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Modificación de las condiciones microclimáticas por diferentes
materiales de acolchado biodegradables
Mª. L. Suso, A. Pardo, V. Tobar y J. Huete
Servicio de Investigación y Desarrollo Tecnológico Agroalimentario. Ctra. MendaviaLogroño, NA-134, km.90. 26071 Logroño (Spain). [email protected]
Resumen
En este trabajo se han estudiado algunos parámetros del balance de energía y
su efecto sobre las condiciones microclimáticas, producidas por el uso de acolchados.
El experimento se realizó en el valle del Ebro, en la finca Valdegón del SIDTA del
Gobierno de La Rioja, en un suelo de textura franca, sin cultivo y sin riego, con los
siguientes materiales de acolchado negro: polietileno de 15 µm (PE); papel (black
MimGreen©, 85 g·m−2), (PM); plástico biodegradable Mater-Bi ® de 15 µm (AN) y
suelo desnudo (TD). Se eligieron días con condiciones climáticas homogéneas, en los
que se estudiaron la radiación neta Rn, flujo de calor en el suelo G, temperatura del
aire a 0,05 m Tpar, temperatura aparente de superficie Tas y temperatura de suelo
en superficie T0 y a 0,05 m de profundidad T5. La radiación neta ha sido similar en
todos los materiales y superior al suelo desnudo. El mayor flujo de calor en el suelo
se ha observado bajo el PE. Las temperaturas aparentes de superficie más elevadas
se han dado en el PM, sin embargo a 0,05 m de profundidad, las temperaturas de
suelo han sido superiores en el PE. El acolchado con PE, por sus propiedades ópticas
y su interface con el suelo, ha proporcionado mejores condiciones para la
transmisión de calor que los materiales biodegradables Mater-Bi y MimGreen.
Palabras clave: polietileno, Mater-Bi, MimGreen, flujo de calor
INTRODUCCIÓN
El acolchado es una técnica ampliamente utilizada en horticultura con múltiples
efectos: lucha contra las malas hierbas, conservación del agua, mantenimiento de la
estructura del suelo, aumento de la temperatura del suelo y mejora del desarrollo y
calidad de los cultivos (Tarara, 2000). Es una técnica tecnológicamente simple y
relativamente barata siendo el polietileno PE, el material mas utilizado. Recientemente
han aparecido en los mercados materiales degradables que evitan el problema de los
residuos que deja el PE (Cirujeda et al., 2012).
La presencia del acolchado modifica el entorno microclimático de la planta. La
radiación solar y terrestre es absorbida, reflejada y transmitida en diferente proporción de
acuerdo a las propiedades ópticas de la superficie sobre la que actúan (Tarara, 2000). El
balance de energía en la superficie de acolchado plástico y su influencia por encima y por
debajo vienen determinados por las propiedades del plástico (Ham et al., 1993) y por el
grado de contacto entre el plástico y el suelo (Ham y Kluitemberg, 1994). La conducción
entre un plástico opaco y la superficie del suelo, determina el efecto del acolchado sobre
la temperatura del suelo (Ham y Kluitemberg, 1994).
En este trabajo se han estudiado algunos parámetros del balance de energía y su
efecto sobre las condiciones microclimáticas, producidas por dos materiales
biodegradables como son, el papel y plástico biodegradable procedente de almidón de
maíz frente al polietileno y al suelo desnudo.
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MATERIAL Y MÉTODOS
El experimento se realizó en el valle del Ebro, en la finca Valdegón del SIDTA del
Gobierno de La Rioja, en un suelo de textura franca, sin cultivo y sin riego, utilizando los
siguientes materiales de acolchado negro: polietileno de 15 µm (PE); papel (black
MimGreen©, 85 g·m−2), (PM); plástico biodegradable Mater-Bi ® de 15 µm (AN) y
suelo desnudo (TD). Las propiedades ópticas aparecen en la tabla 1.
Tabla 1. Propiedades ópticas de los materiales y suelo seco (Ham et al., 1993; Tarara,
2000). α: absorbancia; ρ: reflectancia; τ: transmitancia.
Onda corta
Onda Larga
α
ρ
τ
α
Acolchado negro
0,96
0,03
0,01
0,87
Suelo seco
0,65-0,77
0,23-0,35
0,88-0,93
ρ
τ
0,67
0,07-0,12
Se establecieron tres mesetas de 6 m de longitud, 0,9 m de anchura y 0,10 m de
altura, acolchadas con cada material, y otras tres con suelo desnudo, separadas 1,5 m
entre ejes. En cada meseta central se instalaron los instrumentos de medida y para su
protección frente a las lluvias, se montaron 4 túneles de 1,5 m de ancho, 4 m largo y 1 m
de altura, que se retiraron en los períodos de medida..
Cada estación de medida constaba de un radiómetro neto NR-Lite (Kipp-Zonen)
instalado a 0,3 m sobre el centro de la meseta, dos placas de medida de flujo de calor
HFP01 (Hukseflux) separadas 0,7 m, a 0,08 m de profundidad (Funchs, 1986), un
reflectómetro TDR CS615 (Campbell Sci.) para medida de la humedad del suelo a 0,08 m
de profundidad, dos termistores T107 (Campbell Sci.) a 0,05 de profundidad y dos en
superficie (bajo el plástico), dos termopares de hilo fino FW3 (Campbell Sci.) a 0,05 m
sobre el suelo y una sonda de temperatura de infrarrojos IRR-P (Apogee Inst.) a 0,6 m de
altura. La instrumentación del ensayo se completó con un anemómetro-veleta 05103
(Young Comp.) a 0,6 m de altura y dos termistores T107, con protector, a 0,5 y 1 m de
altura respectivamente.
Los valores de radiación neta fueron corregidos por la velocidad del viento
(Campbell Sci., 2012) . El flujo de calor en la superficie del suelo G se ha medido según
la técnica descrita por Kimball y Jackson (1979). El flujo de calor sensible H, ha sido
calculado según describe Evett (2002), y la resistencia aerodinámica para suelo desnudo
según Kreith y Sellers (1975).
Para el análisis de los flujos de energía, se asume que no existe flujo de calor
latente desde la superficie y que no hay transferencia de calor por evaporación y/o
condensación en la interface acolchado-suelo. Se conviene en considerar como positivos
los flujos de calor que entran en el suelo y negativos los que se emiten hacia la atmósfera.
Se considera despreciable el calor almacenado en la lámina del material.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los parámetros climáticos de las parcelas se midieron en varios períodos de
condiciones ambientales favorables. En este trabajo se presentan los resultados
correspondientes al período comprendido entre el 28 de junio y el 7 de julio de 2013,
caracterizado por altas temperaturas y cielos despejados (Tabla 2). Para el estudio de los
210
diferentes parámetros, se ha dividido el día en dos períodos, cuando la radiación neta
sobre el material era positiva y negativa.
Tabla 2. Condiciones climáticas en la parcela experimental entre el 28 de junio y el 7 de
julio. Temperatura del aire (Tºaire ) máxima y mínima, radiación global (Rg), velocidad
media del viento (U) y precipitación (P). Datos: Estación Agroclimática Valdegón.
Tºaire (ºC)
DDA Max
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
25,7
27,8
31,8
30,1
31,3
29,5
31,6
34,7
35,3
33,6
Rg
U
-2
Min
(MJ.m )
10,2
10,8
13,0
12,9
16,1
14,9
16,7
14,3
14,4
15,5
31,0
31,4
31,2
27,6
27,4
25,6
31,4
31,0
30,1
31,2
P
-1
(m.s ) (l.m-2)
2,2
2,1
1,7
1,0
2,3
2,0
2,2
1,4
1,2
1,8
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Radiación neta, Rn.
La radiación neta en todos los materiales ha sido similar, 14,7 MJ·m-2 , superior a
la del suelo desnudo, 13,6 MJ·m-2 durante el día, y sin diferencias durante la noche
(figura 1). En la figura 2 se representa, la evolución diaria de la Rn en las parcelas
experimentales el día 5 de julio. Durante el día, la radiación incidente de onda corta y
larga es similar para todos los materiales, pero hay diferencias en las reflectancias de la
radiación de onda corta (Tabla 1), por tanto, la radiación de onda larga emitida en las
parcelas acolchadas debe de ser superior a la del suelo desnudo. En nuestras condiciones
en que apenas existe disipación de energía por evaporación del agua, una parte de la
energía se disipa en forma de calor sensible H. Una estimación de H para el día 5 de julio
indica que se pueden alcanzar valores de 339 w·m-2 en el PM, 303 w·m-2 en el AN y 273
w·m-2 en el PE (figura 2). Esta es una energía suplementaria disponible para las plantas en
los primeros momentos de un cultivo cuando cubren parcialmente el suelo.
Flujo de calor en el suelo, G.
El flujo de calor en el suelo G ha sido superior en el PE respecto al resto de
materiales y suelo desnudo tanto durante el día como durante la noche (figura 1). El 5 de
julio, durante el día, la diferencia entre Rn y H en la superficie del PE es de 7,1 MJ/m2
mayor que en los materiales AN y PM, de 6,9 y 6,3 MJ/m2 respectivamente, por tanto
queda mayor calor residual para ser transferido al suelo (figura 2). El mayor flujo G,
observado en el PE; sería la consecuencia de la mayor disponibilidad de energía y una
menor resistencia a la transferencia de la misma en la interface acolchado/suelo.
Temperaturas de suelo, T0 y T5
Las mayores temperaturas a 5 cm de profundidad, cuando la Rn era positiva, se
observaron bajo el PE. El resto de materiales se comportó de modo similar al suelo
211
desnudo (figura 1). En la figura 3 se presenta la evolución diaria de la temperatura el día
186 (5 de julio).
Rn = 14,5 MJ/m2
Tpar = 28,6 ºC
Tas = 45,9 ºC
Rn = -2,3 MJ/m2
Tpar = 18,1 ºC
Tas = 18,7 ºC
Tas-T0 = 4,2 ºC
Tas-T0 = -4,9 ºC
Tas-T0 = 10,3 ºC
Tas-T0 = -4,8 ºC
G = 6.8 MJ/m2
T0 = 41,7 ºC
T5 = 35,8 ºC
G = -3,4 MJ/m2
T0 = 23,6 ºC
T5 = 28,6 ºC
G = 3,6 MJ/m2
T0 = 36,4 ºC
T5 = 30,0ºC
G = -1,9 MJ/m2
T0 = 21,6 ºC
T5 = 24,6 ºC
Rn = 14,6 MJ/m2
Tpar = 27,0 ºC
Tas = 46,7 ºC
PE: Polietileno
Rn = 14,9 MJ/m2
Tpar = 26,5 ºC
Tas = 48,5 ºC
Rn = -2,4 MJ/m2
Tpar = 18,8 ºC
Tas = 16,8 ºC
AN: MaterBi
Rn = 13,6 MJ/m2
Tpar = 26,9 ºC
Tas = 41,1 ºC
Rn = -2,1 MJ/m2
Tpar = 19,2 ºC
Tas = 13,7 ºC
Rn = -2,2 MJ/m2
Tpar = 19,0 ºC
Tas = 17,1 ºC
Tas-T0 = 8,4 ºC
Tas-T0 = -7,4 ºC
Tas-T0 = -0,5 ºC
Tas-T0 = -1,7 ºC
G = 4,0 MJ/m2
T0 = 40,1 ºC
T5 = 29,2 ºC
G = -2,1 MJ/m2
T0 = 21,1 ºC
T5 = 24,4 ºC
G = 3,9 MJ/m2
T0 = 41,6 ºC
T5 = 29,0ºC
G = -2,0 MJ/m2
T0 = 18,8 ºC
T5 = 23,8 ºC
PM: MimGreen
Suelo desnudo
Figura 1. Valores medios diarios durante el período entre el 28 de junio y el 7 de julio de
radiación neta Rn, flujo de calor en el suelo G, temperatura del suelo a 0,05 m de profundidad
T5, temperatura del suelo en superficie bajo el plástico T0, temperatura aparente de superficie
Tas y temperatura del aire a 0,05 m sobre la superficie Tpar. Las flechas rojas indican flujos
de energía entrantes en el suelo y las azules salientes hacia la atmósfera.
Cuando el flujo es negativo, las mayores temperaturas también se observaron bajo
el PE y las temperaturas bajo el AN y papel PM fueron ligeramente superiores a las del
suelo desnudo. Los materiales pueden retener una parte de la radiación de onda larga
emitida por el suelo debido a que las resistencias de la interface suelo-acolchado reducen
la transferencia de calor. También pueden prevenir el enfriamiento evaporativo de las
parcelas acolchadas, salvo en el caso del papel, que permite el paso de la humedad.
Temperaturas de superficie Tas
Las medidas realizadas no son verdaderas temperaturas termodinámicas del
acolchado sino que se refieren a temperaturas aparentes de superficie, puesto que el
sensor detecta tanto la radiación emitida por el material como por la emitida por el suelo
que es transmitida a su través.
Las temperaturas aparentes diurnas mas elevadas se observaron en el PM,
posiblemente debido a su menor reflectancia respecto a los materiales plásticos y al suelo
(figura 3), puesto que carece de efecto “espejo” y puede tener una mayor absorbancia.
Cuando el flujo es negativo, la menor temperatura también se observa en el PM, ya que
podría retener menos radiación de onda larga emitida por el suelo y a que podría disipar
energía al evaporar la escasa humedad del suelo.
212
600
500
400
Rn PE
G PE
300
H PE
Rn PM
G PM
100
Rn AN
G AN
2230
2030
1830
1630
1430
-100
1230
1030
830
630
430
230
0
H PM
30
w.m-2
200
H AN
Rn TD
-200
G TD
H TD
-300
-400
Hora (día 186; 5 de julio)
Figura 2. Valores semihorarios del día 5 de julio, de la radiación neta Rn, flujo de calor sensible H
y flujo de calor en el suelo G, expresados en w·m-2. PE: polietileno, AN: MaterBi, PM: papel
MimCord y TD: suelo desnudo.
80
70
60
Tas PE
T5 PE
Tas TD
T5 TD
Tas AN
Tas PM
T5 AN
T5 PM
T (ºC)
50
40
30
20
10
0
30
230
430
630
830
1030
1230
1430
1630
1830
2030
2230
Hora (día 186; 5 de julio)
Figura 3. Valores semihorarios del día 5 de julio, de la temperatura de suelo a 0,05 m de
profundidad T5 y de la temperatura aparente de superficie Tas. PE: polietileno, AN: MaterBi,
PM: papel MimCord y TD: suelo desnudo.
Cuando el flujo era positivo, la menor diferencia entre la Tas y la temperatura de
la superficie del suelo T0 ha ocurrido bajo el PE (4,2 ºC) y la mayor se observó en el AN
(10,3 ºC) y PM (8,4ºC), (figura 1). Estas mayores diferencias se observaron a 0,05 m de
profundidad en la evolución de temperaturas del día 5 de julio (figura 3). En el suelo
desnudo, coinciden las temperaturas medidas con el termistor y con la sonda de
infrarrojos (figura 1). Cuando el flujo es negativo, la diferencia es similar entre el PE y el
AN y mayor que en el PM.
213
Temperatura del aire a 0,05 m sobre la superficie Tpar
Las temperaturas del aire a 0,05 m fueron similares, aunque las temperaturas
aparentes fueron diferentes (Figura 1). Posiblemente el flujo turbulento sobre las parcelas
fue suficiente para disipar las ondas de calor originadas por las cubiertas. En parcelas
mayores (mayor “fetch”) el papel de las cubiertas en la modificación de la temperatura
debería de ser considerado.
CONCLUSIONES
La radiación neta ha sido similar en todos los materiales y superior al suelo
desnudo. El mayor flujo de calor en el suelo se ha observado bajo el PE. Las temperaturas
aparentes de superficie mas elevadas se han dado en el PM, sin embargo a 0,05 m de
profundidad, las temperaturas de suelo han sido superiores en el PE. El acolchado con PE,
por sus propiedades y su interface con el suelo, ha proporcionado mejores condiciones
para la transmisión de calor que los materiales biodegradables Mater-Bi y MimGreen.
Agradecimientos
Este proyecto ha sido financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación, el
INIA (Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria) y el
Fondo Social Europeo a través del proyecto INIA-RTA 2011-00104-C04-02.
Referencias
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16 pag.
Cirujeda, A., Aibar, J., Anzalone, A., Martín-Closas, L., Meco, R., Moreno, M.M., Pardo,
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