Propiedades químicas

Son importantes, ya que de ellas dependerán en gran parte la disponibilidad de nutrientes. La reactividad química de un sustrato se define como la transferencia de materia entre el sustrato y la solución nutritiva que alimenta las plantas a través de las raíces. Esta transferencia es recíproca entre sustrato y solución de nutrientes, y puede deberse a reacciones de distinta naturaleza. Las reacciones químicas se deben a la disolución de los sustratos orgánicos y pueden provocar efectos fitotóxicos por la liberación de iones H+ _{y OH}- _{y ciertos} iones metálicos como el Co2+_.

2.4.2.1 Capacidad de intercambio catiónico

Es la suma de los cationes intercambiables, medidos en unidades llamadas miliequivalentes (meq), que un material puede adsorber por unidad de peso o volumen. Esta propiedad la proporcionan algunas partículas inorgánicas y orgánicas cargadas negativamente en su superficie. Las cargas negativas generan una fuerza de atracción hacia los elementos cargados positivamente, sin reaccionar químicamente (fenómeno de adsorción) (Bunt, 1988).

La CIC ha sido medida tradicionalmente con base en el peso en suelos naturales; sin embargo, en sustratos es más significativa la medida por volumen a causa de la baja densidad de muchos de estos, ya que el volumen es actualmente la base aceptada para la medición de la CIC con propósitos hortícolas (Bunt, 1988). La vermiculita, compostas, vermicompostas y la turba de musgo tienen los mayores valores de CIC, mientras que los materiales inorgánicos como la perlita y la arena, tienen valores de CIC muy bajos. Bunt (1988) indicó que la mezcla

de turba-vermiculita tiene la mayor CIC y concluyó que los valores elevados de CIC son deseables para los medios de crecimiento, puesto que mantienen una reserva de fertilidad que abastece al crecimiento de la planta entre las aplicaciones de fertilizantes.

El sustrato debe tener una capacidad de intercambio catiónico entre 50 a 100 Cmol+ _L- 1_{, ya que el suministro de cationes será constante y la pérdida de nutrimentos es menor} (Handreck y Black, 1994). Nelson (1978) señaló valores entre 10 y 30 Cmol+_{/100g y} mencionó que en valores menores, el sustrato no actuaría como reservorio de nutrimentos y será necesario aplicar fertilizante. La CIC también puede permitir retener cationes en el sustrato, previniendo la lixiviación, ante intensas tasas de riego.

2.4.2.2 Conductividad eléctrica y pH

La conductividad eléctrica (dS/m) es la concentración de sales que afecta al potencial osmótico, el cual está relacionado con la concentración de iones en la fase líquida, y puede alterar la absorción del agua por la planta (Ansorena, 1994).

Otra propiedad importante en los sustratos es el pH, el cual se define como la medida de la acidez o alcalinidad relativa de una sustancia, con base en una escala de 0 a 14. Los materiales utilizados para formular mezclas de sustratos difieren considerablemente en pH, por ejemplo, las turbas de musgo son comúnmente de naturaleza ácida, dependiendo de la planta constituyente y de la calidad local del agua (Bunt, 1988). El pH final de un sustrato dependerá de la proporción de los materiales que lo integren, así como de las prácticas de cultivo posteriores, especialmente fertilización y riego. El pH del agua de riego está generalmente cercana a la neutralidad, o es ligeramente alcalina, así que un sustrato normalmente ácido puede incrementarse de 0.5 a 1.0 unidad de pH, durante la etapa de crecimiento (Gladon, 1988). El principal efecto del pH en los suelos minerales, radica en la influencia en la disponibilidad de nutrientes minerales, especialmente micronutrientes; varios nutrientes minerales pueden hacerse no disponibles o incluso tóxicos con valores extremos de pH. Por lo tanto, se deben tratar de mantener el pH de los sustratos dentro de un intervalo ligeramente ácido, entre 5.5 y 6.5 (Ansorena, 1994).

2.4.2.3 Aporte nutrimental

Según sea el pH del sustrato, serán aprovechables en mayor o menor medida los iones de unos u otros minerales; por ejemplo, en un pH bajo estarán poco disponibles los iones de calcio, azufre y potasio, mientras que a pH alto, son poco asimilables los iones de fósforo, hierro, manganeso y zinc (Salisburry y Ross, 1994).

Normalmente, se prefieren sustratos inertes frente a los químicamente activos. Winsor (1990) mencionó que los materiales inertes como perlita, vermiculita y otros, presentaron una estabilidad química o resistencia a la descomposición, aunque algunos pueden tener una importante actividad química (vermiculita, zeolita, etc.). Esto puede parecer incongruente; sin embargo, la baja fertilidad se considera un atributo para los sustratos (Mastalerz, 1977; James, 1987), ya que la actividad química aporta a la solución nutritiva elementos adicionales por procesos de hidrólisis o solubilidad; si son útiles afectan el equilibrio de la solución al aumentar la incorporación de un aporte extra con el que habrá que contar, y si son tóxicos, el sustrato no sirve y hay que descartarlo. Los procesos químicos también perjudican la estructura del sustrato, cambiando sus propiedades (Gabriels et al., 1985).

Los sustratos con materia orgánica se descomponen y experimentan una serie de cambios, hasta que alcanzan una estabilidad biológica. Estos cambios se toman en cuenta en las mezclas de sustratos como: turba, cortezas de árboles, compostas, vermicompostas, etc. En el caso de las turbas, al tratarse de materiales que han estado sometidos durante largo tiempo a los procesos naturales de degradación biológica, su estabilidad es elevada y no existe riesgo de descomposición.

Otros materiales como cortezas de árboles, y la mayoría de subproductos y residuos orgánicos, deberán tener una descomposición microbiana antes de su empleo como sustratos, proceso que se conoce como compostaje. Si este no es adecuado, se producirán fenómenos fitotóxicos (liberación de compuestos fenólicos y sustancias tóxicas) y de inmovilización de nitrógeno (Ansorena, 1994).

2.4.3 Propiedades biológicas

Aunque generalmente poco se habla de las características biológicas de los sustratos, éstas se deben considerar, ya que están relacionadas principalmente con la sanidad y descomposición de los materiales. La sanidad puede conseguirse mediante la pasteurización (calor húmedo) o aplicaciones de insumos químicos. En cuanto a la descomposición del sustrato, es preferible utilizar materiales previamente composteados, de lo contrario se pueden tener problemas como: incremento en la compactación, reducción de volumen y de la porosidad, disminución del contenido de aire, y aumento del contenido de agua, alteraciones en el tamaño de partículas, modificaciones en la composición de gases debido a un incremento de CO2, aumento de pH y de CIC, incremento de la conductividad eléctrica (concentración de sales) por mineralización y síntesis de compuestos orgánicos que pueden ser tóxicos o promover efectos estimulantes.

Uno de los aspectos importantes a considerar en los sustratos de origen orgánico es conocer la relación C/N. Esta característica permite predecir una rápida descomposición del material, ya que el sustrato orgánico de origen vegetal está compuesto de lignina (un compuesto químico de lenta descomposición) y de polisacáridos como almidón, hemicelulosa y celulosa que no se descomponen fácilmente. Reiterando, que si el sustrato a emplear tiene un alto contenido de compuestos de rápida biodegradación tenderá a competir con la planta por el fenómeno de inmovilización de nitrógeno, perjudicando su desarrollo. Por todo lo anterior, una combinación de materiales para formular el sustrato debe tener características de estabilidad en la degradación.

2.4.4 Propiedades micromorfológicas

La micromorfología se refiere a la descripción, interpretación y principalmente la medición de los componentes y rasgos a nivel microscópico. Los datos micromorfológicos proporcionan una base sólida para la clasificación de poros. En la descripción de secciones delgadas se determina mediante algunos de los criterios fundamentales de los constituyentes (Bullock et al., 1985).

2.4.4.1 Tamaño

La identificación y la medición de los constituyentes en las secciones delgadas dependen del poder de resolución del microscopio empleado (1µm). Los estudios se deben apoyar, con los datos de tamaño de partículas, que se obtienen por métodos de tamizado y sedimentación. Las secciones delgadas proporcionan una de las pocas formas para obtener la distribución del tamaño de partículas (Friedman, 1958).

2.4.4.2 Poros

Se presentan diferentes posiciones: entre las partículas (inter), dentro de las partículas (intra) y a través de las partículas (trans). La abundancia de poros estima el espacio poroso total, la proporción y distribución de los diferentes tipos de poros.

Existen varias clasificaciones de tipos de poros. El más usado es el de Brewer (1964) quien indicó diferentes grupos de poros: poros de empaquetamiento, vesículas, canales, cámaras y fisuras, las principales características se mencionan en el Cuadro 1.

2.4.4.3 Formas

La forma se describe en dos dimensiones, comúnmente se define con otros parámetros como: redondez (agudeza relativa de las aristas de la partícula.) y esfericidad (forma total de la partícula).

Una propiedad importante de las partículas y poros es la rugosidad que se origina a partir de numerosos procesos, por ejemplo, el intemperismo, transportación de partículas, precipitación, etc. La superficie rugosa se relaciona con el número y grado de angulosidad de las protuberancias que irrumpen la superficie, la superficie lisa no presenta protuberancias angulares y se usan tres categorías: rugosa, ondulada y lisa (Bullock et al., 1985).

Cuadro 1. Características micromorfológicas de las diferentes clases de poros.

Clase de poros Morfología

Poros de empaquetamiento

simple

 Son equidimensionales a alargados, muchos están interconectados (continuos).

 Ocurren entre granos simples.  Tienen alta permeabilidad.

 No retienen la humedad ni los nutrimentos.

Poros de empaquetamiento

compuesto

 Son equidimensionales a alargados, la mayoría están interconectados.

 Ocurren entre agregados esferoidales (granular o migajoso).

 Son de origen biológico

 Son permanentes y tienen una gran cantidad de microporos.

 Retienen agua y nutrimentos. Poros de

empaquetamiento complejo

 Los poros están entre agregados simples (partículas grandes) y pequeños.

 Son permanentes y continuos.  Tienen alta permeabilidad.

 Combinados con minerales y materia orgánica.

Vesículas  Son esferoidales.

 Se forman por el atrapamiento de CO2 ó O2.

 Son discontinuos (no conectados) y permanentes.  No hay movimiento de agua.

 Fáciles de cuantificar por su estructura esferoidal.  No sirven para almacenar agua, pero tienen la capacidad

de drenar.

Fisuras  A nivel macro son grietas y en micro son fisuras.  No son permanentes.

 Son continuas.