Objetivos del Proyecto
La superficie agrícola destinada al cultivo sin suelo es cada vez mayor en nuestro país y más concretamente en la zona del Sudeste (actualmente la superficie estimada es de 4800 ha, donde los sistemas hortícolas alcanzan su mayor grado de tecnificación. Estos sistemas de cultivo sin suelo, apoyados en sustratos inertes (de origen orgánico o inorgánico) o en soluciones nutritivas líquidas (NFT, NGS), configuran un ambiente en la zona de asiento de las plantas diferente al de un patosistema tradicional, al quedar sustituido el suelo por aquellos sustratos o soluciones. Los cultivos sin suelo en la actualidad, se practican en sustratos a base de perlita, lana de roca y fibra de coco. La recirculación de la solución nutritiva en dichos cultivos proporciona ventajas obvias en lo que se refiere a criterios medioambientales y económicos (ahorro de agua y fertilizantes); sin embargo, los problemas para el cultivo por la acumulación de fitopatógenos (microorganismos, exudados radiculares de las plantas y xenoelementos químicos) producto de la continua recirculación, no están aún resueltos. Por ello, los países más desarrollados (Holanda y Suecia) ya están investigando en los métodos más eficaces para ejercer un control óptimo, que pasan por una eficaz desinfección de la solución nutritiva y una monitorización precisa, en tiempo real y en continuo, de las especies clave. La mayoría de los patógenos de relevancia en cultivo sin suelo, pertenecen al orden de los oomicetos, y están caracterizados por poseer esporas asexuales nadadoras, llamadas zoosporas. Es esta cualidad la que los vuelve tan peligrosos en un medio de cultivo basado en la circulación de agua. En cuanto a patógenos fúngicos no zoosporangiados, que pese a no ser autopropulsados en medio líquido, sí son frecuentes habitantes de las canalizaciones para riego, encontramos a dos géneros de verdadera importancia en la zona: Fusarium oxysporum (en sus diferentes formas especiales que afectan a las hortícolas) y Verticillium dahliae. Entre las enfermedades más importantes y generalizadas en dichos cultivos, se encuentran diversas especies de Pythium en pepino y judía, que afectan a las plantas en plena producción llegando a matarlas. Estos microorganismos, una vez introducidos en el agrosistema, son difícilmente controlables. Se han ensayado, para su control, diferentes fungicidas de origen químico, que han resultado ser fitotóxicos en cultivo sin suelo. El cloro, como desinfectante universal, ha dado resultados dispares y presentado también fitoxicidad. Los métodos de control no químico de estos patógenos en cultivos sin suelo, no ofrecen a día de hoy una garantía para mantener la producción, si bien las medidas culturales han de estar presentes en todo momento.
Por ello, se hace necesario evaluar diferentes alternativas que permitan asegurar el control de estos agentes fitopatógenos. Estas alternativas deben ir enfocadas a minimizar los costes de producción y, además, ser respetuosas con el medio ambiente. En este sentido, encontramos una posible nueva aplicación de las energías renovables, concretamente de la radiación solar. Se trata del uso de sistemas fotoquímicos y fotocatalíticos activados por el sol para el tratamiento de la solución nutritiva en los cultivos sin suelo. Estos sistemas posibilitan una acción desinfectante dual. Por un lado, interviene el efecto pasteurizante de la elevación de la temperatura del agua al calentarse dentro del foto-reactor por la acción del sol; por otro, está la actuación de las especies oxidantes como el radical hidroxilo, de vida ultracorta generados dentro del equipo por la acción conjunta de los fotones procedentes del sol y del agente fotoquímico o fotocatalítico. Esta capacidad biocida de los sistemas fotoquímicos activados por luz solar, ya ha sido ensayada sobre E. coli y bacterias fecales, mostrando resultados excelentes en su control en aguas para uso humano. La fotocatálisis mediante TiO2 es un proceso de tratamiento de contaminantes orgánicos en agua que permite la total mineralización de los mismos y se conoce desde hace varias décadas. Mediante fotocatálisis se generan radicales hidroxilo (·OH), cuyo potencial de oxidación (2,8 V) es mucho mayor que el de otros oxidantes tradicionales (ozono 2,07 V, agua oxigenada 1,78 V, dióxido de cloro 1,57 V, cloro 1,36 V, etc.). Estos radicales son capaces de oxidar compuestos orgánicos principalmente por abstracción de hidrógeno o por adición electrofílica a dobles enlaces, generando radicales orgánicos libres (R·) que reaccionan a su vez con moléculas de oxígeno formando un peroxiradical. Se inicia así una serie de reacciones de degradación oxidativa que puede conducir a la completa mineralización del contaminante. Las características más positivas de la fotocatálisis pueden resumirse en: (i) capacidad para llevar a cabo una total mineralización de los contaminantes orgánicos hasta dióxido de carbono y agua; (ii) reactividad no selectiva ante la mayoría de los compuestos orgánicos, hecho especialmente interesante si se quiere evitar la presencia de productos de degradación tóxicos, que sí pueden originarse mediante otros métodos que no consiguen la oxidación completa. Una de las razones que han hecho a la fotocatálisis objeto de un creciente interés, es la posibilidad real de utilizar energía solar como fuente de fotones, con el consiguiente ahorro energético y ventajas medioambientales que ello supone. Las referencias y patentes relacionadas con la fotocatálisis heterogénea para la eliminación de contaminantes pueden contarse por miles. La fotocatálisis solar, para aplicaciones relacionadas con el tratamiento de sustancias no biodegradables, es una tecnología que está suficientemente avanzada como para intentar su aplicación en la solución de problemas reales en un futuro próximo, con diferentes instalaciones piloto y pre-industriales operando en el mundo. La utilización de este procedimiento para la desinfección (eliminación de virus, bacterias, etc.) de agua ha despertado un creciente interés en la última década, aumentando progresivamente el número de publicaciones en este tema.
Los objetivos de este proyecto son los siguientes:
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