El crecimiento imparable de la población mundial plantea un desafío crucial: ¿cómo alimentar a más personas sin agotar nuestros recursos naturales? Una investigación de la Universidad Nacional de La Plata y el Laboratorio de Acústica y Luminotecnia de la Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires (LAL-CIC) trabaja en optimizar la producción de alimentos, haciendo foco en la eficiencia y la sostenibilidad de sistemas de iluminación LED de bajo costo.
Los investigadores lograron mayor crecimiento y sanidad en los cultivos al ser irradiados con fuentes LEDs con un espectro luminoso individualizado para cada cultivo.
© Universidad Nacional de La Plata
La agricultura tradicional, al expandir las áreas de cultivo, a menudo contribuye a eliminar los ecosistemas sostenibles, como los bosques o los humedales, y al uso inadecuado del suelo, factores que impactan directamente en el medio ambiente y el cambio climático. Frente a este panorama, sistemas alternativos de cultivo, como las granjas verticales, emergen como una solución prometedora y la iluminación LED constituye el componente central en esta innovación.
"Horticultura dinámica": una solución local
Los científicos desarrollaron un iluminador LED (sigla que significa "diodo emisor de luz") de bajo costo y fácil acceso pensado para los productores hortícolas de la región de La Plata y Buenos Aires. El objetivo fue optimizar el espectro de luz para favorecer el mayor crecimiento y sanidad de las plantas, especialmente en sus primeras etapas de desarrollo.
Los resultados sugieren que, si bien la reducción de LEDs blancos mejora la eficiencia energética, es más eficaz utilizar emisiones específicas, con una proporción aproximada de 50% de luz azul, 30% rojo y 20% o menos en la zona verde-amarilla.
El equipo interdisciplinario que lleva adelante la investigación está conformado por Pedro Balatti (CIDEFI), Celina Líbano (FCAyF), Lourdes Arrillaga (FCAyF), Virginia Martínez Alcántara (CIDEFI y FCAyF) y Pablo Ixtaina, investigador del LAL-CIC.
Los resultados fueron presentados en el XVII Congreso Panamericano de Iluminación "LUXAMERICA 2024" llevado a cabo en México. A su vez, esta investigación forma parte del proyecto "Horticultura Dinámica", ganador del concurso "Ciencia y Tecnología en energías Bonaerenses 2023".
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Leds: la clave para el crecimiento vegetal
Durante muchos años se utilizaron lámparas incandescentes, fluorescentes o de sodio para complementar o reemplazar la luz natural. Sin embargo, los LEDs marcan un antes y un después por su capacidad de "modelar" el espectro de luz. Esto significa que pueden emitir sólo las longitudes de onda específicas que las plantas necesitan para la fotosíntesis, reduciendo el desperdicio de energía.
La fotosíntesis es el proceso por el cual las plantas usan la luz solar para fabricar su alimento y liberar oxígeno al ambiente. Los pigmentos que intervienen en la fotosíntesis son las clorofilas y los carotenoides. Estos pigmentos absorben la luz de manera más eficiente en ciertas bandas. Específicamente las zonas azules y rojas del espectro electromagnético son cruciales. Los LEDs permiten concentrar la energía en estas "bandas útiles", lo que los hace mucho más eficientes que las lámparas de sodio, cuyo espectro máximo en las zonas verde-amarillas tiene poca relación con la absorción vegetal. Además, los LEDs ofrecen flexibilidad de uso, menor fragilidad y mayores posibilidades de control.
De la soja al tomate
El equipo ya había desarrollado un primer iluminador LED de 280 Watts para estimular la floración en soja, reemplazando exitosamente lámparas de sodio con un consumo de 400 Watts. Con este sistema lograron un incremento en los índices de verdor, en el peso seco y en la altura.
En una segunda etapa de la investigación, se centraron en reducir aún más el costo y verificar su aplicación en cultivos hortícolas locales como el tomate y el pimiento. El nuevo diseño de iluminador de 150 Watts incluye dos modificaciones clave: la reducción de la cantidad de LEDs blancos y una modificación en la relación de los LEDs rojo-azul.
La energía aportada por los LEDs blancos, aunque más económicos, no es tan relevante para los requerimientos de absorción de las plantas, resultando en un alto consumo de energía desaprovechada. Por su parte, con el ajuste en la relación de los LEDs rojo-azul buscaron evitar una elongación excesiva de las plantas, lo que es especialmente útil para producir plantines más robustos y de menor altura, ideales para su comercialización y trasplante.
Estos cambios permitieron ajustar la potencia a aproximadamente 150W, reduciendo sustancialmente el costo del dispositivo.
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Resultados prometedores
Los experimentos con pimientos y tomates en un ambiente controlado demostraron la viabilidad de la nueva luminaria:
Para los pimientos, el sistema de 150W, a pesar de usar casi la mitad menos de potencia y energía, resultó en plantas saludables, ligeramente más bajas y con una disminución en el peso de hojas secas y raíces. En el caso del tomate, si bien el crecimiento se vio más retardado (con reducciones de casi la mitad en peso seco de hojas y raíz, respectivamente) debido a la menor energía entregada, las plantas se mantuvieron sanas.
Estos hallazgos confirman la importancia de avanzar en el desarrollo de fuentes LED para la agricultura. La conclusión más relevante es que no existe un espectro "estándar" ideal para todas las plantas. Las experiencias resaltan la necesidad de medir y regular la densidad de flujo fotosintético y el espectro, y que la emisión de luz probablemente deba individualizarse para cada cultivo. Esto es lo que los investigadores llaman "producción dinámica" u "horticultura dinámica".
Este proyecto no solo ofrece una alternativa sostenible para la producción de alimentos, sino que también abre la puerta a un futuro donde la agricultura sea más precisa, eficiente y adaptada a las necesidades específicas de cada cultivo, contribuyendo a la seguridad alimentaria y la protección del medio ambiente. La innovación regional está, literalmente, iluminando el camino.
Fuente: unlp.edu.ar
