Comparación de la transmisión de la radiación

Horticultura Argentina 26(60): Ene.-Jun. 200710

HORTICULTURA

RESUMEN

Comparación de la transmisión de la radiación fotosintéticamente activa (PAR) en invernaderos del norte de la Patagonia

N. Iglesias y A. Muñoz

EEA Alto Valle INTA . CC 782 (8332) General Roca, Río Negro, Argentina. [email protected]

Recibido: 07/12/05 Aceptado: 26/07/07

Iglesias, N. y Muñoz, A. 2007. Comparación de la transmisión de la radiación fotosintéticamente activa (PAR) en invernaderos del norte de la Patagonia. Horticultura Argentina 26(60): 10-16

La transmisión de la radiación fotosintéticamente activa (PAR) es esencial para el crecimiento de los cultivos bajo cubierta. Las características constructivas tales como: materiales de cubierta, ángulo del techo y ángulo de incidencia del sol (q) afectan la transmitancia de la radiación global en un invernadero.Este trabajo tuvo como objetivo comparar la transmitancia de la radiación PAR en distintos tipos de invernaderos con techos curvo y planos, ubicados en el Alto Valle de Río Negro.Se calculó la transmitancia de la radiación PAR durante el mediodía solar en tres invernaderos metálicos: multitúnel de

techo semiparabólico con cubierta simple (SPM), triple capilla con cubierta simple (TCS) y triple capilla con cubierta doble (TCD).Para ángulos q resultantes (entre 16,2º y 19,8º ) no se observaron diferencias significativas de transmitancia con respecto a la forma del techo (SPM: 75,9 %; TCS: 75,5 %), mientras que la doble cubierta de techo (TCD) significó una transmitancia de la radiación PAR significativamente menor (17 %), con respecto al mismo tipo de invernadero pero de cubierta simple. En ninguno de los invernaderos fueron observadas variaciones de la transmitancia en diferentes puntos interiores.

Palabras clave adicionales: estructuras, cubiertas plásticas, transmitancia PAR.

ABSTRACT

Iglesias, N. y Muñoz, A. 2007. Comparison of the transmission of photosynthetically active radiation (PAR) in greenhouses of northern Patagonia. Horticultura Argentina 26(60):10-16

Photosynthetically active radiation (PAR) transmission is a key issue in order to manage the environmental conditions in a greenhouse. Construction, cover materials, roof angle, and angle of incidence (q) have an important role in global greenhouse transmittance. The aim of this work was to evaluate the transmittance of PAR radiation during the 2003 growing season, in different greenhouses with arch and flat roofs in the Alto Valle de Río Negro. The transmittance of PAR radiation was registered at noon in three metallic greenhouses:

arch roof of simple cover (SMP), multispan of simple cover (TCS) and multispan of double cover (TCD). No statistical differences in transmittance were found for angles q between 16.2º and 19.9º among the different greenhouses (SPM: 75.9 %; TCS: 75.5 %). On the other hand, the double cover transmittance was statistically lower (16-17% less) than the single cover. Moreover, no differences were found among E-W or N-S orientation of the greenhouses, suggesting that spatial distribution of light is uniform, not affecting the photosynthetic process of the crop.

Additional keywords: greenhouses structures, plastic covers, PAR transmittance

INTRODUCCIÓN

La transmisión de la radiación al interior del invernadero ha tenido fundamental atención en trabajos sobre estructuras para forzado de cultivos (7, 8, 15, 16, 30).

La radiación global transmitida dentro del invernadero ha sido definida como “transmisividad global del invernadero” (29). Cuando la misma no alcanza valores óptimos (19, 20), la productividad de los cultivos exigentes en luz puede verse limitada (9, 19). Estos valores dependen de distintos factores, entre ellos: las condiciones climáticas (24), la posición del sol con respecto al lugar considerado (6, 24), la geometría de la cubierta del invernadero (4, 10, 24, 28), la orientación del invernadero (4, 27, 28), el material de las cubiertas (18, 24, 26), elementos que componen la estructura (2, 4, 11, 18, 26), y la

presencia de condensación (16, 23, 24, 25, 26), entre otros, los cuales pueden limitar la radiación dentro del invernadero.

La transmisividad global del invernadero, en días despejados, debe integrarse como valor medio en todo el invernadero debido a la variabilidad de la radiación incidente en los diversos sectores del invernadero en días despejados cuando predomina la radiación directa (4, 8). Por otro lado, en condiciones de nubosidad, la radiación se distribuye en forma más homogénea dentro del invernadero (3).

La radiación solar comprendida entre las longitudes de onda de 400-700 nm, denominada radiación fotosintéticamente activa (PAR según las siglas en inglés) al ser responsable del proceso de fotosíntesis de las plantas.

Altos valores de transmisión de radiación PAR son importantes para la fotosíntesis, hasta umbrales de

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saturación a partir de los cuales, nuevos incrementos de la radiación no se traducen en aumentos en la tasa fotosintética de las plantas. En invernaderos con óptimo control de condiciones de clima, se logran incrementos del 1 % de la tasa de fotosíntesis neta para incrementos de radiación del 1 % (9, 19).

Los componentes de la estructura intervienen de distinta manera en la distribución de la luz dentro del invernadero La radiación solar transmitida al interior del invernadero está relacionada tanto a la orientación como a la pendiente de la cubierta los cuales definen el ángulo de incidencia de la radiación sobre la cubierta (ángulo θ) (14, 22). Algunos autores (8, 17) han observado que la transmitancia es menor en invernaderos acoplados lateralmente con respecto a los individuales debido al sombreo entre los módulos que ocurre en el primer caso, sobre todo cuando las pendientes son altas.

Trabajos realizados en Argentina, en la ciudad de Santa Fe (31º 25’ S), evaluando la transmitancia de invernaderos existentes en la zona, determinaron que las estructuras orientadas E-O mostraron valores 6,7 % más altos que los ubicados N-S y que el doble techo utilizado como técnica de ahorro de pérdida de calor significó una reducción del 8,5 % de la luz transmitida (5). Los mismos autores registraron mayor uniformidad en la luz transmitida en el sentido transversal de los invernaderos de las estructuras metálicas de techo curvo frente a estructuras de madera de techo capilla, adjudicando la pérdida a mayor efecto de sombreo por mayor cantidad de elementos estructurales en los invernaderos de madera.

Existe una dependencia estacional en la proporción de radiación PAR con respecto a la radiación solar. Los valores más altos ocurren durante el verano mientras que en invierno estos valores son menores y más variables (1, 13).

Por otro lado, el efecto de la forma del techo con respecto a la transmisión de la radiación solar ha sido también tema de investigación. Se ha comparado la transmisión de luz de invernaderos de techos curvos frente a techos planos, concluyendo que, para un mismo ángulo de pendiente de la cuerda del curvo frente al ángulo del techo en capilla, no se evidencian diferencias en la luz transmitida salvo la debida a miembros constructivos de la estructura (12).

El presente trabajo tuvo como objetivo comparar la transmitancia de la radiación fotosintéticamente activa, durante algunos días, para distintos tipos de invernaderos con techos curvo y planos, utilizados en el norte de la Patagonia.

MATERIALES Y MÉTODOS

Para medir la radiación PAR se emplearon dos ceptómetro (Cavadevice), con sensores cuánticos que integran el flujo de fotones recibidos en un metro lineal (µmol·m-2·s-1). Se efectuaron mediciones de la radiación fotosintéticamente activa (PAR) en el exterior e interior de invernaderos que diferían en la forma de techo y en la presencia de cubierta simple o doble.

Se calculó la transmitancia (t) a partir de t = PAR INT / PAR EXT. Donde t es la transmitancia PAR (%); PAR INT y PAR EXT (µmol·m-2·s-1) son las radiaciones PAR del interior y del exterior medidas, respectivamente.

Los tipos de invernaderos utilizados fueron: 1) Triple Capilla con techo Simple (TCS), con una estructura metálica de hierro con tres módulos de 6,00 metros de ancho cada uno acoplados lateralmente, cuya altura al canalón fue de 2,10 metros y a la cumbrera de 3,30 metros (Figura 1); 2) Semi Parabólico Múltiple de techo simple (SPM), con una estructura metálica de

Figura 1. Detalle de una imagen frontal del invernadero triple capilla de techo simple (TCS)



caño compuesta por 4 módulos de 6 metros de ancho cada uno y acoplados lateralmente y una altura al canalón de 2,10 metros y a la cumbrera 3,30 metros (Figura 2); y 3) Triple Capilla con techo Doble (TCD) con una estructura metálica de 3 módulos de 6,5 metros de ancho cada uno y una altura de 2,50 metros al canalón y 3,80 metros a la cumbrera (Figura 3). Este invernadero presenta un doble techo constituido por una lámina de polietileno cristal de 50 µm de espesor colocado a 0,10 m de la cubierta principal.

Los datos de radiación PAR se obtuvieron mediante mediciones realizadas a 1,5 m de altura del piso, tanto en el exterior como en el interior de los invernaderos. En el interior se hicieron lecturas sobre 7 líneas transversales a las lumbreras de los invernaderos y distanciadas a 3 m entre sí. Sobre cada línea se realizaron lecturas de la radiación PAR distanciadas 1

metro entre sí. En el exterior de los invernaderos las mediciones fueron realizadas al mismo tiempo que en el interior y en el mismo sentido del desplazamiento situándose en cada caso frente a cada línea de lectura.

Las mediciones se realizaron los días 15, 16 y 24 de octubre de 2004, durante el mediodía solar en invernaderos con cultivo de tomate en estado de antesis de 3º y 4º estrato floral. Los datos almacenados fueron analizados estadísticamente con el programa SAS comparándose las medias mediante el test LSD (0,05).

Los invernaderos estaban cubiertos con polietileno de larga duración térmico coextruído en triple capa (LDTX). Todos los invernaderos en los cuales se realizaron las mediciones estaban orientados en el sentido de la cumbrera E-O con mismo ángulo de inserción del techo (21,8º).

Figura 2. Detalle de una imagen del invernadero semi parabólico de techo simple (SPM)

Figura 3. Detalle de una imagen del invernadero triple capilla de techo doble (TCD)



RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En condiciones de alta radiación externa y sin nubosidad no se detectaron diferencias significativas en la transmitancia de la radiación PAR entre un invernadero metálico de techo multicapilla y uno metálico múltiple de techo semiparabólico, para similares ángulo de inclinación del techo, coincidiendo con los resultados obtenidos por otros autores (12).

Las mediciones realizadas no presentaron diferencias estadísticas significativas (P < 0,05) en los valores calculados de transmitancia PAR entre los invernaderos de techo simple (Tabla 1). Estos valores de transmitancia son superiores a los obtenidos en Santa Fe (Argentina), lugar en el cual los valores registrados fueron inferiores al 70 % en evaluaciones realizadas (5) durante el mes de agosto, momento en el cual con ángulo θ resultante es mayor al de las experiencias del presente trabajo.

La radiación PAR medida en los sectores sur y norte de cada módulo no resultaron estadísticamente diferentes (P < 0,05) entre SPM y TCS (Figura 4). Es probable que los elementos estructurales ejerzan algún tipo de interferencia en la transmisión de la luz dentro del invernadero, aunque en octubre, debido al ángulo de altitud solar, este efecto sería menor a lo esperable durante el invierno (11). Al evaluar la trasnmitancia en

el sentido N-S, tampoco se detectaron diferencias en los valores medios de la transmitancia PAR calculada en invernaderos SPM y TCS (Tabla 1).

Considerando el ángulo medio de incidencia de la radiación solar, estos valores de transmisividad global (29) de radiación PAR calculados aquí son inferiores a los valores de transmitancia de la radiación solar directa registrados en diferentes materiales para cobertura de invernaderos comunmente usados en el sur de España (24). Además de estar considerándose en este trabajo la transmitancia de un espectro más reducido de la radiación solar, es probable que incidan otros factores como: propiedades de los materiales de cubierta (18, 24, 26), elementos estructurales (2, 4, 11, 18, 26) o características propias del diseño de los invernaderos (4, 11, 24, 28).

Lecturas realizadas en el cuerpo central del TCD no mostraron diferencias significativas (P < 0,05) en la transmitancia PAR entre las mitades norte y sur (Figura 5). La radiación PAR transmitida en la proyección de la cara sur fue, en promedio, 3 % menor respecto a la cara norte, esta reducción es similar a la registrada en los invernaderos de cubierta simple, por lo cual se puede inferir que el empleo de doble cubierta no afecta la distribución de radiación PAR dentro del invernadero. Por otro lado, no se observaron diferencias en la radiación transmitida por

Tabla 1. Transmitancia de radiación PAR para las naves de dos tipos de invernaderos del norte de la Patagonia

Valores con igual letra no difieren estadísticamente (LSD 0,05), letras en mayúscula comparan tipo de estructura, en minúscula comparan naves del invernadero

0,770,78 0,730,74

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

TCS SPM

Tran

smita

ncia

norte sur

Aa Aa Aa Aa

Figura 4. Transmitancia en la proyección de la cara norte y sur de los invernaderos de techo simple en plena primavera. Columnas con igual letra no difieren significativamente (LSD 0,05), mayúsculas para comparar invernaderos y minúsculas para comparar proyección de las caras del invernadero

0,61 0,58

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

Tran

smita

ncia

norte sur

a a

Figura 5. Transmitancia de la radiación PAR en la proyección de las caras de un invernadero triple capilla de doble techo en primavera. Columnas con igual letra no difieren significativamente (LSD 0,05)


Tipo de estructuraSPMTCS

10,757 aA0,759 aA

20,753 aA0,758 aA

30,755 aA0,761 aA

40,754 a

Transmitancia0,755 A0,759 A

Naves


los tres cuerpos del invernadero, en el sentido norte-sur (0,59, 0,58 y 0,60, para el primer, segundo y tercer cuerpo, respectivamente).

En general, los valores de transmitancia de radiación PAR obtenidos no difieren con el rango de valores de radiación global observados en experiencias realizadas en un invernadero de vidrio tipo Venlo (21). Las lecturas mostraron diferencias significativas (LSD 0,05) de la transmisión de radiación PAR entre el invernadero con doble techo (TCD) con respecto al de cubierta simple (TCS) manifestándose una reducción de la luz transmitida del 17 %, como consecuencia fundamental de la doble cubierta (Figura 6). El empleo del doble techo, por su lado, durante los meses de mayor condensación de humedad permite disminuir la presencia de la misma, lo cual significaría un aporte positivo en cuanto a evitar pérdidas de transmisión de luz por condensación de humedad (26, 27).

Los valores de radiación PAR externa oscilaron entre 1.700 µmol·m-2·s-1 y 1.818 µmol·m-2·s-1 en el momento de las lecturas, significando valores promedios de radiación PAR transmitida de 1.022,27 µmol·s-1 en TCD y 1.326,65 y 1.327,40 y 1.344,46 µmol·s-1 en TCS y SPM, respectivamente. Estos valores de radiación PAR dentro de los invernaderos comparados son similares a los reportados en experiencias realizadas en una estructura de doble arco con cubierta de polietileno (23) no alcanzando los niveles de saturación fotosintética para un cultivo de tomate (19). Si se considera que los estratos inferiores de las plantas de tomate reciben menos luz que los superiores, podría deducirse de aquí que aquellas condiciones que mejoran la transmisión de la radiación como por ejemplo un aumento en la pendiente del techo (2, 8, 10) significaría un aumento en la productividad del cultivo.

Los resultados aquí obtenidos difieren con los resultados obtenidos por otros autores (5) con respecto a la mayor transmitancia en invernaderos de techo semiparabólico frente a los de techos en capilla, sin embargo el tipo de estructura por ellos evaluada podría haber determinado las diferencias que no se manifiestan en los resultados aquí expuestos. Mientras los autores compararon invernaderos de techo curvo de estructura metálica frente a invernaderos multicapilla de estructura de madera, aquí se ha trabajado con estructuras que no difieren demasiado en el ancho y disposición de los elementos verticales ni en los sostenes del techo, variando sólo en forma notoria el tipo de techo. Por otra parte los autores mencionan una mejor uniformidad en la distribución espacial de la luz en los invernaderos de techo curvo, diferencias no detectadas en las evaluaciones aquí presentadas.

Considerando trabajos realizados por autores españoles (8, 25), se puede afirmar que, si se toma en cuenta la simetría de los techos, los diseños de invernaderos del norte de la Patagonia serían adecuados a las condiciones de clima de la región. Sin embargo, la transmitancia de la radiación podría incrementarse aumentando el ángulo de inclinación del techo, sobre todo en períodos de bajo ángulo de elevación solar (8) considerando algunas alternativas de adaptación de las estructuras para permitir aumentar la transmitancia. Una de ellas sería elevar la altura central de las estructuras que posibilite ángulos de inserción del techo cercanos a 30º (7). Otra alternativa posible (o la combinación de ambas) es el empleo del doble techo interno móvil de tal manera que pudiesen desplegarse durante la noche y replegarse durante el día, para lo cual habría que readaptarse las estructuras que en la actualidad mantienen fija la doble cubierta interna.

0,76

0,59

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

TCS TCD

Tran

smita

ncia

(%)

a

b

Figura 6. Transmitancia de radiación PAR en distintos invernaderos en primavera. Columnas con igual letra no difieren significativamente (LSD 0,05)



CONCLUSIONES

Para invernaderos metálicos con similares características de construcción y con orientación de cumbrera en el sentido E-O no se observaron diferencias en los valores de transmitancia PAR entre TCS y SPM.

Los valores medios de transmitancia PAR para TCD presentaron una disminución del 17 % con respecto a TCS, atribuible a la presencia del doble techo.

Estos resultados muestran el comportamiento de las estructuras características de la región norpatagónica en cuanto a la transmisión global de radiación PAR. Considerando las particularidades de la región como por ejemplo latitud, intensidad de la radiación solar, heliofanía, etc., sería importante repetir experiencias similares en latitudes mayores en las cuales se realizan cultivos bajo cubierta.

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