Investigadores de la Universidad Estatal de Michigan han utilizado el Laboratorio de Iluminación de Ambiente Controlado para estudiar los efectos de diferentes colores de luz en el crecimiento de las verduras de hoja verde. Foto cortesía de Erik Runkle, Michigan. Calle. Universidad
Los investigadores de OptimIA están estudiando el impacto que la luz y su interacción con otros parámetros ambientales pueden tener en la producción de verduras de hojas verdes en interiores.
Cuando los miembros del proyecto OptimIA se pusieron en contacto con los miembros de la industria de agricultura de ambiente controlado acerca de sus preocupaciones sobre el ambiente de crecimiento, la luz estaba en la parte superior de la lista. Los objetivos del proyecto OptimIA se basaron en los comentarios de representantes de granjas de interior, productores y fabricantes de iluminación relacionados con la producción de cultivos alimentarios.
“La iluminación es uno de los costos más grandes no solo para comprar los accesorios, sino también para operarlos”, dijo Erik Runkle, profesor de horticultura en la Universidad Estatal de Michigan y director del proyecto OptimIA. “El funcionamiento de los accesorios de iluminación es un gran sumidero de electricidad y, por lo tanto, un costo operativo importante. Otro gran costo operativo para las granjas de interior es el aire acondicionado, pero por lo general no es tan grande como la iluminación.
“Observando algunos de los otros problemas de control ambiental que las granjas de interior han tenido en el pasado, la humedad excesivamente alta fue causada por sistemas HVAC inadecuados. La humedad y la temperatura están estrechamente relacionadas porque la temperatura influye en la cantidad de humedad que puede contener el aire. Pensamos que si estudiamos la humedad también deberíamos estudiar la temperatura. La temperatura dicta la tasa de desarrollo de las plantas”.
Runkle dijo que el dióxido de carbono se agrega a la mezcla ambiental cuando se observa la intensidad de la luz.
“El beneficio del dióxido de carbono aumenta a medida que aumenta la luz entregada a las plantas”, dijo. “Al principio, cuando comenzamos este proyecto, estábamos entregando lo que los estándares actuales consideran intensidades de luz relativamente bajas, por lo que el valor de agregar dióxido de carbono adicional era mínimo.
“Las granjas de interior ofrecen cada vez más intensidades de luz, en cuyo caso el dióxido de carbono se vuelve más importante. Sabíamos que el dióxido de carbono es uno de los factores a considerar con las granjas de interior, pero no se consideró uno de los principales factores como la luz, la temperatura y la humedad relativa”.
Repartir los proyectos de investigación
Antes de recibir $2,4 millones en fondos del USDA en septiembre de 2019 para el proyecto OptimIA, Runkle había iniciado el Laboratorio de iluminación de ambiente controlado en el estado de Michigan.
“El laboratorio es una instalación única que tiene capacidades que pocos investigadores tenían en ese momento”, dijo. “Teniendo acceso al laboratorio, tenía sentido para mí centrarme en la calidad de la luz o los diferentes colores de la luz y cómo afectan el crecimiento. Mucho de lo que cada miembro del equipo centró en su investigación de proyecto fue impuesto por su experiencia en el tema y si tenían las instalaciones para llevar a cabo la investigación.
“Desarrollar estas instalaciones de investigación es bastante costoso y, por lo general, con este tipo de propuestas de investigación, los grandes presupuestos para equipos no se revisan favorablemente. Los miembros del equipo de OptimIA pensaron que, en lugar de solicitar un gran presupuesto para equipos, determinaríamos quién tenía el equipo y las instalaciones para realizar estudios de iluminación. Además, observamos quién tenía experiencia en investigación anterior, por lo que tenía sentido que realizaran los diversos estudios ambientales”.
La luz fue el único factor ambiental en el que se centraron los investigadores de OptimIA. Todos los miembros del equipo de OptimIA, además de sus economistas agrícolas, han realizado algún tipo de investigación de manipulación ligera.
Estudiar diferentes aspectos de la luz.
Las tres áreas principales de estudio de la luz fueron: 1. intensidad de la luz o el brillo de la luz; 2. los diferentes colores de la luz, principalmente luz azul, luz roja lejana y luz ultravioleta (UV), y 3. la uniformidad de la luz, que a menudo es una dimensión de la luz que se pasa por alto.
“El brillo, los colores y la cantidad de horas que funcionan las lámparas por día suelen ser el foco de la investigación de la luz”, dijo Runkle. “A menudo se pasa por alto la uniformidad de la distribución de la luz, pero hemos visto que la uniformidad puede ser un problema en las granjas de interior.
“Para el investigador de OptimIA Cary Mitchell en la Universidad de Purdue, uno de los puntos focales de su investigación es la ubicación de las lámparas para tratar de reducir la cantidad de luz que se derrama en áreas donde no hay plantas. Hay luz que llega al objetivo dentro de un cultivo, pero también hay luz que se esparce más allá de donde se encuentran las plantas. Esta es luz que se desperdicia porque no llega a las plantas. Tratar de entregar la mayor cantidad de luz de las luminarias a las plantas puede mejorar la eficiencia porque la luz llega a las plantas y no se desperdicia”.
La relación entre los parámetros ambientales
El investigador de OptimIA Roberto López, profesor asociado de horticultura en el estado de Michigan, está estudiando la interacción de la luz, la temperatura y el dióxido de carbono en la producción de verduras de hoja verde.
“La investigación previa entre estos parámetros ambientales se había realizado en invernaderos”, dijo López. “Estamos utilizando cámaras de crecimiento sin cita previa para proporcionar más control sobre el entorno de luz. A diferencia de un invernadero, no hay luz solar en las granjas de interior que pueda afectar los resultados.
“Queríamos ver cómo el dióxido de carbono y la temperatura interactúan con la luz. Los estudios de luz y temperatura se pueden realizar en un invernadero, pero los estudios de dióxido de carbono serán un desafío. Poder hacer los estudios en interiores lo hace más factible”.
Antes del inicio de sus estudios OptimIA, López usaba LED de luz blanca atenuable en las cámaras de crecimiento.
“Signify nos proporcionó dispositivos de iluminación LED regulables que nos permiten manipular el espectro”, dijo. “Con las nuevas luminarias, no solo podemos ofrecer luz blanca, sino que también podemos cambiar el espectro siempre que lo necesitemos durante el ciclo de crecimiento.
“En algunos de nuestros estudios posteriores, hemos estado analizando la manipulación del color del follaje con el espectro. Esto nos permite comenzar a cultivar las plantas con luz blanca y, hacia el final del ciclo de producción, podemos cambiar el espectro de luz para manipular potencialmente el color del follaje o aumentar la cantidad de antocianina y otros compuestos nutricionales”.
Impacto de la intensidad de la luz
López dijo que el impacto de la intensidad de la luz en la producción de lechuga parece depender del cultivar.
“Con algunos cultivares de lechuga encontramos que 150 micromoles de luz son suficientes y con otros tuvimos que aumentar el nivel de luz a 300 micromoles para lograr un aumento en el rendimiento”, dijo. “Con otros cultivares encontramos que al duplicar la cantidad de luz no hay un beneficio económico para aumentar la intensidad de la luz. No valía la pena aumentar la intensidad de la luz en términos del rendimiento que pudimos lograr, al menos cuando nos basamos en nuestras suposiciones económicas”.
López dijo que algunos cultivadores de hortalizas de hojas verdes en interiores están aumentando los niveles de intensidad de la luz a 600 micromoles.
“¿Es necesario ese nivel de luz? En nuestra opinión, no”, dijo. “No tiene sentido porque en algún momento las plantas se saturan de luz y los productores están perdiendo el dinero. Es posible que las plantas no utilicen la luz si los otros parámetros ambientales no se ajustan en consecuencia.
Y económicamente no tiene sentido. Para lograr estos niveles de luz se requieren más dispositivos de iluminación y hay mayores costos de electricidad”.
Impacto del color de la luz
Los resultados de los estudios de OptimIA han confirmado la importancia de la luz azul en el crecimiento de las plantas.
“La luz azul tiene un fuerte efecto en la inhibición del tamaño de las hojas, lo que significa que las plantas son más pequeñas en comparación con las plantas que crecen bajo intensidades más bajas de luz azul”, dijo Runkle. “La luz azul también controla la coloración de las hojas, así como otros atributos de calidad, incluida la densidad de nutrientes y quizás el sabor.
“Los investigadores de OptimIA no fueron los únicos en descubrir los efectos de la luz azul, pero nos basamos en otras investigaciones sobre la luz azul para aprender qué tan importante es y qué hacen las diferentes intensidades de la luz azul en los cultivos de hojas verdes”.
Runkle dijo que el espectro de luz o el color de la luz es más importante en las granjas de interior que en los invernaderos.
“En un invernadero hay luz solar y la capacidad de cambiar el espectro está influenciada por la cantidad de luz solar que ingresa al invernadero”, dijo. “Durante el invierno, cuando la iluminación suplementaria se usa más en los invernaderos, es cuando la iluminación es más valiosa y la capacidad del espectro para influir en el crecimiento de las plantas también es mayor. Debido a que la luz azul tiene un efecto tan fuerte en la forma de las plantas, el porcentaje de luz azul elegido para una granja de interior puede ser una decisión mucho más importante que el porcentaje de luz azul en un invernadero”.
Runkle dijo que aún no se sabe si la luz roja lejana es necesaria o no en las granjas de interior.
“La luz roja lejana es similar a la luz azul y la cantidad de luz que se debe dar a las plantas”, dijo. “La luz azul y la luz roja lejana actúan antagónicamente. La luz roja lejana aumenta la expansión de las hojas, lo que a menudo conduce a un mayor crecimiento porque las plantas pueden interceptar más luz. Este aumento del crecimiento se ve contrarrestado en cierta medida por una disminución de la calidad. Las plantas expuestas a la luz roja lejana generalmente producen hojas de color verde más claro o la textura de la hoja se ve afectada, incluidas hojas más delgadas y hojas que no son tan crujientes o firmes.
“La aplicación de luz roja lejana puede generar compensaciones entre maximizar la biomasa y la calidad de la planta. Por lo general, existen compensaciones entre el índice de cosecha o lo que se puede cosechar y la calidad de esa cosecha”.
Veredicto aún fuera de la luz ultravioleta
No se han realizado muchas investigaciones con luz ultravioleta en la producción de verduras de hojas verdes en interiores.
“Hay varias razones por las que no se han realizado investigaciones con luz ultravioleta”, dijo Runkle. “Los LED que emiten luz ultravioleta no son muy eficientes y, por lo general, no tienen una vida útil muy larga.
“Hemos realizado algunos estudios que analizan la eficacia del uso de luz UV-A en comparación con la luz azul. Encontramos que la luz azul y la luz UV-A son igualmente efectivas en términos de respuestas de las plantas. Pero la luz azul es mucho más barata de entregar. Los LED de luz azul son más baratos y duran mucho más. Si se puede lograr la misma respuesta con los LED de luz azul que con los LED UV-A, al menos en nuestra investigación no hemos visto ninguna razón para incluir la luz UV-A”.
Relación entre la luz y el dióxido de carbono
El nivel de dióxido de carbono ambiental es de aproximadamente 400 partes por millón (ppm). Lopez hizo estudios con plantas de suplementos de lechuga a 400, 800 y 1,200 ppm.
“Al pasar de 400 ppm a 800 ppm hubo un aumento en el rendimiento”, dijo. “Al pasar por encima de 800 ppm no hubo un aumento apreciable. Definitivamente hay un límite y más allá de 800 ppm, tampoco hubo ningún beneficio económico.
“Siempre que alguno de estos tres factores ambientales sea limitante, un productor podría proporcionar niveles óptimos de luz y la temperatura óptima, pero si el dióxido de carbono es limitante, en última instancia, la fotosíntesis es limitada, lo que afecta el rendimiento de los cultivos. Es importante medir, monitorear y controlar los tres parámetros. En un invernadero es un desafío hacer esto. Con una granja interior es posible tener mucho más control sobre estos parámetros ambientales”.
Para más: Erik Runkle, Universidad Estatal de Michigan, Departamento de Horticultura; run[email protected]; https://www.canr.msu.edu/people/dr_erik_runkle.
Roberto López, Universidad Estatal de Michigan, Departamento de Horticultura; [email protected]; https://www.canr.msu.edu/people/dr_roberto_lopez?profileDisplayContent=contactInfo.
Este artículo es propiedad de Urban Ag News y fue escrito por David Kuack, un escritor técnico independiente en Fort Worth, Texas.