PRODUCCION HIDROPONICA EN INVERNADEROS

INTRODUCCION 

La tecnología para la producción de alimentos en invernaderos ha avanzado considerablemente en los últimos 20 años. La producción en invernaderos, frecuentemente denominada Agricultura en Ambiente Controlado (CEA), usualmente se conduce con hidroponía. El cultivo hidropónico posiblemente sea hoy en día el método más intensivo de producción de cultivos en la industria agrícola. En combinación con los invernaderos, ésta es de alta tecnología y de capital intensivo. Aún para la gran mayoría de sus empleados, el cultivo hidropónico sólo requiere de conocimientos agronómicos básicos. Desde que la regulación del ambiente aéreo y radicular es de mayor interés en tales sistemas agrícolas, la producción se lleva a cabo en recientos designados para controlar la temperatura del aire y de raíces, luz, agua, nutrición vegetal y climas adversos.

Existen diferentes tipos de sistemas hidropónicos con ambiente controlado. Cada componente del CEA es de igual importancia, sea si es un sistema de diseño estructural, de control ambiental o de crecimiento. No todo sistema es efectivo en toda localidad.

El diseño estructural de un invernadero debe brindar protección contra daño de viento, lluvia, calor y frío. Al mismo tiempo, los componentes estructurales de un invernadero deben ser de tamaño mínimo para permitir una transmisión máxima de luz al cultivo. Generalmente, una disminución del 1% significa una disminución del 1% en el rendimiento.

Tanto en regiones áridas como templadas, las estructuras de invernaderos normalmente están cerradas para controlar la temperatura, y abiertas sólo para dar ventilación. En ambas regiones, durante el verano y aún durante el invierno en regiones áridas, comunmente se usan sistemas de enfriamiento para disminuir las temperaturas dentro del invernadero. También el encierro podría brindar protección contra enfermedades y plagas. Por estas razones, los invernaderos son especialmente efectivos en regiones tropicales. En los trópicos, los lados de una estructura de invernadero frecuentemente están abiertos por el lado izquierdo para una ventilación natural.

Un invernadero tropical principalmente es un protector contra la lluvia, una cubierta de polietileno sobre un cultivo para prevenir que la lluvia entre al área de crecimiento, y a su vez, mitigue los problemas de enfermedades en las hojas. Para prevenir que entren insectos, especialmente aquellos que son vectores de enfermedades viróticas, los costados son cubiertos con malla.

Un sistema hidropónico no será economicamente viable si no se dá una atención adecuada a la estructura del invernadero y a su ambiente. Desde que el CEA usualmente acompaña a la hidroponía, sus potenciales y problemas son intrincados.

HISTORIA.

La producción de alimentos en invernaderos no fue establecido totalmente hasta la introducción del polietileno. En los EEUU el primer uso de polietileno como cubierta de invernadero fue en 1948, cuando el Profesor Emery Myers Emmert de la Universidad de Kentucky, usó el material menos caro en lugar de uno caro de vidrio. El profesor Emmert es considerado como el padre de los plásticos en los EEUU porque había desarrollado los principios de tecnología plástica con propósitos agrícolas a través de sus invernaderos de investigación, mulch y cubiertas de plástico.

El desarrollo de la hidroponía no ha sido rápido. En los EEUU empezó el interés para desarrollar en lo posible, el uso de soluciones nutritivas completas alrededor de 1925, para una escala de gran producción de cultivos.

Los suelos de los invernaderos tuvieron que ser reemplazados a intervalos frecuentes o en su lugar, ser mantenidos en buenas condiciones de un año a otro, añadiendo grandes cantidades de fertilizantes comerciales. Como un resultado de estas dificultades, investigadores en ciertas estaciones de experimentos agrícolas de los EEUU, cambiaron los métodos de soluciones nutritivas como una forma de reemplazar el sistema natural del suelo ya sea con una solución nutritiva aereada o un suelo artificial compuesto de agregados químicamente inertes, humedecidos con soluciones nutritivas (Withrow & Withrow 1,948).

Entre 1925 y 1935, tomó lugar el desarrollo intensivo para modificar los métodos de los fisiólogos vegetales para una producción de cultivos a mayor escala. Empleados de la Estación Experimental Agrícola de New Jersey, desarrollaron el método de cultivo en arena (Shive & Robbins, 1937). Los métodos de agua y los cultivos en arena fueron usados para una producción de gran escala por investigadores de la Estación Experimental Agrícola de California (Hoagland & Arnon, 1938). Cada uno de estos métodos involocró ciertas limitaciones fundamentales para la producción comercial, la cual fue superada parcialmente con la introducción del riego por subirrigación iniciado en 1934 en las Estaciones Experimentales Agricolas de New Jersey e Indiana (Withrow & Withrow 1,948). Mientrás había un interés comercial en el uso de tales sistemas, la hidroponía no fue aceptada ampliamente debido al alto costo en la construcción de camas de concreto de crecimiento.

Después de un período aproximado de 20 años, el interés por la hidroponía fue renovado con la llegada de los plásticos. Los plásticos no sólo fueron usados en el vidriado de los invernaderos sino también en el revestimiento de las camas de crecimiento que en camas hechas de concreto. Los plásticos también fueron importantes en la introducción del riego por goteo. Numerosos esquemas promocionales que involucran a la hidroponía llegaron a ser comunes con las enormes inversiones hechas en sistemas de crecimiento hidróponico.

Desafortunadamente, la escalada en los precios del petróleo que empezó en 1973, aumentó sustancialmente los costos de calefacción y de enfriamiento del CEA por uno o dos órdenes en magnitud. Esto junto con los muy pocos químicos registrados para el control de plagas, provocó muchas quiebras y un menor interés por la hidroponía.

Han pasado casi otros 20 años desde el último real interés por la hidroponía. Otra vez existe en los productores un renovado interés para establecer sistemas CEA hidropónicos. Esto es especialmente cierto en regiones donde existen intereses ambientales para controlar cualquier polución de agua subterránea con malgasto de nutrientes o suelos estériles. Hoy en día, los productores parecen ser mucho mas críticos en observar el lugar de selección, estructuras, el sistema de crecimiento, control de plagas y mercados.

AREA DE INVERNADEROS.

El área total mundial de invernaderos de vidrio está estimada en 40,700 Ha (Wittwer & Castilla, 1995), con el mayor número de estos encontrados en el noroeste de Europa.

En contraste con los invernaderos de vidrio, los invernaderos de plástico han sido facilmente adaptados en los 5 continentes, especialmente en la región Mediterránea, China y Japón. El mayor número de invernaderos de plástico opera en base a la estación más que en todo el año, como es el caso con la mayoría de los invernaderos de vidrio. El área estimada de invernaderos de plástico se muestra en el Cuadro 1.    

Cuadro 1. Estimado mundial del uso de invernaderos de plástico

Región	Area (Ha)
Europa Norte	16,700
Mediterráneo	95,300
América	15,600
Asia	138,200
Total Mundial	265,800

Fuente: Wittwer y Castilla, 1995

Láminas de PVC para invernaderos aún es dominante en Asia, especialmente en Japón (35,200 Ha), y el polietileno de baja densidad también es usado en Italia (500 Ha) y Grecia. Las láminas de polietileno de baja densidad cubren un total de 149,000 a 162,00 Ha; el consumo promedio es de 1.5 TM/Ha/año, con un tonelaje total mundial de alrededor de 250,000 TM/año.

China es el mayor usuario de plásticos agrícolas en el mundo, donde alrededor de mil millones de personas (29% de la población mundial) están siendo alimentadas de sólo 5% de la tierra cultivada.

Desde 1960 el invernadero ha desarrollado en más que un protector de plantas. Los invernaderos de hoy en día pueden ser mejor vistos como fábricas de plantas o de hortalizas. Casi todo el aspecto del sistema de producción está automatizado, con el ambiente artificial y el sistema de crecimiento bajo el control casi total de la computadora.

La agricultura en ambiente controlado ha ganado importancia en la horticultura no solamente en la producción de cultivos de hortalizas y ornamentales sino también en la producción de plántulas, por cualquiera de los procedimientos, desde semilla o a través del cultivo de tejido.

En los últimos 15 años ha aumentado el interés por el uso de las técnicas sin suelo o hidropónico para producir cultivos hortícolas en invernaderos. El crecimiento futuro del invernadero o CEA, donde la hidroponía es usada para la producción de hortalizas, dependerá mayormente del desarrollo de los sitemas de producción, en términos de costos, que sean competitivos con la agricultura a campo abierto.

ECONOMIA DE LA PRODUCCION DE ALIMENTOS EN INVERNADEROS:

Balanceado contra el alto capital y los costos operacionales de los invernaderos, es la productividad significativamente más alta de tales sistemas en comparación con la agricultura a campo abierto (OFA). En el Cuadro 2 se compara rendimientos típicos para cultivos crecidos hidropónicamente en invernaderos del desierto en el suroeste americano con típicos buenos rendimientos para cultivos a campo abierto. 

Cuadro 2. Rendimientos de hortalizas crecidas hidropónicamente en invernaderos del desierto (CEA) y en campos abiertos (OFA)

	CEA Hidropónico			OFA*
Cultivo	TM/Ha	No cultivos	TM/Ha/año	TM/Ha/año
Pepinillo	300	2	600	30
berenjena	28	2	56	20
Pimiento verde	57	2	114	16
Pimiento rojo	45	2	90	10
lechuga	31	10	313	52
tomate	550	1**	550	100

* Fuente: Knott (1996)
** Cultivo de tomate crecido en invernadero en un período de 11 meses.

Los retornos netos desde invernaderos para hortalizas deben ser altos. Esto se logra por los altos precios del producto y/o por los rendimientos altos. Sin embargo, existe un pequeño lugar para el error, es imperativo de que no hayan pequeños cortes en el control ambiental, en el manejo competente y cualquier otro factor de producción. Hoy en día en los Estados Unidos, los minoristas comunmente duplican sus precios de venta sobre los precios al por mayor del productor. Tales precios altos pueden causar gran resistencia al consumidor.

Nuevas variedades de tomate de Holanda tienen buen sabor aún cuando crecen durante el invierno en las regiones con bastante luz en el desierto al suroeste de los Estados Unidos. Los consumidores están mostrando mucho menos resistencia a los altos precios para los tomates que tienen buena apariencia y sabor.

ESTRUCTURAS Y CONTROL AMBIENTAL.

Las estructuras europeas de vidrio, las cuales hoy en día están siendo comunmente construídas para la producción de hortalizas en el suroeste de los Estados Unidos, son muy diferentes de los invernadeors de polietileno/fibra de vidrio usados en la producción hidropónica entre 1965 y 1990. La altura de los invernaderos europeos es mucho mayor.

Para adquirir un mayor crecimiento ambiental uniforme sin fluctaciones rápidas de temperatura, se está destinando mayor volumen total del espacio dentro de un área dada de un invernadero, donde ahora es común para las estructuras de invernaderos que los goteros alcancen una altura de 5 m sobre el nivel del suelo.

Foto 1. Invernadero de vidrio

Para los invernaderos de polietileno, los tipos de láminas de polietileno son muy similares excepto de aquellas introducidas hace 15 años, las cuales retardan la pérdida del calor infrarojo. Se ha reportado que estas láminas reducen el 20% del calor perdido desde el invernadero y han llegado a ser comunes en la industria actual, especialmente en Europa. Otros materiales de vidrio tales como la fibra de vidrio, el polivinil clorado, Mylar y Tedlar han probado ser tanto inapropiados, inconvenientes o en la mayoría de casos, mucho más caros que el polietileno, aunque el último tendría que ser reemplazado frecuentemente. Materiales más recientes, tales como los policarbonatos y los acrílicos han llegado a ser mucho más comunes, pero su popularidad ha sido puesta fuera de lugar por los altos costos.

Foto 2. Invernadero de policarbonato

Recientemente ha sido diseñado una lámina de polietileno desarrollado en Israel para permitir que niveles muy bajos de luz UV sean transmitidos. Hay una buena evidencia de que bloqueando el UV, las láminas tienen un efecto adverso sobre insectos voladores tales como Bemisia tabacci, áfidos y trips.

Foto 3. Invernadero de polietileno

Los invernaderos son caros y, sin embargo, controlar el ambiente dentro de un invernadero requiere considerable energía. Comenzando hace 25 años, hubo mayor énfasis en la investigación sobre el uso de la energía solar y el calor no aprovechado por las grandes unidades industriales. Aunque la energía solar como la fuente de calor de un invernadero es tecnicamente factible, éste no ha probado ser económico por los costos de colección y de almacenamiento.

Sea la fuente de energía que fuese, es importante conservar la energía una vez que está en el invernadero. En regiones donde el invierno es frío, se instalan cortinas termales de hoja delgada de poliester poroso o de aluminio, para reducir la perdida de calor nocturno hasta 57%. En los desiertos del suroeste, las temperaturas de invierno no son lo suficientemente severas para garantizar cortinas. Mientras las cortinas ahorren energía, esto no es suficiente para garantizar el alto costo de inversión de las cortinas mas la sombra de las cortinas, aún cuando la cortina esté enrollada y almacenada durante el día, puede ser un factor. En el futuro los invernaderos tendrán techos retráctiles que permitan la iluminación y ventilación deseada.

FUTURO DE LA PRODUCCION DE ALIMENTOS EN INVERNADEROS.

Parece que existe un tipo de manejo imperativo en el desarrollo tecnológico de la agricultura en invernaderos. Al igual que a nivel industrial, generalmente se mueve hacia tecnologías de punta, a más capital mayores soluciones a los problemas. Esto es altamente productivo y apropiado para la automatización.

Sin embargo, dadas las presentes circunstancias, parece no existir las bases racionales para anticipar una difusión más amplia y más rápida de la tecnología, que es lo que está ocurriendo en la actualidad. El crecimiento futuro de la agricultura en ambiente controlado depende grandemente del desarrollo de sistemas de producción que sean competitivos en costos con aquellos de agricultura a campo abierto.

Por ejemplo, la continua investigación y desarrollo podría dirigir hacia estructuras y materiales de mayor costo beneficio; a requerimientos reducidos de la energía comprada; para nuevos cultivares mas apropiados a ambientes controlados y sistemas mecanizados; para mejor control (incluyendo resistencia mejorada de la planta) de enfermedades y plagas. Para que la extensión de mejoras aumenten el rendimiento del cultivo y reduzcan los costos unitarios de producción, la agricultura protegida llegará a ser más competitiva.

Las perspectivas económicas para la CEA pueden cambiar si las instituciones gubernamentales determinan que en algunas circunstancias, políticamente los efectos deseables de la CEA merecen subsidios para el bien público. Tales efectos benéficos podrían incluir la conservación del agua en regiones de escasez o producción de alimentos en ambientes adversos. Por estas razones que en el medio Este ha ocurrido el apoyo gubernamental. Otro efecto social deseable puede ser la provisión de empleos ingreso productor para segmentos de la población crónicamente en desventaja, atrapados en regiones economicamente deprimidas; tales empleos producen impuestos así como ingresos personales, reduce el impacto sobre los roles de bienestar y mejora la calidad de vida.

La CEA es una realidad técnica. Tales sistemas de producción están extendiendo las estaciones de crecimiento en muchas regiones del mundo y están produciendo cultivos hortícolas y, donde hortalizas frescas y ornamentales crecidas en campo no están disponibles en la mayor parte del año. El bienestar económico de muchas comunidades en todo el mundo ha sido mejorado por el desarrollo del uso de la CEA. Tales sistemas ofrecen muchas nuevas alternativas y oportunidades para la población del mañana, nuevos sistemas que fortalecen la conservación y preservación del ambiente en vez de la explotación de la tierra y el agua.