Invernadero
Un invernadero (también llamado invernadero o, si tiene suficiente calefacción, invernadero) es una estructura con paredes y techo hechos principalmente de material transparente, como el vidrio, en el que se cultivan plantas que requieren condiciones climáticas reguladas. Estas estructuras varían en tamaño desde pequeños cobertizos hasta edificios de tamaño industrial. Un invernadero en miniatura se conoce como marco frío. El interior de un invernadero expuesto a la luz solar se vuelve significativamente más cálido que la temperatura exterior, protegiendo su contenido en climas fríos.
Muchos invernaderos o invernaderos comerciales de vidrio son instalaciones de producción de alta tecnología para vegetales, flores o frutas. Los invernaderos de vidrio están llenos de equipos que incluyen instalaciones de detección, calefacción, refrigeración e iluminación, y pueden ser controlados por una computadora para optimizar las condiciones para el crecimiento de las plantas. A continuación, se utilizan diferentes técnicas para gestionar las condiciones de crecimiento, incluida la temperatura del aire, la humedad relativa y el déficit de presión de vapor, con el fin de proporcionar el entorno óptimo para el cultivo de un cultivo específico.
Historia
La idea de cultivar plantas en áreas ambientalmente controladas existe desde la época de los romanos. El emperador romano Tiberio comía diariamente una verdura parecida al pepino. Los jardineros romanos utilizaban métodos artificiales (similares al sistema de invernadero) de cultivo para tenerla disponible para su mesa todos los días del año. Los pepinos se plantaron en carros con ruedas que se pusieron al sol todos los días y luego se llevaron adentro para mantenerlos calientes por la noche. Los pepinos se almacenaban bajo marcos o en casas de pepino vidriadas con una tela aceitada conocida como specularia o con láminas de selenita (a.k.a. lapis specularis), según la descripción de Plinio el Mayor.
La primera descripción de un invernadero con calefacción proviene del Sanga Yorok, un tratado sobre agricultura compilado por un médico real de la dinastía Joseon de Corea durante la década de 1450, en su capítulo sobre el cultivo de vegetales durante el invierno.. El tratado contiene instrucciones detalladas sobre la construcción de un invernadero que sea capaz de cultivar vegetales, forzar flores y madurar frutas dentro de un ambiente calentado artificialmente, utilizando ondol, el sistema tradicional coreano de calefacción por suelo radiante, para mantener el calor y humedad; paredes de mazorca para retener el calor; y ventanas hanji aceitadas semitransparentes para permitir la penetración de la luz para el crecimiento de las plantas y brindar protección contra el ambiente exterior. Los Anales de la dinastía Joseon confirman que se construyeron estructuras similares a invernaderos que incorporaban ondol para proporcionar calor a los árboles de naranja mandarina durante el invierno de 1438.
El concepto de invernadero también apareció en los Países Bajos y luego en Inglaterra en el siglo XVII, junto con las plantas. Algunos de estos primeros intentos requirieron enormes cantidades de trabajo para cerrar por la noche o prepararlos para el invierno. Hubo serios problemas para proporcionar calor adecuado y equilibrado en estos primeros invernaderos. La primera 'estufa' El invernadero (calentado) en el Reino Unido se completó en Chelsea Physic Garden en 1681. Hoy en día, los Países Bajos tienen muchos de los invernaderos más grandes del mundo, algunos de ellos tan grandes que pueden producir millones de vegetales cada año.
La experimentación con el diseño de invernaderos continuó durante el siglo XVII en Europa, a medida que la tecnología producía mejores vidrios y mejoraban las técnicas de construcción. El invernadero del Palacio de Versalles fue un ejemplo de su tamaño y elaboración; tenía más de 150 metros (490 pies) de largo, 13 metros (43 pies) de ancho y 14 metros (46 pies) de alto.
Al botánico francés Charles Lucien Bonaparte se le suele atribuir la construcción del primer invernadero práctico y moderno en Leiden, Holanda, durante el siglo XIX para cultivar plantas tropicales medicinales. Originalmente solo en las propiedades de los ricos, el crecimiento de la ciencia de la botánica hizo que los invernaderos se extendieran a las universidades. Los franceses llamaron a sus primeros invernaderos orangeries, ya que servían para proteger los naranjos de las heladas. A medida que las piñas se hicieron populares, se construyeron pinares o pozos de piña.
Siglo XIX
La era dorada del invernadero fue en Inglaterra durante la época victoriana, donde se construyeron los invernaderos más grandes jamás concebidos; las que tenían suficiente altura para árboles de gran tamaño a menudo se llamaban casas de palmeras. Estos estaban normalmente en jardines y parques públicos. Estos fueron una etapa en el desarrollo del siglo XIX de la arquitectura de vidrio y hierro, que también se usó ampliamente en estaciones de tren, mercados, salas de exposiciones y otros edificios grandes que necesitaban un área interna grande y abierta. Uno de los primeros ejemplos de una casa de palmeras se encuentra en los Jardines Botánicos de Belfast. Diseñado por Charles Lanyon, el edificio se completó en 1840. Fue construido por el fabricante de hierro Richard Turner, quien más tarde construiría Palm House, Kew Gardens en Royal Botanic Gardens, Kew, Londres, en 1848. Esto sucedió poco después de la Chatsworth Great Conservatory (1837-40) y poco antes The Crystal Palace (1851), ambos diseñados por Joseph Paxton, y ambos ahora perdidos.
Otros grandes invernaderos construidos en el siglo XIX incluyen el Palacio de Cristal de Nueva York, el Glaspalast de Múnich y los Invernaderos Reales de Laeken (1874–1895) para el rey Leopoldo II de Bélgica. En Japón, el primer invernadero fue construido en 1880 por Samuel Cocking, un comerciante británico que exportaba hierbas.
Siglo XX
En el siglo XX, se añadió el domo geodésico a los muchos tipos de invernaderos. Ejemplos notables son el Proyecto Eden en Cornualles, el Instituto Rodale en Pensilvania, el Climatron en el Jardín Botánico de Missouri en St. Louis, Missouri y Toyota Motor Manufacturing Kentucky. La pirámide es otra forma popular para invernaderos grandes y altos; hay varios invernaderos piramidales en el Conservatorio Muttart en Alberta (c, 1976).
Las estructuras de los invernaderos se adaptaron en la década de 1960 cuando las láminas más anchas de película de polietileno (polietileno) estuvieron ampliamente disponibles. Las casas de arco fueron fabricadas por varias empresas y, con frecuencia, también las hacían los propios cultivadores. Construido con extrusiones de aluminio, tubería especial de acero galvanizado, o incluso solo tramos de tubería de agua de acero o PVC, los costos de construcción se redujeron considerablemente. Esto resultó en la construcción de muchos más invernaderos en granjas más pequeñas y centros de jardinería. La durabilidad de la película de polietileno aumentó considerablemente cuando se desarrollaron y agregaron inhibidores UV más efectivos en la década de 1970; estos extendieron la vida útil de la película de uno o dos años hasta tres y eventualmente cuatro o más años.
Los invernaderos conectados a canalones se hicieron más frecuentes en las décadas de 1980 y 1990. Estos invernaderos tienen dos o más bahías conectadas por una pared común o fila de postes de soporte. Los insumos de calefacción se redujeron a medida que la relación entre el área del piso y el área de la pared exterior aumentó sustancialmente. Los invernaderos conectados a canalones ahora se usan comúnmente tanto en la producción como en situaciones donde las plantas también se cultivan y venden al público. Los invernaderos conectados a canaletas suelen estar cubiertos con materiales de policarbonato estructurado o una doble capa de película de polietileno con aire soplado entre ellos para proporcionar una mayor eficiencia de calefacción.
Teoría de funcionamiento
La temperatura más cálida en un invernadero se produce porque la radiación solar incidente pasa a través del techo y las paredes transparentes y es absorbida por el suelo, la tierra y el contenido, que se calientan. Como la estructura no está abierta a la atmósfera, el aire caliente no puede escapar por convección, por lo que la temperatura dentro del invernadero aumenta.
Esto difiere de la teoría orientada a la Tierra conocida como el 'efecto invernadero', que es una reducción en la pérdida de calor de un planeta a través de la radiación.
Los estudios cuantitativos sugieren que el efecto del enfriamiento por radiación infrarroja no es insignificante y puede tener implicaciones económicas en un invernadero calentado. El análisis de problemas de radiación infrarroja cercana en un invernadero con pantallas de alto coeficiente de reflexión concluyó que la instalación de dichas pantallas reducía la demanda de calor en aproximadamente un 8%, y se sugirió la aplicación de tintes a superficies transparentes. El vidrio compuesto menos reflectante, o el vidrio simple revestido antirreflectante menos efectivo pero más barato, también produjo ahorros.
Ventilación
La ventilación es uno de los componentes más importantes en un invernadero exitoso. Si no hay una ventilación adecuada, los invernaderos y sus plantas en crecimiento pueden volverse propensos a tener problemas. Los propósitos principales de la ventilación son regular la temperatura y la humedad al nivel óptimo, y asegurar el movimiento del aire y así prevenir la acumulación de patógenos de plantas (como Botrytis cinerea) que prefieren el aire quieto. condiciones. La ventilación también asegura un suministro de aire fresco para la fotosíntesis y la respiración de las plantas, y puede permitir que importantes polinizadores accedan al cultivo del invernadero.
La ventilación se puede lograr mediante el uso de conductos de ventilación (a menudo controlados automáticamente a través de una computadora) y ventiladores de recirculación.
Calefacción
La calefacción o la electricidad es uno de los costes más considerables en el funcionamiento de los invernaderos en todo el mundo, especialmente en los climas más fríos. El principal problema de calentar un invernadero en lugar de un edificio que tiene paredes opacas sólidas es la cantidad de calor que se pierde a través de la cubierta del invernadero. Dado que los revestimientos deben permitir que la luz se filtre en la estructura, por el contrario, no pueden aislar muy bien. Con las cubiertas de plástico tradicionales para invernaderos que tienen un valor R de alrededor de 2, se gasta una gran cantidad de dinero para reemplazar continuamente el calor perdido. La mayoría de los invernaderos, cuando se necesita calor adicional, utilizan gas natural o hornos eléctricos.
Existen métodos de calefacción pasivos que buscan el calor utilizando un bajo consumo de energía. La energía solar puede capturarse en períodos de abundancia relativa (día/verano) y liberarse para aumentar la temperatura durante períodos más frescos (noche/invierno). El calor residual del ganado también se puede utilizar para calentar invernaderos, por ejemplo, colocar un gallinero dentro de un invernadero recupera el calor generado por los pollos, que de otro modo se desperdiciaría. Algunos invernaderos también dependen de la calefacción geotérmica.
Refrigeración
El enfriamiento generalmente se realiza abriendo ventanas en el invernadero cuando hace demasiado calor para las plantas que están dentro. Esto se puede hacer manualmente o de forma automatizada. Los actuadores de ventana pueden abrir ventanas debido a la diferencia de temperatura o pueden abrirse mediante controladores electrónicos. Los controladores electrónicos se utilizan a menudo para controlar la temperatura y ajustar el funcionamiento del horno a las condiciones. Esto puede ser tan simple como un termostato básico, pero puede ser más complicado en operaciones de invernadero más grandes.
Para situaciones de mucho calor, se puede usar una casa de sombra que proporcione enfriamiento a la sombra.
Iluminación
Durante el día, la luz entra al invernadero a través de las ventanas y es aprovechada por las plantas. Algunos invernaderos también están equipados con luces de crecimiento (a menudo luces LED) que se encienden por la noche para aumentar la cantidad de luz que reciben las plantas, lo que aumenta el rendimiento de ciertos cultivos.
Enriquecimiento de dióxido de carbono
Los beneficios del enriquecimiento con dióxido de carbono a aproximadamente 1100 partes por millón en el cultivo de invernadero para mejorar el crecimiento de las plantas se conocen desde hace casi 100 años. Después del desarrollo de equipos para el enriquecimiento en serie controlado de dióxido de carbono, la técnica se estableció a gran escala en los Países Bajos. Los metabolitos secundarios, por ejemplo, los glucósidos cardíacos en Digitalis lanata, se producen en cantidades más altas mediante el cultivo en invernadero a una temperatura mejorada y una concentración de dióxido de carbono mejorada. El enriquecimiento de dióxido de carbono también puede reducir el uso de agua de invernadero en una fracción significativa al mitigar el flujo de aire total necesario para suministrar el carbono adecuado para el crecimiento de las plantas y, por lo tanto, reducir la cantidad de agua perdida por evaporación. Los invernaderos comerciales ahora se ubican con frecuencia cerca de instalaciones industriales apropiadas para beneficio mutuo. Por ejemplo, Cornerways Nursery en el Reino Unido está ubicado estratégicamente cerca de una importante refinería de azúcar, consumiendo tanto el calor residual como el CO2 de la refinería que, de otro modo, se ventilaría a la atmósfera. La refinería reduce sus emisiones de carbono, mientras que el vivero disfruta de mayores rendimientos de tomate y no necesita proporcionar su propia calefacción de invernadero.
El enriquecimiento solo se hace efectivo cuando, según la ley de Liebig, el dióxido de carbono se ha convertido en el factor limitante. En un invernadero controlado, el riego puede ser trivial y los suelos pueden ser fértiles por defecto. En jardines y campos abiertos menos controlados, el aumento de los niveles de CO2 solo aumenta la producción primaria hasta el punto de agotamiento del suelo (suponiendo que no haya sequías, inundaciones o ambas), como lo demuestra prima facie el CO2 los niveles siguen aumentando. Además, los experimentos de laboratorio, las parcelas de prueba de enriquecimiento de carbono en aire libre (FACE) y las mediciones de campo brindan replicabilidad.
Tipos
En los invernaderos domésticos, el vidrio utilizado suele ser de 3 mm (o ⅛″) de 'vidrio hortícola' grado, que es un vidrio de buena calidad que no debe contener burbujas de aire (que pueden producir quemaduras en las hojas al actuar como lentes).
Los plásticos más utilizados son películas de polietileno y láminas multicapa de material de policarbonato o vidrio acrílico PMMA.
Los invernaderos de vidrio comerciales suelen ser instalaciones de producción de alta tecnología para hortalizas o flores. Los invernaderos de vidrio están llenos de equipos tales como instalaciones de detección, calefacción, refrigeración e iluminación, y pueden ser controlados automáticamente por una computadora.
Luz holandesa
En el Reino Unido y otros países del norte de Europa, un panel de vidrio para horticultura conocido como "Dutch Light" históricamente se usó como una unidad estándar de construcción, con dimensiones de 28¾″ x 56″ (aprox. 730 mm x 1422 mm). Este tamaño brinda un área acristalada más grande en comparación con el uso de paneles más pequeños, como el ancho de 600 mm que se usa típicamente en los diseños domésticos modernos que luego requieren más marco de soporte para un tamaño de invernadero total determinado. Un estilo de invernadero que tiene lados inclinados (lo que da como resultado una base más ancha que la altura de los aleros) y que usa estos paneles sin cortar también se conoce como "diseño de luz holandés", y un marco frío que usa un marco completo o medio panel como si fuera de "holandés" o "medio holandés" tamaño.
Invernaderos con módulos solares espectralmente selectivos
Usos
Los invernaderos permiten un mayor control sobre el entorno de crecimiento de las plantas. Según las especificaciones técnicas de un invernadero, los factores clave que pueden controlarse incluyen la temperatura, los niveles de luz y sombra, el riego, la aplicación de fertilizantes y la humedad atmosférica. Los invernaderos se pueden utilizar para superar las deficiencias en las cualidades de crecimiento de un terreno, como una temporada de crecimiento corta o niveles de luz deficientes, y por lo tanto pueden mejorar la producción de alimentos en entornos marginales. Las casas de sombra se utilizan específicamente para proporcionar sombra en climas cálidos y secos.
Puesto que pueden permitir que ciertos cultivos crezcan durante todo el año, los invernaderos son cada vez más importantes en el suministro de alimentos de los países de latitudes altas. Uno de los complejos más grandes del mundo se encuentra en Almería, Andalucía, España, donde los invernaderos cubren casi 200 km2 (49 000 acres).
Los invernaderos se utilizan a menudo para cultivar flores, verduras, frutas y trasplantes. Las variedades especiales de invernadero de ciertos cultivos, como los tomates, se utilizan generalmente para la producción comercial.
Muchas verduras y flores se pueden cultivar en invernaderos a fines del invierno y principios de la primavera, y luego se pueden trasplantar afuera cuando el clima se calienta. Los bastidores de bandejas de semillas también se pueden usar para apilar bandejas de semillas dentro del invernadero para luego trasplantarlas al exterior. La hidroponía (especialmente los marcos en A hidropónicos) se puede utilizar para aprovechar al máximo el espacio interior cuando se cultivan cultivos hasta alcanzar un tamaño maduro dentro del invernadero.
Los abejorros se pueden utilizar como polinizadores para la polinización, pero también se han utilizado otros tipos de abejas, así como la polinización artificial.
El entorno relativamente cerrado de un invernadero tiene sus propios requisitos de gestión únicos, en comparación con la producción al aire libre. Las plagas y enfermedades, y los extremos de temperatura y humedad, tienen que ser controlados, y el riego es necesario para proporcionar agua. La mayoría de los invernaderos usan rociadores o líneas de goteo. Es posible que se requieran aportes significativos de calor y luz, particularmente con la producción invernal de vegetales de clima cálido.
Los invernaderos también tienen aplicaciones fuera de la industria agrícola. GlassPoint Solar, ubicada en Fremont, California, encierra campos solares en invernaderos para producir vapor para la recuperación de petróleo mejorada con energía solar. Por ejemplo, en noviembre de 2017, GlassPoint anunció que está desarrollando una instalación de recuperación de petróleo mejorada con energía solar cerca de Bakersfield, CA, que utiliza invernaderos para encerrar sus cilindros parabólicos.
Una "casa alpina" es un invernadero especializado utilizado para el cultivo de plantas alpinas. El propósito de una casa alpina es imitar las condiciones en las que crecen las plantas alpinas; particularmente para proporcionar protección contra condiciones húmedas en invierno. Las casas alpinas a menudo no tienen calefacción, ya que las plantas que crecen allí son resistentes o requieren, como máximo, protección contra las heladas fuertes en el invierno. Están diseñados para tener una excelente ventilación.
Flores en un invernadero
Greenhouses in Almería as seen from space
Adopción
En todo el mundo, hay un estimado de nueve millones de acres de invernaderos.
Países Bajos
Los Países Bajos tienen algunos de los invernaderos más grandes del mundo. Tal es la escala de producción de alimentos en el país que en 2017 los invernaderos ocuparon cerca de 5.000 hectáreas.
Los invernaderos comenzaron a construirse en la región de Westland de los Países Bajos a mediados del siglo XIX. La adición de arena a los pantanos y el suelo arcilloso creó un suelo fértil para la agricultura, y alrededor de 1850, se cultivaron uvas en los primeros invernaderos, construcciones simples de vidrio con uno de los lados formado por una pared sólida. A principios del siglo XX, los invernaderos comenzaron a construirse con todos los lados construidos con vidrio y comenzaron a calentarse. Esto también permitió la producción de frutas y verduras que normalmente no crecían en el área. Hoy, Westland y el área alrededor de Aalsmeer tienen la mayor concentración de agricultura de invernadero en el mundo. Westland produce principalmente vegetales, además de plantas y flores; Aalsmeer se destaca principalmente por la producción de flores y plantas en maceta. Desde el siglo XX, el área alrededor de Venlo y partes de Drenthe también se han convertido en regiones importantes para la agricultura de invernadero.
Desde el año 2000, las innovaciones técnicas incluyen el "invernadero cerrado", un sistema completamente cerrado que permite al cultivador un control completo sobre el proceso de cultivo utilizando menos energía. Los invernaderos flotantes se utilizan en las zonas acuáticas del país.
Los Países Bajos tienen alrededor de 4000 empresas de invernaderos que operan más de 9000 hectáreas de invernaderos y emplean a unos 150 000 trabajadores, produciendo vegetales, frutas, plantas y flores por valor de 7200 millones de euros, de los cuales un 80 % se exporta.
Referencias generales y citadas
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- Pevsner, Nikolaus. Una historia de los tipos de edificios, Támesis y Hudson, 1976 (1984 ed.), ISBN 0500271747.
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