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Universidade Federal de Roraima Centro de Ciências Agrárias Departamento de Solos e Engenharia Agrícola Nutrição de Plantas – AGR 061 Hidroponia – O Cultivo Sem Solo Prof. Dr. Armando J. Silva Conceito Palavra formada por dois radicais gregos: Hydros = Água Ponos = Trabalho Literalmente portanto, significa trabalho com água ou em água. O conceito agronômico: “técnica de cultivar plantas sem solo, onde as raízes recebem uma solução nutritiva balanceada que contém água e todos os nutrientes essenciais ao desenvolvimento da planta. Na hidroponia as raízes podem estar suspensas em meio liquido (NFT) ou apoiadas em substrato inerte (areia lavada, vermiculita, etc.)”. Uma breve história da hidroponia W. F. Gericke – Primeiro a usar a palavra hidroponia – década de 20 do século XX. O Crescimento de plantas em solução nutritiva contudo, começou bem antes... Experimentos clássicos com plantas crescendo em solução nutritiva foram executados pelos cientistas alemães Sacks, em 1860 e Knop, entre 1861 e 1865. Estes experimentos foram pioneiros no estabelecimento do que chamamos “ELEMENTOS ESSENCIAIS”. Cientistas nos Estados Unidos, Europa e Japão aprimoraram as técnicas de hidroponia entre 1930 e 1940, refinando nossos conhecimentos sobre crescimento hidropônicos. Uma breve história da hidroponia As forças armadas americanas usaram culturas hidropônicas para produzir alimentos frescos para as tropas nas ilhas inférteis do oceano pacífico, durante a segunda guerra mundial. A partir de 1950 começaram a surgir fazendas hidropônicas viáveis comercialmente em todo o mundo. No início dos anos 90 (século XX) culturas hidropônicas comerciais de verduras, frutas (principalmente morango) e flores aumentaram extensivamente em numerosos países. Sistemas Hidropônicos Os diferentes sistemas hidropônicos podem ser classificados em abertos e fechados, dependendo da forma como a solução nutritiva circula: Nos sistemas abertos, a solução nutritiva não retorna ao reservatório e, após irrigar as plantas, ela é dispensada. Nos sistemas fechados, a solução nutritiva é bombeada para os canais de cultivo e, após irrigar as plantas, é drenada de volta para o reservatório. Sistemas Hidropônicos Os sistemas hidropônicos podem também ser classificados de acordo com o número de fases: Sistema bifásico: possui uma fase líquida (solução nutritiva) e uma fase gasosa que é o ar misturado à solução pelo turbilhonamento da solução em movimento – Exemplo: sistema NFT. Sistema trífásico – Formado pelas fases líquida, gasosa e sólida. Neste sistema, a fase sólida é banhada pela fase líquida e possui poros que retêm a fase gasosa. Exemplos de fases sólidas (substratos inertes orgânicos ou mineais): turfa, areia, cascalho, lã mineral, espumas sintéticas, argila expandida, entre outros). Sistemas Hidropônicos No geral, os sistemas fechados e abertos podem ser de dois tipos: Cultura em água – nutrientes são dissolvidos em água, entrando em contato com as raízes. Cultura em substratos estéreis (agregados) – Também os nutrientes são dissolvidos em água, mas as raízes crescem em meio sólido o qual deve permitir boa retenção de água e aeração. Sistemas Hidropônicos As Vantagens do Cultivo em água No geral, as vantagens do cultivo em água são: Baixo custo de implantação; Facilidade de operação e de esterilização do sistema, após cada cultivo; Facilidade de automação; Facilidade de manejo; Economia de fertilizantes em relação ao cultivo no solo ou aos sistemas abertos. Sistemas Hidropônicos As Desvantagens do Cultivo em água No geral, as desvantagens do cultivo em água são: Dificuldades de fazer reparos no sistema durante o cultivo, pois as plantas não podem ficar sem água por muito tempo; Má exaustão dos gases produzidos durante o metabolismo das plantas – exemplo: acúmulo de etileno que produz a morte das raízes; Envelhecimento precoce das plantas devido ao acúmulo de etileno nos canais de cultivo; Deficiência de oxigênio e menor disponibilidade de nutrientes nos canais de cultivo muito longos; Fácil disseminação de patógenos; A esterilização entre as colheitas não garante a isenção de patógenos. As variáveis de um sistema hidropônico Os tipos de sistema hidropônico que podem ser usados variam em função de numerosas variáveis . As principais são: Aplicação da solução – sistemas fechados ou abertos (a solução é reciclada ou drenada). Operação – manual ou automática. Tipo de meio – areia lavada, argila, palha de arroz carbonizada, etc... Materiais de construção – concreto, fibra de vidro, plástico, vidro, madeira, metais, PVC, cerâmica, etc. (como será o seu “container”). Taxa e frequência de irrigação e alimentação. Injeção de ar – no caso de cultura em água. Suporte para as plantas. Controles ambientais – temperatura, ventilação, etc. Por que praticar hidroponia (vantagens)? 1. Você pode cultivar em qualquer lugar. 2. O cultivo é intensivo – um grande n. de plantas pode ser cultivado em pequeno espaço e num curto período de tempo. É também possível cultivar plantas em diversos níveis. 3. O trabalho pesado é reduzido – trabalhos de revolvimento do solo, cultivo, fumigação, irrigação e outras práticas tradicionais podem ser reduzidos ou simplesmente eliminados. 4. A água é conservada (há menos desperdício) – um sistema hidropônico bem desenhado e planejado utiliza menos água do que a agricultura tradicional. Por que praticar hidroponia (vantagens)? 5. Problemas com pragas e doenças são reduzidos – a necessidade de fumigação é minimizada. Microrganismos patogênicos do solo não existem ou são erradicados. A possibilidade do surgimento de doenças humanas que teriam origem no solo também não existe. 6. Ervas daninhas praticamente não existem. 7. Altas produtividades são mais facilmente obtidas – a máxima produtividade de uma cultura pode ser alcançada em cultivos de alta densidade. 8. Nutrientes são conservados – isto resulta em diminuição na poluição de solos e águas subterrâneas. 9. O ambiente é mais facilmente controlado - por exemplo, em cultivos controlados, fatores como luz, temperatura, umidade e composição do ar são facilmente controlados Por que praticar hidroponia (vantagens)? 10. A química na zona radicular é facilmente controlada – toxicidade de sais, pH e condutividade elétrica podem ser controladas nas proximidades da raiz. 11. Mudas (novas plantas) se adaptam mais facilmente em sistemas hidropônicos – o impacto do transplantio é minimizado. 12. Não há necessidade de rotação de culturas – todas as áreas sob cultivo podem ser utilizadas o tempo todo em sistemas hidropônicos. Desvantagens da hidroponia 1. O custo inicial é alto – isto é um fator limitante da atividade, devendo ser considerado antes de iniciar o empreendimento. 2. Habilidade e conhecimento são necessários para operar o sistema hidropônico – plantadores treinados devem conduzir a operação. Os conhecimentos de como as plantas crescem e sobre os princípios da nutrição de plantas são importantes. 3. Doenças e pragas, quando ocorrem, podem se espalhar rapidamente em um sistema hidropônico. 4. Plantas reagem rapidamente tanto a boas quando a más condições – isto significa que o plantador hidropônico deve observar suas plantas mais atentamente quanto às alterações que elas sofrem diante de determinado fator. 5. Cultivares de plantas disponíveis nem sempre sãoideais para sistemas hidropônicos – Para maioria das culturas, as cultivares foram criadas para crescer em condições de campo, no solo. Considerações sobre o local onde o sistema hidropônico será instalado 1. Clima 2. Temperatura 3. Fotoperíodo 4. Luminosidade 5. Regime de chuvas 6. Umidade relativa do ar 7. Evaporação 8. Ventos 9. Suprimento de água – quantidade e qualidade 10. Proximidade do mercado consumidor. Clima O clima afeta o crescimento e o número de cultivos durante o ano. Mesmo em condições de casas de vegetação ou ambientes controlados o clima externo tem grande influência no cultivo hidropônico. Não só a qualidade dos fatores climáticos, mas também a quantidade pode ser crítica – por exemplo, para cultivar abóbora, a condição de clima quente não é suficiente, mas o número de dias quentes é também crítico. Temperatura Afeta o desenvolvimento de flores e frutos em muitas espécies. Frequentemente, a planta não apenas precisa que a temperatura esteja a um certo nível, mas ela necessita de uma sequência correta de temperaturas diárias Fotoperíodo O comprimento do dia é um dos mais importantes fatores que afetam o florescimento e a formação de frutos. Para algumas plantas a sequência apropriada de fotoperíodo deve ser obedecida para obtenção de altas produtividades. Para outras plantas um mínimo ou máximo de comprimento do dia deve ocorrer para um ótimo florescimento. Luminosidade Para algumas plantas, a intensidade de luz é tão crítica quanto o comprimento do dia e temperatura. Muitos vegetais não produzem com a mesma qualidade e intensidade se a intensidade de luz for muito baixa. Para outras plantas as condições de baixa intensidade de luz ou mesmo sombreamento são indispensáveis. Chuvas Em áreas de baixa ou média ocorrência de chuvas, não há necessidade de sistemas hidropônicos cobertos. Em áreas com alta precipitação pluviométricas, as instalações devem ser cobertas, para evitar a diluição da solução ou lixiviação de nutrientes para fora do sistema. Umidade Relativa do Ar Fator de grande importância em sistemas hidropônicos. Altas umidades ocasionam o aparecimento de doenças fúngicas. A polinização pode também ser prejudicada em condições de alta umidade. Água A quantidade e a qualidade da água são importantes fatores , pois afetam a viabilidade de qualquer sistema hidropônico. A água pode ser obtida de rios, da chuva, lagos ou até mesmo do mar (neste caso deve ser dessalinizada ou destilada). A quantidade de sais presentes na água não deve ser alta. Tolera-se no máximo 2.500 ppm de sais na água utilizada para hidroponia. É importante conhecer a qualidade da água a ser utilizada na hidroponia. A qualidade da água pode variar com o tempo. Assim, deve-se monitorar a qualidade da água durante o ciclo da planta em um sistema hidropônico. Sistemas Hidropônicos Dois grupos básicos: Sistemas Passivos e Sistemas Ativos. Nos sistemas passivos, a solução nutritiva permanece estática, e é conduzida às raízes das plantas, geralmente, por capilaridade. Isto se consegue utilizando-se um meio de cultura de alto poder capilar, geralmente adicionado de um pavio, como aquele utilizado em lamparinas ou lâmpadas de óleo. Todos os Sistemas Ativos, de uma forma ou de outra, necessitam a circulação da solução nutritiva através de uma bomba, e grande parte deles também necessitam de algum sistema paralelo e conjunto, para fazer-se a aeração ou oxigenação da solução. Sistemas Hidropônicos Considerando os sistemas passivos e ativos, há um total de 6 sistemas básicos: Sistema de Pavio, Sistema de Leito Flutuante, Sistema de Sub-Irrigação, Sistema NFT, Sistema de Gotejamento e Sistema Aeropônico. Existem centenas de sistemas hidropônicos, mas qualquer um deles é sempre uma variação de um destes seis, ou uma combinação de dois ou mais deles. Meios Hidropônicos Meio é o termo usado para materiais sólidos que substituem o solo em sistemas hidropônicos passivos. Um meio hidropônico deve preencher os seguintes critérios: Ser quimicamente inerte; Ser quimicamente estável; Ser limpo; Deve permitir uma drenagem perfeita da solução; Deve ter uma capacidade de retenção de água adequada; Deve permitir uma boa aeração; Deve possuir uma boa capacidade tampão (para pH); A CTC deve ser de moderada a boa. Há três principais grupos de meios hidropônicos: Meios derivados de rochas; Meios derivados de materiais sintéticos; Meios orgânicos. Meios Hidropônicos derivados de rochas Cascalho ou argila expandida (vermiculita) Consiste em um sistema fechado de três fases Neste caso, o substrato serve também para apoiar as plantas O cascalho, por seu tamanho irregular permite a formação de poros de tamanho variado que resulta em melhor equilíbrio aeração/umidade. Vermiculita - é um mineral semelhante à mica formado essecialmente por silicatos hidratados de alumínio e magnésio. É muito leve e esponjosa e retém água, ar e nutrientes muito bem, sendo ótima para cultivos hidropônicos. Meios Hidropônicos derivados de rochas Cascalho ou argila expandida (vermiculita) O cascalho ou a argila expandida são meios de cultivo com pouca ou nenhuma atividade química, de modo que a solução nutritiva deve ser sempre adicionada para permitir a nutrição das plantas. Neste caso, o substrato funciona também como uma forma de escorar as plantas, não havendo necessidade de suportes especiais como no NFT. Meios Hidropônicos derivados de rochas Cascalho ou argila expandida (vermiculita) Os canais de cultivo são feitos na superfície do solo; Devem ter fundo em “V” e serem recobertos com lona de vinil de cerca de 200 µm de espessura (Figura); Exemplo de dimensões dos canais: 80 cm de largura por 3 a 35 m de comprimento e altura de 30 a 35 cm. A solução nutritiva é fornecida por subirrigação ou gotejamento. Na subirrigação, da mesma forma do cultivo em NFT, o sistema é fechado e circulante, apresentando basicamente os mesmos componentes. A mesma tubulação captura a solução nutritiva, após a irrigação do substrato, pelo uso de temporizador e válvulas solenoides. Sobre a tubulação é colocado o substrato. Meios Hidropônicos derivados de rochas Cascalho ou argila expandida (vermiculita) O canal de cultivo deve ser preenchido com a solução de cultivo de forma lenta (20 a 30 mm), permitindo a perfeita exaustão dos gases gerados pelo metabolismo radicular; Deve-se ter o cuidado de não molhar a superfície do substrato com a solução nutritiva para evitar a proliferação de algas e minimizar a evaporação; A solução nutritiva deve permanecer em contato com o substrato por 30 minutos e drenada após esse tempo; No inverno, devem ser realizados de três a quatro ciclos de rega e, no verão, de cinco a oito ciclos, dependendo dos fatores relacionados à planta e às condições ambientais. A concentração de nutrientes e o pH da solução devem ser ajustados diariamente, por seis a oito semanas, depois deve ser feita a troca da solução. Meios Hidropônicos derivados de rochas PERLITA A PERLITA é um mineral de rocha de origem vulcânica, formada principalmente por silicatos. É utilizada nas formulações de substratos proporcionando maior aeração ou utilizada como meio em cultivos hidropônicos e para enraizamento de plantas. É usada em misturas de solo porque é capaz de modificar a estrutura do solo, melhorando a sua aeração, mantendo-o solto e leve, evitando compactação. Um solo composto de terra vegetal, turfa, e perlita é excelente para o cultivo em vasos, já que ele retém a quantidade ideal de água e oxigênio. É um produto especial para mesclas com turfa e outros componentes formando substratos de alta qualidade. Meios Hidropônicos derivados de rochas Areia O cultivo huidropônico em areia é frequente em regiões desérticas, sendo comum no Arizona e no Texas (USA), no México, nos Emirados Árabes, no Irã e em Israel Areias de origem granítica devem ser as preferidas. Areias calcárias são muito alcalinas e impróprias para o crescimento de plantas. Areias de praia não são adequadas devido ao alto teor de sais. Algumas areias têm um alto conteúdo de sujeiras e outros materiais finos, devendo ser lavadas antes da utilização em hidroponia. A areia tem a desvantagem de necessitar constante irrigação para evitar o secamento das plantas. Meios Hidropônicos derivados de rochas Areia É um sistema de três fases e aberto. A areia é colocada em bancadas, canais ou na superfície total da casa de vegetação. Os canais devem ter o fundo arredondado ou em “V”. A solução nutritiva deve ser fornecida por gotejamento com cinco a seis irrigações diárias. O sistema de irrigação deve ser automatizado, acionado pela tensão hídrica (medida em tensiômetros colocados junto às plantas). Em casa de vegetação, a superfície do solo deve ser sistematizada com um declive de 2% em direção ao dreno principal. Entre a superfície do solo e a areia, deve-se instalar um filme espesso de polietileno para impedir a drenagem da solução. Meios Hidropônicos derivados de rochas Areia Perpendicularmente ao dreno principal, locado no lado mais baixo da casa de vegetação, colocam-se os demais drenos, distanciados entre si de 1,5 a 2,0 m. Os drenos podem ser de PVC de 50 mm e perfurados. Ao redor dos drenos, deposita-se uma camada de cascalho fino para impedir o seu entupimento pela areia. Após a preparação da superfície do solo e dos drenos, recobre-se toda a área de plantio com uma camada de 20 a 30 cm de areia. Cuidados fitossanitários devem ser tomados a cada ciclo de cultivo (esterilização com vapor, solarização, fumigação, etc.). Entre os cultivos, as raízes remanescentes devem ser retiradas e, após a desinfecção, a casa de vegetação deve ficar aberta e ventilada por 4 a 5 dias antes do novo ciclo de cultivo. Meios Hidropônicos derivados de rochas Lã de Rocha (Rockwool) Este material é fabricado por meio do superaquecimento de rocha e posterior moagem, criando-se fibras finas e esponjosas. Constitui-se em uma mistura de carvão “coque”, basalto, argila e resíduos de siderurgia em alta temperatura. Ela deve ser tratada com surfactantes para aumentar a absorção de água e apresentar densidade adequada. Pode ser encontrada na forma de cubos de propagação, tiras ou placas de cultivo, de tamanhos variados. É geralmente utilizada por dois anos, e em seguida, descartada, decompondo-se lentamente. A lã de rocha tem a desvantagem de não apresentar CTC, sendo que também não tem nenhum efeito no pH do meio. Meios Hidropônicos derivados de rochas Três macronutrientes devem estar presentes na forma de cátions em soluções nutritivas: potássio, cálcio e magnésio. Dois macronutrientes devem estar presentes na forma de ânions em soluções nutritivas: fósforo e enxofre As soluções nutritivas devem conter nitrogênio como cátion amônio , como ânion nitrato, ou ambos, mas nitrato é a principal fonte na maioria. Recomenda-se que a solução seja formada por no mínimo 4 sais para permitir maior flexibilidade na variação das concentrações e proporções dos íons. Considerando os macronutrientes, uma solução nutritiva pode ser formada com três sais: Nitrato de potássio, Fosfato de cálcio e Sulfato de magnésio. Soluções Nutritivas Micronutrientes também devem estar nas soluções nutritivas, mas em quantidades extremamente pequenas. Um grande número de fórmulas de nutrientes tem sido desenvolvido para uso em hidroponia. Não se pode dizer que existe uma fórmula melhor do que a outra. O sucesso de cada fórmula depende das condições nas quais ela é utilizada e de como as plantas se comportam em termos de crescimento e produção. Para se fazer uma solução nutritiva, é necessário conhecer as concentrações de nutrientes que a planta precisa. Isto depende do tipo de planta que se vai cultivar. Soluções Nutritivas Escreva a fórmula do sal – Exemplo: Sulfato de Amônio (NH4)2SO4 – isto significa 2 x NH4 + SO4 No total, o sulfato de amônio contém: 2 átomos de nitrogênio, 8 átomos de hidrogênio, 1 átomo de enxofre e 4 átomos de oxigênio Multiplique o número de átomos de cada elemento pelo respectivo peso atômico (tabela periódica): N – 2 x 14 = 28 H – 8 x 1 = 8 S – 1 x 32 = 32 O – 4 x 16 = 64 Calaculando o teor de nutrientes em um sal Calcule o peso molecular, somando o total dos pesos atômicos dos elementos: 28 + 8 + 32 + 64 = 132 Considere o peso calculado do elemento, divida este peso pelo peso molecular do sal, multiplique por 100 e você terá a porcentagem do elemento no sal. Exemplo - Nitrogênio – 28 ÷ 132 x 100 = 21,21% Isto significa que qualquer quantidade de sulfato de amônio apresenta 21,21% de nitrogênio. Calaculando o teor de nutrientes em um sal Outro exemplo: Calcular a concentração de potássio no sal Sulfato de potássio Fórmula do Sal – K2SO4 Elementos: K – 2 átomos, S – 1 átomo, O – 4 átomos Pesos atômicos dos elementos: K – 39, S – 32, O – 16 Assim, temos: Para K – 2 x 39 = 78 Para S – 1 x 32 = 32 Para O – 4 x 16 = 64 Peso molecular do sal – 78 + 32 + 64 = 174 Percentagem de K = 78 ÷ 174 x 100 = 44,82% Percentagem de S = 32 ÷ 174 x 100 = 18,39% Calaculando o teor de nutrientes em um sal Fonte Fórmula P. M. (g) % de nutrientes Fosfato de monoamônio NH4H2PO4 115,0 N (21) P (27) Nitrato de amônio NH4NO3 80,1 N (35) Sulfato de amônio (NH4)2SO4 132,2 N (21) S (24) Sulfato de cálcio CaSO4.2H2O4 172,2 Ca (22) S (19) Sulfato de magnésio MgSO4.7H2O 246,5 Mg (9,9) S (13) Ácido fosfórico H3PO4 98,0 P (31,5) Fosfato de monopotássio KH2PO4 136,1 K (32,5) P (26%) Cloreto de potássio KCl 74,6 K (52) Sulfato de potássio K2SO4 174,3 K (44) S (18) Sulfato de ferro FeSO4.7H2O 278,0 Fe (20%) S (11,5) Tabela – Fontes de nutrientes utilizadas no preparo de soluções nutritivas A unidade mais utilizada para descrever o teor de um nutriente em uma solução é “partes por milhão” (ppm) Considerando que 1 g de peso = 1 cm3 de água Temos que 1 ppm = 1 g do nutriente em questão em 1 milhão de cm3 de água (1.000 litros), Assim, para fazer uma solução com 1 ppm de um nutriente, basta pesar 1 g do nutriente e adicionar em 1.000 litros de água. Mas para pesar 1 g do nutriente é preciso utilizar uma fonte (sal) do nutriente. Vejamos um exemplo, com sulfato de amônio, no próximo slide. Calculando a dose de nutrientes em uma solução Um exemplo do cálculo da dose de nitrogênio utilizando o sulfato de amônio. Para adicionar 1 ppm de N utilizando sulfato de amônio (SAM), deve-se calcular a quantidade do sal a ser adicionada na solução nutritiva. Ou seja, 1 g de N como SAM em 1.000 litros de água Temos que 100 g de SAMpossui 21 g de N (Teor de N no SAM = 21%) Então, se nós queremos pesar 1 g de N, utilizando SAM, teremos que utilizar 4,76 g de SAM em 1.000 Litros de água Este fator de conversão (4,76) pode ser utilizado para qualquer dose de N (em ppm). Por exemplo, se quisermos utilizar a dose de 200 ppm de N em uma solução, utilizando SAM, é só multiplicar 200 x 4,76. Então, temos que adicionar 952 g de SAM em 1.000 L de água. A composição da solução nutritiva depende principalmente da espécie que vai ser cultivada. Deve-se pesar os sais separadamente. O sucesso do empreendimento depende da precisão da pesagem. Adicione os sais em um recipiente e agite vigorosamente até a completa dissolução dos mesmos. Ajuste o pH da solução após a mistura dos sais. Os micronutrientes devem ser adicionados após o ajuste do pH. O pH deve estar entre 5 e 6,5. Caso o pH esteja abaixo de 5, deve-se usar hidróxido de potássio para a correção e, caso esteja acima de 6,5, adiciona-se ácido clorídrico. Preparando uma solução nutritiva Soluções com macro e micro nutrientes são inicialmente preparadas separadamente. Depois elas são unidas e misturadas. No preparo da solução com macronutrientes, coloca-se no reservatório um pouco mais da metade da quantidade de solução desejada, dissolvendo separadamente cada fertilizante, começando pelos de menor índice de solubilidade, sempre agitando a solução. Depois se completa o reservatório com água. Preparando uma solução nutritiva Os micronutrientes devem ser dissolvidos em mais ou menos 1 litro de água. Após previamente preparadas separadamente, as soluções de macro e a de micronutrientes, são misturadas em um reservatório com água, sendo os macronutrientes colocados primeiro. Após a homogeneização da solução, são colocados os micronutrientes. Preparando uma solução nutritiva Cultivo de alface sob hidroponia Soluções nutritivas e uma planta de alface hidropônica Esquema de um sistema hidropônico Cultivo de alface sob hidroponia
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