ENCUENTRO MEDIOAMBIENTAL ALMERIENSE: EN BUSCA DE SOLUCIONES

AGRICULTURA INTENSIVA BARRA DE EXPLORACIÓN

PONENCIA MARCO

MODIFICACIONES EN LAS ESTRUCTURAS E INSTALACIONES DE INVERNADEROS ORIENTADAS A LA REDUCCIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL

J.I. Montero, A.Antón, P. Muñoz

Departament de Tecnologia Hortícola. Institut de Recerca i Tecnologia Agroalimentàries (IRTA)

 

1. INTRODUCCIÓN

La reducción radical del uso de sustancias contaminantes, la economización de materias primas, la optimización del empleo de los recursos naturales y la disminución general del aporte de desechos al ambiente son pilares de apoyo del denominado desarrollo sostenible.

En el sistema almeriense de producción bajo invernadero (estructuras sencillas y económicas, muy discutibles en cuanto a su calidad técnica pero de éxito innegable en el sudeste español) existen riesgos potenciales de contaminación de diversa índole. Los posibles problemas ambientales pueden agruparse de la siguiente manera:

- Protección de cultivos: uso de productos químicos para el control de malas hierbas, plagas, enfermedades, cuajado de fruto y regulación de crecimiento. La aplicación de estos productos puede conducir a la contaminación de alimentos (toxicidad humana) del suelo y de los acuíferos (ecotoxicidad).

- Riego y fertilización. El agua es el recurso natural más escaso en aquellas zonas consideradas subdesérticas. La sobreexplotación de acuíferos puede producir la salinización de zonas extensas, y el aporte de minerales disueltos en el agua de riego excedentes (lixiviados) la nitrificación y toxicidad humana.

- Producción de materias de desecho, principalmente de materiales de cubiertas envejecidos (polietileno) y de residuos orgánicos.

- Consumo de energía: electricidad para el riego, transporte a mercados nacionales e internacionales y calefacción (testimonial en el caso de Almería). El problema asociado es el probable calentamiento global del planeta.

La importancia relativa de cada uno de estos grupos de impacto, su evaluación cualitativa y, sobre todo, su cuantificación, es una tarea pendiente. La preocupación medio ambiental es un tema relativamente reciente y no ha habido tiempo suficiente para la toma de datos ni para el desarrollo de metodologías de cuantificación. Falta perspectiva histórica para juzgar la gravedad de los problemas, lo que no es justificación en modo alguno para que tratemos de abordarlas con la mente clara.

Esta ponencia marco trata de aportar la visión del investigador en el campo de la tecnología de los invernaderos, y pretende dar una visión de futuro: cuáles son los materiales nuevos de cubierta que permiten aprovechar mejor el recurso natural de la luz, qué tecnologías hay para frenar la entrada de insectos en los invernaderos, cuál es la situación de la calefacción para energía solar, etc. El documento no es exhaustivo, pero se aporta con la esperanza de que pueda servir de materia de discusión y de apoyo para estudios posteriores más ambiciosos.

 

2. MODIFICACIONES EN LAS ESTRUCTURAS DE INVERNADEROS

 

2.1 Uso óptimo de la luz.

Durante años se ha repetido insistentemente que hay luz en exceso en la provincia de Almería. Sin embargo, los estudios científicos muestran que, al menos en los meses de invierno el aumento de la radiación solar en los invernaderos conduce al aumento de la cantidad y de la calidad de la producción (Lorenzo, 1994, Castilla y cols, 1994). La luz es por tanto un recurso natural que debe aprovecharse mejor.

La cantidad de luz que traspasa la cubierta depende básicamente de tres factores: la transmitancia del material de cubierta, la propia estructura y la forma del invernadero, pues según sea la pendiente del techo variará el ángulo con el que la radiación solar incide sobre el invernadero.

 

2.1.1 Propiedades ópticas de los materiales de cubierta

En la bibliografía especializada pueden encontrarse las características de la mayoría de los materiales utilizados como cubierta de invernadero (Robledo y Martín Vicente, 1981; Matallana y Montero, 1995). Además, otra ponencia marco de este Encuentro Medioambiental se ocupará de los ensayos de materiales plásticos. Por este motivo sólo se incluyen aquí algunas medidas muy recientes de muestras analizadas en laboratorio que pueden añadir alguna novedad sobre lo publicado anteriormente.

La Figura nº 1 compara dos materiales bajo el punto de vista de la transmisión de luz: el polietileno térmico y los nuevos materiales tricapa (EVA y PEBD). El ángulo de incidencia es el formado por la radiación solar con la perpendicular a la muestra, esto es, cuando el ángulo de incidencia es 0°. Después, conforme aumenta el ángulo de incidencia, la transmisión apenas centra hasta llegado a un valor próximo a 50°, valor a partir del cual la transmisión de luz cae abruptamente hasta hacerse nula para el ángulo de 90°. En ese punto la luz es reflejada en lugar de ser transmitida por el material.

 

 

 

Figura 1. Comparación de la transmisión de la luz en función del ángulo de incidencia para Polietileno térmico y un Tricapa.

 

La comparación de las dos curvas muestra que el plástico tricapa transmite más luz que el polietileno térmico (91% frente 86% para ángulo cero y 83% frente a 74% para el ángulo de incidencia de 50°). Las medidas de laboratorio indican que, en cuanto a transmisión de luz, hay materiales que superan al polietileno térmico. Naturalmente los resultados de laboratorio deben confirmarse con los medidas en campo y con los ensayos agronómicos. No se trata aquí de descalificar a un material que presta un servicio indudable a la horticultura de Almería, sino de señalar que hay otros productos que en principio, son mejores para el uso de la luz natural.

El uso de las mallas es cada vez más frecuente en la horticultura intensiva, tanto para reducir la entrada de insectos por las ventanas del invernadero como para frenar el viento en estructuras solo cubiertas con mallas.

La Figura nº 2 muestra la transmisión de luz de dos mallas de color blanco de distinta porosidad, ambas utilizadas como antiinsectos para detener la entrada de la mayoría de plagas (mosca blanca, pulgones, etc...). Las dos mallas tienen unos valores de transmisión luminosa muy aceptables, con lo que puede concluirse que el uso de estos materiales en invernaderos y estructuras de protección no constituye problema alguno en cuanto a la cantidad de luz que llegue al cultivo. Otro asunto a tener en cuenta es la reducción de la ventilación por el uso de las mallas antiinsectos, pero este punto se discutirá más adelante.

 

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Figura 2. Transmisión de la luz para dos mallas de distinta porosidad segun el ángulo de incidencia.

 

2.1.2 Forma de invernadero y transmisión de luz

Hace algo más de diez años se inició en la Estación Experimental Las Palmerillas, de la Caja Rural de Almería, un proyecto de investigación por el que se trataba de lograr la estructura del invernadero de techo plano. Uno de los objetivos específicos del proyecto fue el de aumentar la transmisión de luz. De aquí partieron los primeros invernaderos de forma asimétrica en Almería, de los que pueden verse un número nada despreciable en el Campo de Dalias.

Una vez dado este primer paso la investigación continúa, (CIDA-Granada, IRTA-Cataluña y Caja Rural de Granada) porque la pendiente del techo de la mayoría de asimétricos en uso (cara dando al sur de 10-12° de inclinación y cara norte de 25° aproximadamente) es, en principio, mejorable en cuanto a la transmisión de luz.

La Figura 3 trata de ilustrar esta idea. Por medio de un programa de cálculo (Bot, 1983) es posible calcular la transmisión de luz de un invernadero desde el amanecer al anochecer, incluyendo en el cálculo el tipo de material de cubierta, la pendiente de la misma, el día del año y el tipo de estructura de soporte del techo. En la Figura 3 se compara la transmisión de un invernadero asimétrico (11-24° de pendiente) frente a otro simétrico de 30° de pendiente, orientado de manera que la línea de su cumbrera sigue la dirección Este-Oeste. El cálculo se refiere al día 21 de Diciembre, día en el que la elevación del sol es la mínima del año.

 

 

 

 

Figura 3. Comparación de la transmisión de radiación de un invernadero de cubierta simétrica y otro asimétrico.

 

Según los cálculos, un invernadero simétrico puede transmitir tanto o más luz que uno asimétrico. Naturalmente la Figura 3 es un ejercicio de cálculo. Sería necesaria una evaluación agronómica de la respuesta del cultivo bajo una u otra estructura, y una evaluación económica y funcional de ambos invernaderos.

Pero también existen los primeros datos de invernaderos "reales" que coinciden con los programas de simulación y muestran que la transmisión de luz y la respuesta del cultivo aumentan cuando la cara sur es la de mayor pendiente. La Tabla 1 compara un invernadero 11°/24° frente a otro 45°/27° (45° es la pendiente de la cara sur y 27° la de la cara norte). Los datos proceden de un ensayo realizado el invierno de 1996-1997 en Motril (Castilla y cols, 1997). Aunque son todavía resultados provisionales, la diferencia de rendimiento de un cultivo de pepino en cuanto a la cantidad y calidad es significativamente mayor en el invernadero de mayor pendiente. La transmisión de luz es también significativamente mayor en el invernadero de nuevo diseño (pendiente 45°/27°).

El ensayo continúa y es de esperar que a la terminación del proyecto de investigación se pueda definir cual es la forma del techo más conveniente, teniendo en cuenta la máxima transmisión de luz, el coste y las dificultades de construcción de las estructuras.

 

Tabla 1

Producción de pepino total, comercial y de primera calidad, en g/m2 para dos períodos agrícolas (1: del 6 de Diciembre al 27 de Enero; y 2: del 28 de Enero al 18 de Marzo) y al ciclo completo en ambos invernaderos asimétricos (11º/24º y 45º/27º). Los valores en cada columna son seguidos de las letras que indican diferencias significativas a P=0.01. La producción de primera calidad excluye los frutos de pepino por debajo de 400 g.

Producción

Invernadero

Período

   

1

2

Ciclo

Total

11º/24º

45º/27º

4.161 A

5.238 B

2.126 A

4.164 B

6.287 A

9.402 B

 

Comercial

11º/24º

45º/27º

3.994 A

5.074 B

1.331 A

2.943 B

5.325 A

8.017 B

 

Primera calidad

11º/24º

45º/27º

3.653 A

4.814 B

1.175 A

2.748 B

4.828 A

7.562 B

 

 

 

2.2 La ventilación natural y las mallas antiinsectos.

La ventilación del invernadero es imprescindible para el control de la temperatura interna, de la humedad y de la concentración de CO2, factores todos ellos de la máxima importancia en el desarrollo de los cultivos. La ventilación no es sólo imprescindible en los meses cálidos. En los periodos fríos y húmedos, la sanidad del cultivo requiere la reducción del contenido de humedad del ambiente. Una de las maneras más evidentes de disminuir el uso de sustancias químicas de posible impacto ambiental negativo es la de ventilar mejor los invernaderos.

Al contrario que la ventilación activa o forzada, que se basa en el movimiento del aire por medio de extractores que consumen energía, la ventilación pasiva tiene dos motores naturales, como son el viento y la diferencia de temperatura entre el invernadero y el exterior. Tanto uno como otro crean una diferencia de presión entre el aire del invernadero y el exterior que causa el desplazamiento de las masas de aire. A partir de brisas moderadas (viento mayor de 2 m/s) el efecto térmico es prácticamente despreciable frente al eólico.

En la mayoría de países mediterráneos se ponen mallas en las ventanas con el objetivo de frenar la entrada de insectos. El efecto es doble: por una parte, las mallas si son del tamaño adecuado, reducen la entrada de plaga y reducen la cantidad de productos químicos empleados para su control, pero por otra parte las mallas frenan el intercambio de aire y pueden perjudicar al clima de cultivo por falta de ventilación.

Otras ponencias marco se encargaran con más profundidad del problema de los plaguicidas en el invernadero. Aquí solo se añaden unos datos propios de un ensayo de gerbera en Cabrils (Barcelona) en el que se compara un invernadero con malla antipulgón en sus ventanas (tamaño de las cuadrículas de 0.4 x 0.4 mm) frente a otro invernadero sin malla.

 

 

 

 

Figura 4. Evolución de la población de mosca blanca en ambos invernaderos. G1 invernadero con malla y G2 invernadero sin malla

 

La Figura 4 compara las poblaciones de mosca blanca en ambos invernaderos (nº de moscas por hoja a lo largo de 13 semanas). Las diferencias pueden verse que son muy claras. La Tabla 2 evalúa el ataque de una serie de plagas en ambos invernaderos. Con la excepción del thrip, demasiado pequeño para ser detenido por la malla antipulgón, las demás plagas pudieron controlarse con medios biológicos en el invernadero con mallas. El potencial de reducción del uso de plaguicidas es muy elevado. En el ensayo que se comenta, durante el mes de Septiembre el número de tratamientos fue de 8 frente a 3 en el invernadero sin malla.

 

 

Tabla 2

Presencia de plagas durante la experiencia.

Plaga

I1(con malla)

I2 (sin malla)

mosca blanca

+

+++

thrips

+++

+++

ácaros

+

++

pulgones

-

+

araña roja

+

+

minadores

+

++

heliothis

-

++

 

+++ ataque muy serio + ataque ligero

++ ataque significante - sin ataque

 

En cuanto a la ventilación, solo disponemos de datos medidos en invernaderos multitúnel con ventanas en el techo, cuya superficie es del orden del 10% de la superficie de cultivo. La Figura 5 compara la tasa de ventilación de este invernadero en tres situaciones: sin mallas en las ventanas, con mallas antipulgón (0.4 x 0.4 mm) y con mallas anti-thrip (0.18 x 0.19 mm). Se expresa la tasa de ventilación en función de la velocidad del viento, el "motor" natural de mayor importancia. El valor mínimo de ventilación recomendado por las normas americanas (ASAE, 1991) está cifrado en 45 volúmenes por hora. Es un valor que rara vez se alcanza en los invernaderos parral.

 

 

Figura 5. Taxa de renovación para diferentes velocidades de viento y tres tipos de configuración.

 

Las mallas reducen la tasa de ventilación de una manera evidente, puesto que la tasa recomendada de renovación de aire se alcanza a una velocidad del viento aproximada de 2 m/s cuando el invernadero no tiene mallas. Con mallas, en la mayoría de las ocasiones, la ventilación es insuficiente pues la velocidad del viento debe ser superior a 5 m/s, y los problemas derivados de la falta de ventilación pueden ser más graves que los beneficios del freno a la entrada de insectos.

Algunos invernaderos de nuevo diseño tratan de aumentar la superficie de ventanas para compensar el efecto de las mallas (Montero, 1995). Por reducir la extensión de esta ponencia aquí solo quedan mencionados.

 

3. INNOVACIONES EN LAS INSTALACIONES

 

3.1. La aplicación del riego

En los años 80 se hizo un gran esfuerzo por calcular el consumo de agua de la mayoría de los cultivos en los invernaderos de Almería (Castilla y cols., 1994). Los resultados de estos trabajos son útiles para los cultivos en suelo y en enarenado puesto que suministran datos sobre las necesidades de agua de los cultivos en periodos mínimos de tres días. En los cultivos en sustrato (natural o artificial) se necesita una información mucho más detallada, puesto que en las horas de máxima insolación es necesario regar en intervalos muy cortos de tiempo, a veces de 30 minutos. Para compaginar la aplicación de agua con la demanda del cultivo se han desarrollado modelos de cálculo cuyos resultados se han comparado con las medidas directas de transpiración por medio de balanzas de pesada.

 

Figura 6. Comparación de la transpiración medida mediante balanza y calculada según la ecuación de Penman-Monteith.

 

La Figura 6 compara los valores calculados por el método de Penman-Monteith con los modelos por la balanza en intervalos de 30 minutos. Las medidas se realizaron con un cultivo de geranio (también existen datos parecidos de cultivos alimentarios como el pepino y el tomate). El modelo de cálculo coincide bastante bien con las medidas en campo. Con modelos de cálculo relativamente complejos, como el de Penman-Monteith, o simplificados, como aquellos que incluye la radiación solar y la humedad, y con la ayuda de un ordenador para el control de la aplicación, se puede lograr un uso mucho más eficaz del recurso natural más escaso de Almería: el agua.

Otra técnica que está siendo ensayada en los países mediterráneos y norte europeos es la recirculación total o parcial del agua de riego. Por dar una idea del ahorro posible de agua para producir tomates en Holanda el consumo anual es de 10000 m3 por hectárea en cultivo sin suelo y 8000 en el sistema de recirculación.

La automatización del riego adecuando la oferta de agua a la demanda de la planta, el desarrollo de sensores para estimar las necesidades hídricas y la recirculación de nutrientes son técnicas emergentes y beneficiosas en relación con el medio ambiente. La implantación a escala práctica requerirá la mejora de los sistemas de aplicación del agua (riegos por goteo de mayor calidad) y de los equipos de aforo (caudalímetros bien calibrados). Su mayor precisión en el cálculo y control del agua a aplicar implicará mayor precisión en los equipos de aplicación.

3.2. Sistemas de calefacción solar

La inmensa mayoría de invernaderos en Almería no tienen calefacción. Frente a la producción intensiva de Holanda, que emite un total de 1561 millones de Kg. de CO2 procedentes de la calefacción de invernaderos (datos sólo de la producción de tomate), la horticultura almeriense sigue un ritmo natural de temperaturas. Aunque los riesgos de heladas son mínimos, las temperaturas nocturnas están lejos de las óptimas de los cultivos. Las pruebas de calefacción de invernaderos han dado siempre respuestas positivas en precocidad, cantidad y calidad de la producción (Montero, 1986) pero la rentabilidad económica de la calefacción es más que dudosa.

En la década de los 80 se realizaron muchos ensayos y proyectos demostrativos de la calefacción solar de invernaderos, sobre todo en los países mediterráneos. Von Zabeltitz (1988) recogió los principales resultados de una serie de proyectos coordinados desde la FAO. Por motivos económicos, no técnicos, la calefacción solar activa, con colectores situados fuera del invernadero, ha dejado de utilizarse. Los cálculos para Almería indicaban que una hectárea de invernaderos necesitaba media hectárea aproximadamente de colectores solares para mantener una temperatura nocturna de 15°C (Montero, 1986).

En cuanto a la calefacción solar pasiva, las cosas han ido sólo un poco mejor. Entre los sistemas pasivos cabe destacar el uso de tubos de polietileno transparente llenos de agua. Son tubos de un diámetro aproximado de 30 cm que se extienden sobre el suelo siguiendo las líneas de cultivo. Para lograr un aumento efectivo de temperatura, cifrado en 4°C, los tubos tienen que cubrir entre el 30 y 40% de la superficie de cultivo. La efectividad es mayor cuando las plantas son pequeñas, pues el sol incide directamente sobre los tubos. En el norte de Grecia es una técnica relativamente extendida para los cultivos de primavera y la defensa contra las heladas. En España, debido al estorbo que significa cubrir gran parte del suelo con tubos llenos de agua, la técnica no ha tenido aplicación práctica.

Por último, dentro de este apartado puede incluirse el uso de techos dobles de plástico con una cámara de aire entre las láminas. El aumento de temperatura (del orden de 3-4°C a comienzos del cultivo y de 1 a 2°C con el cultivo desarrollado), la pérdida de luminosidad (estimada en el 10%), el efecto sobre la humedad (aumento peligroso en invernaderos de difícil ventilación como el parral) y la respuesta agronómica ha quedado ya documentada (Montero y cols. 1986 entre otros). Los techos dobles se usan en invernaderos de mejor ventilación, como los multitúnel, y en instalaciones con calefacción convencional para el ahorro de combustible (estimado en un 30%):

Desgraciadamente el desarrollo de la energía solar para calefacción, así como tampoco las instalaciones pasivas no recibe el esfuerzo de la gran mayoría de la comunidad científica internacional.

 

4. CONCLUSIONES Y DISCUSIÓN

al tratar de analizar el problema del impacto ambiental de los invernaderos, la primera dificultad surge de inmediato: hay muy pocas evaluaciones rigurosas sobre la materia. Las opiniones son muy abundantes, pero los datos son muy escasos. Por analogía con otros sistemas productivos agrícolas o industriales, se conocen de una manera cualitativa los riesgos de contaminación derivados de la agricultura intensiva, pero la intensidad o gravedad de los problemas es, en la mayoría de los casos, una incógnita.

Mientras se producen estas evaluaciones, y en paralelo, es el momento de poner a punto las soluciones técnicas. En esta ponencia se han recogido algunos avances tendentes a paliar el efecto negativo de la producción bajo invernadero. Entre ellos cabe destacar:

Materiales de cubierta de mayor transmisión de luz.

Invernaderos cuya forma aumenta la luz que llega a los cultivos.

Mallas para detener la entrada de insectos.

Modelos precisos de cálculo del consumo de agua de los cultivos bajo invernadero aplicados a la automatización del riego.

Recirculación de agua y nutrientes en cultivo sin suelo.

La incorporación de tecnología en un sector en el que las instalaciones tienen que ser económicas para subsistir y en el que las inversiones a largo plazo se ven frenadas por la incertidumbre de los precios no es tarea fácil, pero si se mira hacia atrás y se ve lo que se ha logrado en los últimos años, hay motivos suficientes para ser optimista.

También debe conducir al optimismo el compararnos con otros países competidores del Norte de Europa. Los países del Mediterráneo tienen un modelo productivo basado en la sencillez y en la adaptación al medio. Nuestra principal ventaja medioambiental es el bajo uso de energía, y nuestra desventaja, si atendemos a la imagen proyectada al exterior, el mayor consumo de productos fitosanitarios. En este sentido hay muchas posibilidades de racionalización y reducción de plaguicidas.

Para terminar, quizás sea necesario señalar una serie de medidas de carácter general para enfocar el problema en profundidad, entre ellas:

Formar expertos en ciencias ambientales.

Evaluar la gravedad de los problemas de la contaminación en Almería.

Considerar como prioritaria la investigación y desarrollo de tecnología ambiental en el ámbito de la horticultura protegida.

Primar la instalación de técnicas y medios de producción más favorables al medio ambiente.

Poner al día la legislación. Definir la normativa para regular las "ecoetiquetas"

Potenciar la participación en los foros europeos de discusión, legislación y normalización.

Queda por hacer un esfuerzo social importante para que este terreno sea menos resbaladizo, menos manipulable por intereses particulares de grupos o naciones, menos sujeto a creencias místicas o a histerias, y más basado en los datos objetivos y en el conocimiento dentro de nuestros límites.

 

BIBLIOGRAFIA

Bot, G.P.A., 1983. Greenhouse climate: from physical processes to a dynamic model. Tesis doctoral. Universidad de Wageningen.
Castilla, N., Lopez-Galvez, J., 1994. Vegetable crops response to the improvement of low-cost plastic greenhouses. The Journal of Horticultural Science 69 (5): 915-921.

Castilla y cols. 1997. Alternative asymmetrical greenhouses for the mediterranean area of Spain. Acta Horticulturae, (en prensa).

Lorenzo, P. 1994. Intercepción de la luz, bioproductividad e intercambio gaseoso durante la ontogenia de un cultivo invernal de Cucumis sativus L. En Almería. Universidad de Barcelona.

Matallana, A., Montero, J.I. 1995. Invernaderos. Diseño, construcción y ambientación. Ediciones MundiPrensa.

Montero, J.I., Bretones, F., Castilla, N., 1986. Comparación del microclima en invernadero de cubeirta doble y sencilla en Almería. II Congreso de la SECH. Córdoba, pp 628-635.

Montero, J.I., Montero, J. 1995. Greenhouse with roll up roof. Patente europea.

Robledo de Pedro, F., Martín Vicente, L., 1981. Aplicación de los plásticos en la agricultura. Ediciones Mundi-Prensa.

Zabeltitz, C. Von, 1988. Energy conservation and renewable energies for greenhouse heating. REUR technical series 3. CNRE guideline 2. FAO