EFECTO DE EICHORNIA CRASSIPES EN EL
CONTROL DE LA CALIDAD DEL AGUA EN
SISTEMAS NFT
EFFECT OF EICHORNIA CRASSIPES ON WATER QUALITY
CONTROL IN NFT SYSTEMS
Kevin Xavier Huilcarema Enríquez
Universidad Estatal de Milagro - Ecuador
Allison Nahomy Baño Ordoñez
Universidad Estatal de Milagro - Ecuador
Jousefin Elizabeth Castro Junco
Universidad Estatal de Milagro - Ecuador
pág. 7622
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i5.14171
Efecto de Eichornia crassipes en el control de la calidad del agua en
sistemas NFT
Kevin Xavier Huilcarema Enríquez
1
khuilcaremae@unemi.edu.ec
https://orcid.org/0009-0005-5140-0017
Universidad Estatal de Milagro
Ecuador
Allison Nahomy Baño Ordoñez
abanoo@unemi.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-2895-0644
Universidad Estatal de Milagro
Ecuador
Jousefin Elizabeth Castro Junco
jcastroj@unemi.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-6769-1585
Universidad Estatal de Milagro
Ecuador
RESUMEN
Este estudio evaluó el impacto de Eichornia crassipes (jacinto de agua) en la calidad del agua de sistemas
hidropónicos NFT (Técnica de Película de Nutrientes) mediante la comparación de dos tratamientos:
uno convencional (TA) y otro que incluía Eichornia crassipes (TJ). Se analizaron varios parámetros,
como pH, demanda bioquímica de oxígeno (DBO5), conductividad eléctrica (CE) y oxígeno disuelto
(OD). Los resultados indicaron que el pH se mantuvo estable en ambos tratamientos, y la temperatura
promedio se situó en torno a los 23°C. En referencia a la DBO5, el tratamiento TJ logró una reducción
de 3,2 mg/L a 3,05 mg/L; además, con el tratamiento TJ se logró disminuir la CE de 3,8 mS/cm a 3,2
mS/cm. En contraste, TA mostró un aumento de la CE. Respecto al oxígeno disuelto, TJ favoreció
niveles más altos y estables, lo que benefició el crecimiento de las plantas, mientras que TA experimentó
una disminución significativa en OD. El análisis multivariante reveló una correlación negativa entre
tratamiento y DBO5 (-0,79) y una correlación moderada positiva entre CE y OD (0,57). Estos hallazgos
demuestran que Eichornia crassipes es una alternativa para mejorar la calidad del agua en sistemas NFT
y fomentar prácticas sostenibles en la agricultura urbana.
Palabras clave: eichornia crassipes, calidad del agua, sistemas hidropónicos, sostenibilidad,
bioremediación
1
Autor principal.
Correspondencia: khuilcaremae@unemi.edu.ec
pág. 7623
Effect of Eichornia crassipes on water quality control in NFT systems
ABSTRACT
This study evaluated the impact of Eichornia crassipes (water hyacinth) on the water quality of Nutrient
Film Technique (NFT) hydroponic systems by comparing two treatments: a conventional treatment
(TA) and one that included Eichornia crassipes (TJ). Several parameters were analyzed, including pH,
biochemical oxygen demand (BOD5), electrical conductivity (EC), and dissolved oxygen (DO). The
results indicate that the pH remained stable in both treatments, and the average temperature was
approximately 23°C. Regarding BOD5, treatment TJ achieved a reduction from 3.2 mg/L to 3.05 mg/L,
while maintaining more stable EC levels, decreasing from 3.8 mS/cm to 3.2 mS/cm. In contrast, TA
showed an increase in EC. Concerning dissolved oxygen, TJ favored higher and more stable levels,
benefiting plant growth, while TA experienced a significant decrease in DO. Multivariate analysis
revealed a negative correlation between treatment and BOD5 (-0.79) and a moderate positive correlation
between EC and DO (0.57). These findings suggest that Eichornia crassipes is an effective alternative
for improving the water quality in NFT systems and promoting sustainable practices in urban
agriculture.
Keywords: eichornia crassipes, water quality, hydroponic system, sustainability, biorremediation
Artículo recibido 10 septiembre 2024
Aceptado para publicación: 15 octubre 2024
pág. 7624
INTRODUCCIÓN
La Técnica de Película de Nutrientes (NFT, por siglas en inglés) es un método de cultivo hidropónico
en el que las raíces de las plantas crecen en soluciones nutritivas poco profundas y en circulación
constante. Este sistema permite que las plantas reciban agua, nutrientes y oxígeno de manera adecuada
(Iswanto et al., 2020; Rahmawati et al., 2020). Generalmente, el sistema NFT consiste en que las plantas
crezcan en capas de polietileno con sus raíces sumergidas en soluciones nutritivas que se recirculan
continuamente (Mohapatra et al., 2020). Este sistema ofrece varias ventajas, como el uso eficiente del
espacio y la conservación del agua, lo que lo hace adecuado para la agricultura urbana (Rozilan et al.,
2023). Los sistemas NFT pueden diseñarse para diversos cultivos, incluyendo lechuga, tomates y
espinaca de agua (Ibrahim et al., 2015; Safir & Nurza, 2022).
La calidad del agua es un factor crítico para el éxito de los sistemas hidropónicos de NFT, ya que esta
puede impactar significativamente el crecimiento de las plantas. Varios parámetros clave son esenciales
para mantener una calidad de agua óptima en los sistemas NFT. Estos incluyen la conductividad eléctrica
(CE), el pH, la temperatura y los niveles de oxígeno disuelto (OD). La CE es especialmente crucial, ya
que determina la tasa de crecimiento y la calidad de las plantas (Ibrahim et al., 2015). Por ejemplo,
investigaciones de Cova et al. (2017) han demostrado que el uso de agua salobre en sistemas NFT puede
disminuir el crecimiento y alterar los niveles de varios iones en las plantas en comparación con el uso
de agua dulce. Esto resalta la importancia de considerar la calidad de la fuente de agua al implementar
sistemas NFT.
Eichornia crassipes, comúnmente conocida como jacinto de agua, es una especie de planta acuática que
ha ganado significativa atención debido a su rápida proliferación y su potencial impacto en el control de
la calidad de los cuerpos de agua (Jha et al., 2024; Mahamadi, 2011). El jacinto de agua actúa como un
eficaz depurador biológico en la remediación de cuerpos de agua contaminados, especialmente en la
absorción y acumulación de metales pesados. Además, su rápido crecimiento y capacidad de formar
complejos metálicos con diversos ligandos, junto con su tolerancia a altas concentraciones de metales
pesados, hacen del jacinto de agua una opción sostenible y económica para la limpieza de aguas
contaminadas (Poma Llantoy & Valderrama Negrón, 2014).
El estudio de Garcés-Gómez et al. (2024) reveló una fuerte correlación negativa entre la cobertura de
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jacinto de agua y los niveles de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5), lo que indica el posible
impacto positivo de las plantas en la calidad del agua. La investigación de Jha et al. (2024) también ha
demostrado que el jacinto de agua puede eliminar de manera efectiva nutrientes en exceso, metales
pesados y contaminantes orgánicos de los cuerpos de agua. De manera interesante, investigaciones de
Tobias et al. (2019) han mostrado que la presencia del jacinto de agua puede alterar los parámetros de
calidad del agua, tanto dentro como alrededor de las zonas de plantas, incluso en sistemas de mareas
donde el agua se desplaza en ambos sentidos.
El presente estudio tiene como objetivo principal evaluar el impacto de Eichornia crassipes en la calidad
del agua en sistemas hidropónicos tipo NFT, específicamente de parámetros fisicoquímicos claves como
el pH, la demanda bioquímica de oxígeno (DBO), la conductividad eléctrica (CE) y el oxígeno disuelto
(OD). Para ello, se compararán dos tratamientos: uno convencional (TA) y otro que incorpora Eichornia
crassipes (TJ), con el fin de determinar si el uso de Eichornia crassipes mejora la calidad del agua. Este
estudio busca aportar evidencia científica sobre la viabilidad de utilizar Eichornia crassipes como un
agente biotecnológico para el manejo eficiente de los recursos hídricos en sistemas hidropónicos,
contribuyendo así al desarrollo de soluciones sostenibles en el ámbito de la agricultura urbana.
METODOLOGÍA
En la investigación se empleó un sistema hidropónico de tipo NFT, construido con tubos de polietileno
de 75 mm, adaptadores, codos de presión y abrazaderas para garantizar la estabilidad del sistema. Se
utilizó una bomba de agua para asegurar la circulación continua de la solución nutritiva, que contenía
macro y microelementos esenciales para el crecimiento de las plantas. El estudio experimental se llevó
a cabo en el cantón Naranjal, provincia del Guayas, Ecuador, donde se implementó el sistema NFT con
el propósito de evaluar el efecto de Eichhornia crassipes, incorporada como un agente biológico
depurador para mejorar la calidad del agua. Para este fin, se utilizó Eruca vesicaria ssp. (rúcula) como
especie de cultivo.
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Figura 1. (a) Representación esquemática y (b) foto real del sistema NFT utilizado
Fuente: Elaboración propia
Las semillas de Eruca vesicaria ssp. fueron seleccionadas y trasplantadas al sistema NFT después de
una fase de germinación en bandejas de 256 alveolos, utilizando esponjas para facilitar la adaptación de
las raíces al entorno hidropónico. Previamente, las semillas se sometieron a un proceso de limpieza con
agua destilada estéril a una temperatura de 22 °C durante 5 minutos, con el fin de asegurar condiciones
óptimas de higiene y favorecer su desarrollo en el sistema hidropónico. El sistema NFT convencional
se designó como tratamiento TA, mientras que el sistema NFT que incorporaba Eichhornia crassipes
como agente depurador biológico se denominó tratamiento TJ. El análisis de la DBO5 se realizó
siguiendo métodos estandarizados para evaluar la cantidad de oxígeno consumido por los
microorganismos presentes en el agua durante la degradación de materia orgánica (Jouanneau et al.,
2014). Para los análisis de los parámetros fisicoquímicos, tales como pH, temperatura, CE y OD del
agua utilizada, se usa un instrumento de laboratorio multiparamétrico HACH. Cada uno de los
parámetros fue evaluado en cuatro repeticiones a lo largo del estudio, con los valores referenciales y la
frecuencia de medición especificados en la Tabla 1.
Tabla 1. Parámetros fisicoquímicos para control de calidad del agua
Parámetro
Unidad de
medida
Frecuencia
de medición
Valor referencial
Referencia
pH
-
Diaria
5,5-7
(Gillespie et al., 2020)
Temperatura
°C
Diaria
18-35
(Safira et al., 2022)
DBO5
mg/L
Cada 15 días
0,5-4,7
(Deswati et al., 2022)
Conductividad
eléctrica
mS/cm
Cada 5 días
1,5-2,5
(Yang et al., 2021)
Oxígeno disuelto
mg/L
Cada 5 días
6-8
(Homoki et al., 2021)
b
a
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Los resultados obtenidos de los diferentes análisis de los parámetros fisicoquímicos fueron procesados
y analizados utilizando la plataforma estadística RStudio. Esta herramienta permite realizar un
seguimiento detallado de los cambios en los parámetros medidos a lo largo del periodo de estudio,
proporcionando una evaluación exhaustiva de las variaciones temporales. A través de técnicas
estadísticas, se identificarán tendencias, correlaciones y posibles anomalías en los datos, lo que facilitará
una comprensión más profunda del comportamiento de las variables bajo estudio. En el contexto del
análisis multivariante, se utilizará un gráfico de correlación por pares para generar una matriz de
correlaciones que representa la relación de cada variable con las demás, proporcionando una visión
integral de las dependencias que puedan existir.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El análisis de la evolución del pH y la temperatura en los sistemas hidropónicos, realizado durante un
periodo de 30 días, se muestra en la Figura 2. Se puede observar que la frecuencia de los datos de ambos
tratamientos se encuentra en un rango óptimo, muy cercano a la neutralidad. Las variaciones de
temperatura del agua se mantienen en un rango considerablemente bueno, según los parámetros
estándares establecidos para una óptima agua de los cultivos (Tabla 1), lo cual se compara con las
resultados de Safira et al. (2022), quienes además señalan que el control automatizado de la temperatura
y el pH del agua en sistemas hidropónicos mejora la estabilidad de la solución nutritiva y facilita el
crecimiento uniforme de las plantas
.Figura 2. Resultados experimentales de (a) pH y (b) temperatura en función del tiempo
Fuente: Elaboración propia
Los resultados que se muestran en la Figura 3 indicaron que el tratamiento TA presentó una tendencia
creciente en la DBO5, aumentando de 3,4 mg/L a 4,6 mg/L a lo largo del tiempo, una tendencia similar
a
b
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fue observada por Xu et al. (2020) en su estudio sobre sistemas de techos verdes hidropónicos. En
contraste, el tratamiento TJ mostró una DBO5 decreciente en promedio, disminuyendo de 3,2 mg/L a
3,05 mg/L.
Figura 3. Resultados experimentales de DBO5 en función del tiempo
Fuente: Elaboración propia
Estos resultados muestran una tendencia similar con los obtenido por Mustafa & Hayder (2021), quienes
sugieren que la incorporación del Jacinto de agua redujo la DBO5 en un 70% en sistemas de tratamiento
de aguas residuales domésticas. De manera similar, el estudio de Riset et al. (2023) reveló una reducción
del 81% en la DBO5 para un efluente de industria cafetera, gracias a la utilización del Jacinto de agua.
El análisis de los resultados sobre conductividad eléctrica (EC) en los tratamientos comparados revela
diferencias significativas en el comportamiento de ambos sistemas, tal como se muestran en la Figura
4.
Figura 4. Resultados experimentales de conductividad eléctrica en función del tiempo
Fuente: Elaboración propia
pág. 7629
En el tratamiento TA, se observó un aumento en los niveles de EC a lo largo del tiempo, lo que podría
estar relacionado con la acumulación de sales en la solución nutritiva, afectando negativamente la
absorción de nutrientes por parte de las plantas. Este fenómeno es coherente con estudios previos, como
el de Neto et al. (2023) que indica que el aumento en la CE puede comprometer el rendimiento
productivo de cultivos hidropónicos, reduciendo la absorción de nutrientes y el crecimiento de las
plantas. En contraste, el tratamiento TJ, que mostró una tendencia a mantener una EC más estable,
resultó en una mejor eficiencia en la absorción de nutrientes y rendimiento de las plantas, lo cual
concuerda con hallazgos de de Oliveira et al. (2023), que destacan la importancia de mantener niveles
óptimos de CE para evitar el estrés salino y optimizar la calidad del cultivo.
En la Figura 5 se observa que en el tratamiento TA los niveles de OD fueron más bajos, lo que podría
estar vinculado a una menor aireación o un mayor consumo de oxígeno por la actividad biológica, lo
cual puede limitar el crecimiento radicular y la absorción de nutrientes. Estudios previos de Homoki et
al. (2021) han demostrado que bajos niveles de OD (<6.0 mg/L) reducen el crecimiento y la absorción
de nutrientes en sistemas hidropónicos, afectando negativamente el rendimiento de los cultivos. Por otro
lado, el tratamiento TJ mostró una mayor estabilidad en los niveles de DO, lo que favoreció un ambiente
más adecuado para el crecimiento de las plantas. La importancia de mantener niveles óptimos de OD ha
sido destacada en estudios como el de Shan et al. (2023), que encontró que concentraciones mayores a
8 mg/L mejoró significativamente el crecimiento de plantas como el Pakchoi en sistemas hidropónicos.
Figura 5. Resultados experimentales de oxígeno disuelto en función del tiempo
Fuente: Elaboración propia
Para profundizar el análisis de los parámetros estudiados, se aplicó un análisis de correlación por pares,
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el cual es una herramienta efectiva para identificar relaciones significativas entre las variables. Este tipo
de análisis permite evaluar tanto la dirección como la magnitud de las correlaciones, proporcionando
una visión más completa de cómo interactúan los diferentes parámetros dentro del sistema. En este
análisis se consideró las mediciones realizadas en los días 1, 5 y 15, con el objetivo de garantizar la
homogeneidad en la evaluación de las variables y captar adecuadamente su evolución a lo largo del
tiempo. En la Figura 6, se presenta el resultado de correlación por pares de los parámetros
fisicoquímicos medidos durante el experimento.
Figura 6. Resultados multivariante para correlacionar los parámetros analizados
Fuente: Elaboración propia
Los coeficientes de correlación permiten visualizar las interacciones entre las diferentes variables, lo
que facilita la interpretación de las dependencias y posibles influencias entre ellas. En este contexto, se
observó que existe una correlación negativa entre pH y Temperatura (-0,95) significa que a medida que
la temperatura aumenta, el pH tiende a disminuir, y viceversa. Esta relación es muy significativa, lo que
indica que las variaciones en la temperatura están altamente asociadas con cambios en el pH del sistema
hidropónico. La correlación negativa (-0,79) entre el tratamiento aplicado y la DBO5 indica que el
tratamiento TJ, que incluye a Eichhornia crassipes, tiene un impacto significativo en la reducción de la
DBO5, lo que sugiere una mayor capacidad de depuración de la materia orgánica. Un coeficiente de
correlación de -0,67 entre la DBO5 y el oxígeno disuelto indica que cuando la demanda biológica de
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oxígeno aumenta, el oxígeno disuelto en el agua disminuye, lo cual es consistente con la dinámica
esperada en sistemas acuáticos, ya que un mayor DBO5 refleja un mayor consumo de oxígeno por parte
de los organismos presentes en el agua. La correlación de 0,57 entre la CE y OD refleja que a medida
que aumenta la conductividad eléctrica, el oxígeno disuelto también tiende a aumentar, lo que puede
indicar que en este caso, un mayor contenido de iones en el agua favorece una mayor disolución de
oxígeno. Así también, se observa una correlación moderada positiva (0,61) entre los días y la
conductividad eléctrica. A lo largo del tiempo, la salinidad del agua tiende a aumentar, lo que podría
reflejar la acumulación de sales o nutrientes en el sistema.
CONCLUSIONES
Los resultados mostraron que el tratamiento TA y TJ, con Eichornia crassipes se encuentran en un rango
óptimo de pH, muy cercano a la neutralidad. La temperatura se mantuvo estable, alrededor de 23°C, en
ambos tratamientos. Así mismo, el trataminto TJ alcanzó una disminución en la DBO5 de 3,2 mg/L a
3,05 mg/L, en comparación con el tratamiento TA, que experimentó un aumento de la DBO5 a medida
que avanzaba el tiempo, posiblemente debido a la descomposición de residuos vegetales, nutrientes no
absorbidos y materia orgánica proveniente de los cultivos. La conductividad eléctrica en TJ también
disminuyó (de 3,8 mS/cm a 3,2 mS/cm), lo que sugiere una mayor absorción de iones por parte de
Eichornia crassipes. El oxígeno disuelto se redujo en TA hasta un 20%, reflejando una acumulación de
materia orgánica, mientras que el tratamiento TJ demostró una mayor consistencia en los niveles de
oxígeno disuelto (DO), lo que contribuyó a generar un entorno más propicio para el desarrollo óptimo
de las plantas. El análisis multivariante mostró una correlación negativa de -0,79 entre el tratamiento
aplicado y la DBO5, así como una correlación moderada positiva de 0,57 entre la conductividad eléctrica
(CE) y el oxígeno disuelto (OD), lo cual destaca la interdependencia crítica de los parámetros de calidad
del agua en sistemas hidropónicos; así como la importancia de un monitoreo integral para optimizar las
condiciones ambientales. Los resultados muestran que Eichornia crassipes tiene un gran potencial para
gestionar recursos hídricos, ya que es una opción eficaz para mejorar la calidad del agua en sistemas de
cultivo NFT, favoreciendo así prácticas sostenibles en la agricultura urbana.
pág. 7632
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