El uso de invernaderos para la producción de hortalizas ha crecido de manera exponencial en México y muy rápidamente en los últimos años. Lo más importante para el éxito de estos agronegocios es incrementar la eficiencia de la producción, lograr mayor calidad y alta productividad, lo cual está relacionado con las condiciones climáticas específicas de cada región.
La introducción de invernaderos con sistemas de ventilación de operación manual y sensores simples en México, ha logrado aumentos en el rendimiento del cultivo de tomate de hasta 13 kg m2. Una mejor administración del cultivo (fertilización, riego, poda, etc.) y el uso de sistemas de control climático y riego, permiten obtener rendimientos hasta de 40 kg m2.
No obstante, algunos productores holandeses obtienen hasta 78 kg /m2. México está rezagado en la productividad por metro cuadrado de agricultura protegida, principalmente por la diferencia tecnológica y el conocimiento desarrollado en otros países en el área de ingeniería de invernaderos (diseño, equipamiento, etc.) adecuada a sus características.
Lo anterior, demuestra la necesidad de desarrollar métodos propios, conocimientos y habilidades técnicas en el área de invernaderos. Las investigaciones enfocadas al desarrollo de modelos climáticos reflejan un conocimiento científico de forma cuantitativa, los cuales pueden usarse para diseñar herramientas de ingeniería para esta tecnología.
Manejo de CO2 en invernadero
Desde hace más de 200 años se observaron los primeros efectos positivos del enriquecimiento con CO2 en el crecimiento de las plantas. A principios de 1900 la investigación sobre el CO2 se llevó a cabo en diferentes países de Europa, y de Estados Unidos. Muchos de estos resultados tuvieron un valor limitado debido a los deficientes métodos experimentales; sin embargo, los efectos positivos del enriquecimiento de CO2 encontrados en muchos experimentos fueron realmente convincentes.
En 1995 se analizó el efecto de las concentraciones de CO2 en la producción de biomasa en un cultivo de Betuna pubescens con diferentes condiciones de temperatura y ozono. El cultivo se desarrolló bajo concentraciones de CO2, en combinación con concentraciones de ozono (O3) ó a temperatura del aire, durante un periodo de 34 a 35 días durante 24 horas. El incremento en la concentración de CO2 de 350 a 550 ppm a una temperatura en aire de 17 ºC incrementó el peso seco de las hojas, tallo, ramas y raíces.
El RGR (velocidad de crecimiento relativo, por sus siglas en inglés) incrementó en un 10% por enriquecimiento de CO2, mientras que acrecentando la concentración de O3 de 0.007 a 0.062 ppm el RGR disminuyó en un 9%. La distribución relativa de biomasa entre la diferencia de los componentes de la planta no fue significativamente afectada por las concentraciones de CO2 independientemente de las concentraciones de O3.
En otro experimento, elevadas concentraciones de CO2 (700 ppm) aumentaron significativamente el peso seco en la planta, con una ganancia del RGR en 5% a 15 ºC y 10% a 20 ºC; agrandando la concentración de CO2 o de temperatura incrementa el peso de la planta y del tallo.
“Tap” (2000) creo un modelo usado para experimentos de control óptimo, es una versión extendida para invernaderos holandeses; a partir de la modificación realizada se expande el modelo agregando una mejor descripción de la ventilación, extendiendo el balance de energía del aire interno con la energía de transpiración y condensación, y agregando el balance de humedad.
De ello, se obtiene como resultado un modelo que consta de cinco variables de estado: temperatura de aire en el invernadero, temperatura del suelo, concentración de CO2, temperatura del sistema de calefacción y la humedad del aire en el invernadero. Tap realizó una calibración y validación detalladas del modelo, así como también la integración de un modelo dinámico del crecimiento del jitomate.
“Sánchez y colaboradores” (2005), observaron el efecto en la producción de un invernadero en base a la varianza en el enriquecimiento de CO2. Para este trabajo utilizaron dos invernaderos idénticos en los cuales se cultivó pepino; a uno de éstos, se le hizo el control y enriquecimiento de CO2, el CO2 puro fue suministrado a un cultivo de pepino bajo invernadero, manteniendo una concentración de CO2 de 700 ppm en el aire cuando las ventanas estaban cerradas y una concentración de CO2 de 350 ppm cuando las ventanas estaban abiertas. La dinámica del CO 2, la eficiencia de radiación, el uso del CO2 y la respuesta del cultivo fueron determinadas durante el periodo de crecimiento.
Los resultados se compararon con otro cultivo de pepino en un invernadero al cual no se le suministró CO2. Mientras la concentración promedio en el día se mantenía por encima de las 400 ppm en el invernadero enriquecido, un significante agotamiento de CO2 fue observado en el invernadero no enriquecido, cuando la concentración de CO2 disminuyó por debajo de las 300 ppm durante el 60% del día; era cuando el cultivo estaba en su máximo desarrollo. En el invernadero no enriquecido, el promedio de CO2 durante el día se redujo, así como el promedio de la mala concentración que era altamente correlacionada con la radiación interceptada por el cultivo; es decir, al potencial de producción de biomasa.
