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Mallas fotoselectivas para mejorar el rendimiento de los cultivos Hortícolas.

Una revisión de los estudios Ornamentales y Vegetales llevados a cabo en Israel sobre Mallas Fotoselectivas

El uso de mallas fotoselectivas se refiere a cubrir los cultivos con mallas que tienen la capacidad de filtrar selectivamente la radiación solar interceptada, además de su función protectora. La tecnología se basa en productos de malla de plástico en los que se introdujeron varios cromóforos y elementos reflectantes y dispersantes de la luz durante la fabricación. Estas mallas están diseñadas para detectar varias bandas espectrales de la radiación solar y/o transformar la luz directa en luz dispersada. La manipulación espectral pretende promover específicamente las respuestas fisiológicas deseadas, que son reguladas por la luz, mientras que la dispersión mejora la penetración de la luz modificada en el dosel interno de la planta. Un aspecto adicional reciente de las mallas fotoselectivas se refiere a sus efectos sobre el comportamiento de las plagas. El concepto de mallas fotoselectivas fue desarrollado y probado en Israel en cultivos de árboles ornamentales, vegetales y frutales. Se está extendiendo gradualmente por todo el mundo, para su implementación en diferentes cultivos, regiones climáticas y métodos de cultivo. El documento actual proporciona una visión general de la investigación y el desarrollo llevado a cabo en Israel durante la última década, como una introducción a los siguientes documentos, que se presentaron en el taller especial sobre Mallas Fotoselectivas durante el Congreso Internacional de Horticultura (IHC 2006) en Seúl, Corea.

Palabras clave: malla de sombreo, tela de sombreo, malla de plástico, radiación solar, plagas, modificación de la luz, calidad de la luz.

La malla se utiliza con frecuencia para proteger los cultivos agrícolas de la radiación solar excesiva (mallas de sombreo), los riesgos ambientales (por ejemplo, mallas anti granizo) o las plagas (mallas a prueba de insectos o aves). Se aplica solo sobre las construcciones de invernaderos de malla, o se combina con tecnologías de invernadero. Las mallas negras se usaban comúnmente hasta ahora para el sombreado, mientras que las mallas claras y transparentes se usan para el riesgo ambiental o la protección contra plagas. En colaboración con Polysack Plastic Industries, Israel, hemos desarrollado un nuevo grupo de mallas de protección, que pueden alterar tanto la calidad como la cantidad de luz interceptada por las plantas que crecen debajo, además de proporcionar la protección deseada (Shahak et al., 2004a).

Inicialmente utilizamos el término Malla Sombra OBAMALLA» para estos productos netos. Sin embargo, dado que nuestro enfoque aborda la modificación de la calidad de la luz en su sentido más amplio, incluyendo la filtración de las bandas espectrales UV, visible, FR y más, así como la dispersión de la luz, y dado que los productos OBAMALLA no se ven del todo coloreados para los ojos humanos, ahora preferimos el término más amplio «Mallas fotoselectivas«. Por ejemplo, los productos de mallas rojas, amarillas, verdes y azules son aparentemente OBAMALLA de colores, mientras que las mallas perlas, blancas y grises son OBAMALLA de colores neutros que absorben bandas espectrales en los rayos UV y NIR IR, respectivamente.

Las mallas negras reducen la cantidad de luz que llega a las plantas por debajo, pero no afectan la calidad de la luz, ya que no modifican su composición espectral ni su contenido relativo de luz dispersa/difusa. Las mallas transparentes dispersan la luz transmitida a través de ellas, pero no alteran su composición espectral. La singularidad de las mallas fotoselectivas translúcidas es que manipulan espectralmente y dispersan la luz transmitida. Consideramos que la dispersión de la luz es un aspecto importante de las mallas fotoselectivas. Anteriormente se ha demostrado que la eficiencia del uso de la radiación aumenta cuando el componente difuso de la radiación incidente es mejorado bajo la sombra (Healey et al., 1998).

Dado que las mallas están compuestas por agujeros, además de los hilos fotoselectivos translúcidos de plástico, crean mezclas de luz natural, no modificada, que pasa a través de los agujeros, junto con la luz difusa, modificada espectralmente, que emiten los hilos fotoselectivos. El contenido relativo de luz modificada contra luz no modificada, así como el factor de sombreado, se definen por el diseño/densidad del tejido y los aditivos cromáticos y dispersantes de la luz, los cuales se pueden ajustar para satisfacer las necesidades de cada cultivo. Para una mayor caracterización de las mallas fotoselectivas, ver Shahak et al. (2004a, b) y Rajapakse y Shahak (2007).

Durante la última década, probamos las respuestas de numerosos cultivos agrícolas a las mallas fotoselectivas. El resumen actual comprende algunos de los puntos destacados obtenidos en cultivos ornamentales y vegetales con mallas en Israel. Estudios sobre árboles frutales fueron reportados anteriormente (Shahak et al., 2004a, b; Rajapakse y Shahak, 2007), así como en un volumen paralelo de Acta Hort. (Shahak et al., 2007). En pocas palabras, la malla fotoselectiva de bajo sombreado de numerosos cultivos de árboles frutales, tradicionalmente cultivados sin malla, reveló efectos diferenciales de las mallas de colores en el rendimiento de los huertos. Se descubrió que la cobertura con mallas por sí misma mitigaba las fluctuaciones climáticas extremas, reducía las tensiones de calor/frío/viento y mejoraba la vitalidad del dosel. La filtración fotoselectiva adicionalmente afectó la productividad, la producción de la fruta, el tamaño de la fruta, el tiempo de maduración, el color y la calidad interna y externa. La mayoría de las respuestas dependen de las propiedades cromáticas de la malla de protección.

La investigación actual sobre mallas fotoselectivas se implementa gradualmente en todo el mundo, por su evaluación en diferentes cultivos, regiones climáticas y métodos de cultivo. Algunos de estos estudios se presentaron en el taller especial sobre Mallas Fotoselectivas durante el Congreso Internacional de Horticultura (IHC 2006) en Seúl, Corea. Vea los siguientes artículos en este volumen de Acta Horticulturae relacionado con los efectos de la malla fotoselectiva en las plantas de follaje, orquídeas, kiwi y arándanos, así como las respuestas de las plagas de insectos, y un estudio de las aplicaciones comerciales actuales de la tecnología.

mallas fotoselectivas

MATERIALES Y MÉTODOS

Las mediciones de espectros de luz, dispersión de luz y parámetros de microclima bajo las mallas se describieron previamente (Shahak et al., 2004a, b).

Las pruebas en Pittosporum realizadas en Shdema se describió previamente (Oren-Shamir et al., 2001). Las pruebas en Aralia y Monstera se realizaron en una granja comercial en Ometz, en el centro de Israel. Las plantas fueron cultivadas en un invernadero de malla cubierto por una malla negra de 60% de sombreado a 2,5 m de altura, en agosto de 1999. En mayo de 2000, se reemplazaron tres secciones (12 × 18 m cada una) de la malla de cobertura por una malla amarilla, azul o gris, todas con un factor de sombreado del 60%. Se analizaron dos camas de cultivo largas de 6 m, cada una con 20 plantas ubicadas en el centro de cada malla, en cada variante de malla. Se realizaron cinco cosechas entre julio de 2000 y septiembre de 2001.

Las flores de corte se estudiaron en la Estación Experimental de Besor en un invernadero de malla cubierto en seis secciones diferentes de mallas de colores y malla negra, todas con un sombreado del 50%, 18×18 m cada una. Los cultivos de verano e invierno se estudiaron secuencialmente durante 2000-2002 (ver Oren-Shamir et al., 2003).

Las pruebas en albahaca y lechuga se llevaron a cabo en túneles cubiertos por films de plástico transparente en Ein Habesor y Kfar Darom, respectivamente. Se aplicaron mallas de sombreado del 50% (albahaca) o del 30% (lechuga) sobre el film. Los factores de sombreado de los films por sí mismos fueron del 15% (albahaca) y del 50% (lechuga), y en conjunto con las mallas de sombreo alrededor del 65% de sombreado en todos los casos. La prueba en lechuga fue de 4 túneles replicados (6 × 10 m) para cada malla probada. La albahaca se probó en seis túneles comerciales de 10 × 36 m, con 6 camas de cultivo cada uno. Los datos de producción comercial se recopilaron en túneles completos, sin estadísticas.

El estudio de la pimienta se realizó en la Estación Experimental de Besor. En 2005, probamos las mallas roja y perla, y en 2006 las mallas roja, perla y amarilla, en cuatro réplicas de 18×18 m cada una, todas dentro de un gran invernadero de malla horizontal, de 2,5 m de altura. Se probaron tres cultivares («Anna», «Calibre» y «Triple Star» en 2005, y «Anna», «Vergasa» y «Alegria» en 2006), utilizando prácticas de cultivo comercial. Las plantas se sembraron el 1ro de junio y las frutas maduras se cosecharon semanalmente desde el 20 de agosto hasta enero.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La modificación relativa de la calidad de la luz mediante varias mallas de colores usadas frecuente es resumida en la Tabla 1. La composición de la luz que alcanza a las plantas debajo de estas mallas tendrá menos de las bandas indicadas bajo «Absorbancia», mientras que se enriquecerá relativamente en las bandas indicadas bajo «Transmitancia». La Tabla 1 también demuestra la capacidad relativa de estas mallas para transformar la luz directa en luz dispersa/difusa, con el producto de malla de perla que causa la mayor dispersión, mientras que la gris causa la menor.

Cultivos de Follaje

Las mallas de sombreo de colores se probaron en cultivos ornamentales de follaje, en los cuales la práctica común anterior se basaba en mallas de sombreo negra. Un estudio sobre las respuestas de Pittosporum variegatum a varias OBAMALLA, en comparación con las mallas negras comunes del mismo factor de sombreado (50% de sombreado durante el invierno y 75% durante el verano), reveló los siguientes resultados: (I) la malla roja claramente estimuló la tasa de crecimiento vegetativo y el vigor (longitud y anchura de los tallos); (ii) la malla azul causó enanismo; (iii) la malla gris mejoró la ramificación y el espesor, y estas plantas tenían hojas más pequeñas y menos abigarradas (Oren-Shamir et al., 2001); y (iv) la malla gris también mejoró la ramificación del estolón en un helecho de cuero y en Ruscus (Oren Shamir y Shahak, resultados no publicados).

Aralia (Fatsia japonica) y Philodendron (Monstera deliciosa) también fueron notablemente afectadas por el sombreado de color (Shahak et al., 2002). El efecto de enanismo de la malla azul se expresó en Aralia mediante pecíolos más cortos, menor producción de cosecha (Tabla 2) y plantas más pequeñas (Fig. 1B). La malla amarilla aumentó todas las dimensiones de las hojas, así como la producción de la cosecha, en comparación con la malla negra de práctica común. La malla gris aumentó las dimensiones de la hoja de Aralia en menor medida, pero no tuvo un efecto significativo en la producción de la cosecha (Tabla 2). Las diferencias en el aspecto de las plantas bajo las mallas probadas fueron bastante dramáticas (ver Fig. 1B, G e Y).

Flores de Corte

Numerosas flores de corte de temporada (por ejemplo, Lisianthus, Trachelium, Lupinus, Girasol) se estudiaron durante 2000-2003 bajo mallas de sombreo del 50%. Al igual que en las plantas de follaje, las flores de corte desarrollaron tallos más largos y más anchos debajo de la malla roja, y aún más debajo de la amarilla, mientras que fueron más cortos debajo de la azul, en comparación con la malla de sombreo negra equivalente. El alcance de las respuestas varió entre las diferentes especies/cultivares probados (Oren-Shamir et al., 2003; Oren-Shamir y Shahak, resultados no publicados).

Los efectos de las mallas azules y rojas podrían atribuirse a su relativo enriquecimiento/reducción de las bandas espectrales azul vs rojo y rojo lejano en la luz filtrada, y podrían estar relacionados con efectos similares reportados en films fotoselectivos e iluminación artificial (Kasperbauer et al., 1992; Yanagi et al., 1996; Rajapakse et al., 1999; Rajapakse and Shahak, 2007). Consideramos que el contenido relativo de la luz azul/roja es un factor dominante en la tecnología de mallas fotoselectivas. La proporción rojo/rojo lejano no se vio afectada significativamente por los productos de mallas de colores descritos aquí.

La ventaja de la malla amarilla sobre la roja en la estimulación del crecimiento vegetativo (Oren-Shamir et al., 2003) podría estar relacionada con el efecto estimulante de la suplementación con luz artificial (Kim et al., 2004). La malla amarilla difiere de la malla roja al transmitir adicionalmente el rango espectral verde-amarillo (Tabla 1). Sin embargo, vale la pena mencionar que otros efectos de estas dos mallas (por ejemplo, en el periodo de antesis en las flores de corte, o la maduración de los frutos en los árboles frutales) difirieron entre sí.

Los efectos únicos de la malla gris, que suprimió tanto la dominancia apical (expresada por la ramificación mejorada) como la variegación (en Pittosporum), expusieron un nuevo fenómeno, que no se puede atribuir a los mecanismos fotomorfogenéticos conocidos. Esta malla absorbe el infrarrojo cercano (NIR) y la radiación IR (datos no mostrados), pero no altera el espectro UV y visible (Tabla 1). Se requieren estudios adicionales para revelar los mecanismos fisiológicos detrás de estas respuestas.

Verduras de hoja

La producción de cultivos de hojas depende en gran medida de su tasa de crecimiento. Las pruebas de campo citados aquí en lechuga (Lactuca sativa) y albahaca (Ocimum basilicum) mostraron un aumento significativo de la producción bajo las mallas roja y perla, en comparación con Aluminet (que generalmente se usa como pantalla térmica en invernaderos), la azul o la negra (Tabla 3). Los resultados demuestran el potencial de las mallas fotoselectivas y dispersivas de luz para aumentar la productividad de dichos cultivos, especialmente, pero no únicamente, en áreas semiáridas como Besor. Además, demuestran que las mallas de sombreo fotoselectivas se pueden usar beneficiosamente sobre las cubiertas de film transparente.

Pimientos

Los pimientos morrones fueron cultivados comercialmente hasta el momento en el área de Besor, en Israel, bajo mallas de sombreo negras de 30-40% de sombreado. Se requiere la protección de las mallas de sombreo en esta zona semiárida para producir fruta de alta calidad, evitar las quemaduras solares y ahorrar en el riego. Hemos comparado las mallas de sombreo tradicionales negras con las mallas rojas, amarillas y de perlas por su efecto en la productividad y la calidad. Los resultados mostraron un aumento significativo en la productividad bajo el sombreado fotoselectivo. El número de frutos producidos por planta durante la temporada de crecimiento fue 30-40% más alto y la producción 20-30% más alto bajo estas mallas fotoselectivas, en todos los cultivares probados, mientras que el tamaño de los frutos fue comparable con la malla negra de control (Tabla 4).

El efecto de las mallas fotoselectivas en la productividad del pimiento fue más pronunciado durante los primeros dos meses de la cosecha (agosto-septiembre) y prevaleció en menor medida hasta el invierno (Fig. 2A). El peso promedio de la fruta debajo de las mallas fotoselectivas fue menor que la de la malla negra durante agosto-septiembre, pero esta tendencia se invirtió hacia el final de la temporada de cosecha (Fig. 2B).

Curiosamente, la malla roja superó de manera consistente la perla (Tabla 4, Fig. 2A) (Shahak et al., 2006) y a las mallas amarillas (no se muestran los datos). Los efectos positivos de la malla roja en la productividad del pimiento también fueron obtenidos por el grupo de FernándezRodriguez para el cultivo en túneles de plástico en Almería, España (Shahak et al., 2004c).

Recientemente aprendimos que las plantas no son las únicas que detectan y responden al sombreado fotoselectivo. Los estudios sobre el comportamiento de las plagas de los pimientos revelaron que la penetración y la infestación por trips, pulgones y moscas blancas son diferencialmente afectadas por las mallas fotoselectivas, a pesar de que las dimensiones de los agujeros permiten el libre paso de las plagas. Para más detalles, vea el artículo de Ben-Yakir (2008).

CONCLUSIONES

Hemos demostrado el potencial de la nueva tecnología de mallas de sombreo fotoelectivas y dispersivas de la luz para mejorar la productividad, la calidad y el tiempo de cosecha de los cultivos hortícolas. Los estudios realizados hasta el momento han logrado grandes avances. Sin embargo, se necesita más investigación para comprender los mecanismos fisiológicos detrás de las respuestas de las plantas, así como para la implementación en una gama más amplia de cultivos y condiciones ambientales.

Tablas

tabla de la luz transmitida a través de los hilos de plástico de cada tipo de malla sombra
Tabla 1

Modificación de la calidad de la luz mediante OBAMALLA. El cambio relativo se refiere a la composición de la luz transmitida a través de los hilos de plástico de cada tipo de malla, que tienen el mismo factor de sombreado (en PAR), en relación con la luz solar natural medida al mismo tiempo. UV, ultra violeta; B, azul; G, verde, Y, amarillo; R, rojo; FR, rojo lejano. La dispersión se refiere a la proporción de luz dispersa/directa debajo de cada malla en relación con la luz solar natural en el momento de la medición. Para más detalles ver a Shahak et al. (2004a)

tabla del tamaño de la hoja con mallas fotoselectivas
Tabla 2

Efectos de las mallas amarillas, azules y grises en relación con la malla negra común sobre el tamaño de la hoja de Aralia y la producción de la cosecha. Todas las mallas tenían un factor de sombreado del 60% (en PAR). Las dimensiones de las hojas se analizaron en aproximadamente 400 hojas por malla, en abril de 2001, 11 meses después de la aplicación de OBAMALLA, malla sombra. Las letras diferentes indican el significado (P> 0.05) por la prueba T de Student para cada parámetro (columna), donde corresponda

tabla 3 cultivos hortícolas albahaca y lechuga
Tabla 3

Efectos de las mallas de sombreo de colores colocadas encima de films de plástico transparente sobre el crecimiento de albahaca (O. basilicum) y dos cultivares de lechuga (L. sativa «Iceberg» y «Noga») en túneles. Los datos de la albahaca y la lechuga se obtuvieron de Reshef (2002) y Greenberger et al. (2001), respectivamente.

comparació de la malla sombra de color rojo, perla y negra
Tabla 4

Efectos de las mallas de color rojo y perla en la producción de fruta de pimiento y el peso promedio de la fruta en comparación con la malla negra común. Estación Exp. de Besor, 2005. La producción de fruta y el tamaño de la fruta se refieren a la fruta total cosechada durante la temporada de crecimiento. Las letras diferentes indican el significado (P> 0.05), n=4 réplicas por malla.

Altura de la planta con mallas fotoselectivas.
Fig 1

Altura de la planta Aralia bajo las mallas amarilla (Y), gris (G) y azul (B), en relación con la altura de los investigadores. Las fotos fueron tomadas en la prueba de Ometz en octubre de 2000, cinco meses después de reemplazar la malla negra comercial por los OBAMALLA probados

frutas producidas por el uso de malla sombra negra, roja y perla
Fig 2

Efecto de las mallas roja y perla en relación con la malla negra en (A) el número de frutas producidas por dunam (0.1 ha) y (B) el tamaño promedio de fruta de pimiento en ‘Calibre’ durante 2005 en la Estación Experimental de Besor. Los valores representan medias de 4 réplicas por malla.

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