Tecnologia Aplicada en Invernaderos

INCORPORACIÓN DE TECNOLOGÍA ALINCORPORACIÓN DE TECNOLOGÍA ALINCORPORACIÓN DE TECNOLOGÍA ALINCORPORACIÓN DE TECNOLOGÍA ALINCORPORACIÓN DE TECNOLOGÍA ALINVERNADERO MEDITERRÁNEOINVERNADERO MEDITERRÁNEOINVERNADERO MEDITERRÁNEOINVERNADERO MEDITERRÁNEOINVERNADERO MEDITERRÁNEO

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© Autores:J.C. López, P. Lorenzo, N. Castilla, J. Pérez-Parra, J.I. Montero, E. Baeza, A. Antón,M.D. Fernández, A. Baille, M. González-Real.

Reservados todos los derechos

Edita:CAJAMARPlaza de Barcelona, 504006 ALMERÍAhttp://www.cajamar.es

I.S.B.N.: 84-95531-07-0Depósito legal: AL - 319 - 2001

Imprime: Escobar Impresores, S.L. - El Ejido (Almería).

ÍNDICE

ÍNDICE ............................................................................................................... 5

ÍNDICE DE AUTORES ..................................................................................... 7

PRESENTACIÓN............................................................................................... 9

SISTEMAS DE CALEFACCIÓN .................................................................... 11Juan Carlos López HernándezEstación Experimental �Las Palmerillas� de Cajamar

ENRIQUECIMIENTO CARBÓNICO ............................................................ 23Pilar LorenzoCentro de Investigación y Formación Agraria (CIFA) de Almería

LA RADIACIÓN SOLAR EN INVERNADERO EN LA COSTAMEDITERRÁNEA ESPAÑOLA..................................................................... 35Nicolás CastillaCentro de Investigación y Formación Agraria (CIFA) de Granada

VENTILACIÓN Y REFRIGERACIÓN DE INVERNADEROS .................. 49J. Pérez-Parra1, J.I. Montero2, E. Baeza1, A. Antón2

1 Estación Experimental �Las Palmerillas� de Cajamar2 Institut de Recerca i Tecnologia Agroalimentàries (IRTA)

MÉTODOS DE PROGRAMACIÓN DEL RIEGO ........................................ 59Mª Dolores Fernández FernándezEstación Experimental �Las Palmerillas� de Cajamar

UTILIZACIÓN DE MODELOS PARA EL CONTROL Y LA AYUDAA LA DECISIÓN EN INVERNADEROS. SITUACIÓN ACTUAL Y PERS-PECTIVAS ........................................................................................................ 71Alain Baille, María Gonzalez-RealEscuela Técnica Superior de Ingeniería AgronómicaUniversidad Politécnica de Cartagena

Breve reseña histórica de la Estación Experimental de CAJAMAR �LasPalmerillas� .......................................................................................... 91

LISTA DE AUTORES

J.C. LÓPEZEstación Experimental Las Palmerillas de CajamarAutovía del Mediterráneo, Km 41904710 El Ejido (Almería)

P. LORENZOCentro de Investigación y Formación Agraria (C.I.F.A.) de AlmeríaApdo. 9104700 El Ejido (Almería)

N. CASTILLACentro de Investigación y Formación Agraria (C.I.F.A.) de GranadaCamino de Purchil s/nApdo. 202718080 Granada

J. PÉREZ-PARRAEstación Experimental Las Palmerillas de CajamarAutovía del Mediterráneo, Km 41904710 El Ejido (Almería)

J.I. MONTEROInstitut de Recerca i Tecnologia Agroalimentàries (IRTA)Camino de Cabrils s/n08348 Cabrils (Barcelona)

E. BAEZAEstación Experimental Las Palmerillas de CajamarAutovía del Mediterráneo, Km 41904710 El Ejido (Almería)

A. ANTÓNInstitut de Recerca i Tecnologia Agroalimentàries (IRTA)Camino de Cabrils s/n08348 Cabrils (Barcelona)

M.D. FERNÁNDEZEstación Experimental Las Palmerillas de CajamarAutovía del Mediterráneo, Km 41904710 El Ejido (Almería)

A. BAILLEEscuela Técnica Superior de Ingeniería AgronómicaUniversidad Politécnica de Cartagena30202 Cartagena (Murcia)

M. GONZÁLEZ-REALEscuela Técnica Superior de Ingeniería AgronómicaUniversidad Politécnica de Cartagena30202 Cartagena (Murcia)

PRESENTACIÓN

25 ANIVERSARIO DE LA ESTACIÓN EXPERIMENTAL DECAJAMAR

�LAS PALMERILLAS�

El proyecto de Caja Rural surgió de una necesidad sentida por el campoalmeriense, para dar cobertura financiera a nuestras cooperativas y agricultores,que de otra forma carecían de un sistema financiero específico, a ejemplo delCredit Agricole en Francia.

Pero esto no era bastante, y sin ningún antecedente, nació el proyecto de lasfincas y estaciones experimentales, como idea propia, pionera en Almería y tal vezen Andalucía. Había que aprender y poner en práctica nuevas técnicas. La buenanoticia para el campo almeriense fue que alguien se planteó esta necesidad, con eldeseo de querer devolver al agricultor parte de lo que éste había dado a la Caja,con su vinculación y colaboración. Se pensó en esta fórmula y así creamos hastacuatro fincas que luego se concentraron en una sola: La Estación Experimental deCajamar, sita en el Paraje de Las Palmerillas, que hoy es un referente en el campode la experimentación, como lo demuestra el alto número de empresas, técnicos yagricultores, que de todos los países del mundo vienen a diario a visitarnos y aconocer nuestras experiencias.

En el año 1974, la Caja Rural acababa de pasar una reválida importante con suactuación ante la catástrofe que sufrió Almería con las inundaciones de octubre de1973. Fue entonces cuando el Consejo Rector, dentro del espíritu de servicio quepresidía las actuaciones de nuestra Entidad, orientó todo su esfuerzo a cooperarcon el campo almeriense, ayudando a los agricultores a superar sus problemaseconómicos en unos momentos históricos, en los que a pesar de todo, había queapostar por el futuro que se vislumbraba.

El agricultor ni podía entonces ni puede hoy equivocarse, al realizar sus inver-siones y cultivos. Necesitaba experiencias contrastadas, tanto en sentido positivocomo en negativo, y si alguien debía equivocarse esa tenía que ser la Caja, éste eranuestro objetivo.

El agricultor, para obtener lo que necesitaba, tenía que contar con los apoyosnecesarios, disponiendo de técnicas y herramientas de producción experimentadasy fiables. En definitiva, esta Finca Experimental, abrió una nueva puerta comodespués se abrieron otras con los demás centros que fueron creados por la propiaAdministración y otras entidades.

Ya nadie duda de la clara relación existente entre las sociedades tecnológicassocialmente más avanzadas y su dedicación de recursos a la experimentación einvestigación (hoy se llama I + D). Este esfuerzo es un elemento clave para eldesarrollo de los distintos sectores productivos y la agricultura no es ajena a ello,procurando una oferta amplia y constante de soluciones adecuadas para proble-

mas específicos, que les permitan mantener su competitividad y contribuir en defi-nitiva al avance social.

Hemos visto como, en el sector agrario, la competitividad de los sistemas deproducción deriva de su capacidad para incorporar innovaciones tecnológicas. Lainvestigación y el desarrollo experimental, la difusión de conocimientos y los servi-cios de asesoramiento técnicos, son claves para lograr una interpretación rápidade innovaciones que permitan ofrecer al mercado productos de alta calidad me-diante técnicas compatibles con el medio ambiente y saludables para los producto-res y los consumidores.

Almería ha sido y es una tierra para la producción de frutas, hortalizas y flores.Pero además de ser también un lugar privilegiado para el desarrollo de empresastecnológicas si apoyamos decididamente la investigación.

Se ha recorrido una parte del camino, la más difícil, porque hubo que hacerlo,ahora el camino es más ancho, hay nuevas oportunidades y es necesario avanzartecnológicamente para consolidar, a través de la calidad, nuestros productos ydesarrollar un tejido industrial competitivo en un mundo cada vez másinterrelacionado y próximo.

Por nuestra parte, tenemos que aceptar como cierto que en el futuro las ideashabrán de ser nuevas. Con este espíritu crítico y revisor debemos afrontar losretos que se nos vayan planteando, porque nuestra agricultura ha vivido y vivetiempos de creatividad, tiempos en los que avanzar sólo es posible cambiando, paramejorar. Siempre invirtiendo más, por eso es tan necesario tanto el instrumentofinanciero Caja, como el experimental.

Después de estos 25 años, nuestros agricultores están más cualificados, cuen-tan con la inestimable ayuda de un cuantioso número de técnicos cuya contribu-ción a los éxitos habidos y por haber, ha sido, es y será decisiva. La incorporaciónen estos años a la tarea de investigación y desarrollo experimental de la Universi-dad, CIFA, CSIC, FIAPA, y los esfuerzos de otras entidades y empresas, no sus-tituye a nuestro modesto esfuerzo, sino que complementa, dibujando, desde la co-laboración, un halagüeño porvenir para el mantenimiento de la competitividad delsector agrario almeriense, porque no debemos olvidar que sólo compiten los que seestimulan. Por ello, animo a todos los técnicos, como referente imprescindible eneste proceso evolutivo, a ejercer este convencimiento con profesionalidad, conpermanentes planteamientos de reforma y de adaptación a una realidad que día adía cambia, y sin duda para mejor. No en vano los países que lo han hecho ocupanhoy los primeros puesto de prosperidad.

Sirva la celebración de este 25 aniversario, para expresar la renovación delcompromiso adquirido en su día por la Caja Rural de Almería, - hoy de mayorámbito -, con la agricultura almeriense, mostrando nuestro reconocimiento a todoel sector agrario, agricultores, técnicos e investigadores, y a los autores que parti-cipan en este libro.

Juan del Águila MolinaPresidente de Cajamar

SISTEMAS DE CALEFACCIÓN

Juan Carlos López HernándezEstación Experimental �Las Palmerillas� de Cajamar

Sistemas de calefacción

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1- INTRODUCCIÓN

Las condiciones de crecimiento dentro de invernadero no solamente tienenque ser entendidas de una forma cualitativa, sino además de manera cuantitativapara determinar su impacto sobre la producción. En este sentido el clima delinvernadero puede ser cuantificado en relación a las condiciones externas y a laspropiedades físicas del invernadero y su equipamiento (Bot y Van De Braak,1995).

El crecimiento y desarrollo de los cultivos, está influenciado por el clima,donde los procesos de fotosíntesis, respiración, división celular, expansión celu-lar, toma de nutrientes y agua, se ven modificados, principalmente por la tempe-ratura, déficit de presión de vapor, luz y CO2 . El metabolismo de las plantas y latasa de las reacciones metabólicas se ven afectados por la temperatura, llegandoa duplicarse la tasa de crecimiento para muchos cultivos expuestos a frío, alincrementar la temperatura 10º C (Day y Bailey, 1998). Tanto temperaturasextremas bajas como altas, afectan al buen desarrollo de los cultivos (Hanan etal., 1988), produciendo la desnaturalización de enzimas y otras proteínas.

Cuando la temperatura desciende por debajo de 10�12 ºC, las especiestermófilas (entre las que podemos considerar la mayoría de las hortalizas que secultivan bajo protección en el litoral mediterráneo) presentan las siguientes alte-raciones (Lorenzo, 2000):

� Reducción del crecimiento.� Disminución de la tasa de asimilación neta.� Depresión de la respiración.� Reducción del transporte y distribución de asimilados.� Disminución de la absorción de agua y sales.� Cambios anatómicos y morfológicos.� Pérdida de fertilidad.� Envejecimiento precoz del tejido fotosintético por necrosis celular.

Los niveles de temperatura que maximizan la producción se sitúan entre 16-20º C para el período nocturno y 22-30 º C para el diurno. Sin embargo, nor-malmente divergen del óptimo económico debido a los elevados consumos deenergía que ellos suponen, haciéndose necesario gestionar el aporte de calor

J. C. López

1 4

mediante estrategias de clima, formación cultural de la planta y mercados decomercialización. Las estrategias de clima habitualmente implican: utilizar panta-llas de ahorro de energía, condicionar el nivel térmico a las distintas fases fisioló-gicas del cultivo, período diurno-nocturno, saltos térmicos, etc.

La dependencia mostrada por la respuesta fisiológica de muchos cultivoshacia la acumulación de grados-día (integral térmica) permite programarlos encuanto a fechas de recolección y producción. Un mayor control de la tempera-tura del invernadero va a determinar, además de un aumento de la producción,un aumento de la calidad del fruto.

2- NECESIDADES ENERGÉTICAS

El aporte de calor necesario para mantener una temperatura de consignadentro del invernadero depende básicamente de:

- material de cubierta- sistema de calor- condiciones externas: Tª, viento, etc.

De forma simplificada, podemos determinar las necesidades energéticas apartir del coeficiente global de transmisión de calor �U�, que es característico decada tipo de material de cubierta:

Material de cubierta U (W m-2 K-1)Cristal 6,0-8,8Doble cristal 4,2-5,2Doble policarbonato 4,8Polietileno 6,0-7,8Doble polietileno 4,2-5,5

Así, la energía necesaria Q ( w ) para mantener un salto térmico es:

Q = A U (Ti - To)


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A superficie desarrollada del invernaderoU coeficiente global de transmisión de calorTi temperatura del invernaderoTo temperatura exterior

3- SISTEMAS DE CALEFACCIÓN

Según utilicen una o varias de las formas en las que el calor se puede trans-ferir (convección, conducción y radiación), podemos clasificar los sistemas como:

-Sistemas de calefacción por convección:

Son sistemas en los que el elemento conductor del calor es el aire. Debido asu poca inercia, proporcionan un aumento rápido de la temperatura del aire,enfriándose de igual forma al dejar de actuar. Generan importantes gradientestérmicos y pérdidas de calor al ir localizados, normalmente, sobre el cultivo.

Entre los sistemas convectivos: aerotermos, generadores de aire caliente decombustión indirecta y generadores de aire caliente de combustión directa; losdos últimos son los más utilizados:

- Generadores de aire caliente decombustión indirecta: mediante un cam-biador de calor, se separan los gasesde combustión expulsándolos al exte-rior, introduciendo únicamente aire ca-liente al invernadero. Dado que partedel calor es expulsado con los gases decombustión, el rendimiento de estasmáquinas suele estar entre el 80% -90%.

Distribución del calor mediante mangasperforadas de polietileno para un sistema de

combustión indirecto.

J. C. López

1 6

- Generadores de aire caliente de combustión directa: tanto el aire calientecomo los gases de combustión son incorporados al invernadero. El combustiblea utilizar debe de contener el menor número de elementos tóxicos, siendo elpropano y el gas natural los más recomendados.

Sistema con combustión directa (cañón).

Es importante controlar los niveles de los gases de combustión para evitarproblemas a personas y plantas. El rendimiento de la máquina se considera del100 % al introducir también el calor que acompaña a los gases de combustión.

- Sistemas de calefacción por conducción:

Estos sistemas están diseñados para proporcionar una temperatura adecua-da en la zona radicular. Desde un punto de vista físico, uno de los objetivos de lacalefacción del suelo es utilizar, indirectamente, la superficie de intercambio conel aire que ofrece el suelo del invernadero, siendo ésta superior a la de los siste-mas de calefacción aéreos (Feuilloley y Baille,1992).

La dificultad de incorporar al suelo los intercambiadores y la limitación queprovocan a las labores del suelo, redujo su expansión como sistema de calor.Sin embargo, la incorporación de los sustratos como medio de cultivo, facilitó lalocalización de los cambiadores de calor, bajo los sustratos.


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Calefacción enterrada en el suelo

Es necesario definir:

- el espesor de la capa de suelo que se desea calentar

- la profundidad a la que tienen que enterrarse los tubos

- la distancia entre los tubos

y

x

Tagua < 40°C

Φ<60 (w m-2)

≈ y

↑

d 15-30 mm

Suelo

suelo

Calefacción enterrada en suelo (González-Real y Baille, 1998)

- Sistemas de calefacción por convección y radiación:

La transferencia de calor se realiza a través de tuberías, aéreas o dispuestassobre el medio de cultivo, por donde circula agua caliente, pudiendo trabajar aalta (hasta 90 ºC) o baja temperatura (entre 30 ºC - 50 ºC) en función delmaterial utilizado (metal o plástico).

Sistema por agua caliente en tubería de hierro

Estos sistemas modifican la temperatura del aire, al calentarse por convecciónal contacto con los tubos, y la de los objetos (suelo, planta, cubierta del inverna-dero, etc.) que se encuentran a su alrededor por intercambio radiativo. La distri-bución del calor es más uniforme que en los sistemas por aire, al situar las tube-rías cerca del cultivo y mantener unos gradientes térmicos bajos.

J. C. López

1 8

Los sistemas de calefacción por agua caliente permiten distribuir el calor deforma uniforme, siendo más eficientes que los sistemas por aire. No obstante,mediante tuberías perforadas, que aproximan el calor a la planta, los sistemas decalefacción por aire de combustión indirecta han mostrado una eficiencia similara los sistemas por agua caliente a baja temperatura (Lorenzo et al., 2000).

La mayor inercia de los sistemas de agua frente a los de aire (Figura 1),permite un mejor control del clima siendo una ventaja, salvo en el caso de unaparada del sistema, donde al enfriarse, tardará más en recuperar la temperaturade consigna.

Figura 1. Evolución de la temperatura del aire (2 m) para dos sistemas decalor: aire y agua.

Stanhill (1981) contabilizó todas las entradas al invernadero (fertilizantes,agua, plantas, calefacción, CO2 , etc.) en unidades de energía, determinandoque la necesidades de los invernaderos con calefacción en Inglaterra superabanen 40 veces a las de los invernaderos sin calefacción en Israel, correspondiendoa la calefacción el 80% del total de la energía consumida. De ahí la importanciade determinar localmente las necesidades energéticas derivadas de la calefac-ción.

Ensayos realizados a nivel local con distintos sistemas de calefacción y dife-rentes niveles térmicos (Tabla 1 y 2) muestran la variabilidad entre campañascon respecto a los consumos de combustible. Para niveles bajos de temperatura

10

15

20

25

0 2 5 7 10 12 15 17 20 22

Hora Solar

ºCAire caliente

Agua caliente


19

(10-12º C) los consumos de combustible se situaron entre 1,5-2,5 kg m-2 depropano, llegando a superar los 10 kg m-2 cuando se actuó a niveles altos (16-18º C). Las diferencias existentes entre ambas campañas se deben al régimen defrío más severo de la campaña 98-99.

Tabla 1.- Gasto (kg m-2) de combustible (propano) para dos sistemas de cale-facción y dos campañas 97-98 y 98-99. Temperatura mínima día-noche decontrol establecida durante el desarrollo de los cultivos de pepino:Germinación: 22 / 20; Inicio fructificación: 18 / 16; Recolección: 16 / 14.(Lorenzo et al., 2000).

(Para extrapolar el consumo de combustible a un invernadero de una hectá-rea multiplicar por 0,8).

Tabla 2.- Gasto (kg m-2) de combustible (propano) para un sistema de airecaliente con combustión directa para dos campañas y a diferentes consig-nas: temperatura mínima 12 ºC; 14º C y 15 ºC. (López et al., 2000).

(Para extrapolar el consumo de combustible a un invernadero de una hectá-rea multiplicar por 0,8)

SISTEMA DE CALEFACCIÓN

Campaña Generadores de aire(Combustión indirecta)

Tubería aguacaliente

97-98 5,6 4,7

98-99 9,9 10,8

AIRE COMBUSTIÓN DIRECTACampaña

12º 14º 15º

97-98 1,2 4,3

98-99 2,4 5,1

J. C. López

2 0

Trabajos realizados en la E.E. �Las Palmerillas� en invernaderos tipo �pa-rral� (poco herméticos) con sistemas de calefacción por aire con combustióndirecta para cultivos de pepino y judía a niveles de consigna bajos-medios (10º-15º C), manejando la ventilación para evitar niveles elevados de gases, no hanmostrado síntomas de toxicidad ni mermas en la producción. Sin embargo, eninvernaderos de arco (más herméticos), para un cultivo de judía bajo un régimende calor alto ( fase vegetativa 18º C y fase fructificación de 16ºC) el sistema deaire caliente con combustión directa provocó en el cultivo síntomas de toxicidad(reducción de la superficie foliar, reducción de la longitud del tallo y aborto defrutos) frente al de agua caliente por tubería de hierro, provocando mermas en laproducción precoz y final (Figura 2).

Los niveles alcanzados de CO2 en el invernadero con calefacción con com-bustión directa, superaron las 5.500 ppm durante los períodos más fríos (Tªin-Tªext > 8 º C). De ahí que el uso de estos sistemas deba estar condicionado a uncontrol de los gases de combustión y a trabajar con regímenes de calor bajos ode mantenimiento (Tªinv � Tªext = ∆Tª pequeños), procurando ventilar o pararmáquinas para evitar toxicidades a las personas y plantas.

Figura 2. Producción Comercial para un cultivo de judía bajo dos sistemasde calefacción: aire combustión directa y agua en tubería de hierro.

0

1000

2000

3000

4000

5000

55 65 75 85 95 105 115 125 135

D.D.S.

g m-2

Agua calienteAire caliente


21

El coste de la instalación de los sistemas de calefacción en orden crecientees: aire caliente de combustión directa, aire caliente de combustión indirecta,agua caliente a baja temperatura y agua caliente a alta temperatura. El coste deinstalación para los sistemas de calefacción por agua caliente se reduce a medi-da que aumenta la superficie calefactada al compartir ciertos elementos (calde-ra, reguladores, etc.), hecho que no ocurre con los sistemas por aire caliente.Siendo el sistema más barato el aire caliente de combustión directa, también esel sistema más arriesgado al incorporar los gases de la combustión dentro delinvernadero, especialmente cuando el número de horas de funcionamiento encontinuo del sistema es elevado.

Dada la gran incertidumbre que mantienen los precios de los productoshortícolas y de los combustibles, es importante hacer un seguimiento continuo ala rentabilidad de los sistemas.

REFERENCIAS

BOT, G.P.A., VAN DE BRAAK. 1995. Physics of greenhouse climate. En:Greenhouse climate control. 125-160.

DAY, W., BAILEY, B.J. 1998. Physical principles of microclimate modification.En: Ecosystems of the World. 71-101.

FEUILLOLEY, P., BAILLE, A. 1992. Principes généraux d�utilisation deseaux tiédes pour le chauffage des serres. Informations Techniques duCEMAGREF, 87:1-8

GONZÁLEZ-REAL (BAILLE), M., BAILLE, A., 1998. Calefacción de in-vernaderos. En: Tecnología de invernaderos II. 339-398. Eds: Pérez J.,Cuadrado I. M., D.G.I.F.A, FIAPA y C.Rural.

HANAN, J.J., HOLLEY, W.D., GOLDSBERRY, K.L. 1978. GreenhouseManagement. Edita Springer, New York, 530 pp.

LÓPEZ, J.C., MATEO, A., PUERTO, H., PÉREZ, J. 2000. Calefacción poraire caliente con combustión directa. En: Calefacción de invernaderos enel sudeste español. 23-34. Edita Caja Rural de Almería, Almería (Espa-ña).

LORENZO, P. 2000. Influencia de la temperatura en el crecimiento y desa-rrollo de los cultivos. En: Calefacción de invernaderos en el sudeste espa-ñol. 11-13. Edita Caja Rural de Almería, Almería (España).

J. C. López

2 2

LORENZO, P., SÁNCHEZ-GUERRERO, M.C., MEDRANO, E. 2000.Comparación de calefacción por aire caliente con combustión indirectafrente a tubería radiante con agua caliente a baja temperatura. En: Cale-facción de invernaderos en el sudeste español. 35-44. Edita Caja Ruralde Almería, Almería (España).

ENRIQUECIMIENTO CARBÓNICO

Pilar LorenzoCIFA de Almería

Enriquecimiento carbónico

25

0 100 200 300 400 500 600Co n ce n tració n d e CO2

A

1- INTRODUCCIÓN

Uno de los factores determinantes de la producción de los cultivos protegi-dos es la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera del invernadero.La actual concentración de CO2 ambiental se sitúa en torno a 370 µmol mol-1,en la zona no saturante de la relación que existe entre la asimilación neta y laconcentración de CO2 (Figura 1), siendo infraóptima para el crecimiento y de-sarrollo de la mayoría de los cultivos hortícolas. Los resultados experimentalesmuestran rendimientos productivos superiores cuando se aplica la técnica deenriquecimiento carbónico a concentraciones entre el rango de 700-900 µmolmol-1 (Papadopoulos et al., 1997).

El cultivo en invernadero se desarrolla en un ambiente semicerrado y estásujeto a una concentración de CO2 fluctuante. Heij y Uffelen (1984) consideranque durante 1/3 del periodo de iluminación, la concentración de CO2 en el inte-rior del invernadero se mantiene por debajo del nivel atmosférico exterior.

El agotamiento de dióxido de carbono se incrementa cuando la tasa deasimilación neta del cultivo es elevada (alta radiación, dosel vegetal cerrado) yla renovación del aire en el interior de las estructuras es baja (velocidad delviento en el exterior inferior a 1,5 m s-1 y reducido gradiente térmico interior-exterior). En estas circunstancias es habitual registrar valores entre 205-270µmol mol-1 (Ito, 1970; Lorenzo, 1990), que al mismo tiempo que reducen laasimilación neta de carbono, incrementan la conductancia estomática y puedenoriginar un desequilibrio hídrico transitorio en el cultivo.

Figura 1. Representación generalizada de la relación entre la concentraciónde CO2 intercelular y la tasa de asimilación neta. (Adaptado de Farquhar ySharkey, 1982).

P. Lorenzo

2 6

Actualmente la incorporación de mallas anti-insecto en las ventanas del in-vernadero para proteger los cultivos de plagas y enfermedades es una prácticageneralizada adoptada en la horticultura del sudeste mediterráneo. Muñoz et al.(1998) han cuantificado reducciones considerables de la tasa de ventilación delinvernadero (descensos porcentuales del coeficiente de descarga de hasta el35% y el 52% para mallas anti-pulgón y anti-trip, respectivamente). Por tanto,estas barreras físicas dificultan el intercambio de aire interior-exterior y la reno-vación de la concentración de CO2 . La ventilación natural, aunque es un méto-do paliativo, resulta insuficiente para restablecer la concentración de CO2 en elinterior de las estructuras de cultivo, especialmente cuando se producen altastasas de asimilación.

La progresiva sustitución de abonos orgánicos por fertilizantes químicos, elempleo de sustratos inertes y el aumento de la estanqueidad de los invernaderoscomo medida de ahorro energético en los cultivos protegidos, han hecho máspatente el agotamiento de CO2 (Bauerle y Short, 1984). Algunos autores esti-man oportuno mantener la concentración de dióxido de carbono dentro del in-vernadero al nivel atmosférico exterior, incluso en aquellas condiciones en lasque la práctica de la ventilación es imprescindible durante gran parte del día(Slack y Hand, 1985; Nederhoff, 1988; Sánchez-Guerrero, 1999).

El enriquecimiento carbónico da lugar a respuestas productivas variables,aumentos que van entre el 14 y el 61 % (Kimball, 1983). Las causas de estavariación son diversas: las condiciones en las que se desarrolla el cultivo, latécnica de incorporación de CO2 utilizada (fuente, régimen y concentración), elaporte de carbono total, la aclimatación del cultivo, la relación fuente-sumidero(Peet, 1986), etc. Se debe considerar la producción de fruto como el resultadode diversos procesos subyacentes: asimilación neta, floración, cuajado de fruto,distribución de materia seca, y todos ellos pueden verse afectados por la mayoro menor adecuación de diversos factores como: las condiciones climatológicas,el aporte de agua y fertilizantes, la incidencia de plagas, enfermedades o desór-denes fisiológicos.

2- RESULTADOS EXPERIMENTALES EN LA HORTICULTURAPROTEGIDA DEL SUR MEDITERRÁNEO

La climatología de esta área productiva, derivada del régimen de insolaciónincidente en las estructuras de cultivo, origina el agotamiento de dióxido de car-


27

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0,5 - 1 1 - 1,5 1,5 - 2 2 - 2,5 2,5 - 3 3 - 3,5

LAI

[CO2](µmol mol-1)

400-450350-400300-350250-300200-250Pe

riodo

diu

rno

bono en el interior del invernadero durante el periodo de iluminación por el ele-vado consumo fotosintético. El decremento de CO2 aumenta a medida que sedesarrolla el dosel vegetal, se han registrado reducciones del 55% con respectoa la concentración ambiental cuando el invernadero permanece cerrado (Sánchez-Guerrero, 1999). Por otra parte, las bajas tasas de renovación de aire por efec-to de la insuficiente ventilación natural, en activo durante la mayor parte delperiodo diurno para paliar los excesos térmicos, no permiten restablecer la con-centración de CO2 (Lorenzo, 1994). Registros continuos realizados durante todoel ciclo de producción indican que la concentración de CO2 más habitual, anali-zada por clases de frecuencia, es de 250 a 300 µmol mol-1 durante el periodo deiluminación cuando opera la ventilación pasiva (Sánchez-Guerrero, 1999) (Fi-gura 2). En este rango, el incremento de asimilación de carbono cuando aumentala concentración de dióxido de carbono presenta repuestas notables, pues co-incide con los valores de mayor pendiente de la relación.

Figura 2. Evolución de la concentración de CO2 en el interior del invernade-ro durante el periodo diurno. Distribución por clases de frecuencia a lo largodel desarrollo de un cultivo de pepino. (Sánchez-Guerrero, 1999).

Estas circunstancias han puesto en evidencia la necesidad de mejorar la ven-tilación de las estructuras de cultivo y el interés de valorar la aplicación de enri-

P. Lorenzo

2 8

quecimiento carbónico teniendo en cuenta las características de los sistemasproductivos locales.

Las experiencias de enriquecimiento carbónico se han llevado a cabo endiferentes tipos de estructuras de protección, aplicando dos fuentes distintas decarbono (parafina de bajo contenido en azufre y CO2 puro), y variando lasestrategias de aplicación.

En invernadero parral tradicional de Almería se ha aportado dióxido de car-bono generado a partir de la combustión de parafina sobre cultivo de judía decrecimiento indeterminado. Se ha mantenido un rango fijo entre 350 y 600 µmolmol-1 durante el periodo diurno (Sánchez-Guerrero, 1999). Los incrementosproductivos obtenidos oscilan entre 12% y 17% en los ciclos de primavera yotoño-invierno, respectivamente. La distribución de materia seca entre las frac-ciones aéreas de la planta muestra un incremento relativo hacia la fracción defruto.

Las experiencias realizadas en invernaderos tipo parral mejorado y multitúnel,dotados con equipos para el control climático, han permitido establecer unaestrategia dinámica vinculada a la ventilación del invernadero y al régimen deviento, consistente en enriquecer la atmósfera del invernadero al doble de laconcentración exterior (700 µmol mol-1) cuando las ventanas permanecen ce-rradas y próxima a la ambiental (350 µmol mol-1) cuando opera la ventilación, yasea por exceso térmico o higrométrico, con objeto de reducir el gradiente inte-rior/exterior y evitar pérdidas innecesarias (Lorenzo, 1997) (Figura 3, 4 y 5). Enlos ciclos de primavera la ventilación permanece activa buena parte del día conla finalidad de controlar la temperatura, por lo que la incorporación de CO2 esmenor que en el ciclo de invierno. Como consecuencia, también lo es su efecto.Los resultados que se han obtenido en esta dirección están en la línea de lasobservaciones de Nederhoff (1994), quien argumenta que la respuesta produc-tiva obtenida guarda relación directa con la cantidad de dióxido de carbonoaportado.


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Figura 3. Sistema localizado de distribución de CO2 en el aire del inverna-dero.

Figura 4. Analizador de dióxido de carbono para el control dinámico de laconcentración de CO2 en la atmósfera del invernadero.

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Figura 5. Evolución de la concentración de CO2 resgistrada en el interior deinvernaderos multitúnel enriquecido y control con un cultivo de pepino desa-rrollado de Indice de Área Foliar 3. (Sánchez-Guerrero et al., 1988).

Cuando se ha aplicado esta estrategia con CO2 puro en diferentes ciclos decultivo de pepino, los incrementos de la producción acumulada de fruto obteni-dos oscilan entre 19% y 25%. El enriquecimiento carbónico ha producido unaumento sobre la eficiencia hídrica referida a la producción de fruto de pepinodel 40%. Esto se debe por una parte al incremento productivo y por otra a lareducción del aporte hídrico del 15% para mantener una conductividad eléctricaen el entorno radicular semejante a la del cultivo testigo (Lorenzo, 1998) (Figura6). Al aumentar la concentración de carbono en la atmósfera del invernadero seproduce un aumento de la tasa fotosintética, lo que lleva implícito un aumento dela absorción de iones. Por tanto, es necesario adecuar la gestión de la fertirrigaciónpara mantener la misma concentración de nutrientes en el entorno de la raíz, y sedebe incrementar su aporte con objeto de restablecer el equilibrio. Segura et al.(2000) han analizado la absorción de nutrientes de un cultivo de pepino enrique-cido respecto al control y han observado un aumento principalmente de N, K,Ca y Mg.

0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:000

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[CO2] Enriquecido [CO2] TestigoRadiación global exterior


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Figura 6. Efecto del aumento de la concentración de CO2 en la atmósferadel invernadero sobre la eficiencia en el uso del agua.

La asociación de enriquecimiento carbónico y apoyo térmico en estas es-tructuras ha dado lugar a aumentos de la producción acumulada de pepino encultivo sin suelo del 56 % respecto al control. Se han comparado los resultadosobtenidos en los invernaderos con diferente nivel de control climático. Un au-mento del 24% se ha atribuido a la aplicación de calor, mientras que el resto sedebe al aporte de carbono (Sánchez-Guerrero, 2000). Este mismo efectosinérgico se ha observado también en cultivo de judía de crecimiento indetermi-nado, que ha producido 7,1 kg m-2 frente a 1,5 kg m-2 en el invernadero pasivo.La notable diferencia se explica porque el control térmico ha posibilitado unadecuado crecimiento y desarrollo de las plantas, dando lugar a floraciones con-secutivas, mientras que en el invernadero pasivo, cosechada la primera flora-ción, el envejecimiento precoz del cultivo como consecuencia del estrés térmicoha dado fin al ciclo productivo. El 16% del incremento productivo se relacionacon el aporte de dióxido de carbono (Lorenzo, 1998).

3- CONSIDERACIONES SOBRE LA APLICACIÓN DEENRIQUECIMIENTO CARBÓNICO

La aplicación de dióxido de carbono a la atmósfera del invernadero originageneralmente incrementos productivos, dado que la concentración de CO2 am-biental es inferior a la óptima biológica para la mayoría de las especies hortícolas

↑ CO2

↑ Fotosíntesis neta ↓ Conductancia estomática

↑ Producción Materia Seca ↑ Temperatura Foliar

↓ Transpiración ↑

↑ DPV

↑ Eficiencia Uso Agua

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que se cultivan bajo protección. La respuesta es variable, en términos relativoses mayor a concentraciones bajas, en las que la relación Concentración de CO2/ Asimilación neta presenta mayor pendiente.

El aumento de la concentración de CO2 en la atmósfera del invernaderoreduce el efecto de inhibición que ejerce la concentración de O2 sobre la tasa defotosíntesis debido a la respiración.

El invernadero es un recinto semicerrado que impide en mayor o menormedida la renovación del aire interior. Cada área productiva presenta unas ca-racterísticas climatológicas específicas que dan lugar a la adopción de sistemasde cultivo apropiados. Por tanto, la elección de la estrategia de incorporación decarbono en las estructuras de cultivo y de la fuente debe racionalizarse de acuer-do con los parámetros locales. A medida que el sistema de cultivo genera mayoragotamiento de la concentración de CO2 por: baja renovación de aire (superficiede ventilación reducida, utilización de mallas anti-insecto, velocidad de vientobaja), dosel vegetal desarrollado y/o alta radiación, la respuesta productiva ob-tenida por la aplicación de carbono generalmente es superior.

El aporte de dióxido de carbono mejora la eficiencia hídrica del cultivo,fundamentalmente debido a la mayor producción de fruto y en menor medidapor la reducción del aporte de agua que requiere el sistema.

El enriquecimiento carbónico implica una adecuación de la fertirrigación, yaque el aumento de asimilación lleva implícito un incremento de la absorción iónica.

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LA RADIACIÓN SOLAR ENINVERNADERO EN LA COSTAMEDITERRÁNEA ESPAÑOLA

Nicolás CastillaCIFA de Granada

La radiación solar en invernadero en la costa mediterránea española

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RESUMEN

La radiación solar es la fuente de energía para el crecimiento y desarrollo delas plantas y el principal insumo de la bioproductividad vegetal. Las favorablescondiciones de radiación en la costa mediterránea española para el cultivo eninvernadero están limitadas por la baja transmisividad (proporción de la radia-ción solar exterior que penetra dentro de invernadero). Es necesario mejorardicha transmisividad mediante invernaderos más eficientes en captar la radia-ción, especialmente en otoño e invierno, y empleando materiales de cerramientoy técnicas de manejo que permitan optimizar el uso de la radiación.

1- INTRODUCCIÓN

El cultivo protegido en invernadero pretende mejorar las condiciones am-bientales de las plantas para incrementar su bioproductividad. Dos enfoquesbásicos han prevalecido en cultivo de invernadero: 1. - El de �máxima modifica-ción climática�, empleado en el norte de Europa, al emplear unos invernaderossofisticados, climatizados con gran empleo de energía, que requieren una altainversión y generan altas producciones a unos costes de producción elevados y2. -�Los invernaderos mediterráneos�, de bajo coste de construcción, con míni-mo uso de energía, que generan condiciones climáticas subóptimas en ciertasépocas y de menores prestaciones productivas, pero con costes de produccióninferiores (Enoch, 1986).

La radiación solar es la fuente de energía para el crecimiento y desarrollo delas plantas y el principal insumo de la bioproductividad vegetal. La parte de laradiación solar que es útil para la fotosíntesis de las plantas es designada como�radiación fotosintéticamente activa� o PAR (iniciales de la expresión en inglés).Normalmente denominamos luz a la parte de la radiación solar que es visiblepara el ojo humano.

Mejorar las condiciones de radiación en �invernaderos mediterráneos�artificialmente, mediante iluminación complementaria, resulta utópico por su ele-vado coste. Es necesario, por tanto, optimizar las condiciones radiativas cons-truyendo invernaderos eficientes en captar la radiación, a unos costes asequi-bles. Esta breve exposición se centrará en los aspectos más destacables de la

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radiación en invernadero en la costa mediterránea española, desde ese punto devista.

2-BIOPRODUCTIVIDAD VEGETAL

Los factores que determinan la bioproductividad vegetal neta (Pn) son lacantidad de radiación incidente (Q), la proporción de esa radiación que es inter-ceptada por órganos verdes de la planta (β), la eficiencia de conversiónfotosintética de radiación interceptada en biomasa (ε) y las pérdidas de biomasaen respiración (R)

Pn = (Q · β · ε ) - R (Coombs et al., 1987).

Así pues, la bioproductividad vegetal neta depende, en primer lugar, de laradiación incidente sobre las plantas. Para que dicha radiación pueda ser utiliza-da eficientemente en el proceso de fotosíntesis debe ser interceptada por losórganos fotosintetizantes de las plantas. La eficiencia de utilización de la radia-ción interceptada para su conversión en biomasa dependerá de las característi-cas de la planta y de las condiciones ecológicas (clima, suministro hídrico, nutri-ción, sanidad,...). Habrá, por último, que detraer las pérdidas de biomasa enrespiración, muy dependientes de la temperatura.

Estos factores determinantes de la bioproductividad dependen, en gran par-te, de la radiación y, también, de las demás condiciones climáticas (temperatura,humedad ambiental y de suelo, composición de la atmósfera,...).

La proporción de la biomasa total que es invertida en partes cosechables delcultivo (por su interés económico: frutos en el tomate, hojas en la lechuga, tubér-culos subterráneos en la patata,...) es conocida como el �índice de cosecha�(Coombs et al., 1987). Maximizar el índice de cosecha debe ser el objetivo deun manejo agronómico adecuado, que priorice la distribución de asimilados ha-cia los órganos cosechables de la planta (hojas, frutos, tubérculos, raíz,...). Laoptimización de la bioproductividad vegetal neta (Pn) y del índice de cosechaimplica el empleo de diversas técnicas de producción y prácticas culturales (me-jora microclimática mediante cultivo protegido, riego, poda, fertilización, defen-sa fitosanitaria, etc.) que permitan obtener del material genético empleado en lasdiversas condiciones ecológicas (suelo y clima) las más provechosas prestacio-nes agronómicas.


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Ene.Feb

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ar.Abr.

May.

Jun.Jul.

Ago.Sep

.Oct. Nov.

Dic.

Almería Wageningen

Radiación solar global media (MJ m-2 día -1) a lolargo del año

3- TRANSMISIVIDAD DEL INVERNADERO

La abundancia de días despejados, en los que la radiación directa prevalecesobre la difusa, es una característica del clima de nuestra costa mediterráneaque, junto a sus suaves temperaturas invernales, lo diferencian del clima de otrasáreas de invernaderos donde predomina la radiación difusa (días nublados), es-pecialmente en otoño e invierno (Hanan, 1990).

Las condiciones de radiación solar en invernadero son muy importantes desdeel punto de vista productivo, no solo cuantitativamente sino tambiéncualitativamente. Las características ópticas de la cubierta del invernadero pue-den modificar significativamente la calidad de la radiación (espectro de distribu-ción o proporción de radiación difusa) afectando a los cultivos, principalmenteen cuanto a la eficiencia de uso de la radiación y a sus efectos fotomorfogénicos(Baille, 1998) y sobre los insectos y microorganismos del invernadero.

La fracción de radiación solar global transmitida dentro de un invernadero esdesignada como �transmisividad global del invernadero� (Zabeltitz, 1998). Hansido ampliamente documentadas las limitaciones productivas que implican losbajos niveles de radiación dentro de invernadero en otoño e invierno en la costamediterránea española, en cultivos de hortalizas que son exigentes en luz (Castillaet al., 1999). Maximizar la radiación dentro de invernadero es, por tanto, unobjetivo deseable en nuestras latitudes, especialmente en otoño e invierno.

La evolución de la radiación solar a lo largo del año en Almería y Wageningen(Holanda) denota las mejores condiciones de la costa Mediterránea.

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4 0

Dicha transmisividad es función, entre otros factores, de las condicionesclimáticas (nubosidad, principalmente, que determina la proporción de radiacióndirecta y difusa), de la posición del Sol en el cielo (que dependerá de la fecha yhora del día y de la latitud del lugar), de la geometría de la cubierta del inverna-dero, de su orientación (este-oeste, norte-sur,...), del material de cerramiento(características ópticas y radiométricas, estado de limpieza, condensación deagua en el interior,...) y de los elementos estructurales y equipos del invernaderoque limitan, al sombrear, la radiación dentro del invernadero (Bot, 1983; Zabeltitz,1998). La transmisividad a la radiación solar directa variará en función del ángu-lo de incidencia (que forman el rayo solar y la perpendicular a la cubierta delinvernadero), siendo mayor dicha transmisividad cuanto menor sea dicho ángu-lo, es decir, cuanto más perpendicularmente incida la radiación sobre la cubiertadel invernadero (Bot, 1983).

La transmisividad global media (fracción de radiación global exterior quepenetra en el invernadero) debe integrarse como valor medio en todo el inverna-dero, dada la variabilidad a que están sometidos los diversos puntos del inverna-dero en cuanto a radiación (por su situación, por diferencias de sombreo de loselementos estructurales y de los equipos,...) en días despejados, cuando predo-mina la radiación directa (Bot, 1983). En días completamente nublados, cuandotoda la radiación solar es difusa (ausencia de sombras definidas, por su carácteradireccional) la distribución de radiación es más homogénea dentro de inverna-dero (Baille, 1998). Es importante recordar las notorias diferencias existentes,desde el punto de vista de la transmisividad, entre invernaderos unimodulares ymultimodulares derivadas de los sombreos entre módulos, cuando las pendien-tes de cubierta tienen cierta inclinación.


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4-TRANSMISIVIDAD EN INVERNADEROS MEDITERRÁNEOS

Tras unos primeros pasos para mejorar la transmisividad de las estructurastipo parral (invernaderos asimétricos de escasa pendiente de cubierta, con orien-tación este-oeste en cumbrera; Castilla et al., 1994), posteriores y recientestrabajos de investigación desarrollados por la Junta de Andalucía, en colabora-ción con el I.R.T.A. de Cabrils y Caja Rural de Granada (Estación Experimental�La Nacla�, en Motril), han demostrado el interés de aumentar notablemente laspendientes de cubierta en invernaderos tipo parral (Quesada et al., 1998; Castillaet al., 1999; 2000). En nuestras condiciones productivas, en invernadero parralsin calefacción con cultivo de pepino de otoño-invierno, se han cuantificadoaumentos de producción superiores al 20 %, al emplear un invernadero máseficiente en transmisividad (invernadero parral orientado este-oeste con ángulosde 45º en el lado sur y 27º en el norte) que el asimétrico convencional (ángulosde 11º en el lado sur y 24º en el norte), generando diferencias en producto brutoanual superiores a las 200 pesetas por m2 (Castilla et al., 2000).

α

PRADIACIONSOLAR

RADIACION TRANSMITIDADENTRO DEL INVERNADERO

PE térmico Tricapa

0º 87 91

20º 84 89

40º 79 86

60º 66 76

80º 53 54

αTRANSMISIVIDAD (%)

(Fuente: Montero et al, 2000)

P: perpendicular a la cubierta

Radiación directa

La transmisividad a la radiación solar directa dependerá del ángulo de inci-dencia (ααααα) de los rayos solares y de las características del material de cubier-ta del invernadero, entre otros factores.

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Ángulo de incidencia de radiación solar directa eninvernaderos asimétricos orientados Este-Oeste

V- línea verticalP - línea perpendicular de cubiertaSR- Rayos de sol

θ - Ángulo cenital mínimo(mediodía) aprox 60ºα − Ángulo de incidencia

Sur de España (37º N Latitud)Solsticio de Invierno-Mediodía

Norte

Los invernaderos asimétricos de pendiente alta en el lado sur son más efi-cientes en captar radiación, en torno al solsticio de invierno, al incidir losrayos solares (radiación directa) con menores ángulos (ααααα) de incidencia.

Habida cuenta del incremento de coste de construcción que suponen esasmayores pendientes de cubierta, una solución de compromiso, que está siendoadoptada por algunos agricultores como estructura de bajo coste, es la del in-vernadero parral, a dos aguas, simétrico, orientado este-oeste, con ángulos decubierta de unos 30º.

La uniformidad de radiación en estos invernaderos orientados este-oeste(simétricos con ángulos de cubierta de unos 30º) es menor (en días soleados)que en los orientados norte-sur, pero su transmisividad en otoño-invierno essuperior, llegando a alcanzar diferencias de más del 10% de la radiación globalal aire libre en días soleados, en torno al solsticio de invierno. No obstante, lamayor altura de los invernaderos (3,5 � 4,0 metros de altura en canalones), elmenor ancho de las capillas (módulos) y las características de difusión de laradiación de las láminas plásticas empleadas hoy día, amortiguan notablemente


43

esas diferencias de uniformidad entre invernaderos multimodulares orientadoseste-oeste y norte-sur.

En invernaderos de cubierta curva (multitúnel), de mayor nivel tecnológicoen cuanto a sus posibilidades de equipamiento que los invernaderos tipo parral,la orientación este-oeste induce una mayor transmisividad que la orientaciónnorte-sur, especialmente relevante en otoño e invierno (Morales et al., 2000).Como contrapartida, la orientación norte-sur tiene mayor uniformidad de radia-ción dentro del invernadero, al igual que ocurre en los tipo parral.

Figura 1. Transmisividad media (%) a la radiación solar directa según laorientación de la cumbrera (N-S, E-W) en un invernadero simétrico (ángulode cubierta: 30º) según el mes del año.

Los invernaderos de cubierta simétrica a dos aguas, y ángulos de cubierta de30º, son más eficientes en otoño e invierno en captar energía solar en díassoleados, si se orientan Este-Oeste (cumbrera) que si se orientan Norte-Sur.

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Latitud 37ºNAsimet 9; PE-térmico

Orientación

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Figura 2. Transmisividad media (%) a la radiación solar directa según laorientación de la cumbrera (N-S, E-W) en un invernadero simétrico (ángulode cubierta: 10º) según el mes de año.

Las diferencias en transmisividad según su orientación (Este-Oeste o Norte-Sur) en días soleados son escasas, incluso en el solsticio de invierno, si losinvernaderos son de baja pendiente (10º).

En invernaderos multitúnel, la transmisividad sigue pautas similares a las des-critas en invernadero parral. Las mayores pendientes de la cubierta curva impli-can mayor transmisividad (en los rangos indicados), si bien los elementos estruc-turales suelen ser mayores en estos invernaderos curvos que en los tipo parral.

La reciente aparición en el mercado de láminas plásticas más transmisivas ala radiación solar (multicapa) que las láminas convencionales de polietileno-nor-mal, larga duración y térmico- (Montero et al., 2000), y que han sido bien acep-tadas por los horticultores de invernadero, confirma el interés (ampliamente do-cumentado en nuestras condiciones) de aumentar la radiación dentro de inver-nadero en épocas de baja radiación.

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21-Dic 21-feb 21-Abr 21-jun

E-W N-S

Tra

nsm

isiv

idad

(%)

10º 10º10º 10º10º 10º

Latitud 37ºNAsimet 9; PE-térmico

Orientación

CICYT-AGF-1996-2512


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A nivel foliar, se ha definido el �nivel de saturación de radiación� a partir delcual los incrementos de radiación no conllevan aumentos paralelos de fotosínte-sis. Esta situación (muy estudiada en cámaras de crecimiento en laboratorio)puede producirse en invernadero durante los meses de alta radiación y a lashoras centrales del día, pero solamente en las hojas de los estratos superioresdel cultivo sometidas a mayor radiación, mientras que las hojas de estratos infe-riores (sombreadas por las superiores) reciben mucha menos radiación y estánlejos del nivel de saturación. Por ello, a nivel global de planta no suele darsesaturación de radiación en las especies hortícolas comestibles, en nuestras con-diciones mediterráneas, por lo que normalmente no parece justificado reducirradiación en invernadero por este motivo. Cabe, no obstante, limitar la radiaciónpor otros motivos (para limitar temperatura en invernaderos insuficientementeventilados, por razones de calidad de fruto, para mejorar coloración, por estréshídrico,...)

El efecto anti-goteo de las láminas multicapa en su cara interior (una vezcolocada en el invernadero) permite evitar la formación de gotas gruesas (alcondensarse el vapor de agua en la lámina), que limitan la transmisividad (Jaffrinet al., 1990; Zabeltitz, 1998) y contribuyen al posterior goteo del agua de con-densación sobre el cultivo, con negativos efectos en su sanidad.

Lavar las cubiertas plásticas y restringir en lo posible el blanqueo de losinvernaderos, junto con una elección adecuada de lámina plástica, permiten unamayor disponibilidad de radiación dentro de invernadero (Montero et al., 1985;Morales et al., 2000). Otras medidas, como limitar las sombras de estructura yde equipos (pantallas térmicas, mallas en ventanas,...) y de cortavientos exterio-res, son necesarias al implantar los invernaderos (Zabeltitz, 1998).

Y no olvidemos las técnicas de cultivo que optimizan el aprovechamiento deradiación (interceptándola) dentro del invernadero: orientación de líneas de cul-tivo norte-sur, densidad de plantas, entutorado, poda, uso deacolchado,...(Castilla, 1994). Conviene resaltar el interés de experimentar lastécnicas de cultivo novedosas previamente a su adopción generalizada. A esterespecto, cabe destacar la negativa influencia en producción del uso de acolcha-do blanco (para incrementar la radiación captada por el cultivo) en invernaderossin calefacción en nuestras condiciones (costa mediterránea) de otoño-invierno,al reducir la temperatura radicular significativamente, tanto en cultivo en suelocomo en sustrato (Lorenzo et al., 1999; Hernández et al., 2000).

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5- CONCLUSIONES

Cabe, por tanto, concluir que es necesario aumentar la radiación solar inci-dente dentro de los invernaderos de la costa mediterránea española, especial-mente en otoño e invierno. Para ello hay que mejorar su transmisividad. El mejordiseño debe ser un compromiso entre este objetivo y la obtención de unos cos-tes limitados de construcción y manejo, que generen el máximo beneficio al hor-ticultor, dentro del marco de una horticultura respetuosa con el medio ambiente.

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VENTILACIÓN Y REFRIGERACIÓN DEINVERNADEROS

J. Pérez-Parra1, J.I. Montero2, E. Baeza1, A. Antón2

1 Estación Experimental �Las Palmerillas� de Cajamar2 Institut de Recerca i Tecnologia Agroalimentàries (IRTA), Barcelona

Ventilación y refrigeración de invernaderos

51

1- INTRODUCCIÓN

Con el desarrollo de la horticultura protegida en climas cálidos ha surgido lanecesidad de reducir la temperatura en los invernaderos, en beneficio de loscultivos y de las condiciones de trabajo de los agricultores. Desde hace años,pero muy especialmente durante la última década, se han llevado a cabo distin-tos experimentos orientados a refrigerar el invernadero durante las horas de máscalor. A modo de resumen puede decirse que hay cuatro factores principalesque permiten limitar las temperaturas máximas (Montero et al.,1998):

- La reducción de la radiación solar que llega al cultivo (blanqueado,sombreo, etc.)- La ventilación.- La refrigeración por evaporación de agua (nebulización, «cooling system»etc.)- La evapotranspiración del cultivo, refrigeración por evaporación produ-cida por las plantas.

Estos cuatro factores están ligados entre sí, de manera que si uno de elloscambia también cambian los demás. Por ejemplo, al sombrear se reduce la tem-peratura del aire del invernadero, pero también se reduce, en la mayoría de loscasos, la tasa de transpiración. Un efecto frena al otro, y por ese motivo esnecesario estudiar los métodos de refrigeración en su conjunto. Del estudio com-binado de las distintas maneras de refrigerar se pueden obtener las siguientesconclusiones generales:

1. El sombreo tiene más influencia sobre el clima del invernadero cuando laventilación es escasa. Por ejemplo, si la tasa de renovación es 10 volúme-nes por hora (invernaderos parrales con pocas ventanas) una malla blancadesciende la temperatura en 3 ó 4°C, mientras que si es 60 el descensotérmico es de apenas 1°C.

2. El sombreo es más eficaz en la reducción de temperatura de los tejidosque transpiran muy poco (frutos y flores) que en los de alta transpiración(hojas).

3. En los invernaderos sin plantas o con el cultivo recién transplantado, elsombreo reduce en gran manera la temperatura (más de 10°C en muchoscasos). Sin embargo, cuando hay otra fuente la refrigeración, ya sea latranspiración del cultivo, la evaporación de agua o el aumento de la tasa

J. Pérez-Parra, J.I. Montero, E. Baeza, A. Antón

5 2

de ventilación, el sombreo pierde importancia relativa y tiene menos efec-to sobre el clima interno.

4. Durante el tiempo de uso de los equipos de evaporación el invernaderodebe estar ventilado. Es un error cerrar las ventanas cuando el «Fog» uotros equipos similares están en funcionamiento. Por otra parte, si la ven-tilación es alta, el equipo de humectación debe tener capacidad suficientepara añadir el vapor de agua que se escapa por las ventanas. La cifra de20 a 30 renovaciones horarias parece un buen término medio, y es unatasa de ventilación que puede alcanzarse en la mayoría de invernaderoscon ventanas cenitales incluso en días de poco viento.

5. En las primeras fases de desarrollo del cultivo (baja tasa de transpiraciónpor unidad de superficie), los equipos de refrigeración por evaporaciónson extraordinariamente eficaces incluso en climas húmedos y logran des-censos térmicos del orden de 15 y 20°C en invernaderos con mala venti-lación.

En este repaso a los métodos de refrigeración consideramos convenientehacer una revisión de los últimos avances en la ventilación natural y en el uso delos equipos de aporte de humedad.

2- VENTILACIÓN NATURAL

2.1. Condiciones de viento en calma

Las condiciones más desfavorables para la ventilación natural se producencuando el viento está en calma absoluta. Estas condiciones de calma total raravez se producen en la realidad durante el tiempo necesario para tomar las medi-das experimentales. Por ello se suele recurrir a estudios de laboratorio que ayu-dan a analizar el comportamiento del invernadero con viento en calma.

La Figura 1 muestra el incremento de temperatura respecto al exterior decuatro invernaderos distintos en función de la cantidad de calor que recibe el airedel invernadero (Montero et al., 2001b). Por ejemplo, en un día soleado deverano la radiación solar dentro del invernadero puede ser cercana a 700 W m-2 . Siel invernadero tiene un cultivo bien desarrollado, gran parte de esta radiación(hasta un 70 %) la usa el cultivo en evaporar agua. En este caso el calor netorecibido por el aire del invernadero sería de 210 W m-2 aproximadamente. Si el


53

invernadero tiene el cultivo recién transplantado la cantidad de calor cedida alaire del invernadero se aproximaría a los 700 W m-2. Según la figura, el inverna-dero 1, que tiene ventanas laterales del 16% respecto a la superficie del suelo,presenta un salto térmico excesivo. Las condiciones térmicas son mucho mejo-res cuando las ventanas laterales son del 33% de la superficie del suelo. LaFigura 1 muestra también la importancia de combinar la ventilación lateral y lacenital: con el 10 % de ventanas laterales y el 10% de ventanas cenitales laventilación parece ser suficiente (invernadero 3). Estos porcentajes mínimos re-comendados del tamaño de las ventanas deben aumentarse cuando se instalenmallas anti insectos en las ventanas, como se discutirá a continuación.

2.2 Ventilación por efecto del viento

2.2.1 Experimentos de visualización.

Además de las medidas directas en campo de la tasa de ventilación usandoun gas trazador y registrando la caída de la concentración del gas en el tiempo,se pueden hacer experimentos de visualización del flujo que ayudan a compren-der cómo se mueve el aire en el invernadero.

La Figura 2 es un ejemplo que muestra el campo de velocidades del aire enun invernadero túnel (Montero et al., 2001a). Una de las conclusiones principa-les que se puede obtener de dicha figura es la importancia del diseño de laventana cenital. Por ejemplo, en las Figuras 2.1 y 2.4 puede observarse cómo elaire pasa de un lado a otro de la ventana cenital de �sombrerete� sin incidirapenas en la circulación del aire en el invernadero. En cambio, cuando la ventanacenital permite capturar el viento (Figura 2.3), la tasa de ventilación aumentaconsiderablemente. Esta observación parece indicar que las ventanas con techoabatible (aquellas que disponen de un alerón abatible que sirve para abrir ocerrar la ventana) son más eficaces que las que enrollan el plástico en el mismoplano del techo del invernadero, puesto que las primeras permiten forzar al vien-to a que entre en el invernadero mientras que en las segundas el flujo de aireexterno puede pasar de largo por la apertura de la ventana, de la misma maneraque ocurre en la Figura 2.4. Las medidas en campo han demostrado que estahipótesis es válida, como se comentará más adelante.

Otros experimentos de visualización en invernaderos multicapilla comparanlas ventanas cenitales abatibles a barlovento y a sotavento. Aparentemente, las


5 4

ventanas cenitales abiertas de cara al viento producen una tasa de ventilaciónmayor que la de las ventanas a sotavento. Por el contrario, la velocidad del airedentro del invernadero es más uniforme en la ventilación a sotavento que a bar-lovento, puesto que se evitan las corrientes directas de aire sobre los cultivos.

2.2.2. La ventilación del invernadero parral.

El interés de estudiar la ventilación natural en el invernadero parral deriva desu importante presencia, especialmente en Almería donde el 98% de los inver-naderos se basan en esta estructura. Entre las estructuras que se engloban bajola denominación de invernadero parral, el más construido actualmente es el lla-mado de raspa y amagado o multicapilla. Los estudios que se están realizandopara este tipo de invernadero en la Estación Experimental �Las Palmerillas�,dentro de un convenio establecido por Cajamar y el IRTA de Cataluña, ilustranla forma en que ventilan estos invernaderos y permiten responder a algunas delas preguntas que surgen con más frecuencia en relación con la ventilación natu-ral. Los resultados obtenidos indican lo siguiente:

1. Cuando se instalan ventanas del tipo enrollable, la disposición combinadade ventanas cenitales y laterales mejora la tasa de ventilación, con respec-to a la colocación sólo de ventanas cenitales hasta un 50% para velocida-des bajas de viento (2 m s-1) tanto cuando en las ventanas se colocanmallas anti insectos como sin ellas (Figuras 3 y 4).

2. La colocación de mallas anti insectos, práctica frecuente en Almería, pro-duce una reducción en la tasa de ventilación del orden del 35% en el casode las mallas anti pulgón. Esto ocurre en invernaderos con ventanas cenitalessólo y con ventanas cenitales y laterales combinadas (Figura 4).

3. El tipo de ventana también afecta a la tasa de ventilación: las ventanasabatibles incrementan la tasa de ventilación hasta prácticamente doblar lade las ventanas enrollables (Figura 5).

Estos son los primeros resultados de una investigación más amplia que con-tinúa en curso.

3- REFRIGERACIÓN POR EVAPORACIÓN DE AGUA

Las tendencias en el uso de esta tecnología se pueden resumir así:


55

0

4

8

12

16

20

0 200 400 600 800Calor sensible, W m-2

Tem

pera

tura

, ºC

1. El tipo de boquilla más utilizado es el de agua a alta presión. En algunoscasos se usan equipos de agua a baja presión muy económicos, lo cualpuede ser útil en Almería durante las primeras fases de los cultivostransplantados en verano, pero la calidad de la nebulización y la eficaciade la evaporación es muy pobre.

2. El aporte de humedad al ambiente puede ser un método eficaz para aliviarel efecto negativo del agua salina en algunos cultivos. Por ejemplo, Li(2000) obtuvo pérdidas del 5,1% por cada dS m-1 en exceso de 2 dS m-1 enel rendimiento comercial de tomate. El mismo cultivo con aporte de hu-medad al ambiente tuvo unas pérdidas menores asociadas a la salinidad(del 3,4% por cada dS m-1).

3. Los controladores climáticos actuales deben mejorarse para que el usode los equipos de aporte de humedad sea más eficaz. Generalmente noconsideran el déficit de presión de vapor (DPV) en los valores de consig-na a mantener, siendo el DPV un indicador de primera importancia en lasnecesidades de riego o en la respuesta de la planta al ambiente. A veceslos controladores tampoco combinan bien la apertura de ventanas y elaporte de humedad en los periodos más cálidos. Pensamos que la mejoradel control de los humectadores es una línea de trabajo para los inverna-deros de zonas cálidas como Almería.

Figura 1. Salto Térmico en función del calor sensible cedido al aire del in-vernadero.♦♦♦♦♦ Invernadero con el 16 % de las ventanas laterales, !!!!! inver-nadero con el 33% de ventanas laterales, !!!!! invernadero con 8% de ventanaslaterales y 10% de ventanas cenitales, !!!!! Invernadero con 16% de ventanaslaterales y 10% de ventanas cenitales.


5 6

y = 1,5291x + 5,7904R2 = 0,8519

y = 2,1075x + 25,778R2 = 0,7737

05

10152025303540455055

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Velocidad viento (m/s)

Tasa

de

vent

ilaci

ón (r

en/h

)

Figura 2. Campo de velocidades en cuatro invernaderos túnel. 1) Ventanaslaterales y cenitales, 2) Lateral a barlovento y cenital a sotavento, 3) Cenitala barlovento y lateral a sotavento 4) Ventanas cenitales.

Figura 3. Comparación de la tasa de ventilación a barlovento de los dosinvernaderos. 1) con ventanas cenitales , 2) con ventanas cenitales ylaterales longitudinales al viento - - - - - - -.

1 2

3 4


57

y = 1,0258x + 3,8856R2 = 0,8602

y = 1,5291x + 5,7904R2 = 0,8519

0

4

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24

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13Velocidad viento (m/s)

Tasa

de

vent

ilaci

ón (r

en/h

)

Figura 4. Tasa de ventilación en función de la velocidad del viento de dosinvernaderos con ventanas cenitales. 1) con mallas anti insectos , 2) sinmalla anti insectos - - - - - - -.

Figura 5. Tasa de ventilación en función de la velocidad del viento. 1) conventanas enrollables , 2) con ventanas abatibles - - - - - - -.

REFERENCIAS

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MONTERO, J.I., ANTÓN, A., MUÑOZ, P. 1998. Refrigeración de inver-naderos. Tecnología de Invernaderos II. Curso Superior de Especializa-

y = 2,1618x + 0,7808R2 = 0,8281

y = 0,9217x + 3,2032R2 = 0,7627

0

5

10

15

20

25

30

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13Velocidad de viento (m/s)

Tasa

de

vent

ilaci

ón (r

en/h

)


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MÉTODOS DE PROGRAMACIÓN DELRIEGO

Mª Dolores Fernández FernándezEstación Experimental �Las Palmerillas� de Cajamar

Métodos de programación del riego

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4/10 5/10 6/10 7/10 8/10 9/10 10 /10 11/10 12/10

FEC H A

HU

ME

DA

D D

EL

SU

ELO

(mm

)

drenaje

estrés

riego

1- INTRODUCCIÓN

La programación del riego es un conjunto de procedimientos técnicos desa-rrollados para predecir cuánto y cuándo regar. Los métodos de programacióndel riego se basan en:

� Medida del contenido de agua en el suelo� Medida del estado hídrico de la planta� Medida de parámetros climáticos

2- MÉTODOS BASADOS EN LA MEDIDA DEL CONTENIDO DEAGUA EN EL SUELO

Los sensores que miden el contenido de agua en el suelo permiten conocercómo el cultivo va extrayendo el agua del suelo, de forma que el riego puedeprogramarse para mantener un contenido de agua en el suelo entre dos nivelesde humedad. La Figura 1 muestra la evolución del contenido de agua en el suelodurante varios ciclos de riego. El límite superior es fijado para evitar drenaje(Figura 1), y por tanto lavado de fertilizantes, y el límite inferior representaría elpunto a partir del cual el cultivo sufre estrés hídrico (Figura 1).

Figura 1. Evolución del contenido de agua del suelo tras varios ciclos deriego.

M.ª D. Fernández

6 2

Los sensores más utilizados son:

� Tensiómetros

El tensiómetro mide el esfuerzo que lasraíces deben realizar para extraer la humedaddel suelo (potencial matricial). Son sensoresbaratos y de fácil instalación, sin embargo nomiden directamente el contenido de agua delsuelo, además la relación entre el potencialmatricial y el contenido de agua no es univer-sal y difiere para cada tipo de suelo.

� Watermark

Al igual que los tensiómetros, miden elpotencial matricial, son baratos y fáciles deinstalar. No está indicado su uso en suelos conalta porosidad y la temperatura del suelo in-terfiere en la medida en un 2 % por cada gra-do.

En el mercado también se puede encontrar sensores que miden directamen-te el contenido de agua en el suelo, tales como:

� TDR (Time Domain Reflectometry)

La técnica de reflectometría en el tiempo(TDR) es un método que mide el tiempo derecorrido de un pulso electromagnético, quevaría con el contenido de agua del suelo. Apesar de su precisión, presenta un alto costey las medidas requieren tiempo, por lo que seemplea preferentemente en centros de inves-tigación.


63

� EnviroScan

Un equipo está compuesto por variassondas conectadas por cable a undatalogger donde se almacenan las lectu-ras. Cada sonda está compuesta de variossensores colocados a distintas profundida-des dentro de un tubo de PVC. El EnviroScanproporciona un gráfico que registra la evolu-ción del contenido de agua en el suelo entredos límites, permitiendo tomar la decisión de

cuándo regar y cuánta agua aplicar.

Permite realizar medidas continuas del contenido de agua en el suelo a dis-tintas profundidades. Su uso se está implantado en fincas extensas de frutales yhortalizas al aire libre, sin embargo presenta un alto coste.

� Sbib (Self Balanced Impedance Bridge)

Desde el año 1992 se está desarrollando en la Estación Expe-rimental de Zonas Áridas (EEZA) del CSIC un sensor de bajocosto para la determinación del contenido volumétrico de agua yconductividad eléctrica. Las pruebas de laboratorio de los proto-tipos del nuevo sensor han dado resultados muy satisfactorios condistintos tipos de suelo, funcionando correctamente incluso conconductividades eléctricas del orden de 8 dS/m, manteniéndoseestable en un amplio rango de temperaturas. El sensor es enterrablea distintas profundidades, de pequeño tamaño, y permite la medi-da continua de humedad, conductividad eléctrica y temperaturadel suelo.

3- MÉTODOS BASADOS EN LA MEDIDA DEL ESTADOHÍDRICO DEL CULTIVO

Estos métodos incluyen técnicas que miden directamente las pérdidas deagua de una parte de la planta, de la planta entera o de un grupo de plantas, o

M.ª D. Fernández

6 4

miden características relevantes de las plantas que facilitan la estimación de latranspiración. El estado hídrico del cultivo puede determinarse mediante la utili-zación de sensores como:

� Sensores de medida del diámetro de los órganos de la planta

Son sensores que miden microvariaciones del diámetro de tallos y frutos. Laevolución del diámetro de un órgano presenta dos componentes, una asociadacon el crecimiento del órgano y otra con la pérdida de agua. El diámetro de losórganos vegetales presenta una evolución típica a lo largo del día, con un valormáximo, que se alcanza al final de la noche (período en el cual la hidratación delos órganos es máxima) y un valor mínimo, que se alcanza hacia mediodía. Ladiferencia entre ambos valores representa la pérdida máxima de agua que expe-rimenta la planta a través de la transpiración. Una contracción diurna anormalindica la presencia de estrés hídrico en la planta.

Diámetro de tallo Diámetro de fruto

Estos sensores dan información continua y en tiempo real del estado hídricode la planta. Sin embargo, presentan una serie de inconvenientes como la iden-tificación del componente asociado al crecimiento del órgano y el componenteasociado a la pérdida de agua para cada especie y estado de desarrollo. Undéficit de oxígeno, niveles térmicos inadecuados en sustrato y salinidad muestrancontracciones diurnas similares a las asociadas a una falta de agua.


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� Sensores de flujo de savia

La base de estos sensores esaplicar una fuente de calor cons-tante en la corriente de savia bru-ta o en su proximidad. La tempe-ratura en las proximidades de estafuente se ve perturbada más omenos, según la importancia delflujo de savia, y la pérdida de ca-lor es directamente proporcionala este flujo. El flujo de savia esuna medida directa de la transpi-ración y presenta una evolución

típica a lo largo del día, alcanzando el valor máximo al medio día, cuando laradiación es máxima, y un mínimo durante la noche. Una evolución anormaldurante el día, por ejemplo una caída en el flujo de savia cuando los valores deradiación son máximos, indica una situación de estrés hídrico.

Estos sensores dan una medida directa de la transpiración en tiempo real.Los principales inconvenientes son su alto coste y la necesidad de contar coninformación de la radiación solar y déficit de presión de vapor (DPV), ya queéstos influyen directamente en la tasa de transpiración.

La gestión óptima del riego sería aquella en la que se pudiese medir conprecisión el consumo de agua del cultivo. Sin embargo, a pesar de los avancesen electrónica, tanto los sensores de medida del contenido de agua en el suelo,como los de medida del estado hídrico del cultivo presentan un alto coste yrequieren de personal especializado para su mantenimiento. Además, la utiliza-ción de estos sensores en la gestión del riego requiere que previamente se hayacomprobado su adaptación al sistema de cultivo y elaborado un protocolo yrecomendaciones de uso, como cúal es el número de sensores que se debeninstalar, cuál es la localización más idónea dentro del invernadero, qué sensoresse deben utilizar, cuáles son los umbrales para la gestión del riego, etc.

Por ello, a corto plazo estos sensores no son fáciles de implantar comomedida de rutina en la gestión del riego de una mayoría de invernaderos. Por

M.ª D. Fernández

6 6

tanto, la programación de riego basada en parámetros climáticos puede ser adop-tada más fácilmente por un gran número de agricultores.

4- MÉTODOS BASADOS EN PARÁMETROS CLIMÁTICOS

Estos métodos se basan en la utilización de parámetros climáticos, que apartir de relaciones entre los parámetros climáticos y el estado de desarrollo delcultivo permiten estimar el volumen de agua consumido por el cultivo.

En cultivos sin suelo con frecuencias de riego horarias o inferiores se requie-ren estimaciones de la transpiración muy precisas. En invernaderos del norte deEuropa, equipados con sistemas de control climático y cultivo sin suelo, se handesarrollado modelos para estimar la transpiración en cultivos de tomate(Stanghellini, 1987; Boulard y Jemaa, 1993) y ornamentales (Bailey et al., 1993;Baille et al., 1994), basados en parámetros climáticos (radiación solar, déficit depresión de vapor) y propios del cultivo (índice de área foliar). La aplicación deestos modelos en otras zonas requiere que se contrasten las estimaciones, y enalgunos casos será necesario realizar ajustes para adaptarlos a las nuevas condi-ciones climáticas. Medrano (1999) evaluó y adaptó el modelo desarrollado porBoulard y Jemaa (1993) a un cultivo de pepino en sustrato de perlita e inverna-dero de plástico en Almería.

Para cultivos en suelo, donde la frecuencia de riego es menor y el suelomantiene una reserva de agua, las estimaciones del consumo de agua del cultivoo ETc que proporciona el método de la FAO (Doorenbos y Pruitt, 1977) sonbastante precisas:

Kc es el coeficiente de cultivo y representa la disponibilidad del cultivo ysuelo para atender la demanda evaporativa de la atmósfera, y depende del cul-tivo en cuestión, su estado de desarrollo y disponibilidad de agua en el suelo.ETo es la evapotranspiración de referencia y cuantifica la demanda evaporativade la atmósfera.

La ETo bajo invernadero de plástico en Almería depende principalmente dela radiación solar (Fernández et al., 1994). Por tanto, se ajustó un modelo paraestimar la ETo a partir de valores de radiación solar adaptado a nuestras condi-

KcETo=ETc ∗


67

ciones de cultivo. La principal ventaja de este modelo es su adaptación a dife-rentes invernaderos si se utilizan valores de radiación medida en exterior y latransmisividad de la cubierta del invernadero, que es función del tipo de cubier-ta, material de cubierta, encalado, edad del plástico, etc. Con este modelo esposible utilizar datos de radiación solar exterior medidos en estaciones meteoro-lógicas próximas, ya que para una misma latitud la radiación que recibe unaregión es similar (Allen et al., 1998).

La Figura 2 muestra la evolución diaria de la radiación solar y la transpira-ción de un cultivo de melón entutorado bajo invernadero en Almería durante undía soleado y un día nublado. Los sensores de flujo de savia se instalaron en laparte inferior del tallo principal para cuantificar la transpiración de toda la planta.Como se puede observar, la transpiración dependió de la radiación, reducién-dose drásticamente en un día nublado respecto a un día soleado. También sepuede observar la alta sensibilidad de la transpiración a las variaciones de radia-ción (Figura 2).

Figura 2: Evolución a lo largo de un día nublado y un día soleado de laradiación solar y la transpiración de un cultivo de melón entutorado bajoinvernadero (Datos cedidos por la Estación Experimental de Zonas Áridas,EEZA, CSIC).

Con el crecimiento del cultivo se produce un aumento de la superficie foliar,provocando que se incremente el consumo de agua del cultivo. La tasa de desa-

0

100

200

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0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:0 0 12:00 16:00 20:00

HORA DEL DIA

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(g h

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)

Radiac ión solar

Transpirac ión

nublado

soleado

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rrollo de un cultivo depende de las condiciones climáticas, en particular de latemperatura, y de la fecha de plantación (Allen et al., 1998). Así, cuando secambia de fecha de siembra o plantación las condiciones climáticas tambiéncambian, afectando al patrón de crecimiento y desarrollo del cultivo, lo que a suvez tendrá repercusión sobre el patrón de Kc. Resumiendo, el patrón de Kc delos cultivos hortícolas bajo invernadero depende de la temperatura, por lo quese desarrollaron dos modelos que relacionan los valores de Kc con el desarrolloa través de la temperatura (Fernández et al., 2001). Estos modelos permitenajustar las estimaciones de la ETc a condiciones climáticas anormales o distintasfechas de plantación.

Por tanto, las dosis de riego de cultivos hortícolas bajo invernadero en Almeríase pueden conocer a partir de datos de radiación solar y temperatura (Fernándezet al., 2001).

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UTILIZACIÓN DE MODELOS PARA ELCONTROL Y LA AYUDA A LA DECISIÓN

EN INVERNADEROS. SITUACIÓNACTUAL Y PERSPECTIVAS

Alain Baille, María González-RealEscuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica.

Universidad Politécnica de Cartagena

Utilización de modelos para el control y la ayuda a la decisión en ...

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RESUMEN

La modelización del funcionamiento de los agrosistemas de producciónhortícola ha experimentado un considerable progreso en los últimos años. Sedispone hoy en día de herramientas de simulación (modelos informáticos) quepermiten predecir el comportamiento de las diferentes componentes que inte-gran el agrosistema �invernadero� (estructura, clima, cultivo y suelo) y susinteracciones. Una vez se define el objetivo que persigue la simulación (diseño,control en tiempo real, ayuda a la decisión), este tipo de herramientas puede sermuy útil en aplicaciones de diseño de estructuras de invernaderos, de control delmedio ambiente (climatización, riego, fertilización) y de manejo del cultivo (elec-ción de la fecha y de la densidad de plantación, tipo de poda, etc.). En estaponencia, se presenta la situación actual y las perspectivas que pueden ofrecerlos modelos de simulación en materia de control y de ayuda a la decisión.

1- INTRODUCCIÓN

En los sistemas modernos de producción hortícola, los cultivos protegidosse diferencian de los cultivos al aire debido a que requieren:

(1) un nivel elevado de inversión inicial (estructuras, equipos de climatización,de riego, de fertilización, de enriquecimiento en CO2, etc.);

(2) un nivel elevado de insumos, ya sea de componentes físico-químicos (ener-gía fósil, agua, abonos, productos fitosanitarios, etc.) o bien humanos (manode obra);

(3) una tecnología asociada (autómatas, ordenadores, robots de manuten-ción, maquinaría) que exige una formación específica del horticultor y unmanejo adecuado del sistema de producción.

En contrapartida, los cultivos bajo invernadero ofrecen al horticultor la ven-taja de poder controlar parte o la totalidad de los factores medioambientales yde poder optimizar, a corto, medio o largo plazo, la productividad y la calidadde la producción en función de los criterios técnico-económicos establecidos.Sin embargo, la optimización global del sistema de producción es compleja,debido a la multiplicidad de factores y de parámetros que entran en juego en losprocesos de producción (Challa, 1988). Para alcanzar una gestión idónea, que

A. Baille, M. González-Real

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cumpla con los objetivos y los criterios del productor, es necesario disponer desistemas de control y de ayuda a la decisión que asistan a los productores en laelección óptima de las consignas medio ambientales (clima, fertilización), en lasintervenciones culturales (�itinerarios técnicos�) y en la planificación de los culti-vos (Baille et al., 1990).

En lo que sigue, después de presentar una breve reseña del nivel tecnológicode la horticultura protegida en España, se revisan los avances científicos y tecno-lógicos de los últimos años en el campo de la modelización y de sus aplicacionesal control del medio ambiente y al manejo de los cultivos bajo invernadero.

2- LA TECNOLOGÍA DE LOS INVERNADEROS EN ESPAÑA

España es el país de la UE que posee la mayor superficie de invernaderos(45.000 ha) dotados, en general, de estructuras ligeras y con escaso medios decontrol del clima. La estructura más popular sigue siendo el invernadero tipo�parral�, desarrollado en la región de Almería en los años 60. Sin embargo, seaprecia actualmente una tendencia hacia la mejora de las estructuras existentes(Castilla et al., 1989; Castilla, 1994; Montero y Antón, 1994; Pérez Parra, 1998)y una implantación progresiva de sistemas automatizados de control de clima yde fertirrigación.

En lo que atañe al control climático, los agricultores muestran en España uninterés creciente por el control del medio ambiente, con la consiguiente inversiónen equipamientos de clima y de fertilización. Este interés se puede observar enregiones como Almería y Murcia, que están adoptando una automatización pro-gresiva del sistema de ventilación de invernaderos tipo �parral� o multicapilla, asícomo la utilización de sensores climáticos. Sin embargo, el control asociado aestos sistemas y los algoritmos de regulación implementados siguen siendo bas-tante rudimentarios. El control climático es sin duda una de las asignaturas pen-dientes de los invernaderos del sudeste español y, en general, de las regiones declima cálido. En estas regiones, la escasez de medios de control induce situacio-nes prolongadas de estrés térmico y/o hídrico que limitan, muchas veces, el po-tencial de producción y la calidad de la cosecha. Dentro de este contexto, debede plantearse la alternativa de implementar, en los sistemas de producción decultivos protegidos, los medios adecuados de control climático. Esta alternativaexige que los productores dispongan de los equipamientos básicos para realizar


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el control (ventilación, nebulización, pantalla de sombreo). También requiere queadquieran el conocimiento y el �know-how� necesarios para llevar a cabo unagestión óptima de los equipamientos.

Este último aspecto es primordial, ya que implica una mejor formación técni-ca de los productores, que redundará en un mejor aprovechamiento de losequipamientos y de la tecnología asociada. Las herramientas de automatización(algoritmos de control) y de ayuda a la decisión serán la base indispensable paraalcanzar este objetivo, debido a la complejidad de los procesos en interacciónentre el clima (interior y exterior) y el cultivo, en un medio confinado como es elinvernadero. Un problema similar se plantea cuando se aborda la fertirrigación,ya que exige una optimización de los aportes de agua y de elementos minerales,basada en la previsión de la demanda de la planta que depende, en parte, delclima.

Por lo tanto, dada la evolución que se viene observando en los invernaderostipo �parral�, se puede prever que, a más o menos largo plazo, se adopten eneste tipo de invernaderos mejoras y nuevas tecnologías, sin que lleguen a perderparte de sus características más originales. Esta evolución tecnológica es ineludi-ble, ya que permitirá disponer de un sistema de producción más moderno ycompetitivo.

3- ENFOQUE DEL SISTEMA ORIENTADO A LA PRODUCCIÓNEN INVERNADERO.

3.1. Jerarquía del proceso de decisión

El invernadero es, como todo sistema de producción agrícola, un sistemabiofísico que transforma entradas (energía solar, CO2, agua y fertilizantes) ensalidas de productos cosechados (frutos, hortalizas, flores, etc.). El proceso deproducción agrícola es una función compleja de varios procesos fisiológicos eninteracción (transpiración, fotosíntesis, crecimiento y desarrollo) que difieren ensu tiempo de respuesta y que reaccionan de manera diferente respecto al medioambiente. Esto explica que, como todo sistema intrincado, el invernadero sedivida en subsistemas que se caracterizan por una jerarquía de control y dedecisión (Udink ten Cate et al., 1984). En un sistema jerarquizado los subsistemasguardan una estructura ordenada, en la que las variables de salida de un


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subsistema inferior corresponden a las variables de entrada del subsistema in-mediatamente superior.

Cuando el sistema de producción se aborda a partir de este enfoque global,es preciso integrar herramientas de modelización, bases de conocimientos y re-glas de decisión. La producción bajo invernadero se considera entonces dividi-da en un conjunto de subsistemas, comunicados por un flujo continuo de infor-maciones y de decisiones de control (Figura 1). En general, se consideran tressubsistemas (Baille et al., 1990):

- el subsistema �invernadero/microclima� que corresponde al primer nivelde control (o nivel 1);

- el subsistema �cultivo a corto plazo� en el que se integran los procesos yreacciones fisiológicas que operan a corto plazo. Todos estos procesos yreacciones presentan una constante de tiempo inferior a 1h (ya sea unarespuesta casi instantánea: fotosíntesis; o bien una respuesta algo más len-ta: transpiración) y se sitúan en el segundo nivel de control (o nivel 2);

- el subsistema �cultivo a largo plazo� en el que se integran los procesos queintervienen a medio o largo plazo con una constante de tiempo superior a24 h (por ejemplo, las fases de desarrollo del cultivo). Estos procesos sesitúan en el tercer nivel de control (o nivel 3).

Cada uno de estos subsistemas está asociado a:- una escala temporal que representa la respuesta del proceso que se debecontrolar a las perturbaciones exteriores;

- un nivel de control de la decisión;- un orden jerárquico.

El orden jerárquico asociado a los subsistemas se estructura como sigue:� un nivel de control superior (nivel 3) en el que se engloba el objetivo de

producción planteado a largo plazo. Este objetivo viene impuesto por los impe-rativos de la infraestructura existente, el calendario cultural, la situación del mer-cado, etc. Las variables de salida (fecha de floración, inicio de la cosecha, ren-dimiento) pueden integrarse en modelos económicos que tienen como finalidadevaluar los beneficios que cabe esperar del cultivo, en función de la estrategiaadoptada (cultural y climática) y de la situación del mercado. Las decisiones quese toman a este nivel son de tipo �estratégico�.


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Figura 1. El proceso de producción bajo invernadero: un sistema jerarqui-zado

� un nivel de control inferior (o nivel 1), orientado a mantener bajo inverna-dero las consignas climáticas establecidas, basándose en informaciones de sensoresde tipo físico o fisiológico. Este nivel de control ya se realiza en los invernaderosmodernos, puesto que la mayor parte de las firmas comerciales proponenalgoritmos de regulación que funcionan correctamente. En este nivel, las decisio-nes que se toman son �en tiempo real o de tipo �operacional�.

� un nivel de control intermedio (o nivel 2) en el que se definen las consignasque hay que aplicar en el nivel inferior (nivel 1) a corto y medio plazo (hora, día).

⇒INVERNADEROPERTURBACION

Procesos acorto plazo

↓

Procesos alargo plazo

↓

↓

↓

↓

Nivel de control

←

←

informaciones

diario

Crecimiento

Crecimiento

3

Clima

⇒

⇒

⇒

Desarrollo

acciones

informaciones

informacionesNivel de control

1

Nivel de control2

←

informaciones←

informaciones←

informaciones

←

∫

Objetivo : beneficio

CULTIVO

Rendimiento

Procesos


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El objetivo principal de este control es el tratamiento elaborado de la informa-ción bruta que dan los sensores. Este tratamiento puede abordarse con relacio-nes empíricas sencillas o bien por medio de modelos de simulación de lasinteracciones que se establecen entre el clima y la respuesta fisiológica del culti-vo. En este último caso, la información bruta que se obtiene de los sensores(nivel 1) se expresa a través de una respuesta fisiológica (e.j. variación de latemperatura de la planta) o bien cuantificando la variable de flujo que se deseacontrolar (e.j. la tasa de transpiración o de fotosíntesis, el consumo de energía).Las decisiones que se toman a este nivel son de tipo �táctico�. Actualmente, sonescasos los sistemas comerciales que integran este nivel de control.

3.2. Los procesos a modelizar

La optimización técnico-económica de los procesos de producción agrícolase basa generalmente en el enfoque orientado �sistema� que necesita herramien-tas de simulación del agrosistema estudiado. Este enfoque se ha aplicado en losaños 70 a los cultivos extensivos (trigo, soja, algodón, maíz, etc.), utilizandomodelos que simulan el funcionamiento de los tres principales componentes delsistema �Suelo, Planta y Atmósfera� (o sistema �SPA�, figura 2).

Figura 2. Los componentes del sistema SPA.

Dado que cada componente del sistema está en interacción con los otrosdos, esto obliga a formular de manera explícita las interacciones. El avance delos conocimientos científicos sobre la respuesta de los cultivos a las condiciones

SUELO

CULTIVO

ATMÓSFERA

= Intercambios de energía y de materia

H2O,Elementosminerales

H2O, CO2, NatmEnergía

H2OCO2Energía


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climáticas y edáficas ha permitido elaborar modelos globales y realistas del fun-cionamiento del sistema SPA (Wit et al., 1972). Estos modelos se han ido per-feccionando con el tiempo, sobre todo la parte que atañe al funcionamiento delcultivo. Así, han aparecido en los años 90 los primeros modelos de cultivoshortícolas, siendo el tomate (Tomgro: Jones et al., 1991, Tomsim: Heuvelink,1996) la especie más estudiada. En la actualidad se dispone de modelos paraotras especies, como el pepino (Marcelis, 1994) y la lechuga (Tourdonnet, 1998).Se puede encontrar una síntesis de los modelos actualmente disponibles en unestudio de Gary et al. (1998).

El objetivo de gestión global de un agrosistema requiere, además de un mo-delo de cultivo, un modelo de comportamiento físico del invernadero capaz depredecir la variación temporal del clima interior en función del medio exterior yde la estrategia de climatización adoptada. En ambos casos, los modelos debende adaptarse a la escala temporal de cada nivel de decisión. Las salidas de losmodelos tienen que simular los procesos implicados de manera realista. Porejemplo, los niveles 1 y 2 requieren modelos que predicen el comportamientofísico del invernadero y modelos fisiológicos que simulen los intercambios ga-seosos (transpiración, fotosíntesis) y los parámetros asociados (p. e.: laconductancia estomática). En el nivel 3, se necesitan modelos de funcionamientodel cultivo, en los que se integra la descripción de los procesos de crecimientoen masa, de desarrollo y de elaboración del rendimiento.

3.3. El modelo de decisión del agricultor

En este enfoque integrado, tanto la lógica como las reglas de decisión queadopta el agricultor tienen una importancia capital. La integración de un subsistemade decisión o modelo de �decisión-acción� tiene como objetivo evaluar las in-tervenciones del ser humano en el subsistema biofísico (Figura 3). Este tipo demodelización, de tipo heurístico (e.g. sistemas expertos) se basa en técnicas deinteligencia artificial (Martin-Clouaire et al., 1996). Estas técnicas se han desa-rrollado, con más o menos éxito, a lo largo de la última década en cultivo al airelibre, y algunas aplicaciones se han desarrollado también en cultivos protegidos(Martin-Clouaire et al., 1996).

4- CONTROL BASADO EN MODELOS

Los ordenadores de clima


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SISTEMABIOFÍSICO

CULTIVO

SUELO

MICROCLIMA

CLIMA EXTERIOR

Transferencia de energíay de masa

Controles internos

Flujo de información ydecisión

Controles externos(productor, ordenador)

Base de datos

Base deconocimientos

Reglas de decisión

ENTORNO SOCIO-ECONÓMICO

SISTEMA DE DECISIÓN

DecisiónInformación

El uso de ordenadores de control climático ha aumentado paulatinamentedesde los años 80. Por ejemplo, el 75 % de las explotaciones de Holanda dis-ponían, en 1995, de ordenadores (Bakker, 1995) con algoritmos de control detipo clásico (e.j. PID). La tendencia que se observa en la actualidad apunta,sobre todo, hacia la mejora de los algoritmos de control que integren nuevastécnicas de optimización basadas en la utilización de modelos (Camacho yBordons, 1995). En el caso del clima, estos modelos tienen que aportar unadescripción y predicción realistas de la respuesta del cultivo y del comporta-miento físico del invernadero, en respuesta a una acción sobre un determinadoequipamiento de climatización (calefacción, ventilación, nebulización). Se hademostrado también que la gestión del clima debe de apoyarse en algoritmos decontrol que tomen en cuenta el estado fisiológico del cultivo y su retroacción (o�feedback�) con el clima del invernadero (Jarvis, 1985; Aubinet et al., 1985;González-Real, 1995; Baille, 1997, González-Real y Baille, 2000).

Figura 3. Sistema biofísico (invernadero + cultivo) y sistema de decisión (pro-ductor y/o ordenador).


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En la mayoría de los invernaderos, los sistemas de control son de tipoanalógico o bien incluyen algún tipo de control digital, basado en controladoresPI o PID. Este tipo de controladores no son muy adecuados cuando se trata deun control multi-variables en sistemas que presentan, como los invernaderos,una dinámica compleja. A los largo de los últimos años, se han llevado a cabovarios intentos de desarrollar y de validar sistemas de control del clima basadosen modelos. Cabe destacar, entre otros, los trabajos relativos al control óptimo(van Henten, 1989; Challa y van Straten, 1993; Seginer y Sher, 1993; Chalabi yZhou, 1996), o los que utilizan algoritmos de optimización de tipo heurístico(Martin-Clouaire et al., 1996). Generalmente, la calidad de este tipo de controldepende de la fiabilidad de las predicciones que dan los modelos (Camacho yBordons, 1995). En España esta problemática se ha abordado recientemente enun proyecto CICYT, a partir de la elaboración de modelos orientados al control(clima del invernadero, tasa de transpiración de cultivos de rosas) y la evalua-ción de un índice de estrés del cultivo (Baille, 1992; González-Real y Baille,2000) como criterio de optimización.

Cuando el control se apoya en un modelo de simulación de un proceso sepueden prever las salidas útiles para el control. Por ejemplo, se puede prever latemperatura del aire del invernadero, la temperatura del sistema de calefacción obien la tasa de ventilación que exige el mantenimiento de una consigna determi-nada, en función de las perturbaciones exteriores al sistema (radiación solar,velocidad del viento, etc.). De este modo, se facilita el cálculo de ciertas varia-bles de estado o flujos internos al sistema (e.j. la tasa fotosintética o la tasa detranspiración del cultivo).

Otra diferencia importante con los sistemas de control comerciales es quelas predicciones de los modelos pueden utilizarse para anticipar las acciones decontrol. En efecto, en un sistema comercial de control, la respuesta que ejerceen una salida una perturbación que interviene al tiempo t, solamente podrá me-dirse al tiempo t+∆t, siendo ∆t el tiempo de respuesta del conjunto sistema +sensor. Es obvio que el hecho de poder anticipar la respuesta por medio de unmodelo conllevará una regulación más fina.

Otra ventaja importante es que se puede optimizar, en tiempo real, la consig-na asociada a la salida que se quiere controlar. Es decir, en función de las condi-ciones exteriores impuestas al sistema se puede determinar el valor de la variablede salida que va a optimizar un determinado criterio. Por ejemplo, se pueden


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calcular los valores de las variables climáticas que maximizan la tasa de transpi-ración o de fotosíntesis, o bien que minimizan un índice de estrés.

Modelización y optimización del clima en invernadero.

Actualmente existe un cierto número de modelos capaces de simular lainteracción entre las variables climáticas y los procesos fisiológicos (transpira-ción, fotosíntesis, etc.) que pueden aplicarse a especies hortícolas y ornamenta-les (Baille et al., 1994, 1996a, 1996b). La ventaja esencial es que pueden daracceso a un juego de consignas de clima capaces de anticipar el impacto queejerce una acción sobre los medios de climatización en el proceso estudiado.Dentro de este aspecto, la modelización de la tasa de ventilación del invernaderoes una herramienta esencial del control del clima, ya que toda acción sobre elnivel de apertura de la ventana modifica a la vez varias variables de salida (tem-peratura, humedad relativa y concentración en CO2 del aire).

La ventilación de un invernadero es sin duda la función clave del control delclima en regiones cálidas. En los últimos años, los conocimientos en materia deventilación han experimentado un progreso significativo. Se dispone ahora demodelos semi-empíricos que permiten predecir la tasa de ventilación, su relacióncon la apertura de la ventana y la velocidad del viento en diferentes tipos deinvernaderos (Fernández y Bailey, 1992; Boulard y Baille, 1995; Kittas et al.,1995, Muñoz et al., 1999). Actualmente, equipos de investigación españolesestán trabajando en la caracterización de la tasa de ventilación de invernaderostipo �parral�, la estructura más popular en el Sur de España (Pérez Parra, 1998).Estos estudios han aportado un mejor conocimiento de la tasa de ventilación, loque conlleva una mejora en la predicción del clima que proporcionan los mode-los de balance de energía y de masa del invernadero (Boulard y Baille, 1993;Navas, 1996).

Caracterización y modelización de los flujos fisiológicos

La vinculación (�coupling factor�: Jarvis, 1985) que se establece bajo inver-nadero entre el clima y el cultivo, a través de la conductancia foliar total (estomáticay aerodinámica), es un aspecto fundamental del control climático (Baille, 1997).La determinación de estas dos conductancias es necesaria para estimar los flu-jos de transpiración (Baille et al., 1994a) y de fotosíntesis (Giaglaras et al., 1995).


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De manera clásica, el flujo de transpiración se estima con la formula de Penman-Monteith (Monteith, 1963, Baille et al., 1992, 1994a), que exige se determinecómo actúan el clima y ambas conductancias en el control del flujo. Actualmen-te, se conoce la respuesta de la conductancia estomática a las variables climáticasen muchas especies hortícolas (Nederhoff et al., 1992, Lorenzo et al., 1998) yornamentales (Baille et al., 1994b,c). Sin embargo, la influencia que ejerce latasa de ventilación sobre la conductancia aerodinámica, variable clave de losintercambios de energía y de masa entre el vegetal y el medio ambiente, no hasido muy abordada en invernaderos. La falta de conocimientos acerca de lasvariaciones que induce en la conductancia aerodinámica la tasa de ventilación esactualmente uno de los problemas pendientes en el manejo de la ventilación(Baille, 2000).

Modelos para el control del riego y de la fertilización

El control del riego y de la fertilización implantado en los equipos comercia-les se basa en mantener un juego de consignas (dosis, frecuencia de riego, com-posición de la solución nutritiva), asignando a éstas un valor fijo durante largosperíodos (varias semanas) que es independiente de la respuesta fisiológica delcultivo. A esta limitación hay que añadir las relativas al cálculo de la dosis y de lafrecuencia de riego, que se evalúan, en general, de forma totalmente empírica,sin tener en cuenta el tipo de suelo/sustrato ni la especie cultivada.

Esto explica que actualmente el control de la fertirrigación repose, en parte,en la destreza del agricultor que observa, decide y actúa sobre el nivel de lasconsignas de riego de fertilización (pH, electroconductividad, concentración deiones, etc.). Lógicamente, este nivel de observación y de decisión no permiteprever las variaciones temporales inherentes al clima y a la respuesta fisiológicade la planta, ya que éstas exigen un control en tiempo real, especialmente en loscultivos sin suelo. Esta problemática es bastante común en los cultivos sin suelodotados, en gran parte, de un control empírico del riego, con un escaso niveltecnológico (e. g. relojes programables), lo que exige que el agricultor decida ladosis y la frecuencia del riego.

Existe actualmente una base relativamente amplia de conocimientos relativaa la estimación de la demanda hídrica (transpiración potencial) de especies cul-tivadas bajo invernadero. Se utilizan desde hace años modelos de


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evapotranspiración, basados en la ecuación de Penman-Monteith, para estimarlas necesidades hídricas del cultivo y programar el riego de manera racional. Sinembargo, en lo que atañe a la alimentación mineral, subsisten aún numerosaslagunas, inherentes a la falta de conocimientos científicos y de modelos de previ-sión de la demanda mineral. Esto explica que se utilicen reglas de composición yde ajuste de la solución nutritiva totalmente empíricas, que pueden ser válidas alargo plazo (mes), pero que no permiten ajustar la oferta y la demanda mineral auna escala temporal más corta (día, horas). Esta situación conlleva un aportepletórico de agua y de nutrientes, con consecuencias medio ambientales negati-vas.

Algunos modelos actualmente disponibles de estimación de la demanda mi-neral (Caloin y Yu, 1986; Scaife, 1989; Le Bot et al., 1998; Cardenas-Navarroet al., 1998) pueden dar lugar a herramientas operacionales de control y deayuda a la decisión en materia de fertilización. El principal escollo reside en suvalidación bajo condiciones especificas de invernadero, debido a la diversidadde tipos de suelo, de sustrato y de especies cultivadas.

5- LOS SIMULADORES DE FUNCIONAMIENTO DE CULTIVOS

Cuando se trata de tomar decisiones de tipo estratégico o de nivel 3 (e.j.�planning�, elección de equipamientos), se necesitan modelos de cultivo que in-cluyan los procesos que operan a largo plazo. Estos modelos han alcanzado unnivel de robustez que permite su integración en sistemas de ayuda a la decisión.Existen actualmente varios sistemas de ayuda a la decisión aplicables a cultivosextensivos (trigo, algodón) y algunos se están desarrollando para los cultivos deinvernaderos.

La Figura 4 muestra un ejemplo de la estructura de un simulador genérico decultivo (STICS, INRA-Francia). Con este tipo de simuladores se pueden eva-luar las consecuencias de las prácticas de cultivo (riego, fertilización, densidadde plantación, trabajo del suelo) sobre varias salidas del sistema de producción(rendimiento, consumo de agua y de fertilizantes, lixiviación, etc.). Estas salidasse pueden integrar en un sistema de ayuda a la decisión para planificar el cultivo,elegir el método de riego, el equipamiento de las parcelas, etc. En cultivoshortícolas protegidos existe un simulador de cultivo de tomate (�Simulserre�,Gary et al., 1998) cuyas salidas también se pueden aplicar a un objetivo de tomade decisión estratégica.


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Figura 4. Compartimentos de un modelo de sistema de cultivo (SimuladorSTICS).

6- CONCLUSIÓN

La evolución de las exigencias tecnológicas de las empresas hortícolas mo-dernas exige que se priorice el desarrollo de programas I+D lo que redundará, amedio o largo plazo, en una optimización del control y de la gestión de los inver-naderos. Este desarrollo requiere un esfuerzo en la puesta a punto de modelos,de algoritmos y de software específicos de las tareas de control y de ayuda a ladecisión.

En las condiciones actuales del mercado nacional y comunitario (ampliaciónde la UE y apertura de sus mercados como consecuencia del GATT), el agricul-tor tiene que mantener la competitividad de su empresa y utilizar eficazmentenuevas tecnologías (cultivos fuera de suelo, técnicas de riego y de fertilización,control automatizado del clima bajo invernadero), que son hoy día de uso co-rriente en las explotaciones modernas del Norte de Europa. Esta evolución esnecesaria si los productores quieren mantener la rentabilidad de sus sistemas deproducción a lo largo del año. Además, las exigencias del consumidor hacia

Desarrollo

Crecimiento aéreo

Elaboración del rendimiento

Crecimiento raíces

BalanceH2O

BalanceN

Interfase: técnicas de cultivo-planta-suelo

Transferencia agua,nitratos, energía

Técnicasculturales


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productos de mayor calidad y una agricultura respetuosa del medio ambientevan a propiciar cambios notables en la estrategia de producción bajo invernade-ro. El productor deberá entonces tener en cuenta estos criterios de calidad en elmanejo del agrosistema.

Dentro de este contexto, la optimización de la producción bajo invernaderotendrá que apoyarse en la aplicación de modelos eficientes de control del climay de simulación del comportamiento del cultivo, siendo este requisito compatiblecon los objetivos que se plantea el agricultor de rendimiento y calidad de laproducción. La optimización del sistema de producción bajo invernadero per-mitirá también reducir las entradas del sistema (energía, agua y fertilizantes) y,por ende, limitar la contaminación del medio ambiente. Esta meta de gestiónrazonada de los cultivos protegidos se justifica plenamente dentro de las priori-dades nacionales para alcanzar una agricultura sostenible.

Este objetivo estratégico es especialmente relevante para el futuro y lacompetitividad de la horticultura protegida del Sudeste español, debido a que setrata de anticipar una tendencia, ya bien establecida en el mercado, hacia pro-ductos de calidad disponibles todo el año. Las empresas que cumplan estosobjetivos de producción, gracias a sistemas de control y de gestión eficaces delmedio ambiente y del cultivo, podrán consolidar sus posiciones y ganar cuotasde mercado.

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Breve reseña histórica de la EstaciónExperimental de CAJAMAR �Las

Palmerillas�.

Las ayudas que con motivo de las inundaciones de 1973 se dieron a Almeríacontribuyeron a renovar las infraestructuras productivas del campo, sobre todode los cultivos hortícolas intensivos. Parte del dinero que se recibió lo gestionó laCaja Rural, que durante la campaña 1973/74 hizo una gran labor de atención yayuda a los agricultores damnificados, teniendo que recurrir incluso a fondos deotras Cajas Rurales.

Al cierre del ejercicio de 1974 hubo beneficios y se planteó la cuestión decómo hacer este retorno cooperativo. En la Asamblea de 1975 se plantearonvarias propuestas, una de ellas abogaba por hacer un fondo destinado a crearfincas experimentales donde ensayar y estudiar nuevos materiales, técnicas ysistemas que pudieran aportar soluciones a los problemas de la agricultura pro-vincial.

Éste era el hermoso proyecto de la Caja Rural, que ilusionó a todos, por loque comenzó la búsqueda inmediata de los emplazamientos de tales fincas, quedebían reunir unas determinadas condiciones: respecto a clima, suelo, agua, es-tar bien localizadas en las diferentes zonas agrícolas, etc.

En el año 1975 se adquirieron tres fincas, una situada en el Campo de Dalías,orientada a los cultivos hortícolas bajo invernadero, denominada Las Palmerillas,que tenía una cabida de 6 hectáreas. Otra en la vega de Rioja, destinada a ser uncampo de variedades de agrios injertados en diversos pies tolerantes al virus dela �tristeza�, llamada El Duende, con una superficie de 3 hectáreas. Y por últimola finca El Almendral, de más de 4 hectáreas, situada en El Saltador de Huércal-Overa, para plantaciones de variedades de almendro y otros frutales de hueso,siendo los más destacables melocotón de carne dura y blanda, nectarina y cirue-lo.

Al año siguiente, en 1976, se hizo la ampliación de la finca experimental LasPalmerillas, llegándose a su superficie actual de 14 hectáreas. Esta ampliación se

realizó para atender las demandas que surgían desde todos los sectores de laagricultura almeriense, y poder dar cabida también a cultivos como uva de mesa,cítricos, subtropicales, frutales de hueso y pepita o níspero. También en esteaño, se adquirió la finca La Molinilla, situada en la carretera que une Las Noriasy La Mojonera, localizada en uno de los parajes más fríos de la zona de Ponien-te, que es lo que se pretendía, para estudiar el comportamiento, ante las bajastemperaturas y las heladas, de los plásticos térmicos.

En la Estación Experimental Las Palmerillas, que es la única que se mantieneen la actualidad, ya que las otras cumplieron su cometido, la primera plantaciónque a la vez era el primer ensayo que se planteaba, se hizo el día 4 de noviembrede 1975. El ensayo consistía en la comparación de diferentes variedades deberenjena, para conocer su comportamiento productivo, precocidad, calidaddel fruto y rendimiento económico.

Los trabajos de la Estación, siempre en el ámbito de la investigación aplica-da y el desarrollo experimental, han girado en torno a los cultivos de mayorinterés para Almería. Dentro del área de la fruticultura, los frutales de hueso, loscítricos, la adaptación de especies subtropicales y muy especialmente la uva demesa. En el área de la horticultura todas las especies de interés económico deAlmería han sido objeto de trabajo en la Estación, destacando la evaluación denuevas variedades, los aspectos físicos del invernadero (estructuras, materialesy gestión del clima), y muy intensamente los aspectos relacionados con el uso delagua en los invernaderos (necesidades de agua de los cultivos, sistemas de apli-cación y programación de riegos).

La meteorología, que tanto influye en la actividad agraria, se convirtió desdeel principio en uno de los temas de estudio en las fincas experimentales. Lacolección de datos recogidos desde el principio hasta nuestros días constituyeuno de los activos más valiosos acumulados en este cuarto de siglo.

Otro aspecto al que se ha dado gran importancia ha sido la difusión de losresultados de los trabajos realizados. En estos 25 años hemos recibido la visitade unas 50.000 personas, de las cuales un 35% han sido agricultores. Del totalde visitas un 20% han sido internacionales, fundamentalmente procedentes depaíses Latinoamericanos.

Esta difusión de resultados se ha completado, además de con nuestra parti-cipación en diversos foros especializados tanto nacionales como internaciona-les, con la publicación de 340 trabajos técnicos y científicos.

Otro dato que refleja la evolución de la actividad de la Estación lo encontra-mos en la evolución de la plantilla, de las diez personas que iniciaron la actividaden 1975 (dos técnicos y ocho auxiliares de campo), se ha pasado a las sesentapersonas que en la actualidad trabajan en la Estación (diecisiete técnicos, vein-tiocho auxiliares de campo y quince becarios en formación).

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Tecnologia Aplicada en Invernaderos