Luz artificial para plantas: la influencia de la iluminación en el proceso de crecimiento

La luz solar y luz LED para plantas

Todas las plantas que habitan en la superficie de la tierra dependen de la energía del sol para germinar, crecer y dar frutos. El sol emite radiaciones con longitudes de onda comprendidas entre los 280 y los 2800 nm. Esta radiación se descompone en tres regiones: ultravioleta (100 a 380 nm), visible (380 a 780 nm) e infrarroja (700 a 3000 nm).

La radiación que los seres humanos empleamos para ver y para regular nuestro reloj biológico es la que se conoce como “radiación visible». Las plantas, como seres vivos que son, también necesitan de la luz como uno de los ingredientes fundamentales para su subsistencia. Es en su presencia cuando se lleva a cabo la fotosíntesis, un proceso en el que absorben CO₂ y agua, transformándolos en carbohidratos, y liberando oxígeno.

Al igual que nosotros “vemos” de una forma particular esa radiación, las plantas tienen también su particular forma de “ver” la luz. Realizan la fotosíntesis cuando reciben radiaciones con longitudes de onda comprendidas entre los 400 y 700 nm, lo que se conoce como radiación fotosintéticamente activa (RFA, en inglés)

La clorofila, el pigmento verde de las hojas que es responsable de absorber la energía de la RFA, reacciona principalmente a la luz roja y a la luz azul. Las hojas absorben poco verde y lo reflejan de vuelta, motivo por el que vemos las hojas de ese color.

Medición de la luz en relación con las plantas

Es importante destacar que las magnitudes luminosas que se emplean en proyectos lumínicos tradicionales no pueden usarse en la iluminación para cultivos. El flujo luminoso medido en lúmenes, la intensidad luminosa medida en candelas (cd), la iluminancia (lux) o la luminancia (cd/m²) están referidas a la visión humana.

Las plantas no tienen la misma sensibilidad que el ojo humano, es por ello que no pueden emplearse las magnitudes “clásicas”. Por lo tanto, cuando hablamos de luz y plantas, lo que nos interesa es saber cuántos fotones vamos a suministrar para que se hallen en sus condiciones energéticas óptimas. Los botánicos han acordado que la medida sea el micromol de fotones (mmol).

Igual que sucede con el flujo luminoso, con los micromoles de fotones podemos medir el flujo o su densidad. La densidad, al ser una medida que viene dada por metro cuadrado y por segundo, la cantidad dependerá de la distancia a la que se coloque la fuente de luz de la planta y de la distribución lumínica de la luminaria. En este sentido, los micromoles de fotones se comportan como los luxes. Cuanto más cerca de la planta, más micromoles de fotones por unidad de superficie iluminada recibirá.

Así pues, la unidad de medida de la luz para las plantas es el micromol de fotones en un segundo por metro cuadrado (µmol·s^-1·m²).

Necesidades de iluminación de las plantas en función de la etapa de desarrollo

La evolución tecnológica que ha experimentado la iluminación artificial con la llegada del LED y los controles electrónicos, ha permitido crear unos ambientes lumínicos adecuados para poder cultivar plantas casi en cualquier condición. La posibilidad de regular la cantidad de luz, la distribución del flujo luminoso, el color y el espectro, permiten adaptar y potenciar las diferentes fases que necesitan las plantas para crecer y desarrollarse.

Hay ciertos aspectos que debemos verificar para garantizar el ambiente adecuado, ya que el tipo de luz suministrada en cultivos controlados puede modificar el crecimiento y la calidad de los mismos. Por ello, el sistema de iluminación elegido debe proveer unas condiciones que tengan en cuenta los siguientes aspectos:

• Nivel de iluminación

Debe garantizarse la cantidad de luz adecuada al tipo de cultivo y a la fase de crecimiento en que se encuentra la planta.

• Uniformidad

La distribución de luz debe ser uniforme, de forma que la luz se distribuya por igual en toda el área cultivada. Se consigue con una elección correcta de la fotometría y distribución.

• Distribución espectral

En función de la fase de crecimiento en que se encuentra la planta debe proporcionarse la radiación adecuada, de forma que se garantice que recibe la luz con las características necesarias para potenciar el crecimiento, tal y como se ha descrito anteriormente.

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Sistemas de iluminación para cultivos

Por lo tanto, cuando nos planteamos la conveniencia de una fuente de luz o de otra, la pregunta que debemos hacernos es: ¿Qué fuente de luz proporciona los micromoles de fotones que mi planta necesita? La respuesta es complicada, pues dependerá del ajuste de la luminaria de determinados vatios de potencia a una altura determinada para cubrir el mayor número de plantas con el mínimo coste y la mayor uniformidad lumínica posible. Al no existir una respuesta estándar, se recomienda acudir a un técnico experto.

Otro de los aspectos a considerar es si se va a disponer de iluminación natural o va a iluminarse exclusivamente con luz artificial. Si se dispone de luz natural, la iluminación artificial actúa como refuerzo, mientras que si no se dispone de luz natural, toda la iluminación recae sobre la instalación artificial.

Veamos a continuación algunas recomendaciones para la iluminación de cultivos.

Necesidades de iluminación de las plantas en función de la fase de desarrollo

El desarrollo de casi todos los cultivos puede ser dividido en tres fases: Germinación, crecimiento rápido y floración. En cada una de estas fases, las plantas tienen requerimientos diferentes de luz, agua, espacio, tipo de atención y trabajos necesarios para mantenerlas vigorosas.

Fase de Germinación

Para plantas cultivadas a partir de semillas, la fase de establecimiento se define como la que comienza con la siembra de las semillas, pasando por la germinación, emergencia y desarrollo de las primeras hojas.

En esta fase, las plántulas precisan de luz azul para comenzar a germinar y brotar.  Si hay presencia de luz solar, reforzando ésta con luz azul (75%) y roja (25%), potenciaremos el proceso de la fotosíntesis.

Por otro lado, en caso de la no presencia de luz solar, la iluminación artificial debe tratar de emitir en toda la zona del espectro, pero teniendo en cuenta que se potencie en la misma proporción la luz azul (35%), roja (25%), roja lejana (25%) y blanca (4000K, CRI70, 15%).

Fase de crecimiento

En esta fase debe favorecerse el crecimiento rápido de la planta potenciando el proceso de la fotosíntesis. Si hay aportación de luz natural, las recomendaciones para estimular esta fase serían aportar luz roja (90%) y luz azul en menor medida. Si se ilumina únicamente con luz artificial, las proporciones recomendadas serían de luz blanca (4000K, CRI70, 80%) y luz roja (20%).

Fase de floración

En esta etapa, con luz solar debe potenciarse la luz roja (60%) y roja lejana (20%), con una cierta aportación de luz azul (20%), mientras que, si se emplea únicamente luz artificial, se recomienda luz blanca (4000K, CRI70, 60%), rojo (20%) y rojo lejano (20%)

Fase de fructificación

Cuando haya luz solar la recomendación es la de aportar luz blanca (4000K, CRI70, 20%), luz roja (70%) y roja lejana (10%). Empleando únicamente luz artificial, la recomendación es emplear luz blanca (4000K, CRI70, 60%), luz roja (30%) y roja lejana (10%).

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Tipo de instalaciones de cultivo

En función del tipo de planta, del espacio disponible y de la fase que se desee potenciar, podemos encontrar diversos tipos de cultivos:

• Semilleros: Es un espacio preparado y acondicionado especialmente para colocar las semillas con la finalidad de producir su germinación en las mejores condiciones, de modo que pueda crecer sin dificultad hasta que la planta esté lista para el trasplante.
• Jardines verticales: Son muros vegetales que pueden utilizarse en distintas construcciones, tanto interiores como exteriores, y surgen como un nuevo concepto que reverdece paredes maximizando el uso del bien más escaso en la ciudad: el espacio.
• Invernadero: Es un lugar cerrado y accesible a pie que se destina al cultivo de plantas, tanto decorativas como hortícolas, para protegerlas del exceso de frío en ciertas épocas del año. Habitualmente está dotado de una cubierta exterior translúcida de vidrio de plástico, que permite el control de la temperatura, la humedad y otros factores ambientales.
• Plantas de interior: Se emplean como elemento decorativo, ayudan a purificar el aire y crean una atmósfera relajante, consiguiendo que los espacios sean más bonitos y acogedores.

Aplicaciones de iluminación para el cultivo

• Iluminación cenital (Top lighting): Consiste en iluminar las plantas desde arriba, de forma similar a cómo lo hace el sol. El objetivo es complementar la luz natural para optimizar el crecimiento en los invernaderos.
• Inter lighting: Es un sistema de iluminación complementario a la luz natural consistente en disponer la luz artificial entre la planta y las hojas, de forma que se impida que aparezcan sombras que dificulten el crecimiento óptimo.
• Granjas verticales: Las plantas se disponen en capas verticales, una encima de la otra, con el objetivo de optimizar el espacio. El sistema de iluminación se dispone dentro de cada capa, a una distancia pequeña del cultivo, por lo que es importante que no genere calor. Por otro lado, debe garantizarse una elevada uniformidad en la distribución de la iluminación sobre la superficie cultivada, de forma que todas las plantas crezcan uniformemente.

Efectos de las radiaciones sobre las plantas

En general, las diversas radiaciones tienen diferentes efectos sobre las plantas, por lo que es importante conocerlos a la hora de buscar las más idóneas en cada una de las fases del desarrollo.

• Radiación infrarroja: Estimula el crecimiento de las plantas, ralentiza la ramificación, promueve hojas grandes y delgadas, la floración y el establecimiento de la fruta.
• Luz ultravioleta: Reduce la velocidad de la fotosíntesis, disminuye el florecimiento y la polinización y afecta el desarrollo de las semillas. Aunque la exposición excesiva a la luz ultravioleta es peligrosa para la flora, pequeñas cantidades de luz UV pueden tener efectos beneficiosos. En muchos casos, la luz ultravioleta es un factor muy importante para los colores de las plantas, sabores y aromas.
• Luz azul: Esta radiación es responsable del crecimiento vegetativo y de las hojas. Es importante para las semillas y las plantas jóvenes porque ayuda a reducir el estiramiento de la planta. Estimula la fotosíntesis, mejora el ciclo de alimentación de la planta, aviva la clorofila y cloroplastos, abre las estomas y da a la planta una estructura compacta de hoja pequeña y gruesa.
• Luz roja: Este es otro punto crítico de absorción de la luz para las hojas. La luz roja es importante en la regulación del florecimiento y la producción de frutos. Además, ayuda a aumentar el diámetro del tallo y promueve la ramificación. Estimula la fotosíntesis, ralentiza el crecimiento de las plantas y genera una superficie de hoja más pequeña y gruesa.
• Luz roja lejana: Esta luz puede provocar la elongación de la planta y desencadena el florecimiento en los vegetales de días largos.
• Proporción rojo-rojo lejano: Cuando la proporción es baja provoca la elongación de la planta. En la naturaleza vemos este fenómeno cuando las plantas en sombra reciben una proporción mayor de luz roja lejana y tienden a crecer más altas para alcanzar más luz.

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