Desempeño fisiológico de trasplantes de pepinos cuando son sometidos a luces LED y HPS

La tecnología de iluminación que se utiliza más comúnmente para aumentar el  PPF (Flujo de Fotones Fotosintéticos) en los invernaderos son las lámparas HPS. Las lámparas HPS han sido bien aceptadas gracias a su eficiencia relativamente alta en el Flujo de Fotones Fotosintéticos (PPF).

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Una alternativas a la iluminación HPS es la iluminación con LEDs de alta intensidad, que han reportado una eficiencia PPF que varía entre 0.84 y 2.3 mmol·J–1 y se proyecta que habrá un aumento de veinte veces más flujo producido por lámpara en la siguiente década. Además de las eficiencias más altas, las lámparas LED pueden ser construidas con un espectro adecuado a las necesidades de cada cliente. Al utilizar diferentes diodos de colores, los productores tienen la oportunidad de optimizar los espectros conforme a los objetivos de crecimiento específicos.

En el trabajo de investigación en el que se utilizaron LEDs como la única Fuente de luz, las plantas como los pimientos, el trigo, la lechuga, las plántulas de papa, la Arabidopsis thaliana, la soya, la espinaca y el rábano cultivados bajo luz roja (600 to 700 nm) complementada con luz azul (400 to 500 nm) presentaron mayor tasa de crecimiento y mejor desarrollo, que las plantas cultivadas únicamente con luz roja.

A pesar de la información limitada, los estudios recientes que realizaron pruebas con LEDs como iluminación complementaria, han mostrado que el espectro de luz eléctrica óptimo para el crecimiento de las plantas es distinto si se tiene una sola fuente de iluminación, o si se cuenta con iluminación complementaria.

Hay pocos reportes de investigaciones y  sus resultados son conflictivos. En esos trabajos de investigación se compara el consumo de energía con iluminación complementaria LED y HPS. Por ejemplo, para las cabezas de lechuga fresca, Martineau et al. (2012) mostró mayor masa seca de lechuga por suministro de energía eléctrica, en plantas que crecieron bajo iluminación complementaria LED; a diferencia de las plantas que crecieron con luz complementaria HPS; reportando 33% mayor consumo de electricidad por medio de la iluminación HPS complementaria.

En tomate, Gomez et al. (2013) no encontraron aumento en el rendimiento con iluminación LED complementaria, en comparación con la iluminación HPS complementaria; sin embargo reportaron 76% más consumo eléctrico con el tratamiento HPS, comparado con el tratamiento de iluminación complementaria de LEDs.

Pinho et al. (2012) reportaron que en un experimento a pequeña escala de iluminación complementaria  (con un área de crecimiento vegetal de 1-m2), el tratamiento HPS consumió 40% más electricidad, que la iluminación LED, logrando el mismo nivel de PPF en el dosel vegetal.  No obstante, cuando se realizó la simulación para un invernadero comercial de 800 m2, la iluminación HPS ahorró 44% en consumo de energía, comparado con la iluminación LED (Pinho et al., 2012). La tasa de crecimiento de las plantas por consumo eléctrico de las lámparas está altamente correlacionada con la eficiencia eléctrica PPF de la lámpara (mmol·s–1·W–1 ó mmol·J–1).

Mayor PPF por watt (W) con frecuencia se traduce en mayor tasa de crecimiento por kWh. Si una lámpara LED produce mayor tasa de crecimiento que una lámpara HPS y ambas tienen eficiencia PPF similar (LED: 0.84 a2.3 mmol·J–1, HPS: 0.93 a 1.85 mmol·J–1), existen dos posibles explicaciones:

1) La tasa de crecimiento de las plantas mejora en gran medida al optimizar el espectro con LEDs;

2) El diseño experimental hace que una cantidad desproporcionada de PPF complementario proveniente de las lámparas HPS quede fuera del área de crecimiento como resultado de la mayor densidad de las lámparas, y por ende con el sistema HPS se consume más energía que con las lámparas LED complementarias.

El objetivo de este estudio es comparar la iluminación LED complementaria con iluminación HPS complementaria, en relación con el crecimiento y desarrollo vegetal, así como con el consumo de energía de las lámparas.

Hemos seleccionado trasplantes de pepino de invernadero como el cultivo modelo porque el pepino es la segunda hortaliza más producida en invernaderos hidropónicos en los Estados Unidos (Nanfelt, 2011).

Asimismo,  se sabe que el pepino es sensible a los niveles de PPF y a la calidad de la luz. Además, los trasplantes de pepino ya se cultivan bajo iluminación HPS complementaria en Norteamérica durante los meses de otoño e invierno en los que el Integral de Luz Diaria (DLI) solar es el factor limitante para la producción.

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Métodos y Materiales; Material Vegetativo (PLANT MATERIAL) y Condiciones de Crecimiento

Las semillas de pepino germinaron en portainjertos de lana de roca (Tamaño: 2.5 cm de largo x 2.5 cm de ancho y 4.0 cm de alto) a 28C en la obscuridad, durante 24 horas.

Después de la emergencia de la radícula, los portainjertos fueron transferidos a cubos de lana de roca (tamaño del cubo: 10 cm de largo x  9.5 cm de ancho x 6.5 cm de alto) (Grodan) y de ahí fueron transferidos a un invernadero ubicado en Tucson AZ.

El área del piso del invernadero medía 108m2 con una altura a la canaleta de  2.5-mg a y 4.3-m de altura a la cumbrera; cubierto con capa doble de acrílico, orientado de norte a sur y equipado con sistemas de enfriamiento de pared húmeda, con sistema de calefacción de aire caliente forzado, operado por gas natural.

Al expandirse los cotiledones se seleccionaron plántulas uniformes para someterlas a los tratamientos de iluminación complementaria.

Las plantas recibieron subrriego conforme se requirió, junto con solución nutritiva que contenía   (mg·L–1) 90 de nitrógeno, 47 fósforo, 144 potasio, 160 calcio, 60 magnesio, 113 azufre, 105 cloro, al igual que micronutrientes.

Se registró el Integral de Luz Diaria (DLI) solar cada día, durante el experimento, utilizando tres sensores quánticos (uno por banco)  (LI-190; LI-COR Inc., Lincoln, NE) colocados a la altura del dosel vegetal.

La temperatura del aire se midió a 60 cm por arriba del dosel vegetal y la temperatura del aire en el dosel vegetal se midió inmediatamente debajo de una hoja expandida por completo, en la parte superior del dosel vegetal. Ambas temperaturas de registraron en cada compartimiento utilizando dos termocoples de cable fino (seis termocoples en el invernadero).

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