Soluções nutritivas e sistemas hidropônicos

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA Soluções nutritivas e sistemas hidropônicos Prof. Paulo Jorge de Pinho Itaqui, novembro de 2017

2 Breve histórico O termo hidroponia (gr. hydros = água e ponos = trabalho) foi proposto pelo Dr. William F. Gericke. Gericke começou, em 1935, com unidades ao ar livre, aproveitando as condições de insolação favoráveis da Califórnia. O emprego da hidroponia espalhou-se rapidamente pelos EUA Os kits comercializados eram caros e inadequados, inviabilizando o processo após certo tempo de tentativas.

3 Breve histórico 1941 EUA declaram guerra ao Eixo

4 Breve histórico Em 1965 Allen Cooper lançou as bases de uma nova técnica que veio viabilizar a hidroponia em escala comercial, o Nutrient Film Techique (NFT).

5 Classificação dos sistemas hidropônicos quanto ao substrato Quanto às fases a) Sistema de duas fases Apresentam uma fase líquida (água e nutrientes) e uma fase gasosa (ar) misturado à solução pelo turbilhonamento da solução (e.g. NFT). Plantas mantidas com raízes nuas dentro de câmaras opacas, fase líquida é pulverizada em intervalos regulares (e.g. aeroponia).

6 Classificação dos sistemas hidropônicos quanto ao substrato b) Sistema de três fases Além da fase líquida e gasosa, há uma fase sólida adicional, que é banhada pela fase líquida. Em geral utiliza-se substratos de baixa atividade química Areia Cascalho Argila expandida Espuma fenólica

7 Classificação dos sistemas hidropônicos quanto ao fornecimento da solução Quanto à circulação a) Não circulantes São os chamados sistemas abertos e neles é fornecida a solução por gotejamento. O efluente drenado não é recolhido. Por isso a tendência é que esse tipo de sistema entre em desuso devido à contaminação com nitrato que pode ocorrer. b) Circulante Nesses sistemas o efluente é recolhido e volta a ser fornecido às plantas, após devidos ajustes. A circulação pode ser feita em sistemas de duas ou três fases.

8 Cuidados essências quanto ao manejo a) Fornecimento de oxigênio Concentrações de oxigênio inferiores a 3-4 mg L -1 de solução em geral prejudicam o crescimento de raízes. Em cultivos hidropônicos as exigências de O 2 podem ser supridas pela circulação da solução ou pela injeção de ar comprimido. b) Exclusão de luz Deve-se evitar a luz de forma a evitar o crescimento de algas. Alteração do ph Competição por O 2 Competição por nutrientes Liberação de toxinas

9 Cuidados essências quanto ao manejo c) Ancoragem das plantas Uma adequada ancoragem é outro problema do cultivo em meio líquido.

10 Soluções nutritivas Composição das soluções nutritivas Não existe uma solução nutritiva ideal para todas as culturas. A composição varia com: Espécie das plantas; Estádio fenológico; Época do ano; Parte da planta a ser colhida e comercializada. Como obter a composição ideal de uma solução nutritiva?

11 Soluções nutritivas Hoagland & Arnon (1950) formularam uma solução nutritiva a partir da composição elementar de um tomateiro. Planta cultivada em vaso de 18L com troca semanal de solução. Novas técnicas de cultivo e novas técnicas de reposição de solução surgiram desde então. O que ocorre quando: Cultiva-se uma planta diferente? Utiliza-se volume de solução diferente? A forma e a reposição da solução forem diferentes?

12 Soluções nutritivas Composição das soluções nutritivas Dois fatores devem ser considerados para a formulação de uma solução nutritiva: 1. Composição da solução (relação entre as concentrações dos nutrientes no tecido vegetal); 2. Concentração da solução (razão de transpiração para crescimento da planta e volume de solução por planta, grau de agitação e velocidade de reposição da solução). A composição deve ser determinada a partir da concentração desejada de cada nutriente na planta Como obter esses dados?

13 Soluções nutritivas Composição das soluções nutritivas Análise química da planta Busca por referências bibliográficas Quantidade acumulada e proporções relativas; Partes diferentes possuem teores diferentes. Interpretação de análise de plantas contendo as concentrações adequadas de nutrientes para o crescimento e desenvolvimento ótimos.

14 Soluções nutritivas Sais utilizados nas soluções nutritivas A escolha deve considerar a finalidade do uso da solução Pesquisa x cultivo comercial Pesquisa Sais puros para análise; Evitar contaminações com outros nutrientes que possam distorcer resultados; Menores quantidades. Cultivo comercial Grandes volumes; Sais comerciais de menor custo. No fornecimento de macronutrientes deve-se evitar o uso de sais que contenham Na e Cl.

15 Soluções nutritivas Concentração das soluções nutritivas A definição da concentração da solução nutritiva é o segundo passo para sua formulação. A concentração independe da relação entre nutrientes mas sim da taxa transpiratória da planta. Taxa transpiratória Umidade do ar; Ventilação; Concentração de CO 2 ; Temperatura; Luminosidade. Absorção de nutrientes Taxa de crescimento da planta. Primeiras soluções CE 2,5 a 3,0 ds m -1 Soluções atuais CE 1,0 a 1,5 ds m -1

16 Soluções nutritivas Concentração das soluções nutritivas Absorção seletiva

17 Manejo das soluções nutritivas Reposição da solução Dentre os métodos disponíveis de reposição da solução nutritiva, podem-se listar: 1. Renovação de toda a solução: Em vasos, é comum a troca de toda a solução de uma semana de cultivo. Em cultivos comerciais o volume é grande tornando o custo muito alto com desperdício de solução e riscos de contaminação ambiental. 2. Reposição da solução absorvida: Utiliza solução básica para reposição da solução absorvida. Ocorrem também perdas por evaporação provocando concentração de nutrientes. O monitoramento pode ser feito com condutivímetro a adicionando água quando for necessário.

18 Manejo das soluções nutritivas 3. Reposição de nutrientes e água separadamente com análise química da solução: Depois de efetuada a análise química pode-se adicionar água e nutrientes mediante soluções-estoque concentradas de cada sal. Altos custos e demora são os limitantes. 4. Reposição de água e nutrientes separadamente com uso de sensores de concentração de íons: Além do custo elevado dos eletrodos específicos para os íons, sua vida útil é reduzida e esses necessitam de calibrações frequentes.

19 Manejo das soluções nutritivas 5. Reposição de água e nutrientes separadamente por monitoramento da CE da solução: Método mais utilizado, além de aplicar às pesquisas em nutrição de plantas. Baixo custo e permite acompanhamento da concentração total de sais. A medida que a CE diminui basta elevar seu valor ao inicial. A água pode ser adicionada imediatamente. O descarte de toda a solução é feito no fim do cilo. A vida útil de uma solução em sistemas NFT tem sido de 30 dias.

20 Manejo das soluções nutritivas Preparo e utilização da solução-estoque Solubilidade

21 Manejo das soluções nutritivas Preparo e utilização da solução-estoque Compatibilidade entre sais

22 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA Soluções nutritivas e sistemas hidropônicos Prof. Paulo Jorge de Pinho Itaqui, novembro de 2017

23 Sistema NFT (Nutrient Film Technique) É um sistema fechado (recirculante) e permite grande variedade de adaptações. Pode ser utilizado com tubos rígidos ou flexíveis de diferentes secções, diâmetros e comprimentos.

24 Sistema NFT (Nutrient Film Technique) Direcionador de água Tubos para ciclo longo (tomate, pepino)

25 Sistema NFT (Nutrient Film Technique)

26 Sistema NFT (Nutrient Film Technique) Canais individuais Usado para as culturas de tomate, pepino, pimentão e outras de maior porte (fácil sustentação e condução da parte aérea). Pode-se utilizar substrato!!!

27 Sistema NFT (Nutrient Film Technique) A técnica NFT consiste na circulação de um fino filme de solução nutritiva dentro de canais com cerca de 2% de declividade. Plantas de porte baixo são colocadas em canais paralelos, com cerca de 10cm de largura e distanciados de 15 a 20cm entre plantas

28 Sistema NFT (Nutrient Film Technique) O sistema NFT é um sistema fechado.

29 Sistema NFT (Nutrient Film Technique) Declividade 2 a 4% (90 s) 5 a 10% (atualmente) Comprimento máximo 12m

30 Sistema NFT (Nutrient Film Technique) A taxa de fluxo deve ser de 2 litros por minuto. 3 a10mm de espessura do filme Em alguns sistemas a circulação da solução é contínua em outros, circula 15 minutos a cada 30 minutos.

31 Sistema NFT (Nutrient Film Technique) Viveiros e berçários São locais de produção e, ou, crescimento inicial de mudas

32 Sistema NFT (Nutrient Film Technique) Devem ficar sombreadas ou no escuro Depois da germinação devem ficar em ambiente claro

33 Sistema NFT (Nutrient Film Technique) Viveiros e berçários Alface - 5 a 10 dias são levadas para o berçário Demais espécies folhosas - 7 a 10 dias Couve, tomate e outras de ciclo longo pode ser necessário utilização de solução nutritiva de crescimento até atingir 8cm de altura Aproximadamente 3 semanas

34 Sistema NFT (Nutrient Film Technique) Vantagens: Menor custo de implantação; Facilidade de operação e esterilização entre as colheitas; Facilidade do uso de espaço vertical; Economiza água e nutrientes; Diminuição da contaminação ambiental; Grande potencial de automação (distribuição, controle e ajuste de soluções); Utilização intensiva de pequenas áreas.

35 Sistema NFT (Nutrient Film Technique) Desvantagens: Possibilidade de acúmulo de etileno nos canais de cultivo (causando morte de raízes, envelhecimento precoce das plantas); Déficit de oxigênio em canais muito longos (aquecimento da solução); Quanto mais fino o filme maior probabilidade de ocorrência de morte de raízes e decréscimo da absorção; A absorção de água é mais intensa que a de nutrientes, de modo que plantas no final do canal receberá a solução com pressão osmótica elevada.

36 Sistema NFT (Nutrient Film Technique) Desvantagens: Fácil disseminação de doenças; Necessidade de sustentação de plantas de maior porte; Necessidade de uso de geradores para fornecimento de soluções (falta de energia); Dificuldade de fazer reparos ou substituições durante o cultivo.

37 Sistema DFT (Deep Film Technique) No sistema DFT não existem canais, mas sim uma mesa ou caixa rasa nivelada onde permanece uma lâmina de solução nutritiva

38 Sistema DFT (Deep Film Technique) Este sistema muito usado para a produção de mudas em bandejas de isopor contendo substratos de algodão ou vermiculita. Vantagens sobre o sistema NFT quando utilizado para a produção de plantas adultas: Promover menor variação da temperatura da solução havendo exemplos de uso no exterior (Flórida, Ilhas do Caribe) sendo pouco comum no Brasil; Possibilitar automação na reposição de água através de boia automática que mantém a altura da lâmina constante; Promover menor variação nas concentrações dos nutrientes devido à maior relação L planta -1 que no sistema NFT e facilitando o manejo químico da solução nutritiva.

39 Sistema DFT (Deep Film Technique) Desvantagens Maior volume inicial necessário de solução nutritiva por planta; Maior risco de aparecimento de algas se o sistema não for devidamente protegido da luz solar; Risco de desequilíbrio nutricional ocasionado pelo uso prolongado da mesma solução devido à componentes químicos que a própria água pode conter; Riscos com a disseminação de doenças radiculares, com perdas totais das plantas.

40 Sistemas de cultivo por subirrigação Os sistemas de subirrigação consistem de canas de materiais diversos montados na superfície das casa de vegetação, ou constituídos por calhetões de polipropileno ou amianto.

41 Sistemas de cultivo por subirrigação O sistema de subirrigação é fechado e circulante, apresentando basicamente os mesmos componentes do sistema NFT. Em geral os canais tem uma largura em torno de 0,8m de largura e de 30 a 35m de comprimento e altura de 30 a 35cm. Importante o fundo deve ser em V para facilitar a drenagem da solução Quando se utiliza calhetões de amianto é importante impermeabilizá-lo ou seu fundo ser recoberto com lona.

42 Sistemas de cultivo por subirrigação O enchimento das calhas de cultivo deve ser realizado de forma lenta (20 ou 30 minutos) para que haja o completo preenchimento de solução nos poros do substrato e exaustão dos gases gerados pelo metabolismo celular.

43 Substratos Sistemas de cultivo por subirrigação Normalmente utiliza-se substratos de 12 a 30 mm de diâmetro Cascalho conformação irregular permite formação de poros de tamanhos variados (melhor equilíbrio aeração/umidade); Caso seja proveniente de rocha calcária pode elevar o ph da solução nutritiva (induzir deficiência de micronutrientes e precipitar P). Argila expandida conformação regular promove melhor aeração e menor retenção de água; Bastante leve mas, quebra com facilidade (obstrução de canais de drenagem).

44 Sistemas de cultivo por subirrigação Ciclos de rega Estabelecimento do ciclo de rega torna-se grande problema Verão Cinco a oito ciclos diários Inverno Três a cinco ciclos diários Esta frequência dependerá de: Granulometria e conformação das partículas; Exigências hídricas e nutricionais da espécie cultivada; Densidade de plantio; Estádio de crescimento.

45 Sistemas de cultivo por subirrigação Vantagens Nutrição uniforme; Boa aeração; Ancoragem fácil; Boa adaptação à maioria dos cultivos; Maior tempo para reparos em caso de falhas no sistema. Desvantagens Maior custo das instalações e de sua manutenção; Risco de obstrução do sistema de drenagem pelas raízes; Necessidade de substituição do substrato; Desinfestação mais difícil facilidade de propagação de doenças.

46 Sistemas de cultivo por gotejamento O fornecimento de solução nutritiva por gotejamento inclui inúmeras possibilidades e adaptações. Sistema indicado quando se usa substrato de textura mais fina (diâmetro de 3 a 6mm) Antes era utilizado como sistema aberto e apresentava vantagens como: Plantas recebem solução nutritiva nova e equilibrada; Menores riscos de disseminação de doenças.

47 Sistemas de cultivo por gotejamento As técnicas de recirculação implicam em maior eficiência do uso de água e adubos mas, também implica em maiores custos. Qualidade da água CE menor que 0,6 ds m -1 não há problemas; CE maior que 1,0 ds m -1 e ricas em sódio e cloro. Evapotranspiração Alteração na composição da solução nutritiva

48 Sistemas de cultivo por gotejamento Cultivo em areia Pode ser usado em bancadas canais ou na área total da casa de vegetação. Quando for usado canais o fundo deve ser em V ou redondo para facilitar a drenagem; Quando for usado em área total o fundo deve ser reto

49 Sistemas de cultivo por gotejamento Cultivo em areia A superfície da casa de vegetação deverá ser sistematizada com declive de cerca de 2% no sentido do dreno principal e coberta por um filme de polietileno. Nesse sistema, a solução não circula e cada planta recebe sempre solução nova e balanceada. As plantas absorvem mais água que sais e esses podem se acumular e atingir níveis prejudiciais. Se a CE da solução drenada estive acima de 2000 mg L -1 deve-se suspender a aplicação de solução e aplicar somente água até que atinja valores inferiores a 1000 mg L -1

50 Vantagens Sistemas de cultivo por gotejamento Uso de solução sempre nova e equilibrada; Doenças não se disseminam com facilidade; Como as partículas usadas são pequenas há maior movimento lateral; As raízes crescem lateral e superficialmente não havendo riscos de obstrução do sistema de drenagem. Desvantagens Custo de implantação e manutenção dos sistemas; Necessidade de fumigação após cada ciclo de cultivo; Salinização do substrato.

51 Sistemas de cultivo por gotejamento Cultivo em lã mineral A lã mineral é produzida pelo aquecimento de uma mistura de carvão coke, basalto, argila e resíduo de siderurgia a 1600 C em alto-forno. As gotas são lançadas num rotor e transformam-se em fibras que são ligadas por um ligante e depositadas num tapete.

52 Sistemas de cultivo por gotejamento Cultivo em lã mineral Para uso hortícola elas são tratadas com um surfactante para aumentar sua capacidade de retenção de água. Geralmente é utilizada por 2 anos e depois descartada. Suas fibras podem conter Ca, Mg, Fe, Cu, Mn e Zn do material de origem mas, sua decomposição é muito lente não interferindo na composição da solução nutritiva Baixa CTC e não apresenta Poder Tampão Não retém íons e se ajusta ao ph da solução

53 Sistemas de cultivo por gotejamento Cultivo em lã mineral As mudas produzidas em cubos de lã de rocha são inseridos em tiras ou placas para finalização do ciclo.

54 Sistemas de cultivo por gotejamento Cultivo em sacos ou vasos Nesse caso o sistema é aberto devendo-se dar atenção aos lixiviados e estes devem ser o menor possível.

55 Sistemas de cultivo por gotejamento Cultivo em Slab

56 Hidroponia e pesquisa

57 Hidroponia e pesquisa

58 Milho hidropônico