La luz quizás sea el aspecto más importante a la hora de optimizar el crecimiento de las plantas en un invernadero o granja vertical. Hay varios mitos en torno a los espectros lumínicos específicos utilizados para cultivos y, más concretamente, el uso de luz blanca, verde o de amplio espectro. Este artículo es el segundo de una serie de entrevistas con Esther de Beer de Signify, directora del equipo de especialistas en plantas de Philips Horticulture. En esta entrevista le planteamos la pregunta: ¿Es necesaria la luz "blanca" para cultivar mejor?

¿Te interesa la primera entrevista con Esther, en la que responde a la pregunta de si la luz verde penetra más profundamente en el dosel? Léela aquí.

Cuando se habla de luz para las plantas, se suelen distinguir cuatro colores básicos: azul (400-499nm), verde (500-599nm), rojo (600-699nm) y rojo intenso (700-799nm). La luz púrpura es en realidad una combinación de luz roja y azul. Básicamente, se obtiene luz blanca cuando se añade suficiente luz verde a esta luz roja/azul. Por lo tanto, nos centraremos en la cuestión de si necesita luz verde para conseguir unos mejores cultivos.

En la primera entrevista se explica que el dosel de una planta absorbe por igual la luz azul, roja y verde y solo se absorbe mucho menos la luz roja lejana. Pero, ¿se utilizan todos estos colores por igual para el crecimiento?

A principios de los años 70, McCree midió la eficiencia fotosintética en función de la longitud de onda de un gran número de plantas. Estos datos muestran una gran coincidencia entre las plantas y se han promediado en lo que ahora se conoce como la "curva de McCree", véase la figura 1 a continuación. 

Figura 1. Curva McCree: la eficiencia fotosintética de la luz en función de la longitud de onda

Esto demuestra que la luz verde se utiliza para la fotosíntesis, pero con una eficiencia menor en comparación con la luz roja. Desde este primer trabajo, muchos investigadores han encontrado resultados similares. [Hogewoning 2012, Paradiso 2011]

Para el crecimiento total de la planta, no solo es importante el proceso de fotosíntesis, sino también otros procesos que influyen, por ejemplo, en la forma del cultivo. Por lo tanto, para las aplicaciones prácticas es relevante evaluar el crecimiento total del cultivo en lugar de centrarse únicamente en la fotosíntesis.

Hemos comprobado que varios cultivos tienen un peso en fresco significativamente mayor cuando se cultivan sin luz verde. Sin embargo, para otros cultivos, la cantidad de luz verde no tiene ningún efecto sobre el peso en fresco. Además, hemos comprobado que para dirigir la forma del cultivo, la luz azul y la roja lejana son mucho más eficaces que la verde. Permítanme compartir algunos ejemplos de nuestra investigación.

En el Philips GrowWise Center, hemos realizado un ensayo en el que hemos cultivado ocho variedades de lechuga RijkZwaan Salanova bajo espectros de luz con 0 y 20% de luz verde, pero con el mismo flujo de fotones y porcentaje de luz azul. El siguiente gráfico muestra el peso en fresco relativo de estos cultivos, comparando el crecimiento bajo ambos espectros con 0 % de luz verde y 20% de luz verde. 

Figura 2. Peso en fresco notablemente mayor para variedades de lechugas cuando se cultivan sin luz verde

Como se puede ver en este gráfico, no todas las variedades de lechuga reaccionan igual. Hay dos variedades (RZ1 y RZ2) que crecen ligeramente mejor bajo el espectro con 20% de verde. Sin embargo, la mayoría de las variedades tienen un peso en fresco notablemente mayor (incluso hasta un 20% más de peso en fresco para la RZ8) cuando se cultivan sin luz verde.

El pequeño efecto que tiene la luz verde en el crecimiento de un cultivo lo confirma un extenso estudio académico de Snowden, que comparó el crecimiento de siete especies vegetales diversas con ocho composiciones espectrales distintas: "En contraste con los notables efectos de la luz azul, el aumento de la luz verde en incrementos de 0 a 30% tuvo un efecto relativamente pequeño en el crecimiento, el área de la hoja y la asimilación neta, ya sea en baja o alta PPF". [Snowden 2016]

Un segundo ejemplo de nuestro propio estudio se refiere al cannabis medicinal. En este ensayo, se cultivaron dos cultivares diferentes bajo tres espectros de luz diferentes con 0%, 6% y 36% de verde al mismo nivel de luz suplementaria (600 µmol/m²/s). Aquí, no solo nos fijamos en el peso de las flores, sino también la calidad de los cultivos.

El gráfico de la derecha en la Figura 3 muestra el peso de flor seca para dos cultivares diferentes, mientras que el gráfico de la izquierda muestra el porcentaje de compuestos activos, que son el factor clave para determinar la calidad del producto para el cannabis medicinal. 

Figura 3 Porcentaje de cannabinoides (izquierda) y peso seco de las flores (derecha) en función del porcentaje de luz verde (0 - 6 - 36 %) para dos cultivares de cannabis.

El gráfico de la derecha muestra que el peso seco sigue siendo el mismo para los tres espectros, lo que confirma una vez más que la cantidad de luz verde tiene poco efecto sobre el crecimiento. No obstante, los compuestos activos se reducen de forma sustancial cuando aumenta el contenido de verde. Dado que estos cultivos se cultivan específicamente por sus compuestos medicinales, se prefieren los espectros de luz que contienen poco o nada de verde.

En resumen: en nuestros estudios hemos observado que los distintos cultivos requieren diferentes espectros de luz para un crecimiento óptimo. Sin embargo, en la mayoría de los casos no hay ningún beneficio en añadir más de un pequeño porcentaje de verde; tanto para el rendimiento como para la calidad del cultivo.

Es necesario aclarar esto; todos los resultados anteriores describen el uso de la luz por parte del cultivo, comparando los rendimientos con el mismo flujo de fotones. Sin embargo, no tienen en cuenta cuánta energía eléctrica se necesita para crear esta luz. Dado que hay grandes diferencias en la eficacia (mmol/J), esto tiene, por supuesto, un gran impacto en el uso total de energía. 

Los LED rojos dan muchos más fotones por vatio eléctrico (μmol/W) en comparación con los LED azules y verdes.

Nuestras investigaciones demuestran que un espectro con aproximadamente un 6% de luz verde es suficiente para que las personas reconozcan bien los colores y es un 30% más eficiente energéticamente si se compara con un espectro "similar al del sol", que contiene aproximadamente un 40% de luz verde.    

En Signify, queremos ofrecer a nuestros clientes finales la solución de iluminación óptima para que sus cultivos crezcan de la manera más sostenible. La luz verde es mucho menos eficiente que los LED azules y rojos. Solo se puede considerar una cantidad limitada de verde para la mayoría de las aplicaciones de iluminación, ya que solo se requiere una pequeña cantidad de luz verde para un buen reconocimiento del color por parte de las personas y ya que los cultivos no necesitan una alta cantidad de luz verde para crecer bien.

Referencias:

Hogewoning S.W., Wientjes E., Douwstra P., Trouwborst G., Van Ieperen W., Croce R. and Harbinson J., 2012.
Photosynthetic Quantum Yield Dynamics: From photosystems to Leaves. The Plant Cell 24: 1921-1935.
Paradiso, R., Meinen, E., Snel, J.F.H., De Visser, P.H.B, Van Ieperen, W., Hogewoning, S.W., Marcelis, L.F.M., 2011.
Spectral dependence of photosynthesis and light absorptance in single leaves and canopy in rose. Scientia Horticulturae 127: 548-554.
McCree, K.J., 1972.
The action spectrum, absorptance and quantum yield of photosynthesis in crop plants. Agricultural Meteorology 9: 191-216.
Snowden, M.C., Cope, K.R, Bugbee, B., 2016
Sensitivity of seven diverse species to blue and green light: interactions with photon flux. Plos One 11(10): e0163121. Doi: 10.1371/journal.pone.0163121