LA ILUMINACIÓN EN EL CULTIVO INTERIOR DE CANNABIS.

1.-LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS: FRECUENCIA Y LONGITUD DE ONDA.

2.-EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO Y EL FOTÓN.

3.-RADIACIÓN PAR O RADIACIÓN FOTOSINTÉTICAMENTE ACTIVA.

4.-PROCESOS FISIOLÓGICOS DE LAS PLANTAS DEPENDIENTES DE LA LUZ.

5.-LA LUZ IDEAL PARA EL CULTIVO EN INTERIOR.

6.-USO DE LAS LÁMPARAS LEDS EN EL CULTIVO DEL CANNABIS.

1.-LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS: FRECUENCIA Y LONGITUD DE ONDA.

La energía se transporta a través del aire mediante las denominadas ondas electromagnéticas que consisten en dos ondas que oscilan perpendicularmente la una de la otra: una de las ondas es un campo magnético que oscila y la otra, un campo eléctrico que oscila. Las microondas, las ondas de radio o televisión, los rayos X, los rayos ultravioletas o la luz visible son ejemplos de ondas electromagnéticas cada una de las cuales se caracteriza por tener una frecuencia y una longitud de onda diferente.

Representación de una onda de luz
Representación de una onda de luz

λ = longitud de onda.

E = amplitud del campo eléctrico.

M = amplitud del campo magnético.

Denominamos “amplitud” a la distancia entre el eje horizontal y la punta de la cresta de la onda y “longitud de onda” a la distancia horizontal entre dos crestas.

Elementos de una onda de luz
Elementos de una onda de luz

Pero algunos tipos de ondas, entre ellos las electromagnéticas, aparte de oscilar en el tiempo también oscilan en el espacio; pues bien, definimos “frecuencia” como el número de longitudes de onda completas que pasan por un punto determinado en un segundo. La relación entre la frecuencia y la longitud de onda es inversamente proporcional, es decir, a mayor frecuencia menor longitud de onda y viceversa.

2.-EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO Y EL FOTÓN.

Denominamos espectro electromagnético a la clasificación de las ondas electromagnéticas en función de su longitud de onda y su frecuencia.

Espectro electromagnético de la luz. Destacando el espectro visible.
Espectro electromagnético de la luz. Destacando el espectro visible.

Como podemos ver, el espectro visible, es decir, la luz que podemos ver con nuestros ojos, es tan solo una pequeña fracción de las diferentes clases de radiación que existen dentro del espectro electromagnético. Las radiaciones que están tanto a la derecha como a la izquierda del espectro visible nos rodean constantemente; las que están a la derecha tienen mayor longitud de onda y menor frecuencia y por lo tanto no son perjudiciales para los seres vivos, sin embargo, las que están a la izquierda (menor longitud de onda y mayor frecuencia) si son perjudiciales para los organismos vivos.

La radiación electromagnética se propaga como ondas, pero intercambian energía como partículas. La partícula fundamental de la luz es el fotón y las partículas o moléculas que conforman la materia pueden absorber o emitir fotones; cuando una molécula absorbe un fotón este le transfiere su energía y cuando lo emite la molécula pierde energía. Los fotones que tienen más energía son aquellos de longitud de onda más corta y mayor frecuencia. Un haz de luz no es más que un conjunto de fotones.

3.-RADIACIÓN PAR O RADIACIÓN FOTOSINTÉTICAMENTE ACTIVA.

La radiación PAR o radiación fotosintéticamente activa es aquella comprendida entre las longitudes de onda de 400 y 700 nanómetros (un nanómetro es 10-9 metros) y es más o menos la que captamos los humanos; las diferentes longitudes de onda son transformadas en el cerebro humano en los distintos colores que conocemos. Las plantas utilizan el espectro de luz similar al que capta el ojo humano, pero a diferencia de estos, captan principalmente la luz roja y la luz azul. La molécula encargada de captar los fotones en las plantas es la clorofila y se encuentra en unos orgánulos situados en el citoplasma de las células denominados cloroplastos. Las clorofilas de las plantas absorben la luz roja y azul del espectro de luz, reflejando a nuestra vista la luz verde, que no es absorbida por ellas, siendo esta la razón por la cual vemos las plantas de color verde. Existen dos tipos de clorofila, la a y la b, y se diferencian en que captan la luz con una ligera diferencia de longitudes de onda. Pero además de la clorofila las plantas contienen otros pigmentos y sustancias capaces de absorber la luz:

  • Pigmentos como los carotenoides y las xantofilas.
  • Sustancias fenólicas (flavonoides, antocianinas, flavones y flavonoides).
  • Las fototropinas que absorben la luz azul.
  • Los criptocromos, encargados de absorber la radiación ultravioleta, azul y verde. Están relacionados con fenómenos como el fotoperiodo y regulan el reloj biológico de las plantas.
  • Los fitocromos, relacionados con el color rojo y el rojo lejano.
  • UVR8, fotorreceptor encargado de captar la luz ultravioleta.

Las plantas responden a todas las longitudes de onda de la radiación PAR, pero existen dos zonas en las que se produce la máxima actividad fotosintética y son en 440 y 660 nm.

Gráfica de respuesta relativa fotosintética en porcentaje.
Gráfica de respuesta relativa fotosintética en porcentaje.

Los efectos que tienen sobre las plantas las diferentes longitudes de onda de la radiación PAR son los siguientes:

  • UV. Tanto la UV-a como la UV-b son perjudiciales en grandes dosis por que degradan el ADN, pero a bajas dosis aumentan la resistencia al estrés abiótico de las plantas. Una planta que crezca con dosis adecuada de radiación ultravioleta tendrá un tallo con entrenudos cortos y hojas anchas.
  • AZUL. Está relacionada con la apertura estomática y el fototropismo de las plantas (movimiento que estas hacen hacia la luz). Esta luz evita el alargamiento innecesario del tallo y al no calentar la hoja hace que la planta tenga menor traspiración y realice un uso más eficiente del agua.
  • VERDE. Es captada por los mismos fotorreceptores que la luz azul y es reflejada en parte. Produce un calentamiento de las hojas y un aumento de la tasa de transpiración.
  • ROJA. La luz roja está relacionada con el denominado “síndrome de huida de la sombra”; consiste en la supresión del crecimiento de las ramas laterales, lo que a su vez favorece el crecimiento del tallo principal, de ahí que las plantas que crecen muy juntas sean más altas que las que lo hacen disponiendo de más espacio. Esta respuesta de las plantas esta relacionada con el gen BRANCHED1, el cual se activa en las yemas axilares cuando hay plantas cercanas; la activación de este gen inhibe la transcripción de otros muchos genes relacionados tanto con los ciclos celulares como con la síntesis de distintas proteínas. Además, también promueve la acción de una hormona asociada a la dormición; el ácido abscísico. Como resultado de este proceso, las yemas laterales entran en reposo y no crecen ramas nuevas, mejorando la planta mejora la captación de luz y evitando ser cubierta por las plantas que la rodean.
  • ROJO LEJANO. Está relacionada también con el síndrome de huida de la sombra. Causa la floración prematura.

La radiación PAR se mide en W/m2. Una medida más técnica es medir la densidad de flujo de fotones fotosintéticos (PPFD) que se mide generalmente en µmoles/m2.s (micro moles por metro cuadrado y segundo).

4.-PROCESOS FISIOLÓGICOS DE LAS PLANTAS DEPENDIENTES DE LA LUZ.

Tres son los procesos relacionados con la luz:

  • El fototropismo. Movimiento que las plantas realizan hacia la luz y que depende principalmente de la luz azul.
  • La fotomorfogénesis. Este término hace mención al desarrollo vegetativo en general y también está relacionado con la luz azul.
  • El fotoperiodismo. Es la respuesta que las plantas tienen a las distintas proporciones de luz y oscuridad que se suceden a lo largo del año. Está relacionada con el fitocromo y con la luz roja y roja lejana.

En relación a este último punto, existen plantas que florecen cuando el día se alarga (se conocen como plantas de día largo y tenemos a las lechugas y espinacas), plantas que florecen cuando el día se acorta (son las plantas de día corto como las fresas, judías, poinsetias y el cannabis,) y plantas que florecen independientemente de este aspecto (son las plantas neutras y entre ellas están el pepino y los guisantes). Pero actuando en los periodos de oscuridad mediante pulsos de luz de corta duración podemos romper los ciclos tanto de las plantas de día largo como de día corto, haciendo que florezcan cuando no les corresponde. Este efecto de los pulsos de luz nocturnos se debe al fitocromo, un tipo de pigmento que puede encontrarse en las plantas en dos formas: la forma Pr absorbe las longitudes de onda roja (660 nm) y la forma Pfr absorbe las longitudes de onda correspondiente a la luz roja lejana (730 nm). Pero estas formas son intercambiables, es decir, cuando un fitocromo Pr absorbe un fotón con una longitud de onda de 660 nm se convierte a la forma Pfr y cuando un fitocromo Pfr absorbe un fotón con una longitud de onda de 430 nm pasa a la forma Pr. La forma más activa en cuanto a promover la germinación de las semillas y la floración de las plantas es la Pfr. Las plantas, al estar expuestas a la radiación solar tienen ambas formas del fitocromo en función de que se encuentre en periodo de luz o de oscuridad; en oscuridad predomina la forma Pr sobre Pfr, de ahí que la interrupción de la oscuridad mediante pulsos de luz haga que aumente la forma Pfr que es la forma que determina que una planta florezca o no. Lo que desarrolla el síndrome de huida de la sombra es una alta relación Pr/Pfr y sus principales síntomas son:

  • Alargamiento de los entrenudos.
  • Disminución de la ramificación lateral a favor del crecimiento del tallo central.
  • Hojas más estrechas y con el peciolo más largo.
  • Floración prematura.

El proceso de vernalización hace referencia a la necesidad de cierto número de horas frío que algunas plantas tienen para florecer, y podemos regular la cantidad de horas de frío necesarias para florecer aumentando la proporción de luz roja lejana, influyendo sobre los fitocromos.

5.-LA LUZ IDEAL PARA EL CULTIVO EN INTERIOR.

Hasta no hace mucho las lámparas más usadas han sido las lámparas de alta presión de sodio (HPS) y las lámparas fluorescentes; las primeras emiten en las longitudes de onda del amarillo y del rojo y las segundas incorporan algo más de la zona del azul, pero con ambas la posibilidad de modificación del espectro de luz es muy limitada.

Imagen de los componentes de una bombilla para iluminación: Lámpara HPS.
Imagen de los componentes de una bombilla para iluminación: Lámpara HPS.
Imagen de una lámpara de iluminación: Tubos fluorescentes.
Imagen de una lámpara de iluminación: Tubos fluorescentes.
Imagen de lámparas de iluminación: Leds
Imagen de lámparas de iluminación: Leds

Pero últimamente se ha demostrado que la mejor opción para iluminación en cultivos de interior, tanto por su eficiencia en el ahorro de energía como por el incremento en los rendimientos de los cultivos es el uso de LEDS. Un led es un sistema electrónico que convierte la energía eléctrica (energía eléctrica de baja intensidad) en fotones de luz mediante una estructura denominada diodo semiconductor; un diodo es un componente electrónico que cuando se conecta, solo deja pasar la corriente eléctrica en un sentido. En función de los componentes del diodo tendremos una luz de distinta potencia y por tanto de distinta longitud de onda. Tienen baja emisión de calor y nulo mantenimiento y además sus componentes no son perjudiciales para la salud ni crean campos magnéticos, como las lámparas de halogenuros y tienen mayor duración. La emisión de luz durante su funcionamiento es continua.

El uso de este tipo de luces nos permite confeccionar un espectro de luz adecuado a cada especie de planta y estado fenológico haciendo que las plantas pongan en marcha las estrategias que más nos interesan en cada momento. La mayoría de lámparas leds se han desarrollado para su uso en la industria y solo incluyen el blanco, el rojo y el azul, no siendo estas lámparas las más adecuadas para aplicarlas a los cultivos. Las lámparas led para cultivo tienen que tener un espectro de luz específico. Regulando el espectro de nuestra luz y la cantidad de ella (micro moles por metro cuadrado y segundo) podemos maximizar el rendimiento de nuestros cultivos de interior.

Espectro de luz de una lámpara estándar.
Espectro A.: Espectro de luz de una lámpara estándar.
 Espectro de luz de una lámpara de cultivo.
Espectro B.: Espectro de luz de una lámpara de cultivo.

6.-USO DE LAS LÁMPARAS LEDS EN EL CULTIVO DEL CANNABIS.

Los sistemas de iluminación usados en los cultivos de interior de cannabis tienen dos propósitos principales: proporcionar la calidad y cantidad necesaria de luz para maximizar la productividad de la biomasa vegetal y lograr altos niveles de producción de metabolitos secundarios (THC, CBD, etc.). El cannabis es una planta que requiere de altas intensidades de luz por lo que los sistemas de iluminación deben de situarse relativamente cerca de la planta, pero la actividad fotosintética de estas plantas empieza a disminuir a una temperatura de 30ºC. Los leds son ideales para este tipo de cultivo debido a que tienen una baja emisión de calor; esta baja emisión de calor evita situaciones de estrés cuando se pasa del periodo de oscuridad al periodo de iluminación debido al cambio tan brusco de temperatura que se produce, sobre todo en ciertas latitudes y en ciertos momentos del año. Así mismo, una menor temperatura en nuestro cuarto de cultivo supondrá unos menores una menor tasa transpirativa a la planta lo que se traduce en unas menores necesidades de riego y la consiguiente disminución de la probabilidad de ataques de hongos. Otro aspecto a destacar es que se evita la volatilización de sustancias como los terpenos, compuestos que intervienen en el aroma y en el sabor. Aún así, no todo son ventajas; el principal inconveniente es el coste inicial de la instalación. También hay que tener en cuenta que los leds emiten la luz hacia abajo y no en todas direcciones por lo que deberemos calcular bien la superficie a iluminar y situar las plantas correctamente.

La PPFD ideal para este cultivo es de 900 µmoles/m2.s. En cuanto al espectro usaremos un espectro con más luz azul durante la fase de crecimiento vegetativo y un espectro con más luz roja durante la fase de floración.

Imagen de iluminación de plantas de cannabis en interior.
Imagen de iluminación de plantas de cannabis en interior.