Utilizando suplementos y únicos.

Esta serie de artículos pertenece al Proyecto de investigación multiestatal sobre gestión de recursos en la producción comercial de invernaderos.

Un interés renovado en la agricultura urbana y de ambiente controlado (ACE) ha venido acompañado de un mayor interés en los alimentos producidos localmente y de manera sostenible. Los consumidores exigen cada vez más que sus productos estén libres de químicos y quieren saber dónde y cómo se cultivaron. Es evidente que producir cultivos en entornos urbanos tiene beneficios clave, como la proximidad al mercado, una mayor vida útil y el conocimiento del consumidor sobre las prácticas de producción. Sin embargo, también existen desafíos importantes, como la disponibilidad de tierras adecuadas que estén libres de materiales peligrosos, los altos valores de propiedad e impuestos, permisos y regulaciones, la búsqueda de mano de obra calificada y la competencia de productos más baratos cultivados en el campo. La ventaja del CEA es que la mayoría de las condiciones ambientales se pueden controlar cuidadosamente, lo que permite la producción durante todo el año y prácticamente garantiza los mayores rendimientos potenciales. Las estructuras de cultivo típicas van desde túneles altos hasta invernaderos (Figura 1), así como edificios reutilizados (Figura 2) o contenedores de envío (Fig. 3) que permiten que muy poca o ninguna luz solar llegue a las plantas.

Dependiendo de la latitud y la estación particular, es probable que se necesite iluminación eléctrica para complementar la luz solar disponible naturalmente para aumentar los rendimientos, para extender la duración del día o para servir como única fuente de luz. Dado que el ojo humano no es particularmente bueno para evaluar diferencias en la intensidad de la luz y que los humanos normalmente pueden funcionar bien con intensidades de luz relativamente bajas, no apreciamos cuánta luz fotosintética necesitan las plantas para crecer y desarrollarse. De hecho, las plantas necesitan mucha más luz de lo que una persona promedio podría predecir. Por lo tanto, la iluminación de las plantas es un componente crítico de los entornos de producción de cultivos urbanos.

En CEA se utilizan comúnmente tres tipos diferentes de lámparas eléctricas: fluorescentes (FL), de descarga de alta intensidad (HID) y diodos emisores de luz (LED). Las lámparas HID se pueden dividir a su vez en lámparas de sodio de alta presión (HPS) y de halogenuros metálicos (MH). Las lámparas FL y HID vienen en diferentes tamaños y potencias, pero una vez instaladas producen luz con un espectro de colores fijo. En promedio, las lámparas FL convierten aproximadamente el 20 por ciento de la energía eléctrica suministrada en radiación fotosintéticamente activa (PAR; que se analiza más adelante) que las plantas utilizan para la fotosíntesis. A menudo se utilizan en cámaras de crecimiento o germinación diseñadas para la producción de plántulas o cultivo de tejidos. La eficiencia de conversión aumenta a alrededor del 30 por ciento para las lámparas HID. El espectro de color de la luz producida por las lámparas MH contiene un poco más de azul que las lámparas HPS, y se utilizan con mayor frecuencia en centros de jardinería para que las plantas parezcan más fieles al color. Las lámparas HPS tienen un espectro de luz eficaz para promover la floración de plantas de día largo y la fotosíntesis.

Los avances tecnológicos recientes han hecho que las lámparas LED de alta intensidad sean más atractivas como fuentes de iluminación fotosintéticas: pueden diseñarse para producir un espectro de color específico o permiten ajustar el espectro según las necesidades de la planta. A diferencia de las lámparas HID, las lámparas LED producen poco calor radiante, por lo que pueden colocarse mucho más cerca de la copa de la planta sin dañar el tejido de las hojas (Figura 4 ). Sin embargo, las lámparas LED aún producen calor (convectivo) que debe eliminarse para garantizar un funcionamiento eficiente y una vida útil máxima. Las lámparas LED diseñadas específicamente para aplicaciones de crecimiento de plantas han superado recientemente la eficiencia de conversión de las lámparas HPS de doble extremo y se espera que alcancen eficiencias de conversión aún mayores en el futuro. La mayoría de las lámparas LED de alta intensidad para aplicaciones hortícolas contienen diodos rojos y azules y pueden contener diodos blancos para permitir a los humanos ver el verdadero color de las plantas.

PAR se refiere a la banda de ondas de luz (entre 400 y 700 nm) que utilizan las plantas para la fotosíntesis. La cantidad de PAR que recibe una planta hasta un nivel específico de especie aumentará las tasas fotosintéticas y, en última instancia, conducirá a un mejor crecimiento, calidad y rendimiento. Aproximadamente el 45 por ciento de la energía del sol cae dentro de la banda de ondas PAR de 400 a 700 nm. La energía fuera de la región PAR es menos activa desde el punto de vista fotosintético, pero puede influir en las respuestas de las plantas, como el color de las hojas/flores (es decir, la radiación UV puede promover la concentración de antocianinas), el alargamiento del tallo (proporción de luz roja: luz roja lejana y radiación azul), floración. , y también puede aumentar la temperatura de la planta (radiación infrarroja).

La PAR se cuantifica en términos de intensidad de luz instantánea como densidad de flujo de fotones fotosintéticos (PPFD, unidades de µmol·m-2·s-1). Las pautas de intensidad de luz suplementaria y de fuente única varían según el cultivo y la cantidad de luz solar disponible. Generalmente, se suministran de 50 a 90 µmol·m-2·s-1 de iluminación suplementaria a partir de lámparas HPS o LED para plantas jóvenes y microvegetales de floricultura. Las verduras, hierbas y hortalizas de hojas verdes generalmente reciben intensidades de iluminación suplementarias más altas, de 100 a 200 µmol·m-2·s-1. Las intensidades de luz para aplicaciones de fuente única en interiores suelen ser el doble o superiores, ya que esos cultivos no reciben luz solar.

El término integral de luz diaria (DLI) se utiliza para describir la cantidad acumulada de PAR que recibe un área de un metro cuadrado durante un período de 24 horas. La unidad de DLI es moles de PAR por metro cuadrado por día (mol·m-2·d-1). El DLI objetivo para producir floricultura de calidad aceptable y plantas jóvenes de alta calidad es de 10 a 12 mol·m-2·d-1 (tabla 1 ). Para la mayoría de las flores cortadas y hortalizas de invernadero, el DLI mínimo objetivo para producir cultivos de calidad aceptable es 15 mol·m-2·d-1. Para cultivos de hortalizas frutales, un aumento del DLI por encima de 15 mol·m-2·d-1 conducirá a un mayor rendimiento del cultivo. Sin embargo, la lechuga arrepollada es susceptible al trastorno fisiológico de quemadura de punta y deja de ser comercializable cuando los niveles de luz exceden aproximadamente 16-17 mol·m-2·d-1 (dependiendo del cultivar y el flujo de aire).

Para la producción en invernadero, puede haber momentos en que la luz solar sea excesiva (por ejemplo, lo que provoca quemaduras en las puntas de la lechuga). Para cultivos frutales que pueden utilizar DLI más altos, altas cantidades de luz solar pueden no ser un problema, pero pueden dificultar el control de la temperatura del invernadero. El sombreado se puede implementar durante toda la temporada como un compuesto de sombreado (es decir, blanqueado) o una red/pantalla estacionaria, pero el método preferido es un sistema retráctil motorizado que la computadora de control ambiental del invernadero puede desplegar automáticamente cuando el nivel de luz excede un valor umbral. La iluminación suplementaria nocturna de los invernaderos puede afectar a los vecinos y, por tanto, considerarse “contaminación lumínica” según el código municipal. Se pueden utilizar cortinas opacas para mitigar dicha contaminación lumínica.

Algunas luminarias (es decir, FL y ciertas lámparas LED) ocupan una gran superficie por la cantidad de área que iluminan, por lo tanto, estas luminarias proporcionarían sombra excesiva en un ambiente de invernadero y son más adecuadas para aplicaciones de iluminación con fuente única. La vida útil de las luminarias generalmente se calcula en función del número de horas de funcionamiento para alcanzar una cierta disminución en la producción de luz inicial. Por ejemplo, un L70 de 25.000 horas significa que se espera que la salida de luz se degrade al 70 por ciento de la salida original después de 25.000 horas de uso. Dependiendo del cultivo y del coste de la electricidad, puede resultar útil sustituir una lámpara o una bombilla incluso antes de alcanzar el L70. Se anima a los productores a comprender los términos de la garantía. Algunas luminarias tienen garantía por una cantidad determinada de años y otras según la cantidad de horas de funcionamiento. Los proveedores de iluminación pueden calcular un mapa de luz que muestra la intensidad de luz esperada (PPFD) y la uniformidad a la altura del cultivo dada una disposición particular de las luminarias. Dado que la iluminación es una decisión tan importante, obtenga cotizaciones de varios proveedores y hable con sus colegas para obtener recomendaciones.

Finalmente, las respuestas de las plantas a la luz dependen en gran medida del cultivo que se cultiva y de las condiciones ambientales específicas (temperatura, humedad relativa, concentración de dióxido de carbono). Por lo tanto, al igual que con otras prácticas de producción, se recomienda encarecidamente realizar pruebas de iluminación a pequeña escala antes de considerar grandes cambios/inversiones.

AJ es profesor y especialista en extensión en la Universidad de Rutgers ([email protected]), Neil es profesor asociado y especialista en extensión en la Universidad de Cornell ([email protected]) y Roberto es profesor asistente y especialista en floricultura/ambiente controlado en la Universidad Estatal de Michigan ([email protected]).Agradecimientos.Se recibió apoyo financiero del Instituto Nacional de Alimentación y Agricultura del USDA, Proyecto de investigación multiestatal NE-1335: Gestión de recursos en la producción comercial de invernaderos.

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