Características dos substratos para Horticultura: Propriedades e características dos substratos (Parte I / II)

Os substratos são materiais, naturais ou artificias, onde se desenvolvem as raízes das plantas cultivadas na ausência de solo, em recipientes, e que devem servir para fixá-las e suprir as suas necessidades de ar, água e nutrientes (Fig. 1). O desenvolvimento de um sistema radicular saudável depende das características genéticas das plantas, mas também, das propriedades físicas e químicas do substrato utilizado. Por isso, a caracterização física e química dos substratos é necessária para a sua correcta formulação e, também, para a monitorização da rega e das adubações.

As propriedades dos substratos que influenciam a germinação das sementes, e o crescimento das plantas germinadas, podem dividir-se em propriedades físicas (capacidade de retenção de água, porosidade, plasticidade, densidade aparente, etc.), propriedades químicas (fertilidade, reacção, poder tampão, etc.) e propriedades biológicas. Para cada espécie e tipo de recipiente é necessário encontrar o substrato óptimo para garantir a qualidade adequada ao desenvolvimento das plantas (Fig. 2). Verdonck et al. (1983) afirmam que as características físicas são as mais importantes, por causa das relações entre o ar e a água não poderem sofrer mudanças durante a cultura. Estes autores consideram que entre as propriedades físicas, a densidade do substrato, a porosidade, a disponibilidade de água e de ar e, entre as propriedades químicas, os valores do pH, da condutividade eléctrica (CE) e da capacidade de troca catiónica (CTC) são de extrema importância, uma vez que o teor em nutrientes pode ser corrigido, posteriormente. Outra característica fundamental é o tamanho das partículas. Geralmente é conveniente crivar os materiais utilizados na formulação de substratos através de um crivo com uma malha de dimensão variável em função da cultura e do recipiente, para remover as partículas de maior dimensão.

Actualmente, existem diversos tipos de substratos, sejam de origem mineral ou orgânica, natural ou sintética, cujas características diferem marcadamente das do solo, não existindo um material ou mistura de materiais considerada universalmente válida como substrato para todas as espécies. Assim, em função de cada espécie (e do recipiente utilizado) deve-se verificar qual o melhor substrato, que proporciona a formação de plantas de melhor qualidade para transplantação (em mottes ou tabuleiros de alvéolos, Fig. 3) e/ou que possua a melhor fertilidade física e química para o crescimento das plantas (em vasos ou outros recipientes, Fig. 4). A maior parte dos substratos é uma combinação de dois ou mais componentes, realizada para alcançar as propriedades químicas e físicas adequadas às necessidades específicas de cada cultura.  

Um substrato utilizado para propagação e crescimento de plantas deve possuir as seguintes propriedades genéricas:

1. Ser suficientemente firme para segurar as estacas ou as sementes durante o enraizamento ou a germinação;
2. Manter um volume constante quer quando molhado ou seco, não inchar nem contrair, e não compactar durante o processo de secagem, nem criar crosta quando exposto ao sol;
3. Estar bem maturado para impedir a imobilização do azoto ou a presença de substâncias fitotóxicas;
4. Ser fácil de humedecer e reter água suficiente (elevada capacidade de retenção de água) para não exigir uma rega demasiado frequente, ou seja, possuir uma curva de retenção de água apropriada.
5. Ser suficientemente poroso (elevada porosidade) para permitir a drenagem (rápida drenagem) do excesso de água evitando o encharcamento, e permitir a penetração do oxigénio no substrato (bom arejamento), necessário para o processo de germinação e de respiração das raízes;
6. Ter capacidade para ser esterilizado ou pasteurizado sem alterar as suas características físicas, químicas ou biológicas;
7. Possuir uma textura e uma estrutura (granulometria) apropriadas;
8. Não conter argila em excesso porque pode fracturar o substrato quando seca;
9. Possuir baixa salinidade;
10. Possuir elevada capacidade de troca catiónica para reter os nutrientes;
11. Possuir capacidade para disponibilizar água e nutrientes de acordo com as necessidades de crescimento e de desenvolvimento das plantas;
12. Ser isento de sementes ou propágulos de infestantes;
13. Ser isento de insectos, nemátodos, ou agentes patogénicos (bactérias, fungos, vírus, etc.);
14. Ser leve e de fácil transporte;
15. Ser de qualidade consistente entre diferentes embalagens;
16. Ser de fácil aquisição e de preço aceitável.

Propriedades físicas

As características físicas dos substratos ou da sua mistura podem variar muito, devido: ao lote de materiais utilizados; à forma e ao volume dos alvéolos; ao manuseamento dos materiais ao preparar a mistura; e à forma de regar (Reis, 2007). Por estas razões, é impossível definir um substrato óptimo.

Diferentes substratos com propriedades distintas podem ser vantajosamente utilizados para uma mesma cultura, desde que se adapte a tecnologia empregue, em particular a dotação e a frequência da rega, mas também noutros aspectos como o tamanho dos alvéolos e o programa de fertilização. A eleição do melhor substrato varia com cada situação, pois depende de factores diversos, sobretudo técnicos e económicos. (Reis, 2007).

O conhecimento das propriedades físicas dos substratos não deve ser utilizado de maneira isolada na determinação das necessidades de rega (Fig. 5). Cavins et al. (2000) apontaram quatro factores que afectam o status da água e do ar em recipientes: 1) o substrato (componentes e quantidades); 2) o recipiente; 3) as práticas de irrigação; e 4) os procedimentos de manuseamento dos substratos. As propriedades físicas de um substrato estão centradas em dois aspectos: 1) as propriedades das partículas que compõem a fracção sólida, em especial a sua forma e tamanho, a sua superfície específica e as suas características de absorção de água; e 2) a geometria do espaço poroso formado entre essas partículas, que é dependente das propriedades das partículas e da forma de manuseamento do material, em especial da densidade de empacotamento do substrato no recipiente. Assim, a distribuição do tamanho das partículas, ou seja, a granulometria, é uma característica importante que informa sobre a qualidade física do material e sua adequação para a cultura de determinada espécie vegetal, tendo influência determinante sobre o volume do ar e da água retida pelo substrato (Waller and Wilson, 1984).

A capacidade, a altura, o formato e o material de composição do recipiente também exercem influência na relação entre o ar e a água dos substratos. Por exemplo, os recipientes altos determinam maior arejamento no meio do que os baixos, para o mesmo substrato, por isso, quanto maior a altura do recipiente utilizado, menor a capacidade de água disponível, por unidade de volume do substrato, independentemente do material utilizado (Milner, 2001).

O humedecimento dos componentes dos substratos antes de os misturar permite obter características físicas muito superiores (Fig. 6), comparadas com as que se obtêm quando se procede à mistura com os materiais originais secos. Por exemplo, a mistura de turfa negra seca com casca de árvores seca antes de adicionar água resulta num substrato com baixa capacidade de arejamento e, após a rega, a água pode acumular à superfície do substrato. Se os materiais originais forem molhados, antes da mistura, a turfa fica esponjosa e bem hidratada e a casca de árvores irá reter o excesso de humidade. Nestas circunstâncias, quando se misturam estes materiais, a turfa esponjosa retém o ar e as partículas não ficam tão agarradas. Posteriormente, o arejamento será mais fácil do que se os materiais fossem misturados secos e hidratados posteriormente.

A densidade real de uma partícula é uma grandeza adimensional, definida como a razão da massa dessa partícula e a massa da água que ocupa volume igual. A densidade aparente de um substrato é a razão da massa da sua parte sólida e a massa da água que ocupa um volume igual ao volume da sua parte sólida e dos poros. Para além da fase sólida, existem as fases líquida e gasosa que ocupam o espaço deixado entre as partículas sólidas e a que se chama porosidade (P) e que é geralmente representada em percentagem (P (%) = 100 – 100 (DAp / DR)).

A densidade do substrato é uma propriedade física fundamental a ser considerada. Quanto menor o recipiente, mais baixa deve ser a densidade do substrato (Fermino, 2002). A densidade seca do substrato é inversamente proporcional à porosidade, e, quando a densidade aumenta, pode ocorrer uma restrição ao crescimento das raízes das plantas (Singh e Sinju, 1998). A densidade dos substratos, de acordo com Reis (2007) deve ser inferior a um valor de 0,4 apesar de ter sido considerado por Bunt (1973) como podendo variar entre 0,4-0,5.

A quantidade de ar e de água no substrato resulta das características físicas do meio, da geometria do recipiente, e do desenvolvimento radicular. A porosidade total, a capacidade do recipiente, o espaço livre, e a água facilmente disponível e dificilmente disponível permitem descrever o movimento do ar e da água no substrato. Por isso, as curvas de retenção de água são frequentemente utilizadas para avaliar a qualidade dos substratos para a propagação e o crescimento das plantas, e para prever as necessidades de rega.

Em relação à porosidade, parte do volume é constituído por poros de maior tamanho (macroporos) que não retém água sob a força exercida pela gravidade e são responsáveis por proporcionar arejamento às raízes. Esta parte é denominada por porosidade de arejamento. A outra parte, de poros menores, é responsável pela retenção de água (Reis, 2007). A porosidade de arejamento (ou capacidade de ar de um substrato) é igual à diferença entre a porosidade total, que corresponde à humidade presente nas amostras saturadas sob tensão 0 kPa, e o volume de água na tensão de 1 kPa (tensão de 10 cm de coluna de água (expressa em % de volume)). A água retida e disponível para as plantas é equivalente ao volume de água entre as tensões de 1 kPa e 10 kPa, e a água remanescente corresponde ao volume de água que é retida no material após ter sido submetido à tensão de 10 kPa (De Boodt and Verdonck 1972).

Este autores, utilizaram estas curvas para caracterizar os substratos e consideraram, para além do espaço para o ar (0 a 1 kPa), e para a água não disponível (> 10 kPa) a água facilmente disponível (1 a 5 kPa), e a água de reserva para as plantas (5 a 10 kPa).

A tensão de humidade mede-se pela força extractiva que a equilibra, e deve exprimir-se, de acordo com o Sistema Internacional de Unidades em Pascais (Pa), sendo normalmente utilizado o seu múltiplo kPa, podendo contudo utilizar-se em atmosferas (1 atmosfera = 100 kPa), ou em altura (cm) de coluna de água necessária para dar sucção equivalente à tensão, ou ainda pelo logaritmo (na base decimal) desta altura (pF). Desta forma, a diferença entra a porosidade total (%) e a água retida a pF1 é igual ao arejamento a pF1, ou seja o espaço para o ar (0 a 1 kPa ou seja 0 a 101 cm). A água facilmente disponível, ou facilmente utilizável, corresponde à diferença entre a água retida a pF1 e a água retida a pF1,7 (101,7 = 50 cm = 5 kPA), a água de reserva corresponde à diferença entre a água retida a pF1,7 e a água retida a pF2 (102 = 100 cm = 10 kPA), a água dificilmente utilizável (ou dificilmente disponível) corresponde à água retida a pF2. A água disponível resulta do somatório da água facilmente disponível com a água de reserva. De acordo com Verdonck & Gabriëls (1992) a água facilmente disponível deve representar 20 - 30% do volume da porosidade total e a água de reserva 4 - 10%, isto é, a água disponível deve corresponder a 24 - 40% da porosidade total. Por outro lado, aqueles autores consideram que a capacidade para o ar deve ser superior a 20% do volume da porosidade total. No entanto, estes valores podem variar em função da finalidade a que se destina o substrato. Para a germinação e a propagação vegetativa a capacidade de ar deve ser variável entre 10 a 15%, ou inferior, enquanto para o crescimento das plantas em estufa deve variar entre 15 e 25%. Para culturas perenes este valor poderá ser superior a 25%. Verdonck & Gabriëls (1992) referem que a porosidade total deve ultrapassar o valor de 85% do volume total do substrato.

A determinação da granulometria do substrato e da proporção entre macro e micro porosidade e, consequentemente, as relações entre ar e água permitem o uso mais eficiente dos substratos em diferentes condições (Fermino, 2002). Partículas com maior diâmetro são responsáveis pela formação de poros maiores (macroporos), ocupados por ar, enquanto as de menor diâmetro são responsáveis pela formação de poros menores (microporos), ocupados por água. Daí ser importante uma composição granulométrica que proporcione uma adequada repartição de ar/água. A uma determinada tensão de água, quanto maiores as partículas do substrato, maior será o volume de ar e menor o de água, ou seja, o substrato será mais arejado e conservará menos água após a rega. O conhecimento da relação ar/água permite compreender e prever o comportamento hídrico dos substratos. Substratos com diferentes características podem, por isso, ser usados para a mesma cultura, desde que se adapte a tecnologia, particularmente de rega (Reis, 2007). O conhecimento da curva de retenção ou de disponibilidade de água de determinado substrato permite ao produtor programar a rega de forma mais adequada, na medida em que pode definir a quantidade de água e o momento da sua aplicação, para cada espécie vegetal específica (Fermino, 2002).

Do ponto de vista do tamanho das partículas de um substrato, o mais adequado para permitir o fornecimento de água e suficiente arejamento, é normalmente um material com textura grosseira a média, com partículas entre 0,25 e 2,5 mm ou com um tamanho mínimo entre 0,5 e 1,0 mm (Reis, 2007). As partículas finas são menos resistentes à decomposição mas apresentam maior superfície específica e capacidade de troca catiónica. Substratos com grande percentagem de partículas finas podem apresentar problemas de arejamento e reter grandes quantidades de água a tensões elevadas, embora esta esteja pouco disponível (Reis, 2007).

Outro aspecto importante relativo ao tamanho das partículas do substrato, tal como num solo, é o contacto entre as partículas de substrato e as sementes (Fig. 7), o qual pode ser dificultado se não houver uma distribuição granulométrica das partículas adequada ao tamanho da semente. Esta situação pode ocorrer com alguns materiais como os compostos grosseiros de casca de árvores. As discrepâncias sobre valores óptimos encontradas na bibliografia podem-se atribuir aos diferentes métodos empregues na determinação da porosidade e a propriedades dos diferentes materiais que afectam a resposta das culturas testadas (Reis, 2007).

A água retida pelo substrato e a sua disponibilidade são habitualmente os factores mais importantes dos substratos. No entanto, é necessário distinguir entre a capacidade de retenção de água do substrato e a capacidade de a disponibilizar. Assim, materiais como a turfa têm uma grande capacidade de retenção de água, a qual pode encontrar-se maioritariamente facilmente disponível, conduzindo a que a planta a esgote rapidamente porque, nestas condições de elevada disponibilidade, as plantas mantêm uma elevada transpiração (Reis, 2007). Pelo contrário, outros materiais podem reter menos água, mas uma parte maior ser água de reserva (retida a maior tensão), o que faz com que a planta se vá adaptando gradualmente às condições de restrição de água e acabe por entrar em emurchecimento mais tarde do que as plantas cultivadas com turfa (Beardsell et al., 1979).

Para obter plantas de qualidade deve ser possível controlar as condições ambientais, tanto a nível da raiz como da parte aérea das plantas. Ao nível da raiz, as variáveis mais importantes são a temperatura, a disponibilidade de nutrientes e o teor de água e de ar no substrato. Ao nível da parte aérea destacam-se a temperatura, a humidade e a radiação (Reis, 2007).

Propriedades químicas

As propriedades químicas geralmente utilizadas para a caracterização de um substrato são: o pH, a capacidade de troca de catiónica (CTC), a salinidade, o teor de nutrientes e a sua disponibilidade. Ao contrário das propriedades físicas, estas podem ser total ou parcialmente corrigidas, porque é possível corrigir a reacção do meio ou a salinidade, mas principalmente o teor de nutrientes disponíveis, durante o período em que a cultura se desenvolve.

Valor de pH e condutividade eléctrica (CE)

A reacção dos substratos deve estar de acordo com a cultura a propagar. A reacção do substrato afecta a disponibilidade dos nutrientes, particularmente dos micronutrientes. Um baixo valor de pH pode contribuir para um excesso de micronutrientes na solução do solo e aumentar assim os riscos de fitotoxicidade. Pelo contrário, um valor de pH excessivamente alcalino pode precipitar os micronutrientes e torná-los indisponíveis para as plantas, aumentando, assim, os riscos de uma deficiência em micronutrientes, ou em macronutrientes como cálcio ou magnésio. A maioria das culturas crescem melhor com um pH variável entre 5,4 e 6,4, mas existem culturas, como por exemplo, as azáleas e as hortênsias (Fig. 8), que preferem uma reacção do solo mais ácida (quadro 1). Por isso, é necessário conhecer o valor de pH ideal para cada espécie vegetal.

Quando é necessário descer o valor do pH dos substratos pode recorrer-se ao enxofre, sulfato de alumínio ou sulfato de ferro, adubos amoniacais como o sulfato de amónio, e ainda aos ácidos cítrico, nítrico, fosfórico e sulfúrico. Para aumentar o valor de pH pode-se utilizar calcário normal (carbonato de cálcio) ou dolomítico (carbonato de cálcio e magnésio) ou gesso (sulfato de cálcio).

Existem quatro razões principais que explicam as variações que se podem verificar no valor do pH do substrato durante a cultura: A utilização de correctivos como o calcário na preparação do substrato; a reacção da água de rega; a reacção dos fertilizantes utilizados durante a produção; e a espécie vegetal que se está a propagar. Por estas razões, nem sempre é fácil manter um valor de pH ajustado às condições óptimas da espécie em propagação.

Apesar do conhecimento do valor de pH requerido para determinada espécie, poderá ser necessário um período de 24 horas até 7 dias para ajustar o pH do substrato, após este ser regado. A duração deste período depende da relação entre os materiais utilizados na formulação do substrato, do tamanho das partículas de calcário quando este é utilizado, da reacção e da salinidade dos fertilizantes, e do pH da água de rega. Por isso, antes de se utilizar o substrato deve-se experimentar o mesmo nalguns vasos, regados com água destilada, e colocados numa estufa durante alguns dias. Depois de um período de equilíbrio mede-se o valor de pH do substrato, o qual, deverá estar dentro do intervalo de pH requerido para a cultura em causa. Se estiver afastado deste intervalo deve-se proceder à respectiva correcção.

As plantas variam na sua tolerância a níveis de salinidade, potencial osmótico e stress hídrico (quadro 2). A condutividade eléctrica (CE) é um indicativo da concentração de sais ionizados na solução (Wilson, 1984) e fornece um parâmetro para a estimativa da salinidade do substrato e do potencial osmótico da solução. A condutividade eléctrica expressa-se em dS/m, mS/cm ou mmho/cm e considera-se que 640 mg/L de sal expresso em cloreto de sódio equivalem a 1 dS/m.

Capacidade de troca catiónica (CTC)

A capacidade de troca catiónica representa a capacidade de um substrato para absorver e trocar iões e depende do seu teor em argilas coloidais e substâncias húmicas. Segundo Fonteno (1996), a CTC deve variar entre 6 e 15 meq 100 ml^-1, para uma ampla reserva de nutrientes. Handreck & Black (1999), sugeriram uma CTC entre 5 e 10 meq 100 ml^-1. Estas recomendações são referências, devendo-se considerar que a necessidade de maior CTC no substrato está directamente relacionada com a menor tecnologia de controlo das condições nutritivas e de irrigação da cultura por parte do produtor.

Teores de nutrientes

A fertilidade química de um substrato depende do seu teor nos diversos nutrientes essenciais para o crescimento e desenvolvimento das plantas. Mais importante do que o teor total de um determinado nutriente é a sua disponibilidade para as plantas, a qual depende da forma química em que se encontra e das outras características químicas, designadamente, pH, CTC e CE, já que estas afectam directamente o movimento dos iões no substratos entre formas menos disponíveis em que os nutrientes estão fixados ou precipitados e as formas mais disponíveis, designadamente a solução aquosa do substrato. Quando os nutrientes se encontram incorporados na matéria orgânica torna-se necessário ter uma estimativa das taxas de mineralização e quando se encontra na matéria mineral é necessário conhecer as taxas de libertação dos mesmos.

As necessidades de nutrientes variam com a espécie cultivada e a fase de desenvolvimento da mesma e encontram-se, geralmente, com facilidade, na bibliografia. A fertilidade do substrato em nutrientes pode ser facilmente corrigida com a utilização de fertilizantes minerais, mas o mesmo já não acontece com os substratos certificados para o modo de produção biológico, nos quais, a disponibilidade de azoto poderá depender exclusivamente da sua libertação em consequência da mineralização da matéria orgânica do substrato.

Fitotoxinas

Alguns componentes da matéria orgânica, classificados sob o termo fitotoxinas, causam prejuízos e eventualmente matam as plantas quando presentes nos substratos. Muitas cascas de árvores e serrim utilizados na formulação de substratos contêm fitotoxinas, com variações de acordo com a espécie (Handreck & Black, 1999).

Yates & Rogers (1981) e Ortega et al. (1996) demonstraram a influência negativa de compostos fenólicos presentes em cascas de árvores na germinação e no desenvolvimento das plantas. A casca de coníferas e a serradura de madeira podem, no entanto, ter o nível de fitotoxinas reduzido através da compostagem. (Handreck & Black, 1999). É importante, no entanto, que esse processo seja conduzido de forma aeróbia, a fim de evitar a formação de outros compostos prejudiciais ao desenvolvimento vegetal como ácido acético, compostos fenólicos e alcalóides (Bilderback, 2000). O tratamento com algumas substâncias pode, também, minimizar o efeito das fitotoxinas, como por exemplo, a utilização de sulfato de ferro para a complexação de taninos do serrim ou a adição do polímero Polyvinylpyrrolidona (PVP) que, de acordo com Yates & Rogers, (1981) teve efeito na inactivação de fitotoxinas fenólicas em extractos de casca de coníferas.

Propriedades biológicas

Características biológicas favoráveis também podem estar presentes nas matérias-primas e nos substratos orgânicos. Alguns microrganismos antagónicos podem auxiliar na supressão de agentes patogénicos, e a inoculação de micorrizas já é uma prática comercial (Koide et al, 1999). O efeito supressivo, que se caracteriza pelo facto da doença não se manifestar mesmo na presença do hospedeiro susceptível, tem sido associado à actividade antagonista (através da produção de antibióticos, enzimas ou biocidas), ou associado à actividade de competição (por oxigénio ou por nutrientes como o carbono, o azoto ou o ferro), demonstrada por microrganismos que se desenvolvem durante o processo de compostagem (Diaz et al., 1987). Pelo contrário, os solos minerais são potenciais inoculadores de agentes patogénicos das culturas quando utilizados nas misturas (Handreck & Black, 1999).

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