Evaluación de cubiertas plásticas

Para uso en invernaderos

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El uso de invernaderos ha ido en aumento para la producción de hortalizas en gran escala, específicamente en tomate y chile, entre algunos otros cultivos. Es posible manipular las respuestas adaptativas de los vegetales modificando los factores ambientales a los que son más sensibles a través del estudio de la radiación bajo las cubiertas.

En invernadero son factores clave la intensidad y la calidad de la radiación, llamado balance espectral, ya que se modifica la temperatura interna del invernadero y las respuestas morfológicas y fisiológicas de las plantas.

En un trabajo realizado en la ciudad de Saltillo, Coahuila, se evaluaron diferentes formulaciones en cubiertas plásticas de diferentes características como antivirus, refrescantes, térmicas y difusas. Las evaluaciones comprendieron las propiedades físico-mecánicas y ópticas de las cubiertas, como la transmitancia o paso de la radiación infrarroja, infrarrojo cercano (NIR) e infrarrojo lejano (LIR), resistencia a elongación (alargamiento), paso de radiación difusa, radiación fotosintéticamente activa (PAR), ultravioleta (UV), y temperatura dentro de las cubiertas en túneles experimentales. Por otra parte, se evaluó el desarrollo del cultivo de pimiento morrón en los túneles y se hicieron mediciones de rendimiento, área foliar y biomasa.

Durante el verano, un problema que enfrentan los productores que utilizan invernaderos son las elevadas temperaturas que disminuyen la calidad de hortalizas. En estas condiciones, es necesario evitar el paso de la radiación infrarroja de alta energía al interior del invernadero, que es la que la va a elevar la temperatura dentro. Pero en otras condiciones en donde las temperaturas en el exterior son muy bajas, las cubiertas plásticas deben permitir el paso de la mayor cantidad de radiación durante el día hacia el interior del invernadero, y evitar que ésta se pierda durante la noche. Esto puede ocurrir durante el otoño y el invernadero, por tanto, es necesario utilizar estructuras más eficientes para captar radiación o emplear materiales de cubierta más idóneos conjuntamente con técnicas de manejo agronómico que permitan optimizar el uso de la radiación para incrementar la bioproductividad (productividad biológica) de los cultivos.
Así pues, la bioproductividad neta dependerá en primer lugar de la radiación incidente sobre las plantas. Para que dicha radiación pueda ser utilizada eficientemente en el proceso fotosintético, debe ser interceptada por los órganos fotosintetizadores de las plantas. La eficiencia de utilización de la radiación interceptada para su conversión en biomasa dependerá de las características de la planta y de las condiciones microclimáticas del invernadero.

El objetivo de este trabajo fue determinar en estructuras de micro túnel cerrado, el efecto de películas para invernadero sobre el paso de diferentes tipos de radiación solar y el efecto que se tiene sobre la temperatura, así como evaluar en laboratorio y en campo algunas de las propiedades físicas, mecánicas y ópticas de las diferentes cubiertas plásticas y su efecto en la producción de cultivos hortícolas.

Metodología

El trabajo se realizó en el campo experimental agrícola del Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA) y en los laboratorios de análisis y pruebas del mismo centro. La parte experimental agrícola se inició en marzo de 2012, con la preparación del suelo, la instalación del riego por goteo y del acolchado de suelo. Posteriormente se instalaron las estructuras de los microtúneles que tienen 25 metros de largo, cubriendo una cama de 0.8 metros de ancho en la parte superior de ésta, y una distancia entre túneles de 3.6 metros; la altura del túnel es de 1.2 metros con ancho de 1.3 metros, en donde se colocaron las 22 diferentes películas de invernadero que se describen en el Cuadro 1.Evaluación-de-cubiertas-plásticas-C1Para tener la caracterización inicial de las propiedades ópticas de las películas sin interferencia del cultivo, antes de realizar el trasplante de la plántula de pimiento morrón, se realizaron evaluaciones de radiación fotosintéticamente activa, con sensores Quantum integrados al BF2 Delta –T device, radiación difusa, utilizando sensores de radiación difusa BF2 de Delta –T Device, Radiación UV con sensores UV de Apogge Instruments y temperatura ambiental utilizando termopares; los sensores se conectaron a dos Data Logger, uno de marca Campbell y el otro marca Delta Device.

Los sensores tomaban lecturas cada minuto de cada una de las variables y registraba el promedio de una hora. Las lecturas se almacenaban en un data logger y posteriormente se transferían a la computadora para ser analizadas y procesadas. También se realizaron evaluaciones físico-mecánicas pertinentes a las películas plásticas. Las evaluaciones de resistencia a elongación y tensión de las cubiertas para invernadero, se realizaron en tres fechas distintas. Estas pruebas se llevaron a cabo en el laboratorio de físico mecánica del CIQA, de acuerdo con la norma mexicana NMX-E-114-CNCP-2005.

Posteriormente a las evaluaciones iniciales, se procedió a realizar el trasplante de la plántula de pimiento morrón, y se continuó con las evaluaciones de radiaciones y temperatura. La fertilización, las programaciones de riego y el manejo del cultivo fueron iguales para todos los tratamientos evaluados. Las evaluaciones agronómicas realizadas fueron: área foliar, con un medidor LI-COR 3100 de LICOR Co., acumulación de biomasa y rendimiento de fruto.

Los datos se analizaron estadísticamente, realizándose los de varianza de acuerdo con un diseño de bloques al azar y comparación de medias con un sistema de gestión de documentos (DMS, por sus siglas, en inglés).

Evaluaciones de radiación

Radiación Fotosintéticamente Activa (PAR)
La Radiación Fotosintéticamente Activa (PAR) es la que el cultivo utiliza para su desarrollo y es medida en µmol-m2-seg–1 (micro moles por metro cuadrado por segundo a la menos 1).

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Los resultados, de acuerdo con las lecturas que se realizaron se encuentran en el Cuadro 2 que muestra la lectura del punto máximo de radiación durante un día, cuando la radiación exterior estaba en su máximo punto, y era similar para los días muestreados. El dato fue tomado entre las 13:00 y 15:00 horas, cuando la radiación exterior alcanzó mediciones de entre 2 mil 200 y 2 mil 400 µmol-m2-seg–1. Las cubiertas permitieron el paso de entre mil y mil 800 µmol-m2,seg–1.

Se puede observar que la cubierta G es la que menos pasó de radiación PAR, debido a sus características particulares, ya que es la única cubierta con un pigmento naranja y eso pudo haber tenido una influencia en el paso de la radiación. El resto de las cubiertas permiten paso de radiaciones PAR entre mil 400 y mil 800 µmol-m2,seg–1.

Cabe señalar que aunque no existe una influencia que se haya reflejado en los resultados, las cubiertas B y E que permiten el paso de más de mil 800 µmol-m2,seg–1, permiten que el cultivo tenga un mejor comportamiento, sin embargo, los cultivos como el pimiento se saturan entre los mil y mil 500 µmol-m2,seg–1, por lo que después de este punto ya no hay un aprovechamiento del paso de este tipo de radiación, y si alta radiación se combina con un exceso de temperatura y baja humedad relativa, puede afectar negativamente los procesos fisiológicos de la planta.

Radiación difusa

El porcentaje de radiación difusa debería tener un efecto sobre la temperatura y la iluminación en un invernadero. Es de esperarse que una cubierta con buena difusión esté arriba de 70%, y esta propiedad permitiría disminuir la temperatura, al mismo tiempo que lograr una iluminación homogénea.

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Los resultados del Cuadro 2, muestran que sí existe relación entre el porcentaje de radiación difusa y la temperatura que se generó en la cubierta. El patrón definido se muestra en la cubierta D y H, ya que en la D se presentó el mayor porcentaje de difusión y fue en ésta en donde se generaron las menores temperaturas dentro del túnel. En el caso de la H, al ser de las que menor porcentaje de radiación difusa tuvo, fue la que presentó las más altas temperaturas dentro del túnel.

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Un dato que se puede observar es que la mayoría de las cubiertas que tuvieron un paso de radiación difusa superior a 50%, no superaron los 52°C. La excepción fue F, que con 59% de paso de radiación difusa, registró temperaturas de 54°C y K y C que con 54 y 55% de radiación difusa respectivamente, registró temperaturas de 58°C. Por otro lado, las cubiertas generalmente con menos del 50% de radiación difusa presentaron temperaturas superiores a los 53°C. También se encontró que una alta difusión de luz combinada con una baja transmisión de radiación PAR afectan negativamente el desarrollo del cultivo, ya que se presenta una deficiencia de luz para las plantas.

Radiación ultravioleta

El paso de radiación ultravioleta (UV) tiene una relación importante con la síntesis de clorofila, desarrollo de flores y frutos, además de condicionar el crecimiento vegetativo. Por otro lado, este tipo de radiación cuando se suprime puede evitar la presencia de vectores, incluso, en el desarrollo de algunas enfermedades provocadas por bacterias y hongos. En el Cuadro 2 se muestran los resultados del paso de radiación UV que cada película evaluada permite, con respecto a la referencia de la incidencia de UV en el exterior.

En este caso, cabe destacar que las cubiertas C, G, J, E, P, A, F, N, H, L e I dejan pasar entre 9 y 30 µmol-m2-seg–1 (5 a 18% de paso de UV) siendo éstas las cubiertas que menor paso de radiación UV permiten; después están M, K, D, Q, O y B que presentan un paso de entre 34 y 54 µmol-m2-seg–1 (20 a 32% paso UV). Con respecto a la UV exterior de 165 µmol-m2-seg–1.

Por su parte, las cubiertas E y F, que fueron elaboradas para disminuir el paso de este tipo de radiación, tuvieron un comportamiento de acuerdo a lo esperado, ya que sólo permitieron el paso de 14 y 16 µmol-m2–seg–1, respectivamente (8 y 10%). En el caso de las cubiertas comerciales, la película VC fue la que dejó pasar menos radiación del tipo UV, ya que sólo se registraron 26 µmol-m2-seg–1 (15.7%); TC y SC dejaron pasar 41 y 52 µmol-m2-seg–1 (24 y 31%) y UC y RC fueron las que permitieron el mayor paso de radiación con 83 y 90 µmol-m2-seg–1 (50 y 54%). Es muy probable que en estas dos últimas cubiertas ninguno de los aditivos presentes en la cubierta presentaran algún efecto para detener el paso de la radiación UV.

Temperatura ambiental

Las evaluaciones de temperatura ambiental máxima que se hicieron dentro de las cubiertas sin cultivo y con los túneles totalmente cerrados: la cubierta D es la que reduce más la temperatura comparada con las otras, ya que mantiene una temperatura de 46°C, cuando en el exterior se presentan temperaturas de 32°C; la cubierta O registró temperaturas de 49°C, mientras que el resto de las cubiertas presentan temperaturas arriba de los 50°C; las temperaturas más altas las alcanzaron las cubiertas K, C y H con 58 y 59°C; las cubiertas comerciales oscilaron entre los 51 y 55°C.

Definitivamente ninguna de las cubiertas tiene un efecto refrescante a pesar de que I y H fueron elaborados con ese fin. Se podría esperar que D y C presentaran una disminución más considerable en la temperatura por su característica de difusión, situación que pudo haber sido el factor en D para que tuviera las menores temperaturas, a pesar de que las temperaturas siguen siendo muy altas la diferencia de hasta 13°C entre la más y la menos caliente es considerable, factor a tomar en cuenta al momento de elaborar una nueva formulación.

En relación a las temperaturas mínimas, las cubiertas J y K suponían un efecto de conservación de mayor temperatura durante el periodo de temperaturas mínimas en el día, sin embargo, no fue así, cuando la temperatura mínima en el exterior estuvo en los 16.9°C las cubiertas H, E y O estuvieron entre 0.5 y 0.9°C arriba, una diferencia que difícilmente puede atribuírsele a características térmicas de las cubiertas. El resto de los tratamientos presentaron temperaturas iguales o menores de la exterior, situación que por el efecto invernadero es predecible para cubiertas sin aditamentos especiales para control de temperatura. Estos datos se explican con los infrarrojos realizados a las películas, ya que estos espectros IR (espectroscopia infrarroja) muestran que ninguna película evaluada tiene propiedades de termicidad.

Temperatura, infrarrojo cercano e infrarrojo lejano

Los efectos del paso de la radiación en el infrarrojo lejano y cercano, en una película de invernadero, se reflejan sobre el grado de calentamiento de un invernadero y de retención del calor almacenado. El efecto refrescante de una película está relacionado directamente a un bloque del paso de la radiación en el rango del infrarrojo cercano (NIR), en los momentos de máximas temperaturas, logrando evitar el aumento de temperatura. Hay que considerar que el efecto de conservación del calor almacenado en un invernadero está relacionado al bloqueo de la radiación infrarrojo lejano (LIR) por la película plástica, conocida entonces como térmica; cuando las temperaturas descienden evitan la pérdida de calor dentro de las cubiertas, por lo que la relación de estas dos propiedades (NIR y LIR) con la temperatura son importantes. El Cuadro 3 muestra los resultados de las diferentes películas en cuanto a la transparencia en el NIR, se puede observar que ninguna de las cubiertas evaluadas ofrecen un bloqueo al paso de este tipo de radiación, prácticamente todas las cubiertas permiten pasar más de 90%, cuando se esperaría que para que fueran refrescantes permitieran el paso de no más de 30%; por si parte la cubierta D, que registró la menor temperatura, permite el paso de un alto porcentaje del NIR, y más bien está relacionada la menor temperatura en esta película a la mayor difusión de la luz que presenta (80%).

En cuanto a la radiación infrarrojo lejano (LIR) se esperaría que las cubiertas con propiedades térmicas que permitieran retener la energía calorífica dentro del invernadero mantuvieran un paso del LIR por debajo de 30%. En las evaluaciones la mayoría de las cubiertas dejan pasar por arriba de 50% sólo la G y J se encuentran con 49 y 45% de paso, mientras que H y K dejan pasar 34% y son la que se pueden considerar como térmicas, sin embargo, ninguna muestra un efecto significativo en la temperatura, pues mientras la temperatura en el exterior era de alrededor de 16°C todas las cubiertas registraron temperaturas entre los 15 y 17°C, aunque durante el trabajo no se presentaron temperaturas relativamente bajas que pudieran haber reflejado el poder de termicidad de las películas.

Hay que hacer notar que las cubiertas J y K fueron cubiertas diseñadas y elaboradas con propiedades térmicas, y que sí presentan esta característica según los infrarrojos realizados. Sin embargo, algunas de las cubiertas comerciales evaluadas, especificadas con propiedad de termicidad no presentaron la característica de bloqueo del LIR (Cuadro 3).

Materia seca y área foliar.

El área foliar es una medida directa del tamaño del aparato fotosintético, independientemente de la forma, tamaño o grosor de cada hoja, sino el conjunto de todas, y por supuesto es el principal responsable de la capacidad productiva de la planta, dependiendo bajo las condiciones en que las que se encuentren.

Se menciona que la mayor productividad de una planta se tiene cuando coincide una alta área foliar con una alta tasa de asimilación neta y cantidad de radiación solar suficiente. Los resultados para área foliar de las plantas, bajo los diferentes tratamientos de películas de invernadero, se presentan en el Cuadro 3, se puede observar que hay diferencias altamente significativas entre los tratamientos evaluados.

Las plantas que tuvieron mayores áreas foliares fueron las de los tratamientos K, F, G, mantuvieron alta su área foliar y M, UC, que la aumentaron al final. Las plantas que terminaron con menores áreas foliares fueron las de las películas SC, H, RC, Q y TGO (testigo en intemperie). Las mayores áreas foliares coinciden generalmente con radiaciones fotosintéticas medias y bajas y las menores áreas con la mayores radiaciones fotosintéticas, y se observa una ligera tendencia de mayor radiación UV; no se observa efecto claro de la radiación difusa y no parece haber relación con las temperaturas que se generaron en cada ambiente.

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Cabe hacer la aclaración, que en el cultivo en general se presentaron algunos problemas de enfermedades y plagas que dañaron plantas, se perdieron hojas y materia seca, por lo cual los valores de algunos tratamientos más afectados se pudieron ver modificados al final, pero el menor daño por enfermedades y plagas en las plantas desarrolladas bajo algunas de las cubiertas puede ser efecto de la misma película lo que también puede ser importante.

Rendimiento

El Cuadro 3 muestra el rendimiento acumulado de seis fechas de corte, y se puede observar como los tratamientos con la cubierta E, F y M obtuvieron los mayores rendimientos con más de 4 kg/m2 (kilogramos por metro cuadrado); además tal y como se observó en las variables fenológicas, el testigo sin cubierta presentó el menor rendimiento con 2.07 kg/m2.

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Es también notable observar que los rendimientos en todas las cubiertas comerciales fueron inferiores a 3.5 kg/m2. Se puede observar que existe una relación entre área foliar, acumulación de materia seca y rendimiento, pues generalmente las plantas que tuvieron mayor área foliar presentaron mayor acumulación de biomasa y presentaron los más altos rendimientos.

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Estas respuestas se observan en las películas que tienen propiedades ópticas con valores medios y equilibrios entre los diferentes tipos de radiaciones evaluadas.

Por otro lado, se debe mencionar que el rendimiento obtenido está por debajo de lo que podríamos esperar para este tipo de cultivo; sin embargo, esto se ve afectado directamente por la época de siembra que fue hacia el final del verano, lo que provocó disminución en la cantidad de cortes esperados y limitó el desarrollo del cultivo hacia el final del ciclo. HC