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HIDROPONIA



A Hidroponia é uma técnica bastante difundida em todo o mundo e seu uso está crescendo em muitos países. Sua importância não é somente pelo fato de ser uma técnica para investigação hortícola e produção de vegetais; também está sendo empregada como uma ferramenta para resolver um amplo leque de problemas, que incluem tratamentos que reduzem a contaminação do solo e da água subterrânea, e manipulação dos níveis de nutrientes no produto.

A hidroponia ou hidropônica, termos derivados de dois radicais gregos (hydor, que significa água e ponos, que significa trabalho), está-se desenvolvendo rapidamente como meio de produção vegetal, sobretudo de hortaliças sob cultivo protegido. A hidroponia é uma técnica alternativa de cultivo protegido, na qual o solo é substituído por uma solução aquosa contendo apenas os elementos minerais indispensáveis aos vegetais. (Graves, 1983; Jensen e Collins, 1985; Resh, 1996, apud Furlani et. al., 1999).

Apesar do cultivo hidropônico ser bastante antigo, foi somente em meados de1930 que se desenvolveu um sistema hidropônico para uso comercial, idealizado por W. F. Gericke da Universidade da Califórnia.

Segundo Donnan (2003), a primeira produção efetiva de grande escala não ocorreu até a Segunda Guerra Mundial. O exército dos EEUU estabeleceu unidades hidropônicas por inundação e drenagem, em várias ilhas áridas dos Oceanos Pacífico e Atlântico, usadas como pontos de aterrissagem. Isto foi seguido por uma unidade de 22 hectares (55 acres) em Chofu, Japão, para alimentar com hortaliças frescas as forças de ocupação. No entanto, o uso desta técnica sobre circunstâncias normais provou não ser comercialmente viável. Uma vez que Chofu fechou, apenas restaram um punhado de pequenas unidades comerciais disseminadas ao redor do mundo, totalizando menos de 10 hectares.

Em 1955 foi fundada a Sociedade Internacional de Cultivo Sem Solo (ISOSC) por um pequeno grupo de dedicados cientistas. Naqueles primeiros anos, freqüentemente estiveram sujeitos ao ridículo por perseguirem uma causa que comercialmente foi considerada inútil e irrelevante.

O primeiro uso comercial significativo não ocorreu até a metade da década de 1960, no Canadá. Existia uma sólida indústria de estufas de vidro em Columbia Britânica, principal produtor de tomates, que chegou a ser devastado por enfermidades do solo. Eventualmente, a única opção para sobreviver foi evitando o solo, pelo uso da hidroponia. A técnica que usaram foi rega por gotejamento em bolsas de serragem. Os recentes avanços técnicos também ajudaram especialmente ao desenvolvimento de plásticos e fertilizantes. No decorrer desta década, houve um aumento de investimento na investigação e desenvolvimento de sistemas hidropônicos. Também houve um pequeno aumento gradual na área comercial que estava sendo utilizada.

O seguinte maior avanço veio como resultado do impacto da crise do petróleo, sobre o custo de calefação da indústria de estufas em rápida expansão na Europa. Devido ao enorme incremento nos custos da calefação, os rendimentos chegaram a ser ainda mais importantes, assim os produtores e investigadores começaram a ver a hidroponia como um meio para melhorar a produção. Na década de 1970, o cultivo em areia e outros sistemas floresceram e logo desapareceram nos Estados Unidos. O sistema NFT (Nutrient Film Technique) foi desenvolvido, assim como o meio de crescimento denominado lã de rocha. Por volta de 1979, o grande volume de produção em estufas continuou aumentando. A nível mundial a área hidropônica esteve ao redor de apenas 300 hectares (75 acres).

A detecção de níveis significativos de substâncias tóxicas nas águas subterrâneas em regiões da Holanda em 1980, resultou no uso de esterilização do solo em estufas sendo progressivamente proibido. Isto levou a um rápido abandono do solo, através da hidroponia, a técnica mais popular foi lã de rocha alimentada por regas por gotejamento.

Seguindo os evidentes êxitos na Holanda, houve uma rápida expansão na produção hidropônica comercial em muitos países ao redor do mundo. Utilizando sistemas que diferem amplamente de país a país, a área mundial hidropônica aumentou cerca de 6.000 hectares (15.000 acres) no ano de 1989. A hidroponia agora foi alterada de uma “curiosidade irrelevante” a uma significativa técnica hortícola, especialmente em segmentos de flor cortada e hortaliças para saladas.

Através dos anos 1990, a expansão continuou ainda que a taxa de incremento tenha diminuído notavelmente no norte da Europa. Alguns países tais como Espanha, se desenvolveram muito nos últimos anos, e não sabemos se a área hidropônica de algum país tenha diminuído nesta década.

No lado técnico, estão sendo usados uma ampla gama de substratos incluindo alguns novos. Se desenvolveram um número de versões modificadas de técnicas já existentes, mas nenhuma teve maior impacto. Sem dúvida, os equipamentos de rega e equipamentos de controle e as técnicas têm melhorado muito, como ter métodos de desinfecção de soluções nutritivas recirculantes. No entanto, não apareceu uma nova técnica hidropônica significativa nos últimos 20 anos.

O cultivo sem solo proporciona um bom desenvolvimento das plantas, bom estado fitossanitário, além das altas produtividades quando comparado ao sistema tradicional de cultivo no solo. Quando utiliza apenas meio líquido, associado ou não a substratos não orgânicos naturais, pode-se utilizar o termo cultivo ou sistema hidropônico (Castellane e Araujo, 1995).

Segundo Furlani et. al. (1999), no Brasil, tem crescido nos últimos anos o interesse pelo cultivo hidropônico, predominando o sistema NFT (Nutriente film technique). Muitos dos cultivos hidropônicos não obtêm sucesso, principalmente em função do desconhecimento dos aspectos nutricionais desse sistema de produção que requer formulação e manejo adequados das soluções nutritivas. Outros aspectos que interferem igualmente nos resultados relacionam-se com o tipo de sistema de cultivo. Para a instalação de um sistema de cultivo hidropônico, é necessário que se conheça detalhadamente as estruturas básicas que o compõem (Castellane e Araujo, 1994; Cooper, 1996; Faquin et. al., 1996; Martinez e Silva Filho, 1997; Furlani, 1998). Os tipos de sistema hidropônico determinam estruturas com características próprias, entre os mais utilizados estão:

a) Sistema NFT (Nutrient film technique) ou técnica do fluxo laminar de nutrientes

Composto basicamente de um tanque de solução nutritiva, de um sistema de bombeamento, dos canais de cultivo e de um sistema de retorno ao tanque. A solução nutritiva é bombeada aos canais e escoa por gravidade formando uma fina lâmina de solução que irriga as raízes.

b) Sistema DFT (Desp film technique) ou cultivo na água ou “floating”

A solução nutritiva forma uma lâmina profunda (5 a 20 cm) na qual as raízes ficam submersas. Não existem canais, e sim uma mesa plana em que a solução circula por meio de um sistema de entrada e drenagem característico.

c) Sistema com substratos

Para a sustentação de hortaliças frutíferas, de flores e outras culturas, cujo sistema radicular e cuja parte aérea são mais desenvolvidos, utilizam-se canaletas ou vasos cheios de material inerte, como areia, pedras diversas (seixos, brita), vermiculita, perlita, lã-de-rocha, espuma fenólica ou espuma de poliuretano; a solução nutritiva é percolada através desse material e drenada pela parte inferior dos vasos ou canaletas, retornando ao tanque de solução.

Na hidroponia, cujos sistemas são mais caros e exigentes no manejo, as expectativas de produção em quantidade, qualidade e segurança são maiores do que nas culturas que são produzidas de forma tradicional. Uma vez que na hidroponia, a planta encontra, em ótimas condições, os elementos que necessita (água, nutrientes, oxigênio, etc.), pode haver grandes oscilações de produção, dependendo do controle correto ou incorreto dos fatores de produção fornecidos à planta.

Como o objetivo do presente trabalho é promover a técnica, é importante esclarecer que a hidroponia não é estática, não exibe resultados matemáticos, pois se está trabalhando com vida. O fator biológico é por si só, variável, dinâmico e está sempre em evolução. Portanto, muito mais se aprenderá com a prática do que com a simples leitura deste trabalho.

2. Tipos de Sistemas

A maioria das plantas têm o solo como o meio natural para o desenvolvimento do sistema radicular, encontrando nele o seu suporte, fonte de água, ar e minerais necessários para a sua alimentação e crescimento. As técnicas de cultivo sem solo substituem este meio natural por outro substrato, natural ou artificial, sólido ou líquido, que possa proporcionar à planta aquilo que, de uma forma natural, ela encontra no solo (Canovas Martinez apud Castellane e Araújo, 1995).

Existem diversos tipos de sistemas de cultivo sem solo variando de acordo com a estrutura, substrato e fornecimento de oxigênio:

a) Sistemas com meios Inorgânicos

Lã de Rocha (57%)

É um meio manufaturado por fusão de lã de rocha, o qual é transformado em fibras e usualmente prensado em blocos e pranchas. Sua principal característica é que contém muitos espaços vazios, usualmente 97%, isto permite absorver níveis muito altos de água, enquanto que também um bom conteúdo de ar. A lã de rocha também é usada freqüentemente como pequenos blocos iniciadores para ser transplantados em outros substratos ou em sistemas baseados em água. É o principal meio usado donde existe uma fábrica perto. É um material caro quando se compara localmente com meios disponíveis mais baratos.

Areia

Chegou a ser popular como meio hidropônico no início dos anos 70, especialmente nos EEUU, onde foi desenvolvido camas compridas e profundas de cultivo de areia. Se estabeleceram grandes unidades no Sul dos EEUU mas depois fecharam. Também se estabeleceram unidades em vários países desérticos do Médio Oriente. Esta foi a técnica original usada quando se estabeleceu o Land Pavilion en Epcot Center de Walt Disney na Flórida. Um grande problema experimentado com a técnica foi manter sobre controle enfermidades de raízes, motivo pelo qual agora é raramente usado.

Por anos se usaram bolsas de areia de certo grau em muitos países; no entanto, têm existido uma grande onda recentemente em seu uso, devido que está sendo a base de uma rápida expansão na produção de tomate hidropônico na Espanha.

Areia é um termo geral e deveria ser especificado mais estreitamente quando se destina para uso hidropônico. A areia de quartzo é usada, não a de tipo calcário (pedra caliça e areias de praia), as quais dariam severos problemas de pH. O tamanho da partícula e simetria também são propriedades importantes.

Perlita

Feita por aquecimento de lã de rocha em água, a qual se expande muito para dar partículas aeradas. Primeiro foi usada na Escócia em torno de 1980, seu uso se difundiu por vários países especialmente onde é fabricado localmente. Seu uso é significativo mas relativamente menor; na Coréia seu uso alcança 112 hectares ou 41% da área hidropônica coreana.

Escória

É uma rocha ligeiramente aerada, natural conhecida com vários nomes: “tuff” em Israel e “picón” en Ilhas Canárias. Ainda que é um meio efetivo, é pesado (800 kg/m3) e portanto só é usado onde é um recurso local.

Pumecita

É uma rocha vulcânica natural, leve e aerada, a qual é um bom meio de crescimento. Normalmente é usada onde existe em quantidade disponível, como em Nova Zelândia. Existem grandes depósitos na Islândia e recentemente estão sendo exportados para a Europa.

Argila Expandida

É relativamente cara e tem sido usada principalmente em hidrocultivo e por estudiosos. Recentemente existe algum uso comercial limitado na Europa para cultivos de crescimento alto, como as rosas.

Vermiculita

Foi anunciada anos atrás mas agora não se usa comercialmente, só em poucas misturas. (Donnan, 2003).

b) Sistemas com Meios Orgânicos

Serragem

Foi um dos primeiros meios usados comercialmente, ainda é usado no Canadá, onde recentemente, só tem sido ultrapassado em popularidade pela lã de rocha. Também é o principal meio no Sul da África e Nova Zelândia e é usada em certo grau em outros países, incluindo Austrália. A serragem usada é grossa, não descomposta, de origem conhecida e se cultiva só para uma estação.

Musgo

Foi um dos primeiros meios tratados e não é considerado por alguns como meio hidropônico. É usado em certo grau em muitos países que possuem uma quantidade disponível de qualidade, e é o principal método usado na Finlândia e Irlanda. Seu uso é enorme dentro da indústria.

Fibra de Coco

Recentemente tem sido adicionado favoravelmente como meio hidropônico. Gozou de alguns primeiros êxito,s mas agora seu uso parece estar estabelecido. Existe uma quantidade significativa usada na Holanda e um pequeno uso em outros países. Um aspecto importante é que a qualidade varia consideravelmente entre provedores, principalmente relacionado a conteúdo de sais.

Produtos de Espuma

Se tem usado vários tipos e marcas de espuma, freqüentemente com bom resultado e alguns por mais de 20 anos, mas seu uso ainda está limitado. Têm sido vistos pelos produtores como muito caros. Alguns destes meios ainda têm potencial.

Produtos de Madeira Processada

Tem-se produzido e vendido este produto mas seu uso não dá resultado em extensões significativas.

Gel

Se tem produzido, provado e promovido um determinado número de polímeros de gel mas a maioria tem desaparecido do mercado sem haver sido aceitado pelos produtores (Donnan, 2003).

c) Sistemas Baseados em Água

NFT (Técnica de Película Nutriente) (5%)

Foi desenvolvido na Inglaterra na década de 1970. Este sistema recircula uma fina película de solução nutritiva nos canais de cultivo. Foram provados comercialmente um amplo número de cultivos e, como resultado de uma ampla difusão publicitária, o NFT foi provado em muitos países. Uma vez que se estabeleceu, a técnica provou ser útil para a produção de tomates, e para cultivos de curto crescimento como a alface. Cultivos como o melão tem dado problemas e no mundo só são produzidos por produtores experientes.

Cultivo em Água (3%)

O sistema Gericke usou um tanque de concreto cheia de solução nutritiva. Existem muito poucos destes sistemas hoje em dia, mas alguns derivados deste sistema são significativos em alguns países.

A principal técnica comercial é a Técnica de Fluxo Profundo (DFT, Deep Flow Technique), onde pranchas de poliestireno flutuam sobre uma solução nutritiva aerada por recirculação. Este é o principal sistema no Japão com 270 hectares, de cultivos de folha principalmente. Outros países onde seu uso é significativo, se encontram na Ásia, com seu uso predominante em cultivos de hortaliças de folha.

Cultivo em Cascalho (1%)

Está incluído por sua conexão histórica e é classificado como um sistema baseado em água porque sempre se usou como uma técnica de recirculação, como contínuo ou como inundação e drenagem. Existem poucos dos sistemas de canais originais abandonados no mundo e o uso do cascalho quase todo é em sistema híbridos. O mais comum é a Técnica de Fluxo em cascalho (GFT, Gravel Flow Technique), onde os canais de NFT são cobertos com uma capa de 50 mm (2 polegadas) de cascalho.

Aeroponïa (0,2%)

É uma técnica onde as raízes estão suspendidas em uma neblina de solução nutritiva. Várias formas desta técnica tem sido provadas por mais de 20 anos. Atraiu muita publicidade e existem um número de sistemas para aficcionados que estão sendo vendidos. Sua realidade comercial é tal que só se tem reportado 19 hectares na Coréia. Seu uso está limitado a um punhado de pequenas operações espalhados pelo mundo.

Quadro 01 – Porcentagem Estimada da Área Total para Diferentes Sistemas Hidropônicos.

Sistemas Hidropônicos
Sistemas Porcentagem
Lã de rocha 57%
Outros meios inorgânicos 22%
Substratos orgânicos 12%
NFT 5%
Cultivo em água 3%
Técnicas em cascalho 1%
Total 100%

3. Principais Vantagens e Desvantagens do Sistema Hidropônico

3.1 Vantagens

3.2 Desvantagens

Os custos iniciais são elevados, devido a necessidade de terraplenagens, construção de estufas, mesas, bancadas, sistemas hidráulicos e elétricos. Dependência grande de energia elétrica. O negócio para ser lucrativo exige conhecimentos técnicos e de fisiologia vegetal. Em um sistema fechado, com uma população alta de plantas, poucos indivíduos doentes podem contaminar parte da produção. Exige rotinas regulares e periódicas de trabalho (Carmo Jr., 2003).

O balanço inadequado da solução nutritiva e a sua posterior utilização podem causar sérios problemas às plantas. O meio de cultivo deve prover suporte às raízes e estruturas aéreas das plantas, reter boa umidade e, ainda, apresentar boa drenagem, ser totalmente inerte e facilmente disponível. Somente materiais inertes podem entrar em contato com as plantas (toxidez de Zn e de Cu poderão ocorrer, caso presentes nos recipientes). É essencial boa drenagem para não haver morte das raízes (Castellane e Araújo, 1995).

Emprego de inseticidas e fungicidas: No início do emprego da hidroponia, para fins comerciais, se propagava que não ocorriam pragas e doenças no referido sistema de cultivo. Hoje, sabe-se, que se pode ter esses problemas na instalação hidropônica, embora em muito menor grau em comparação com o sistema convencional. Entretanto, a decisão quanto ao uso de inseticidas e fungicidas sempre é muito difícil. Deve-se, sempre, procurar alternativas menos agressivas à saúde e ao ambiente, evitando, ao máximo, o uso de produtos químicos. Pois, caso contrário, o método perde um dos atrativos de comercialização (Teixeira, 1996).

Os equipamentos necessários para trabalhar as culturas hidropônicas devem ser mais precisos e sofisticados que para o solo, portanto, mais caros de aquisição, instalação e manutenção. A falta de inércia dos sistemas hidropônicos torna-os vulneráveis perante qualquer falha ou erro de manejo. Também a fiabilidade das instalações e automatismos atuais é alta, não se devendo esquecer que, para um sistema deste tipo, alguma avaria teria conseqüência muito mais grave que na agricultura tradicional (www.ep-agricola-torres-vedras.rcts.pt, 2003).

4. A Técnica do Filme Nutriente (NFT)

Segundo Bernardes (1997), o sistema NFT é uma técnica de cultivo em água, no qual as plantas crescem tendo o seu sistema radicular dentro de um canal ou canaleta (paredes impermeáveis) através do qual circula uma solução nutritiva (água + nutrientes).

O pioneiro dessa técnica foi Allen Cooper, no Glasshouse Crop Research Institute, em Littlehampton (Inglaterra), em 1965. NFT é originário das palavras NUTRIENT FILM TECHNIQUE, que foi utilizado pelo Instituto inglês para determinar que a espessura do fluxo da solução nutritiva que passa através das raízes das plantas deve ser bastante pequeno (laminar), de tal maneira que as raízes não ficassem totalmente submergidas, faltando-lhes o necessário oxigênio.

Tradicionalmente, o Brasil vem utilizando para a montagem dos canais telhas de cimento amianto ou tubos de PVC, que são materiais tradicionais na construção civil brasileira, fáceis de se encontrar e com preços razoáveis.

No sistema NFT não há necessidade de se colocar materiais dentro dos canais, como pedras, areia, vermiculia, argila expandida, palha de arroz queimada; dentro dos canais somente raízes e solução nutritiva.

O sistema NFT funciona da seguinte maneira: a solução nutritiva é armazenada em um reservatório, de onde é recalcada para a parte superior do leito de cultivo (bancada) passando pelos canais e recolhida, na parte inferior do leito, retornando ao tanque, conforme Figura 01 (Teixeira, 1996).

Esquema Básico para Instalação de Hidroponia no Sistema NFT
Figura 01 – Esquema Básico para Instalação de Hidroponia no Sistema NFT

4.1 Sistema Hidráulico

O sistema hidráulico é responsável pelo armazenamento, recalque e drenagem da solução nutritiva, sendo composto de um ou mais reservatórios de solução, do conjunto moto-bomba e dos encanamentos e registros (Furlani et. al., 1999).

4.1.1 Reservatório

Os reservatórios ou tanques de solução podem ser construídos de material diverso, como plástico PVC, fibra de vidro ou de acrílico, fibrocimento e alvenaria. Os tanques de plástico PVC e de fibra têm sido os preferidos em virtude do menor custo, facilidade de manuseio e, por serem inertes, não necessitarem de nenhum tratamento de revestimento interno. Já os tanques construídos em alvenaria bem como as caixas de fibrocimento exigem revestimento interno com impermeabilizantes destinados a esse fim. O mais comumente utilizado e com bons resultados é a tinta betuminosa (Neutrol), mas pode-se optar pela impermeabilização com lençol plástico preto. Sem esses cuidados, a solução nutritiva, por ser corrosiva, poderá ser contaminada por componentes químicos presentes na constituição desses materiais.

O depósito deve, de preferência, ser enterrado em local sombreado para impedir a ação dos raios solares, além de ser vedado para evitar a formação de algas e a entrada de animais de pequeno porte. Sua instalação deve ser preferencialmente abaixo do nível da tubulação de drenagem, facilitando o retorno da solução por gravidade.

O tamanho do reservatório dependerá do número de plantas e das espécies que serão cultivadas. Deve-se obedecer ao limite mínimo de 0,1-0,25 L/planta para mudas, de 0,25-0,5 L/planta para plantas de pequeno porte (rúcula, almeirão), de 0,5-1,0 L/planta para plantas de porte médio (alface, salsa, cebolinha, agrião, manjericão, morango, cravo, crisântemo), de 1,0-5,0 L/planta para plantas de maior porte (tomate, pepino, melão, pimentão, berinjela, couve, salsão, etc.). Quanto maior a relação entre o volume do tanque e o número de plantas nas bancadas, menores serão as variações na concentração e temperatura da solução nutritiva. Entretanto, não se recomenda a instalação de depósitos com capacidade maior que 5.000 L, em vista da maior dificuldade para o manejo químico (correção do pH e da condutividade elétrica – CE) e oxigenação da solução nutritiva.

4.1.2 Escolha do Conjunto Moto-bomba

Segundo Teixeira (1996), a potência da bomba a empregar para o recalque da solução nutritiva é pequena. Para se calcular pode-se empregar a fórmula seguinte (Castellane e Araújo, 1995):

A vazão adequada no sistema hidropônico é 1,5 litro/minuto – 2,0 litros/minuto por canaleta de cultivo. Na fórmula, a vazão é expressa em litros/segundo e corresponde ao necessário para suprir todas as canaletas existentes na instalação.

A altura manométrica total é a somatória da altura geométrica de recalque (distância vertical da entrada da bomba até o ponto de distribuição superior na bancada) da altura da sucção (distância vertical da bomba até 20 cm do fundo do reservatório) e das perdas nas tubulações e acessórios (cerca de 30%).

O conjunto moto-bomba estará ligado ao reservatório, localizado em nível geométrico inferior ao ponto que liberará a solução nutritiva para os canais, ou seja, terá a função de recalque da solução nutritiva, conforme mostrado na Figura 02.

Esquema de um Sistema Hidráulico.
Figura 02 – Esquema de um Sistema Hidráulico.

Para calcular o consumo de energia elétrica do conjunto moto-bomba basta multiplicar o valor da potência do motor por 0,746 e obter o valor em Kwh (Kilowatts hora).

Os principais problemas com o conjunto moto-bomba e suas possíveis causas são:
01. Mesmo com o motor ligado, a bomba não realiza o trabalho de sucção. Causas prováveis:
02. Superaquecimento do motor. Causas prováveis:
03. Consumo exagerado de energia elétrica. Causas prováveis:

Defeitos mecânicos como eixo e rotor emperrados, elementos girantes excessivamente apertados (gaxetas) (Bernardes, 1997).

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