Por Abhay Thosar, Ph.D, director de servicios de horticultura de Fluence by OSRAM
Publicado anteriormente en el número de febrero de 2021 de Inside Grower.
El crecimiento demográfico y la urbanización están obligando a la producción mundial de alimentos a una encrucijada. En general, la migración a zonas de alta densidad aumenta el acceso a la atención sanitaria, a empleos mejor pagados, a la educación y a otras oportunidades socioeconómicas. Pero también ejerce una mayor presión sobre las infraestructuras existentes y la demanda de recursos, lo que provoca una mayor escasez de agua, consumo de energía, residuos y, quizá lo más importante, amenazas para el suministro, los precios y la calidad de los alimentos.
Los económicamente desfavorecidos
serán los primeros en pagar el precio de la creciente urbanización. A medida que aumenten los precios y disminuya el acceso a fuentes de alimentos de calidad, la salud nutricional de las poblaciones pobres irá empeorando. En los próximos años, la responsabilidad de colmar la brecha entre la oferta y la demanda de alimentos prevista en las zonas urbanas recaerá en gran medida en las granjas verticales, una industria
que se espera que casi se cuadruplique en 2025 a unos 16.000 millones de dólares. La pandemia de COVID-19 podría acelerar aún más este ritmo de crecimiento. Los costes de producción siguen siendo relativamente altos y, al tratarse de un mercado joven, las lagunas de conocimiento sobre las mejores prácticas operativas en áreas críticas como el diseño de las instalaciones y las condiciones ambientales amenazan la sostenibilidad y la rentabilidad a largo plazo. La evolución de la dinámica económica de los supermercados está obligando a las explotaciones verticales a escalar rápidamente en su intento de cultivar y suministrar una mayor variedad de productos, manteniendo al mismo tiempo las exigencias de los compradores en cuanto a tamaño, calidad y valor nutritivo. Y, de cara al futuro, las nuevas innovaciones en estrategias de iluminación, diseño de instalaciones, mejores prácticas de cultivo y automatización obligan a las explotaciones verticales a adaptarse constantemente y a buscar nuevas ventajas operativas. Esto es válido tanto para los nuevos participantes en el mercado como para los relativamente consolidados, y cada uno de ellos será fundamental no sólo para mantener la rentabilidad, sino también para garantizar que la producción de alimentos en las zonas urbanas pueda aumentar con la demanda.
Teniendo esto en cuenta, he aquí tres factores críticos que los agricultores verticales deben tener en cuenta para satisfacer las expectativas del mercado, mejorar la eficiencia y, en última instancia, cultivar y distribuir mayores cantidades de alimentos de calidad a más personas en un área más pequeña.
El diseño de las instalaciones en función de la demanda del mercado
La historia y el crecimiento del mercado de la agricultura vertical están impulsados en gran medida por dos tendencias a nivel de consumidores y compradores. Hace una década, era prácticamente inaudito que los consumidores hicieran preguntas sobre cómo, dónde y cuándo se cultivaban sus alimentos. Hoy las cosas son distintas. La gente quiere conocer la procedencia de los alimentos que compra y asegurarse de que no contienen sustancias químicas y son seguros para el consumo. Cada producto se ha convertido en algo más que una etiqueta, se ha convertido en una historia que los consumidores quieren escuchar, y que tiene un impacto igualmente significativo en dónde compran y qué compran.
Los supermercados han tomado nota. Más allá de eso, sin embargo, las operaciones de agricultura vertical han dado a los supermercados una opción más además de las cadenas de suministro existentes en las que han confiado para la producción y distribución de alimentos. Las granjas verticales desempeñan un papel aún más importante cuando se producen trastornos a gran escala, como la pandemia COVID-19 o las retiradas masivas de productos. Como resultado, los supermercados -que valoran por encima de todo el suministro constante de productos- están recurriendo a sus explotaciones agrícolas verticales locales y, en algunos casos, incluso a sus propios proveedores.
invirtiendo directamente en ellos. Pero esta mayor atención tiene un coste (literal y metafórico). Los supermercados exigen que las granjas verticales que les abastecen produzcan una mayor variedad de cultivos -lechugas, tomates, pepinos, verduras de hoja verde, microgreens, hierbas aromáticas- de forma más constante, al tiempo que cumplen especificaciones únicas en cuanto a peso, estética, valor nutricional y otros muchos factores que, en última instancia, vienen dictados por el entorno de la granja vertical y la experiencia del agricultor.
Los agricultores verticales se están dando cuenta rápidamente de que necesitan ampliar su cartera de posibles cultivos de un puñado a varias docenas o más, lo que plantea una serie de preguntas sobre cómo diseñar o modernizar sus instalaciones y ajustar las condiciones ambientales que favorecen un cultivo determinado.
La primera decisión a la que se enfrentan muchos agricultores verticales es qué técnica de cultivo será más escalable y viable para su explotación. La hidroponía, la aeroponía y la acuaponía han surgido como opciones viables con diversos grados de éxito, pero distan mucho de ser intercambiables.
En definitiva, no existe una solución universal para todas las granjas verticales. Los cultivadores deben considerar detenidamente las expectativas de sus compradores y cómo pueden cambiar con el tiempo. A continuación, los cultivadores deben evaluar toda la gama de necesidades de sus cultivos y cómo cada uno podría responder de manera diferente a los diversos factores ambientales y estrategias de iluminación.
Equilibrar los factores medioambientales
El siguiente conjunto de factores que rigen el diseño de las instalaciones, la inversión y el funcionamiento cotidiano deben ser siempre las propias condiciones ambientales.
La forma en que el aire fluye dentro y a través de cada bastidor de una granja vertical es uno de los retos más singulares e importantes que deben resolver las granjas verticales. Ignorar o no vigilar de cerca el flujo de aire suele ser un golpe mortal para secciones enteras de cultivos y, en consecuencia, para la rentabilidad, el rendimiento y la consistencia. El movimiento del aire ayuda a mantener la temperatura, la humedad y la transpiración en cada bastidor, y su ausencia crea grandes oscilaciones de temperatura o grandes diferencias entre los cultivos de la parte inferior y los de la parte superior. Es un equilibrio increíblemente frágil. Todo, desde el número de puntos de acceso a un almacén -sólo debe haber un punto de acceso- hasta los sistemas de climatización y circulación, afecta al movimiento del aire. Como práctica recomendada, la diferencia máxima entre la temperatura de la estantería superior y la inferior no debería ser superior a dos grados Fahrenheit. En la práctica, los cultivadores que se enfrentan a grandes fluctuaciones de temperatura también pueden considerar la posibilidad de colocar los cultivos que prefieren temperaturas relativamente más cálidas -como la albahaca, el orégano, el cebollino, la salvia o el tomillo- en la parte superior y simplemente dejar que las leyes de la termodinámica hagan el resto.
El enriquecimiento en dióxido de carbono es una condición algo más fácil de gestionar, pero no menos importante, y cambia en función de la temperatura y la estrategia de iluminación. El enriquecimiento con CO2 también puede fluctuar en función del número de puntos de acceso a un almacén (de nuevo, sólo debería haber uno). El enriquecimiento de un entorno de cultivo con dióxido de carbono estimula la fotosíntesis y el crecimiento de las plantas, cuyo ritmo depende fundamentalmente de la diferencia entre las concentraciones de CO2 en el aire y en las células de las hojas.
La ley de los rendimientos decrecientes pone un límite a la cantidad de dióxido de carbono que los cultivadores deben introducir. El CO2 no es en absoluto el único factor que rige el crecimiento de las plantas, pero las granjas verticales tienen la ventaja de poder vigilar y controlar de cerca los niveles de CO2. Sin embargo, para hacerlo correctamente, no deben escatimar inversiones significativas tanto en dispositivos portátiles -que permiten a los cultivadores medir los niveles de dióxido de carbono en cada bastidor, cada planta y cada hoja- como en sistemas de control a gran escala que puedan medir y realizar un seguimiento del CO2 en todo el almacén.
Los niveles de humedad rigen la tasa de transpiración de una planta y el tamaño de la apertura de sus estomas, lo que en última instancia afecta a la cantidad de agua que mueve desde su zona radicular para devolverla al almacén. Cuando los estomas de una planta se abren, liberan agua a la vez que recogen dióxido de carbono, lo que hace que el equilibrio de humedad, temperatura y dióxido de carbono sea aún más crucial. Los distintos tipos de plantas en diferentes etapas de crecimiento tienen diferentes tasas de transpiración, lo que añade aún más complejidad a la forma en que se diseña y gestiona una granja vertical. La forma más común de expresar la humedad es la humedad relativa, el porcentaje de vapor de agua en el aire a una temperatura determinada en comparación con la cantidad total de agua que el aire puede contener a esa temperatura. Sin embargo, en la agricultura vertical, el déficit de presión de vapor (VPD) es la forma más precisa de medir el efecto de la humedad en el crecimiento de las plantas. El VPD sigue siendo un debate interesante entre los investigadores, ya que el sector trata de comprender las diferencias entre los VPD del aire y de las hojas, así como los cálculos exactos del VPD.
Todos los factores ambientales de una granja vertical afectan a los demás en cierta medida. Casi todo puede controlarse; es a la vez la ventaja y el reto propios del mercado. Sin embargo, ningún factor es más importante para la fotosíntesis que su principal impulsor: la luz. Cada factor -CO2, temperatura, flujo de aire, humedad, fertilizante, riego, VPD- debe ajustarse con cambios en la cantidad y la calidad de la luz para optimizar el rendimiento y la respuesta de las plantas.
Diseñar una estrategia de iluminación eficaz
El diseño y la aplicación de una estrategia de iluminación eficaz es y será siempre el motor principal del éxito de su explotación vertical. En entornos tan complejos como las granjas verticales, la identificación de la intensidad de la luz, el espectro, el fotoperiodo y la configuración correctos determinará el modo en que otros factores ambientales se combinan para optimizar el rendimiento y la calidad de las plantas.
El primero de ellos, las propias instalaciones, tiene más implicaciones para las granjas verticales que para otros espacios de cultivo; en una granja vertical, las plantas no reciben ninguna otra fuente de luz. El sol no es la manta de seguridad que es para los invernaderos. Este hecho simple y obvio significa que los agricultores verticales tienen que encontrar eficiencias en formas que otros no encuentran, lo que puede manifestarse a través de una variedad de métricas operativas. La eficacia de la luz, por ejemplo, adquiere mayor importancia. La mayoría de las granjas verticales están situadas en zonas urbanas y es probable que paguen un sobreprecio por la electricidad. Maximizar los micromoles por vatio y reducir el derroche de energía es algo más que una iniciativa de sostenibilidad: es fundamental para la rentabilidad global.
Del mismo modo, las granjas verticales que explotan almacenes de decenas de miles de metros cuadrados necesitan luminarias con un buen factor de forma sin sacrificar la intensidad luminosa. Con la configuración adecuada, las granjas verticales pueden albergar más estanterías en sus instalaciones y, al mismo tiempo, situar las luces más cerca de las plantas para obtener mejores resultados.Más allá de las especificaciones de hardware, el diseño y la estrategia de iluminación constan de varios factores clave: intensidad luminosa, calidad de la luz (o espectro) y configuración de las barras luminosas. Cada uno de ellos debe basarse en los objetivos generales de la instalación, normalmente definidos por el consumidor o comprador. Las estrategias de iluminación pueden personalizarse en función del cultivo, lo que permite obtener productos químicos específicos para las plantas o cambios en la biomasa. Las diferencias en el espectro y la intensidad de la luz pueden afectar a la coloración, la conservación, el sabor y el olor de un cultivo. Las características deseadas de los cultivos deben determinarse de antemano junto con el posible comprador, lo que ayudará al diseñador de iluminación a identificar la estrategia óptima para alcanzar los objetivos de la instalación.
La cantidad de luz es el primer y principal aspecto a la hora de optimizar la productividad del cultivo. Es importante apuntar a los mols/día correctos para cada cultivo. La calidad de la luz (o espectro) se define midiendo la longitud de onda de la luz en nanómetros (nm). Las longitudes de onda de la luz que impulsan la fotosíntesis se encuentran principalmente entre 400 y 700 nm, un rango identificado como radiación fotosintéticamente activa (RFA). En un entorno de cultivo vertical, la luz blanca amplia ha demostrado su eficacia para el cultivo de tejidos, la propagación y el crecimiento vegetativo, al tiempo que cumple la función más práctica de facilitar al ojo humano el diagnóstico y la observación de los cultivos día tras día. A medida que se ha ido ampliando la investigación sobre las aplicaciones de los LED, ha quedado claro que las estrategias de iluminación deben cambiar en función de la fase de crecimiento. Los días en que se bombardeaba a las plantas con la misma intensidad y el mismo espectro están desapareciendo rápidamente. Cada vez hay más estudios que demuestran que los distintos cultivos responden a estrategias de iluminación diferentes en las distintas fases de maduración. Unas estrategias de iluminación más matizadas y personalizadas se traducen cada vez más en resultados comerciales tangibles para los cultivadores: mayor vida útil, mejor estética, mayor valor nutritivo, ciclos más rápidos y mayores rendimientos.
Las mejoras de los LED seguirán reduciendo los costes, mientras que investigaciones más profundas descubrirán y confirmarán un nuevo conjunto de estrategias de iluminación y mejores prácticas operativas para ayudar a los agricultores verticales a satisfacer la futura demanda del mercado de aumentar la producción de alimentos y, al mismo tiempo, mejorar la rentabilidad. En general, el futuro de las granjas verticales es brillante y está maduro para una innovación aún mayor. La automatización -la última frontera de la producción alimentaria- supondrá un control aún mayor de los entornos agrícolas. Ese futuro se vislumbra en el horizonte. Por ahora, sin embargo, las granjas verticales deben limitarse a lo que pueden controlar, que es prácticamente todo lo demás.
Sobre Abhay
Abhay Thosar es el director de los servicios de horticultura de
Fluence de OSRAMdonde es responsable de la gestión de un equipo de especialistas en horticultura que mejoran la forma en que los cultivadores hacen crecer sus cosechas, optimizan sus estrategias de iluminación y aumentan la rentabilidad de sus operaciones. Posee un doctorado en fisiología vegetal por la Universidad Agrícola de Gujarat y pasó más de una década en invernaderos y viveros líderes de todo Estados Unidos.
