¿Vale la pena usar la inyección de aire en sus tanques de nutrientes?

La química básica del agua

El agua regular contiene no solo moléculas de agua (H2O) sino también sólidos disueltos que pueden variar desde sustancias que son buenas para las plantas, como calcio y hierro, hasta aquellas que no son tan buenas, como el sodio y el plomo. El agua también contiene gases disueltos como el oxígeno y el dióxido de carbono. La cantidad de gases disueltos retenidos se ve afectada por la temperatura cuanto más caliente esté el agua, menor será la retención de estos gases, y también por la concentración de sólidos disueltos, cuantos más sólidos disueltos haya, menos gases se retendrán.

Cuando el agua se mueve o se agita para que entre en contacto con el aire, la cantidad de gases disueltos permanecerá en niveles bastante estables. Sin embargo, cuando el agua se queda quieta, estos gases comienzan a salir del agua, elevándose a través de la columna de agua para que haya una falta de aire disuelto en los niveles inferiores, pero los niveles aumentan hacia la parte superior. Este proceso se conoce como estancamiento y es la razón principal por la que los productores pueden desear airear el agua de riego.

Formación de carbonatos

Si bien estos gases están presentes en el agua, pueden afectar muchas cosas, incluidos los estados físicos e iónicos de los elementos presentes en el agua y el pH del agua. A medida que el dióxido de carbono (CO2) se mueve a través de la columna de agua, reacciona con iones como el calcio y comienza a elevar el pH a medida que se forman los carbonatos.

La mayoría de los suministros públicos de agua potable aprovechan este mecanismo al agregar carbonato de calcio al agua para servir como un buffer de pH que proporciona agua de mejor sabor y protege las tuberías de los niveles extremos de pH, tanto altos como bajos. El amortiguador compensa los cambios de pH de compuestos formadores de ácido o compuestos formadores alcalinos que podrían estar presentes en el agua, asegurando que el el pH permanece constante mientras que el agua se almacena y se entrega al consumidor.

También pueden ocurrir reacciones adicionales con otros gases en el agua, incluido el oxígeno. El oxígeno es un oxidante y, como tal, se combinará con iones en el agua para formar nuevos compuestos. Es probable que estos nuevos compuestos salgan de la solución o no estén disponibles para el uso de la planta. Esto es muy importante cuando estos gases están presentes en el agua de riego rica en iones que se utiliza para fertilizar las plantas.

Figura 1: La decisión de difundir aire en sus tanques depende de muchas variables. Pero la difusión de aire en un tanque solo funcionará cuando la planta se pueda adaptar a las concentraciones más bajas de oxígeno disponibles para las raíces y aún funcione lo suficientemente bien como para suministrar la parte superior.

Por qué el aire disuelto es importante

La atmósfera está compuesta de muchos gases diferentes y algunos de estos se disolverán en el agua. El aire disuelto en agua es importante porque puede sustentar e inhibir la vida. En esta situación, los gases importantes son oxígeno, en la forma diatómica O2 y dióxido de carbono, CO2.

El oxígeno debe estar en su forma diatómica (O2) para ser útil para la vida. El oxígeno en forma de O2-, la forma reactiva también conocida como radicales libres, es perjudicial para todas las formas de vida basadas en el carbono porque busca algo con lo que combinar y el carbono es el socio óptimo. El oxígeno como O2 es la fuente de oxígeno para la vida acuática, tanto plantas como animales. Los compuestos de peróxido no funcionan de la misma manera porque el oxígeno liberado es el radical libre reactivo (el H2O2 se convierte en H2O + O2-). El sistema radicular no requiere dióxido de carbono, pero se necesita para influir en el pH al disminuir estas fluctuaciones.

Sin oxígeno, las formas de vida anaeróbica comenzarán a crecer y estos pueden ser los agentes causales del estancamiento y los olores asociados, así como las toxinas que pueden liberarse y una plétora de enfermedades.

Las raíces de las plantas que crecen en el agua aún necesitan oxígeno en los niveles correctos para funcionar correctamente. No solo las raíces sino también los microorganismos beneficiosos requieren oxígeno para sobrevivir y prosperar. Sin embargo, los niveles que requieren pueden diferir de las plantas terrestres. Aunque las raíces terrestres de las plantas raramente ven concentraciones de aire ambiente (ya que el aire primero debe difundirse a través de la estructura porosa del suelo), los niveles que experimentan son mucho más altos que los niveles de oxígeno que se encuentran típicamente en el agua.

Es muy importante tener en cuenta que diferentes gases se disuelven en agua a diferentes velocidades y así se disolverá en agua en diferentes proporciones a las que están en el aire. Por ejemplo, el CO2 se disuelve fácilmente en el agua, pero el oxígeno y el nitrógeno se disuelven con menor facilidad.

El agua solo contiene una cantidad dada de gases disueltos, lo que significa que a medida que se disuelve más CO2, otros gases como el oxígeno y el nitrógeno son expulsados. Además, a temperaturas más altas o niveles más altos de salinidad, una cantidad desproporcionada de los gases menos disueltos rápidamente saldrá de la solución más rápido que los gases más fácilmente disueltos como el CO2.

¿Cuándo se debe airear el agua y cómo?

Hay dos formas básicas para que el aire ingrese al agua:

• se puede disolver en el agua de la atmósfera bajo presión normal, o
• puede forzarse a través del agua artificialmente (difusión de oxígeno).

Mientras que algunos peces y plantas acuáticas pueden extraer suficiente oxígeno para sobrevivir en concentraciones de alrededor de 5 ppm, las plantas terrestres no pueden. Las plantas que normalmente se basan en tierra necesitarán oxígeno adicional cuando se cultivan en un medio acuático. Sin embargo, se debe hacer una distinción entre si una planta se cultiva en agua (cultivo de aguas profundas o acuaponia), o simplemente se expone al agua en ocasiones (otros métodos).

Figura 2: Cuando el agua en el tanque de retención de nutrientes se queda quieta, los gases disueltos comienzan a salir del agua al subir a través de la columna de agua para que haya menos gas disuelto en los niveles inferiores, con más hacia la parte superior.

Cuando se utilizan cultivos de aguas profundas o acuaponia para cultivar plantas terrestres, los niveles de oxígeno disuelto se deben elevar más allá de lo que normalmente se absorbería simplemente agitando el agua. Dependiendo de la temperatura del agua y los niveles de salinidad, esto podría ser una tarea difícil y la necesidad de difusión de oxígeno entra en juego. Existen algunos riesgos en este sistema, especialmente si se extrae de un entorno que se ha enriquecido con CO2.

Fluctuaciones en el pH

Esto causará fluctuaciones en el pH, generalmente hacia arriba ya que el CO2 se combina con el calcio. Además, se disolverá menos O2 porque el CO2 se disuelve fácilmente y desplaza al O2. Es importante, entonces, extraer el aire de una fuente externa y vigilar el pH. Fluctuará y cuanto más disponible esté el paquete de nutrientes, más rápidas y pronunciadas serán estas fluctuaciones.

En todos los demás sistemas en los que se aplica agua y luego el suministro se detiene mientras se drena, incluidos los que usan guijarros de arcilla, lana de roca, arena, tierra, turba, coco o cualquier otra cosa donde las raíces no se sientan activamente en el agua, todo el tiempo, la aireación para la oxigenación no tendrá que producirse tan intensamente como para la acuaponia.

El aire que se disuelve en el agua de forma natural, con quizás una acción de agitación para las preparaciones de tanques a largo plazo, probablemente lo haga bien. Esto ayudará a evitar el estancamiento, a mantener los niveles de O2 apropiados para la vida y a evitar que el pH se balancee incontrolablemente, especialmente donde se encuentra el tanque en una atmósfera enriquecida con CO2.

Es posible que no se necesite oxígeno adicional para la salud de las raíces porque la acción del drenaje de agua atraerá aire a los poros del medio y proporcionará niveles adecuados de O2 en la película de agua alrededor de la superficie de la raíz. La mayor parte del oxígeno en el agua no se utilizará, ya que no permanecerá lo suficiente como para ser absorbido, excepto desde la solución en la superficie de la raíz.

Además, las raíces que no están sumergidas todo el tiempo no son lo mismo que las raíces que viven en el agua; existen diferencias en cosas como el grosor del periciclo que controla la cantidad de agua que se mueve a una planta. Las raíces sumergidas que no se han desarrollado debajo del agua por más de veinte minutos las ahogarán.

En sistemas híbridos como flujo y reflujo (inundación y drenaje), el acto de bombear el agua hacia la mesa y luego permitir que vuelva al tanque de retención es suficiente para mantener suficientes gases disueltos en el sistema. En ambientes con altos niveles de CO2 agregado, se pueden disolver en el agua niveles de CO2 mayores que los normales, con resultados similares a los de la inyección de aire. Sin embargo, esto no es tan rápido como el burbujeo físico del aire a través de la solución. Es necesario estar atentos a los problemas de pH, y los tanques deben cambiarse con más frecuencia de la que se requeriría en las habitaciones sin suplemento.

Entonces, en sistemas que no implique sumergir las raíces en agua en todo momento, incluyendo sistemas que permiten que algo de agua se sostenga en el medio contra la gravedad pero lejos de la raíz, es mejor limitar las bombas de aire y los sistemas de inyección. Esto se debe a que el oxígeno en estos sistemas proviene principalmente de la difusión en el medio después del riego: un sistema simple que agita el agua en el tanque durante unos minutos cada hora o más será suficiente para satisfacer las necesidades del sistema.

Esto podría ser tan simple como un tubo desviador en la bomba del tanque que dirige una pequeña cantidad del agua bombeada al tanque. Otros dispositivos podrían incluir equipos mecánicos de agitación como los utilizados en la industria de la construcción para pinturas y otras funciones de mezclado.

Figura 3: Una bomba de aire

En sistemas realmente hidropónicos con un medio inerte que contiene poca agua, como guijarros de arcilla o Técnica de película nutriente (NFT), Se requieren concentraciones de O2 de 40 ppm o superiores, o mejor aún de 60 ppm, y lograr esto puede requerir que se disuelva más aire y los niveles deberán ser monitoreados de cerca. Sin embargo, el aire no tiene que provenir de un difusor. Para la acuaponia, debido a que el volumen de agua no será propicio para permitir niveles de O2 apropiados de forma natural, la solución utilizada tendrá que difundirse con O2.

La regulación es crítica

El aire es ciertamente un componente importante en el agua de riego, pero la regulación es fundamental para evitar alterar el equilibrio del sistema. La verdadera pregunta es si el trabajo adicional de difusión de aire en el agua es realmente necesario, o incluso si está haciendo más daño que bien.

La respuesta para ti

El productor debe ser inteligente sobre lo que se necesita, los resultados que se pueden esperar y cuáles son los verdaderos costos. Para cualquier sistema, excepto la sumersión total de la raíz, si el estancamiento es un problema para el productor, incluso con las técnicas más simples mencionadas aquí, la respuesta puede ser un tanque de retención más pequeño con renovaciones más frecuentes.