AGRICULTURA

Viabilidad debiosistemas urbanos verticales

En este trabajo se evalúa la integración de tecnologías para producir cultivos en forma vertical de bajo costo. Se estableció un sistema piloto con cinco subsistemas de producción vertical en los que se cultivó lechuga (romana e italiana), albahaca y fresa en las condiciones ambientales de Jiutepec, Morelos. Los resultados indican que es viable el cultivo de estas especies con densidades de entre 16 y 48 plantas por metro cuadrado.

En América Latina, la evolución de la gestión integrada de los recursos hídricos ha pasado (o está en ese proceso) del manejo de la cuenca a la gestión hídrica en la ciudad. La agricultura también está migrando a las ciudades. Los edificios pueden llegar a ser uno de los espacios con mayor potencial en la carrera por un mejor uso de la energía y contra el cambio climático (Sánchez, 2016).

En la Zona Metropolitana de la Ciudad de México, con aproximadamente 8,000 km 2 , habitan más de 22 millones de personas, lo que implica una de las densidades demográficas más altas del mundo. La urbanización de la población se inició por una combinación de dos grandes circunstancias estructurales: por una parte, el proceso de industrialización y de modernización sociocultural de los países, concentrado en las ciudades, y por otra, el estancamiento productivo y social del campo y la marcada inequidad del acceso a los recursos. Esta combinación provocó el agudizamiento de las brechas efectivas y de oportunidades entre ambos sectores. El resultado ha sido el deterioro del medio rural como forma de vida y detonador de la exponencial migración de su población (Celade, 2012).

Agricultura urbana, fábrica de plantas, granjas verticales, muros y azoteas verdes son sólo algunas de las tecnologías que han surgido y de manera exponencial se han posicionado como alternativas de producción agrícola. La implementación de estas tecnologías indiscutiblemente pertenece a la cuarta generación de la agricultura, donde todo está interconectado y puede ser operado y gestionado con ceros y unos (big data). Implica además una gestión del recurso mediante tratamiento de aguas residuales, reciclaje del agua, cosecha de lluvia y gestión de la demanda.

Cultivos verticales Entre las restricciones para la producción de cultivos en el ámbito global se encuentran el elevado consumo de recursos, la contaminación y la pérdida de cosechas durante su transporte.

JORGE FLORES VELÁZQUEZ Tecnólogo del agua, Subcoordinación de Ingeniería de Riego, IMTA.

Figura 1. Construcción del sistema piloto para producir en agricultura vertical.

En este sentido, uno de los principales avances en el desarrollo del sector agrícola es el incremento del rendimiento en las plantas cultivadas con el uso eficiente de los recursos.

Lograr la producción de cultivos en zonas urbanas implica adaptar el sistema de producción al espacio y características de la zona urbana, generalmente reducido y en posición vertical. Esta adaptación ha sido relativamente fácil, adecuando la parcela a las paredes o azoteas, el surco a tuberías y el suelo a solución nutritiva. El resto es manejo. En este sistema la planta mantiene su rendimiento, al proveer sus requerimientos usando el fertirriego o el uso de luces artificiales o LED, que además de aportar soluciones al reducir el consumo de energía permiten el manejo de características específicas de productos hortícolas como el tomate o la lechuga. El uso de luces artificiales induce el crecimiento del cultivo en momentos específicos de su desarrollo y permite por ejemplo intensificar el follaje con el fin de atenuar la fotosíntesis en edad temprana (Kozai, Niu y Takagaki, 2016).

Integración de subsistemas verticales Una de las ventajas de la horticultura urbana es la disponibilidad de tecnologías que permiten cultivar y cosechar en un mismo espacio y de manera casi inmediata. Con la agricultura protegida surgieron formas artificiales de producción agrícola, que han alcanzado una eficiencia máxima en la agricultura urbana (Dieleman, 2017). Desde el punto de vista alimenticio, la calidad de los productos cultivados de manera totalmente orgánica es mayor. Desde el punto de vista ambiental, la reducción de recursos utilizados en el proceso de producción y de contaminantes por lixiviados contribuyen a la sustentabilidad.

La Ciudad de México se encuentra en situación crítica no sólo en cuanto a la disponibilidad de agua, sino también en la competencia por los recursos, la contaminación, la movilidad, etcétera. Estas situaciones hacen imperativa la implementación de la agricultura urbana para aprovechar sus ventajas.

El trabajo consistió en recrear la producción de una parcela en una zona urbana, semejando las condiciones de un edificio. La idea central fue cambiar la horizontalidad de la parcela por la verticalidad de la pared. Para ello se construyó una estructura de fierro que soportara el subsistema. Como medio de cultivo se optó por solución nutritiva y sustrato, una mezcla de perlita, fibra de coco y tierra.

Los subsistemas que se implantaron fueron: 1. Sistema en solución nutritiva vertical en diámetro de 38 mm y con “Y” para las plantas

2. Sistema en solución nutritiva de hidroponía horizontal en tubería de 2’’ y las plantas en “T” 3. Sistema en torres verticales, tubería PVC de 4’’ con sustrato con perforaciones 4. Sistema modular con sustrato y membranas para contener el sustrato (0.9 × 0.9 m) 5. Sistema en solución nutritiva en raíz flotante tipo balsa (0.6 × 0.9 m)

Si bien es cierto que el requerimiento hídrico de la planta (evapotranspiración) se mantiene, más allá de este consumo no deben existir mayores requerimientos. Normalmente un cultivo de lechuga consume una lámina de riego de 8 cm; en sistemas verticales, mediante cultivo en solución nutritiva y recirculación, el consumo será de aproximadamente 0.8 centímetros.

En el sistema piloto se construyeron tres subsistemas: raíz flotante, recirculación y sustrato.

Para el caso de la raíz flotante o de balsa se colocó la bandeja de agua con solución nutritiva, y cada día se oxigenaba de manera manual. Se cultivaron 18 lechugas en 0.5 m 2 . A pesar de que el nivel de agua se mantuvo, fue complicado estimar con exactitud el consumo debido a singularidades como la lluvia, pero las lechugas completaron su ciclo con la transpiración de ésta. En el sistema hidropónico en “Y” se cultivaron 54 plantas en 2.25 m 2 . En cuanto a las torres, en cada una hubo 27 plantas, que multiplicadas por cuatro torres dan 108 plantas en 2.25 m 2 . Finalmente, el modulo cuadrado contó con 18 plantas de fresa en 0.8 metros cuadrados.

En cuanto a los sistemas de recirculación, el consumo fue similar al de la balsa, sólo que allí el agua se estuvo recirculando y en consecuencia no fue necesaria la oxigenación. A las torres verticales con lechugas y albahaca y el módulo cuadrado con la fresa se les aplicaron cuatro riegos diarios de un minuto cada uno, aproximadamente un litro diario.

Figura 2. Subsistemas de producción en torre con sustrato, lechuga italiana y albahaca.

En este proyecto piloto, la idea central fue valorar la viabilidad climático-económica para la producción de hortalizas de porte bajo y mínimo consumo de recursos, mediante un modelo de utilidad que pueda reproducirse en diferentes escalas.

Riego y fertilización Se preparó una solución nutritiva en 1,100 litros para hacer los riegos con base en la solución universal de Steiner. Se programó un riego diario para los sistemas de recirculación, pensando en actualizar la concentración por los iones absorbidos por la planta, y cuatro riegos al día para el de sustrato. Para el caso de la balsa, se usó la misma solución nutritiva, pero las concentraciones se monitoreaban usando dos parámetros: potencial de hidrógeno y conductividad eléctrica (Mmos l-1) (pH y CE).

Una de las ventajas de la horticultura urbana es la disponibilidad de tecnologías que permiten

cultivar y cosechar en un mismo espacio y de manera casi inmediata. Con la agricultura protegida surgieron formas artificiales de producción agrícola, que han alcanzado una eficiencia máxima en la agricultura urbana. Desde el punto de vista alimenticio, la calidad de los productos cultivados de manera totalmente orgánica es mayor.

Si bien es necesario tener un cierto conocimiento de agronomía, la operación del sistema en general, con los subsistemas integrados, es muy sencilla. Una vez instalados los sistemas de cultivo, riego y fertilización, la operación se reduce a verificar que éstos funcionen de acuerdo con el diseño. En cuanto a las plantas, verificar el desarrollo de las raíces, que es el principal problema en sistemas hidropónicos en tuberías, ya que ocasiona taponamientos.

Es importante recalcar que los conceptos de dosis de riego, evapotranspiración y exceso de drenaje, entre otros acuñados en la práctica de campo abierto y en invernadero, han tenido que adaptarse a los sistemas de tipo urbano. En una parcela se habla de lámina de riego, por ejemplo de 8 cm para lechuga (ciclos de 50 días) (Escarbajal-Henarejos et al., 2016); en hidroponia y recirculación obviamente no se utilizará tal cantidad de agua. De acuerdo con Barbosa et al. (2015), las reducciones en el consumo de agua son superiores al 90%, lo que implica que el de una lechuga en este sistema hidropónico vertical se reduce a 0.8 cm en el ciclo, es decir, 8 litros por metro cuadrado. Otras técnicas, como la fábrica de plantas (Graamans et al., 2018), pueden ser aplicadas para reducir el consumo de recursos, sobre todo los no renovables.

La fábrica de plantas consiste en la producción de cultivos con el menor gasto de recursos. Dependiendo del tipo de cultivo será el manejo. Específicamente, un factor de la fisiología de la planta para definir el tipo de subsistema es el fotoperiodo, es decir, el tiempo en el que la planta está expuesta a la radiación ya sea solar o, en una fábrica de plantas, mediante luces artificiales. Con el riego de alta frecuencia se obtienen ventajas relacionadas con la migración de cultivos; por ejemplo, aunque se tiene la idea de que la fresa prefiere un clima templado, lo cierto es que en el sistema vertical ha sido posible producirla en las condiciones de Jiutepec que más bien son tropicales. Lo anterior se logró con los riegos de alta frecuencia y manteniendo un entorno siempre hidratado en la zona de raíces (véase figura 4).

Manejo del sistema Si bien es necesario tener un cierto conocimiento de agronomía, la operación del sistema en general, con los subsistemas integrados, es muy sencilla. Una vez instalados los sistemas de cultivo, riego y fertilización, la operación se reduce a verificar que éstos funcionen de acuerdo con el diseño. En cuanto a las plantas, verificar el desarrollo de las raíces, que es el principal problema en sistemas hidropónicos en tuberías, ya que ocasiona taponamientos. Debe evitarse la obstrucción de los sistemas de conducción, válvulas y emisores. Y con respecto a la solución

Figura 3. Hidroponía y recirculación en tubos horizontales y plantas en “T”.

Figura 4. Cultivo vertical de fresa.

dores, luces artificiales, etc. son sólo algunos de los proyectos que están siendo adecuados para sistemas de mayor escala, buscando que sean económicamente viables para cualquier usuario. Entre mayor sea la superficie y el grado de tecnificación, mayor debe ser la preparación en temas de conocimiento fisiológico de la planta, desarrollo de modelos para sistematizar producción hortícola y habilidades en el manejo del cultivo, a fin de enfrentar variaciones ambientales.

Conclusiones Por tamaño, costo y operación, los sistemas de producción verticales en una pared de un departamento en un rascacielos son viables. Con este tipo de subsistemas se logra una producción de hortalizas de porte bajo, con el mínimo uso de recursos hídricos, sin residuos que contaminen el ambiente por lixiviados. Un subsistema hidropónico de 2.25 m 2 como el descrito en este artículo es capaz de producir 36 lechugas, y se cree que lo anterior puede hacerse de manera ininterrumpida durante el año, quizá buscando la mejor variedad por estación. Las lechugas cosechadas son de tamaño mediano (120-180 g), con buen comportamiento productivo sin subida o floración, a menos que eso se desee.

A pesar de que en este trabajo sólo se cultivaron lechugas, fresas y albahaca, se considera que pueden cultivarse de la misma manera especies similares, como plantas aromáticas o medicinales

Figura 5. Producción hortícola vertical en el IMTA.

nutritiva, es necesario un monitoreo constante para mantener en rango la concentración de nutrientes.

En diferentes escalas, si se considera un modelo en cada departamento en un rascacielos como el de la figura 5, la operación y mantenimiento son básicos y mínimos.

Las tendencias en horticultura avanzan con pasos agigantados (Touliatos et al., 2016; Muller et al., 2017), y el uso de herramientas tecnológicas, microsensores, controladores, actua

Referencias Barbosa L. G., A. G. F. Daiane, N. Kublik, A. Proctor, L. Reichelm, E. Weissinger, G. M. Wohlleb y R. U. Halden (2015). Comparison of land, water, and energy requirements of lettuce grown using hydroponic vs. conventional agricultural methods. International Journal of Environmental Research and Public Health 12(6): 6879-6891. Centro Latinoamericano y Caribeño de Demografía, Celade (2012). World population and Latin America and the Caribbean population: Changes and new (im) balances. Astrolabio 8. Dieleman, H. (2017). Urban agriculture in Mexico City; balancing between ecological, economic, social and symbolic value. Journal of Cleaner Production 163(1): S156-S163. Escarbajal-Henarejos, D., D. G. Fernández-Pacheco, G. García-Mateos, J. M. Molina-Martínez y A. Ruiz-Canales (2016). Balance hídrico en lechuga a partir de imágenes de cobertura vegetal. Simposio de Ingeniería Hortícola. Almería. Sánchez, M. (2016). La batalla de los supermercados llega a los productos frescos. Expansión. Disponible en: http://www.expansion.com/empresas/2016/09/17/57dd4a65268e3e806f8b4639.html Touliatos, D., I. C. Dodd y M. McAinsh (2016). Vertical farming increases lettuce yield per unit area compared to conventional horizontal hydroponics. Food and Energy Security 5: 184-191. Kozai, T., G. Niu y M. Takagaki (2016). Plant Factory. An indoor vertical farming system for efficient quality food production. Academic Press.