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El electro-cultivo podría darle un impulso a la hidroponía

  • electro-cultivo podría darle impulso hidroponía

En estos últimos tiempos el término electro-cultivo (“electroculture”, en inglés) ha logrado notoriedad en redes sociales, teniendo particular acogida entre grandes y pequeños propietarios de jardinerías [1]. Los defensores de esta tecnología sugieren que la aplicación de energía eléctrica controlada a las plantas puede afectar positivamente su crecimiento, metabolismo, absorción de nutrientes y salud general.

Electro-cultivo es un tema controversial

El tema del electro-cultivo resulta atractivo tanto para productores como investigadores, sin embargo, la mayor parte de la evidencia de su efectividad resulta ser anecdótica y los estudios científicos modernos son escasos. Si bien el electro-cultivo comprende un abanico muy variado de métodos, el empleo de campos eléctricos tanto atmosféricos como en el suelo, es de particular interés para la comunidad científica.

Campos eléctricos atmosféricos. A fin de comprobar si estos contribuyen positivamente al desarrollo de las plantas, en el año 2018 se realizó una revisión de los estudios referidos a tema [2].

Por lo general, las investigaciones ejecutadas consistían en el empleo de dos placas conductoras paralelas entre las cuales se colocaban las semillas. Estas placas se conectan a una fuente de alto voltaje, dando por resultado un campo eléctrico que rodea las semillas, así como a las plántulas germinadas, de la forma mostrada en la figura 1a y 1b.

La conclusión de la revisión, [2] fue que estos estudios adolecían de fallas metodológicas.

En enero del 2022, investigadores chinos desarrollaron un método de generar un campo eléctrico a partir de agua de lluvia y viento a fin de mejorar el crecimiento de guisantes [3]. Si bien la tecnología para producir el campo eléctrico resultó interesante, el efecto de este último sobre el cultivo es cuestionable, según un artículo de la revista NewScientist [4].

Campos eléctricos en la zona radicular. Por lo general, estos estudios consisten en introducir electrodos en el suelo a la altura de las raíces de la planta, midiéndose los efectos de un campo eléctrico inducidos por estos en la germinación de las semillas y crecimiento iniciales, tal como se muestra en la figura 1c.

Para fines del presente artículo se han revisado algunos estudios [5][6][7][8][9] en los cuales sus autores declaran en mayor o menor medida un efecto positivo de la aplicación de campos eléctricos sobre las plantas. Estos se refieren al volumen de biomasa, porcentaje de germinación, parámetros tanto de crecimiento (altura, número de hojas), como de rendimiento, entre otros.

Sin embargo, no se ha hallado ninguna revisión sistemática o un metaanálisis de investigaciones referidas a la aplicación de campos eléctricos sobre la zona radicular. Pero al parecer, este tipo de electro-cultivo tiene mejores posibilidades de éxito que los campos eléctricos atmosféricos.


Figura 1: Esquema general de creación de campos eléctricos entre dos placas 1 y 2 conectadas a una fuente de poder FP. (a) y (b) Campo eléctrico atmosférico; (c) Campo eléctrico en el suelo en zona radicular; (d) Campo eléctrico en cultivo hidropónico; (e) Campo eléctrico puede ser continuo, alternante o pulsante


Aplicación de campos eléctricos en cultivos hidropónicos

La producción de alimentos tiene que incrementarse en un 50 a 60% [10] para el 2050 a fin de satisfacer las necesidades mundiales. Sin embargo, este aumento debe darse en condiciones de escasez de agua fresca y reducción de las áreas de cultivo. A esto hay que agregar el hecho de que más de dos tercios de la población mundial habitarán (y se alimentarán) en zonas urbanas en 2050 [11]. En estas condiciones, la hidroponía está ganando protagonismo como una alternativa de solución.

Como era de esperar, electro-cultivo no podía estar ajeno a esta situación. En abril del 2021 en la revista Bioelectrochemistry apareció un artículo sobre la aplicación de campos eléctricos a dos variedades ("cultivars" en inglés) de col rizada (Brassica oleracea var. acephala) cultivadas hidropónicamente dentro de una solución nutritiva.

En términos generales se trata de un tipo de cultivo hidropónico sin sustrato del tipo “cultivo en agua profunda” o DWC por sus siglas en inglés, cuya solución nutritiva era sometida a un campo eléctrico mediante dos placas laterales energizadas, tal como se muestra en la figura 1d.

De acuerdo a los autores del artículo, la electroestimulación mejoró la absorción de nutrientes al activar la formación de pelo radicular y el transporte de iones. Las plantas cultivadas bajo 50 mA de corriente eléctrica contenían un 72% más de calcio, un 57% más de compuestos fenólicos totales y tenían una capacidad antioxidante un 70% mayor que el control.

El uso de suelos bioelectrónicos (e-soil) en cultivos hidropónicos

La hidroponía se suele dividir en dos tipos, aquellos en las cuales las raíces se exponen directamente a una solución nutritiva y los que emplean un sustrato que le sirve de soporte físico tal como lo hace la tierra en un cultivo convencional. Este sustrato es por lo general un medio inerte poroso, por ejemplo, la “lana de roca” (fig. 2d) o fibra de coco, que permite que las raíces se diseminen en su interior por los espacios vacíos que contiene.

El 26 de diciembre del 2023, la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) publicó un artículo [12] en la cual se menciona que un grupo de investigadores desarrollo un soporte físico poroso con la propiedad de conducir electricidad.

Este soporte (Fig. 2c) al que denominaron “eSoil” (“bioelectronic soil”) haría más eficiente, según sus autores, la aplicación de un campo eléctrico sobre la zona radicular de las plantas.

 

Figura 2 Esquema del empleo de eSoil en hidroponía. (a) y (b) Disposición del experimento mostrando el eSoil y la plántula; (c) imagen del eSoil: (d) sustrato frecuente: Rockwool (lana de roca); (e) Micro-CT de rayos X de la planta que muestra la semilla con las raíces de la cebada (amarilla) y eSoil (blanca). (f) fotografía de la planta enraizada en el eSoil. Adaptado de [12]


En efecto, el eSoil siendo conductor se comportaría como electrodo y estando en contacto íntimo con las raíces en él contenidas, el efecto del campo eléctrico sobre el sistema radicular sería más intenso. Al igual que con los otros tipos de sustratos, el eSoil debe estar inmerso en una solución nutritiva.

El ensayo consistió en colocar una semilla cebada en el eSoil y sumergir este último en una solución nutritiva dentro de una bandeja en la cual se encuentra una malla metálica a modo de electrodo. Luego de ello, se conectó el eSoil a uno de los polos de la fuente de energía y la malla metálica al otro polo a fin de generar un campo eléctrico entre ellos, tal como se muestra en la figura 2a. Se empleó un manojo de fibra de carbono conductora embebida en el eSoil a modo de terminal eléctrico a fin de asegurar una firme conexión con la fuente de energía

Los resultados fueron muy prometedores, simplemente polarizando el eSoil, el crecimiento de las plántulas de cebada, en lo referente a peso seco, aumenta en promedio un 50%. Asimismo, se observó que las raíces estaban bien integradas dentro del eSoil (fig. 2e) lo que asegura una buena interacción entre ellos.

La hidroponía técnicamente se puede emplear en una multiplicidad de cultivos, sin embargo, en la actualidad esta ha demostrado viabilidad económica en un grupo limitado de vegetales. Tal vez el empleo del electro-cultivo permita ampliar su rango de aplicación, logrando contribuir significativamente a la seguridad alimentaria.

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[1] Morgan, K. ‘Electroculture’ gardening is trending. But does it work?. The Washington Post [online]. 30 Aug 2023 [accessed 08 Jan 2024].

[2] Schmiedchen, K.; Petri, A.-K.; Driessen, S.; Bailey, W. H. .Systematic review of biological effects of exposure to static electric fields. Part II: Invertebrates and plants. Environmental Research. 2018, 160, 60–76. doi:10.1016/j.envres.2017.09.013

[3] Li, X.; Luo, J.; Han, K. et al. Stimulation of ambient energy generated electric field on crop plant growth. Nat Food. 2022, 3, 133–142. doi:10.1038/s43016-021-00449-9

[4] Vaughan, Adam. Can electric fields help plants grow? New claims met with caution. New Scientist [online]. 13 Jan 2022 [accessed 08 Jan 2024].

[5] Solis, S.; Et Al. Comparison of the effects of biological and electrical stimulation on the growth of Zea mays. Electrochimica Acta. 20 Apr 2023, 448, 142193. doi:10.1016/j.electacta.2023.142193

[6] Bhagyawant, R.; Patil, B. Effect of Electroculture an Arachis hypogaea (L). International Journal of Current Research and Academic Review. June-2021, 9, 06. doi:10.20546/ijcrar.2021.906.001

[7] Morales, C; Et Al. Electrical stimulation of Cucumis sativus germination and growth using

IrO2-Ta2O5|Ti anodes in Vertisol pelic. Applied Soil Ecology. May 2021, 161, 103864. doi:10.1016/j.apsoil.2020.103864

[8] Acosta-Santoyo, G.; Herrada, R. A.; De Folter, S.; Bustos, E. Stimulation of the germination and growth of different plant species using an electric field treatment with IrO2 -Ta2 O5 |Ti electrodes. Journal of Chemical Technology & Biotechnology. May 2018, 93(5), 1488–1494. doi:10.1002/jctb.5517

[9] Yi, J. Y.; Et Al. Effects of a low-voltage electric pulse charged to culture soil on plant growth and variations of the bacterial community. Agricultural Sciences. 2012,3(3),19031 doi:10.4236/as.2012.33038

[10] Falcon, W. P.; Et Al. Rethinking Global Food Demand for 2050. Population and Development Review. Dec 2022, 48(4), 921-957. doi:10.1111/padr.12508

[11] Tefft, J.; Jonasova, M.; Adjao, R.; Morgan, A. Food systems for an urbanizing world. World Bank Group. Nov 2017. ISBN 978-92-5-130127-2 (FAO)

[12] Oikonomou, V. K.; Huerta, M; Sandéhn, A.; Stavrinidou, E. eSoil: A low-power bioelectronic growth scaffold that enhances crop seedling growth. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). 26 Dec 2023, 121 (2) e2304135120. doi:10.1073/pnas.2304135120

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Sobre el blog

Fernando Arbe Falcón
INGENIERO AGRICOLA con experiencia en tecnología de la información y comunicaciones. He participado en proyectos de Agua y Saneamiento Rural en Perú. Actualmente me desempeño como redactor de contenidos.

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