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Micro-siestas para plantas: encender y apagar las luces puede ahorrar energía sin dañar las cosechas de la agricultura en interiores


Una llegada nocturna al aeropuerto de Schiphol en Ámsterdam lo llevará a través del resplandor rosa brillante de los invernaderos de producción de vegetales. El cultivo de cultivos bajo luz artificial está cobrando impulso , particularmente en regiones donde los precios de producción pueden ser altos durante las estaciones cuando la luz solar es escasa.


Kevin M. Folta


Los Países Bajos son solo uno de los países que ha adoptado rápidamente la agricultura de ambiente controlado , donde se producen cultivos especializados de alto valor como hierbas, lechugas y tomates en invernaderos iluminados durante todo el año. Los defensores sugieren que estos edificios completamente cerrados, o fábricas de plantas , podrían ser una forma de reutilizar el espacio urbano, reducir las millas de alimentos y proporcionar productos locales a los habitantes de la ciudad.

Uno de los problemas centrales de este proceso es el alto costo monetario de proporcionar luz artificial, generalmente a través de una combinación de diodos emisores de luz roja y azul . Los costos de energía a veces exceden el 25 por ciento del desembolso operativo. ¿Cómo pueden los cultivadores, particularmente en el mundo en desarrollo, competir cuando el sol es gratis ? Un mayor uso de energía también se traduce en más emisiones de carbono , en lugar de la disminución de la huella de carbono que las plantas cultivadas de forma sostenible pueden proporcionar.

He estudiado cómo la luz afecta el crecimiento y desarrollo de las plantas durante más de 30 años. Recientemente me encontré preguntándome: en lugar de cultivar plantas en un ciclo repetitivo de un día de luz y una noche de oscuridad, ¿qué pasaría si la misma luz de día se dividiera en pulsos que duraban solo horas, minutos o segundos?

Las plantas de interior necesitan mucha luz artificial. Crédito: josefkubes / Shutterstock.com

Estallidos cortos de luz y oscuridad.

Así que mis colegas y yo diseñamos un experimento . Aplicaríamos la cantidad normal de luz en total, solo la dividiríamos en diferentes partes del tiempo.

Por supuesto, las plantas dependen de la luz para la fotosíntesis, el proceso que en la naturaleza utiliza la energía del sol para combinar el dióxido de carbono y el agua en azúcares que alimentan el metabolismo de las plantas. La luz también dirige el crecimiento y el desarrollo a través de sus señales sobre el día y la noche, y la utilización de ese flujo de información puede tener resultados desastrosos.

Eso es porque romper algo bueno en partes más pequeñas a veces crea nuevos problemas. Imagínese lo feliz que sería recibir una factura de US $ 100, pero no tan emocionada con los 10,000 centavos equivalentes. Sospechamos que el reloj interno de una planta no aceptaría la misma moneda luminosa cuando se dividiera en denominaciones más pequeñas.

Y eso es exactamente lo que hemos demostrado en nuestros experimentos . Las plántulas de col, nabo o remolacha expuestas a ciclos de 12 horas de luz, 12 horas de oscuridad durante cuatro días crecieron normalmente, acumulando pigmentos y creciendo. Cuando disminuimos la frecuencia de los ciclos de luz-oscuridad a 6 horas, 3 horas, 1 hora o 30 minutos, las plantas se rebelaron. Entregamos la misma cantidad de luz, solo aplicada en trozos de diferentes tamaños, y las plántulas no apreciaron el tratamiento.

Un estudio realizado en 1931 por Garner y Allard rastreó el crecimiento de las flores del Cosmos Amarillo bajo pulsos de luz de varias duraciones. Crédito: J. Agri. Res. 42: Biblioteca Nacional de Agricultura, Servicio de Investigación Agrícola, Departamento de Agricultura de los EE. UU., CC BY

La misma cantidad de luz aplicada en intervalos más cortos a lo largo del día hizo que las plantas crecieran más como si estuvieran en la oscuridad. Sospechamos que los pulsos de luz entraron en conflicto con el reloj interno de una planta , y las plantas de semillero no tenían idea de la hora del día. Los tallos se estiraron más en un intento de encontrar más luz, y se pusieron en espera procesos como la producción de pigmentos.

Pero cuando aplicamos luz en ráfagas mucho, mucho más cortas, sucedió algo notable. Las plantas cultivadas en ciclos de encendido / apagado de cinco segundos parecían ser casi idénticas a las cultivadas en el período normal de luz / oscuridad. Es casi como que el reloj interno no puede comenzar correctamente cuando llega el amanecer cada cinco segundos, por lo que a las plantas no parece importarles un día que dure unos segundos.

Justo cuando nos preparamos para publicar, el colaborador universitario Paul Kusuma descubrió que nuestro descubrimiento no era tan novedoso. Pronto nos dimos cuenta de que en realidad habíamos redescubierto algo que ya conocíamos durante 88 años. Los científicos del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos vieron este mismo fenómeno en 1931, cuando cultivaron plantas bajo pulsos de luz de varias duraciones. Su trabajo en plantas maduras coincide con lo que observamos en plántulas con notable similitud.

No solo todo esto fue un recauchutado de una vieja idea, sino que los pulsos de luz no ahorran energía. Cinco segundos encendidos y apagados utilizan la misma cantidad de energía que las luces encendidas durante 12 horas; Las luces siguen encendidas durante la mitad del día.

¿Pero qué pasaría si extendiéramos el período oscuro? Cinco segundos después. Seis segundos fuera. O 10 segundos fuera. O 20 segundos fuera. Tal vez 80 segundos fuera? No lo intentaron en 1931.

Una variedad de lechuga se volvió púrpura cuando se le dio un período de oscuridad de 10 segundos. Se ven similares a los cultivados con un período de oscuridad de cinco segundos, pero usan un 33% menos de energía. La extensión del período de oscuridad a 20 segundos produjo plantas verdes con más biomasa. Crédito: J. Feng, K. Folta

Construyendo en el tiempo de inactividad adicional

Resulta que a las plantas no les importa un poco de tiempo de inactividad. Después de aplicar la luz durante cinco segundos para activar la fotosíntesis y los procesos biológicos, como la acumulación de pigmento, apagamos la luz durante 10 o, a veces, 20 segundos. Bajo estos largos períodos de oscuridad, las plantas de semillero crecieron tan bien como lo habían hecho cuando los períodos de luz y oscuridad eran iguales. Si esto se pudiera hacer en la escala de una granja interior, podría traducirse en un ahorro significativo de energía, al menos el 30 por ciento y tal vez más.

El trabajo reciente aún por publicarse en nuestro laboratorio ha demostrado que el mismo concepto funciona en las lechugas de hoja; Tampoco les importa un tiempo oscuro prolongado entre pulsos. En algunos casos, las lechugas son verdes en lugar de moradas y tienen hojas más grandes. Eso significa que un productor puede producir una diversidad de productos, y con un mayor peso comercializable, apagando las luces.

Aprender que las plantas pueden cultivarse bajo ráfagas de luz en lugar de una iluminación continua proporciona una forma de recortar potencialmente el costoso presupuesto energético de la agricultura de interior. Se podrían cultivar más verduras frescas con menos energía, haciendo que el proceso sea más sostenible. Mis colegas y yo creemos que esta innovación podría, en última instancia, ayudar a impulsar nuevos negocios y alimentar a más personas, y hacerlo con menos impacto ambiental.


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