deficiencias se manifiestan como tasas de crecimiento reducidas, una apariencia gris opaca y coloración amarillenta intervenosa entre las venas que permanecen verdes, seguida de necrosis. Los síntomas son similares a las deficiencias de hierro e incluyen clorosis. La absorción de manganeso es muy pobre con pH superior a 8.

**Boro (B) ** se utiliza como una especie de catalizador molecular, especialmente involucrado en polisacáridos estructurales y glicoproteínas, transporte de carbohidratos y regulación de algunas vías metabólicas en plantas. También participa en la reproducción y la captación de agua por las células. Las deficiencias pueden verse como el desarrollo incompleto de los brotes y el conjunto de flores, la interrupción del crecimiento y la necrosis de la punta, y la necrosis del tallo y la raíz.

**Zinc (Zn) ** es utilizado por las enzimas y también en la clorofila, afectando el tamaño general de la planta, el crecimiento y la maduración. Las deficiencias pueden observarse como poco vigor, retraso en el crecimiento con menor longitud internodal y tamaño foliar, y clorosis intravenosa que puede confundirse con otras deficiencias.

**Cobre (Cu) ** es utilizado por algunas enzimas, especialmente en la reproducción. También ayuda a fortalecer los tallos. Las deficiencias pueden incluir clorosis y puntas de hojas de color marrón o naranja, reducción del crecimiento de frutos y necrosis. A veces, la deficiencia de cobre se muestra como un crecimiento anormalmente verde oscuro.

**Molibdeno (Mo) ** es utilizado por las plantas para catalizar reacciones redox con diferentes formas de nitrógeno. Sin molibdeno suficiente, las plantas pueden mostrar síntomas de deficiencia de nitrógeno aunque el nitrógeno está presente. El molibdeno no está biológicamente disponible a un pH inferior a 5.

La disponibilidad de muchos de estos nutrientes depende del pH (ver sección 6.4 para la disponibilidad dependiente del pH), y aunque los nutrientes pueden estar presentes, pueden ser inutilizables debido a la calidad del agua. Para más detalles sobre las deficiencias de nutrientes fuera del ámbito de esta publicación, consulte la sección de Lectura adicional para obtener guías de identificación ilustradas.

Fuentes acuapónicas de nutrientes

El nitrógeno se suministra a las plantas acuapónicas principalmente en forma de nitrato, convertido a partir del amoníaco de los residuos de pescado a través de la nitrificación bacteriana. Algunos de los otros nutrientes se disuelven en el agua de los residuos de peces, pero la mayoría permanecen en un estado sólido que no está disponible para las plantas. Los residuos sólidos de peces se descomponen por bacterias heterotróficas; esta acción libera los nutrientes esenciales en el agua. La mejor manera de garantizar que las plantas no sufran deficiencias es mantener el pH óptimo del agua (6-7) y alimentar a los peces una dieta equilibrada y completa, y utilizar la relación de velocidad de alimentación para equilibrar la cantidad de alimento de los peces a las plantas. Sin embargo, con el tiempo, incluso un sistema aquapónico que está perfectamente equilibrado puede llegar a ser deficiente en ciertos nutrientes, la mayoría de las veces hierro potasio o calcio.

Las deficiencias en estos nutrientes son el resultado de la composición del alimento para peces. Los gránulos de piensos para peces (discutidos en el capítulo 7) son un alimento completo para los peces, lo que significa que proporcionan todo lo que un pez necesita para crecer, pero no necesariamente todo lo necesario para el crecimiento de las plantas. Los peces simplemente no necesitan las mismas cantidades de hierro, potasio y calcio que las plantas requieren. Como tal, pueden ocurrir deficiencias en estos nutrientes. Esto puede ser problemático para la producción de la planta, pero hay soluciones disponibles para garantizar cantidades adecuadas de estos tres elementos.

En general, el hierro se añade regularmente como hierro quelado en el sistema aquapónico para alcanzar concentraciones de aproximadamente 2 mg/l. El calcio y el potasio se agregan al amortiguar el agua para el pH correcto, ya que la nitrificación es un proceso acidificante. Estos se añaden como hidróxido de calcio o hidróxido de potasio, o como carbonato de calcio y carbonato de potasio (véase el capítulo 3 para más detalles). La elección del tampón se puede elegir en función del tipo de planta que se cultiva, ya que las verduras de hoja pueden necesitar más calcio y fructificar las plantas más potasio. Además, el Capítulo 9 analiza cómo producir fertilizantes orgánicos simples a partir de compost para utilizarlos como suplementos a los residuos de pescado, asegurando que las plantas estén siempre recibiendo la cantidad correcta de nutrientes.

*Fuente: Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus y Alessandro Lovatelli, Small scale aquaponic food production, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproducido con permiso. *