Investigación realizada en la granja vertical UAg de la Universidad de Arizona utilizando modelos y simulaciones por computadora mostró que el flujo de aire vertical en comparación con el flujo de aire horizontal era más efectivo para prevenir la quemadura de la punta de la lechuga. Foto cortesía de Murat Kacira, Univ. de Arizona
Los investigadores de OptimIA están utilizando modelos de cultivos para identificar los parámetros ambientales más favorables para el crecimiento y el rendimiento de los cultivos de lechuga en granjas de interior y cómo prevenir la quema de puntas.
Uno de los objetivos de investigación del óptimo El proyecto, que está siendo financiado por el USDA por una suma de $ 2,4 millones, es estudiar el entorno aéreo para producir verduras de hoja verde en interiores. El entorno aéreo se refiere a la circulación del aire, la humedad, la concentración de dióxido de carbono, la intensidad de la luz y la temperatura. Antes de preparar la propuesta del proyecto, los miembros del equipo de OptimIA encuestaron a las partes interesadas de la industria agrícola de interior para identificar los desafíos y las necesidades de la industria.
“Hubo muchos comentarios relacionados con los parámetros ambientales, especialmente el flujo de aire”, dijo Murat Kacira, miembro del equipo de OptimIA, director del Centro de Agricultura de Ambiente Controlado y profesor en el Departamento de Ingeniería de Biosistemas de la Universidad de Arizona. “La industria agrícola de interior tenía una necesidad real de optimizar las variables ambientales relacionadas con la luz, la temperatura, la gestión y el control de la humedad. Los productores de verduras de hojas verdes querían poder comprender el crecimiento de las plantas, cuantificar la respuesta de las plantas, el rendimiento y los atributos de calidad en diversas condiciones ambientales”.
Predicciones de modelado de cultivos, potencial
Kacira explica que el modelado de cultivos es simplemente el crecimiento de los cultivos y la predicción del rendimiento.
“Dados los puntos de referencia para la temperatura del aire, la radiación activa fotosintética, la humedad, el enriquecimiento de dióxido de carbono, pudimos modelar el crecimiento de los cultivos y predecir los kilogramos o gramos de producción de lechuga por hora o por día y también al final del ciclo de producción”. él dijo.
El laboratorio de Kacira usó modelado centrarse en el crecimiento de las plantas y las predicciones de rendimiento para la lechuga en granjas verticales de interior teniendo en cuenta las variables ambientales, como la temperatura, la humedad, el nivel de dióxido de carbono y la intensidad de la luz.
“Teniendo en cuenta la cooptimización de diferentes variables ambientales, hay muchas combinaciones posibles de esos puntos de ajuste”, dijo. “Toma mucho tiempo y esfuerzo estudiar todas esas combinaciones. Un modelo que hicimos se centró en el crecimiento de las plantas y la predicción del rendimiento para el cultivo de lechuga en granjas verticales de interior considerando variables ambientales. El uso de modelos puede ayudar a reducir las combinaciones o las posibilidades que pueden ocurrir.
Otro estudio de modelado permitió a Kacira identificar la posibilidad de un enriquecimiento dinámico de dióxido de carbono.
“Analizamos si el enriquecimiento con dióxido de carbono se debe realizar durante todo el ciclo de producción, desde el trasplante hasta la pequeña cosecha de hojas, o si se debe realizar durante las diferentes fases de la producción, lo que genera ahorros en el uso de energía eléctrica o dióxido de carbono. Además, consideramos cómo se incorporaría el control y el enriquecimiento de dióxido de carbono con los controles de iluminación. Por ejemplo, ¿se puede atenuar la luz mientras se aumenta el nivel de dióxido de carbono para lograr un resultado de rendimiento similar, pero con una estrategia de control que permita ahorrar energía eléctrica durante la producción?
Determinación de la mejor distribución del flujo de aire
Kacira también está utilizando modelos y simulaciones por computadora. estudiar el flujo de aire y la uniformidad del flujo de aire para diseñar sistemas alternativos de distribución de aire para mejorar la uniformidad del ambiente aéreo y prevenir la quema de puntas en los cultivos de lechuga.
“Al principio usábamos simulación y modelado espacial de dinámica de fluidos computacional (CFD) para estudiar el flujo de aire”, dijo. “Observamos algunos sistemas de distribución de aire existentes para comprender cuál sería la uniformidad ambiental y la aerodinámica en las granjas verticales de interior. Luego estudiamos escenarios hipotéticos. Desarrollamos alternativas de diseño que pueden brindar condiciones de crecimiento óptimas con una mejor uniformidad del entorno aéreo y ayudar a prevenir la quemadura de la punta de la lechuga.
“Nuestras simulaciones CFD y estudios experimentales confirmaron que el flujo de aire vertical en comparación con el flujo de aire horizontal fue más efectivo al reducir la resistencia aerodinámica con un flujo de aire y una transpiración mejorados, lo que previno la quemazón en las puntas de la lechuga”.
Algunos de los resultados determinados por Kacira y su equipo se han presentado a las partes interesadas de OptimIA y a los miembros de la industria de CEA a través de seminarios, seminarios web y publicaciones comerciales y de investigación. Kacira continuará utilizando simulaciones por computadora, modelos y estudios experimentales para diseñar y probar métodos de distribución de aire localizados, monitoreo ambiental y estrategias de control más efectivos para granjas verticales de interior.
Técnicas de producción para la prevención de tipburn
Chieri Kubota, quien es miembro del equipo de OptimIA y profesor y director del Centro de Agricultura de Ambiente Controlado de Ohio en la Universidad Estatal de Ohio, y el estudiante de posgrado John Ertle estudiaron varias técnicas para prevenir o prevenir las quemaduras en las puntas. Estas técnicas tienen aplicación en cultivos de lechuga producidos en fincas bajo techo e invernaderos.
“Los productores pueden reducir la intensidad de la luz al final del ciclo de producción para mitigar el riesgo de quemaduras en las puntas”, dijo Kubota. “Si los productores quieren reducir la quema de puntas y pueden tolerar rendimientos reducidos, pueden reducir la intensidad de la luz hacia el final del ciclo de producción.
“Por ejemplo, cuando la integral de luz diaria (DLI, por sus siglas en inglés) se redujo en un 50 % durante los últimos 12 días de producción (de 28 días), la incidencia de la quemadura de punta puede reducirse en gran medida para los cultivares sensibles a las condiciones que inducen la quemadura de punta. Sin embargo, este enfoque reduce el rendimiento y probablemente la calidad de la lechuga, al tiempo que reduce la pérdida por quemadura de punta. Por lo tanto, la eficacia de este enfoque depende de los cultivares y sus condiciones de crecimiento. Se necesita más investigación para refinar este enfoque”.
Otra técnica que los productores pueden usar para prevenir la quema de puntas es dejar de cultivar lechuga antes de que entre en la semana y media final del período de crecimiento de 6 semanas. Esto es lo que muchos cultivadores están haciendo porque no pueden correr el riesgo de que se produzcan quemaduras en las puntas. Las plantas se están cosechando en esta etapa joven.
Entre las técnicas que examinaron Kubota y Ertle, encontraron que la más efectiva para prevenir las quemaduras en las puntas era usar ventiladores de flujo de aire vertical. Esta técnica fue descubierta originalmente por un grupo de investigación de la Universidad de Tokio en la década de 1990 e implementada en cultivos hidropónicos de invernadero en la Universidad de Cornell.
“Confirmamos que cuando el flujo de aire vertical se aplica en condiciones que favorecen en gran medida la inducción de quemaduras en las puntas, las quemaduras en las puntas se pueden prevenir de manera muy efectiva”, dijo Kubota. “Creamos un entorno basado en nuestro conocimiento previo que siempre provoca tipburn. Confirmamos que el uso de ventiladores de flujo de aire vertical reduce la quema de puntas”.
Para más: Murat Kacira, Universidad de Arizona, Centro de Agricultura de Ambiente Controlado; [email protected]; http://ceac.arizona.edu/.
Chieri Kubota, Universidad Estatal de Ohio, Departamento de Horticultura y Ciencia de Cultivos; [email protected]; https://hcs.osu.edu/our-people/dr-chieri-kubota; https://ohceac.osu.edu/. OptimIA, https://www.scri-optimia.org/.
Este artículo es propiedad de Urban Ag News y fue escrito por David Kuack, un escritor técnico independiente en Fort Worth, Texas.
OptimIA en Cultivate’23
Si vas a asistir a la de este año Cultivar’23, del 15 al 18 de julio en Columbus, Ohio, tendrá la oportunidad de escuchar a los investigadores de OptimiA, incluidos Murat Kacira y Chieri Kubota, discutir algunos de los hallazgos de su investigación. Hablarán durante la Fundamentos de la producción hidropónica: un simposio próspero el sábado 15 de julio de 8 a 11 am