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Modificação Ambiental em Casas de Sombra Fotoselectivas

As malhas/redes de sombreamento são amplamente utilizadas na floricultura para proteger os cultivos da radiação excessiva, do vento, do granizo e dos pássaros. Embora as redes pretas sejam as mais utilizadas, os agricultores estão experimentando o uso de malhas/redes vermelhas, cinzento e branco com um certo grau de dispersão em casas de sombra, para obter efeitos sobre o vigor vegetativo, na redução do tamanho dos frutos, na ramificação, na variedade de tons da folhagem e nos tempos de floração. Foram monitorados os dados ambientais no interior das estruturas com malhas/redes de sombreamento (10 × 10 × 3 m de altura), totalmente cobertas com malha/rede colorada, azul, areia e preta (todas com um fator de sombra nominal de 50%), na região central da Flórida durante 12 meses. A radiação fotossinteticamente ativa atual (PAR, μmol·m−2·s−1) foi reduzida, sobretudo no caso das malhas/redes pretas (de 55% a 60% fator de sombra, dependendo da estação) e menos sob as malhas/redes vermelhas (de 41% a 51%), com a azul e areia foi entremeio. As análises do espectro mostraram que as malhas/redes azuis tiveram um pico característico do azul (de 450 a 495 nm) e o vermelho remoto acima de 750 nm. As malhas/redes vermelhas tiveram um pico menor de ≈400 nm e maior de transmissão acima de 590 nm. As malhas/redes areia transmitiram mais luz acima de 400 nm comparadas com as pretas, mas não alteraram a composição espectral na área visível. Nenhuma malha/rede apresentou ratios de vermelho/vermelho-remoto (R/FR) (600 a 700/700 a 800 nm) significativamente mais alta que o ambiente (próximo de 1), enquanto que as malhas/redes azuis tiveram um ratio consistentemente mais baixo R/FR ≈0.8. Tanto os ultravioleta B como os ultravioleta A (280 a 400 nm) foram reduzidos maioritariamente pelas malhas/redes areia e menos pelas malhas/redes vermelhas. Também observámos resistência a altas temperaturas e ao vento (mas não á umidade relativa) sob as malhas/redes coloradas e de cor areia comparadas com a preta, provavelmente como resultado porosidade diferente. Nossos estudos documentam as modificações ambientais no interior de estruturas cobertas por malha/rede preta, colorada e redes translúcidas foto-neutrais, modificações que ajudam a prever ou interpretar as respostas específicas das plantas.

casas sombra
La malla de sombreo OBAMALLA® se utiliza ampliamente en floricultura para proteger los cultivos de la radiación excesiva, el viento, el granizo y los pájaros.

Uma tendência emergente no âmbito da produção de plantas ornamentais é o uso de malhas/redes fotosseletivas (de cor) e malhas/redes de sombreamento dispersivas neutras. As redes de sombreamento modernas são fabricadas com tecido de polipropileno com diferentes aberturas para atingir níveis de sombreamento específicos. As malhas/redes tradicionais de cor preta são completamente opacas e a qualidade do espectro da radiação é modificada pela malha/rede; portanto, o fator sombra é quase diretamente proporcional à porosidade da malha/rede (Castellano et al., 2008a). As malhas/redes de sombra dispersivas são menos opacas e difundem a radiação, criando uma luz mais difusa que pode penetrar nas copas das plantas/vegetais (Oren-Shamir et al., 2001). As malhas/redes coloradas contêm aditivos que filtram a radiação solar para promover comprimentos de ondas específicas (Castellano et al., 2008b; Stamps, 2009).

A manipulação do espectro de luz difusa pode modificar determinadas características desejadas no desenvolvimento da planta. Por exemplo, em comparação com a malha/rede preta, as plantas Aspidistra eram mais compactas sob as malhas/redes vermelhas e azuis, as plantas Filodendro Philodendron desenvolveram um maior número de folhas debaixo da malha/rede vermelha e menos debaixo da malha/rede azul, e os índices de crescimento da Pitósporo Pittosporum (altura da planta e comprimento do entrenó) foram maiores sob as malhas/redes vermelhas e cinzas (Stamps e Chandler, 2008). Oren-Shamir et al. (2001) relatou uma extensão dos ramos variegados da Pitósporo Pittosporum sob as malhas/redes vermelhas e uma redução sob as malhas/redes azuis. Estudos no Brasil mostraram que os cultivos de Phalaenopsis desenvolvem folhas maiores sob as malhas/redes azuis em comparação com a preta e vermelha, mas revelaram um florescimento precoce sob as vermelhas (Leite et al., 2008). Outros estudos indicam alguns aspectos benéficos das malhas/redes coloradas para a produção de fruta (Basile et al., 2008; Retamales et al., 2008; Shahak et al., 2008; Takeda et al., 2010) e vegetais (Ilic et al., 2012; Kong et al., 2012; Shahak, 2008) sob malhas/redes vermelhas, azuis, verdes e amarelas. Um relatório recente de Israel sugere benefícios adicionais das malhas/redes fotosseletivas em relação aos efeitos supressivos de pragas e doenças (Ben-Yakir et al., 2012; Elad et al., 2007).

Emboras as malhas/redes de sombra fotosseletivas prometam positivamente para a produção de plantas, a variabilidade dos resultados entre diferentes cultivos sugere que os aspectos fisiológicos envolvidos nessas respostas não foram totalmente compreendidos. A variabilidade dos resultados também pode refletir as diferentes propriedades ópticas das malhas/redes de sombra produzidas por diferentes fabricantes. Um outro problema é que poucos estudos incluem as condições ambientais presentes nas estruturas com malhas/redes de sombreamento. A variação sazonal e as condições ambientais no interior, provavelmente, têm um impacto sobre os cultivos na floricultura e horticultura. Além da luz, as malhas de sombreamento podem modificar as variáveis ambientais como a temperatura, a velocidade do vento, a umidade relativa no interior da cobertura. Em contraste, mais estudos estão disponíveis nas propriedades radiométricas de telas metálicas térmicas e telas contra insectos (Cohen e Fuchs, 1999; Klose e Tantau, 2004; Nijskens et al., 1985; Papadakis et al., 2000; Soni et al., 2005). Aqui nós avaliamos a qualidade e a quantidade de luz e outras variáveis ambientais dentro de estruturas totalmente revestidas com malhas/redes fotosseletivas e malhas/redes neutrais à cor durante um ano inteiro. Esta informação pode ser de interesse para os agricultores e engenheiros agrônomos.

Materiais e método 

Localização do estudo

Os estudos foram realizados no Centro de Pesquisa e Educação Mid-Florida (lat. 28.7° N, long. 81.5° W) em 2011 e 2012. Dezasseis casas de sombra (de 10.4 × 10.4 × 3.0 m) foram revestidas, tanto acima como nas paredes com malha/rede fotosseletiva (vermelha e azul) ou com cores neutrais (preta e areia) (Fig. 1). O fabricante indicou um fator de proteção nominal de 50% em todas as malhas/redes. Esta instalação permitiu monitorar o impacto de todo o espectro das condições ambientais (não apenas a luz) de forma independente. As casas de sombras foram colocadas em quatro blocos, cada uma contemplando as quatro cores. A parte central de cada bloco, não coberto, foi utilizada como controle comparativo (pleno sol).

Mallas sombras utilizadas para cubrir las estructuras
Fig. 1. Malhas/Redes de sombra utilizadas para cobrir estruturas no Centro de Pesquisa e Educação Mid-Florida.

Índices ambientais

Os dados referentes à luz foram coletados mensalmente durante 12 meses (de setembro de 2011 a agosto de 2012). O PAR (de 400 a 700 nm) foi registrado com um fotômetro LI-185A equipado com um sensor quântico LI-190 (LI-COR, Lincoln, NE). As análises do espectro (de 200 a 1100 nm) foram realizadas utilizando um espectrómetro ótico de raios ultravioletas/VIS (OSM2-400 DUV; Oriel™ Newport Corp., CT). Para manter a uniformidade, todas as leituras foram feitas no centro da casa de sombra a uma altura de um metro, em um dia limpo durante 45 minutos do meio dia. A temperatura à sombra (a 1 m) foi registrada a cada hora, no interior de todas as casas de sombra e nas áreas descobertas utilizando 20 dispositivos de armazenamento de dados com termístores internos (HOBO H08-032-08; Onset Computer Corp., Pocasset, MA) colocados dentro de um protetor de chuva. A umidade relativa em condições climáticas úmidas ou cobertas (umidade relativa maior que 50%) foi registrada manualmente em cada casa de sombra em 20 ocasiões, separadamente, usando um medidor portátil (Modelo TH-1; Amprobe, Everett, WA). Da mesma forma, a velocidade do vento durante condições de tempo ventoso (velocidade do vento superior a 3 m·s−1) foi registrada no interior das casas de sombra utilizando um anemômetro portátil (Modelo 48020; Celestron LLC, Torrance, CA). Todas as leituras das condições ambientais foram realizadas simultaneamente nas casas de sombra e nos blocos de controle descobertos. Quando aplicável, os tratamentos foram comparados através de uma análise unidirecional da variação e das médias separadamente, utilizando o teste HSD (Honestly–significant–difference) de Tukey com P < 0.05 (SAS, 2008).

Resultados e Discussão

Radiação fotossinteticamente ativa (FAR)

Todas as malhas/redes de sombra reduziram o PAR em comparação com as áreas não cobertas, mas houve diferenças entre as cores. Os valores PAR observados (μmol·m−2·s−1) reduziram, em sua maioria, sob as malhas/redes pretas e ainda menos sob as vermelhas, com as malhas/redes azuis e cor areia os valores foram médios (Fig. 2). Os valores calculados, de sombra fotossintética, foram os seguintes: malha/rede preta (de 55% a 60%), azul (de 51% a 57%), areia (de 52% a 54%) e vermelha (de 41% a 51%), dependendo da estação. Estes resultados são consistentes com os estudos anteriores onde o PAR foi reduzido em menos de 70% com a rede vermelha em comparação com 70% da preta ou 70% da azul em estruturas não replicadas (Stamps e Chandler, 2008). O elevado PAR na malha/rede vermelha pode ser considerado um artefato do processo de fabricação, implicando que os fatores de sombra nominais não determinam necessariamente o PAR real. Os dados mostram que, embora o PAR transmitido possa ser suficiente para o crescimento da planta sob a malha/rede durante os meses de primavera e verão, os valores inferiores obtidos durante o final do outono e inverno podem ser uma limitação para certas plantas ornamentais (Baloch et al., 2009; Fletcher et al., 2005).

grafica radiacion fotosintética mallas sombras
Fig. 2. A radiação fotossinteticamente ativa (PAR) medida ao meio-dia (μmol·m−2·s−1, de 400 a 700 nm) sob malhas/redes fotosseletivas (vermelha e azul) e de cor neutra (preta e areia). Os dados ± SEM derivam das quatro casas de sombra.

Qualidade da luz

A análise espectral de alguns meses representativos revela diferenças entre as malhas/redes (por exemplo, proporção de PAR na azul, verde, vermelha e FR espectros) (Fig. 3). As malhas/redes azuis transmitiam picos característicos no azul (de 450 a 495 nm) e também infravermelhos FR/próximos acima dos 750 nm. A malha/rede vermelha teve um pico menor ≈400 nm e uma transmissão maior acima dos 600 nm. As malhas/redes areia transmitiram mais luz, acima dos 400 nm em relação às pretas, mas, além disso, a composição espectral na faixa visível não é alterada em comparação com as malhas/redes pretas. Não foram registradas claras tendências sazonais na eficiência da transmissão dos picos espectrais nem da transmitância das malhas/redes pretas e areia na faixa PAR (nenhum dado é exibido).

grafica transmitancia de la radiacion
Fig. 3. Os espectros de transmitância da radiação solar medidos sob as malhas/redes fotosseletivas (vermelho e azul) e de cor neutra (preto e areia) durante as diferentes estações: Janeiro (A), Abril (B), Julho (C) e Outubro (D). Os dados são a proporção da radiação (μmol·m−2·s−1) registrada no interior e no exterior da casa de sombra. Os dados foram registrados ao meio-dia e são uma média das quatro casas de sombra.

O efeito da qualidade da luz sobre as plantas é complexo, dado que envolve a ação combinada de vários sistemas fotorreceptores com diferentes picos de absorção de comprimento de onda (Smith, 2000). As plantas superiores possuem receptores de luz azul, verde e ultravioleta (fototropinas e criptocromos) y receptores R/FR (fitocromos). Diferentes fotorreceptores podem induzir diferentes respostas morfológicas e fisiológicas que permitem a adaptação a diferentes condições ambientais (Lee et al., 2000; Schuerger et al., 1997; Stuefer e Huber, 1998). Por exemplo, vários estudos mostram que a luz azul intensificada pode incrementar a compacidade da planta, que um pouco de luz azul é necessário para o crescimento e desenvolvimento normal, e que os efeitos da luz azul são dependentes da espécie (Cope e Bugbee, 2013). Também foi formulado que as plantas respondem à quantidade absoluta da luz azul em vez da quantidade relativa de luz azul na faixa do espectro com atividade fotossintética (Yorio et al., 1998, Cope e Bugbee, 2013). Nossos dados mostraram que as redes azuis aumentaram a intensidade da luz entre 400 e 500 nm, isto é 34% a 44% acima das outras malhas/redes, dependendo da estação, e ainda mais na faixa de 450- 500-nm (Figs. 3 y 4A). A manipulação da relação vermelho/vermelho remoto – R/FR – foi proposta como uma maneira de modificar as colheitas/culturas na horticultura. Por exemplo, rácios altos R/FR induzem respostas fisiológicas benéficas, especialmente notável é o fato de que eles reduziram o comprimento do caule e aumentaram a compacidade da planta (Fletcher et al., 2005; Mata e Botto, 2009; Rajapakse e Kelly, 1992). Pelo contrário, rácios baixos R/FR podem causar características menos desejáveis, tais como o alargamento do caule, a potenciação da dominância apical e a redução da ramificação (Smith e Whitelam, 1997). Em nosso estudo, nenhuma malha/rede teve rácios R/FR significativamente maiores que o ambiente (próximos de 1), em particular as malhas/redes azuis tiveram o menor rácio R/FR de ≈0.8 (Fig. 4B). As malhas/redes vermelhas e areia reduziram estatisticamente o rácio R/FR durante o outono-inverno e o verão-outono, respectivamente, e aqui o rácio R/FR das malhas/redes pretas nunca foram diferentes do ambiente. Este resultado contrasta com o de TOren-Shamir et al. (2001), que relatou que os rácios de luz transmitida através de malhas/redes azuis eram os mesmos que a luz natural, enquanto que os R/FR sob as malhas/redes vermelhas eram ligeiramente inferiores, e no caso da malha/rede de cor verde foram significativamente inferiores que a luz natural. A redução de rácios R/FR está associada à densidade da vegetação e à resposta da planta denominada “síndrome de sombra-evitação.” Os valores reduzidos de R/FR, encontrados sob as malhas/redes azuis nos nossos estudos, não foram considerados elevados o suficiente para causar a “síndrome de sombra-evitação” na maioria das plantas (Franklin e Whitelam, 2005).

tabla comparativo espectros de longitudes de onda malla sombra
Fig. 4. Tabela comparativa dos espectros de comprimentos de onda entre malhas/redes de sombreamento. Os dados foram medidos ao meio-dia em dias claros, em conjunto com ultravioleta-B, 280 a 320 nm (A), ultravioleta-A, 320 a 400 nm (B), azul, 400 a 500 nm (C) e vermelho/vermelho remoto, 600 a 700/700 a 800 nm (D). É compreendida uma média ± SEM proveniente das quatro casas de sombra; as letras significam diferenças entre malhas/redes em um mês específico (P < 0.05, Test de Tukey).

Vários estudos também indicam que a luz na faixa ultravioleta desempenha um papel importante nas defesas das plantas. Por exemplo, os raios ultravioleta naturais ou atenuados (especialmente o ultravioleta-B) ajudam a proteger as plantas de patógenos herbívoros e microbianos, provavelmente através da produção de compostos fenólicos e/ou antioxidantes (Ballaré et al., 2012; Wei et al., 2013). Todas as malhas/redes de sombra reduziram a intensidade da luz entre 280 e 400 nm comparado com as condições ambientais, mas houve diferenças entre as cores das malhas/redes (Fig. 4C and D). Tanto os ultravioleta-B como os ultravioleta-A foram reduzidos, principalmente pelas malhas/redes de cor areia e menos pelas malhas/redes de cor vermelha. Em todos os casos, proporcionalmente, foram encontradas mais ultravioleta-A comparada com a B. Também se verificou que valores baixos de R/FR (i.e., menos de 1, típico de locais mais fechados) podem levar à redução da defensa da planta contra insetos herbívoros, por exemplo através da ativação do fitocromo B, que regula as hormonas de defesa (Moreno et al., 2009).

Outros efeitos ambientais.

Nossos dados mostram que as malhas/redes de sombreamento afetam as variáveis ambientais, além da radiação. A temperatura e a umidade relativa têm um impacto no crescimento e na fisiologia da planta, incluindo o desenvolvimento de doenças de várias maneiras (Grantz, 1990; Went, 1953). Em nossos estudos, a média diária das temperaturas foi maior no interior das casas de sombra com malhas/redes coloridas que com malhas/redes pretas ou que o ambiente (Fig. 5). As temperaturas mais altas foram registradas sob a malha/rede vermelha (de 1,9 a 3,7 °C a mais que com a preta. As malhas/redes pretas se mostraram mais frescas em relação ao ambiente, reportando uma média de 0,4 °C (de 0,1 a 0,9 °C) abaixo das temperaturas máximas diárias. As de cor azul e areia registraram temperaturas similares (em média 0,2 °C mais quente que a azul), e intermédias entre a vermelha e preta. A velocidade do vento foi diferente sob as malhas/redes de sombra (F4,99 = 182,1, P < 0,0001), com a vermelha, azul e areia proporcionando maior resistência que as pretas (Fig. 6). Dado que as malhas coloridas contêm fios que são parcialmente transparentes, é necessário um número maior de fios para criar o mesmo fator de sombra em relação às malhas/redes pretas, o qual implica furos menores e uma superfície aberta menor em comparação com as tradicionais redes pretas (Fig. 1). As diferenças nos tamanhos dos furos foram suficientes para influenciar a velocidade do vento (e também na temperatura), enquanto que os valores referentes à umidade relativa, que permaneceram ± 1% das condições ambientais dentro das casas de sombra, não foram estatisticamente afetados (F4,99 = 0,01, P = 0,99). Apesar das diferenças na porosidade relativa, as medidas da massa da malha/rede por unidade de superfície (n = 5) foram semelhantes entre as várias cores, por exemplo, 101 g·m−2 (arena), 99 g·m−2 (negra), y 95 g·m−2 (vermelha e azul).

grafica temperaturas maximas diarias malla sombra
Fig. 5. As temperaturas máximas diárias (°C) registradas no interior e exterior das casas de sombra. Os dados são uma média ± SEM dos dados provenientes das quatro casas de sombra a cada mês.
grafica registro velocidad de viento malla sombra
Fig. 6. A velocidade do vento registrada dentro e fora das casas de sombra onde as condições ambientais são maiores que 3 m·s−1. Os dados são uma média ± SEM de 20 réplicas (quatro estruturas por réplica). As letras significam as diferenças entre as malhas/redes (P < 0,05, teste de Tukey).

A aplicação de malhas/redes fotosseletivas

As malhas/redes de sombreamento são muito utilizadas no desenvolvimento de plantas ornamentais. Os dados mais recentes (2011) mostram que 43% da produção em floricultura nos Estados Unidos é feita sob uma malha/rede de sombra ou outro tipo de cobertura temporária (USDA/NASS, 2013). Com os métodos modernos de tecelagem massiva, esperamos que as malhas/redes fotosseletivas sejam ainda mais utilizadas. As estruturas de sombra construídas em treliças são econômicas em comparação com as de vidro ou de película plástica, dado que estas requerem uma construção mais robusta e sistemas adicionais de controle climático. Embora as malhas/redes pretas sejam as mais utilizadas, os agricultores estão aplicando malhas/redes dispersivas de cor, cinza e branco com o fim de influenciar o vigor, a redução do tamanho, a ramificação, a variação da folhagem e o tempo de fluorescência (Leite et al., 2008; Oren-Shamir et al., 2000; Stamps, 2009). O uso de malhas/redes coloridas também pode substituir aplicações de reguladores de crescimento ou práticas de poda do tipo químico. O entrançado mais fechado das malhas/redes coloridas pode fornecer proteção adicional contra o vento, granizo e animais. Nosso estudo documenta as diferentes modificações ambientais dentro das estruturas cobertas com malhas/redes pretas ou coloridas, que ajudam a prever ou interpretar respostas específicas das plantas. Em qualquer caso, uma revisão da literatura também sugere que as respostas de diferentes espécies de plantas, às condições de luz modificadas, são frequentemente variáveis. São necessárias mais informações sobre como esta tecnologia é mais útil para as necessidades da floricultura.

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