La agricultura del siglo XXI se enfrenta a importantes retos que van a definir el modelo de horticultura del futuro. Para el 2050, la producción mundial de alimentos deberá aumentar aproximadamente en un 70%, mientras que en los países en desarrollo casi tendría que duplicarse (FAO, 2009). Si la población y el crecimiento de las ciudades siguen aumentado con los actuales ratios, los métodos convencionales de producción de alimentos no van a ser suficientes para alimentar la población mundial. Es por ello que es necesario el desarrollo de nuevos enfoques y métodos de producción que sean más eficaces y sostenibles.
El cultivo de alimentos en ambientes controlados, ya sean en invernaderos o granjas verticales, se está convirtiendo en los últimos años como la alternativa de futuro a la agricultura convencional. Su capacidad para producir alimentos durante todo el año, cerca de las áreas metropolitanas, permite el desarrollo de cultivos de alto valor con la máxima productividad de una manera eficiente y respetuosa con el medio ambiente.
En este nuevo modelo de agricultura, la iluminación artificial juega un papel fundamental. La luz es uno de los reguladores medioambientales más importantes para el crecimiento de las plantas, influyendo en aspectos como el tamaño, floración, proceso de germinación, la vegetación e incluso en el sabor y contenido nutricional de la planta.
La revolución de la iluminación LED en horticultura
El uso de los LED para la iluminación de cultivos ha revolucionado la industria de los invernaderos y ambientes controlados. Mientras que en un principio se veía a la tecnología LED como una fuente de luz eficiente para su uso en cultivos, su capacidad de adaptación y ajuste espectral, así como facilidad para el control de la intensidad y distribución de luz, está suponiendo un cambio de paradigma en la horticultura de interiores.
La iluminación LED tiene la capacidad de ajustar espectralmente las fuentes de luz para conseguir respuestas específicas en la planta. Cada vez más investigaciones se están desarrollando para comprender cuales son los parámetros óptimos de esta iluminación (espectro, duración, niveles, etc.) que permita mejorar la producción y calidad del cultivo. Los hallazgos son cada vez más prometedores, llegando a demostrar incluso, como se pueden adaptar los espectros de la luz para mejorar el valor nutricional de las plantas.
Las regiones roja y azul del espectro de la luz son las zonas espectrales primarias donde tiene lugar la actividad fotosintética. Los pigmentos de clorofila absorben la luz de manera más efectiva en la regiones rojas y azul del espectro de radiación fotosintética activa (PAR), comprendida entre los 400 a 700 nm. Las investigaciones iniciales realizadas con iluminación LED en la década de los 90, demostró que las plantas podían crecer y completar su ciclo de vida solo con LEDs rojos, pero el crecimiento y desarrollo mejoraban significativamente cuando los LED rojos se complementaron con pequeñas proporciones de luz azul. Es por ello que la mayoría de sistemas LED que se utilizan en la actualidad están compuestos por una combinación de LED rojos (75-90%) y LED azules (10-25%), dando esa característica iluminación púrpura de los sistemas de horticultura de interior.
El uso de los LED para la iluminación de cultivos ha revolucionado la industria de los invernaderos y ambientes controlados. Mientras que en un principio se veía a la tecnología LED como una fuente de luz eficiente para su uso en cultivos, su capacidad de adaptación y ajuste espectral, así como facilidad para el control de la intensidad y distribución de luz, está suponiendo un cambio de paradigma en la horticultura de interiores.
Investigaciones recientes han demostrado como otros pigmentos accesorios (por ejemplo, carotenoides) absorben de forma eficiente gran parte de la luz que la clorofila tiene más dificultad de captar, por lo que las plantas podrían usar la mayor parte de la luz dentro del PAR para la fotosíntesis. Esto ha llevado al desarrollo de luminarias comerciales que incluyen LEDs con longitudes de onda pico más allá del rojo y del azul. De hecho, las luminarias LED blancas se utilizan cada vez más en entornos de crecimiento, ya que son capaces de aprovechar un rango más amplio del espectro para fomentar el crecimiento de la planta, evitando algunos de los problemas de las luminarias de banda estrecha (rojo-azul): la dificultad de poder ver con claridad el cultivo y el disconfort que este tipo de luz produce en las personas. Otras alternativas que están surgiendo con fuerza en la actualidad es el uso de una iluminación LED enteramente verde. Estudios han demostrado como para ciertos cultivos este tipo de iluminación tiene efectos positivos en el crecimiento y fotosíntesis de la planta.
Una conclusión general que se puede sacar, a raíz de toda la literatura científica desarrollada en este campo, es que no existe una única receta de calidad de luz que sirva a todas las especies y dependen en gran medida de la etapa de desarrollo de la planta, la intensidad de la luz, duración del tratamiento, y otras interacciones ambientales. Esta comprensión, junto con los continuos avances en la eficiencia de los LED y la reducción de los costes para la implantación de soluciones de iluminación con esta tecnología, pueden hacer que estos tipos de entornos agrícolas se conviertan en el futuro de la horticultura y permitan el desarrollo de nuevos modelos alternativos de cultivos. A continuación vamos a ver algunos de los vectores que van impulsar la creación de esta nueva horticultura:
Nuevos desarrollos en el conocimiento de la fotosíntesis y biología de las plantas
Pese a que la fotosíntesis es uno de los procesos más cruciales para la vida en la tierra todavía hay muchas aspectos que se desconocen. En la actualidad, numerosas investigaciones se están desarrollando para desentrañar todos sus secretos y conseguir desarrollar cultivos más eficientes. Hallazgos recientes como la influencia de la luz azul en la expresión génica de las plantas, el descubrimiento de nuevo tipo de fotosíntesis más allá de la luz visible, o la comprensión de fenómenos que hasta ahora eran poco conocidos, como la eficiencia energética de la fotosíntesis o las regulaciones REDOX, van a ser fundamentales para el desarrollo de nuevos modelos de cultivos y asegurar la producción de alimentos para las próximas generaciones.
Granjas verticales y agricultura distribuida
La granjas verticales son la forma más nueva y avanzada de agricultura de interior. Se caracterizan por disponer de cultivos en múltiples niveles, a largo de estanterías verticales desde el suelo al techo, optimizando por tanto al máximo el área de crecimiento. La capacidad de producir alimentos durante todo el año utilizando hasta un 70% menos de agua, el no uso de productos químicos, la posibilidad de evitar los factores climáticos adversos que afectan al rendimiento y la calidad de la agricultura tradicional, y su ubicación en las propias áreas urbanas, hacen que las granjas verticales se postulen como una solución global para las necesidades alimentarias urbanas del mundo (Dickson 2010).
Sin embargo uno de los problemas de la agricultura vertical es que su consumo energético es mucho mayor que otros métodos de producción de alimentos. Gracias a los avances en la eficiencia de la tecnología LED y al desarrollo de nuevos sistemas de energías renovables con la capacidad de satisfacer esta alta demanda de energía de forma autónoma, hacen posible su rentabilidad y el desarrollo de nuevos modelos centrados en la agricultura distribuida.
Un huerto en tu cocina
Un modelo más extremo de agricultura distribuida, sería la posibilidad de disponer de una granja de alimentos personales en tu casa. El gigante de la decoración y venta de muebles, IKEA, está experimentando con un concepto de producto que te permitirá cosechar verduras para ensaladas en tu casa. Space10, el laboratorio de innovación de la compañía sueca, ha diseñado un prototipo de “mini-granja” que puede cultivar verduras y hierbas en interiores. A partir del módulo de cultivo hidropónico Krydda, que la firma vende actualmente, se han realizado una serie de ajuste para convertirlo en un entorno controlado que produzca verduras de calidad. Así por ejemplo la iluminación blanca que dispone el modelo comercial, se ha cambiado por un sistema LED con luz roja para fomentar el crecimiento y el desarrollo de vegetales verdes jóvenes (microgreens).
Un desarrollo aún más innovador y rompedor es la iniciativa de agricultura abierta (OpenAG) desarrollada en el MIT Media Lab. El objetivo del proyecto es el construir un sistema alternativo de agricultura distribuida basado en el machine learning, big data y el IoT que permita ventajas de efecto de red en la próxima generación de producción de alimentos. Para ello los investigadores del MIT han desarrollado un dispositivo de “escritorio” denominado como “La Computadora de Alimentos” (Food Computer), capaz de cultivar plantas en un entorno controlado. Se trata de un módulo de cultivo de pequeño tamaño, y que al igual que una impresora 3D, permitirá el diseño y producción de vegetales. “La computadora” es completamente de código abierto y está destinado a convertirse en una herramienta que se puede utilizar para compartir datos colectivamente y para analizar el crecimiento de las plantas. La idea es crear “recetas climáticas” que puedan ser compartidas y replicadas en otros dispositivos similares, para que todo el mundo pueda producir alimentos en sus hogares.
Artículo publicado inicialmente en el Nº 31 de la revista Secartys News (Noviembre 2018). Autor: José Enrique Álvarez
