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Introducción
En la región mediterránea, la disponibilidad de los plásticos y el bajo costo de la estructura han contribuido al rápido desarrollo de la agricultura protegida (Montero et al., 2001; FAO, 2002). El tomate es la hortaliza más importante en muchos países y en la actualidad este cultivo ha adquirido importancia económica en todo el mundo. En la Unión Europea se cultiva tanto en la zona mediterránea como en la templada. En España, específicamente la provincia de Almería, es la principal zona de producción hortícola intensiva y una de las más importantes a nivel mundial, teniendo en la actualidad una superficie invernada superior a 37 000 ha y un valor de la producción comercializada de hortalizas, durante el periodo 2007-2008, superior a 2200 millones de euros (Durán-Altisent et al., 2009).
En la producción en invernadero se distinguen dos tipos de ventilación: la natural y la forzada. En el caso de la ventilación natural, la diferencia de presión sobre las aberturas es causada por los efectos del viento y por una diferencia en la temperatura del aire interior y exterior (Baptista et al., 1999). La energía para el proceso de la ventilación forzada la aportan los ventiladores (Bakker et al., 1995).
La ventilación natural es una de las mejores y más económicas herramientas de control del clima en los invernaderos. Interviene en los procesos de intercambio de aire entre el interior y exterior del invernadero, para reponer los niveles de concentración de CO2, disminuir temperatura y humedad en su interior y en algunos cultivos, para favorecer la polinización y, por tanto, la fructificación (Boulard et al., 1999; Zabeltitz, 2002). Sin embargo, el decremento en el índice de ventilación genera problemas de enfermedades y disminución en el rendimiento y calidad de los cultivos (Valera et al., 1999), por lo que es necesario buscar alternativas que eviten estos efectos negativos. En algunas regiones, los horticultores protegen sus invernaderos cubriendo las áreas de ventilación con mallas de poro fino, para evitar los ataques de áfidos, mosca blanca y trips. Estos métodos son únicamente útiles cuando la reducción de la ventilación y, por tanto, el aumento de temperatura dentro del invernadero, causan menos problemas que los parásitos y las enfermedades que la malla trata de detener. Para compensar la pérdida del índice de ventilación debido a la malla anti-insectos, es necesario aumentar la superficie de ventilación en el grado máximo posible (Muñoz et al., 1999; FAO, 2002; Fatnassi et al., 2003). Generalmente se consideran necesarias 60 renovaciones de aire por hora para evitar un calentamiento superior al del aire exterior. Estas renovaciones se alcanzan cuando la velocidad del viento exterior excede de 1 m s-1 en invernaderos con ambas ventanas (laterales y cenitales) abiertas.
En el caso de la ventilación forzada se distinguen dos tipos de sistemas: uno con base en la admisión del aire y los que se basan en la extracción del aire del mismo. El principio de la ventilación forzada es crear un flujo de aire a través del invernadero. Los ventiladores succionan el aire exterior al interior del invernadero, por medio de las aberturas situadas en el lado opuesto de los mismos (FAO, 2002; Zabeltitz, 2002). Los valores registrados en Inglaterra y Holanda, muestran que es necesaria una capacidad de ventilación de 40 renovaciones de aire por hora, para alcanzar condiciones deseables en un invernadero con ventilación mecánica. Como el costo de electricidad es alto en Holanda, este método de ventilación es aplicado sólo en proyectos de investigación (Bakker et al., 1995). En los experimentos realizados en Italia, en el periodo estival, se ha encontrado una eficacia pequeña de los sistemas de ventilación forzada, operando con 48 y 60 renovaciones de aire por hora, con disminuciones de 0.2 a 0.5 °C, con respecto a la ventilación natural (Tesi, 2001).
Se considera que la introducción de la ventilación forzada ocasiona mayores costos de producción y por estos motivos se han diseñado sistemas de ventilación forzada con bajas renovaciones de aire (15 y 30 renovaciones de aire por hora). El objetivo de este trabajo de investigación fue comparar los sistemas de ventilación natural y forzada con 15 y 30 renovaciones de aire por hora en la producción del cultivo de tomate y en los ciclos de otoño-invierno y primavera-verano.
Materiales y métodos
Localización y Características de los Invernaderos
Los invernaderos fueron del tipo comercial y se localizaron en el municipio de El Ejido (36° 48’ N, 2° 43’ O y 40 m de altitud), Provincia de Almería, España. La cubierta plástica fue de polietileno de 200 μm, con carácter termo aislante y estructura de tubos de acero galvanizado y alambre, con cubierta asimétrica de raspa y amagado de 4.05 m en la cumbrera y 3 m en el amagado que cubría una superficie de 10 080 m2, con longitudes de 180 m y anchos de 60 m en cada uno de sus lados y superficies de ventilación cenital del 8.4% y lateral de 7.1%, con orientación de este a oeste. El invernadero con ventilación natural dispuso de un sistema de ventilación manual, formado por ventanas laterales del tipo deslizante, accionadas por una manivela y su apertura fue en sentido descendente; similar sistema presentan las ventanas cenitales, las cuales, son accionadas desde el suelo mediante una polea y cables de acero. El invernadero con el sistema de ventilación forzada fue dividido en dos secciones con fines de evaluación de dos diseños de baja y media renovación de aire por hora (15 y 30). Los ventiladores utilizados fueron los denominados de gran caudal. Se colocaron, en cada uno de los tratamientos, sensores a la altura del cultivo, modificándose cada vez que fue necesario, para medir las variables meteorológicas. Los ventiladores funcionaron cuando la temperatura alcanzó 26, 27 y 29 °C en el mes de abril, mayo y junio respectivamente.
El cultivo de tomate utilizado fue cv. Belletipo “Larga Vida”. El trasplante se realizó el 27 de enero y concluyó el 21 de junio. La polinización se realizó a partir del 3 de marzo, por medio de abejorros, con una densidad de 1 caja de abejorros, por cada 2000 m2. El tipo de poda fue a un solo brazo y se realizó desde los 25 días después del trasplante, eliminando todos los tallos laterales, para conseguir mayor tamaño de fruto. El extremo de las plantas se ató con un hilo de rafia al emparrillado del invernadero, el cual sirvió como tutor. El meristemo apical fue podado en el 8° ramillete. La primera recolección inició el 30 de abril. El invernadero fue blanqueado el día primero de mayo con una dosis de 25 g m-2 de carbonato de calcio “Blanco España”, para evitar el golpe de sol en los frutos de tomate; posteriormente se realizó una segunda aplicación de blanqueo con igual dosis el día primero de junio.
Riego, Nutrición y Sanidad
La aplicación del riego fue controlada por medio de un programa de riegos con base en la radiación solar recibida iniciando esta actividad cuando se llegaba a una acumulación de 200 J cm-2. Por otra parte, la aplicación de los nutrientes fue con base en la solución nutritiva universal de Steiner, con consignas de conductividad eléctrica de 2 dS m-1 y 30% de drenaje. El pH de la solución de entrada fue mantenido dentro del intervalo de 6 a 6.5.Las plagas que se presentaron en este estudio fueron: mosca blanca (Trialeurodes vaporariorum y Bemisia tabaci), minador de la hoja (Liriomyza spp.) y trips (Frankliniella occidentalis). Para su control se aplicó Calypso (Tiacloprid) en dosis de 0.45 L ha-1, Tinamex (Abamectina) en dosis de 1 L ha-1 y Keshet (Deltametrin) en dosis de 1L ha-1, respectivamente.
Registro de Datos Microclimáticos
El registro de datos del microclima (interior y exterior del invernadero) se programó para efectuarse cada10 min durante la duración del cultivo. Se utilizaron Dataloggers HOBO para el registro de la temperatura (-30 a 50 °C, con resolución de 0.2 °C) y humedad relativa (0 a 100%, con resolución de 3%). Estos dataloggers a su vez estiman los valores de la humedad absoluta y el punto de rocío. Se tuvieron dos repeticiones por tratamiento y una frecuencia en la toma de datos de 10 min las 24 h del día y durante el ciclo del cultivo. Para la medición de dirección (0 a 360°) y velocidad del viento (3.8 a 72 km h-1) se utilizó el anemómetro industrial con veleta. El déficit de presión de vapor (DPV), fue estimado a partir de la ecuación de la presión de vapor a saturación (Rosenberg et al., 1983):
donde:
DPV = déficit de presión de vapor
Ta = temperatura del aire (°C)
HR = humedad relativa (%)
Rendimiento del Fruto
Se registraron los datos de rendimiento total por muestreo y tratamiento, peso por fruto cosechado, número total de frutos por muestreo y por tratamiento (tres veces por semana). Para el registro del peso del fruto se utilizó una báscula Mettler, modelo BD601. Los muestreos de rendimiento de fruto se clasificaron de acuerdo con el sistema de clasificación comercial de la zona, con las siguientes categorías: categoría GG: frutos con pesos iguales o mayores de 225 g; categoría G: frutos con pesos comprendidos entre 160 y 224 g; categoría M: frutos con pesos comprendidos entre 90 y 159 g y categoría de desecho: frutos con algún tipo de dañado o malformación y con pesos menores de 90 g.
Diseño Experimental
El experimento se estableció en un experimento factorial 32 en un diseño completamente al azar. El factor A correspondió al sistema de ventilación [ventilación forzada con 30 y 15 renovaciones de aire por hora (VF30 y VF15) y sistema ventilación natural (VN)] y el factor B a las ubicaciones en el interior del invernadero (sector norte, centro y sur).
Se utilizaron dos invernaderos con características similares. En uno de los invernaderos se estableció el sistema de ventilación natural y el otro se subdividió para establecer los sistemas de ventilación forzada (Figura 1) diseñados para 15 y 30 renovaciones de aire por hora respectivamente.
Análisis Estadístico
Se utilizó el programa Statgraphics versión 5.0 plus para llevar a cabo el análisis estadístico de los datos. Para las variables meteorológicas se realizó el análisis promediando cada hora, por semana y por la temporada del cultivo; posteriormente se llevó a cabo un análisis de varianza por hora y tratamiento, para el promedio de la temporada del cultivo, y de esta forma determinar la existencia de diferencias estadísticas significativas entre tratamientos. La comparación de medias se realizó mediante la prueba de Duncan (P ≤ 0.05).
Resultados y discusión
Los resultados encontrados para las variables microclimáticas en el interior de los invernaderos y para el factor correspondiente a los sistemas de ventilación se muestran en la Figura 2. La variable temperatura a la altura del cultivo presentó diferencias significativas (P ≤ 0.05) entre los tres sistemas de ventilación, en el periodo de 10 a 16 h. Los sistemas de ventilación forzada con 30 y 15 renovaciones por hora (VF30 y VF15) tuvieron en promedio del ciclo, 2 y 1.5 °C más de temperatura con respecto al sistema ventilación natural (VN). El salto térmico promedio en los sistemas de VF30 y VF15, alcanzó 4.5 °C y el sistema VN obtuvo 3 °C. Por lo tanto, el sistema de ventilación natural fue más eficiente que los sistemas de VF15 y VF30, para el desalojo de los excesos de temperatura en este cultivo y temporada. De acuerdo con Zabeltitz (2002) se deberían obtener saltos térmicos de 10 °C para el sistema VF15 y de 6.5 °C para el sistema VF30.
Figura 2 Variación de las condiciones microclimáticas promedio (temporada de cultivo) en el interior de los invernaderos por efecto del tipo de ventilación: VN = ventilación natural; VF15 = ventilación forzada a 15 renovaciones por hora; VF30 = ventilación forzada a 30 renovaciones por hora. Letras distintas sobre las barras indican diferencias significativas (Duncan, P ≤ 0.05).
En general, el sistema de ventilación natural tuvo los menores saltos térmicos. El sector con mayores temperaturas en el interior del invernadero, corresponde al norte en los sistemas de ventilación forzada. El sistema de ventilación forzada con 30 renovaciones por hora, no causó cambios significativos en el microclima de los sectores norte y centro del invernadero y sólo modificó el microclima del sector sur, lugar donde se realizan los cambios microclimáticos más pronunciados en estos sistemas de ventilación forzada, ya que este sector constituye la entrada del aire del sistema.
La humedad relativa a la altura del cultivo fue alrededor del 90% durante la noche y mayor del 50% durante el día y existieron diferencias significativas entre los diferentes sistemas de ventilación (P ≤ 0.05). Los sistemas de ventilación forzada (VF30 y VF15) registran similares valores de humedad relativa y ambos presentan una diferencia de aproximadamente 10% de humedad relativa con respecto al sistema de ventilación natural, durante el periodo de 10 a 21 h.
En cuanto al déficit de presión de vapor (DPV), éste alcanzó valores de 0.10 a 0.20 kPa durante la noche y de 1.7 kPa al mediodía. Los resultados estadísticos indican que existen diferencias significativas, en el periodo de 12 a 20 h (P ≤ 0.05), entre los tres sistemas de ventilación. El sistema de ventilación natural causó el mayor DPV. Zolnier et al. (2000) mencionan que las limitaciones en el control del DPV son inevitables y, además, incrementadas por altos niveles de radiación incidente y bajos índices de ventilación.
La humedad absoluta en esta temporada fue de 14 g m-3 durante la noche y de 16 a 20 g m-3 al mediodía. Se observaron diferencias significativas (P ≤ 0.05) entre los tres sistemas de ventilación. Las diferencias se inician a las 10 h y terminan a las 21 h. Ambos sistemas de ventilación forzada registraron los más altos valores de humedad absoluta (18.20 y 17.60 g m-3, respectivamente). Por lo tanto, el sistema VN fue más eficiente para el desalojo de las altas humedades absolutas.
Entre los dos sistemas de ventilación forzada (VF15 y VF30) no se encontraron diferencias estadísticas significativas (P > 0.05) en cuanto a temperatura, humedad relativa, humedad absoluta y déficit de presión de vapor (Cuadro 1), pero ambos fueron estadísticamente diferentes (P ≤ 0.05) a la ventilación natural en todos los parámetros microclimáticos estudiados.
† HR = humedad relativa; ‡ DPV = déficit de presión de vapor; § HA = humedad absoluta. Letras distintas sobre la misma columna indican diferencias significativas (Duncan, P ≤ 0.05).
Cuadro 1 Parámetros microclimáticos promedio (temporada de cultivo) en invernaderos con diferentes sistemas de ventilación.
El sistema de ventilación natural tuvo menor temperatura, humedad relativa y humedad absoluta que los sistemas de ventilación forzada. Por el contrario, registró un mayor DPV (1.22 kPa).
Por lo tanto, el sistema de ventilación forzada en su máximo índice de renovaciones por hora de esta evaluación (VF30), no superó los efectos microclimáticos registrados en el sistema de ventilación natural. En teoría, estos sistemas de ventilación forzada fueron creados para disminuir las altas temperaturas generadas en verano, en el interior del invernadero (ASAE, 1998; Kitaya et al., 2003). Con base en los resultados anteriores es posible sugerir que para este cultivo y en esta temporada, no es conveniente diseñar los sistemas de ventilación forzada a menores índices de extracción de aire del invernadero con fines económicos, ya que la ventilación natural aunada a altos índices de área foliar, establecen las condiciones microclimáticas más cercanas a los niveles óptimos para este cultivo. Hanan (1998) menciona que la tasa de transpiración del cultivo es insuficiente para prevenir los excesos de temperatura durante el verano, por lo cual, se deberán emplear otros métodos para incrementar la conversión de calor sensible a calor latente. Sin embargo, Katsoulas et al. (2002) y Seginer (2002) no concuerdan con esta afirmación al mencionar que la transpiración es el mayor mecanismo para el enfriamiento del follaje de los cultivos en el invernadero. Resultados similares obtuvo Willits (2000) al concluir que los altos índices de área foliar son muy efectivos para reducir la temperatura de la hoja, quedando en entredicho muchos de los equipos de modificación del clima artificiales.
Este incremento en la transpiración, aumenta los contenidos de humedad absoluta en el interior del invernadero. A mayor humedad absoluta, mayor conversión de calor sensible a calor latente, disipando de esta forma, los excesos de temperatura (Bakker et al., 1995). Similares resultados reportó Tesi (2001), quien argumenta que, cuando la cantidad de calor por kilogramo de aire húmedo permanece constante, se logra un descenso en la temperatura aumentando el contenido en agua del aire. Sin embargo, al cerrar los invernaderos para el funcionamiento del sistema de ventilación forzada, el intercambio de aire es insuficiente para lograr la conversión de calor sensible a calor latente, propiciando la acumulación de humedad y la disminución del DPV, restringiendo, de esta forma, el crecimiento del cultivo.
Efecto del Microclima en el Rendimiento y Calidad del Cultivo de Tomate
Los sistemas de ventilación evaluados no tuvieron efectos significativos (P ≤ 0.05) sobre el rendimiento total (Cuadro 2). Sin embargo, la evaluación por categorías, si muestra diferencias significativas. Las categorías M y G resultaron ser más productivas en los sistemas de ventilación forzada; con diferencias promedio de 846 y 1337 g m-2, con respecto al sistema de ventilación natural. El sistema de ventilación natural produjo la mayor cantidad de frutos de la categoría GG, con una diferencia promedio de 1705 g m-2. Estas discrepancias en las categorías hacen que el rendimiento final resulte similar en los tres sistemas estudiados.
† Desecho = frutos dañados y con peso < 90 g, ‡ M = peso de fruto entre 90 y 155 g, § G = peso de fruto entre 160 y 200 g, ¶ GG = peso de fruto> 225 g. Letras distintas en la misma columna indican diferencias significativas (Duncan, P ≤ 0.05).
Cuadro 2 Rendimiento de tomate en invernadero en respuesta a los sistemas de ventilación usados.
Las diferencias microclimáticas encontradas en los sistemas de ventilación forzada como lo son mayor temperatura, humedad relativa y absoluta fueron las causantes de estas diferencias en el rendimiento de fruto del cultivo, pues de acuerdo con Bakker et al. (1995), Boulard et al. (1999), Hanan (1998) y Zabeltitz (2002), una ventilación suficiente es muy necesaria para el óptimo crecimiento del cultivo, especialmente en el caso de alta temperatura exterior, alta radiación solar, alta humedad y, en algunos cultivos, para favorecer la polinización y, por tanto, la fructificación.
Según Groenewegen (2002), una temperatura media relativamente alta causa un rápido crecimiento, desarrollo y precocidad en la cosecha, pero también causa un rendimiento total menor debido a frutos pequeños. Esto fue lo que sucedió en las categorías M y G de los frutos en los sistemas de ventilación forzada, al obtener un mayor rendimiento en comparación con el sistema de ventilación natural. Por el contrario una menor temperatura supone un alargamiento del periodo de cosecha y un mayor peso por fruto (Bertin et al., 2000). Esto fue lo que sucedió en el sistema de ventilación natural al obtener 1.5 °C menos, que ambos sistemas de ventilación forzada (Cuadro 3). Cabe resaltar que en el sistema VN se produjo la mayor cantidad de tomate en la categoría de desecho. Esto se debió al efecto de las bajas temperaturas que se presentaron al inicio de la temporada del cultivo, la cual causó un mayor daño a los frutos del sistema de ventilación natural, precisamente por una mayor interrelación con el exterior, provocando un desorden fisiológico denominado cicatriz leñosa pistilar descrito por Cárdenas (1999).
† Sectores en el interior del invernadero: sector norte, centro y sur. ‡ Sistema = Sistema de ventilación. Letras distintas en la misma columna indican diferencias significativas (Duncan, P ≤ 0.05).
Cuadro 3 Peso medio de fruto de tomate cultivado en invernadero en los sectores de los sistemas de ventilación.
Se encontró que el número de frutos es inferior para el sistema de ventilación natural (15% en general). Sin embargo, este parámetro es compensado por un mayor peso del fruto en este sistema de ventilación (Bertin et al., 2000; Sato et al., 2001). El peso de fruto fue superior en todos los sectores del sistema de ventilación natural (Cuadro 3) a excepción del sector sur, en donde fue estadísticamente igual a los demás.
La calidad comercial del fruto (eliminando frutos dañados o malformados) se centra principalmente en el calibre del mismo. En general, a mayor calibre, mayor será el precio de venta pagado por el comercio, por lo que los frutos de la categoría G y GG son más apreciados por el agricultor. El Cuadro 4 muestra los ingresos obtenidos (en Euros), en cada uno de los sistemas de ventilación estudiados. No se encontraron diferencias estadísticas entre los diferentes tratamientos. Las diferencias iniciales de los sistemas de ventilación forzada, tales como una mayor precocidad, son anuladas por un mayor peso de fruto en las etapas finales del sistema de ventilación natural.
† Sectores en el interior del invernadero: sector norte, centro y sur. ‡ Sistema = sistema de ventilación. Letras distintas en la misma columna indican diferencias significativas (Duncan, P ≤ 0.05).
Cuadro 4 Ingresos obtenidos por la venta de frutos de tomate por sector en invernaderos con diferentes sistemas de ventilación.
La ventaja inicial de los sistemas de ventilación forzada (mayor precocidad), en teoría debería mantenerse, si fuera capaz de desalojar los excesos de temperatura, para darle al cultivo, mejores condiciones microclimáticas, tendientes a la obtención de un mayor peso de fruto (temperaturas más frescas).
Conclusiones
- Los resultados indican que los sistemas de ventilación forzada diseñados con 15 y 30 renovaciones de aire por hora fueron insuficientes para cumplir con los objetivos de bajar la temperatura y desalojar los excesos de humedad absoluta del interior de este tipo de invernaderos.
- El sistema de ventilación natural registró menor temperatura, humedad relativa, humedad absoluta y mayor déficit de presión de vapor (DPV).
- Las diferencias en el DPV, entre ambos sistemas de ventilación, fue una de las causas de las diferencias en el peso de fruto.
-No se encontraron diferencias entre tratamientos, en cuanto a las ganancias obtenidas, en cada uno de los sistemas de ventilación estudiados.
