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Presentación del Proyecto de Investigación y Extensión LAMP: Enfoques de iluminación para maximizar las ganancias
16 de diciembre de 2020
Figura 1. Plántulas de margarita de ojos negros expuestas al mismo DLI a medida que el fotoperíodo aumentaba de 12 a 21 horas. Las plantas que recibieron 21 horas de iluminación presentaron un peso seco de los brotes 30% mayor que las plantas con 12 horas.
Introducción
La iluminación complementaria permite ciclos de cultivo más rápidos, mayores rendimientos y una mejor calidad en el sector de la floricultura y la horticultura en invernadero, cuyo volumen de negocio asciende a $6.5 mil millones al año. Sin embargo, su coste es elevado, sobre todo cuando los productores adoptan la tecnología LED. La electricidad destinada a la iluminación puede suponer entre el 20 y el 30% de los costes de explotación. y se ha calculado que la iluminación supone un coste anual de $600 millones para el sector de la agricultura en entornos controlados (CEA). Introduzca el Proyecto LAMP. Son un equipo de investigación y divulgación financiado por una subvención de la Iniciativa de Investigación de Cultivos Especiales del USDA. La misión del estudio es ayudar a los agricultores a obtener más valor de sus sistemas de iluminación al compartir información hortícola y económica, desarrollar herramientas para gestionar la iluminación para un crecimiento y calidad óptimos de los cultivos, y proporcionar estrategias para maximizar su retorno de inversión. El equipo de investigación está dirigido por Marc van Iersel en la Universidad de Georgia junto con colegas de la Universidad Estatal de Colorado, la Universidad Cornell, la Universidad Rutgers, Texas A&M, la Universidad Estatal de Utah y el USDA ARS en Toledo, OH. El equipo combina varias disciplinas (horticultura, economía, ingeniería agrícola y eléctrica, ingeniería informática, evaluación de impacto y sistemas de información) para ayudarnos a comprender mejor los impactos y la economía de las decisiones sobre la iluminación de plantas.
Barreras para la adopción de LED
La tecnología LED ha evolucionado enormemente en los últimos cinco años. Ahora hay en el mercado algunos equipos LED que tienen el doble de eficacia (salida de luz por unidad de electricidad) en comparación con las lámparas tradicionales de descarga de alta intensidad (HPS y MH). Sin embargo, existen barreras importantes para la adopción de equipos LED por parte de los horticultores. El grupo realizó recientemente una encuesta sobre las necesidades de información sobre iluminación de la industria de los invernaderos. Cuando se les preguntó por qué los horticultores no adoptan fácilmente los LED, las razones más citadas fueron: costos de capital inicial demasiado altos, falta de conocimiento sobre las respuestas de las plantas a las luces LED, incertidumbre sobre qué espectro es el adecuado para ellos y que el retorno de la inversión toma demasiado tiempo. De manera similar, cuando se preguntó qué necesidades de información tienen los horticultores en relación con la iluminación, las respuestas incluyeron: necesidad de análisis de rentabilidad de la iluminación para diferentes cultivos (es decir, ROI, retorno de la inversión), determinar cómo elegir el mejor proveedor de iluminación, requisitos de iluminación por especie de cultivo e información sobre reembolsos e incentivos disponibles para los LED. En esencia, la encuesta planteó dos puntos principales: los horticultores están ávidos de más información sobre la economía de la adopción de LED (o de la iluminación suplementaria en general) y se necesita más información sobre las respuestas de los cultivos a la iluminación LED (cuál es el mejor espectro, intensidad y estrategia de control de iluminación para un cultivo determinado).
Investigación para responder a las necesidades de la industria
El enfoque principal del proyecto LAMP es comprender mejor cómo las capacidades complejas de los LED pueden traducirse en mayores ganancias para el productor. Por ejemplo, las lámparas HID son esencialmente dispositivos de encendido/apagado, proporcionan una sola intensidad de luz y el espectro no se puede cambiar. Algunas lámparas LED permiten a los usuarios seleccionar entre diferentes espectros, variar el espectro de la luz a lo largo del día o del ciclo de cultivo, y ajustar la intensidad de la luz en tiempo real. Aquí hay algunos ejemplos de la investigación en acción.
Distribución de la integral de luz diaria (DLI): a menor intensidad luminosa (PPFD), las plantas aprovechan mejor la luz suplementaria. Dicho de otro modo, cuando la intensidad luminosa proporcionada por la luz solar ya es elevada, la luz suplementaria no aporta muchos beneficios adicionales. Utilizando LED regulables, el equipo ha probado la estrategia de proporcionar la misma DLI, pero repartiéndola a lo largo de más horas del día. Esta estrategia se probó con las hortalizas de hoja verde lechuga y mizuna. Distribuir la misma DLI a lo largo de 20 horas, en lugar de 10 horas al día, supuso un aumento del peso fresco de 12% en el caso de la lechuga y de 20% en el de la mizuna. En el caso de las plántulas de margarita amarilla, al aumentar el fotoperíodo de 12 a 21 horas, el peso seco de los tallos aumentó en 30% y el peso seco de las raíces, en 24% (véase la figura 1 más arriba). Estos fotoperíodos más largos no aumentan la cantidad de iluminación suplementaria necesaria y aumentan el rendimiento de los cultivos sin incrementar el consumo de electricidad.
Figura 2. La lechuga cultivada con luz lejana al rojo (FR) tuvo una mayor superficie foliar y mayor intercepción de luz en el dosel.
La luz roja lejana aumenta la captación de luz: cuando las plántulas son jóvenes, puede desperdiciarse mucha luz, luz que se cuela entre las hojas y no es absorbida por las plantas. La luz roja lejana (longitudes de onda de 700 a 800 nm) se ha infravalorado hasta ahora y no se ha incluido en la emisión de muchas luminarias LED. Sin embargo, la luz roja lejana estimula a las plantas a buscar más luz, ya sea creciendo más en altura o desarrollando hojas más grandes para captar más luz. El equipo ha probado aplicaciones de luz roja lejana en el crecimiento y desarrollo de plántulas de lechuga y dedalera cultivadas exclusivamente bajo luz LED. El aumento de la intensidad de la luz roja lejana dio lugar a una mayor superficie foliar y, por lo tanto, a una mayor interceptación de luz por el dosel. Dado que las plantas captaban más luz, esto condujo en última instancia a un mayor tamaño de las plantas (peso fresco y seco) tanto de la lechuga (Figura 2) como de la dedalera (Figura 3, más abajo). Hasta ahora, los resultados demuestran que la luz roja lejana debería incluirse en la producción de plántulas en cámaras de crecimiento. Los productores suelen preocuparse de que las plantas crezcan demasiado altas o con tallos largos cuando se exponen a la luz roja lejana, pero esto no ha supuesto un problema hasta ahora en los ensayos. Hay que tener en cuenta que la luz solar también contiene luz roja lejana, por lo que las plantas están acostumbradas a ella como parte del espectro luminoso. Incluir en la luz LED la misma proporción de luz roja lejana que la presente en la luz solar (19%) puede aumentar el crecimiento bajo iluminación artificial como única fuente de luz. Y, lo que es más importante, la luz roja lejana puede estimular el crecimiento de forma más eficaz que el PPFD: las plántulas de lechuga crecen más rápido con luz blanca 81% y luz roja lejana 19% que con luz blanca 100%. Es necesario seguir investigando para determinar los posibles beneficios de la luz roja lejana en el invernadero con luz solar de fondo.
Figura 3. Las plántulas de digital cultivadas con luz lejana mostraron una mayor superficie foliar y un mayor tamaño (peso fresco y seco).
Cálculo de las necesidades de iluminación: Debido a la diversidad de luminarias en el mercado, es importante comparar varios productos diferentes antes de seleccionar uno para su explotación. Muchas de las preguntas que recibimos de los cultivadores se relacionan con los costos iniciales y los costos operativos anuales de las diferentes luminarias. Desarrollamos una herramienta de cálculo en hoja de cálculo que ayuda a los cultivadores a estimar el número de luminarias necesarias para su explotación y los costos anuales de electricidad. La herramienta requiere que el usuario introduzca información sobre la emisión de luz y la eficacia de la luminaria, información que se obtiene fácilmente de las hojas de especificaciones de proveedores confiables de iluminación hortícola. (El Design Lights Consortium también mantiene una base de datos de luminarias LED que cumplen con los criterios de su lista de productos calificados en cuanto a eficacia, vida útil mínima del producto y garantía, y está disponible en: https://www.designlights.org/horticultural-lighting/search/). Busca una importante actualización de la herramienta de calculadora en los próximos meses. La nueva herramienta le permitirá ingresar su código postal para determinar cuánta luz solar recibe a lo largo de un año promedio y calcula el costo de proporcionar iluminación suplementaria, según las condiciones de su invernadero.
Para obtener más información sobre el Proyecto LAMP, incluidas varias hojas informativas de una página sobre los resultados de la investigación y enlaces a videos, seminarios web y artículos sobre iluminación, visite el sitio web del proyecto en: https://www.hortlamp.org/. Si tiene sugerencias o preguntas, comuníquese con el equipo de investigación en info@hortlamp.org.
Tenga en cuenta que todas las fotos son cortesía de Marc van Iersel, Universidad de Georgia
Por Neil Mattson, Universidad de Cornell; Josh Craver, Universidad Estatal de Colorado; A.J. Both, Universidad de Rutgers y Marc van Iersel, Universidad de Georgia
