Agricultura Protegida Vertical

Dr. Ricardo Hugo Lira Saldívar.

Departamento de Biociencias y Agrotecnología del CIQA.

Con la agricultura protegida (AP) en invernaderos, túneles y casas sombra, se cultivan especies agrícolas casi durante cualquier época del año, dentro de un ambiente donde se puede lograr una máxima producción de alta calidad, debido al control que se tiene de la temperatura, humedad, radiación solar, agua de riego, fertilización, tipo de sustrato o suelo, etc. (Figura 1). Mundialmente hay unos 115 países que están usando la AP cubriendo más de un millón de hectáreas (1).

La AP de hortalizas y flores ha mostrado su enorme viabilidad y rentabilidad durante las últimas 3 décadas. Con la economía global liberalizada y el advenimiento de nuevas tecnologías, la AP tiene un gran potencial que antes no se veía en la agricultura (2). Estas tecnologías no son solo para productores de un nivel económico superior, sino también para los más pequeños y de menor economía.

 

Figura 1. . La agricultura protegida en invernaderos (A) y semi protegida (B) en casas

sombra, ya son de uso generalizado y se emplean globalmente.

México es un país con climas heterogéneos en sus regiones agrícolas, por eso las actividades agrarias tienen niveles muy desiguales de tecnología y productividad, obteniendo ganancias muy desiguales por lo cultivado (3). El sector agroalimentario mexicano está teniendo una serie de ajustes y cambios tecnológicos, mismos que han incidido en su estructura económica (4).

En los últimos años esta situación se ha intensificado, ya que la globalización ha transformado de manera desigual, la estructura productiva, por eso la AP convencional y la agricultura protegida vertical (APV), tienen el potencial de cambiar la producción de alimentos para ayudar a satisfacer las demandas de poblaciones y a lograr subsanar en parte los cambios climáticos globales (5).

La APV (Figura 2) ha demostrado ser factible, sin embargo, implica emplear e invertir mucho dinero en las estructuras, así como en energía, tanto de fuentes fósiles, como en fuentes alternas, ya sea eólica, de paneles solares, etc. (6).

Figura 2. En la agricultura protegida vertical se controlan

todas las variables ambientales que afectan y modifican la fisiología de los cultivos.

En el siglo XXI las tierras agrícolas de primera ya son muy escasas y caras. Con la población mundial en constante crecimiento, ahora es mayor la demanda de más alimentos, pero cada vez hay menos tierra y agua para cultivarlos. Por eso algunos empresarios y agricultores, están empezando a mirar hacia arriba, en el contexto de producir alimentos en invernaderos verticales que ocupen menos espacio y que estén más cerca de las ciudades o zonas de consumo (7).

Una solución a algunas necesidades de más espacio se puede encontrar en los almacenes abandonados de ciudades, nuevos edificios construidos en terrenos dañados por el medio ambiente, e incluso en contenedores de envío usados por los transportes marítimos. Esta solución, llamada agricultura protegida vertical (APV), implica producir cultivos en condiciones ambientes controladas y temperaturas precisas durante el ciclo de las plantas (8). En la agricultura vertical, los cultivos en crecimiento se apilan en capas, pudiendo alcanzar varios pisos de altura (Figura 3).

A principios del año 2015 en los Estados Unidos, sólo había unas pocas instalaciones o granjas con APV en funcionamiento. Pero el interés en esto hace que la nueva tecnología agrícola está creciendo rápidamente. Las granjas verticales vienen en diferentes formas y tamaños, desde sistemas sencillos de dos niveles o hasta grandes almacenes de varios pisos de altura conteniendo muchas plantas. De esa manera se tiene un elevado índice de área foliar por metro cuadrado.

Figura 3. Con la agricultura vertical es posible la producción de una gran

cantidad de diversos alimentos en un pequeño espacio, ahorrando mucha agua y nutrientes.

Todas las granjas verticales utilizan uno de tres sistemas de producción sin suelo, pero utilizando mezclas de sustratos como: perlita, zeolita, lana de roca, turba o peat moss, etc., para proporcionar el agua y los nutrientes requeridos por las plantas. Los sistemas de producción sin suelo son: hidroponia, aeroponia o acuaponia (9). La siguiente información describe esos tres sistemas de cultivo.

1. Hidroponia.

Este sistema de producción es el predominante en agricultura protegida y en granjas verticales. La hidroponia implica el cultivo de plantas sin tierra, utilizando sustratos minerales u orgánicos y aplicando soluciones nutritivas que proveen todos los minerales requeridos por los cultivos (Figura 4). Las raíces de las plantas reciben la solución nutritiva, la cual se monitorea y recircula con frecuencia, garantizando así que la composición química sea correcta y balanceada.





Figura 4. Sistema hidropónico para la producción de hortalizas, controlando

con precisión el agua de riego y los nutrientes en cada etapa del crecimiento.

2. Aeroponia.

La Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) de Estados Unidos, fue la institución responsable de desarrollar esta innovadora técnica de cultivo agrícola. En la década de 1990, la NASA interesada en encontrar formas eficientes de producir plantas en el espacio, acuñó el término "aeroponia", definido como "el crecimiento de plantas en un ambiente protegido sin suelo y con muy poca agua” (10).
Un sistema aeropónico (Figura 5) es el método de cultivo de plantas más eficiente para la tecnología APV, ya que utiliza hasta 90% menos de agua, incluso que los sistemas hidropónicos más eficientes. Plantas cultivadas en estos sistemas aeropónicos ha demostrado que absorben más minerales y nutrientes, lo que hace que las plantas sean saludables y nutritivas.

3. Acuaponia.

Un sistema acuapónico se sustenta en el sistema hidropónico, pero va un paso más allá, ya que combina la producción simultánea de plantas y peces en un mismo ecosistema o invernadero. Los peces se cultivan en los estanques inferiores, produciéndose ahí desechos ricos en nutrientes, los que se utilizan como alimento para las plantas sembradas en los estratos superiores de la granja vertical. Las plantas, a su vez, filtran y depuran las aguas residuales, mismas que nuevamente se reciclan para los peces del estanque (11).

Aunque la acuaponia (Figura 6) se utiliza en menor escala en sistemas agrícolas verticales, la mayoría de estos sistemas verticales se centran en producir solo algunos cultivos de hortalizas de rápido crecimiento, sin incluir un componente de acuaponia. Esto simplifica las cuestiones económicas y de producción, al tiempo que maximiza la eficiencia productiva. Sin embargo, los nuevos sistemas acuapónicos pueden ayudar a que este sistema de ciclo cerrado sea más popular.





Figura 5. Los sistemas aeropónicos requieren menos agua que los hidropónicos

para producir cultivos, pero su uso no se ha generalizado aún.





Figura 6. Con los sistemas de acuaponia se obtienen alimentos vegetales como

hortalizas, así como la producción de proteína animal, mediante la cría de peces en

estanques donde coexisten en diferentes estratos las plantas y los animales.

Conclusiones.

La agricultura protegida vertical en áreas urbanas es un fenómeno moderno. El interés en este enfoque es creciente, así que el número de granjas verticales en el mundo aumentará cada año. Existen variaciones en la forma y funcionamiento de estas granjas que se están probando en todo el mundo, así como nuevas innovaciones tecnológicas, mismas que en el futuro cercano aumentarán la eficiencia y los márgenes de ganancias de los sistemas verticales de producción.

A corto plazo, la mayoría de las granjas verticales se centrarán en cultivos de alta rentabilidad como verduras para ensalada, las cuales serán entregadas a restaurantes y centros de población cercanos. Las innovadoras granjas verticales actualmente en construcción, o ya en producción, están siendo observadas muy de cerca por los planificadores urbanos, la comunidad y los gobiernos que apoyan la agricultura ecológica y sostenible.

Literatura Citada

1. Sabir, N., y Singh, B. (2013). Protected cultivation of vegetables in global arena: A review. Indian Journal of Agricultural Sciences, 83(2), 123-35.
2. Antignus, Y. (2014). Management of air-borne viruses by optical barriers. In: protected agriculture and open-field crops. Advances in virus research, 90, 1-33.
3. Vargas-Canales, J.M., Palacios-Rangel, M.I., Aguilar-Ávila, J., Ocampo-Ledesma, J.G., Kreimer, P. y Ortiz-Martínez, G. (2018). Technological innovation in a case of protected agriculture in Mexico. Revista de Geografía Agrícola, 61(2), 9-38.
4. Perilla, G.A. y Mas, J.F. (2019). High-resolution mapping of protected agriculture in Mexico, through remote sensing data geo processing. European Journal of Remote Sensing, 52(1), 532-541.
5. Shi, X., An, X., Zhao, Q., Liu, H., Xia, L., Sun, X. y Guo, Y. (2019). State-of-the-art internet of things in protected agriculture. Sensors, 19(8), 1833.
6. McCartney, L. y Lefsrud, M. (2018). Protected agriculture in extreme environments: a review of controlled environment agriculture in tropical, arid, polar, and urban locations. Applied Engineering in Agriculture, 34(2), 455-473.
7. Liu, N., Jiang, X., Cheng, J., Li, H., Li, W., Xue, K. y Xiong, Z. (2018). Current situation of foreign organic greenhouse horticulture and its inspiration for sustainable development of Chinese protected agriculture. Transactions of Chinese Society of Agricultural Engineering, 34(15), 1-9.
8. Takeshima, H. y Joshi, P.K. (2019). Protected agriculture, precision agriculture, and vertical farming: Brief reviews of issues in the literature focusing on the developing region in Asia (Vol. 1814). Intl Food Policy Res. Inst.
9. Birkby, J. (2016). Vertical farming. ATTRA Sustainable Agriculture, 1-12.
10. Lakhiar, I.A., Gao, J., Syed, T.N., Chandio, F.A. y Buttar, N.A. (2018). Modern plant cultivation technologies in agriculture under controlled environment: A review on aeroponics. Journal of plant interactions, 13(1), 338-352.
11. Palm, H.W., Knaus, U., Appelbaum, S., Goddek, S., Strauch, S.M., Vermeulen, T. y Kotzen, B. (2018). Towards commercial aquaponics: a review of systems, designs, scales and nomenclature. Aquaculture International, 26(3), 813-842.