A falta de solos de boa qualidade, o desenvolvimento de doenças do solo, de pragas e de infestantes e o decréscimo de produção devido à repetição de culturas estão entre os principais factores que conduziram ao desenvolvimento da cultura em substratos (Bunt, 1976; Raviv et al., 1986; Hoitink e Fahy, 1986; Handreck e Black, 1991). A cultura em substratos permite obter maiores e melhores produções, maior facilidade de controlo sanitário, fertilização e rega e, assim, criar condições ideais de crescimento das plantas (Nordstedt et al., 1993).
A produção de plantas em vaso apresenta aspectos particulares que a diferenciam da produção no solo. Por um lado, o vaso limita o volume de substrato disponível, bastante inferior ao volume disponível no solo (Rivière, 1980). Por outro, o controlo mais rigoroso das condições ambientais, e da rega e fertilização, permite que os estomas permaneçam abertos durante um maior período, provocando maior absorção de água pelas raízes (Hillel, 1982 e Harrison, 1989,
cit. in Inbar et al., 1993; Raviv et al., 1986). Estas condições podem levar ao rápido esgotamento
da reserva de água (Bunt, 1976), obrigando a manter um nível elevado de água disponível para as plantas, por meio de uma rega frequente, habitualmente em excesso. Num contentor, ao contrário do solo, o substrato apresenta pouca espessura, constituindo as paredes e fundo do contentor uma descontinuidade do perfil. Após a rega e a drenagem, o teor de água no fundo é próximo da saturação (tensão de água praticamente igual a 0), diminuindo na direcção do topo. Restabelecido o equilíbrio, o valor da tensão de água, em qualquer ponto do vaso, expresso em altura de coluna de água, é praticamente igual à força gravitacional, correspondente à altura desde o ponto ao fundo do contentor, desprezando a absorção de água pelas raízes durante a redistribuição da água (da Silva, 1991 e Wallach et al., 1992a, 1992b, cit. in Inbar et al., 1993). Como consequência, a rega muito frequente, pode levantar problemas de arejamento das raízes, afectando a sua actividade e crescimento (Poole et al., 1981 e Waters, 1970, cit. in Raviv et al., 1986). Os materiais utilizados como substratos são normalmente meios homogéneos e com elevada porosidade, o que facilita a manutenção do equilíbrio de tensão da água no meio, ao contrário de alguns solos em que a sua heterogeneidade e baixa porosidade tornam mais difícil de alcançar e manter aquele equilíbrio (Holley, 1967 cit. in Chen e Hadar, 1987), tornando a utilização de solo em vaso problemática (Inbar et al., 1993).
A necessidade de obter plantas homogéneas obriga a utilizar na preparação dos substratos, materiais com características uniformes e reprodutíveis. Devem também ser isentos de infestantes, de agentes patogénicos e manifestar, se possível, supressividade para doenças do solo. Na elaboração de substratos procura combinar-se a enorme variedade de materiais orgânicos e inorgânicos disponível, de modo a obter um produto final com as características exigidas (Anstett, 1979; Wilson, 1983; Chen e Hadar, 1987).
Os substratos substituem o solo na cultura em vaso ou outro tipo de contentor (passa-se a empregar o termo vaso por ser de aplicação mais corrente). Tal como o solo, o substrato deverá servir de suporte, manter adequado teor de água utilizável pela planta e conter os elementos minerais que estas necessitam, podendo estes ser fornecidos através da água de rega ou pela incorporação de adubos. O sistema radical é limitado pelas paredes do vaso e pelo espaço poroso do material, o qual não se pode corrigir após a colocação em cultura. Esta é a razão pela qual muitos autores atribuem maior importância às características físicas que às características químicas na determinação do potencial de um material como substrato (Redlich e Verdure, s.d.; Verdonck, 1983; Raviv et al., 1986; Sana e Soliva, 1987; Chen e Hadar, 1987; Handreck e Black, 1991). A evolução destas características no decurso da cultura é outro aspecto fundamental para a avaliação do material (Rivière, 1980). A disponibilidade de água e de ar depende fortemente do volume e da geometria do vaso, mas o teor de nutrientes disponíveis é condicionado por uma barreira fisiológica constituída pelo potencial osmótico máximo tolerado pela planta (Lemaire et
al., 1989). Devido às limitações impostas pelo reduzido volume do vaso, os níveis mínimos de ar,
água e nutrientes são mais exigentes que para os solos (Raviv et al., 1986; Spomer, 1974, cit. in Inbar et al., 1993).
Para Verdonck (1983), qualquer material, desde que respeitadas algumas exigências mínimas, pode ser utilizado para preparar substratos. A qualidade do substrato pretendido, depende da escolha entre os materiais disponíveis em cada região. É impossível definir um substrato óptimo. A eleição do melhor substrato varia com cada situação, pois depende de factores de ordem diversa, nomeadamente técnica e económica. Assim, vários substratos com propriedades diferentes podem ser vantajosamente utilizados para uma mesma cultura, desde que se adopte um sistema adequado de rega (Raviv et al., 1986).
Evolução na utilização de substratos
A necessidade de utilizar outros materiais, que não o solo in situ, na produção de plantas, parece ter tido origem na necessidade de transferir plantas de um lado para outro, sobretudo árvores. Os Egípcios parece terem sido os primeiros a efectuar a transplantação de árvores com “torrão”. Na “Enciclopédia de jardinagem” publicada por Loudon em 1838, em Londres, o autor apresenta já diferentes materiais, como componentes na constituição de substratos, capazes de permitir a cultura de plantas em estufa (Raviv et al., 1986). No final do séc. XIX em Versailhes praticava-se a cultura em substratos à base de turfa loira, manta morta (folhada e camada humífera, Costa, 1979) e folhas de pinheiro (Watson, 1913, cit. in Bunt, 1976).
No final dos anos 20 Laurie em Ohio, EUA, desenvolveu os primeiros estudos com misturas de areia e turfa (Laurie, 1931, cit. in Bunt, 1976), que conheceram um novo desenvolvimento nos anos 50, através de Ansen e Wilding em Michigan e Baker na Universidade da Califórnia (Ansen e Wilding, 1953 e Baker, 1957, cit. in Bunt, 1976). Baker e colegas (1957,
cit. in Bunt, 1976) desenvolveram as misturas UC. Estas consistem em 5 tipos de misturas à base
de turfa e de areia, incluindo desde apenas areia a apenas turfa, às quais aplicaram 6 tipos diferentes de fertilização base, criando deste modo 30 misturas, das quais na prática apenas algumas são utilizadas. Posteriormente, na Universidade de Cornell, Boodley e Sheldrake (1972,
cit. in Bunt, 1976), desenvolveram 4 tipos de substratos baseados em misturas á base de turfa e
perlite ou vermiculite, conhecidas por “peat-lite mixes”. White, da Universidade da Pensilvânia (1974, cit. in Bunt, 1976), desenvolveu 2 misturas baseadas apenas em turfa de sphagnum.
Na Europa, durante os anos 30, Lawrence e Newell (1939, cit. in Bunt, 1976) na John Innes Horticultural Institution (Reino Unido), desenvolveram os conhecidos substratos John Innes, baseados em solo esterilizado, turfa e areia. Foi o primeiro passo para a formulação científica de substratos, utilizando materiais relativamente normalizados e em proporções bem determinadas, ao contrário da prática corrente até então. O desenvolvimento da produção de plantas ornamentaisna Europa Ocidental, após o final da II Guerra Mundial, levou ao estudo de substratos alternativos, devido à redução na disponibilidade dos materiais até então tradicionalmente utilizados: turfa loira, folhada e camada humífera (Bunt, 1976; De Boodt e de Waele, 1968). Fruhstorfer em 1952, na Alemanha, desenvolveu o sistema de cultura em mistura de grânulos de argila e turfa criando o substrato “Einheitserde” (Fruhstorfer, 1952, cit. in Bunt, 1976). Em vários países foram desenvolvidas misturas próprias, algumas constituindo ainda hoje referências importantes. Penningsfield em 1962 na Alemanha (Penningsfield, 1962 ,cit. in Bunt,
1976) e Puustjarvi em 1969 na Finlândia (Puustjarvi, 1973, cit. in Bunt, 1976), desenvolveram sistemas de cultura em turfa. Na Holanda foi desenvolvida a mistura RHPA, na Aalsmeer Research Station for Floriculture (Regeling Handelspotgrand Proefstation Aalsmeer), composta por diferentes turfas e uma pequena parte de areia (Bik, 1973, cit. in Bunt, 1976) e no Reino Unido, as misturas GCRI, no Glasshouse Crop Research Institute, à base de turfa e areia em partes variáveis consoante a finalidade (Bunt, 1976). O interesse crescente por materiais alternativos à turfa para a formulação de substratos, como serraduras e cascas de árvores, levou entre outras, ao desenvolvimento de 3 tipos de misturas de serradura e areia por Johnson (1968, cit. in Bunt, 1976) e de casca de folhosas e areia por Gartner (1973, cit. in Bunt, 1976).
Actualmente os substratos não incluem solo na sua composição, o que se deve basicamente aos custos de esterilização, à elevada densidade aparente e à dificuldade de obtenção de solos de boa qualidade e homogeneidade. Verifica-se, também, que a presença de solo nas misturas apresenta o inconveniente de poder contribuir para uma mais rápida decomposição dos outros componentes, como as serraduras ou as cascas (Maas e Adamson, 1972). Os materiais hoje disponíveis possibilitam a preparação de misturas com características constantes, isentos de doenças e infestantes, de baixa densidade aparente e que permitem um rápido crescimento (Wilson, 1983; Nordstedt et al., 1993).
Os substratos podem classificar-se quanto aos materiais constituintes, em dois grupos principais: substratos minerais e substratos orgânicos. Nos substratos minerais encontra-se a lã de rocha, os materiais vulcânicos, a perlite, a vermiculite, a argila expandida e a areia, além de outros. Com algumas excepções, apresentam baixo nível de actividade química, de poder tampão e de capacidade de retenção de água e de nutrientes, pelo que os regimes de rega e fertilização necessitam ser bastante precisos. Podem ser isentos de doenças, mas permitem uma fácil colonização quando infectados. Os substratos orgânicos são constituídos principalmente pela turfa e por compostos de alta qualidade. Os substratos orgânicos apresentam elevado poder tampão, boas relações ar - água, contêm substâncias húmicas que elevam a CTC e disponibilizam nutrientes e, quando incluem compostos, estes sustentam uma elevada actividade microbiana com efeitos supressivos para doenças de solo (Nordstedt et al., 1993).