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Una guía sobre la radiación solar de onda corta y sus derivados

  • Por Arable Staff

La producción agrícola es un proceso complejo que involucra una variedad de factores ambientales. La radiación solar de onda corta, el principal impulsor de la fotosíntesis, es uno de los factores ambientales más importantes que afectan la producción.

A continuación, exploraremos con más detalle la radiación solar de onda corta y sus derivados. También revisaremos cómo medir estas variables críticas y utilizar los datos para mejorar la salud de los cultivos.

¿Qué es la radiación solar?

La radiación solar es la energía emitida por el sol a todo el sistema solar. Esta energía viaja 150 millones de kilómetros hasta la Tierra, determinando el clima y permitiendo la vida en nuestro planeta. Dentro del espectro completo de longitudes de onda emitidas por el sol, una porción (entre 100 nm y 300 nm) es capturada por la atmósfera de la Tierra antes de tocar el suelo. La radiación de onda corta (300 nm a 3000 nm) llega a la superficie en forma de irradiancias difusas y directas.

Arable utiliza las mediciones de onda corta (300–3000 nm) para calcular el número de moléculas de luz en este rango que recibe la planta en un segundo, la cantidad de energía que recibe una planta en un día (Integral de luz diaria) y el tiempo que la planta está expuesta a este nivel de luz (duración de la luz del sol).

Otros factores imprescindibles a conocer son la ubicación y el movimiento del sol con respecto al cultivo. Estas consideraciones, que indican dónde aparece el sol directamente sobre nosotros al mediodía solar (el punto en el que el sol alcanza su mayor altitud), requieren conocimiento de la latitud y el día del año. 1

La Figura 1 ilustra la correlación entre energía electromagnética, longitud de onda y frecuencia. 2

¿Por qué medimos la radiación solar?

Casi toda la vida en la Tierra comienza cuando la luz del sol llega a la hoja de una planta, transformando esa energía en carbohidratos que ascienden en la cadena alimentaria. El costo de recibir toda esa energía es la transpiración, o la exhalación de agua a través de los estomas de la planta para evitar el sobrecalentamiento.

Las mediciones de radiación solar de Arable estiman las tasas vitales del cultivo: fotosíntesis y transpiración. Los productores son muy conscientes de la necesidad de luz de sus cultivos específicos y la mayoría de los cultivos se trazan en diseños de campo que maximizan su acceso a ella. Más allá de eso, las consideraciones de gestión, como el agua, los nutrientes y la protección de los cultivos, son controlables y generalmente tienen prioridad sobre la luz.

Sin embargo, si bien no podemos controlar la cantidad de luz solar que recibe la Tierra, podemos tomar decisiones para maximizar su uso. Qué tan bien un cultivo utiliza su luz accesible nos dice mucho sobre su salud. Además, dado que diferentes especies y variedades utilizan diferentes cantidades y calidades de luz, conocer las variables dinámicas de la luz puede ayudar al productor con muchas preguntas a nivel de campo, que incluyen:

  • ¿Qué especie o variedad se debe utilizar  en qué campo?
  • ¿Qué genética  tiene la mejor eficiencia en el uso de la luz en una prueba?
  • ¿Por qué la cosecha lograda en un año tiene un mejor o peor rendimiento cuando todas las demás variables son iguales?
  • ¿Cómo afectan los desastres naturales como los incendios forestales al rendimiento y la calidad?

Las mediciones de luz proporcionan información sobre una tarea esencial que hacen las plantas de un cultivo: convertir el CO2 atmosférico en carbono orgánico. La fijación de carbono consume grandes cantidades de  energía; así, las plantas evolucionaron para utilizar la energía que abunda a su alrededor: La luz. Los pigmentos de las plantas  secuestran los electrones de las moléculas de luz y los transfieren a moléculas de energía que alimentan el ciclo de fijación de carbono.

Con la creciente eficiencia de la gestión y la disponibilidad de recursos en la agricultura, muchos investigadores y agricultores descubren que, en entornos controlados, la productividad de sus cultivos está limitada únicamente por la luz. 3

Otro grupo de investigadores descubrió que la productividad de la alfalfa y el maíz aumentaba en las condiciones de humo y alta radiación fotosintéticamente activa difusa, causadas por los incendios forestales en California. 4

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¿Cómo se mide la radiación solar?

El Arable Mark tiene un conjunto único de sensores que miden la radiación solar de onda corta en el rango de 300 a 2500 nm. Medimos la energía entrante con el espectrómetro de ascendente y la cantidad de energía saliente (reflejada por la planta ) con el espectrómetro descendente .

La Figura 2 presenta un ejemplo de radiación solar diaria (MJ/m2). Entre agosto y septiembre, El Arable Mark  captó una caída de la radiación solar debido al humo provocado por los incendios forestales de 2020.

La Figura 2 muestra una disminución en la medición de la radiación solar medida por un Arable Mark debido a un incendio forestal.

Con Arable, puede realizar un seguimiento del crecimiento de sus cultivos a lo largo de la temporada utilizando la medición del NDVI (Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada), lo que le permite ver cómo las horas de luz solar influyen en el desarrollo de su campo.

La Figura 3 muestra el crecimiento de los cultivos comparado con las horas de luz solar diaria en un campo de arroz en Arkansas.

La Figura 4 muestra una estrecha relación entre la duración del día y la madurez y senescencia del lúpulo en Nebraska.

La Figura 4 muestra la relación entre la luz solar diaria y la senescencia (secado) del lúpulo en Nebraska.

Resumen

La radiación solar es un factor clave para el crecimiento y desarrollo de los cultivos. Los productores pueden maximizar eficazmente su uso si comprenden cómo las diferentes especies y variedades utilizan la luz. Los sensores de Arable Mark permiten  a los productores medir la radiación solar y optimizar sus decisiones de gestión para impulsar resultados sostenibles.

Citas:

  1. Naylor, R. E. L. “Crop Ecology: Productivity and Management in Agricultural Systems” (2nd ed.), by D. J. Connor, R. S. Loomis, and K. G. Cassman. Xii 568 Pp. Cambridge, UK: Cambridge University Press (2011). “The Journal of Agricultural Science, vol. 150, no. 2, 2012, pp. 285–285., doi:10.1017/S0021859611000852.
  2. Photosynthesis 3: Light and Pigments – learn-biology. (n.d.). Photosynthesis 3: Light and Pigments – Learn-Biology; learn-biology.com.
  3. Bugbee, B., and Monje, O. “The Limits of Crop Productivity,” BioScience, vol. 42, issue 7, July/August 1992, pp. 494–502, https://doi.org/10.2307/1311879.
  4. Hemes, K.S., Verfaillie, J., and Baldocchi, D.D. “Wildfire-Smoke Aerosols Lead to Increased Light Use Efficiency Among Agricultural and Restored Wetland Land Uses in California’s Central Valley,” Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, vol. 125, issue 2, 2020, doi: 10.1029/2019JG005380.
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