Filtros Foto-selectivos

Filtros Foto-selectivos2020Autores: Mónica Flores, Elizabeth González y Víctor Escalona

Pág. 2 FIC, IDI 30474703-0 Transferencias Hortalizas

Filtros foto-selectivos

Figura 1: Radiación fotosintéticamente activa (PAR: 400 a 700 nm) medida al mediodía (µmol*m-2*s-1) bajo mallas foto selectivas (rojo y azul) y de color neutro (negro y perla). Los datos son medias ± SEM de cuatro replicas (Arthurs, 2013).

Los filtros foto-selectivos o mallas sombreadoras son una novedosa herramienta que puede utilizarse con diferentes propósitos, entre ellos modificar la morfología y fisiología de las plantas. Estas mallas pueden ser utilizadas tanto dentro como fuera del invernadero y habitualmente se utilizan para proveer al cultivo de protección física contra la alta radiación, viento, granizos, aves e insectos (Stamps, 2009). Las más comunes son las de color negro y se utilizan para proteger al cultivo del exceso de radiación durante el verano y prevenir el bronceado de los frutos. Sin embargo, se están comenzando a usar mallas de colores diseñadas para modificar la radiación incidente (espectro, dispersión de la luz y componente térmico) que impacten en el crecimiento y desarrollo vegetativo de las plantas (Elad et al 2007). El uso de estas mallas puede inducir enanismo, manipular la ramificación y la época de floración, entre otros (Stamp, 2009).

Dependiendo de la pigmentación del material plástico y el diseño del tejido de las mallas, éstas pueden mantener el espectro de la luz natural o modificarlo, y así dirigir y optimizar respuestas fisiológicas deseables. Este tipo de mallas además incrementan la proporción de luz difusa y absorben algunas bandas espectrales afectando la calidad de la luz. De esta forma se puede modificar la radiación fotosintéticamente activa (PAR), la radiación ultravioleta (UV), o los rangos correspondientes a los colores azul, rojo (R) y rojo lejano (RL), rangos del espectro importantes para el correcto desarrollo de las plantas (Arthurs et al., 2013).

Reducción de la radiación.

Las mallas, independientes del color, reducen la radiación que llega al cultivo. Mientras mayor sea el porcentaje de sombra, más radiación bloqueará. Se fabrican mallas de sombra de polipropileno, tejido con diferentes dimensiones de fibras y agujeros para lograr niveles de sombra específicos (Arthurs et al., 2013). Esta reducción en la intensidad de la radiación producirá cambios en el crecimiento y desarrollo de las plantas. Sin embargo, el efecto del color y el sombreado no solo se ven reflejados en la disminución de la intensidad y dirección de la radiación incidente, sino que también, generan cambios en la temperatura del aire, de la planta y del suelo, cambios en la humedad relativa y en la velocidad del viento (Stamps, 2009).

Todas las mallas reducen la radiación PAR incidente, pero hay diferencias entre los diferentes colores. En la Figura 1 se observa que la malla negra reduce de mayor manera la radiación PAR y la malla roja la que menos lo hace, aun cuando el porcentaje de sombra de ambas mallas sea el mismo. Los valores obtenidos muestran que, aunque la radiación PAR transmitida puede ser suficiente para el

crecimiento de las plantas en primavera/verano, en otoño/invierno puede ser limitante para algunos cultivos (Arthurs et al., 2013). Otro ejemplo de como las mallas modifican la intensidad de la radiación PAR incidente se observa en la Figura 2.

Modificación de la calidad espectral

Las mallas de colores pueden manipular los espectros de la radiación que llegan a los cultivos, esto puede afectar la fotosíntesis y otros procesos fisiológicos sensibles a la luz.

Las mallas negras normalmente son totalmente opacas y no modifican la calidad espectral de la radiación, por lo que el factor de sombreado es directamente proporcional a la porosidad. Sin embargo, las mallas de colores contienen aditivos que filtran selectivamente la radiación solar para promover longitudes de onda específicas (Arthurs et al., 2013). Las mallas coloreadas pueden cambiar las relaciones de rojo y rojo lejano, las cantidades de radiación azul y ultravioleta A y otras longitudes de onda que puedan influir en el crecimiento y desarrollo de las plantas (Elad et al., 2007). En la Tabla 1 se muestran algunos ejemplos de mallas y cómo éstas modifican la calidad de la luz que llega a las plantas. En la Figura 3 se presentan algunas mallas comerciales y en la Figura 4 los espectros, intensidades y porcentajes de reducción de la emisión de la radiación en mallas de diferentes colores.

Las mallas de color blanco y negro no afectan el espectro visible. Por su parte las mallas azules presentan un peak en el azul (450-500 nm) y en el rojo lejano (750 nm). Estas pueden aumentar la proporción de la luz entre 400-500 mn


Figura 2. Radiación fotosintéticamente activa (PAR) bajo mallas de diferentes colores a tres horas del día (9:00, 12:00, 15:00 h) durante el cultivo de espinacas baby en el mes de junio de 2018. A (control, sin malla), B (roja), C (azul) y D (gris). Medidas realizadas con un sensor PAR, HOBO (Micro Station Data Logger, H21-USB, USA) (Lara, 2019).

Color de la malla y porcentaje de sombra (%)Sin malla Negra Negra Verde Verde-plata Azul-Plata

25-28 40-45 40-45 40-45 40-45Calidad de la luz irradiada, intensidad y porcentaje

PAR (400700 nm) 1029 656 383 381 449 441UV (300-400 nm) 81,7 51,2 31,1 27,6 33,1 33,3Azul (400-500 nm) 279 175 99 104 121 123

UV/azul 0,29 0,29 0,31 0,27 0,27 0,27Rojo (600-700 nm) 387 243 148 135 168 163

Rojo lejano (700-1100 nm)

1236 792 504 630 678 695

%PAR transmitido 100 63 37 37 52 43%UV transmitido 100 63 38 34 45 41

%Verde transmitido 100 35 35 36 36 36%Azul transmitido 100 28 28 27 27 29

Luz Difusa - - - - verde azul

Tabla 1: Calidad de la luz que llega a las plantas al utilizar mallas de colores (Elad et al., 2007).


Figura 3: Ejemplo de algunas mallas comerciales en Chile con 65% de sombra.

en un 34-44%, dependiendo de la temporada. En las mallas rojas se observa una disminución en las longitudes de onda cercanas a los 400 nm (azul) e incrementan la proporción en el rango de los 590 nm (amarillo) (Figura 4). Ninguna malla presenta relaciones R/RL (600-700/700-800 nm) mayores que el ambiente (cercana a 1), siendo las mallas azules las que presentan la menor relación (R/RL), cercana a 0,8 (Arthurs et al., 2013).

El efecto en la calidad de la luz en las plantas es complejo ya que implica la acción combinada de varios sistemas foto receptores que absorben la luz en diferentes regiones del espectro. Los foto receptores para el azul, verde y ultravioleta corresponden a las fototropinas y criptocromos y los foto receptores para el rojo y rojo lejano a los fitocromos. La activación de estos foto-receptores inducen respuestas morfológicas y fisiológicas que le permiten a las plantas adaptarse a diferentes ambientes y condiciones lumínicas. Por ejemplo, la luz azul es necesaria para el normal crecimiento y desarrollo de las plantas y podría aumentar su compacidad. Otro ejemplo es la manipulación de la relación de R/RL. Una alta relación R/RL reduce la extensión del tallo y aumenta la compacidad de la planta. Por el contrario, una baja relación R/RL gatilla el “síndrome

de evasión de sombra” lo cual puede causar el alargamiento de los tallos, fortalecimiento del dominio apical y una reducida ramificación. Esta condición podría también reducir la defensa de la planta contra insectos herbívoros por la inactivación del fitocromo B el cual regula métodos de defensa mediados por hormonas (Arthurs et al., 2013).

Por su parte, la radiación en el rango UV juega un rol importante en la defensa de las plantas, ayudando a protegerlas de los herbívoros y patógenos microbianos, posiblemente por la producción de compuestos fenólicos y antioxidantes. Todas las mallas reducen la intensidad de la luz en el rango UV (280 - 400 nm) y pueden presentarse diferencias entre los diferentes colores de la malla (Arthurs et al., 2013).

Los principales efectos observados en las plantas como respuesta a la manipulación del espectro de la luz son (Stamp, 2009):

• Cambios en el crecimiento: modificaciones en la altura y vigor de en la planta, en la longitud de los entrenudos, hojas y brotes, número de hojas y forma de estas. En la Tabla 2 se muestra un ejemplo de la modificación morfológica en hojas de espinaca cultivadas bajo mallas de diferentes colores.

• Cambios en la calidad vegetativa y vida postcosecha, como el tiempo de vida en florero y cambios en la tasa respiratoria de algunas hortalizas de hoja (Figura 5).

• Cambios en la floración: adelantar o retrasar la floración, aumentando o reduciendo el número de botones.

• Cambios en la calidad y rendimiento de los frutos: aumento de tamaño y cantidad de frutos, cambios en la maduración ya sea adelantándola o retrasándola, cambios en las características organolépticas como mejoras en el color, sabor, firmeza y la reducción en la incidencia de daños.

Control (sin malla) Malla blanca Malla café claro

Intensidad PPFD (µmol*m-2*s-1): 980. Intensidad PPFD (µmol*m-2*s-1): 577. % Reducción de la radiación: 41%

Intensidad PPFD (µmol*m-2*s-1): 271. % Reducción de la radiación: 72%

Figura 4.1: Espectros, intensidad de la radiación incidente y porcentajes de reducción de la emisión de la radiación de mallas comerciales en Chile de diferentes colores. Datos registrados a las 12:00 horas el 22 de noviembre de 2018 con un medidor de espectros UPRtek MK350S (Miaoli Country, Taiwan) Resultados proyecto FIC 30474703-0 transferencia Hortalizas.


Figura 4.2: Espectros, intensidad de la radiación incidente y porcentajes de reducción de la emisión de la radiación de mallas comerciales en Chile de diferentes colores. Datos registrados a las 12:00 horas el 22 de noviembre de 2018 con un medidor de espectros UPRtek MK350S (Miaoli Country, Taiwan) Resultados proyecto FIC 30474703-0 transferencia Hortalizas.

Malla negra Malla verde/negro Malla crema

Malla verde Malla roja Malla azul

Intensidad PPFD (µmol*m-2*s-1): 205. Reducción de la radiación: 79%

Intensidad PPFD (µmol*m-2*s-1): 183. Reducción de la radiación: 81





RendimientoControl (sin malla) Roja Azul Gris

961 g m-2 1388 g m-2 740 g m-2 412 g m-2

Nivel de significanciab a bc c

Tabla 2. Rendimiento de espinaca baby variedad ́ Viroflay´ cultivada bajo mallas de diferentes colores. Cada imagen muestra una planta representativa del tratamiento. Medias con diferentes letras indican diferencias significativas de acuerdo con la prueba de Fisher LSD (p ≤ 0.05) (Lara, 2019).


Modificación en la dispersión de la radiación

Se ha demostrado que la luz difusa aumenta la eficiencia del uso de la radiación, el rendimiento e incluso la floración, en tiempo y cantidad. Las mallas de sombra dispersivas son menos opacas y dispersan la radiación creando más luz difusa, la cual puede penetrar más en la canopia de las plantas. Las mallas que aumentan la dispersión de la luz, pero no afectan el espectro, aumentan la ramificación, la compacidad de la planta y el número de flores por planta. Las mallas de colores pueden aumentar la dispersión en hasta un 50% (Stamp, 2009).

Otros factores ambientales:

Las mallas sombreadoras, además de la radiación, afectan otras variables como la temperatura, humedad relativa y la velocidad del viento, las cuales impactan el crecimiento y desarrollo de las plantas, así como su fisiología, incluyendo el desarrollo de enfermedades (Stamp, 2009; Arthurs, et al., 2013).

La temperatura media bajo las mallas de colores es mayor que bajo una malla negra, incluso mayor que la temperatura ambiente. Por ejemplo, las temperaturas registradas bajo la malla roja son 1,9-3,7°C más altas que bajo la malla negra. Sólo la malla negra presenta un efecto reductor de la temperatura con respecto a la ambiental, logrando bajar la temperatura en un rango 0,1-0,9 ° C (Figura 6) (Arthurs, et al., 2013). Otro ejemplo del efecto del color de las mallas en la temperatura se muestra en la Figura 7.

En cuanto a la humedad, normalmente se registran valores más altos bajo las mallas que afuera de ellas debido a

la transpiración de vapor de agua del cultivo y la restricción al paso del viento. Normalmente las mallas de colores proporcionan mayor resistencia al viento en comparación con las mallas negras. Esto ocurre porque las mallas de colores contienen hilos parcialmente transparentes y necesitan más hilos para alcanzar el mismo factor de sombra que una malla negra, lo que resulta en agujeros más pequeños. La reducción en la velocidad del viento por si misma puede afectar la temperatura, humedad relativa y concentración de gases bajo las mallas. Estos cambios pueden afectar la transpiración, fotosíntesis, la respiración y otros procesos. Los efectos sobre el movimiento del aire dependen de la porosidad y ubicación física de la red en relación con las plantas y puede variar por la hora del día, temporada y otros factores (Arthurs, et al., 2013).

Figura 5: Tasa respiratoria de acelgas de penca amarilla (A) y penca roja (B) cultivadas bajo mallas azul y roja y control sin malla durante 8 días de almacenamiento a 10°C. Resultados proyecto FIC 30474703-0 transferencia Hortalizas.

Figura 6: Temperatura diaria máxima (°C) registrada bajo las mallas. Datos promedios mensuales ± SEM (Arthurs, 2013).


Figura 7. Temperatura medida bajo mallas de diferentes colores durante el cultivo de espinaca baby en el mes de junio. A (control, sin malla), B (roja), C (azul) y D (gris). Medidas realizadas con un termómetro HANNA (HI 935007NS, Chile) (Lara, 2019).

Otras consideraciones

Desarrollo de enfermedades: La calidad de la radiación tiene el potencial de afectar tanto a los organismos patógenos como a la planta hospedadora y debido a que las mallas modifican la temperatura y humedad relativa, factores que pueden traducirse en una disminución o incremento en la severidad de la enfermedad, deben ser considerados (Elad, et al., 2007).

Insectos y ácaros: Las mallas pueden afectar también la incidencia de plagas de insectos y ácaros. Por ejemplo, las moscas blancas se ven más atraídas por mallas amarillas en comparación a mallas negras, así se reportan menos moscas en las trampas ubicadas sobre el cultivo bajo las mallas amarillas (Stamps, 2009).

AGRADECIMIENTOS

Se agradece al proyecto “Aumento del valor funcional y calidad organoléptica de hortalizas de hoja producidas en la región de O’Higgins mediante la aplicación controlada de estreses ambientales en sistemas de producción forzada y mínimo procesamiento IDI 30474703-0”. Financiado por el Fondo de Innovación para la Competitividad de la región del Libertador General Bernardo O’Higgins (Chile).

Bibliografía

Arthurs, S. P.; R.H. Stamps and F.F. Giglia. 2013. Environmental modification inside photo selective shadehouses. HortScience, 48(8): 975-979.

Elad, Y.; Y. Messika; M. Brand; D.R. David and A. Sztejnberg. 2007. Effect of colored shade nets on pepper powdery mildew (Leveillula taurica). Phytoparasitica, 35(3): 285-299.

Lara, O. 2019. Efecto de los filtros fotoselectivos en el rendimiento y calidad postcosecha de espinaca (Spinacia oleracea L.) “Baby” cv Viroflay cultivada en hidroponía. Tesis de Magister en Ciencias Agropecuarias. Santiago, Chile: Facultad de Ciencias Agronómicas, Universidad de Chile. 51h.

Stamps, R. H. 2009. Use of colored shade netting in horticulture. HortScience, 44(2): 239-241.

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