Diseño de invernaderos que aumentan la conductividad térmica del suelo y los índices de producción al tiempo que combaten el cambio climático

Cómo modificar el suelo y los materiales de construcción de los invernaderos a fin de favorecer el medio ambiente y generar un clima óptimo para el cultivo.

El impacto de la conductividad del suelo en los invernaderos

Desde la aparición de los primeros organismos bióticos en la Tierra, aproximadamente hace 4 mil millones de años, los procesos geológicos naturales han estado afectando la formación de las rocas y del suelo. Los organismos vivos y el suelo comparten una importante relación simbiótica, dado que son componentes clave de muchos ecosistemas. La llegada del ser humano hace 66 millones de años trajo aparejado un gran desequilibrio en las relaciones entre los componentes vivos y no vivos de nuestra Tierra. Algunos de los efectos antropológicos más dañinos pueden observarse al analizar el suelo. Sin un suelo saludable y fértil, la actual población mundial de 7,3 mil millones de personas no podría sustentarse.

Tanto el cambio climático como el crecimiento de la población están aumentando a niveles exponenciales. Es necesario modificar las actuales prácticas industriales y desarrollar nuevas tecnologías a fin de combatir los efectos perjudiciales para el medio ambiente. Una de las maneras de hacerlo es aprovechar el máximo potencial térmico del suelo para obtener un cultivo óptimo de frutas y verduras durante todo el año, utilizando un invernadero con variedades especializadas de mulch (acolchado) y construido con materiales específicos.

Agricultura y cambio climático

Se estima que la temperatura promedio mundial aumente en 0,1ºC cada década. Este pequeño incremento provocará un gran impacto en los ecosistemas terrestres, y posiblemente destruirá por completo algunos de ellos. La temática del cambio climático ha estado presente entre las múltiples decisiones gubernamentales más importantes de las últimas décadas; sin embargo, se han implementado muy pocos protocolos y reglamentaciones. Es necesario comenzar a prestar más atención al impacto ambiental al momento de diseñar y elaborar nuevas tecnologías, y también al modificar las ya existentes. Se estima que para el 2050, la población mundial aumentará a 9 mil millones, lo que demandaría un incremento del 70 % en la producción de alimentos en el mundo. Será imposible satisfacer dicha demanda mediante las técnicas y tecnologías actuales de cultivo agrícola.

temperatura global
Figura 1: Tendencia del aumento de la temperatura promedio mundial (ºC) en incrementos de 5 años durante un período de 140 años.

Actualmente la agricultura comprende alrededor de 1,2 – 1,5 mil millones de hectáreas, sin considerar las 3,5 mil millones de hectáreas adicionales destinadas al pastoreo del ganado. Las investigaciones apuntan a descubrir de forma consistente nuevos fertilizantes, mezclas de suelo y diseños de plantación que puedan aumentar la fertilidad y la productividad de las tierras de cultivo. Un ambiente de invernadero puede manipularse fácilmente para crear un microclima propicio que favorezca el aumento de los índices de producción.

Se están desarrollando nuevas tecnologías a fin de incrementar la productividad de los invernaderos, para que éstos actúen como una estrategia agrícola eficaz para combatir el cambio climático.

Un estudio realizado por K. Mesmoudi, K.H. Meguallati y P.E. Bournet analizó el impacto de añadir una mezcla de mulch a la capa superior de suelo en un ambiente de invernadero. Dicho estudio fue realizado a fines del otoño y principios del invierno en un clima templado (temperatura nocturna de alrededor de 5 a 10 ºC). El objetivo de este estudio fue comparar el impacto del mulch transparente (que contiene plástico), el mulch negro y una mezcla normal de mulch en la conductividad térmica del suelo y en los niveles de producción de cultivos.

Figura 2: Mezcla normal de mulch

Condiciones de cultivo alternativas

Un ecosistema de invernadero se ve afectado por múltiples ciclos de retroalimentación que ocurren entre el suelo, el aire, la vegetación y el flujo de cubierta. El componente del ecosistema que se analizó en el presente estudio fue el suelo. El mulch es un tipo de suelo que actúa como barrera para proteger contra la evaporación. La evaporación es el único medio de transferencia de calor que siempre disminuye la temperatura interna de los materiales. Cuanto menor sea la evaporación en un invernadero, naturalmente mayor será la temperatura del suelo.

Para los fines del experimento, se observó cada categoría de mulch en un invernadero con y sin ventilación. Las tres variedades de mulch mostraron resultados extremadamente diferentes en cada una de las condiciones del invernadero. El suelo cubierto con mulch negro mostró un menor albedo (reflejó menos luz), por lo que resultaba ideal para un invernadero ubicado en un clima más frío. Sin embargo, aportaba menos radiación fotosintéticamente activa (RFA), lo que podría generar un impacto en el cultivo. Además, el mulch negro aumentó la conductividad térmica del suelo y contribuyó al control de las malezas. En general, los cultivos de frutas y verduras jóvenes y de baja altura mostraron un mayor nivel de producción bajo condiciones con mulch negro.

Al agregar partículas de plástico a la mezcla de mulch, se incrementó la capacidad térmica del suelo en un ambiente de temperatura más elevada; sin embargo, el mulch transparente no retiene el calor cuando la temperatura del aire comienza a descender. También se pudo observar que los conductos abiertos pueden aumentar los niveles de convección y eliminar el calor más rápido en el mulch transparente. Esto puede ser beneficioso en un ambiente de altas temperaturas en donde los cultivos y la zona radicular estén en peligro de sobrecalentamiento.

La conductividad térmica tanto del mulch transparente como del normal aumentó drásticamente al introducir un mayor nivel de humedad. El estudio concluyó que al agregar mulch negro en un invernadero con ventilación se crea un ambiente ideal de conductividad térmica del suelo para aumentar los índices de producción del cultivo.

Materiales de construcción alternativos

Con frecuencia, se emplea una gran variedad de materiales para la construcción de un invernadero. El más conocido es el vidrio, sin embargo, es el material menos eficiente en términos de energía para utilizar en los paneles del invernadero. El recubrimiento de PVC (cloruro de polivinilo) constituye el mejor material para aumentar la conservación del calor, debido a su elevada resistencia térmica y a sus propiedades aislantes (figura). Además, el recubrimiento de PVC puede resistir fuertes nevadas y aumentar la aislación en climas más fríos que se caracterizan por tener largos inviernos.

Invernadero construido con recubrimiento de PVC
Figura 3: Invernadero construido con recubrimiento de PVC

Normalmente, para el cimiento de un invernadero se utiliza grava, tierra y hormigón. La grava y la tierra no retienen el calor tan bien como el hormigón y poseen menor resistencia térmica y propiedades aislantes deficientes. El material ideal para construir un cimiento para invernadero es el hormigón poroso. Los poros en la mezcla del hormigón facilitan el drenaje de agua y permiten una retención térmica más sencilla. Plantar cultivos en macetas negras y rodear el área con objetos de colores claros puede aumentar la cantidad de energía térmica que reciben las plantas y, a su vez, puede aumentar los niveles de producción total.

Conclusión

El cambio climático avanza a un ritmo alarmante y seguirá así a menos que las prácticas agrícola-ganaderas actuales se vuelvan más sustentables. Alentar el uso de los invernaderos para reemplazar los métodos convencionales de cultivo agrícola es solo un ejemplo de la producción sustentable que evita causar más estragos en los recursos de la tierra. Si se realizan modificaciones en los cultivos de los invernaderos, como cambios en los materiales de construcción o en los medios de cultivo, esta infraestructura podría ser aún más eficiente en términos de energía. Toda pequeña mejora es importante para lograr un planeta saludable, que continúe sustentando la vida humana por millones de años más.

Referencias

Figura 2f de: Irimia R, Gottschling M (2016) Taxonomic revision of Rochefortia Sw. (Ehretiaceae, Boraginales) (Revisión taxonómica de Rochefortia Sw.). Biodiversity Data Journal 4: E7720. https://doi.org/10.3897/BDJ.4.e7720..

Insteading Community Authors. (14 de julio de 2017). How to Choose a Greenhouse Material • Insteading (¿Cómo escoger material para un invernadero?) • Insteading. Extraído de https://insteading.com/blog/greenhouse-materials/

Masthead. (1961). The Journal of Organic Chemistry, 26(5). doi:10.1021/jo01064a700

Mesmoudi, K., Meguallati, K. y Bournet, P. (2017). Effect of the greenhouse design on the thermal behavior and microclimate distribution in greenhouses installed under semi-arid climate (Efecto del diseño de los invernaderos en la conducta térmica y la distribución del microclima en los invernaderos instalados en climas semiáridos.) Heat Transfer-Asian Research, 46(8), 1294-1311. doi:10.1002/htj.21274