La radiación fotosíntéticamente activa (PAR) interceptada por los cultivos, como fuente de la fotosíntesis, es unos de los principales determinantes de la producción. En el invernadero este factor depende de:
- La radiación incidente, subordinada a la latitud y variable a lo largo del ciclo anual; el régimen de nubosidad, y la contaminación del aire.
- La transmisión de radiación a través de la cubierta es un parámetro sujeto a las variaciones de la posición solar que modifican el ángulo de incidencia de la radiación sobre la cubierta a lo largo del día y de la estación anual. La ade- cuación de la geometría de cubierta para mejorar el ángulo de incidencia de la radiación es una estrategia que permite el aprovechamiento de la radiación disponible. Los resultados de los estudios llevados a cabo sobre la orientación y ángulo de la cubierta del invernadero para optimizar la radiación incidente sobre los cultivos en la costa del mediterráneo han llevado a proponer a Soriano (2002) el prototipo con 27 ºC de pendiente en ambas vertientes de la cubierta (sur/norte) y la orientación este-oeste como los parámetros más adecuados para esta localización geográfica, en la propuesta se valora el coste de la construcción y las prestaciones. Cabrera (2010) ha caracterizado y modelizado las componentes directa y difusa de la radiación solar incidente y transmitida en los invernaderos de la zona.
La reducción de la transmisión de radiación debida a la acumulación progresiva de polvo, polen y suciedad repercute considerablemente más en climas secos de escasa pluviometría, siendo en estas áreas uno de los princi- pales factores de variación. También el envejecimiento del material de cubierta depende de las características del propio material y su deterioro se ve influido por las condiciones climáticas. La eventual condensación del vapor de agua, especialmente cuando el ángulo de cubierta es inferior a 30º y no favorece el deslizamiento de las gotas de agua también puede afectar a la reducción de la radiación transmitida, aunque este efecto puede ser contrarrestado parcialmente por su capacidad de difusión. Los elementos estructurales opacos y mallas anti- insecto que protegen las ventanas cenitales reducen la radiación que incide sobre el cultivo y contribuyen a incrementar su distribución heterogénea sobre el dosel vegetal.
Se ha avanzado en el desarrollo de materiales de cubierta de alta capacidad de difusión de la radiación. La radiación difusa es adireccional y genera mayor uniformidad espacial dentro del invernadero, algunos autores han descrito que el aumento de la fracción difusa aumenta la radiación absorbida por el culti- vo (Warren Wilson et al., 1992), la eficiencia en el uso de la radiación (RUE) (Cockshull et al., 1992) y la productividad del cultivo (Hemming et al., 2008). Sin embargo, cuando se compara la transmisión de radiación entre materiales transparentes y con alta capacidad de difusión, en general, el coeficiente de transmisión de la radiación es menor en los difusos, aunque se ha observado una mayor proporción en la reducción de la radiación global respecto a la PAR. Por otra parte, el análisis de cubiertas difusoras, mediante modelos que estiman la radiación absorbida por el dosel vegetal distribuido en líneas, predice que las cubiertas difusoras no presentan ventaja cuando el cultivo está espaciado y tiene un bajo LAI (Índice de Área Foliar) (Heuvelink y González-Real, 2007).
- La variación del marco de cultivo y de la densidad de planta en función del ciclo estacional, permite optimizar la intercepción de la radiación por el cultivo, así por ejemplo, un cultivo de tomate en Holanda se dispone a una densidad de 2,5 plantas. m2 y en verano habitualmente se incrementa la densidad de tallos hasta 3,75 tallos. m2 (Heuvelink et al., 2008).
- El índice de área foliar (Figura 1) y la estructura del dosel vegetal o distribución espacial de los órganos aéreos de la planta determinan la intercepción de ra- diación. Las hojas y demás órganos fotosintetizadores sirven como colectores de radiación e intercambiadores de gases, los tallos soportan estas estructuras de forma que el intercambio radiativo y convectivo tenga lugar con eficacia (Lorenzo, 1996).
La relación entre la intensidad de radiación PAR y la asimilación neta del dosel ve- getal en las especies de alta saturación lumínica, como las plantas hortícolas, indica que la fotosíntesis neta no llega a la saturación incluso a los niveles máximos de radiación que se pueden alcanzar al mediodía solar en un día despejado del solsticio de verano (1.400 mmol q m-2 s-1 en el interior del invernadero) (Lorenzo et al., 2003). Por tanto, para el cultivo protegido, la radiación es un factor limitante para el crecimiento y desarrollo de las plantas, particularmente durante el periodo próximo al solsticio de invierno.
Esto es así debido a que, aunque la fotosíntesis neta a nivel foliar alcanza la saturación a intensidades de radiación entre 1.200 y 1.400 mmol q m-2 s-1, la radiación se extingue a través del dosel vegetal, de forma que los niveles foliares inferiores reciben intensidades de radiación muy bajas y apenas contribuyen al balance global del carbono de la planta, por el contrario, la fracción superior del dosel vegetal absorbe un porcentaje alto de la radiación y es responsable en gran medida del crecimiento y desarrollo de la planta y de su mantenimiento (Figura 2).
Acock et al., 1978 estudiaron la contribución a la fotosíntesis de las hojas de diferente nivel foliar de un dosel de plantas de tomate y observaron que la conductancia a la transferencia de CO y la tasa de respiración de las hojas de la parte alta era aproximadamente 10 veces superior a aquellas situadas en la parte inferior.
La arquitectura del dosel vegetal y el coeficiente de extinción de la radiación (k) intervienen sobre la eficiencia de la intercepción de la radiación. El dosel vegetal de pepino y tomate tienen coeficientes de extinción alrededor de 0,7-0,8 y 0,5-0,7 respec- tivamente, lo que significa que las hojas de las plantas de pepino tienen una estructura planófila y absorben la mayor parte de la radiación en el estrato superior del dosel ve- getal, mientras que las hojas superiores de la planta de tomate permite que los estratos foliares inferiores reciban algo más de radiación (Figura 3).
El coeficiente de extinción de la radiación de un cultivo varía al hacerlo la morfología de la planta que presenta gran plasticidad respecto a las condiciones ambientales y al manejo de cultivo. Por ejemplo, el sombreado aumenta el coeficiente de extinción de la radiación ya que genera hojas de mayor superficie foliar (Figura 4a) que interceptan proporcionalmente más radiación (Figura 4b); por el contrario, el uso de soluciones nutritivas de moderada salinidad reduce la expansión foliar y también el coeficiente de extinción k, por lo que el nivel foliar inferior de los cultivos regados con disoluciones de mayor potencial osmótico reciben mayor intensidad de radiación, esto puede contri- buir a compensar la reducción de la radiación interceptada como consecuencia de la menor expansión foliar.
El análisis de la evolución de las variables del clima mediterráneo pone en eviden- cia que durante gran parte del periodo anual se necesita evacuar calor desde el interior del invernadero. Por ello, en primer lugar deben adecuarse la densidad y el marco de plantación, permitiendo que la transpiración del cultivo actúe eficazmente refrigerando la atmósfera del invernadero. Se considera que la transpiración de un dosel vegetal desarrollado puede disipar entre el 50-60 % del calor del invernadero.
La ventilación natural es un sistema de refrigeración fundamental en el invernadero mediterráneo, sin embargo, actualmente las estructuras están dotadas de sistemas de ventilación poco eficientes (Baeza et al., 2010) y prácticamente la mayoría de los pro- ductores recurren a sombrear la cubierta mediante el blanqueo (Céspedes et al., 2009).
La calidad de fruto es un parámetro muy sensible al rigor térmico y el que aconseja el empleo del sombreado cuando la ventilación natural es insuficiente, aún a expensas de una irremediable pérdida de producción. En numerosas condiciones, se ha demostrado que la producción potencial disminuye proporcionalmente a la reducción de iluminación. Reducciones del 1 % en radiación suponen reducciones entre el 0,5 y el 3,1 % en la producción de tomate (Cockshull, 1988,1989). La Figura 5 muestra el efecto del som- breado fijo sobre la fotosíntesis neta foliar para diferentes intensidades de radiación PAR, la relación indica que para un mismo porcentaje de reducción de PAR (35 %) el efecto sobre la disminución de la asimilación neta es superior para intensidades bajas de radiación y sugiere que la mayor reducción de la actividad fotosintética producida por el sombreado fijo de la cubierta del invernadero se podría asociar a los periodos del día de baja radiación, cuando no es necesario reducir la energía que incide sobre la cubierta del invernadero.
De Pascale y Stanghellini (2011) han estimado que cada 10 % de sombreado en los invernaderos donde se cultiva tomate en el área de Nápoles, durante el periodo entre mayo y julio, genera una pérdida de producción potencial en torno a 0,6 kg m-2 mes-1. A pesar de esto, el sombreado del invernadero mediterráneo poco tecnificado, se mues- tra como un método sostenible para acondicionar el clima del invernadero y en mayor medida, en los casos que el sistema de ventilación resulta insuficiente para alcanzar las temperaturas que requiere la obtención de frutos de calidad. El sombreado contribuye a reducir las fisiopatías, como la necrosis apical de fruto y aumenta considerablemente la eficiencia en el uso del agua y los fertilizantes, esto es particularmente interesante allí donde el agua es un recurso escaso. Cuando se dispone de sombreado móvil, el manejo preciso de las consignas de activación del sombreado es fundamental para obtener los mejores resultados productivos. En este sentido es primordial modificar las consignas de activación a lo largo del desarrollo del cultivo para sacar partido de la plasticidad de la planta, dado que su morfología foliar varía en función del sombreado y por tanto también el porcentaje de radiación interceptada (Lorenzo et al., 2010).
Las cubiertas plásticas termosensibles que pueden modificar la transmisión de radiación paso a paso cuando el material alcanza las temperaturas predeterminadas, se muestran como un avance técnico interesante, actualmente en desarrollo, que podría ser una alternativa muy ventajosa respecto al habitual encalado de la cubierta.