Ubicación del sitio de estudio

El estudio se ubicó en el municipio de Sabinas Hidalgo, Nuevo León, cuyas coordenadas son: 26° 30’ 3” latitud norte, 100° 8’ 36” longitud oeste a una altitud de 290 m. La temperatura media anual es 28 °C, los vientos dominantes son del noreste y el este con una precipitación promedio anual de 700 mm. El clima de la región es seco estepario (^{INAFED, 2016}). Para el desarrollo del experimento, se establecieron cuatro túneles de forma ovalada de 4 m de ancho, 2.5 m de alto y 12 m de longitud con una separación entre túneles de 6 m. Los túneles se orientaron de norte-sur con la puerta de acceso al lado sur. La cubierta de tres túneles fue una película de policarbonato de diferente color (azul, rojo y transparente), el otro se cubrió con polietileno de alta densidad (180 μm de espesor). El policarbonato es un polímero termoplástico en planchas alveolares que consta de dos o tres paredes paralelas unidas transversalmente por paredes del mismo material. Las placas fueron de 12.2 m de largo por 1.83 m de ancho y 6 mm de espesor con un espacio de aire en los alvéolos para aislamiento térmico para reducir el enfriamiento nocturno.

Establecimiento y manejo del cultivo

El cultivo establecido fue calabacita (Cucurbita pepo L.), variedad Zuchinni. En cada túnel se establecieron dos camas de 0.6 m de ancho, separadas 1.2 m. La siembra directa se realizó el 12 de noviembre de 2015, colocando la semilla a una profundidad de 25 mm y 0.5 m entre plantas en las dos camas de cada uno de los cuatro túneles. La semilla germinó seis días después de siembra. El suelo de cada túnel se fertilizó con lombricomposta (3 kg m^-2) en una sola aplicación antes de la siembra. El riego se aplicó con un sistema de riego por goteo con una manguera de 16 mm de diámetro con goteros integrados a una separación de 0.4 m. El gasto del emisor fue de 2 LPH con tiempos de riego de 25 min diarios, que correspondió a una lámina diaria de 3.47 mm. El deshierbe se realizó en forma manual.

Instrumentación y mediciones realizadas

Al centro de cada túnel, en un poste fijo a una altura de 0.7 m sobre la superficie se instaló un piranómetro de silicón (modelo LI 200 x, LI-COR, Inc., Lincon, Nebraska, EE, UU) y un sensor quantum (apoge instruments, Logan, Utah, EE, UU) para medir la radiación solar (Rsw) y fotosintéticamente activa (PAR) respectivamente. Los sensores mencionados fueron conectados a dos dataloggers CR1000 (Campbell, Scientific, Logan, Utah, EE, UU). Las mediciones se realizaron a una frecuencia de 1 s y se generaron promedios continuos de 30 min a través del ciclo de crecimiento del cultivo (27 de noviembre de 2015 al 19 de febrero de 2016).

Además de las mediciones digitalizadas continuas, a intervalos de 15 días y en cada uno de los cuatro túneles, entre las 12:00 y 14:00 h se determinó el contenido relativo de clorofila de las hojas (SPAD 502 Plus, Spectrum, Technologies, Inc.). La transmitancia de las cubiertas de policarbonato y el polietileno a la radiación solar en banda de la PAR se determinó en un día con cielo despejado a la hora de mayor incidencia de radiación solar (13:00 a 14:00 h), colocando un espectro radiómetro (PS-100, Apogee Inst., Logan, Utah, EE, UU), por encima y por debajo de cada cubierta.

Crecimiento y rendimiento del cultivo

A través del ciclo de desarrollo del cultivo y a una frecuencia de 15 días se midió el número de hojas por planta y el área de las mismas (con un flexómetro y un vernier digital). Durante la cosecha se cuantificó el número de frutos por planta. Para cada fruto cosechado de cada corte, se pesó (balanza analítica), midio el diámetro y longitud (vernier digital). En cada corte, sólo se cosecharon los frutos de una longitud mayor de 12 cm.

Para determinar el área de las hojas se empleó el factor propuesto por ^{Rouphael y Colla et al. (2005)} para hojas de las plantas de calabacita Zucchini.

Donde: AF= área foliar (cm2); A= producto del ancho mayor (a) por la longitud mayor (l) de la hoja.

Evaluación estadística

Para el análisis de varianza y comparación de medias del crecimiento foliar (número y área de las hojas), contenido de clorofila de las hojas y calidad del fruto (peso, diámetro y longitud), se utilizó la prueba no paramétrica de Kruskal-Wallis (α≤ 0.05) (ya que los datos no tuvieron distribución normal), considerado cuatro tratamientos (los cuatro túneles) y cuatro repeticiones por parámetro evaluado. Para el número y área de las hojas, la unidad experimental fue una planta. Para contenido de clorofila fue el promedio de 12 mediciones (3 lecturas por hoja de 4 hojas de diferente planta), mientras que, para calidad del fruto, la evaluación estadística se realizó con los frutos cosechados en todos los cortes realizados.

Propiedades espectrales de las cubiertas plásticas

En la Figura 1 se muestra la transmitancia de las láminas de policarbonato y el polietileno de alta densidad a la radiación solar en la banda de la radiación fotosintéticamente activa (PAR)(400 a 700 nm). Para toda la banda de la PAR, el policarbonato transparente tuvo mayor transmitancia y fue aproximadamente uniforme en todo el rango de longitud de onda. El policarbonato azul mostró alta transmitancia de 400 a 500 nm, decrece de 500 a 600 nm y aumenta nuevamente de 600 a 700 nm. El policarbonato rojo no transmite radiación de 400 a 575 nm, pero mostró gran transmitancia de 600 a 700 nm. El polietileno de alta densidad tuvo un patrón de transmitancia de la radiación PAR similar al policarbonato transparente, pero de menor magnitud. Para toda la banda de la radiación PAR, el policarbonato de color rojo tuvo menor transmitancia (23.51%), seguido por el de color azul (57.46%), el polietileno de alta densidad (60.51%) y el de mayor transmitancia fue el policarbonato de color claro (82.57%) (Cuadro 1).

Cuadro 1 Radiación fotosintéticamente activa (PAR) que se transmite a través de cada cubierta de cuatro macro túneles, y la relación porcentual con relación a la radiación PAR incidente sobre las cubiertas (1 339.035 µmol m^-2 s^-1). 

Figura 1 Radiación solar incidente en un rango de 400 a 700 nm de longitud de onda, y la transmitida bajo tres túneles con láminas de policarbonato de color claro, azul y rojo y un túnel con polietileno de alta densidad. 

Una menor radiación PAR que incide sobre las plantas tiene también efecto directo en la tasa de fotosíntesis y en el crecimiento y rendimiento de las plantas, por lo que las plantas bajo el policarbonato de color rojo pueden ser de menor crecimiento y rendimiento. Al respecto, estudios desarrollados por ^{Sandri et al. (2003)} en invernadero observaron una reducción del rendimiento de tomate (Solanum lycopersicum) debido a una baja incidencia de PAR por efecto de sombreo. Similarmente, ^{Bagdonavičienė et al. (2015)} reportaron una menor asimilación de CO₂ en pepino (Cucumis sativus) y tomate cuando las plantas recibieron 200 μmol m^-2 s^-1 de radiación PAR, con relación a las plantas con una radiación PAR de 400 μmol m^-2 s^-1

También se ha documentado ampliamente el efecto morfogénico asociado a variaciones en el ambiente lumínico de las plantas. ^{Smith (2000)} mostró el papel de los fitocromos para controlar diversos aspectos del desarrollo de las plantas en función de la cantidad relativa de luz dentro del espectro del rojo (600- 700 nm) y el rojo lejano (700- 800 nm); a su vez, ^{Lin (2000)} encontró que la cantidad relativa de luz dentro del espectro del azul (400- 500 nm) respecto a la que se encuentra en el espectro del rojo tiene diversos efectos morfológicos.

El policarbonato color rojo mostró nula transmitancia de la radiación de 400 a 575 nm (Figura 1). Esto en principio puede afectar a la planta en dos formas principales: a través de la reducción de la eficiencia con la que se puede realizar la fotosíntesis, al no existir radiación en uno de los picos de absorción determinados por ^{McCree (1971)} y a través de la modificación de los balances entre rojo y rojo lejano y entre rojo y azul (^{Smith, 2000}; ^{Lin, 2000}), aunque la transmitancia en el espectro del color azul, que es el de mayor absorción por la planta (^{Hogewoning et al., 2012}), es muy alta. En cambio, el policarbonato azul tuvo mayor transmitancia en el rango de 400 a 500 nm, pero presenta una caída en la transmitancia en el rango de 550 a 650 nm. En base al mismo criterio con que se analizó el policarbonato rojo, el de color azul en principio tiene mejores propiedades para su uso como material de cubierta. ^{Grbic et al. (2016)} realizaron pruebas en túneles con cubiertas plásticas de color verde y lavanda en Perilla frutensces y encontraron un efecto significativo de los túneles en el desarrollo vegetativo del cultivo, existiendo una relación inversa entre la luminosidad y el desarrollo vegetativo.

Radiación solar total incidente y transmitida en las cubiertas de los túneles

Durante el ciclo de crecimiento del cultivo, las plantas dentro de cada túnel, recibieron una magnitud diferente de radiación solar total (Rsw) y menor que la recibida sobre la cubierta de los túneles (Figura 2). La transmitancia menor de la Rsw se observó en el policarbonato de color rojo y la mayor en el de color claro. La mayor incidencia y penetración de la radiación en esta localidad y época del año se observa entre las 12:00 y las 14:00 h.

Figura 2 Radiación solar total incidente (Rsw)) y la que se transmite a través de las cubiertas de policarbonato de color claro, azul, rojo y el polietileno de alta densidad, entre las 7:00 y 19:00 h de un día despejado de los meses de crecimiento del cultivo de calabacita. 

En el Cuadro 2, se muestra la cantidad total de radiación solar (valores diarios integrados de 7:00 a 19:00 h) recibida por las plantas durante los meses de crecimiento (28 de noviembre de 2015 al 18 de febrero de 2016). Las plantas bajo el policarbonato de color rojo recibieron menor cantidad total de radiación solar en el periodo de crecimiento (1 084.02 MJ m^-2), la incidencia mayor de Rsw fue en el policarbonato claro (1 344.23 MJ m^-2), seguido por el polietileno de alta densidad (1 160.84 MJ m^-2) y el policarbonato azul (1 149.86 MJ m^-2). En túneles con cubiertas plásticas de polietileno color blanco, verde, amarillo y rojo Ombódi et al. (2015) observaron una disminución de la transmitancia de la radiación PAR de 23 y 39%, y de 32 a 46% en la radiación PAR en todos los colores y que la retención mayor fue en el color amarillo y verde en los rangos de 450 a 450 nm y 550 a 670 nm respectivamente. De igual forma, ^{Retamal-Salgado et al. (2015)} reportan una reducción en la radiación PAR de 25% utilizando una cubierta de polietileno de alta densidad para invernadero.

Cuadro 2 Radiación solar total integrada diaria (7:00 a 19:00 h) durante los meses del ciclo de crecimiento del cultivo de calabacita, bajo los túneles de diferentes colores y materiales. 

Radiación fotosintéticamente activa incidente y transmitida en las cubiertas de los túneles

La diferencia en la transmitancia de las cubiertas entre los túneles de diferentes colores y materiales a la radiación fotosintéticamente activa (PAR) fue más evidente que la observada para la radiación solar total incidente (Figura 3). Esto se debió que las diferentes cubiertas son más selectivas a la radiación PAR que a la radiación cercana y lejana al infrarrojo. Se observó claramente, que las plantas bajo el policarbonato de color rojo recibieron la menor cantidad de radiación PAR, muy inferior a la recibida por los policarbonatos de otros colores y de la que incide sobre los túneles (Figura 3). La menor radiación PAR que se transmite sobre el policarbonato de color rojo, tendrá un marcado efecto en la fisiología de las plantas y en el crecimiento y rendimiento de las plantas.

Figura 3 Radiación fotosintéticamente activa (PAR) incidente y la que se transmite a través de las cubiertas de policarbonato de color claro, azul, rojo y el polietileno de alta densidad, entre las 7 y 19:00 h de un día despejado de los meses de crecimiento del cultivo de calabacita 

^{Oliviera et al. (2016)} observaron que, para un cultivo de toronjil (Melissa officinalis L.), el uso una malla sombra de color azul aumentó la altura de plantas, área foliar y contenido de clorofila, contrario a los resultados obtenidos con mallas de color rojo y negro. Después del rojo, la cubierta con menor transmitancia de la radiación PAR fue el polietileno de color azul, seguida por el polietileno de alta densidad y la cubierta con mayor transmitancia fue el polietileno claro (Figura 3). Con base a estos datos, se podría inferir que las plantas bajo el túnel de policarbonato claro tendrían mayor crecimiento y rendimiento; sin embargo, además de la intensidad de la radiación se debe considerar la calidad de la radiación, ya que el grado de difusividad de la radiación es mayor en el polietileno de alta densidad, lo que puede resultar en mayor productividad (^{Jongschaap et al., 2006}). De igual forma que para la radiación Rsw, de 12:00 a 14:00 h se observó la mayor incidencia de radiación PAR.

Las diferencias en la PAR total integrada (7:00 a 19:00 h) durante los meses de crecimiento del cultivo bajo las cubiertas de diferentes colores fue muy pronunciada (Cuadro 3). Claramente se observó que las planta bajo el policarbonato de color rojo recibieron la menor cantidad de radiación (516.1 mol m^-2), seguida del policarbonato azul (1 026.92 mol m^-2), polietileno de alta densidad (1 274.49) y el de mayor transmitancia fue el policarbonato claro (1 757.87 mol m^-2). En términos de porcentaje, las plantas bajo la cubierta roja recibieron solo el 29.36% de la radiación PAR que se recibió bajo la cubierta de color claro. La menor cantidad de radiación PAR que recibieron las plantas bajo el policarbonato rojo debe tener un fuerte impacto en el crecimiento y rendimiento de las plantas. Al respecto, ^{Martínez et al. (2016)} evaluaron en un cultivo de albahaca (Ocimum basilicum) plásticos de polietileno de color rojo, azul, perla y negro y un control con 50% de sombreado, sus estudios mostraron una reducción en la radiacion PAR en los tratamientos de colores, y que el en el polietileno rojo las plantas presentaron mayor altura, pero menor peso seco, diámetro del tallo y numero de brotes.

Cuadro 3 Radiación fotosintéticamente activa (PAR) integrada diaria (7:00 a 19:00 h) durante los meses del ciclo de crecimiento de la calabacita, bajo túneles de diferentes colores y materiales. 

Contenido de clorofila en las hojas

Las plantas que crecieron bajo el túnel con policarbonato de color claro, tuvieron el mayor contenido de clorofila (Kruskal-Wallis, α≤ 0.05) a través del ciclo de crecimiento del cultivo (Cuadro 4). Esto estuvo directamente relacionado con mayor incidencia tanto de radiación solar total como de radiación fotosintéticamente activa sobre las plantas (Cuadros 2 y 3). Desde el inicio y durante el ciclo de crecimiento del cultivo, las plantas bajo el policarbonato rojo tuvieron menor contenido de clorofila (Cuadro 4) (Kruskal-Wallis, α≤ 0.05), esto se debió a la nula radiación que recibieron las plantas en el espectro del color azul (400 a 570 nm) (Figura 1), y también menor cantidad de radiación PAR recibida por las plantas diariamente (Figura 3) y durante todo el ciclo de crecimiento (Cuadro 3), que tuvo un fuerte impacto en el contenido de clorofila.

Cuadro 4 Contenido relativo de clorofila (unidades SPAD) de un cultivo de calabacita (cv Zucchini) bajo túneles con diferente color y material de cubierta. 

Medias con letra diferente dentro de las columnas son estadísticamente diferentes (Kruskal-Wallis α≤ 0.05).

Por ejemplo, estudios realizados por ^{Trouwborst (2016)}, observaron que las plantas de pepino tuvieron un menor contenido de clorofila cuando crecieron en condiciones de luz rojo (638 nm). Resultados similares fueron obtenidos por ^{Su et al. (2014)} en un estudio realizado también en plántulas de pepino donde observaron un menor contenido de clorofila bajo luz roja (658 nm) en comparación con las plántulas expuestas a luz azul (460 nm). El menor contenido de clorofila en las plantas bajo el polietileno rojo, se puede manifestar en un menor crecimiento y rendimiento de frutos por las plantas.

Crecimiento de las hojas

Las plantas que crecieron bajo el túnel con cubierta de policarbonato de color claro, recibieron mayor radiación PAR (Cuadro 3) y tuvieron el mayor desarrollo de número de hojas y área foliar (Cuadros 5 y 6) (Kruskal-Wallis, α≤ 0.05), lo que indica una relación directa entre estas variables. Por el contario, las plantas bajo el policarbonato rojo, tuvieron la menor incidencia de radiación PAR (Cuadro 3), con nula radiación en la banda de 400 a 575 nm, que resultó en menor número de hojas y de área foliar (Kruskal-Wallis, α≤ 0.05). El área foliar de las plantas en el túnel con cubierta de polietileno de alta densidad fue igual al de las plantas en el túnel con policarbonato azul en las diferentes fechas de muestreo a través del ciclo de crecimiento del cultivo (Cuadro 6) (Kruskal-Wallis, α≤ 0.05). Estudios realizados por ^{Casierra et al (2012)} mostraron que en un cultivo de fresa (Fragaria sp.) el uso de cubiertas de polipropileno de color rojo, verde y azul, aumentaron el área foliar con respecto al observado en las plantas sin cubierta. Observaron también que de las plantas que crecieron bajo las cubiertas de polipropileno, las del color rojo tuvieron el menor desarrollo.

Cuadro 5 Número de hojas de las plantas de un cultivo de calabacita (Cucurbita pepo L.), variedad Zuchinni, en crecimiento bajo túneles de diferentes materiales y colores. 

Medias con letra diferente dentro de las hileras son estadísticamente diferentes (Kruskal-Wallis, α≤ 0.05).

Cuadro 6 Área foliar de las plantas de un cultivo de calabacita (Cucurbita pepo L.), variedad Zuchinni, en crecimiento bajo túneles de diferentes materiales y colores 

Medias con letra diferente dentro de las hileras son estadísticamente diferentes (Kruskal-Wallis, α≤ 0.05).

Rendimiento de fruto

Debido que la maduración para el corte de frutos y el rendimiento fue desigual entre los túneles de diferentes colores, los datos son resultado de la suma de 10 cortes realizados. Las plantas que crecieron en el túnel con cubierta de polietileno claro, que recibieron mayor cantidad de radiación PAR (Cuadro 3) y que tuvieron mayor contenido de clorofila durante el crecimiento de las plantas (Cuadro 4), fueron de mayor precocidad y rendimiento (frutos totales por túnel) (Figura 4). Por el contario, las plantas bajo el túnel de policarbonato de color rojo que recibieron menor radiación PAR (Cuadro 3), y con menor contenido de clorofila en la mayor parte del ciclo de crecimiento (Cuadro 4), el rendimiento de frutos fue nulo. El diámetro, longitud y peso promedio de frutos fue igual (Kruskal-Wallis, α≤ 0.05) entre los túneles de policarbonato claro, polietileno de alta densidad y policarbonato azul (Figura 4). Resultados similares de ^{Kitta et al. (2014)} en chile pimiento (Capsicum annum L.) bajo mallas de diferentes colores (perla, verde y blanco) con 78, 62 y 59 % de transmitancia de radiación PAR respectivamente. La malla con color perla tuvo mayor transmitancia fue de mayor rendimiento de fruto y materia seca. Mientras que la malla de color blanco, de menor transmitancia y rendimientos menores.

Figura 4 Rendimiento y calidad de frutos de calabacita (Cucurbita pepo L.), variedad Zuchinni, bajo crecimiento en túneles de policarbonato (PC) de diferentes colores y polietileno de alta densidad (PEHDD).