La inseguridad alimentaria es una de las principales preocupaciones económicas y de seguridad nacional en muchos países, y los científicos de todo el mundo están trabajando para aumentar la productividad de los cultivos con el fin de abordar este problema. El tomate, no solo es uno de los cultivos más importantes a nivel global, sino que también es central en debates sobre nutrición y sostenibilidad agrícola. Es por ello, que si se consigue aumentar la producción de este cultivo mediante técnicas avanzadas como la iluminación LED, se podría dar un gran paso hacia la solución de problemas críticos de alimentación y sostenibilidad ambiental.

Eso es precisamente lo que han investigado un grupo de científicos que han evaluado la posibilidad de mejorar el rendimiento y la calidad del tomate utilizando una iluminación LED nocturna adicional. 

Utilizando un esquema de iluminación híbrida que combina lámparas de sodio y luminarias LED, los investigadores comprobaron cómo una composición espectral adaptada —enfatizando longitudes de onda rojas, azules y de infrarrojo lejano— puede influir no solo en el metabolismo de las plantas, sino también en la calidad de los tomates producidos.

Metodología y equipos utilizados

Para el estudio, se emplearon dos variedades de tomate ruso, ‘Lyana’ y ‘Vspyshka’, cultivadas hidropónicamente con riego por goteo en cámaras climáticas de bajo volumen desarrolladas por el Centro Federal de Agroingeniería Científica VIM (FSAC VIM, Moscú, Rusia). 

Se usaron dos cámaras: la primera (control) contaba con luz de lámparas de sodio (LSL) con una densidad de flujo de fotones (PFD) de 250 ± 10 µmol m^2/s y tres lámparas de 400 vatios cada una, operando 16 horas diarias. La segunda cámara (experimento) combinaba la luz de sodio con iluminación LED nocturna adicional (LSL+LED nocturno), con un PFD de LSL de 238 ± 9 µmol m^2/s y un PFD LED adicional de 50 ± 5 µmol m^2/s durante 4 horas post-apagado de la iluminación principal.

La composición espectral de las lámparas LED se eligió con un predominio de regiones espectrales rojas (600-700 nm), que correspondían a los espectros de absorción de pigmentos fotosintéticos de plantas. En concreto, las luminarias consistían en cuatro tipos de LED, a saber, LED blancos con una temperatura de color de 4000 K, LED azules (450 nm), LED rojos lejanos (730 nm) y LED rojos (630 nm), y bloques LED formados. Para mejorar los procesos de fotosíntesis de acuerdo con el efecto Emerson se agregó radiación de color rojo lejano con una participación del 17% del PFD total.

Resultados obtenidos

Los resultados del estudio indican que la iluminación adicional nocturna con LEDs de espectro rojo influyó positivamente en el rendimiento y la calidad de los tomates de las variedades ‘Lyana’ y ‘Vspyshka’, sin alterar significativamente sus características morfológicas debido al corto período de exposición. 

Específicamente, el tratamiento con luz LED nocturna no afectó la longitud de los brotes, pero incrementó el rendimiento en un 22,2% para ‘Lyana’ y un 18,9% para ‘Vspyshka’. Además, este tratamiento redujo la altura de las plantas en un 32,7% y aumentó el diámetro del tallo en un 27,09%, generando plantas más compactas con mayores rendimientos.

La iluminación con un espectro combinado de luz azul, roja y roja lejana mejoró la concentración de pigmentos fotosintéticos en las hojas frescas de ambas variedades en comparación con el uso exclusivo de lámparas de sodio. La irradiación LED de espectro completo también aumentó la acumulación de sólidos solubles en las frutas, mejorando su sabor, lo cual es crucial en entornos controlados.

Adicionalmente, el tratamiento LED mejoró el contenido de aminoácidos esenciales, excepto arginina, serina, glicina y tirosina, y elevó los niveles de licopeno, β-caroteno, luteína, polifenoles y ácido ascórbico, enriqueciendo el perfil nutricional de los frutos. Y también se observó que la iluminación nocturna adicional redujo la concentración de nitratos en las frutas, independientemente del genotipo. 

Conclusiones 

Este estudio demuestra efectivamente que la implementación de iluminación LED adicional durante la noche mejora significativamente tanto la calidad como el rendimiento de las plantas de tomate. Estos hallazgos son cruciales para el avance de tecnologías que permitan cultivar y producir alimentos de manera sostenible y segura en entornos controlados, tales como invernaderos, fábricas de plantas y fitotrones.

La investigación futura debería enfocarse en optimizar tanto los tiempos de exposición como la composición espectral de la iluminación, adaptándolos a los genotipos específicos de la planta de tomate y considerando las particularidades de cada especie. Este enfoque permitiría maximizar los beneficios de la iluminación LED, contribuyendo a una agricultura más eficiente y respetuosa con el medio ambiente.

Puede acceder al paper completo de la investigación a través del siguiente enlace:

https://www.mdpi.com/2311-7524/10/12/1259

Artículo elaborado a partir del Paper: ‘The Effect of Nighttime LED Lighting on Tomato Growth, Yield, and Nutrient Content of Fruits’, 2024

Fuente de imágenes: Freepik. Imágenes de archivo no pertenecientes a la investigación