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Las oportunidades tecnológicas en materiales plásticos para la cubierta de invernaderos pasan por el desarrollo y utilización de nuevas cubiertas que permitan una mayor productividad y un mejor control del clima

Oportunidades tecnológicas en la agricultura bajo plástico

21 de julio de 2009

Oportunidades, amenazas y retos

La agricultura bajo plástico en España se enfrenta a una serie de oportunidades:

• Nuevos mercados, como los que se abren con la ampliación de la Unión Europea.

• La evolución de los hábitos de consumo de vegetales hacia productos más elaborados o específicos para determinados segmentos de población: consumidores vegetarianos, productos étnicos, etc.

• La utilización de invernaderos plásticos para nuevas aplicaciones, como pueden ser la acuicultura, la producción de energía o la desalación de agua.

• La obtención de ingresos suplementarios por los bonos de captación de CO2.

Las amenazas que acechan son:

• La desaparición de barreras proteccionistas del mercado a principios de la próxima década.

• La competencia de países con menores costes de mano de obra, como pueden ser Marruecos o Turquía.

Los retos pendientes son:

• La sostenibilidad medioambiental, que conlleva la necesidad de reducir los consumos de energía y agua y la generación de residuos, así como de aumentar el uso de recursos renovables: energía eólica, solar, geotérmica, biomasa, etc.

• La sostenibilidad social, con la consecuente necesidad de mejorar las condiciones laborales de los trabajadores de los invernaderos.

A todos ellos se puede responder mediante desarrollos tecnológicos que permitan mejorar la cantidad, calidad y época de producción de las cosechas con menor uso de energía y agua no renovables, menores necesidades de agroquímicos y de mano de obra no cualificada. Estas tecnologías se pueden clasificar en tres grupos:

• Nuevos materiales para cubiertas, estructuras y sustratos.

• Sistemas electro-mecánicos para automatización de tareas, mejora de la climatización (calor, frío, fertilización carbónica, iluminación artificial) y fertirrigación.

• Sistemas biológicos auxiliares para polinización y lucha integrada.

Nuevos materiales: la cubierta

Las oportunidades tecnológicas en materiales plásticos para la cubierta de invernaderos pasan por el desarrollo y utilización de nuevas cubiertas que permitan una mayor productividad y un mejor control del clima del invernadero para poder obtener las cosechas en las épocas más ventajosas económicamente (precocidad, producción tardía, calidad, etc.) Así mismo, será necesario que los materiales de cubierta se adapten a los nuevos desarrollos que se están produciendo en estructuras (invernaderos con cubierta móvil) o en sistemas de cultivo (producción integrada).

Existen diversos tipos de filmes:

· Filmes con bloqueo ultravioleta (UV) (antiplagas): Este tipo de filmes fotoselectivos protegen los cultivos de diferentes enfermedades y plagas, por lo que se conocen como filmes antiplagas, antivirus o antibotrytis, lo que permite una menor utilización de pesticidas químicos. Hasta ahora su uso ha estado limitado debido a la percepción por parte de los usuarios de que pueden interferir en la actividad de los polinizadores. Dado que estudios recientes han demostrado que esta interferencia no existe o es fácilmente evitable, es probable que su uso se extienda en los próximos años. Habrá que estudiar también el efecto que este tipo de cubiertas tiene sobre la actividad de la fauna auxiliar en los invernaderos que realizan lucha integrada.

· Filmes con bloqueo en el infrarrojo cercano (Near Infrared Radiation, NIR) (antitérmicos): Son también filmes fotoselectivos que bloquean, en este caso, la radiación infrarroja cercana al visible del espectro solar, evitando el sobrecalentamiento diurno del invernadero y permitiendo cultivos en zonas tropicales o desérticas o en épocas calurosas en otras zonas, donde eran antieconómicos con otras tecnologías. Este tipo de cubiertas será sin duda un buen complemento a otras técnicas de refrigeración, como el encalado, la nebulización, etc. Será necesario desarrollar cubiertas específicas para diferentes climas y cultivos, ya que tanto el bloqueo NIR como la reducción en la transmisión PAR (Photosynthetic Active Radiation, 400-700 nanómetros) que a veces lleva asociada, deben ser ajustadas a las condiciones climáticas locales.

· Filmes fluorescentes: Modifican la calidad de la luz solar, en cuanto a su distribución espectral, en la parte ultravioleta y visible del espectro, absorbiendo longitudes de onda poco útiles para la planta (ultravioleta y verde) y emitiéndola en otras más aprovechables para la fotosíntesis (azul y roja), con lo que se conseguirían aumentos de producción y mejora de la calidad de la cosecha. Hasta ahora se ha observado que los efectos de este tipo de cubiertas no son universales sobre todos los cultivos, sino que tanto la producción como la morfología de los cultivos (longitud de tallo, número de flores, etc.) dependen del cultivo, incluso de la variedad cultivada. Por tanto, será necesario más esfuerzo de desarrollo y adaptación de las características de emisión de estas cubiertas a cultivos y zonas específicos.

Filmes ultratérmicos: Presentan una opacidad excepcional a la parte infrarroja del espectro de emisión de la tierra, manteniendo la temperatura del invernadero durante la noche y permitiendo ahorros importantes (10-30%) en el uso de la calefacción. Permiten, por tanto, cultivos en zonas frías, donde con otros materiales de cubierta no serían rentables; es previsible que su uso se vaya incrementando a medida que sus características vayan siendo conocidas por los agricultores y que se extienda el uso de la calefacción en los invernaderos españoles. En general, los materiales para cubierta de invernadero, tanto filmes como placas rígidas y mallas, están sujetos a la degradación de sus propiedades debido a los factores ambientales (luz, calor, pesticidas, etc.), por lo que es necesario evaluar y, en lo posible, adelantar, sus propiedades en función del tiempo. Esto se realiza por medio de ensayos de envejecimiento natural y acelerado. Los métodos tradicionales de envejecimiento acelerado poseen factores de aceleración reducidos y limitaciones importantes a la hora de reproducir las condiciones reales de campo. El desarrollo de nuevos sistemas experimentales, que permitan acortar estos los tiempos de ensayo, es una necesidad en la industria del sector.

Estructura de los invernaderos

En las estructuras de los invernaderos que se construyen en la actualidad se combinan madera y alambre, en las estructuras más antiguas, y elementos metálicos en las más modernas. Estos materiales satisfacen los requisitos básicos de la aplicación, con costes razonables, por lo que no es previsible que sean desplazados por otros nuevos materiales a corto plazo.

Donde sí puede haber novedades es en los tipos de estructuras utilizadas. Así, la necesidad de mejorar el control climático de los invernaderos llevará probablemente a un mayor uso de estructuras con buena ventilación y que permitan el uso alternativo de varios tipos de cubiertas o de materiales de sombreo —cubiertas móviles, sistemas de apertura total de la cubierta, etc.— y, al mismo tiempo, que mejoren la hermeticidad y el aislamiento térmico en las épocas en las que sea necesaria la climatización artificial o la fertilización carbónica (técnica consistente en enriquecer con CO2 para favorecer la fotosíntesis). La tendencia va por utilizar estructuras con una mejor ventilación, lo que se logra con el aumento de la altura, el incremento del número y la sección de las ventanas, y por la optimización de su colocación y sistema de apertura, así como el uso de elementos deflectores de las corrientes de aire que permitan optimizar las condiciones ambientales a la altura de las plantas. Una herramienta que permite optimizar estos recursos y mejorar el diseño de estructuras es la dinámica computacional de fluidos (Computational Fluid Dynamics, CFD), que cada vez más grupos de investigación y empresas fabricantes de estructuras están utilizando para esta aplicación.

Se detecta una tendencia, aún incipiente, a incrementar el porcentaje de superficie cultivada dentro del invernadero

También se detecta una tendencia, aún incipiente, a incrementar el porcentaje de superficie cultivada dentro del invernadero, ya sea reduciendo pasillos (cultivos en alto), cultivando de forma apilada cuando el cultivo lo permite, aprovechando la superficie/volumen que queda debajo del cultivo principal para realizar otro cultivo (acuicultura), mediante aeroponía (cultivos en aire) o presoponía (plantas sin raíces).

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La necesidad de mejorar el control climático de los invernaderos llevará probablemente a un mayor uso de estructuras con buena ventilación y que permitan el uso alternativo de varios tipos de cubiertas o de materiales de sombreo. Foto: Ove Töpfer.

Los sustratos

Los cultivos en sustrato tienen varias ventajas sobre el cultivo en suelo: reducen la incidencia de enfermedades, facilitan la recogida y recirculación del agua lixiviada y ofrecen un buen rendimiento económico (mayor producción y precocidad). Por el contrario, presentan algunos inconvenientes: mayor coste de instalación, requerimiento de un nivel tecnológico más alto y escasa inercia del sistema.

Otra desventaja que hay que destacar son los residuos de estos sustratos, cuyo reciclado depende del tipo de sustrato, pero que en general es difícil. Los materiales utilizados como sustratos deben tener una serie de características:

• Propiedades físicas, como alta porosidad, retención y disponibilidad de agua y aireación.

• Propiedades químicas: deben estar libres de sustancias tóxicas, como metales pesados, y deben ser químicamente inertes, algo que no cumplen los materiales orgánicos.

• Propiedades biológicas: deben ser de baja biodegradabilidad, algo que cumplen los materiales inorgánicos y los orgánicos con una relación carbono/nitrógeno entre 20 y 40.

La tendencia a incrementar el cultivo sobre sustrato se mantendrá en los próximos años y los materiales fácilmente reciclables irán desplazando a aquellos que no lo son, como la perlita (mineral de origen volcánico formado principalmente por silicatos) o la lana de roca (lana mineral fabricada a partir de rocas basálticas).1 Se están probando diferentes alternativas, que van desde materiales de origen natural como cáscara de arroz, fibra de coco, orujo de uva o Poseidonia oceanica, hasta sintéticos como espumas de poliuretano, aunque ninguna de ellas se ha implantado de forma extensiva hasta el momento. El cultivo hidropónico puro, sin sustrato, también puede ser una alternativa, aunque exige un sistema de control más sofisticado.

Sistemas electromagnéticos: la mecanización

Hay dos lecciones que se pueden trasladar de los procesos de producción industrial a los procesos de producción en invernadero a fin de mejorar la eficiencia y la velocidad de producción, la calidad de los productos y las condiciones de trabajo:

• Los trabajadores se han dotado de herramientas mecánicas para su trabajo o la mano de obra ha sido sustituida por máquinas.

• El producto (coche, televisión o planta) se mueve a través de una cinta transportadora hasta el puesto de trabajo, donde el trabajador tiene una o un número reducido de tareas que ejecutar, en un ambiente limpio y bien organizado.

Existen dos niveles de mecanización que se pueden aplicar a las tareas de un invernadero, que se suelen denominar automatización industrial y robótica o mecanización de alta tecnología, aunque, en la práctica, la frontera entre ellos suele ser difusa. La primera se caracteriza porque:

• Reemplaza a las actividades humanas en tareas simples.

• No tiene mucha flexibilidad en cuanto a las tareas que debe realizar, productos manejables o ambiente en el que se desenvuelve.

• Utiliza pocos sensores.

• No presenta comportamiento «inteligente» (adaptable a distintas situaciones o contingencias).

• Es normalmente un sistema puramente mecánico.

En los invernaderos se pueden encontrar máquinas basadas en soluciones mecánicas capaces de realizar la misma tarea una y otra vez

En los invernaderos se pueden encontrar máquinas basadas en soluciones mecánicas capaces de realizar la misma tarea una y otra vez; máquinas para la siembra, el trasplante, el injerto, la aplicación de pesticidas, clasificación y envasado. La segunda se caracteriza porque:

• Es capaz de realizar más de una tarea y su sistema es reprogramable.

• Es flexible respecto a los productos a manejar o el ambiente en el que se trabaja.

• Usa muchos sensores tecnológicamente más avanzados (tratamiento de imágenes, espectrofotómetros, etc.).

• Presenta comportamiento «inteligente» (adaptable a distintas situaciones o contingencias).

• Está basado en una combinación de mecánica y electrónica.

La robotización o automatización de alta tecnología es prácticamente inexistente en los invernaderos españoles y empieza a aparecer en países más avanzados, como Holanda. El concepto de mover la planta hasta el trabajador, y no al contrario, se utiliza en Holanda desde hace algunos años para plantas cultivadas en maceta y presenta una serie de ventajas:

• Reduce el coste de la mano de obra.

• Optimiza el aprovechamiento del espacio del invernadero.

• Aumenta la eficiencia en el procesado de la cosecha y reduce las emisiones.

• Mejora las condiciones de trabajo (temperatura, humedad, luz), ya que se pueden adaptar a las óptimas para el trabajador.

• Facilita la monitorización y la trazabilidad durante la producción para asegurar la calidad y la seguridad de los productos.

• Facilita la automatización de tareas.

Algunos ejemplos de tareas automatizables son los siguientes:

• Siembra.

• Injerto.

• Trasplante.

• Sistemas de cultivo móviles.

• Aplicación de pesticidas.

• Entutorado (colocación de un sostén a las hortalizas de tallos, trepadores o rastreros, para impedir su contacto con el suelo, favorecer la aireación e iluminación de la planta y las labores de riego, escarda, recolección, etc.).

• Cosechado de plantas de hoja.

• Cosechado de plantas de fruto.

• Cosechado de flores.

• Deshojado.

• Clasificación de hortalizas.

• Clasificación de flores.

• Envasado.

Especialmente las primeras fases del ciclo de cultivo (producción de plantones y trasplante) y las últimas (clasificación y envasado, y en menor medida la cosecha) se pueden mecanizar. Por el contrario, las fases intermedias, de mantenimiento del cultivo, son más difícilmente mecanizables. Normalmente las tareas más sencillas se mecanizan siguiendo los principios de la automatización industrial. Las fases que no son mecanizables requieren alguna habilidad humana especial o, en otras palabras, son difíciles para las personas. Son tareas que exigen el procesado de mucha información sobre el tamaño, forma, color y posición y una coordinación «ojo-mano» rápida y precisa. La mayor parte de las tareas de mantenimiento, así como algunas etapas de la clasificación y envasado, pertenecen a esta categoría.

En el futuro próximo, cabe esperar que la maquinaria existente se mejore para desarrollar su trabajo con mayor velocidad y eficacia. Estos avances se basarán principalmente en los que se produzcan en la automatización industrial. Por otro lado, cabe esperar que una nueva generación de máquinas vaya reemplazando a las personas en tareas cada vez más complejas. La existencia, en fase comercial o de desarrollo, de robots para el injerto, el cosechado de rosas o fresas y el deshojado del tomate anuncian cambios en ese sentido. Sin embargo, este tipo de innovaciones suele demorarse entre cinco y diez años, desde que surge la idea inicial hasta que llega al mercado. Por tanto, no es de esperar un cambio revolucionario en los próximos años, salvo que se den circunstancias no previstas, como una escasez de mano de obra.

La climatización

La utilización de sistemas de climatización activa es aún escasa en España. Sin embargo, estos sistemas permiten manejar el cultivo de forma que se pueda optimizar el rendimiento económico, tanto en cuanto a la obtención de cosechas en épocas de mayor valor como a la mejora de la calidad. En ocasiones, no disponer de calefacción puede suponer la pérdida completa de un cultivo en caso de helada. Los métodos utilizados actualmente para calentar invernaderos suelen estar basados en una fuente energética activa de origen fósil, gasoil o gases licuados del petróleo (propano).

La calefacción puede ser aportada calentando el aire del invernadero o a través de tuberías de agua caliente instaladas a nivel del cultivo. En la calefacción se emplea aire caliente para elevar la temperatura de los invernaderos. La calefacción por aire caliente consiste en hacer pasar aire a través de focos caloríficos y luego impulsarlo dentro de la atmósfera del invernadero. Existen dos sistemas:

• Generadores de combustión directa. Calientan la corriente de aire que se introduce en el invernadero vertiendo en ella los productos de combustión. La mayoría de los modelos utilizados en invernaderos toma del interior el aire para la combustión, aunque otros modelos permiten una entrada de aire exterior para reducir la concentración de CO y CO2. El rendimiento de estos equipos es total (100%), ya que todo el calor se introduce en el invernadero. Por el contrario, sólo pueden utilizarse con propano o gas natural y no con gasóleo, debido a los compuestos azufrados que origina este último.

• Generadores con intercambiador de calor o indirectos. La corriente de aire que se introduce en el invernadero no pasa a través de la cámara de combustión, sino que se calienta en un intercambiador de calor. Los productos de combustión se evacuan al exterior por una chimenea, lo que da lugar a pérdida de energía.

Los generadores de aire caliente pueden instalarse dentro o fuera del invernadero, en cuyo caso hay que conducir el aire caliente

Los generadores de aire caliente pueden instalarse dentro o fuera del invernadero, en cuyo caso hay que conducir el aire caliente. Dentro del invernadero se pueden instalar conductos de chapa o plástico perforados para distribuir el aire homogéneamente, o colocar varios generadores de menor potencia. También se pueden colocar pequeños ventiladores (recirculadores) dentro del invernadero para homogeneizar la temperatura.

Normalmente el combustible empleado es gasoil o propano, y los equipos están dotados de un sistema eléctrico de encendido con accionamiento a través de un termostato. Los sistemas de calefacción por aire caliente tienen las ventajas de su menor inversión económica, mayor versatilidad, rápida respuesta y capacidad de disminuir la humedad ambiental, facilitando el control de enfermedades.

Como inconvenientes pueden citarse los siguientes:

• Proporcionan una deficiente distribución del calor, creando a veces turbulencias internas que ocasionan pérdidas caloríficas (menor inercia térmica y uniformidad).

• Su coste de funcionamiento es elevado y, si se averían, la temperatura desciende rápidamente.

• Su inercia térmica es limitada.

Los sistemas de distribución de calor por agua caliente se basan en tuberías que pueden estar instaladas a nivel del cultivo, enterradas o en las banquetas (soportes sobre los que se asientan los sustratos). Las características del sistema de agua caliente que más destacan, son:

• Al estar el calor aplicado en la base, la temperatura del aire del invernadero es mucho más uniforme en comparación con la calefacción tradicional por tubo caliente colgado del techo.

• Son más eficientes que los sistemas de aire. El consumo de energía es, en general, inferior.

• Los costes de instalación son elevados. Los sistemas de baja temperatura (30 y 40 °C) tienen las siguientes características particulares:

• Son susceptibles de aprovechar el calor residual industrial de cogeneración u otro proceso industrial y energía solar a baja temperatura.

• Se pueden usar materiales económicos como el polietileno en lugar de tuberías más caras de acero o aluminio. En general los sistemas de calefacción de suelo representan un ahorro de energía.

Para producir el agua caliente se emplean habitualmente calderas de gasóleo, propano y, a veces, gas natural, aunque la tendencia es ir sustituyendo los combustibles fósiles por energías renovables. En los invernaderos con mayor grado de tecnificación, tanto las calderas como los generadores de aire caliente pueden ser reemplazados por bombas de calor accionadas con propano o gas natural, más eficientes y capaces, además, de proporcionar refrigeración, si bien sus costes de instalación son notablemente superiores.

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La utilización de sistemas de climatización activa es aún escasa en España, sin embargo, estos sistemas permiten manejar el cultivo de forma que se pueda optimizar el rendimiento económico. Foto: Ove Töpfer.

Pantallas térmicas

Se puede definir una pantalla como un elemento que, extendido a modo de cubierta sobre los cultivos, tiene como principal función proporcionar sombra y/o retener el calor.

El uso de pantallas térmicas consigue incrementos pro ductivos de hasta un 30%, gracias a la capacidad de mantener durante la noche el calor recogido durante el día. Las pantallas también son útiles como doble cubierta que impide el goteo directo de la condensación de agua sobre las plantas en épocas de excesiva humedad. Así las pantallas térmicas se pueden emplear para distintos fines:

• Protección exterior contra:

– el exceso de radiación directa sobre las plantas;

– el exceso de temperatura;

– secundariamente, contra viento, granizo, pájaros, etcétera.

• Protección interior:

– protección térmica, ahorro energético;

– secundariamente, humedad ambiental y condensación.

Existen distintos tipos de pantallas, si bien la mayoría presenta una base tejida con hilos sintéticos y láminas de aluminio. También existen pantallas en las que se tejen directamente las láminas del material reflectante entre sí o con otro tipo de lámina plástica (poliéster, polipropileno, etc.). La composición, disposición y grosor de los elementos es variable, ofreciendo distintas características de transmisión de luz visible y retención del calor, que permiten adecuar el clima dentro del invernadero a un cultivo y zona climática concreta.

Asimismo, en lo referente al paso del aire, las pantallas pueden ser abiertas o ventiladas y cerradas o no ventiladas. Las abiertas presentan la ventaja de ser muy útiles en verano al permitir la evacuación del exceso de temperatura y ofrecer propiedades térmicas, reflejando gran parte de la radiación infrarroja durante la noche. Las pantallas cerradas limitan las pérdidas por convección del calor en el aire y reducen el volumen de aire que hay que calentar, con lo que el ahorro de cara a la calefacción es mayor.

La refrigeración

El gran problema de los invernaderos en la zona mediterránea aparece en los períodos cálidos, principalmente en verano.El efecto invernadero produce un recalentamiento del clima interior, pudiendo alcanzar temperaturas superiores a 50 °C, lo que es muy perjudicial tanto para el cultivo como para el personal encargado de su cuidado. En una gran cantidad de lugares es muy habitual no producir en los invernaderos durante los meses de julio y agosto debido precisamente a esta problemática.

Los métodos utilizados actualmente para refrigerar invernaderos son los siguientes:

• Ventilación, que es la técnica de refrigeración más usada en la práctica. Al renovar el aire se actúa sobre la temperatura, la humedad y el contenido en CO2 que hay en el interior del invernadero. La ventilación puede hacerse de una forma natural o forzada. Los niveles térmicos que se alcanzan son insuficientes.

• Sistemas de sombreo, también muy utilizados. Existen dos tipos: estáticos y dinámicos. En general no son muy eficaces, pues consiguen disminuir la temperatura pocos grados, dejándola a niveles todavía excesivos, aunque son muy baratos.

• Refrigeración por evaporación de agua. Consiste en distribuir en el aire un gran número de microgotas de agua líquida de tamaño próximo a 10 micrómetros. Es preciso emplear un sistema de nebulización formado por un conjunto de boquillas nebulizadoras conectadas a tuberías que cuelgan de la techumbre del invernadero. La instalación se completa con bombas, motores, inyectores, filtros y equipos de control (termostatos, reguladores de humedad, etc.), que permiten la automatización del sistema. Es un sistema caro, aunque cada vez menos, que consigue bajar la temperatura unos 10 a 15 °C.

• Pantalla evaporadora (Hidrocooling o Cooling System). Se trata de una pantalla de material poroso que se satura de agua por medio de un equipo de riego. El aire pasa a través de la pantalla porosa, absorbe humedad y baja su temperatura refrigerando el invernadero al pasar por él. Posteriormente es expulsado por unos ventiladores. Con el ‘cooling system’ la temperatura en el interior del invernadero puede reducirse hasta en 10 °C aunque lo normal es que ese descenso sea de 4-6 °C. Si la humedad ambiental del exterior es elevada, este sistema no funciona convenientemente.

• Los sistemas de refrigeración activa basados en bombas de calor (aire acondicionado) hasta ahora han sido inviables, debido a que la potencia eléctrica que demandan no puede ser suministrada con la infraestructura eléctrica de que disponen los invernaderos, en caso de que dispongan de ella. En la actualidad se encuentran en el mercado equipos de aire acondicionado a gas (propano o gas natural) con un consumo mínimo de electricidad, que sí pueden ser instalados en invernaderos, si bien sus costes tanto de instalación como de operación son elevados. Una ventaja adicional de estos equipos es que proporcionan también calefacción con una eficiencia superior a la de equipos tradicionales como calderas y generadores de aire. La refrigeración con bombas de calor puede aplicarse enfriando el aire del invernadero a través de un sistema de tuberías de agua fría. Si el invernadero cuenta con un sistema de tuberías para calefacción por agua caliente, en la mayoría de los casos podrá utilizarse para refrigeración haciendo circular agua entre 7 y 15 °C.

Existen varias posibilidades para refrigerar los invernaderos, aunque ninguna consigue por sí misma el objetivo completo y se requieren combinaciones de varias de las posibilidades comentadas anteriormente que exigen inversiones y mantenimientos muy altos. Aun así, en períodos cálidos en zonas muy soleadas, como el sur de la península, los niveles de temperatura siguen siendo elevados y castigan a los cultivos, con resultados negativos tanto en la cantidad, por no producir todo lo que deberían, como en la calidad. Esto sucede en períodos cálidos pero no extremos, en los cuales se abandona la producción. Existen hoy líneas de investigación que buscan soluciones basadas en la energía solar para satisfacer las necesidades de calefacción y refrigeración de los invernaderos.

Fertilización carbónica

Se denomina fertilización carbónica el aporte complementario de dióxido de carbono en los cultivos.

• Si el CO2 se aplica en el ambiente que rodea la planta, se trata de fertilización carbónica atmosférica.

• Si el CO2 se inyecta en el sistema de riego, se trata de fertilización carbónica en riego, aunque este sistema ha generado controversia.

Estos métodos pueden emplearse por separado o combinados, según las características del cultivo: variedad de planta, técnica de cultivo, en invernadero cerrado, campo abierto, etc. Los beneficios de la fertilización carbónica son los siguientes:

• Incrementa la producción y el rendimiento de las cosechas, alrededor de un 25 a un 30%.

• Permite adelantar la época de recolección (precocidad de los cultivos), aproximadamente un 20%.

• Mejora la calidad de frutos y flores (densidad por planta, coloración, tamaño, etc.).

• Acidifica el suelo, optimizando la asimilación de nutrientes y la actividad metabólica.

• Permite siembras tardías sin retraso de las cosechas.

• Aumenta la resistencia a plagas y enfermedades, reduciendo gastos en agroquímicos (mejora medioambiental).

• Evita incrustaciones en los goteros, reduciendo costes de mantenimiento.

• Mejora la rentabilidad y el valor añadido de los productos con una inversión mínima

• Es una forma de capturar CO2, lo que contribuye al esfuerzo de los principales países industrializados por reducir las emisiones que provocan el cambio climático en el planeta (Protocolo de Kyoto).

En los invernaderos sin aporte artificial de anhídrido carbónico, la concentración de CO2 alcanza el máximo de su concentración al final de la noche y el mínimo a las horas de máxima luz

En los invernaderos sin aporte artificial de anhídrido carbónico, la concentración de este gas es muy variable a lo largo del día: alcanza el máximo de su concentración al final de la noche y el mínimo a las horas de máxima luz, que coinciden con el mediodía. Los niveles aconsejados de CO2 dependen de la especie o variedad cultivada, de la radiación solar, de la ventilación, de la temperatura y de la humedad. Respecto a la luminosidad y humedad, cada especie vegetal tiene un óptimo distinto. La fertilización con CO2 es todavía una tecnología incipiente, por lo que es preciso realizar una exhaustiva investigación en este sentido, ya que se prevé un gran potencial en los próximos años.

Iluminación artificial

En ciertas ocasiones es beneficioso aplicar iluminación artificial o simplemente regular la iluminación natural en el interior del invernadero con las siguientes finalidades:

• Forzar una mayor eficiencia en la fotosíntesis, durante los meses invernales. La iluminación otoño-invernal supletoria ayuda a incrementar los rendimientos productivos en la mayor parte de las especies hortícolas y en numerosas ornamentales.

• Aumentar la duración del día, en plantas de día largo que no florecerían de otra manera, durante el otoño-invierno.

• Romper la continuidad de las horas oscuras en plantas ornamentales en aquellos períodos de día corto, con la finalidad de ayudar al crecimiento vegetativo en una época en que se vería favorecida la floración sin que las plantas tuvieran el adecuado tamaño, o bien para provocar la floración en plantas de día largo en épocas de poca iluminación.

• Disminuir la intensidad luminosa en siembras estivales de hortalizas.

• Disminuir la duración del período iluminado, con el fin de que plantas de día corto puedan florecer en épocas en que la duración de las horas de luz es demasiado elevada. Sin embargo, no todas las fuentes de luz artificial presentan la misma eficiencia en cuanto a calidad de la luz emitida. Esto se debe a que la luz (nombre coloquial con el que se define la zona el espectro electromagnético perceptible por el ojo humano) se clasifica según su longitud de onda. Ciertas longitudes de onda son las que mejor aprovechan las plantas para realizar sus funciones vitales, principalmente las correspondientes al azul y al rojo, mientras que otras apenas tienen efectos. Por lo tanto, si se utiliza iluminación artificial, tiene que suministrarse con lámparas que proporcionen las longitudes de onda adecuadas. Además de la luz visible, también tienen cierta influencia sobre el desarrollo de las plantas la radiación infrarroja próxima y la ultravioleta. Los principales sistemas de iluminación artificial son los siguientes:

• Lámparas incandescentes: son las bombillas tradicionales. Producen luz visible e infrarroja. Desprenden mucho calor y consumen gran cantidad de electricidad, por lo que su rendimiento luminoso es muy bajo. Además pueden quemar las plantas si se sitúan demasiado cerca. Es el sistema más barato, pero poco recomendable. Se emplean en la práctica para interrumpir el fotoperíodo.

• Lámparas de vapor de mercurio (MV): producen luz (blanca, azul y verde). Se utilizan durante el período de crecimiento de las plantas por su alta emisión en la zona azul del espectro, pero son pobres en la zona roja, por lo que no se favorecerá la floración. Son muy eficientes en el consumo de electricidad.

• Lámparas mixtas (incandescentes y de vapor de mercurio): de esta manera se consiguen las radiaciones rojas necesarias para la estimulación de la floración de las plantas de interior. El problema es que su uso tiene un coste elevado.

• Fluorescentes: producen luz (principalmente azul y roja, aunque depende mucho del tipo). Se recomiendan especialmente durante las primeras etapas de las plantas. Son bastante económicas, tienen un elevado rendimiento luminoso y no emiten demasiado calor. El principal problema es que ocupan mucho espacio.

• Lámparas de halogenuros metálicos (MH): producen una luz blanca, ligeramente azulada, muy apropiada para la germinación, el enraizamiento de esquejes y el crecimiento vegetativo. Son más baratas que las lámparas de mercurio, pero tienen menor rendimiento.

• Lámparas de vapor de sodio a alta presión (HPS): producen luz (amarilla y anarajanda). Sin duda son las mejores, puesto que emiten más luz y menos calor. Proporcionan todo el espectro de luz necesario para el crecimiento y la floración de las plantas de interior. Son muy eficientes en el consumo de electricidad y su precio es razonable.

• El desarrollo de los LED (Light-Emitting Diodes), que presentan una mayor eficiencia de emisión de luz por energía consumida que las fuentes convencionales, con espectros de emisión monocromáticos y cuyo precio está bajando considerablemente, puede suponer un salto tecnológico en los próximos años.

Hasta ahora el uso de la iluminación artificial sólo ha demostrado su rentabilidad para cultivos ornamentales de alto valor añadido en condiciones donde la luz natural no es suficiente, ya que con el actual coste energético el consumo eléctrico no compensa el acortamiento de los ciclos de cultivo observados. No es previsible que se extienda a los cultivos hortícolas a corto plazo.

Fertirrigación

Con la fertirrigación se pretende optimizar el uso del agua y los fertilizantes, en parte para reducir costes de cultivo, pero sobre todo para evitar la contaminación de suelos y aguas por fertilizantes, así como para minimizar el problema acuciante que para la agricultura intensiva del sur y levante peninsular supone la escasez de agua. Son dos de las tendencias actuales que están adquiriendo más relevancia:

• La fabricación de abonos líquidos para fertirrigación: formulaciones específicas para un cultivo y estado fenológico o incluso para un agricultor en particular, de gran riqueza y a elevada concentración. Facilita el trabajo al agricultor, ya que puede disponer de las soluciones fertilizantes preparadas de fábrica, con lo que no tiene que preocuparse de llenar tanques, hacer cálculos, almacenar importantes cantidades de fertilizantes solubles, etc.

• La recirculación de drenajes en cultivo sin suelo: técnica que permite la recuperación de los drenajes producidos por la vegetación, para su reutilización sobre el propio cultivo. Supone un gran ahorro de agua y de fertilizantes (aproximadamente entre el 40 y 50% de elementos fertilizantes), y se evita que éstos vayan a parar a acuíferos, con el consiguiente peligro de contaminación de los mismos, ya que, si se recircula el agua drenada, es un momento muy crítico y delicado proceder a su tratamiento para evitar la difusión de enfermedades.

Sistemas biológicos auxiliares

El valor potencial de los abejorros como insectos polinizadores en la agricultura ha sido reconocido desde hace mucho tiempo por diversos autores, quienes también han resaltado que la explotación de este potencial debería basarse no sólo en la propagación de poblaciones naturales (por ejemplo, a través de la mejora del hábitat o mediante la introducción de cajas artificiales de cría), sino también en su domesticación. Los intentos de domesticación tienen una larga historia, pero no fue hasta la década de los años setenta cuando se convirtió en un hecho. Sin embargo, una vez conseguido, no fue hasta 1985 cuando se encontró el valor del abejorro para la polinización de invernaderos de tomates en Bélgica. Hasta ese momento, las flores de tomate en invernaderos belgas y holandeses se polinizaban mecánicamente, haciendo vibrar las plantas tres veces por semana (con un coste económico de 10.000 euros por hectárea al año), y en otros países se utilizaba este mismo mecanismo u hormonas, en una frecuencia comparable.

Desde el inicio de la cría comercial, en 1987, se produce un millón de colmenas anuales de cinco especies de abejorros; las más importantes son ‘Bombus terrestris’ procedente de Eurasia, y ‘Bombus impatiens’. El uso de abejorros como polinizadores se ha extendido a todo tipo de cultivos hortícolas y frutales con características florales atractivas para estos insectos. Las abejas también pueden polinizar casi los mismos cultivos, pero a menudo son menos eficientes que los abejorros. Aun así, dicha elección depende, en ocasiones, de los costes locales y de las condiciones climáticas. Tanto en invernadero como en campo abierto, las colmenas de abejorros pueden manejarse con más facilidad que las colmenas de abejas y, además, son preferibles cuando la temperatura y/o la intensidad luminosa son bajas. Normalmente las abejas no forrajean cuando la temperatura del aire es menor de 16 °C, mientras que los abejorros continúan activos a temperaturas por debajo de 10 °C. Los abejorros dejan de forrajear cuando la temperatura supera los 32 °C (para el caso de B. terrestris), porque, aunque pueden volar rápidamente a temperaturas de 35 °C, se quedan en el nido para ventilar a la cría y evitar que muera por exceso de calor. Por otra parte, una lengua más larga y un cuerpo más grande, a diferencia de la abeja melífera, permiten que el abejorro sea mejor polinizador de flores con corolas profundas, ya que, con sólo una única visita a la flor, deja el suficiente polen para realizar una polinización exitosa. Además, su capacidad de hacer vibrar los estambres de las flores, algo imposible para las abejas melíferas, le permite ser un buen polinizador para las flores con morfología similar a la del tomate. Hasta el momento, el uso de abejorros en los cultivos hortofrutícolas españoles está extendido a las superficies invernadas del levante andaluz, Murcia y Granada, principalmente. Sin embargo, aunque cultivos como el tomate, pimiento y berenjena, de alto valor económico, ya son polinizados por estos insectos, existen otros —es el caso de la fresa y el calabacín—, que son un claro reto para los próximos años.

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El valor potencial de los abejorros como insectos polinizadores en la agricultura ha sido reconocido desde hace mucho tiempo por diversos autores. Foto: Gargi Bhuyan.
El control integrado de plagas, con el control biológico como principal componente, es especialmente necesario en las hortalizas bajo plástico, ya que se trata de productos de consumo en fresco

Producción integrada

El control integrado de plagas, con el control biológico como principal componente, es especialmente necesario en las hortalizas bajo plástico, ya que se trata de productos de consumo en fresco, por lo que los residuos pueden llegar más directamente al consumidor. Además la horticultura mediterránea es un sistema de producción muy in tensivo, con un elevado consumo de fitosanitarios, y las zonas hortícolas muchas veces se encuentran concentradas en zonas periurbanas.

Por otro lado, la resistencia de las principales plagas a las materias activas ha conducido a un uso descontrolado de los productos fitosanitarios y al aumento de residuos en ellos, con la consiguiente pérdida de confianza de los clientes en otros países europeos y también de los nacionales. Por ello el mercado se ha vuelto muy estricto con respecto a los residuos, exigiendo incluso en ocasiones límites más bajos que los que marca la legislación. El establecimiento del control biológico a gran escala en Almería ha recuperado esa confianza y ya no hay vuelta atrás hacia métodos químicos convencionales.

Este cambio de tendencia ha permitido la emergencia de empresas locales con producción de abejorros y enemigos naturales, lo cual técnicamente dará un gran impulso al desarrollo de los sistemas de control biológico en general e incentivará la investigación y desarrollo de fauna auxiliar autóctona. Se espera, por ejemplo, que en los próximos años en los invernaderos de la provincia de Almería se realicen más sueltas de enemigos naturales que en los cultivos hortícolas de todo el resto de Europa.

Una de las tareas pendientes es continuar desarrollando especies autóctonas que estén mejor adaptadas a las condiciones locales. Al inicio, la mayoría de especies seleccionadas para el control biológico en cultivos protegidos estaban adaptadas a las condiciones de países centroeuropeos. Sin embargo, a partir del año 2001 se desarrolló la cría comercial de especies autóctonas, mejor adaptadas a las condiciones locales. Algunos de los ejemplos más relevantes son el parasitoide ‘Eretmocerus mundus’ y el depredador ‘Nesidiocoris tenuis’. Ambas especies han contribuido significativamente al éxito del control biológico y se están utilizando en los cultivos protegidos del sureste español e Islas Canarias.

En general, el control biológico está funcionando con éxito, pero todavía queda mucho trabajo por realizar. Es en pimiento donde mejor manejo se hace de los enemigos naturales, siendo los lepidópteros el mayor problema. En tomate el control de araña roja y vasates es el mayor problema, aunque se espera, para las campañas siguientes, un aumento en el uso de auxiliares. En el cultivo de berenjena el control biológico está en aumento, existiendo variaciones en el control de trips y mosca blanca. En pepino se ha registrado un buen control de mosca blanca y trips mediante sueltas de ‘Amblyseius swirskii’. En calabacín los resultados también son satisfactorios, permitiendo el uso de polinizadores, que hasta ahora había sido dificultado por el uso de hormonas fitorreguladoras para la polinización. En cultivos de ciclo corto, como el melón y la sandía, el mayor problema es el pulgón que se controla bien con fauna auxiliar.

Otras incertidumbres que habrá que aclarar son, por ejemplo, la posible aparición de nuevas plagas secundarias asociadas a la reducción de tratamientos fitosanitarios. Además, todavía quedan algunas plagas para las que no se dispone de soluciones biológicas. Por ejemplo, los noctuidos y plagas exóticas recientes como ‘Tuta absoluta’. Recientemente, se ha desarrollado un nuevo depredador autóctono, ‘Nabis pseudoferus ibericus’, que ha dado excelentes resultados como agente de control de estas plagas.

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