Iluminación LED para la producción agrícola intensiva

Aquellos cultivos que por diversas motivaciones no pueden ser cultivados en exteriores o disfrutar de una alta exposición a la luz solar, se ven forzados a utilizar iluminación artificial para su crecimiento y producción. 

Es el caso de los cultivos puramente de interior (cultivo vertical, por ejemplo) o de aquellos híbridos en invernadero que no reciben la suficiente luz natural. También puede resultar necesaria como apoyo en aquellos períodos en los que las horas de exposición a luz solar se reducen.

Técnico de NOVAGRIC trabajando en módulo diseñado para cultivo vertical

Luz artificial en la producción agrícola

La iluminación artificial que se utiliza para el cultivo agrícola puede ser a su vez de varios tipos, según su diferente coste, eficiencia y productividad, principalmente: los tubos incandescentes y fluorescentes, las luces HID (o de alta intensidad de descarga) y las luces LED.

La luz juega un papel fundamental en el cultivo agrícola ya que de ello va a depender fundamentalmente que las plantas puedan hacer la fotosíntesis para producir frutos. La calidad de esta es determinante en su apariencia, propiedades y productividad, entendida como la composición espectral de sus diferentes longitudes de onda en el rango de “luz visible”, es decir, aquellos fotones que son absorbidos por los pigmentos de las plantas (clorofilas, citocromos y carotenoides, entre otros) encargados de los distintos procesos.

Instalaciones de invernaderos en producción equipados con focos HID desarrollados por NOVAGRIC en Murcia

Por ejemplo, la luz roja e infrarroja (absorbida por las clorofilas y los fitocromos), estimula la floración de las plantas y el engrosamiento. La luz azul, la apertura de las estomas y la orientación hacia la luz, además de ser clave en diferentes procesos celulares relacionados con el crecimiento. De la combinación de estas dos resulta la luz más apropiada para una elevada producción forzada de productos agrícolas, de cuya mezcla tonal resulta el tono rosa y/o violeta (de ahí que las granjas verticales llamen la atención por el color de su iluminación).

Espectro de luz visible de las plantas del ultravioleta al rojo lejano. Fuente: Vix.com

Luces LED: más eficientes y productivas

Las luces LED muestran un gran potencial en la producción intensiva en espacios de cultivo vertical e interiores, debido a su alta eficiencia en emitir las diferentes longitudes de onda que las plantas requieren en sus distintos procesos. Poseen grandes ventajas frente a otras fuentes de iluminación: mayor eficiencia en el consumo energético y, por lo tanto, gastos mucho menores, vida útil más larga, menor tamaño, más resistentes y no emiten casi calor; aunque su mayor inconveniente en comparación es el precio de su adquisición.

Las luces LED han demostrado tasas de fotosíntesis superiores, con un consumo energético menor por requerir menores esfuerzos para alcanzar la misma intensidad de luz. Aun así, estas se siguen empleando en condiciones de producción más simples y, sobre todo, en producciones híbridas de iluminación en invernadero.

A diferencia de las primeras luces LED que aparecieron, actualmente poseen longitudes de onda que cubren todo el espectro visible (400 a 700nm), además de UV e infrarroja, con una intensidad de luz muy elevada. Incluso sus balances pueden ser regulados manualmente para conseguir la tonalidad que más nos conviene según el tipo de planta y la fase de crecimiento o floración en la que se encuentre. 

Además, emiten una proporción de radiación en los ámbitos rojo y azul, que son las responsables principales de la fotosíntesis de la planta, superior a cualquier otra fuente de luz artificial, y que como resultado de su combinación dan la tonalidad rosa y/o violeta de las luces LED utilizadas en agricultura vertical. Las luces LED, además, se pueden situar cercanas a la planta sin miedo a que se quemen optimizando su absorción por la planta.

Instalación de agricultura vertical con control de riego, clima e iluminación diseñada por Novagric

En la actualidad, gran parte de las investigaciones se centran en determinar los efectos de las diferentes longitudes de onda en el desarrollo de las plantas para diseñar combinaciones de luces que optimicen la respuesta de un cultivo determinado. Se están creando recetas específicas de iluminación dependiendo del tipo de cultivo o del estado fenológico del mismo. Se conoce que la calidad del espectro de emisión de las luces LED permite causar efectos notables en la anatomía y morfología de las plantas, la absorción de nutrientes y en incluso en su composición nutritiva, siendo una alternativa mejor a la aplicación de productos reguladores del crecimiento.

Desde Fundación Etifa nos comprometemos a difundir el conocimiento con el objetivo de optimizar las diversas formas de producción agrícola para impulsar el crecimiento de la agricultura, mejorar la productividad de los agricultores y rentabilizar las producciones creando espacios que funcionan de forma eficiente y sostenible y con una evolución saludable de los insumos.

Acuaponía: un sistema de producción agrícola ecológico y sostenible

La acuaponía consiste en una técnica de cultivo integrado de peces y plantas en un sistema recirculante de agua por medio de la producción de fertilizantes naturales para las plantas y agua purificada para los peces, obteniendo así una producción ecológica en equilibrio.

Este sistema es recirculante porque se implementa en cultivo hidropónico, ya que el agua debe crear un círculo cerrado de eficiencia hídrica, fertilizantes y purificación natural de aguas. Nace de la hibridación de acuicultura tradicional, cría controlada de peces y mariscos en agua dulce o salada; e hidroponía, cultivo forzado de plantas sin suelo agrícola.

Estas dos técnicas presentan problemas específicos practicadas de forma independiente, pero de forma conjunta contribuyen a su funcionamiento optimizado. Por ejemplo, en acuicultura las secreciones de los animales acuáticos cultivados pueden acumularse en el agua, incrementando su toxicidad, pero al hibridarse con un sistema hidropónico, esas aguas recirculan y sus deshechos son absorbidos por las plantas devolviendo el agua purificada. Para las plantas, se obtiene la ventaja de que esos nutrientes absorbidos son totalmente naturales y sin residuos químicos.

Cultivo de acuaponía a nivel industrial. Fotografía: © Mmdi / Getty.

Para que los deshechos de estos animales acuáticos se conviertan en nutrientes beneficiosos para las plantas, se da un proceso por el que bacterias de nitrificación descomponen el amoniaco y los nitritos de los depósitos en nitratos, uno de los nutrientes minerales más importantes requeridos por las plantas e imprescindible para que estas vivan y crezcan. Pero para que esto suceda, necesitamos un lugar en el que las bacterias puedan crecer.

Por tanto, en un cultivo con acuaponía, resulta imprescindible contar con los siguientes componentes para su instalación:

  • Tanques de crianza: donde crecen y se alimentan los peces.
  • Bandejas de sedimentación: en las que se depositan los alimentos no consumidos por los peces y otros sedimentos.
  • Biofiltro: lugar donde la bacteria de nitrificación crece y convierte amoníacos y nitritos en nitratos.
  • Sump: punto más bajo hasta donde el agua de riego fluye para ser bombeada hacia las plantas.
  • Subsistemas hidropónicos: conjunto de canaletas por las que el agua recircula en continuo contacto con las raíces de la planta.

A esto se le consideraría un sistema de fertirrigación ecológico y natural, funcionando de la misma forma, pero en el que se obtiene el agua biofiltrada de los tanques de crianza en vez de tanques de fertirrigación propiamente. Aunque la producción a gran escala y de cultivos con mayor porte aún se complementa a base de otros fertilizantes de apoyo para nutrir a la planta, su práctica se está empezando a dar ahora con mayor fuerza, analizando los resultados para un empleo más eficiente y productivo de esta poco a poco.

Siete reglas básicas que hay que seguir en la acuaponía. Fuente: FAO.org

Recomendaciones básicas para seguir en acuaponía

Bien se implemente un sistema de baja producción o a gran escala, existen una serie de recomendaciones básicas que la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) difunde para la puesta en práctica eficiente y saludable de un sistema de acuaponía.

1. Elección del tanque

Los tanques son un componente vital. Deben ser cuadrados o cilíndricos para poder limpiarlos bien y eliminar cualquier resto acumulado en los fondos, y de un material inerte y resistente como plástico o fibra de vidrio.

2. Aireación y circulación del agua adecuadas

Que se puedan usar bombas de agua y aire para garantizar buenos niveles de oxígeno disuelto y agua en movimiento para que animales, plantas y bacterias se mantengan sanos. Accionar estos mecanismos implica costes elevados de consumo energético, deberemos garantizar en la medida de lo posible el suministro fotovoltaico.

3. Calidad del agua

Hay cinco elementos que se deben mantener para garantizar la calidad del agua: oxígeno disuelto (5 mg/litro), pH (6-7), temperatura (18-30°C) y nitrógeno total.  El agua que se utiliza es dulce, por eso las variedades de peces que crecerán deberán ser de río o agua dulce y solo aquellas variedades cuyo rango de tolerancia de temperatura sean las mismas que para las de la planta. En algunos casos se usan variedades de agua salada si esa salinidad es compatible con la variedad vegetal que estamos usando.

4. No llenar demasiado el tanque

El sistema acuapónico será más fácil de manejar y protegido contra amenazas y colapsos si la densidad de peces se mantiene baja. La cantidad recomendada es de 20kg/1000L, lo que deja espacio para el crecimiento sustancial de las plantas.

5. Evitar la sobrealimentación y eliminar el alimento no consumido

Los residuos y restos de comida pueden resultar muy perjudiciales ya que pueden pudrirse en el interior del sistema, causando enfermedades y un consumo ineficiente de oxígeno. Una vez alimentados los peces, después de media hora, se pueden eliminar los residuos.

6. Elegir y espaciar las plantas cuidadosamente

Alternar plantas con períodos de crecimiento cortos con otros de períodos más largos. Hacer esto proporcionará a las especies de hoja sombra natural de aquellos con tamaño mayor.

7. Mantener el equilibrio entre plantas y animales

Usar un sistema de cultivo por lotes puede ayudar a mantener una cosecha continua de animales acuáticos y hortalizas y un nivel de producción y equilibrio constante entre peces y plantas.

Agricultura vertical: una tendencia hecha realidad

La tendencia se ha confirmado, no hay vuelta atrás. En el futuro estará presente la agricultura vertical.

El mundo agrícola está ganando espacio vertical y tanto es así, que ya ha llegado incluso hasta la Estación Espacial Internacional (ISS) en una serie de proyectos para la producción agrícola sin suelo, llevados a cabo por la NASA.

Las nuevas técnicas de producción agrícola ante las elevadas cifras de deforestación de los suelos de cultivo, en torno al 30%, miran hacia nuevos espacios de producción. Las cifras de crecimiento poblacional no son mucho más alentadoras y se estima que en el año 2050, para alimentar a toda la población mundial, se deberá intensificar un 70% la producción actual de alimentos. Hacer esto implica buscar medidas más allá del mundo que conocíamos hasta hoy.

La respuesta ha sido el nacimiento de la agricultura vertical, originaria del siglo pasado, pero con repercusión en el mundo de hoy. Esta es una rama de la agricultura que busca aprovechar los espacios verticales (o en altura) para producir alimentos. Teniendo en cuenta que la situación actual de escasez de suelo fértil en la tierra, a este ritmo, no permite cubrir las necesidades futuras de alimentación, se plantea el espacio en vertical para el cultivo forzado sin suelo agrícola y/o sin luz solar como una solución viable hoy día gracias al apoyo de tecnologías 4.0.

Técnico de NOVAGRIC trabajando en módulo diseñado para cultivo vertical

Esta técnica permite cultivar en espacios cerrados por lo que instalaciones industriales en desuso cercanas a ciudades se están cambiando para albergar esta tecnología y poder cultivar una amplia variedad de vegetales y suministrar a esas ciudades. Esta tecnología permite obtener productos de residuo cero y con una menor huella de carbono e hídrica, demostrando ser mucho más eficiente y amigable con el medio ambiente.

El cultivo vertical

El cultivo agrícola que se practica en agricultura vertical hace referencia al cultivo sin suelo agrícola ni sustrato manejados con la técnica de nutrición recirculante NFT en altura. Esta técnica fue desarrollada en la segunda mitad del siglo XX por el doctor Allan Cooper, a quien se le atribuye su práctica. Está orientado principalmente a los cultivos de hoja (lechuga, col, acelgas, plantas aromáticas), ya que son cultivos de ciclo corto, bajo porte y con un sistema radicular que optimiza el espacio. También por haber resultado los cultivos más productivos y rentables testados en este tipo de agricultura, enfrentarse a menores plagas y crecer sin pesticidas.

Solo gracias a la tecnología desarrollada hoy día es posible llevar a cabo este tipo de cultivo, ya que requiere de un sistema complejo de fertirriego, riego por goteo y canaletas que permitan recircular el agua, para luego ser depurada y distribuida de nuevo a la planta con el máximo grado de aprovechamiento de agua y nutrientes. La implementación de esta técnica ha dado lugar a la aeroponía, en la que un sistema de riego por nebulización de nutrientes disueltos en agua rocía la planta, cuyas raíces se encuentran a su vez total o parcialmente en agua, para una absorción aún más eficiente de la solución nutritiva y mejor oxigenación de las raíces.

Módulo de Agricultura Vertical con cultivos sin suelo NFT e iluminación LED desarrollado por NOVAGRIC

Por otro lado, no podemos olvidar que hablamos de un sistema de cultivo sin luz solar, ya que esta es sustituida por una fuente de luz artificial, pero que, de alguna forma, pudiera estar generada con luz solar si su alimentación proviniese de energías renovables y/o si no se tratase de un cultivo puramente de interior. Para poder producir en vertical es necesario otro tipo de tecnologías, ya que, por su propia disposición apilada, las plantas se hacen sombra y limitan la cantidad de radiación solar que es posible que reciban. Por eso, se implementa un sistema de iluminación LED cuyos filtros lumínicos imitan el espectro de la radiación solar mejor absorbida por la planta según la fase del ciclo en la que se encuentre, para su crecimiento forzado más eficiente. En algunos casos, las necesidades eléctricas pueden estar generadas con luz solar u otro tipo de energía renovable que hace que esta tecnología sea más sustentable medioambientalmente.

Tecnología agrícola de alto rendimiento para la producción vertical

La tecnología agrícola está dispuesta al servicio de estas nuevas formas de producción, que no sería posible implementar siguiendo un modelo tradicional, por eficiente que pueda llegar a ser, de igual manera que también crece la población por encima de las posibilidades de producción. En los grandes núcleos urbanos además lo hacen en vertical, dada la misma escasez por la que luchan suelo agrícola y espacio para la actividad humana. Incluso se plantean ya espacios donde los cultivos y las personas convivan en espacios verticales.

No quiere decir con esto que en el futuro toda la agricultura sea o pueda llegar a ser vertical, puesto que hasta el momento ha demostrado ser eficiente principalmente en cultivos vegetales de hoja. Eso sí, un método combinado permitirá una explotación más eficiente del suelo en cultivos hortofrutícolas de mayor porte, optimizando otros en vertical (ya se estudia implementar en cultivos de tomate, pimiento y flores ornamentales).

Instalación de agricultura vertical con control de riego, clima y humedad

Empresas como Novagric, instructoras de nuestra fundación, instalan sistemas de riego, control de clima y módulos de cultivo vertical gracias a la experiencia práctica de su actividad, ya que investigan de primera mano en sus instalaciones piloto estas tecnologías y ofrecen un análisis teórico-práctico sobre aspectos que han sido específicamente estudiados por las mismas.