La fotosíntesis y la respiración son los dos principales procesos de crecimiento de las plantas, fundamentales para que éstas estén sanas y produzcan cosechas de calidad.
FIG 1: Imágen de Khanacademy.org
Durante la fotosíntesis, las hojas y las células del tallo utilizan la energía solar para combinar el dióxido de carbono (CO2) del aire con el agua absorbida a través de las células de la raíz para producir azúcar en forma de glucosa. Esta glucosa se utiliza para muchos procesos metabólicos en todas las partes de la planta, incluida la producción de celulosa y almidón.
La glucosa también es una fuente de combustible fundamental para la respiración de las células radiculares, un proceso básicamente opuesto a la fotosíntesis.
En la respiración, las células de la raíz queman la glucosa que ha sido transportada desde las hojas. La glucosa se transforma en energía celular (denominada trifosfato de adenosina o ATP) que se utiliza para impulsar los procesos metabólicos, principalmente la absorción de agua y nutrientes.
FIG 2: Image from Vecteezy.com
Sin oxígeno, la respiración no tiene lugar. El oxígeno es el aceptor final de electrones en la respiración aeróbica, esencial para transformar la glucosa en ATP.
La cantidad de oxígeno disponible para las células radiculares es importante para el crecimiento saludable de las plantas y el rendimiento de los cultivos. Sin una gran cantidad de oxígeno a su disposición, las células radiculares ven limitada la cantidad de azúcar que pueden quemar y la cantidad de agua y nutrientes que absorben.
La reducción de la tasa de absorción de agua y nutrientes de una planta restringe directamente su tasa de crecimiento general y el rendimiento y la calidad de sus frutos. Las plantas débiles son más susceptibles a las enfermedades y menos resistentes a los factores de estrés ambiental, como el calor durante los meses más cálidos.
La oxigenación de la zona radicular es una práctica habitual en los invernaderos. Esto es más crítico en climas más cálidos porque a temperaturas más altas el agua contiene menos oxígeno disuelto (OD).
Además, los agricultores que reutilizan el agua de riego deben mejorar la calidad del agua después de cada riego.
Figure 3: Image from GrowerTalks.com
Además de los agricultores de invernadero, los agricultores de cultivos de campo especializados también se benefician de la oxigenación del agua de riego.
El agua de pozo -y los embalses con agua subterránea- suelen carecer de oxígeno suficiente para la salud óptima de las plantas. Si hay compuestos orgánicos en el depósito, normalmente procedentes de hojas y semillas arrastradas por el viento, excrementos de aves, patógenos de enfermedades y algas, la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) del agua será elevada.
Esto significa que se necesitará mucha más DBO para que los microbios descomponen los compuestos orgánicos presentes. Los métodos de oxigenación son fundamentales para conseguir una DBO aceptable que reduzca la DBO y favorezca la salud de las raíces de las plantas.
Además, un nuevo estudio de 2022 confirma que unos mayores niveles de oxígeno en el suelo (procedentes del tratamiento de aguas superoxigenadas) potencian la actividad de los microbios beneficiosos del suelo, como la mineralización del suelo y la conversión de nutrientes, lo que se traduce en un mayor rendimiento de los cultivos, eficiencia en el uso del agua y fertilidad del suelo.
Tanto si se utiliza agua almacenada en un depósito como directamente de la fuente, el agua de riego de calidad con alto contenido en oxígeno es fundamental para el desarrollo de las raíces y el rendimiento de las plantas.
El oxígeno también es fundamental para reducir y suprimir las enfermedades causadas por especies de Pythium o infecciones por Phytophthora. Los niveles muy altos de oxígeno disuelto favorecen el crecimiento de microbios beneficiosos, como las micorrizas, y suprimen el crecimiento de patógenos reacios al oxígeno, como Pythium.
Si los niveles de OD en la zona radicular son bajos, esto puede “afectar a la morfología, el metabolismo y la fisiología” de la raíz y las plantas.
Estas desviaciones tienen un efecto negativo en el crecimiento de las plantas y las hacen más susceptibles a enfermedades como el Pythium.
Hasta hace poco, los agricultores disponían de unos cuantos métodos convencionales de aireación del agua entre los que elegir para la oxigenación del agua; sin embargo, estos métodos tienen un rendimiento bastante pobre.
Los difusores tienen una eficacia de transferencia de oxígeno del 1-2% y los sistemas Venturi y Sparger tienen en torno al 20-40%. Aunque Venturi y Sparger tienen tasas de transferencia más altas, son muy ineficaces y no resultan económicos para los agricultores.
Dado que la capacidad del agua para retener el oxígeno disuelto disminuye a medida que aumenta la temperatura, muchos agricultores utilizan sistemas de refrigeración del agua con sus sistemas de aireación convencionales. Los sistemas de refrigeración consumen una gran cantidad de energía y aumentan sustancialmente los costes operativos, lo que los hace menos sostenibles y económicos, especialmente con el aumento de los costes energéticos.
La tecnología de nanoburbujas es una forma sostenible y rentable de aumentar el oxígeno disuelto en la zona radicular hasta niveles óptimos. La tecnología patentada de Moleaer tiene una tasa de transferencia de oxígeno de más del 85%, lo que permite a los agricultores aumentar eficazmente el OD con menos recursos.
Las nanoburbujas también proporcionan una forma probada y sin productos químicos de desinfectar eficazmente el agua y los tubos de riego, evitando enfermedades de las raíces transmitidas por el agua y la acumulación de biofilm. Estas ventajas mejoran la calidad del agua, potencian el vigor de las plantas y reducen la dependencia de las aplicaciones químicas.
La mayor tasa de transferencia de gas permite a los generadores de nanoburbujas aumentar los niveles de oxígeno disuelto de forma rápida y eficaz. Los agricultores pueden ajustar el generador de nanoburbujas a un objetivo de OD para lograr una disponibilidad óptima de oxígeno para sus cultivos. La tecnología de Moleaer ha permitido a los agricultores aumentar los niveles de oxígeno disuelto en la zona radicular al menos un 50% y hasta un 100%, manteniendo concentraciones constantes incluso en aguas más cálidas.
A este nivel, las células de las raíces absorben agua y nutrientes a un ritmo más eficiente. Cuando las células de las raíces pueden absorber la máxima cantidad posible de agua y nutrientes, se consigue el máximo desarrollo de las raíces, crecimiento de las plantas y rendimiento de los cultivos.
Con la tecnología de nanoburbujas, Rebel Farms aumentó sus concentraciones de OD en un 300% en sus instalaciones hidropónicas NFT de Denver, logrando un aumento del rendimiento del 22%.
Una granja de cultivo en aguas profundas en Texas, Big Tex Urban Farms, aumentó su DO en un 325% y vio tiempos de cultivo más rápidos después de desplegar la tecnología de Moleaer.
Gebroeders Koot, un agricultor holandés de tomates de invernadero, aumentó sus niveles de OD en un 250% y consiguió unas raíces más sanas durante todo el año.
Los agricultores con cultivos al aire libre también se benefician del aumento de las concentraciones de OD. Un agricultor de aguacates de Chile aumentó su DO de 8 a 15 ppm y observó un mejor crecimiento vegetativo de los árboles y una mayor productividad en la fructificación, junto con un aumento del 40% en la categoría de tamaño de los frutos por encima de '50', una categoría objetivo para el agricultor.
Además de una oxigenación eficaz, la tecnología de nanoburbujas también produce nanoburbujas con propiedades químicas y físicas únicas. Gracias a estas propiedades, las nanoburbujas reducen los patógenos transmitidos por el agua y el biofilm.
Las nanoburbujas tienen flotabilidad neutra, lo que significa que flotan en los líquidos, en lugar de subir a la superficie y estallar como las burbujas más grandes. A medida que el agua de riego fluye, las nanoburbujas se desplazan de forma aleatoria y continua por todas las partes de un sistema de agua a través del movimiento browniano.
Son atraídas por superficies como las paredes de las tuberías de riego, donde desgastan y erosionan el biofilm, una matriz que se forma en la mayoría de las superficies que entran en contacto con el agua. El biofilm contiene patógenos y obstruye los emisores de riego cuando se acumula.
La reducción del biofilm limita la propagación de patógenos y prolonga la vida útil de los sistemas de riego. Además, los agricultores pueden reducir las aplicaciones de productos químicos para eliminar el biofilm.
Sin el uso de productos químicos, las nanoburbujas también lisan las células bacterianas y oxidan los patógenos transmitidos por el agua. Cuando las nanoburbujas encuentran contaminantes, se colapsan y producen especies reactivas del oxígeno (ROS). Las ROS son oxidantes suaves como el peróxido de hidrógeno o el cloro.
Como explicaron recientemente científicos de la Universidad de Massachusetts y la Universidad Estatal de Arizona, "la producción de ROS por nanoburbujas puede ser la más prometedora para su uso en el tratamiento del agua porque permite alejarse de los oxidantes de base química (cloro, ozono), que son costosos, peligrosos de manejar y producen subproductos nocivos, al tiempo que ayudan a alcanzar importantes objetivos de tratamiento (por ejemplo, la destrucción de contaminantes orgánicos, patógenos, biofilms)."
Los agricultores han observado reducciones significativas de patógenos transmitidos por el agua, como Pythium y Phytophthora, con agua de riego infundida con nanoburbujas
NovaCropControl, una institución de investigación holandesa, realizó un estudio sobre cultivos de tomate en invernadero regados con agua de riego infundida con nanoburbujas. Observaron una reducción del 80% en los niveles de Pythium, un patógeno común transmitido por el agua que afecta a la salud de las raíces.
Otro estudio se realizó en el Instituto de Investigación Delphy Research Institute de los Países Bajos sobre cultivos de fresas. Los investigadores observaron una reducción del 74% en los recuentos de Pythium, menos casos de la enfermedad de Phytophthora y una masa radicular más sana en general.
Los generadores de nanoburbujas de Moleaer permiten a los agricultores de invernaderos alcanzar niveles ideales de oxigenación del agua de forma mucho más eficiente, impulsando el crecimiento de las plantas y mejorando la calidad de los rendimientos, todo ello sin utilizar productos químicos.