ok

1. como nutrientes y agua, serán necesarios para sustentar una población
creciente en el futuro. También predijeron efectos negativos sobre el
medio ambiente natural causados por la intensificación de las actividades
agrícolas. Conway y Toenniessen [4] insistieron en que las nuevas
tecnologías podrían usarse para aumentar la productividad de los
alimentos y prevenir la contaminación ambiental. La producción de
alimentos está limitada por varios factores, que incluyen la superficie
de tierra disponible, los recursos hídricos y el cambio climático. Por lo
tanto, la hidroponía es una solución a los problemas de seguridad
alimentaria al aumentar la productividad por unidad de área y al usar
menos agua [2,7].
Facultad de Ciencias e Ingeniería, Universidad Doshisha, Kioto, Japón
La hidroponía ha recibido recientemente más atención con respecto
a la seguridad alimentaria. Se anticipa escasez de alimentos debido al
aumento de la población, la disminución del suministro de agua y el
cambio climático continuo durante el siglo XXI [4,5]. Hasta el hombre et
al. [6] declaró que más área de tierra y más recursos,
La hidroponía, un sistema de cultivo sin suelo, ha recibido atención debido a su aplicación en la industria y ha sido
pensada como la opción para ayudar al aumento de la población mundial al aumentar el rendimiento de los cultivos con
menos agua. En el sistema se utiliza una solución de nutrientes altamente concentrada; esta solución se descarga
después de su uso porque la composición se desequilibra y pueden acumularse sustancias peligrosas y patógenos. Se
realizaron estudios de calidad del agua para identificar las características del efluente hidropónico, que no ha sido
documentado previamente. Se recolectaron veintiún efluentes de 16 instalaciones en Kochi, Japón. Las concentraciones
de nutrientes variaron significativamente: es decir, 9,8–526 mg N/L de nitrato y 3,0–131 mg P/L de fósforo. El análisis
estadístico reveló cinco propiedades que explicaban la variación de los efluentes. Se evaluaron balances de masa de
nutrientes en una planta de cultivo de berenjena.
La hidroponía se desarrolló originalmente a mediados del siglo XVIII
y se hizo popular en la década de 1970 en los Estados Unidos [1]. En
hidroponía, una solución nutritiva suministra el
Laboratorio de Innovación en Sistemas de Alcantarillado, Departamento de Ingeniería Urbana, Escuela de Graduados de Ingeniería,
Las eficiencias de la inversión en nutrientes en hidroponía parecían más altas que las de los sistemas de cultivo en
suelo: se descargaron 34–41 moles (478–572 mg N) de nitrógeno y 1,1–5,9 moles (35–184 mg P) de fósforo durante el
cultivo de 1 tonelada de berenjena.
La Universidad de Tokio, Tokio, Japón
La hidroponía, una forma de cultivar plantas sin suelo [1], es útil
para la producción industrial de plantas, porque se producen en
condiciones controladas. La hidroponía también se usa para cultivar
plantas con funciones especiales y de alta calidad [2].
Palabras clave: sistema hidropónico, efluente agrícola, calidad del agua, nutrientes
La hidroponía es una buena opción para producir alimentos dentro de las
ciudades y para reducir los costos energéticos de la producción de alimentos en
la sociedad urbanizada [3].
RESUMEN
Revista de tecnología del agua y el medio ambiente, Vol.19, No.2: 64–73, 2021
Recibido: 5 de julio de 2020, Aceptado: 4 de enero de 2021, Publicado en línea: 10 de abril de 2021
64
doi: 10.2965 / juego.20-096
Autor para correspondencia: Hideaki Nagare, Correo electrónico: nagare-h@okayama-u.ac.jp
b
c Facultad de Ciencias y Tecnología Ambientales, Universidad de Okayama, Okayama, Japón
e Facultad de Investigación y Educación, Clúster de Ciencias Naturales, Unidad de Agricultura, Universidad de Kochi, Nangoku, Japón
d
a Escuela de Graduados en Ciencias Ambientales y de la Vida, Universidad de Okayama, Okayama, Japón
Acceso abierto Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo los términos de la licencia Creative Commons Attribution Non-Commercial
No Derivatives (CC BY-NC-ND) 4.0. http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
Caracterización de la Calidad del Agua Efluente de
Sistema de Cultivo Hidropónico
Hideaki Nagare a, Youhei Nomura b, Kenta Nakanishi c, Satoshi Akao d, Taku Fujiwara e
INTRODUCCIÓN
Artículo original
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2. MATERIALES Y MÉTODOS
Revista de tecnología del agua y el medio ambiente, vol. 19, N° 2, 2021 sesenta y cinco
Análisis de la calidad del agua
análisis estadístico
Muestreo
Para evitar tales problemas, se implementa una de las siguientes dos
opciones: usar la solución nutritiva una vez en un sistema de flujo
continuo o reutilizar la solución varias veces mientras se mantiene la
composición de la solución en un estado estable al monitorear los
cambios en la calidad del agua [1 ]. Sin embargo, incluso si la solución
es monitoreada y ajustada, la solución debe ser reemplazada después
de un cierto número de ciclos. Por lo tanto, la solución nutritiva finalmente
se descarga en cualquiera de las dos opciones.
La investigación se llevó a cabo del 13 al 30 de mayo de 2019.
La composición de la solución nutritiva no está bien documentada
porque depende del tipo de planta y método de cultivo. La información
sobre la composición de los efluentes está aún menos disponible. Sin
embargo, los efluentes pueden contener varios tipos de nutrientes en
altas concentraciones y deben manejarse adecuadamente para garantizar
que se proteja la calidad del agua en el entorno natural receptor [10–15].
este es el primer informe que proporciona características de efluentes de
efluentes hidropónicos en Japón.
Se recolectaron veintiún efluentes hidropónicos de 16 sitios agrícolas
bajo condiciones de invernadero en Kochi, Japón. La Tabla 1 resume la
información del muestreo. Los efluentes se almacenaron a 4°C después
de la filtración con filtros de fibra de vidrio (Whatman GF/B, GE, Pittsburg,
EE. UU.).
se determinó la concentración
nutrientes necesarios para el cultivo de las plantas. Los nutrientes de la
solución son absorbidos directamente por las raíces de las plantas, que
se fijan en la solución mediante medios de soporte de raíces naturales o
artificiales en lugar del suelo.
La producción de alimentos por hidroponía en ambientes controlados
es similar al proceso de producción industrial, y los efluentes deben
considerarse de manera diferente a los efluentes agrícolas típicos de los
sistemas de cultivo en suelo. La descarga de efluentes hidropónicos es
desde un punto definido, y la cantidad y calidad del efluente se nivelaría
a lo largo del año. Por lo tanto, el efluente es una fuente puntual de
contaminantes potenciales y también podría ser un objetivo prometedor
para la recuperación de nutrientes desde el punto de vista de la gestión
de recursos.
Por lo tanto, realizamos esta investigación para aclarar las características
de calidad del agua de los efluentes hidropónicos, con el objetivo de
gestionar los problemas de seguridad alimentaria, protección ambiental y
recursos de nutrientes. A lo mejor de nuestro conocimiento,
Las concentraciones de aniones inorgánicos (Clÿ, NO3 ÿ, SO4 2ÿ, H2PO4
ÿ) se determinaron mediante una columna (IonPac AS19, 4 × 250 mm,
7,5 µm, Thermo Fisher Scientific KK), y el análisis se realizó con un
gradiente lineal de 5 mmol/L de hidróxido de potasio (isocrático durante
5 min) a 40 mmol/L de hidróxido de potasio (gradiente durante 5–25 min)
a un flujo constante de 1 mL/min. El NH4
Como se mencionó anteriormente, los efluentes hidropónicos podrían ser una
fuente de contaminación o un objetivo de recuperación. Sin embargo, actualmente
solo se dispone de una pequeña cantidad de información sobre la calidad del efluente.
Los datos de calidad del agua efluente se sometieron a un análisis de
componentes principales, uno de los análisis multivariados, realizado en
el software de cálculo estadístico R (Ver. 3.6.1) [16] en RStudio (Ver.
1.2.1578) [17]. Antes del análisis, los datos de calidad del agua se
estandarizaron mediante la siguiente ecuación:
La solución nutritiva de Hoagland utilizada normalmente contiene
nitrógeno (15 mmol/L), fósforo (1 mmol/L) y potasio (6 mmol/L) [1]; sin
embargo, se pueden hacer varias modificaciones a estas concentraciones.
La composición de la solución nutritiva cambia sustancialmente debido a
las diferentes eficiencias de absorción y requerimientos de las plantas
[8]. La productividad y la calidad de los cultivos dependen de qué tan
bien las plantas adquieran los nutrientes [2], por lo tanto, el manejo de la
solución de nutrientes es extremadamente importante en hidroponía
[1,2,8,9]. Otros problemas de la hidroponía son el control de enfermedades
y la acumulación de salinidad y otras sustancias en la solución nutritiva
[1,2]. Por ejemplo, se sabe que algunas plantas liberan sustancias
químicas como el ácido benzoico que pueden causar alelopatía y
autotoxicidad [2].
por el método de fenato automatizado, y la concentración de NO2 ÿ se
determinó por el método de reducción de cadmio automatizado utilizando
un autoanalizador de flujo continuo (AACS, BL TEC KK, Osaka,
Japón). Las concentraciones de metales (Al, Co, Cu, Fe, Mn, Ni y Zn)
fueron analizadas por ICP-AES (Vista Pro, SII NanoTechnology, Chiba,
Japón). Las muestras fueron digeridas durante 20 min a 105°C en
autoclave con nitrato concentrado (5%v/v) antes del análisis ICP.
La conductividad eléctrica (CE), el pH y la temperatura de los efluentes
se midieron inmediatamente después del muestreo. La concentración de
carbono orgánico disuelto (DOC) se midió utilizando un analizador de TOC
(Sievers InnovOx, SUEZ, Trevose, EE. UU.). Las concentraciones de iones
inorgánicos se determinaron mediante cromatografía iónica de alta
resolución (Integrion, Thermo Fisher Scientific KK, Waltham, EE. UU.). Las
concentraciones de cationes inorgánicos (Na+, K+, Mg2+, Ca2+) se
determinaron utilizando una columna (IonPac CS16, 5 × 250 mm, 5,5 µm,
Thermo Fisher Scientific KK) con 30 mmol/L de ácido metanosulfónico
como eluyente (caudal: 1ml/min).
+
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3. Análisis de balance de masa
66 Revista de tecnología del agua y el medio ambiente, vol. 19, N° 2, 2021
Con
yo
s = ÿ yo ki
megavatios
CH
PIE
CH
megavatios
Los efluentes F02-EP1 y F02-EP2 se obtuvieron de
Tabla 1 Información de muestreo de efluentes.
6 F02-GP2
PIE
TM
sik: la puntuación para el k-ésimo componente principal del efluente i
F04
EP
F12
xx ij j
23 de mayo
21 F16-SGP
PIE
megavatios
=
30 de mayo
megavatios
7 F03-TM1
médico de cabecera
TM
F05
No. Nombre de la muestra
F01-PP
Mayo 13
14 F09-GP 23 de mayo
RE
PIE
s
megavatios
zij: datos estandarizados de calidad del agua del efluente i e índice de
calidad del agua j(ÿ)
30 de mayo
1
PIE
CH
30 de mayo
PIE
SGP
CH
(1)
PÁGINAS
RE*
PIE
megavatios
Las puntuaciones de los componentes principales se calcularon de la siguiente manera:
TM
F03
Mayo 13
12 F07-GP
19 F14-SGP
F10
médico de cabecera
*: Se reutilizó el 50% de la solución nutritiva. Cultivos: PP = pimentón, GP = pimiento verde, SGP = pimiento verde pequeño, EP = berenjena, TM = tomate.
Medio de soporte: CH = cáscara de coco, MW = lana mineral. Tipo de reutilización de la solución nutritiva: FT = flujo continuo, RE = reutilización.
21 de mayo
z
ij
CH
30 de mayo
Medio de soporte Tipo de reutilización
PIE
megavatios
5 F02-GP1
PIE
Mayo 13
13 F08-EP
20 F15-SGP
EP
F11
23 de mayo
PIE
CH
17 F12-EP
médico de cabecera
F15
SGP
21 de mayo
23 de mayo
PIE
megavatios
En hidroponía, los agricultores tienden a no revelar la composición de su
solución nutritiva ya que afecta significativamente la cantidad y calidad de los
productos. Por lo tanto, no pudimos obtener muestras de la solución nutritiva,
es decir, del agua afluente, en la mayoría de los casos a excepción de F02. De
una instalación de cultivo de berenjena F02 se obtuvo la calidad del agua
afluente, el volumen de agua afluente y efluente y el rendimiento del cultivo
(comunicación personal). Luego se evaluaron los balances de masa para los
principales nutrientes de las muestras obtenidas de la instalación F02.
PIE
sj : desviación estándar de los datos de calidad del agua del índice j
megavatios
(2)
F02-EP1
10 F05-TM
médico de cabecera
CH
F08
Mayo 13
donde T denota el vector transpuesto.
F 16
21 de mayo
23 de mayo
SGP
PIE
CH
ÿ
Cultivo
RE
dos canales en la instalación F02 cultivo de berenjena con fines de
investigación (no comercial). Los canales estaban ubicados uno al lado del
otro. La única diferencia fue la composición de la solución nutritiva entre los
canales. Aunque los datos de la calidad del agua solo proporcionaron
información para un punto en el tiempo durante el período de cultivo, aún se
pudo evaluar el impacto ambiental y la eficiencia de la inversión en nutrientes
(el rendimiento por unidad de cantidad de nutrientes de entrada).
4 F02-EP2
médico de cabecera
F02
El balance de masa se evaluó en la siguiente ecuación:
F09
Mayo 13
11 F06-TM
18 F13-SGP
EP
8 F03-TM2
EP
F06
zi : un vector de calidad de agua estandarizada del efluente i (es decir
Fecha (en 2019)
21 de mayo
15 F10-EP
TM
EP
F13
RE
megavatios
xij: datos originales de calidad del agua del efluente i e índice de calidad
del agua j
Instalaciones
PIE
CH
megavatios
2 F01-GP
F07
Mayo 13
21 de mayo
16 F11-EP
TM
SGP
F14
23 de mayo
RE
x : promedio de los datos de calidad del agua del índice j
F01
RE
PIE
CH
3
9 F04-TM
EP
j
j
T
ÿk: un vector de carga del componente principal para el k-ésimo
componente principal (es decir , [ÿk1, ÿk2, …, ÿk14])
[zi1, zi2, …, zi14]) derivado de la ecuación. (1)
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4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Revista de tecnología del agua y el medio ambiente, vol. 19, N° 2, 2021 67
ÿ
2
3
+
4
3
+
4 4
2ÿ
ÿ
3
5.8
37,6
(mmol/
L)
6.9
0.24
0.0
Cuadro
2
Resumen
de
la
calidad
del
agua
en
los
efluentes
hidropónicos
(n
=
21).
0.3
0.1
6,6
Mg2+
1.8
17,3
(mmol/
L)
29
(mg
C/
L)
(-)
K+
0.00
máx.
0.2
(mmol/
L)
4.1
0.00
8,5
SO42ÿ
11,6
(mmol/
L)
4.2
0.020
mín.
0.0
0,04
NO2ÿ
1,61
Na+
0.7
SS
6.1
2.7
0,14
NH4+
Ca2+
pH
1.5
(mmol/
L)
16.0
H2PO4ÿ
0.79
8.2
CE
Promedio
0.231
(mmol/
L)
(mmol/
L)
0.1
NO3ÿ
1.2
57
(mg/
L)
3.0
14,0
(mmol/
L)
5.0
7.0
Clÿ
DOC
(mmol/
L)
0.00
0.4
0.02
(mmol/
L)
0,472
(S/
m2)
efecto efecto
inf
> NH
Q: caudal de solución nutritiva
mol P), con una media de 6,5 mg N/mg P (14,4 mol N/mol P). Algunos
efluentes parecían deficientes en N o P, aunque el promedio era casi
igual al número de Redfield de 7,2 mg N/mg P (16 mol N/mol P).
“inf” y “eff” denotan afluente y efluente, respectivamente.
=ÿÿÿ
> H2PO4 _ > NO
Los iones principales tenían un amplio rango de concentración: por ej.
ÿ la concentración osciló entre 9,8 y 526 mg N/L
El equilibrio químico de los efluentes se analizó con PHREEQC [19].
Casi todos los efluentes estaban en equi -
fluido
Cl -
La calidad del agua en los efluentes hidropónicos se suma -
para cationes, y NO
El no
ÿ la concentración
varió de 3,0 a 131 mg P/L (0,10 a 4,2 mmol/L). La relación N/P varió de
1,9 a 16,4 mg N/mg P (4,3 a 36,4 mol N/
Las condiciones ligeramente ácidas pueden evitar la precipitación de
metales [ 2]. La CE fue de uno a dos órdenes de magnitud inferior a
la del agua de mar (5,3 S/m a 25 °C [18]). Los sólidos en suspensión
(SS) oscilaron entre 0 y 57 mg/L, con un valor promedio de 8,2 mg/L.
Como la SS era bastante baja en la mayoría de los efluentes, nos
enfocamos posteriormente en la materia disuelta después de esto.
(3)
masa en el afluente masa en el efluente
La molaridad promedio de los iones fue del orden de K+ > 2ÿ >
control de calidad control de calidad
C: concentración de un nutriente en la solución nutritiva
ASI QUE
(0,70 a 37,6 mmol/L), mientras que el H 2PO 4
fue 26 en K+ y 54 en NO
ejemplo, la relación entre la concentración más alta y la más baja ÿ. La
proporción más alta fue 133 para
ÿ para aniones. El balance de carga se
determinó con PHREEQC con la base de datos minteq.v4.dat [19]. El
error en el balance de carga fue pequeño, dentro del rango de ÿ10 %
a +10 %, por lo que los iones enumerados anteriormente fueron los
principales. Las concentraciones de metales (Al, Co, Cu, Fe, Mn, Ni y
Zn) estaban por debajo de los límites de detección del método.
ÿ
Ca2+ > Mg2+ > Na
ÿ: diferencia de masa entre el afluente y el ef
marized en la Tabla 2. Los efluentes eran ligeramente ácidos a
neutros, con un rango de pH de 4,1 a 7,0, y un valor de pH promedio de 5,8.
Para estos cálculos se utilizaron los datos obtenidos en nuestro
muestreo para Cinf, Qeff y Ceff, mientras que Qinf fue proporcionado por
la instalación F02 como comunicación personal.
ÿ =
> SO
.
Composición del efluente
Resumen de las concentraciones de efluentes
)
( )
( ( inf ) (
)
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5. librium para fosfato tricálcico (TCP, Ca3(PO4)2(s)). A medida que se
analizó la calidad del agua de las muestras filtradas, los medios de
cultivo de las instalaciones parecían contener TCP.
Se utilizaron un total de 14 índices de calidad del agua para el
análisis de componentes principales (pH, EC, DOC, SS y 10 iones
principales) para resumir la calidad del agua. A través del análisis,
se derivaron 14 componentes principales, que tienen contribuciones
diferentes, como se muestra en la Fig. 2. La contribución es un índice
de la importancia de la PC. El primer componente tuvo una
contribución del 44 % a la varianza total de la calidad del agua, y las
contribuciones de los siguientes cuatro componentes fueron del 18
%, 10 %, 9 % y 7 %. La contribución acumulada de los cinco
componentes más grandes fue del 88 %, lo que indica que estas
cinco características explican casi toda la variabilidad en la hidroponía.
Fig. 1 Diferencia de calidad del agua entre cultivos y condiciones de cultivo. El eje horizontal muestra la combinación de material de soporte
de raíces y tipo de solución nutritiva reutilizada. Cultivos: PP = pimentón, GP = pimiento verde, SGP = pimiento verde pequeño, EP =
berenjena, TM = tomate. Medio de soporte: CH = cáscara de coco, MW = lana mineral. Tipo de reutilización de solución nutritiva: FT = fluido,
RE = reutilización.
Fig. 1. No se probó ninguna combinación para el medio de soporte
de lana mineral (MW) utilizado con la reutilización de agua (RE). En
la figura, no se reconoce claramente una relación entre la calidad del
agua efluente y las condiciones de cultivo, como los tipos de cultivo,
los medios de soporte de raíces y la reutilización de la solución
nutritiva; una excepción son los valores de pH en tomate (TM), que
estaban por debajo de 6,0, más bajos que para cualquiera de las
otras plantas. En el cultivo de pimiento verde pequeño (SGP), las
concentraciones de nitratos y fosfatos solían ser más bajas que en los otros cultivos.
Fig. 2 Contribución de los componentes principales.
La variación en pH, NO3 ÿ y H2PO4 ÿ se ilustran en
Estos componentes indican claramente las características de las
muestras.
Como se mencionó anteriormente, la relación entre la calidad del
agua y las condiciones de cultivo (cultivos, medios de apoyo a las
raíces, reutilización de la solución nutritiva) no está clara. Las
características de la calidad del agua del efluente se estudiaron con
análisis multivariado para extraer las relaciones ocultas de los datos.
Se utilizó el análisis de componentes principales para evaluar la
relación entre las variables (índices de calidad del agua) y resumirlos
como nuevos elementos denominados “componentes principales” (PC).
Características de la calidad del agua.
Diferencias en la calidad del agua entre las condiciones
de cultivo
68 Revista de tecnología del agua y el medio ambiente, vol. 19, N° 2, 2021
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6. ÿ
CE
0,73**
0,53*
0,56**
Las cinco características principales del efluente, las cargas
principales, se ilustran en la Fig. 3. Si el valor absoluto de la carga está
cerca de la unidad para un índice, significa que la PC está fuertemente
relacionada con el índice.
ÿ
Fig. 3 Cargas de los cinco componentes principales principales.
ÿ
0,69**
cientes entre los índices, y la Fig. 4 muestra la relación entre los iones
principales y la CE. Se observa una correlación relativamente fuerte
entre las concentraciones de iones y la CE, lo que indica que la
composición de nutrientes fundamentales fue casi la misma para todas
las muestras de efluentes, aunque las concentraciones fueron diferentes.
0,77**
ÿ
0,80**
El primer componente está relacionado con siete iones y EC, como
se mencionó anteriormente, lo que sugiere que estas variables están
correlacionadas entre sí. La tabla 3 muestra el coeficiente de correlación
ÿ
SO4
0,87**
ÿ
0,80**
0,76**
0,83**
ÿ
Para el segundo componente, las cargas de Na+ y Clÿ
NO3 ÿ
ÿ
ÿ
Cuadro 3 Coeficientes de correlación entre índices de calidad del agua (n = 21, **: p < 0,01, *: p < 0,05).
H2PO4 ÿ
ÿ
1.00
0.42
Para el primer componente, las cargas de EC, Na+, K+, Mg2+, Ca2+,
NO3 ÿ, SO4 2ÿ y H2PO4 ÿ fueron grandes, lo que indica que el
componente está relacionado
con los iones principales, incluidos el nitrato y el fosfato, así como con la
EC. Por lo tanto, el primer componente puede entenderse como el índice
de “concentración de nutrientes”.
1.00
0,60**
0,59**
CE
ÿ
ÿ
1.00
ÿ
eran grandes, por lo que este componente se considera el índice de “sa
Varios efluentes tenían características similares en la Fig. 5, por lo
que se clasificaron en cuatro grupos, excepto dos efluentes (F02-EP2 y
F03-TM1) que tenían características diferentes a los demás. Los grupos
se derivaron mediante análisis de conglomerados como se muestra en
los Materiales complementarios. Las características de esas categorías
se muestran en la Fig. 6. El primer grupo en la Fig. 6(a) estaba
compuesto por dos efluentes: F05-TM y F06-TM, que tenían
concentraciones de nutrientes más altas y salinidad más alta. El cultivo
fue tomate (TM) en ambos efluentes.
SO4
ÿ
1.00
1.00
0.50*
ÿ
1.00
0,64**
ÿ
linidad.” De manera similar, se consideran PC tercero, cuarto y quinto
los índices de "contenido de amoníaco/nitrito", "grado de pH y SS" y
"grado de pH y DOC", respectivamente.
0,65**
0,80**
H2PO4 ÿ
NO3 ÿ
calidad del agua de efluentes.
ÿ
ÿ
La alta salinidad podría estar relacionada con el cultivo de tomate, ya que a
veces se usa una condición de alta salinidad en el cultivo de MT para una mejor
ÿ
0.40
0,71**
La Fig. 5 muestra los puntajes de los 21 efluentes hidropónicos para
las cinco mejores PC. Las puntuaciones se calcularon con la Ec. (2) e
indicar qué tan fuertemente relacionados están con los PC. La figura
muestra las características de los efluentes: por ejemplo, el efluente F05-
TM tuvo un puntaje alto para PC2, que es el índice de “salinidad” como
se discutió anteriormente, por lo que este efluente fue más salino que
los otros efluentes.
0.41
ÿ
ÿ
1.00
0,51*
Ca2+
2ÿ
Mg2+
2ÿ
K+
Mg2+
K+ Ca2+
Revista de tecnología del agua y el medio ambiente, vol. 19, N° 2, 2021 69
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7. Fig. 4 Relación entre las concentraciones de iones principales y la CE.
Fig. 5 Puntajes de componentes principales de los 21 efluentes hidropónicos.
Esta relación poco clara entre la calidad del efluente y las
condiciones de cultivo se ilustra en la figura 1. La figura 6(b) a (d)
también muestra que las categorías estaban compuestas por efluentes
de diferentes cultivos y bajo diferentes condiciones. Por lo tanto, efe
sabor. Sin embargo, para los efluentes F03-TM1, F03-TM2 y F04-TM
de otras instalaciones de TM, la puntuación de PC2 no fue tan alta
como la de F05-TM y F06-TM. Por lo tanto, el mismo cultivo no siempre
resultó en las mismas características del efluente.
70 Revista de tecnología del agua y el medio ambiente, vol. 19, N° 2, 2021
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8. 2ÿ
Revista de tecnología del agua y el medio ambiente, vol. 19, N° 2, 2021 71
1,1 (0,12)
0,8 (0,11)
16 (0,61)
1,1 (0,22)
D
0.0 (0.00)
Fig. 6 Características de los efluentes hidropónicos típicos en cada categoría.
0,9 (0,14)
6,6 (0,76)
8.7 (1.00)
SO4
3,6 (0,38)
75 (1,00)
norte
5.0 (1.00)
Unidad: m3/t-cosecha para agua, mol/t-cosecha para otros. Inf.: afluente, Eff.: efluente, ÿ = Inf.ÿEff.
1.2 (1.00) 6.6 (1.00)
2,9 (0,60)
9.3 (1.00)
34 (0,45)
Que
D
10 (0,39)
Cuadro 4 Balances de masa en los canales del lugar de muestreo F02. Los valores entre paréntesis indican la relación entre las concentraciones
de efluentes y las del afluente.
Las características del afluente estaban débilmente relacionadas con los
cultivos, el tipo de medio de soporte de raíces y el tipo de reutilización
de la solución nutritiva, y la calidad del efluente se vio más afectada por
otros factores como la densidad del cultivo por caudal, el tiempo de
retención hidráulica en el canal y las concentraciones afluentes.
6.8 (1.00)
2,0 (0,40)
1.2 (1.00)
3,9 (0,78) 8 (0,38)
26 (1,00)
PAGS
41 (0,54)
16 (0,46)
6,0 (0,90)
1,7 (1,38)
42 (0,55)
magnesio 6,3 (1,00)
13 (0,62)
k
F02-EP2 Inf.
21 (1,00)
34 (0,46)
F02-EP1 Inf.
9.5 (1.00)
8,2 (0,88)
Los balances de masa en los dos canales en F02, a saber, F02-EP1
y F02-EP2, se resumen en la Tabla 4, donde los valores se muestran
como moles de nutrientes por 1 tonelada (1 t) de rendimiento del cultivo.
La cantidad de agua afluente fue de 5.0 y 4.9
4,9 (1,00)
3,2 (0,63)
5,5 (0,89)
5.0 (1.00)
efectivo
0,6 (0,10)
Agua
5,9 (0,86)
1.2 (1.00)
19 (0,54)
35 (1,00)
N / A
efectivo
76 (1,00)
1,8 (0,37)
ÿ0,5 (ÿ0,38) 2,1 (0,24)
5,9 (0,62)
Balance de masa
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9. 72 Revista de tecnología del agua y el medio ambiente, vol. 19, N° 2, 2021
+
3) Los iones principales fueron K+, Ca2+, Mg2+, Na+, NH4
C58, 1999. PMID:10591226 doi:10.1038/35011545
Realizamos un estudio de calidad del agua para caracterizar los efluentes
hidropónicos. El siguiente es el resumen de las características de los
efluentes de la encuesta:
las cargas ambientales podrían reducirse mediante la mayor eficiencia del
uso de nutrientes en hidroponía, es decir, un mayor rendimiento por unidad
de inversión. Además, la cantidad de fuentes puntuales del efluente se
reducirá con hidroponía porque este es un sistema agrícola intensivo. Por
lo tanto, puede haber menos preocupaciones ambientales con la hidroponía
que con los sistemas convencionales de cultivo del suelo si hay un efluente
adecuado.
para cationes,
edanz.com/ac) por editar un borrador de este manuscrito.
296, 2008. PMID:18202647 doi:10.1038/nature06592
De hecho, las plantas absorbieron los nutrientes, pero las concentraciones
en el efluente fueron casi idénticas o incluso superiores a las del afluente,
ya que hubo una reducción del volumen de agua de alrededor del 60 % en
los canales debido a la evapotranspiración.
por IoP (Internet de las Plantas), Japón. Los autores agradecen al personal
de la Sección de Promoción de la Agricultura Ambiental y el Centro de
Tecnología Agrícola de la prefectura de Kochi por su cooperación en el
muestreo y la evaluación. Agradecemos a Tara Penner, MSc, de Edanz
Group (https://en-author-services.
[3] Gentry M: Calor local, comida local: Integración de la agricultura
hidropónica vertical con la calefacción urbana en Suecia. Energía,
174, 191–197, 2019. doi:10.1016/j.
526 mg N/L y 3,0–131 mg P/L, respectivamente.
ence.1057544
4) Las características del efluente estaban débilmente relacionadas con
el tipo de cultivo, el medio de soporte de raíces y la reutilización de
la solución nutritiva.
6) La eficiencia del uso de nutrientes en hidroponía pareció ser mayor
que la eficiencia en los sistemas de cultivo en suelo, con la descarga
de 34–41 mol (478–572 g N) de nitrógeno y 1,1–5,9 mol (35–184 g
P ) de fósforo para el cultivo de 1 tonelada de berenjena.
1) El efluente tenía un pH ligeramente ácido a neutro. EC fue de uno a
dos órdenes de magnitud más bajo que el del mar
agua.
En el efluente F02-EP1 quedaron 41 moles de nitrógeno (572 g N, 54%
de los 75 mol presentes en el influente) y 1,1 moles de fósforo (35 g P, 22%
de los 5,0 mol presentes en el influente). , mientras que esas relaciones
fueron 34 mol de nitrógeno (478 g N, 45 %) y 5,9 mol de fósforo (184 g P,
62 %) en el efluente F02-EP2. Las proporciones de absorción se calcularon
como 46 a 55 % para el nitrógeno y 38 a 78 % para el fósforo, suponiendo
que no hubo más eliminación que la absorción por las plantas. Las
eficiencias de la absorción de nutrientes en hidroponía parecían ser mayores
que las del cultivo en suelo: las eficiencias para el cultivo en suelo
[5] Gruber N, Galloway JN: Una perspectiva del sistema terrestre del ciclo
global del nitrógeno. Naturaleza, 451(7176), 293–
y NO3 ÿ, SO4 2ÿ, Clÿ, H2PO4 ÿ, NO2 ÿ para los aniones.
m3/t-rendimiento, respectivamente en dichos canales, mientras que la
cantidad de efluente fue del 37% y 40% del afluente, respectivamente.
Se estimó que los sistemas a escala global eran del 46 % para nitrógeno
[20] y del 29 % para fósforo [21].
[4] Conway G, Toenniessen G: Alimentar al mundo en el siglo XXI.
Naturaleza, 402 (S6761, Suplemento), C55–
Este trabajo fue apoyado por una subvención de la Oficina del Gabinete
en ayuda, la Horticultura de Invernadero Avanzada de Próxima Generación
Las concentraciones de nutrientes son altas en los efluentes hidropónicos
en comparación con las aguas superficiales naturales, por lo tanto, se debe
considerar el impacto ambiental del efluente. Estas
[2] Sambo P, Nicoletto C, Giro A, Pii Y, Valentinuzzi F, Mimmo T, Lugli P,
Orzes G, Mazzetto F, Astolfi S, Terzano R, Cesco S: Soluciones
hidropónicas para sistemas de producción sin suelo: Problemas y
oportunidades en una perspectiva de agricultura inteligente. Frente.
Plant Sci., 10, 923, 2019. PMID:31396245 doi:10.3389/fpls.2019.00923
2) Las concentraciones de nitrógeno y fósforo fueron 9.8–
[6] Tilman D, Fargione J, Wolff B, D'Antonio C, Dobson A, Howarth R,
Schindler D, Schlesinger WH, Simberloff D, Swackhamer D:
Pronóstico del cambio ambiental global impulsado por la agricultura.
Ciencia, 292(5515), 281–284, 2001. PMID:11303102 doi:10.1126/sci
tratamiento.
[1] Jones JB Jr: Hidroponía: su historia y uso en estudios de nutrición
vegetal. J. Plant Nutr., 5(8), 1003–1030, 1982.
doi:10.1080/01904168209363035
5) Más del 80 % de la información sobre la calidad del agua puede
explicarse con cinco características: concentración de nutrientes (44
%), salinidad (18 %), contenido de amoníaco/nitrito (10 %), grado de
pH y SS (9 %), y grado de pH y DOC (7%).
REFERENCIAS
energía.2019.02.119
CONCLUSIONES
AGRADECIMIENTOS
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orgánico. concentraciones de carbono. agricola Water
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