Las mallas de sombreo se utilizan ampliamente en floricultura para proteger los cultivos de la radiación excesiva, el viento, el granizo y los pájaros. A pesar de que las redes negras son las más empleadas, los agricultores están experimentando el uso de mallas coloradas, gris y blanca con un cierto grado de dispersión en casas sombra, para obtener efectos sobre el vigor vegetativo, la reducción de tamaño de los frutos, la ramificación, la variedad de tonos del follaje, y los tiempos de floración. Hemos monitorizado los datos ambientales al interior de estructuras con mallas de sombreo (10 × 10 × 3 m de altura) recubiertas totalmente con malla roja, azul, arena, y negra (todas con un factor de sombra nominal del 50%) en Florida central durante 12 meses. La radiación fotosintéticamente activa real (PAR, μmol·m−2·s−1) se ha visto reducida sobretodo en el caso de las mallas negras (de 55% a 60% factor de sombra dependiendo de la temporada) y menos debajo de mallas rojas (de 41% a 51%) con la azul y arena entremedio. El análisis del espectro ha mostrado que las mallas azul han tenido un pico característico del azul (de 450 a 495 nm) y rojo lejano por encima de 750 nm. Las mallas rojas tuvieron un menor pico ≈400 nm y mayor transmisión por encima de 590 nm. Las mallas arena han transmitido más luz por encima de 400 nm comparada con las negras pero no han alterado la composición espectral en el rango visible. Ninguna malla ha tenido ratios de rojo/rojo-lejano (R/FR) (600 a 700/700 a 800 nm) significativamente mayor del ambiente (cercano a 1), mientras las mallas azul han tenido un ratio consistentemente menor R/FR ≈0.8. Tanto los ultravioleta B como los ultravioleta A (280 a 400 nm) han sido reducidos mayormente por las mallas arena y menos por las mallas rojas. Hemos notado además resistencia a las temperaturas elevadas y al viento (pero no a la humedad relativa) debajo de malla coloradas y de color arena comparadas con la negra, probablemente como resultado de la diferente porosidad. Nuestro estudio documenta las modificaciones ambientales al interior de estructuras cubiertas con malla negra, colorada y redes traslucentes fotoneutrales, modificaciones que ayudan a predecir o interpretar las específicas respuestas de las plantas.
Una tendencia emergente en ámbito de la producción de plantas ornamentales es el uso de mallas fotoselectivas (de color) y mallas de sombreo dispersiva neutras. Las redes de sombreo modernas están fabricadas con tejido de polipropileno con diferentes aperturas para lograr específicos niveles de sombra. Las mallas tradicionales de color negro son completamente opacas y la calidad del espectro de la radiación viene modificada por la malla; por lo cual, el factor de sombra es casi directamente proporcional a la porosidad de la malla (Castellano et al., 2008a). Las mallas sombra dispersivas son menos opacas y difunden la radiación, creando una luz más difusa que puede penetrar en las marquesinas vegetales (Oren-Shamir et al., 2001). Las mallas coloradas contienen aditivos que filtran la radiación solar para promover longitudes de ondas específicas (Castellano et al., 2008b; Stamps, 2009). La manipulación del espectro de luz difusa puede modificar determinadas características deseadas en el desarrollo de la planta. Por ejemplo, en comparación con la malla negra, las plantas Aspidistra han resultado más compactas debajo de mallas roja y azul, las plantas Filodendro Philodendron han desarrollado un mayor número de hojas debajo de la malla roja, y menos debajo de la malla azul, y los índices de crecimiento de la Pitosporo Pittosporum (altura de la planta y la longitud del entrenudo) han sido más altos debajo de mallas rojas y gris (Stamps and Chandler, 2008). Oren-Shamir et al. (2001) ha reportado una extensión de las ramas del Pitosporo variegado Pittosporum debajo de mallas rojas y reducción debajo de las azules. Estudios en Brasil han mostrado que los cultivos de Phalaenopsis desarrollan hojas más grandes debajo de las mallas azules comparado con la negra y la roja pero han revelado un florecimiento más temprano debajo de las rojas (Leite et al., 2008). Otros estudios indican algunos aspectos beneficiosos de las mallas coloradas para la producción de fruta (Basile et al., 2008; Retamales et al., 2008; Shahak et al., 2008; Takeda et al., 2010) y vegetales (Ilic et al., 2012; Kong et al., 2012; Shahak, 2008) debajo de mallas rojas, azul, verde, amarilla. Un reciente informe desde Israel sugiere beneficios adicionales de las mallas fotoselectivas, también como conocidas como mallas luminiscentes, en relación a los efectos supresivos de plagas y enfermedades (Ben-Yakir et al., 2012; Elad et al., 2007). A pesar de que las mallas sombra fotoselectivas prometen positivamente para la producción de plantas, la variabilidad de los resultados entre cultivos distintos sugiere que los aspectos fisiológicos involucrados en estas respuestas no se han entendido del todo. La variabilidad de resultados puede también reflejar las diferentes propiedades ópticas de las mallas sombra producida por distintos fabricantes. Un problema ulterior es que pocos estudios incluyen las condiciones ambientales presentes debajo de las estructuras con malla sombreadora. La variación estacional y las condiciones ambientales en el interior probablemente tenga un impacto sobre los cultivos en floricultura y horticultura. Además de la luz, las mallas de sombreo pueden modificar las variables ambientales como la temperatura, la velocidad del viento, la humedad relativa dentro de cubierta. En contraste, más estudios están disponibles sobre las propiedades radiométricas de pantallas metálicas térmicas y pantallas contra los insectos (Cohen and Fuchs, 1999; Klose and Tantau, 2004; Nijskens et al., 1985; Papadakis et al., 2000; Soni et al., 2005). Aquí nosotros evaluamos la calidad y la cantidad de la luz y otras variables ambientales dentro de estructuras totalmente recubiertas de mallas fotoselectivas y mallas neutrales al color durante un año entero. Esta información podría ser de interés para los agricultores, y los ingenieros agrónomos.
Materiales y método
Ubicación del estudio
Los estudios se llevaron a cabo en el Mid-Florida Research and Education Center (lat. 28.7° N, long. 81.5° W) en el 2011 y 2012. Dieciséis casas sombra (de 10.4 × 10.4 × 3.0 m) se han recubierto tanto arriba como en las paredes con malla fotoselectiva (roja y azul) o con dos colores neutrales (negra y arena) (Fig. 1). El fabricante ha indicado un factor de protección nominal del 50% en todas las mallas. Esta instalación ha permitido monitorizar el impacto de todo el espectro de las condiciones ambientales (no solamente la luz) de forma independiente. Las casas sombras han sido colocadas en cuatro bloques, cada uno contemplando los cuatro colores. La parte central de cada bloque no cubierta ha sido utilizado como control comparativo (pleno sol).
Índices ambientales
Los datos referente a la luz se han recogido mensualmente durante 12 meses (desde septiembre 2011 hasta agosto 2012). El PAR (de 400 hasta 700 nm) ha sido registrado con un fotómetro LI-185A equipado con un sensor cuántico LI-190 (LI-COR, Lincoln, NE). El análisis del espectro (de 200 a 1100 nm) se ha realizado utilizando un espectrómetro óptico de rayos ultravioletas/VIS (OSM2-400 DUV; Oriel™ Newport Corp., CT). Para mantener la uniformidad, todas las lecturas se realizaron al centro de la casa sombra a una altura de un metro en un día despejado dentro de 45 minutos del mediodía. La temperatura a la sombra (a 1 m) ha sido registrada cada hora al interior de todas las casas sombra y en las áreas descubiertas utilizando 20 almacenadores de datos con termistores internos (HOBO H08-032-08; Onset Computer Corp., Pocasset, MA) colocados dentro de un protector de lluvia. La humedad relativa en condiciones de tiempo húmedo o cubierto (humedad relativa mayor de 50%) ha sido registrado manualmente en cada casa sombra en 20 ocasiones por separado utilizando un metro portátil (Modelo TH-1; Amprobe, Everett, WA). De la misma forma, la velocidad del viento durante condiciones de tiempo ventoso (velocidad del viento mayor a 3 m·s−1) se ha registrado en el interior de las casas sombra utilizando un anemómetro portátil (Modelo 48020; Celestron LLC, Torrance, CA). Todas las lecturas de las condiciones ambientales han sido llevadas a cabo simultáneamente en las casas sombra y en los bloques descubiertos de control. Cuando aplicaba, los tratamientos han sido comparados a través de una análisis unidireccional de la variación y medios por separado utilizando el test HSD (Honestly–significant–difference) de Tukey con P < 0.05 (SAS, 2008).
Resultados y Discusión
Radiación fotosintéticamente activa
Todas las mallas sombra han reducido el PAR en comparación con las áreas no cubiertas pero han habido diferencias entre los colores. Los valores PAR observados (μmol·m−2·s−1) se han reducido mayormente debajo de las mallas negras y donde menos ha sido debajo de las rojas, con las mallas azules y color arena entremedio (Fig. 2). Los valores calculados de sombra fotosintética han sido los siguientes: malla negra (de 55% a 60%), azul (de 51% a 57%), arena (de 52% a 54%), y roja (de 41% a 51%), dependiendo de la temporada. Estos resultados son coherentes con los estudios anteriores donde el PAR se ha reducido menos del 70% con la red roja en comparación con el 70% de la negra o el 70% de la azul en estructuras no replicadas (Stamps and Chandler, 2008). El elevado PAR en la malla roja puede ser considerado un artefacto del procedimiento de manufactura dando a entender que los factores de sombra nominales no necesariamente determinan el real PAR. El dato muestra que a pesar de que el PAR transmitido puede ser suficiente para el crecimiento de la planta debajo de la malla durante los meses de la primavera y el verano, los valores inferiores obtenidos durante el tardo otoño y el invierno pueden ser una limitación para ciertas plantas ornamentales (Baloch et al., 2009; Fletcher et al., 2005).
Calidad de la luz
El análisis espectral de unos meses representativos revela diferencias entre las mallas (por ejemplo, proporción de PAR en la azul, verde, roja y FR espectros) (Fig. 3). Las mallas azules transmitían picos característicos en el azul (de 450 a 495 nm) y también infrarojos FR/cercanos por encima de 750 nm. La malla roja ha tenido un pico menor ≈400 nm y una mayor transmitancia por encima 600 nm. Las mallas arena han transmitido más luz por encima de 400 nm comparada con las negras pero a parte de eso no se ve alterada la composición espectral en el rango visible en comparación con las mallas negras. No se han registrado claras tendencias estacionales en la eficacia de la transmitancia de los picos espectrales ni de la transmitancia de las mallas negra y arena en el rango PAR (no se muestran datos).
El efecto de la calidad de la luz sobre las plantas es complejo ya que implica la acción combinada de varios sistemas fotorreceptores con diferentes picos de absorción de longitud de onda (Smith, 2000). Las plantas más altas tienen receptores de luz azul, verde y ultravioleta (fototropinas y criptocromos) y receptores R/FR (fitocromos). Fotorreceptores diferentes pueden inducir respuestas morfológicas y fisiológicas distintas que permiten la adaptación a condiciones ambientales diferentes (Lee et al., 2000; Schuerger et al., 1997; Stuefer and Huber, 1998). Por ejemplo, varios estudios muestran que la luz azul intensificada puede incrementar la compacidad de la planta, que un poco de luz azul es necesaria para el normal crecimiento y desarrollo, y que los efectos de la luz azul resultan specie-dependientes (Cope and Bugbee, 2013). Se ha además planteado que las plantas responden a la cantidad absoluta de luz azul en lugar que a la cantidad relativa de luz azul en el rango de espectro con actividad fotosintética (Yorio et al., 1998, Cope and Bugbee, 2013). Nuestros datos han demostrado que las redes azules han aumentado la intensidad de la luz entre 400 y 500 nm, esto es del 34% a 44% por encima de otras mallas, dependiendo de la estación, e incluso más en el rango 450- 500-nm (Figs. 3 y 4A). La manipulación del ratio rojo/rojo lejano – R/FR – se ha propuesto como una manera de modificar las cosechas en horticultura. Por ejemplo, ratios altos R/FR inducen respuestas fisiológicas beneficiosas, especialmente notable es el hecho que han reducido la extensión del tallo y han incrementado la compacidad de la planta (Fletcher et al., 2005; Mata and Botto, 2009; Rajapakse and Kelly, 1992). Al contrario, bajos ratios R/FR pueden causar características menos deseables como el alargamiento del tallo, la potenciación de la dominancia apical y la reducción de la ramificación (Smith and Whitelam, 1997). En nuestro estudio, ninguna malla ha tenido ratios R/FR significativamente mayores que el ambiente (cercanos a 1), en particular las mallas azules han tenido el menor ratio R/FR de ≈0.8 (Fig. 4B). Las mallas rojas y arena han estadísticamente reducido el ratio R/FR durante el otoño y el invierno y verano y otoño, respectivamente, y allí el ratio R/FR de las mallas negras nunca han sido diferentes del ambiente. Este resultado contrasta con el de TOren-Shamir et al. (2001), que ha reportado que los ratios de luz transmitida a través de mallas azules eran los mismos de la luz natural, mientras los R/FR debajo de las mallas rojas eran ligeramente inferiores, y en el caso de la malla de color verde han sido significativamente inferiores que la luz natural. La reducción de ratios R/FR se asocia a la densidad de la vegetación y la respuesta de la planta denominada “síndrome de la evitación de la sombra.” Los valores reducidos de R/FR encontrados debajo de las mallas azules en nuestros estudios no se han considerado suficientemente elevados para causar la “síndrome de evitación de la sombra” en la mayoría de las plantas (Franklin and Whitelam, 2005).
Varios estudios además indican que la luz en el rango ultravioleta juega un importante rol en las defensas de las plantas. Por ejemplo, rayos ultravioleta naturales o atenuados (especialmente ultravioleta-B) ayudan a proteger las plantas de los patógenos herbívoros y microbianos, probablemente a través de la producción de compuestos fenólicos y/o antioxidantes (Ballaré et al., 2012; Wei et al., 2013). Todas las mallas sombra redujeron la intensidad de la luz entre 280 y 400 nm comparado con las condiciones ambientales, pero hubo diferencias entre los colores de las mallas (Fig. 4C and D). Tanto los ultravioleta-B y los ultravioleta-A se han visto reducidos sobre todo por las mallas de color arena y menos por las mallas de color rojo. En todos los casos, de manera proporcional, se ha encontrado más ultravioleta-A comparada con la B. Se ha visto además que valores bajos R/FR (i.e., menos de 1, típico de lugares más cerrados) pueden llevar a reducir la defensa de la planta contra insectos herbívoras, por ejemplo a través de la activación del fitocromo B, que regula las hormonas de defensa (Moreno et al., 2009).
Otros efectos medioambientales.
Nuestros datos muestran que las mallas de sombreo afectan las variables ambientales además de la radiación. La temperatura y la humedad relativa tienen un impacto sobre el crecimiento y la fisiología de la planta, incluso sobre el desarrollo de enfermedades, en varias maneras (Grantz, 1990; Went, 1953). En nuestros estudios, la media diaria de las temperaturas era mayor en el interior de las casas sombra con mallas de color que con las mallas negras o el ambiente (Fig. 5). Las temperaturas más altas se han registrado debajo de la malla roja (de 1.9 a 3.7 °C más que la negra). Las mallas negras han resultado ser más frescas en comparación con el ambiente, reportando un promedio de 0.4 °C (de 0.1 a 0.9 °C) inferior a las temperaturas máximas diarias. La azul y color arena registraron temperaturas parecidas (en media 0.2 °C más cálida la azul) e intermedias entre la roja y la negra. La velocidad del viento ha sido diferente debajo de las mallas sombra (F4,99 = 182.1, P < 0.0001), con la roja, azul, y arena proveyendo mayor resistencia que las mallas negras (Fig. 6). Ya que las mallas coloradas contienen hilos que son parcialmente transparentes, un número mayor de hilos son necesarios para crear el mismo factor de sombra respecto a las mallas negras, lo cual conlleva a agujeros más pequeños y menor superficie abierta en comparación con las redes tradicionales de color negro (Fig. 1). Las diferencias en la medida de los agujeros han sido suficientes para tener una influencia sobre la velocidad del viento (y también la temperatura), mientras los valores relativos a la humedad relativa, que se han quedado ± 1% de las condiciones ambientales dentro de las casas sombra no se han visto estadísticamente afectados (F4,99 = 0.01, P = 0.99). A pesar de las diferencias en la porosidad relativa, las medidas de la masa de la malla por unidad de superficie (n = 5) resultaron parecidas entre los varios colores, por ejemplo, 101 g·m−2 (arena), 99 g·m−2 (negra), y 95 g·m−2 (roja y azul).
La aplicación de mallas fotoselectivas en casas sombra
Las mallas de sombreo son muy utilizadas en el desarrollo de plantas ornamentales. Los datos más recientes (2011) muestran que el 43% de la producción en floricultura en los Estados Unidos se realiza debajo de una malla sombra u otro tipo de cubierta temporal (USDA/NASS, 2013). Con los modernos métodos de tejedura masiva nos esperamos que las mallas fotoselectivas sean aún más utilizadas. Las estructuras sombra construidas sobre espalderas son económicas comparadas con las de vidrio o película plástica que pueden requerir una construcción más sólida y sistemas de control del clima adicionales. Aunque las mallas negras son las más utilizadas, los agricultores están empleando las mallas de color, gris, y las blancas dispersivas con el fin de influir sobre el vigor, la reducción de tamaño, la ramificación, la variación del follaje, y el tiempo de fluorescencia (Leite et al., 2008; Oren-Shamir et al., 2000; Stamps, 2009). El uso de mallas coloradas puede además reemplazar las aplicaciones de reguladores del crecimiento o las prácticas de poda de tipo químico. El entramado más cerrado de las mallas coloradas pueden proveer una mayor protección adicional del viento, del granizo y de los animales. Nuestro estudio documenta las diferentes modificaciones ambientales dentro de las estructuras cubiertas con mallas negras o de color, que ayudan a predecir o interpretar específicas respuestas de las plantas. De todas formas, una revisión de la literatura sugiere además que las respuestas de las diferentes especies de plantas a las condiciones de luz modificadas son frecuentemente variables. Se necesita más información sobre cómo esta tecnología sea más aprovechable para las necesidades de la floricultura.
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