Context_x000D_
Els problemes a què s’enfronta l’agricultura actual són ben coneguts. Entre d’altres s’inclouen els recursos de cultiu limitats, com ara sòls fèrtils i aigua disponible; el canvi climàtic, amb alternança de períodes de sequera i esdeveniments de pluja massiva; l’augment de la població mundial i la seva concentració a les zones urbanes. En aquest context, la necessitat d’apropar-se a una agricultura innovadora caracteritzada per una forta aportació tecnològica és de fonamental importància. Una actualització tecnològica pot ajudar no només a garantir una producció important i controlada amb la menor quantitat d’inputs de cultiu, sinó també a conduir a la creació de sistemes alimentaris més sostenibles i resilients en els quals la producció rural i urbana, passant també per una integració en edifici ( per exemple, els hivernacles de les cobertes), es poden fusionar per fomentar la producció i el consum locals amb els consegüents beneficis econòmics, socials i ambientals._x000D_
L’ús d’hivernacles d’alta tecnologia caracteritzats per sistemes de control climàtic, cultiu sense sòl per a l’optimització dels recursos hídrics i de nutrients, i l’ús de llum artificial suplementària en condicions de radiació solar limitada, ja han demostrat una capacitat eficaç per garantir un augment de la producció, especialment per tomàquet. Als països de latituds altes, aquests sistemes s’han convertit en la norma, aconseguint uns rendiments d’uns 60 kg m-2 de tomàquet als Països Baixos, enfront dels 28 kg m-2 d’Almeria, Espanya. Efectivament, el context mediterrani d’hivernacle segueix aplicant principalment sistemes de cultiu de baixa tecnologia, donats pel control climàtic passiu, el cultiu del sòl i les cobertes subòptimes per a condicions de llum interna, que poden garantir uns costos d’inversió inicials limitats, però afectant la capacitat productiva i l’eficiència dels costos de gestió a la llarga._x000D_
Entre els diferents aspectes a investigar per a una millora tecnològica i productiva de l’àrea mediterrània, l’aplicació de la il·luminació LED suplementària encara mostra un interès limitat. De fet, la millor distribució de la radiació solar durant l’any enfront dels països de la zona nord podria suggerir una aplicació innecessària d’aquesta tecnologia en els contextos més meridionals. No obstant això, el cultiu de tomàquet d’alta densitat amb sistemes intensius emparrats podria conduir a un ombreig mutu i la consegüent reducció de la fotosíntesi i el rendiment, fins i tot en cas de quantitats apreciables de radiació solar externa. Estratègies d’interès també podrien incloure la producció fora de temporada o l’aplicació a l’agricultura integrada en l’edificació (BIA), com els hivernacles a sobre de terrats, on les regulacions municipals d’estructura i seguretat contra incendis podrien limitar la radiació entrant a la zona de cultiu. Paral·lelament a aquests aspectes, la llum LED addicional també podria afectar alguns aspectes morfofisiològics, amb conseqüències sobre les propietats nutracèutiques, la qualitat postcollita i la producció de plàntules._x000D_
Objectiu_x000D_
L’objectiu d’aquesta investigació va ser investigar aplicacions diversificades de la il·luminació LED suplementària per a la producció de tomàquet d’hivernacle (Solanum lycopersicum), amb un focus específic en el context mediterrani. En conseqüència, les preguntes de recerca dirigides van ser:_x000D_
•RQ1: Quin és l’estat actual del cultiu de tomàquet amb llum LED addicional i quins aspectes s’han d’explorar encara? (Capítol 1 i 2)._x000D_
•RQ2: Quin és el potencial de la llum LED suplementària per reduir els ombrejats estructurals i la transmissió limitada de la radiació solar en el cas del cultiu de tomàquet en hivernacles integrats a les cobertes (i-RTG)? (Capítol 3)._x000D_
•RQ3: La llum LED addicional durant el cultiu podria afectar la qualitat del tomàquet després de la collita? (Capítol 4)._x000D_
•RQ4: A més de la producció de fruites, l’aplicació de llum LED suplementària podria interessar altres àrees comercials com la producció de plàntules de tomàquet? (Capítol 5)._x000D_
•RQ5: L’ús de llum LED addicional podria influir en alguns aspectes de gestió de la producció de tomàquet, com ara la defoliació, amb conseqüències en els aspectes qualitatius i quantitatius de la producció? (Capítol 6)._x000D_
Materials i mètodes_x000D_
El mètode utilitzat per al desenvolupament de la recerca va comportar dues fases: una primera fase de definició de l’estat de l’art del tema de recerca i possibles aspectes a implementar (RQ1), i una segona fase d’aplicació experimental basada en les observacions anteriors (RQ2, 3, 4 i 5). La primera fase es va dur a terme amb un mètode sistemàtic i meta-analític, i va consistir en: l’avaluació dels resultats de la investigació de la literatura disponible sobre el tema de la llum LED suplementària per al cultiu de tomàquet (Capítol 1), i l’anàlisi del desenvolupament mundial de l’agricultura en coberta (RA) com a sector potencial d’aplicació de llum LED suplementària (Capítol 2). La segona fase va consistir en el desenvolupament de quatre experiments (Capítol 3, 4, 5 i 6). El primer experiment tenia com a objectiu donar resposta a l’RQ2, aplicant els següents tractaments de llum: vermell i blau en una proporció de 3 (RB), vermell i blau en una proporció de 3 + Far-Red (FR) durant tot el dia, i vermell i blau en una proporció de 3 + Far-Red al final del dia durant 30 min (EOD). Els tractaments de llum es van afegir a la llum solar natural durant 16 h d-1 (8-00 h) amb una intensitat al voltant de 170 µmol m-2 s-1. També es va considerar un control cultivat sota llum natural (CK). El segon experiment va respondre a l’RQ3, aplicant els mateixos tractaments del primer experiment per avaluar els efectes de la llum LED suplementària durant el cultiu sobre la qualitat postcollita del tomàquet, després d’una setmana d’emmagatzematge a la foscor a 13°C. El tercer experiment va respondre a l’RQ4. , utilitzant els tractaments de llum d’experiments anteriors per avaluar la resposta morfo-fisiològica de les plàntules de tomàquet. Finalment, el quart experiment, que va respondre al RQ5, on es vaconsiderar la combinació de dos règims de defoliació, és a dir, l’eliminació de fulles abans de la collita (R) o la no eliminació (NR), amb tractaments RB o CK._x000D_
Resultats_x000D_
RQ1: L’avaluació meta-analítica de l’aplicació de llum LED suplementària per al cultiu de tomàquet va mostrar una capacitat efectiva per augmentar el rendiment (+40%), els continguts de sòlids solubles (+6%) i àcid ascòrbic (+11%), contingut de clorofil·la en fulla (+31%), capacitat fotosintètica (+50%) i superfície foliar (+9%). L’anàlisi també va revelar una aplicació limitada de la tecnologia en el context mediterrani, així com una avaluació limitada dels aspectes nutracèutics. A més, l’avaluació del desenvolupament mundial de RA va mostrar un creixement del sector, amb aplicacions addicionals de llum LED potencialment interessants per millorar la producció d’hivernacles a les cobertes (Capítols 1 i 2)._x000D_
RQ2: L’aplicació de llum LED suplementària en un i-RTG va mostrar el potencial per superar les limitacions de la llum a causa dels ombrejats estructurals i la baixa transmissivitat dels materials de recobriment ignífugs independentment de la qualitat de l’espectre. En particular, les plantes tractades amb LED van aconseguir un augment del rendiment d’un 17% en comparació amb el control cultivat amb llum natural (CK), que va mostrar una reducció de pes del 9,3% i un 7,2% menys de fruits (Capítol 3)._x000D_
RQ3: L’aplicació d’il·luminació suplementària LED abans de la collita va afectar positivament la qualitat post-collita dels tomàquets després d’una setmana d’emmagatzematge a 13°C. En particular, RB i FR van augmentar la fermesa de la fruita en comparació amb CK. A més, la fruita RB va mantenir un contingut més elevat de licopè i β-carotè després d’una setmana d’emmagatzematge en comparació amb CK (Capítol 4)._x000D_
RQ4: La llum LED suplementària va mostrar que afecta els índexs de creixement i la resposta morfo-fisiològica de les plàntules de tomàquet en funció del tractament d’il·luminació. En particular, els tractaments RB i FR van donar com a resultat una millora en la compactació de les plantes, garantint al mateix tempsun bon contingut de clorofil·la. Entre els tractaments subministrats amb il·luminació artificial, les plantes EOD presentaven hipocòtils més llargs, mantenint encara un alt contingut de clorofil·la. D’altra banda, les plantes CK presentaven hipocòtils més llargs, major àrea foliar i menor contingut de clorofil·la, mostrant també una àrea foliar específica (SLA) i una proporció d’àrea foliar (LAR) més altes (Capítol 5)._x000D_
RQ5: L’aplicació o la no aplicació de la defoliació sembla no tenir efectes significatius sobre el rendiment de les plantes de tomàquet i altres paràmetres vegetatius, independentment de la combinació amb llum LED suplementària (RB) o llum natural sola (CK). No obstant això, les plantes sotmeses a la retirada de fulles van mostrar un contingut d’acidesa significativament major i un contingut reduït de sòlids solubles, presentant també una transpiració més elevada. L’aplicació del tractament RB va mostrar una capacitat significativament major per augmentar el rendiment de tomàquet (+118%) en comparació amb CK durant l’hivern (Capítol 6)._x000D_
Conclusions_x000D_
A partir dels resultats, es pot afirmar que l’aplicació de llum LED suplementària al tomàquet cultivat en hivernacle en el context mediterrani té potencial per fomentar diverses millores. En particular, pot augmentar la producció en cas de radiació solar limitada en els i-RTG, millorar la qualitat post-collita i garantir la producció de plàntules de qualitat._x000D_
Suggeriments per a futures investigacions_x000D_
Malgrat els resultats positius obtinguts, encara cal aprofundir i millorar alguns aspectes de l’aplicació de la llum LED addicional en el context mediterrani. En particular, atès l’augment actual del cost de l’electricitat, les investigacions futures haurien de centrar-se en mètodes més econòmics per gestionar la il·luminació suplementària, com l’aplicació de fotoperíodes més curts o intensitats més baixes, o tècniques que puguin proporcionar estalvi energètic com la llum polsada. Adicionalment futures investigaciós també hauria de referir-se a l’avaluació de la qualitat després de la collita, considerant períodes d’emmagatzematge més llargs i avaluacions dels tomàquets en etapes primerenques de desenvolupament. A més, el tractament EOD, que va mostrar un major allargament dels hipocòtils en les plàntules de tomàquet, es va poder provar en varietats d’empelt per afavorir la producció de portaempelts més fàcils de manejar i de més qualitat. Finalment, també s’ha de considerar l’extensió de l’avaluació de les plàntules de tomàquet fins a l’etapa de fructificació per entendre millor els efectes que pot tenir la llum addicional a l’inici del desenvolupament de la planta sobre la distribució dels assimilats.
| Data del Ajut | 15 de març 2023 |
|---|
| Idioma original | Anglès |
|---|
| Supervisor | Francesco Orsini (Director/a) & Xavier Gabarrell Durany (Director/a) |
|---|