¿Es posible que la física tenga que ver con los cultivos? Sí, averigua porque.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El descenso, degradación y la falta de suelo agrícola en la actualidad es un problema mundial que día con día aumenta de gravedad. Los principales factores que causan la perdida de estos es el excesivo uso de fertilizantes, la FAO (2011) afirmó que para el 2015 no existirá el suficiente suelo de potencial agrícola para relevar las necesidades de alimentos.
El uso mundial de fertilizantes podría aumentar por encima de los 200,5 millones de toneladas en 2018, un 25 por ciento más que el registrado en 2008.
“El consumo mundial de fertilizantes crecerá un 1,8% anual hasta 2018, según nuevos informes mundiales. Al mismo tiempo, “la capacidad global de producción de fertilizantes, productos intermedios y materias primas seguirá aumentando”, según dichos estudios.” (FOA 2017).
El enfrentamiento por producir más alimentos con menor superficie ha incentivado la adopción de la agricultura en el mundo.
Por los antecedentes expuestos antes, sugerimos como enmiendas las siguientes proposiciones para disminuir al máximo el problema expuesto:
o Cultivos hidropónicos, servirá para cultivar cualquier tipo de verdura o fruta que no provenga de un árbol, así como legumbres y flores. Permitirá aprovechar sitios o áreas no convencionales para cultivar, sin perder de vistas las necesidades de las plantas; como la luz, la temperatura, el agua y los nutrientes.
o Utilizar la “mala hierba” para alimentar a animales domésticos: permitiría utilizar las tierras para cultivos de alimentos comestibles sin utilizarlas para forrajes, por otro lado metiendo un poco a los avances tecnológicos y científicos las “malas yerbas podrían ser complementadas para que el alimento sea más completo para los animales domésticos sin causarle daño al humano al consumirlos; el costo del consumo de estos animales podría disminuir considerablemente ya que no se necesitara invertir en forrajes ni en fertilizantes
o Crear una composta con la “mala hierba” y residuos orgánicos, lo cual mejora la sanidad y el crecimiento de las plantas, las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo, fungirá como fuente importante de nutrimentos para las plantas, aumenta la capacidad de retención de humedad del suelo y la capacidad de intercambio de cationes en el mismo, entre otras cosas que sin duda ayudaran a disminuir el problema.
o Tratar la tierra después de cada cosecha para que ésta siga siendo fértil, Para que los cultivos posteriores no requieran de fertilizantes ni otro tipo de químicos para su crecimiento y producción, esto tendría un gran impacto en los nutrientes que los alimentos cultivados aportaran al individuo que los consuma.
PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN
¿Podrán los cultivos hidropónicos fungir como una técnica viable para el sector agrícola y la disminución de la perdida de suelo fértil?
HIPÓTESIS
La teoría plantea que los cultivos hidropónicos permiten el cultivo de diferentes alimentos obtenidos del suelo de forma rápida y menos costosa, por lo que ésta técnica ayuda a disminuir la contaminación del suelo fértil y fomenta la actividad agrícola en lugares semi urbanizados y urbanizados.
DELIMITACION DEL PROBLEMA
Luego de pesquisar a detalle cada una de las propuestas, la que más llamó nuestra atención y que consideramos es la mejor solución para aniquilar los problemas, son los cultivos hidropónicos.
La hidroponía se define como la ciencia de cultivo de plantas sin el uso de tierra, pero con uso de un medio inerte, al que se agrega la solución nutriente en que contiene todos los elementos esenciales y requeridos por la planta para su crecimiento normal y desarrollo.
El sistema permitirá cultivar diferentes alimentos en ambientes protegidos donde se pueden manejar factores ambientales como la luz, temperatura, precipitación, viento, plagas y enfermedades, con la finalidad de incrementar los rendimientos por superficie y disminuir el uso de fertilizantes. Dentro de la horticultura protegida, la hidroponía es una técnica que permite cultivar sin suelo, es decir, las plantas crecen en diferentes sustratos o incluso solo sobre una película de agua.
Se estima que la hidroponía será la forma de cultivar en tiempos de falta de recursos, recordemos que hay muchas proyecciones que hablan sobre la escasez de alimentos y de agua para las generaciones que nos siguen, y la hidroponía podría ser una solución frente a ese panorama.
Es importante mencionar las ventajas que estos cultivos nos ofrecen ya que sin duda hacen un gran impacto ambiental, social y económico:
o Reducción de costos de producción en forma considerable.
o No se depende de los fenómenos meteorológicos.
o Permite producir cosechas fuera de estación (temporada).
o Se requiere mucho menor espacio y capital para una mayor producción.
o Increíble ahorro de agua, pues se recicla.
o Ahorro de fertilizantes e insecticidas.
o No se usa maquinaria agrícola (tractores, rastras, etc.).
o Mayor limpieza e higiene en el manejo del cultivo, desde la siembra hasta la cosecha.
o Cultivo libre de parásitos, bacterias, hongos y contaminación.
o Rápida recuperación de la inversión.
o Mayor precocidad de los cultivos.
o Posibilidad de automatización casi completa.
o Ayuda a eliminar parte de la contaminación.
o No provoca los riesgos de erosión que se presentan en la tierra.
o Soluciona el problema de producción en zonas áridas o frías.
o Se puede cultivar en ciudades.
o Se obtiene uniformidad en los cultivos.
o Permite ofrecer mejores precios en el mercado.
o Nos faculta para contribuir a la solución del problema de la conservación de los recursos.
o Es una técnica adaptable a tus conocimientos, espacios y recursos.
o No se abona con materia orgánica.
o Se utilizan nutrientes naturales y limpios.
o Se puede cultivar en aquellos lugares donde la agricultura normal es difícil o casi imposible.
Hoy en día, esta actividad está alcanzando un gran auge en los países donde las condiciones para la agricultura resultan adversas. Combinando la hidroponía con un buen manejo del invernadero se llegan a obtener rendimientos muy superiores a los que se obtienen en cultivos a cielo abierto. Incluso ha conseguido estándares comerciales y que algunos alimentos, plantas ornamentales y jóvenes plantas de tabaco se cultivan de esta manera por diversas razones que tienen que ver con la falta de suelos adecuados.
Así esperamos que los cultivos hidropónicos puedan ser una opción que se pueda implementar en la vida cotidiana de personas dedicadas a esto.
MARCO TEÓRICO
ANTECEDENTES HISTORICOS
El estudio de la hidroponía tiene una larga trayectoria de la que se tiene conocimiento, desde hace 382 a.C. pero la primera información escrita data de 1600, cuando el belga Jan van Helmont documento su experiencia acerca de que las plantas obtienen sustancias nutritivas a partir del agua, en 1699 el inglés Jonh Wood Ward cultivo plantas en agua conteniendo diversos sustratos y encontró que el crecimiento de las plantas era el resultado de ciertas sustancias en el agua obtenidas del suelo continuaron las investigaciones y es en 1804 cuando, De Saussure expuso el principio de que las plantas están compuestas por elementos químicos obtenidos del agua, suelo y aire.
W.F Gericke cultivó vegetales en hidropónia, demostrando su utilidad y proveyendo alimentos para las tropas noteamericanas estacionadas en las islas ilcultivables del pacifico al comienzo de 1940.
Después de la segunda guerra mundial los militares continuaron utilizando la técnica y establecieron un proyecto de 22 hectáreas en la isla de Chofu (Japón) al paso del tiempo se extendió la técnica en plan comercial, y en los años 50´s los países como Italia, Francia, España, Alemania, Israel, Australia y Holanda la adoptaron también.
¿QUÉ ES LA HIDROPONIA?
La hidroponía se deriva del griego hydro (agua) y ponos (labor de trabajo), lo cual significa trabajo en agua. Por lo tanto, la hidroponía es un sistema de producción en el cual las raíces de las plantas no se encuentran establecidas en el suelo, sino en un sustrato o en la misma solución nutritiva utilizada. En la solución nutritiva, como su nombre dice, se encuentran disueltos los elementos necesarios para el crecimiento de la planta. Historia de la hidroponía La hidroponía, se ha desarrollado con una mayor velocidad a partir de experimentos para determinar los elementos que intervienen en el crecimiento de las plantas.
PERSPECTIVAS Y FUTURO DE LA HIDROPONÍA
La hidroponía, ha sido muy usada para la investigación en el campo de la nutrición mineral de las plantas, además de ser hoy en día el método de producción hortícola más intensivo. Generalmente este sistema de producción es de alta tecnología, con una fuerte inversión de capital, por lo cual es aplicada exitosamente en países desarrollados. Entre los sistemas existentes que destacan en la hidroponía están los sistemas de recirculación NFT (Técnica de la Película de Nutriente) y NGS (Nuevo Sistema de Crecimiento) y los sistemas donde el medio de cultivo es un sustrato. Los cultivos hidropónicos más rentables bajo estos sistemas hidropónicos son tomate, pepino, pimiento, lechuga, fresa y flores de corte.
MÉTODOS HIDROPÓNICOS
El cultivo en agua por definición es el auténtico cultivo hidropónico, aunque bajo el concepto descrito para hidroponía se contemplan otros sistemas. De acuerdo a lo anterior, dependiendo del medio utilizado para el desarrollo de las raíces, los sistemas de cultivo sin suelo se pueden clasificar en tres grupos: 1) cultivos en agua (con solución nutritiva); 2) cultivos en aire (aeropónicos) y 3) cultivos en sustrato con solución nutritiva.
Sistemas de producción en solución nutritiva: En este sistema se sumerge el sistema radical de las plantas en una solución nutritiva, la cual contiene los elementos nutritivos necesarios para su crecimiento. Dentro de los cultivos en solución nutritiva, se tienen distintos sistemas como se describen a continuación:
§ Sistema NFT. Esta técnica consiste en crear una película re-circulante de solución nutritiva dentro de tubos de PVC, lo cuales en sus extremos tienen tapas con pequeñas conexiones al final y al inicio para hacer recorrer el agua en todo el conjunto de tuberías que componen al sistema mediante una bomba, que se encuentra en el deposito donde se almacena la solución nutritiva. Los tubos de PVC tienen orificios en la parte superior, donde se colocan las plantas en cilindros de foami agrícola para NFT de tal manera que las raíces están en contacto con la película re-circulante de la solución nutritiva.
§ Raíz flotante. Este método utiliza un medio líquido para el crecimiento de los cultivos. En este sistema las raíces flotan dentro una solución nutritiva, pero las plantas están sostenidas sobre una lámina ligera (la cual generalmente es de unicel), que se sostiene sobre la superficie del medio líquido.
§ -Sistema NGS. En este sistema las raíces se desarrollan en una solución nutritiva re-circulante, distribuyendo agua, nutrientes y oxígeno de manera eficiente. Dicho sistema cuenta con distintas capas de polietileno en su interior, dispuestas de manera tal que la solución se va distribuyendo en ellas en forma de cascada. Dentro de estas mismas capas, las raíces van explorando sin restricción alguna hasta un agujero que les permite descender a las capas inferiores de la bolsa de polietileno, esto permite que el sistema se adapte a distintos cultivos.
Sistemas de producción expuestos al aire
§ Cultivos aeropónicos. Este sistema consiste en colocar un cilindro de PVC u otros materiales en posición vertical, con perforaciones en las paredes laterales por donde se introducen las plantas al momento de realizar el trasplante. Las raíces crecen en la oscuridad y pasan la mayor parte del tiempo expuestas al aire. Por el interior del cilindro, una tubería distribuye de manera periódica la solución nutritiva a las raíces mediante pulverización a mediana o baja presión. Las plantas crecen bien en aeroponía debido a la excelente aireación de las raíces, dado que la concentración de oxígeno en el aire es 20 veces más elevada en relación a la concentración que existe disuelto en el agua.
Sistemas de producción en sustrato: El sustrato es un material sólido (natural o de síntesis) distinto del suelo que, colocado en un contenedor o bolsa, en forma pura o mezcla, permite el desarrollo del sistema radical, el crecimiento del cultivo y pueden intervenir o no en la nutrición de la planta. El sustrato brinda sostén y anclaje a la planta, además de mantener la humedad, drenaje, aireación y facilidad en la absorción de nutrientes para que la planta no tenga ningún problema en su desarrollo.
§ Sustratos más comunes en horticultur. Los sustratos que más comúnmente se utilizan en los sistemas de cultivo sin suelo son los siguientes: arena, perlita, lana de roca, turbas, fibra de coco y tezontle.
DESCRIPSION DEL PROTOTIPO
El prototipo que el equipo ha decidido hacer (sinónimo) es el de “cultivos hidropónicos”, este prototipo nos permitirá cultiva diferentes tipos de semillas de una forma más fácil y sin la preocupación de la temporada de las semillas; así mismo podremos hacer uso de este en lugares que podríamos pensar, no se prestan a la agricultura como lo son las zonas semi urbanas y totalmente urbanas.
Será una estructura de plástico (referentemente reciclado y en buen estado), con una solución sana para el suelo y para las semillas, con una bomba que se mantendrá encendida por medio de paneles solares.
Para la elaboración de cultivos hidropónicos se necesitan los siguientes materiales (se recomienda que todo sea reciclado con el cuidado de que los materiales sean resistentes):
o 3 Tubos de PVC de 2 a 3 in, con unas medidas de 50 cm cada una.
o 6 codos que servirán para conectar los tubos.
o 2 metros de manguera delgada.
o Una bomba que impulsara la solución con nutrientes, formando así un ciclo.
o Una tina con los nutrientes adecuados.
o Semillas que se deseen cultivar (lechuga, jitomate, fresas, etc).
PRINCIPIOS FÍSICOS QUE LO SUSTENTAN
Nuestra conexión al mundo de la ciencia en primera instancia es con la química, pues aremos uso de diferentes sustancias que servirán como nutrientes para las semillas.
Por otro lado, enfocándonos a la física, veremos en primer lugar los fenómenos físicos, lo cual se enfoca en las características de los líquidos, que son: densidad, viscosidad, tensión superficial, adherencia, cohesión, presión y capilaridad, todo esto en relación con el agua que llevara consigo os nutrientes.
Como el fluido no se encuentra en reposo, debemos mencionar las características de un fluido en proceso, las cuales son: caudal, gasto, flujo y teorema de Bernoulli.
El prototipo tiene un plano inclinado1 que ayuda a que haya un flujo constante de líquido de las sustancias y que recorra el ciclo completo, brindando a todas las muestras el flujo necesario para que absorba todos los nutrientes.
JUSTIFICACIÓN
Este prototipo y su técnica que es la hidropónia fungen como proyecto verde, ya que son la solución a una problemática ambiental que es la contaminación de suelo fértil, así mismo se apoyan de recursos que no son agresivos con el ambiente y la estructura de dicho prototipo se trata que sea de materiales 100% reciclados.
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