Antecedentes_x000D_
Los problemas a los que se enfrenta la agricultura actual son bien conocidos. Entre ellos, la limitación de los recursos de cultivo, como el suelo fértil y el agua disponibles; el cambio climático, con la alternancia de periodos de sequía y eventos de lluvias masivas; el aumento de la población mundial y su concentración en zonas urbanas; por nombrar algunos. En este contexto, la necesidad de abordar una agricultura innovadora caracterizada por un fuerte aporte tecnológico es de fundamental importancia. Una actualización tecnológica puede ayudar no sólo a garantizar una producción mayor y controlada con la menor cantidad de insumos de cultivo, sino también a la creación de sistemas alimentarios más sostenibles y resilientes en los que la producción rural y urbana, pasando también por una integración en edificio (por ejemplo, invernaderos en azoteas), puedan fusionarse para fomentar la producción y el consumo local con los consiguientes beneficios económicos, sociales y ambientales. _x000D_
La aplicación de invernaderos de alta tecnología caracterizados por sistemas de control climático, el cultivo sin suelo para la optimización de los recursos de agua y nutrientes, y el uso de luz artificial suplementaria en condiciones de radiación solar limitada, ya han demostrado una capacidad efectiva para garantizar el aumento de la producción, especialmente del tomate. En los países de alta latitud, estos sistemas se han convertido en la norma, alcanzando rendimientos de unos 60 kg m-2 de tomate en los Países Bajos, frente a los 28 kg m-2 de Almería (España). De hecho, en el contexto de la agricultura mediterránea en invernadero se siguen aplicando principalmente sistemas de cultivo de baja tecnología, dados por el control climático pasivo, el cultivo en suelo y las cubiertas subóptimas para la condición lumínica interna, que pueden garantizar unos costes de inversión iniciales limitados, pero que afectan a la capacidad productiva y a la eficiencia de los costes de gestión a largo plazo._x000D_
Entre los diversos aspectos que deben investigarse para una mejora tecnológica y productiva de la zona mediterránea, la aplicación de la interiluminación LED suplementaria sigue mostrando un interés limitado. De hecho, la mejor distribución de la radiación solar a lo largo del año en comparación con los países del área norte podría sugerir una aplicación innecesaria de esta tecnología en los contextos más meridionales. Sin embargo, el cultivo de tomates en alta densidad entutorados en forma vertical podría provocar un sombreado mutuo y la consiguiente reducción de la fotosíntesis y del rendimiento, incluso en caso de cantidades apreciables de radiación solar externa. Las aplicaciones de interés también podrían incluir la producción fuera de temporada o la aplicación en la Agricultura Integrada en Edificios (BIA), como los invernaderos en azoteas, donde las regulaciones municipales para la estructura y la seguridad contra incendios podrían limitar la radiación entrante en la zona de cultivo. Además de estos aspectos, la luz LED adicional también podría afectar a algunos aspectos morfo-fisiológicos, con consecuencias en las propiedades nutracéuticas, la calidad postcosecha y la producción de plántulas._x000D_
Objetivo_x000D_
El objetivo de esta investigación fue investigar aplicaciones diversas de interiluminación LED suplementaria para la producción de tomate en invernadero (Solanum lycopersicum), con un enfoque específico en el contexto mediterráneo. En consecuencia, las preguntas de investigación que se plantearon fueron las siguientes:_x000D_
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• RQ1: ¿Cuál es el estado actual del cultivo de tomate con luz LED suplementaria y qué aspectos quedan por explorar? (Capítulos 1 y 2)._x000D_
• RQ2: ¿Cuál es el potencial de la luz LED suplementaria para reducir los sombreados estructurales y la transmisión limitada de la radiación solar en el caso del cultivo de tomate en invernaderos de cubierta integrados (i-RTG)? (Capítulo 3)._x000D_
• RQ3: ¿Podría la luz LED suplementaria aplicada durante el cultivo afectar a la calidad postcosecha del tomate? (Capítulo 4)._x000D_
• RQ4: Además de la producción de fruta, ¿podría la aplicación de luz LED suplementaria interesar a otras áreas comerciales como la producción de plántulas de tomate? (Capítulo 5)._x000D_
• RQ5: ¿Podría el uso de luz LED adicional influir en algunos aspectos de gestión de la producción de tomate como la defoliación, con consecuencias en los aspectos cualitativos y cuantitativos de la producción? (Capítulo 6)._x000D_
Materiales y métodos_x000D_
El método utilizado para el desarrollo de la investigación implicó dos fases: una primera fase de definición del estado del arte del tema de investigación y de los posibles aspectos a implementar (RQ1), y una segunda fase de aplicación experimental basada en las observaciones previas (RQ2, 3, 4 y 5). La primera fase se llevó a cabo con un método sistemático y meta-analítico, y consistió en: la evaluación de los resultados de la búsqueda de la literatura disponible sobre el tema de la luz LED suplementaria para el cultivo del tomate (Capítulo 1), y el análisis del desarrollo mundial de la Agricultura de Azotea (RA) como un sector potencial de aplicación de la luz LED suplementaria (Capítulo 2). La segunda fase consistió en el desarrollo de cuatro experimentos (Capítulos 3, 4, 5 y 6). El primer experimento tenía como objetivo responder a la RQ2, aplicando los siguientes tratamientos de luz: Rojo y Azul en una proporción de 3 (RB), Rojo y Azul en una proporción de 3 + Rojo Lejano (FR) durante todo el día, y Rojo y Azul en una proporción de 3 + Rojo Lejano al final del día durante 30 min (EOD). Los tratamientos de luz se añadieron a la luz solar natural durante 16 h d-1 (8-00 am) con una intensidad de alrededor de 170 µmol m-2 s-1. También se consideró un control cultivado bajo luz natural (CK). El segundo experimento respondió a la RQ3, aplicando los mismos tratamientos del primer experimento para evaluar los efectos de la luz LED suplementaria durante el cultivo sobre la calidad postcosecha del tomate, después de 1 semana de almacenamiento en la oscuridad a 13° C. El tercer experimento respondió a la RQ4, utilizando los tratamientos de luz de los experimentos anteriores para evaluar la respuesta morfo-fisiológica de las plántulas de tomate. Finalmente, el cuarto experimento, que respondió a la RQ5, consideró la combinación de dos regímenes de defoliación, que consistieron en el deshoje antes de la cosecha (R) o el no deshoje (NR), con tratamientos de luz RB o CK._x000D_
Resultados_x000D_
RQ1: La evaluación meta-analítica de la aplicación de luz LED suplementaria para el cultivo de tomate mostró que tiene una capacidad efectiva para aumentar el rendimiento (+40%), los contenidos de sólidos solubles (+6%) y de ácido ascórbico (+11%), el contenido de clorofila de la hoja (+31%), la capacidad fotosintética (+50%) y el área foliar (+9%). El análisis también reveló una aplicación limitada de la tecnología en el contexto mediterráneo, así como una evaluación limitada de los aspectos nutracéuticos. Además, la evaluación del desarrollo mundial de la AR mostró un crecimiento del sector, con aplicaciones de la luz LED suplementaria de alcance potencialmente interesante para mejorar la producción de los invernaderos de techo (Capítulos 1 y 2)._x000D_
RQ2: La aplicación de luz LED suplementaria en un i-RTG mostró su potencial para superar las limitaciones de luz debidas a los sombreados estructurales y a la baja transmisividad de los materiales de cubierta ignífugos, independientemente de la calidad del espectro. En particular, las plantas tratadas con LED lograron un aumento del rendimiento del 17% en comparación con el control cultivado con luz natural (CK), que se mostró un 9.3% más ligero y un 7.2% menos de frutos (Capítulo 3)._x000D_
RQ3: La aplicación de iluminación suplementaria LED antes de la cosecha afectó positivamente a la calidad postcosecha de los tomates tras una semana de almacenamiento a 13°C. En particular, RB y FR aumentaron la firmeza de los frutos en comparación con CK. Además, los frutos RB mantuvieron un mayor contenido de licopeno y β-caroteno después de una semana de almacenamiento en comparación con CK (Capítulo 4)._x000D_
RQ4: La luz LED suplementaria mostró afectar los índices de crecimiento y la respuesta morfo-fisiológica de las plántulas de tomate dependiendo del tratamiento de iluminación. En particular, los tratamientos RB y FR dieron lugar a una mejora de la compactación de las plantas, garantizando al mismo tiempo un buen contenido de clorofila. Entre los tratamientos suministrados con iluminación artificial, las plantas EOD presentaron hipocótilos más largos, manteniendo un alto contenido de clorofila. Por otro lado, las plantas CK presentaron hipocótilos más largos, mayor área foliar y menor contenido de clorofila, mostrando también mayor Área Foliar Específica (SLA) y Relación de Área Foliar (LAR) (Capítulo 5). _x000D_
RQ5: La aplicación o no de la defoliación no parece tener efectos significativos sobre el rendimiento de las plantas de tomate y otros parámetros vegetativos, independientemente de la combinación con luz LED suplementaria (RB) o luz natural sola (CK). Sin embargo, las plantas sometidas al deshoje mostraron un contenido de acidez significativamente mayor y un contenido de sólidos solubles menor, presentando además una mayor transpiración. La aplicación del tratamiento RB mostró una capacidad significativa para aumentar el rendimiento del tomate (+118%) en comparación con CK durante el invierno (Capítulo 6). _x000D_
Conclusiones_x000D_
A partir de los resultados, se puede afirmar que la aplicación de luz LED suplementaria en el tomate cultivado en invernadero en el contexto mediterráneo tiene potencial para fomentar diversas mejoras. En particular, puede aumentar la producción en caso de que la radiación solar sea limitada en los i-RTG, mejorar la calidad postcosecha y garantizar la producción de plántulas de calidad._x000D_
Sugerencias para futuras investigaciones_x000D_
A pesar de los resultados positivos obtenidos, todavía es necesario profundizar y mejorar algunos aspectos de la aplicación de la luz LED adicional en el contexto mediterráneo. En particular, dado el actual aumento del coste de la electricidad, la investigación futura debería centrarse en métodos más económicos para gestionar la iluminación suplementaria, como la aplicación de fotoperiodos más cortos o intensidades más bajas, o técnicas que puedan proporcionar un ahorro de energía como la luz pulsada. Futuras investigaciónes también debería referirse a la evaluación de la calidad postcosecha, considerando períodos de almacenamiento más largos y evaluaciones de los tomates en etapas más tempranas del desarrollo. Además, el tratamiento EOD, que mostró una mayor elongación de los hipocótilos en las plántulas de tomate, podría ser probado en variedades de injerto para favorecer la producción de portainjertos más manejables y de mayor calidad. Por último, también debería considerarse la prolongación de la evaluación de las plántulas de tomate hasta la fase de fructificación para comprender mejor los efectos que la luz adicional al principio del desarrollo de la planta puede tener en la distribución de los asimilados.
| Fecha de lectura | 15 mar 2023 |
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| Idioma original | Inglés |
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| Supervisor | Francesco Orsini (Director/a) & Xavier Gabarrell Durany (Director/a) |
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