Evaluación de algunos factores de calidad y cantidad de los espectros de radiación en las plantas

Abstract

Resumen: En la actualidad, la agricultura se ha vuelto más exigente con las tecnologías aplicadas en ella, ya que constituyen un factor importante para la solución de problemas y de cambios con la producción, todo ello cubriendo las demandas de los consumidores. Las lámparas LED significan uno de los avances más importantes en tecnología de iluminación artificial para la horticultura. Estos sistemas, están irrumpiendo como técnica limpia y eficiente en la producción de alimentos en beneficio de la salud humana. El objetivo general de este trabajo fue evaluar el uso de iluminarias para aumentar su eficiencia y eficacia en la producción de hortalizas y ver su efecto en frutos o en hortalizas de hoja y raíz, tanto en calidad como en cantidad. Para el cumplimiento de este objetivo general planteado se realizaron cuatro objetivos específicos en experimentos diferentes: 1) Evaluar la eficiencia agronómica y energética de las lámparas de diodos emisores de luz (LED) fabricadas para uso hortícola utilizando un espectro continúo ajustado a una respuesta fotosintética máxima contra luces blancas convencionales a dos intensidades de luz diferentes. Los resultados demostraron que, las lámparas LED específicas para horticultura con un espectro mejorado de luz en comparación con las lámparas LED convencionales aumentaron la eficiencia energética de las hortalizas evaluadas en un 26%. En las dos intensidades de luz estudiadas, el crecimiento de las plantas estaba más relacionado con el ajuste espectral de la luz a la respuesta fotosintética. 2) Evaluar el espectro de iluminación de tres diferentes tipos de lámparas LED sobre los parámetros de calidad organoléptica, comercial y calidad dietética en postcosecha de seis variedades de frutos de tomate. Todas las variedades aumentaron la proporción del contenido de licopeno entre un 30% y un 60% frente a la oscuridad. Las iluminarias de mayores ratios R:FR favorecieron los parámetros de firmeza frente a otra iluminaria blanca LED, siendo la iluminaria LED de mayor ratio R:FR la que favoreció también a la acidez titulable. 3) Evaluar el efecto de espectros de LED usados en iluminación artificial en horticultura, sobre la acumulación de nitratos en hortalizas de hojas y raíz en comparación con iluminarias de LED blanca convencional. El contenido de nitrato disminuyó generalmente al incrementar la intensidad. Solo en un caso, la intensidad alta en el cultivo de remolacha, el tratamiento control mostró una reducción del contenido de nitratos frente al tratamiento de luz LED evaluado. Por lo que en general se registró una significativa e importante reducción del contenido de nitratos a favor del tratamiento LED evaluado. Las disminuciones de nitrato fueron entre un 10% y 35% en las hortalizas evaluadas. 4) Evaluar los efectos de la cantidad y calidad de la luz LED en la producción y calidad nutricional de forraje verde hidropónico en tres cereales comerciales y su efecto en la eficiencia energética y productiva en condiciones controladas. La utilización de iluminación LED con espectros específicos del T2 y T3 en la producción de forraje verde hidropónico beneficia la productividad e incrementa la eficiencia del uso de agua y energía, y potencia la conversión de semillas a forraje en las tres especies forrajeras evaluadas. Como conclusión general de este trabajo se puede decir que, en el futuro, la cantidad y la homogeneidad de los nutraceúticos y la fisiología podrá ser determinada y elegida para los diferentes cultivares y una luminotecnia medioambientalmente sostenible nos permitirá modular la naturaleza y contenidos saludables de la producción agrícola sostenible. Abstract Nowadays, agriculture has become more demanding with regard to the use of technologies. This is because they play an important role in finding solutions to problems and changes in productions, all in response to consumer demand. Light-emitting diode (LED) lamps are one of the most important advances in artificial lighting for horticulture. These systems have established themselves as clean and efficient food production techniques that benefit human health. The general objective of this work is to evaluate the use of lighting in increasing the efficiency and effectiveness of horticultural production and to observe their effect on fruits, and leaf and root vegetables, both in terms of quality and quantity. In order to achieve this general goal, four specific objectives were set out in different experiments: 1) To evaluate the agronomic and energetic efficiency of LED lamps manufactured for horticultural use compared to conventional LED lamps, using a continuous spectrum adjusted to the maximum photosynthetic response at two different light intensities - the results showed that the horticultural LED lamps, which have an improved light spectrum, increased the energy efficiency of the tested vegetables by 26%. At both the light intensities studied, plant growth was more related to the light’s spectral adjustment to the photosynthetic response. 2) To evaluate the light spectrum of three different types of LED lamps on the organoleptic, commercial and dietary qualities of the tomato fruit of six cultivars during the postharvest stage - all varieties increased their proportion of lycopene by 30 to 60% compared to being in the dark. The lights with the highest R:FR ratio favoured more the firmness parameters compared to other white LED lights; they also favoured titratable acidity. 3) To evaluate how the LED spectra used in artificial lighting for horticulture affect the accumulation of nitrates in leaf and root vegetables compared to the effect of white LED lighting - the nitrate content generally decreased with increased intensity. Only in one case (high intensity lighting on a beetroot crop), did the control treatment (T0) show a reduction in the nitrate content compared to the LED treatment evaluated (T1). Overall, there was a significant and important reduction in the nitrate content in favour of the LED treatment. Nitrate reductions were between 10% and 35% in the vegetables tested. 4) To evaluate the effects of the LED lighting’s quantity and quality on the nutritional production and quality of hydroponically grown green fodder in three commercial cereals, and its effect on energy and production efficiency under controlled conditions - using LED lighting with the T2 and T3-specific spectra for the production of hydroponically grown green fodder benefitted productivity and increased water and energy-use efficiency as well as enhancing the conversion of seeds to fodder in the three fodder species tested. As a general conclusion of this work, in future, the quantity and homogeneity of nutraceuticals along with the physiology can be determined and chosen for the different cultivars. Environmentally sustainable lighting technology will allow us to modulate the nature and healthy contents of sustainable agricultural products.