Aqu @teach: Sistemas de control de invernadero
Los sistemas de control incluyen los de iluminación, calefacción, refrigeración, humedad relativa y enriquecimiento de dióxido de carbono. Aunque es útil tener un ambiente totalmente controlado, el cultivo acuapónico también puede prosperar sin él, o con sólo algunos de los parámetros controlados.
Luz
La máxima transmisión de luz, de la cantidad y calidad adecuadas (PAR, 400-700 nm), es crucial para una fotosíntesis, crecimiento y rendimiento óptimos. Si hay demasiada luz en el verano, se puede rociar pintura de sombra o lavado blanco en el exterior del invernadero. Esto se desvanecerá al final de la temporada de crecimiento o se puede lavar. Los paños externos de tela de diferentes grados de tamaño de malla para excluir cantidades específicas de luz (por ejemplo, 30%, 40%, 50% de sombra) pueden colocarse en el exterior del invernadero o colgarse dentro de él. Si hay muy poca luz durante el invierno, las cubiertas reflectantes blancas del suelo pueden aumentar significativamente los niveles de luz del dosel de la planta (Rorabaugh 2015).
Las luces artificiales se pueden utilizar para extender la temporada de crecimiento invernal. Se utilizan varias tecnologías de luz diferentes en invernaderos, pero el tipo más común son los diodos emisores de luz (LED). A diferencia de todos los demás sistemas de iluminación artificial, los LEDs no contienen vidrio o componentes gaseosos: todos los componentes son de estado sólido. Por lo tanto, son menos frágiles que otros tipos de lámparas y pueden ubicarse en lugares donde otras lámparas pueden dañarse y plantear un riesgo para la salud y la seguridad. Sin embargo, un posible impacto negativo del uso de iluminación LED en invernaderos es la falta de calor radiativo que producen, lo que reduce el ahorro energético general, ya que existe una mayor demanda de calefacción (Davis 2015).
Los LEDs ahora están disponibles con casi cualquier longitud de onda entre 200 y 4000 nm. Las ventajas de los LEDs son (i) su alta eficiencia (salida de energía luz/energía eléctrica) en comparación con otras fuentes de iluminación; (ii) que la luz emitida es direccional, lo que reduce la cantidad de luz perdida y asegura que la cantidad máxima de luz llegue al cultivo; y (iii) que el espectro general puede modificarse para diferentes aplicaciones cambiando el número y los colores de los LEDs instalados en una unidad de iluminación. Los LEDs proporcionan así el potencial de optimización de los tratamientos de luz que permiten mejorar las cualidades específicas de las plantas o controlar la morfología y el tiempo de floración de las plantas. Para producir plantas sanas, se requiere luz roja y azul. La luz roja se usa más eficazmente para impulsar la fotosíntesis, pero las plantas generalmente crecen más eficazmente cuando alguna luz azul está contenida dentro del espectro de luz, ya que ayuda a promover la absorción de CO2 promotora de estomas. Sin embargo, las respuestas estomatales a la luz difieren entre las especies, por lo que no todas las especies se beneficiarán igualmente después de la adición de luz azul. En la lechuga, por ejemplo, se ha comprobado que las tasas de crecimiento disminuyen a medida que aumenta la luz azul (Davis 2015).
Hay casos en los que los colores adicionales de la luz pueden proporcionar beneficios adicionales. Se ha demostrado que la inclusión de luz verde aumenta la acumulación de biomasa de peso fresco y seco en las plantas de lechuga cuando la luz verde reemplaza parte de la luz azul o roja en la mezcla. La luz verde también puede penetrar más profundamente en el dosel de la planta y, por lo tanto, impulsar más fotosíntesis. La luz roja lejana es importante para el desarrollo y el rendimiento de la planta durante toda la vida útil de un cultivo. Aunque puede inhibir la germinación de las semillas de lechuga, puede, sin embargo, aumentar el área foliar, permitiendo potencialmente una mayor captura de luz y tasas de crecimiento. Durante las etapas posteriores del desarrollo del cultivo, por otro lado, causará estiramiento y atornillado. El área en la que la luz roja lejana puede ser utilizada para el mayor efecto es para controlar el tiempo de floración (Davis 2015).
Los LEDs también brindan la oportunidad de iluminar los cultivos de maneras no tradicionales. Los LEDs son fuentes de luz frías y, como tales, se pueden colocar cerca de cultivos o dentro de un dosel para iluminar hojas que normalmente recibirían poca luz natural o suplementaria. Al agregar luz a las hojas normalmente en la región sombreada del dosel, las plantas son capaces de usar la luz de manera más eficiente. Esto significa que el «entrelazado» tiene el potencial de aumentar los rendimientos más que la misma cantidad de luz añadida en la parte superior del dosel. Se ha encontrado que la luz azul entrelazada tiene resultados mixtos en los rendimientos de plantas de pepino y tomates (Davis 2015).
La manipulación espectral también se puede usar para mejorar la pigmentación. La luz azul es importante para impulsar la síntesis de antocianina, que es uno de los tipos de compuestos que causa la pigmentación roja. La luz también es importante para regular la biosíntesis de muchos de los compuestos que funcionan para alterar directamente el sabor y aroma de hojas, frutas y flores. La exposición a la luz UVB se ha relacionado con el aumento del contenido de aceite y volátiles en diversas especies de hierbas, como el bálsamo de limón y la albahaca (Davis 2015).
En la mayoría de las investigaciones, la influencia de la calidad de la luz sobre la calidad del cultivo se considera durante el período de crecimiento del cultivo, pero más recientemente también se ha considerado el efecto de los tratamientos ligeros posteriores a la cosecha. Los tratamientos posteriores a la cosecha ofrecen el potencial de mejorar las cualidades de los cultivos durante el transporte para retrasar el inicio de la senescencia, lo que prolonga la vida útil. Se encontró que la exposición a dos horas de luz roja de baja intensidad retrasaba la senescencia de las hojas de albahaca durante dos días durante el almacenamiento a 20 C en la oscuridad (Davis 2015).
Por lo tanto, la reacción de las plantas a varios colores del espectro de luz puede utilizarse para manipular plantas para satisfacer diferentes necesidades, entre ellas las siguientes:
La luz ultravioleta se puede utilizar para acortar los internudos
La luz azul y ultravioleta se puede utilizar para aumentar la tolerancia al estrés de la planta antes del trasplante
La luz azul se puede utilizar para estimular el crecimiento vegetativo y evitar que las plantas de día más corto florezcan durante sus etapas de propagación
La luz roja se puede utilizar para inducir la floración y alargar los entrenudos para producir plantas con tallos más largos y flores más grandes
La luz roja lejana se puede utilizar para controlar el fotoperiodismo de las plantas
Los medidores de Lux son ampliamente utilizados en horticultura para medir la intensidad de las lámparas de sodio de alta presión (HPS). Los medidores de Lux han sido diseñados para tener la misma sensibilidad a diferentes regiones del espectro electromagnético que el ojo humano, que es más sensible a la luz verde. Sin embargo, para muchas de las lámparas LED hortícolas, especialmente aquellas con LEDs predominantemente rojos y azules, los espectros de emisión caen en regiones donde los contadores de lux son relativamente insensibles, y proporcionan estimaciones muy bajas incluso cuando la intensidad real de estos espectros es alta. La medición de luz más adecuada para su uso con plantas es la irradiancia de fotones PAR (también llamada densidad de flujo de fotones fotosintéticos, PDFD). La fotoirradiancia PAR indica el número de fotones que se producen en una superficie medida en micromoles por metro cuadrado por segundo (µmol m-2 s-1 ). Debido a que la fotosíntesis se mide en unidades similares (µmol\ [CO2] m-2 s-1 ), el uso de la irradiancia de fotones PAR permite comparaciones directas entre la cantidad de luz y la cantidad de fotosíntesis a realizar (Davis 2015).
Figura 13: Creciendo bajo luz UV < https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Aquaponics#/media/File:Light_on_Aquaponics.jpg >
Temperatura y humedad
Los dispositivos de calefacción mantendrán la temperatura dentro del rango óptimo durante los períodos de clima frío. El material aislante (cortinas de tela o película) se puede colocar encima del cultivo o cerca del techo para retener el calor cerca del cultivo. El material aislante utilizado durante la noche puede ser el mismo que el material utilizado para sombrear durante el día (Rorabaugh 2015).
Las altas temperaturas pueden ser perjudiciales para el crecimiento de las plantas, especialmente si hay poca disponibilidad de luz. Las altas temperaturas pueden causar problemas tales como tallos delgados y débiles, tamaño reducido de las flores, floración retardada y/o pobre polinización/fertilización y set de frutas, y aborto de flores y brotes o frutas. Los sistemas de ventilación pasiva incluyen paños de sombra o pintura de sombra o lavado blanco que, además de regular la intensidad de la luz, también pueden ayudar a enfriar el invernadero. Las rejillas de ventilación en el techo de un invernadero permiten que el aire interior caliente escape. El área de los respiraderos debe ser del 25% del área del piso. Las paredes laterales enrollables se pueden utilizar en invernaderos de acristalamiento flexible (película de polietileno) para permitir un flujo natural de aire horizontal sobre las plantas. Al igual que con los respiraderos de cresta, el área de los respiraderos de la pared lateral debe ser del 25% del área del piso. Las almohadillas refrigeradas por agua en la parte superior de las torres de refrigeración se pueden utilizar para enfriar el aire circundante que luego cae, desplazando así el aire más caliente debajo. Los diseños recientes de invernadero pueden incluir un techo que se retrae por completo para una ventilación natural. Esto permite que las plantas cultivadas en invernadero se adapten a las condiciones exteriores (Rorabaugh 2015).
Los sistemas de enfriamiento activo implican el «enfriamiento por evaporación» del ventilador y la almohadilla, donde el aire del exterior se extrae a través de almohadillas porosas y húmedas (generalmente papel de celulosa). El calor del aire entrante evapora el agua de las almohadillas, enfriando así el aire. El enfriamiento evaporativo también ayudará a aumentar la humedad relativa en el invernadero. Alternativamente, los sistemas de niebla también utilizan refrigeración por evaporación, pero incorporan una dispersión de gotas de agua que se evaporan y extraen calor del aire. Este sistema proporciona una mejor uniformidad ya que el empañamiento se distribuye por todo el invernadero, y no sólo cerca de un extremo de la almohadilla como ocurre con el ventilador y el sistema de almohadilla. Cuanto menor sea el tamaño de la gota, más rápido se evapora cada gota y, por lo tanto, más rápido será la velocidad de enfriamiento. La humedad relativa puede aumentarse ejecutando las almohadillas de enfriamiento o empañando, y puede reducirse con calentadores o simplemente con ventilación (Rorabaugh 2015).
Dióxido de carbono (CO2)
La tasa de fotosíntesis depende de la disponibilidad de dióxido de carbono. La ventilación puede proporcionar suficiente CO2 durante la primavera, el verano y el otoño, pero en invierno, o en cualquier momento en climas fríos, dará lugar a que el aire frío se introduzca en el invernadero. Entonces se necesitará calefacción para mantener la temperatura adecuada, que puede volverse antieconómica. Por lo tanto, la generación de CO2 es una forma eficaz de aumentar los niveles en el invernadero durante el invierno o en climas fríos. Los generadores de CO2 pueden quemar varios tipos de combustible, incluyendo gas natural (más económico) o propano. Los generadores de llama abierta también producen calor y vapor de agua como subproductos. Por lo tanto, los cultivadores hidropónicos a veces utilizan generadores de CO2 en invierno, cuando la producción de calor adicional es bienvenida, y embotellan CO2 y dosificadores en verano, ya que no producen calor ni humedad adicionales. Dado que el CO2 es liberado por las plantas a través de la respiración por la noche, no es raro que los niveles se acumulen hasta entre 0,045% y 0,070% en la sala de cultivo por la mañana. Configurar el temporizador para que comience a dosificar CO2 una hora después de que se enciendan las luces, con la última dosis una hora antes de que se apaguen las luces, es la forma más económica de proporcionar CO2 suplementario. Para mantener el CO2 en niveles óptimos, es mejor dosificar durante períodos cortos de tiempo a volúmenes más altos que dosificar durante períodos de tiempo más largos a volúmenes bajos. (Rorabaugh 2015). En acuapónica, los tanques de peces están a menudo en la misma habitación que el componente hidropónico. La respiración de los peces eleva los niveles de CO2 del agua del sistema, y CO2 también entra en la atmósfera. Por lo tanto, las entradas adicionales de CO2 no son necesarias o son muy bajas (Körner et al. 2014).
Circulación de aire
Una razón para tener un invernadero es crear un «ambiente controlado» para todas las plantas. Sin embargo, especialmente en los momentos en que los sistemas de calefacción y refrigeración no están en funcionamiento, pueden desarrollarse bolsas de alta o baja temperatura, humedad relativa o dióxido de carbono que pueden ser menos que óptimas para el crecimiento de plantas o para el desarrollo de flores/frutos. Los ventiladores de flujo de aire horizontal (HAF) se pueden colocar en las vigas del invernadero para hacer circular el aire por encima del cultivo. Esto ayuda a minimizar las bolsas de aire caliente o frío y alta o baja humedad o dióxido de carbono. Los ventiladores HAF se pueden utilizar junto con sistemas de calefacción de aire caliente para hacer circular aire caliente por todo el invernadero (Rorabaugh 2015).
Sistemas de control ambiental
Los sistemas de control ambiental pueden ser muy simples o muy complejos. Los sistemas más simples implican enrollar manualmente una ventilación lateral, abrir una abertura de techo o una puerta, o encender un calentador o enfriador. Los controladores simples funcionan desde un termostato en el invernadero y configuran automáticamente los rangos de temperatura diurna y nocturna, abren y cierran los respiraderos y encienden o apagan los calentadores y los refrigeradores. Los controladores de paso también controlarán automáticamente 1 o 2 etapas de calentamiento, dependiendo del número de calentadores, y controlarán varias etapas de enfriamiento utilizando ventiladores y bombas para mojar las almohadillas. Los sistemas de control ambiental más complejos utilizan computadoras sofisticadas que operan desde un sensor de temperatura en el invernadero y establecen automáticamente los rangos de temperatura diurna y nocturna, controlan equipos de calefacción incluyendo calderas, calefacción de zonas radicales, cortinas de retención de calor, etc., controlan otros equipos incluyendo ventiladores HAF, ventiladores de escape, ventiladores de ventilación, bombas de almohadilla, sistemas de niebla, etc., controlan la humedad relativa y controlan cortinas de sombra e iluminación artificial dependiendo de las necesidades de luz. Las computadoras sofisticadas también pueden monitorear una estación meteorológica externa y utilizar los datos recopilados (luz, temperatura, humedad relativa, lluvia y viento) para controlar las condiciones internas en el invernadero. También pueden operar el sistema de fertilizantes utilizando automáticamente la cantidad de luz (por ejemplo, X ml de solución/Y cantidad de luz), y controlando el momento del riego, la duración del riego, el pH de la solución nutritiva y EC, y la nebulización (Rorabaugh 2015).
*Copyright © Socios del Proyecto Aqu @teach. Aqu @teach es una asociación estratégica Erasmus+ en educación superior (2017-2020) dirigida por la Universidad de Greenwich, en colaboración con la Universidad de Ciencias Aplicadas de Zúrich (Suiza), la Universidad Técnica de Madrid (España), la Universidad de Liubliana y el Centro Biotécnico Naklo (Eslovenia) . *