Libro Actas, VII Congreso Ibérico Agroingeniería y Ciencias Hortícolas. SECH, Madrid, 2013 III Parte

Modelización con CFD del efecto de las condiciones de emplazamiento y

manejo en las medidas del evaporímetro Clase-A

P. Vidal-López

1, V. Martínez-Alvarez

2 , B. Gallego-Elvira

2, B. Martin-Gorriz

2

1 Universidad de Extremadura, Esc. Ing. Agrarias. Avda. Adolfo Suarez s/n. 6071 Badajoz (Spain).

E-mail: [email protected] 2 Universidad Politécnica de Cartagena. Avda. Alfonso XIII 48. 30203, Cartagena Murcia (Spain).

Resumen

Este trabajo estudia el efecto de las condiciones de manejo o emplazamiento de los tanques evaporímetros

Clase-A en la tasa de evaporación registrada por los mismos. La metodología aplicada consiste en la

modelización de la tasa de evaporación en el tanque mediante la ecuación de transferencia de masa, con la

particularidad de que el coeficiente de trasferencia de masa o “función de viento” se deriva mediante la

aplicación de la dinámica computacional de fluidos (Computational Fluid Dynamics, CFD). Este planteamiento

para determinar la evaporación en masas de agua con CFD se basa en la analogía entre la transferencia de calor y

de masa, que ha sido evaluada satisfactoriamente en trabajos previos de los autores para masas de agua poco

profundas bajo las condiciones climáticas del sureste español.

El trabajo plantea distintos escenarios que recogen los condicionantes más habituales que pueden afectar las

medidas del tanque evaporímetro, como son: (1) las variaciones en el niveles de agua, (2) las variaciones en las

condiciones del emplazamiento, ya sea por la presencia de irregularidades en el terreno o en la cubierta vegetal

(terreno desnudo o con pradera de hierba), y (3) el empleo de mallas anti-pájaros, etc. Los resultados muestran

una notable sensibilidad de la tasa de evaporación registrada en el tanque Clase-A a las condiciones de manejo y

emplazamiento, especialmente en lo relativo al nivel de agua en el tanque.

Palabras clave: evaporación, CFD, tanque Clase-A, función de viento.

CFD modelling of the effect of location and management conditions on

Class-A pan evaporimeter measurements. Abstract

Class-A tanks are widely used to derive open-water evaporation and evapotranspiration. The World Meteorology

Organization (WMO) recommends the use of these standard evaporimeters. The impact of pan maintenance

conditions and location has been analyzed in this study.

A CFD-based (Computational Fluid Dynamics, CFD) methodology have been used to derive convective mass-

transfer coefficients (wind functions) which are required for estimating evaporation of water bodies with the

mass-transfer method. The CFD-derived wind functions have been reported to provide good estimates of hourly

and daily evaporation measurements in previous works of the authors. Several factors affecting the rate of pan

evaporation have been considered: (1) variation in water level, (2) tank surroundings (bare soil, presence of

vegetation) and (3) presence of bird nets.

A remarkable sensitivity of tank evaporation to maintenance conditions and location has been observed. Up to

10% variation can be caused by the presence of bird nets and substantial differences are found when the water

level decreases below the standard recommended level. The results of the study highlight that tank evaporation

data should be used with caution for agronomical and environmental purposes, especially when maintenance is

poor.

Keywords: evaporation, CFD, Class-A pan, wind function.

668

Introducción

Los registros de evaporación en tanque Clase-A son ampliamente utilizados para estimar la evaporación y

evapotranspiración en numerosas aplicaciones hidrológicas y agronómicas. La Organización Meteorológica

Mundial (World Meteorology Organization, WMO) recomienda su uso y define las condiciones de manejo

necesarias para la obtención de registros válidos. En este trabajo se plantean distintos escenarios que recogen los

condicionantes más habituales que pueden afectar las medidas del tanque evaporímetro, analizando su influencia

en la tasa de evaporación registrada.

El estudio de la evaporación en el tanque clase A se realiza por medio de su balance de energía:

GHsRnE �� (1)

Donde � es el calor latente de vaporización del agua y �E el calor en W·m-2 debido a la evaporación

del agua (Linacre, 1994). Rn la radiación neta, que incluye la radiación de onda corta y onda larga,

calculada en este trabajo con la metodología de la FAO e incluyendo el efecto de las paredes según se

deduce en Linacre (1994). Hs es el calor intercambiado por convección, que se caracteriza en función

del gradiente de temperatura agua-aire y la velocidad del viento, mediante las denominadas "funciones

de viento". Finalmente G es el calor almacenado dentro del agua, definido en Molina Martinez et al.

(2006).

Hasta donde los autores conocen, el primer análisis mediante dinámica computacional de fluidos

(Computational Fluid Dynamics, CFD) del tanque clase A se realiza en Vidal-López et al. (2012),

donde se calcula el calor intercambiado por convección en un tanque Clase A aislado térmicamente en

paredes y fondo, cuyo montaje experimental se describe en (Molina Martinez et al., 2006). Mediante

simulaciones numéricas por CFD del tanque Clase A se obtiene el calor por convección

Hs = hs(Ta-Tw) (2)

Donde Hs es el calor por convección [W·m-2], hs coeficiente de transferencia de calor por convección

[W·m-2·K-1], Ta y Tw la temperatura del aire y del agua en K. La función de viento para el tanque se

logra relacionando el valor de hs para diferentes velocidades U del viento. la expresión validada por

Vidal-López et al. (2012) para el tanque con aislamiento fue hs = 4,263·U + 1,385. Posteriormente se

calculó con éxito la evaporación del agua mediante CFD por medio de la analogía que existe entre la

transferencia de calor y masa. De esta manera el CFD aporta un gran avance en la estimación de la

evaporación del agua porque sirve como herramienta de cálculo de Hs en la Ec. 1 así como de la

evaporación del agua �E por medio de la analogía que existe entre Hs y �E.

En este trabajo los autores aportan nuevas simulaciones numéricas del genuino tanque Clase A (sin

aislamiento), analizando la función de viento para un tanque con variaciones en el nivel de agua y su

influencia en la evaporación. tambien se analiza el efecto de la presencia de una malla anti pájaros, que

habitualmente se dispone en la parte superior del tanque, y de la rugosidad del suelo del entorno. El

calor por convección se estudiará en este caso tanto para la lámina de agua como para las paredes del

tanque.

Material y Métodos

El tanque clase A se simula por medio del software de CFD comercial Fluent 13. Las simulaciones

numéricas por CFD realizan un análisis no transitorio tridimensional estudiando el problema de la

convección por calor resolviendo las ecuaciones de conservación del momento y energía. Para ello se

malla en un dominio tridimensional un tanque Clase A, de dimensiones normalizadas a 10 cm sobre el

nivel del suelo. Las condiciones de contorno son una entrada del aire con un perfil logarítmico, típico

en otras simulaciones numéricas por CFD como las de invernaderos, tal y como se aprecia en (Boulard

and Wang, 2002). El viento se simula por medio de un modelo de turbulencia k-epsilon estándar. El

suelo del terreno se representa como adiabático. Las paredes y fondo del tanque se simulan como una

pared de acero de 2 milímetros de espesor (condición de contorno wall en la terminología de Ansys

669

Fluent). El volumen de agua se simula como un sólido a temperatura constante, con las mismas

propiedades termodinámicas que el agua líquida, que transfiere calor por conducción a las paredes y

fondo del tanque que su vez intercambian calor por convección con el aire que le rodea. De esta

manera el modelo CFD nos informa del calor por convección que se transfiere en las paredes y fondo

del tanque y lámina superior del agua.

Construido el modelo se emplean diferentes temperaturas de aire y agua y diferentes velocidades el

viento que nos permitan ajustar por medio de una regresión entre Hs y (Ta-Tw) la recta que nos dé el

valor de hs [W·m-2·K-1] de la ecuación (2) en función del viento.

Con estas variables en juego se analizó: (i) el calor por convección tanto en las paredes + fondo del

tanque como en la lámina de agua, para niveles de 20, 17,5 y 15 cm; (ii) la influencia de la presencia

de una malla antipájaros, y (iii) la influencia de la rugosidad del entorno.

Los resultados de la tasa de evaporación se calcularán a partir de la tasa de convección por medio de la

analogía que existe entre la transferencia de calor y masa y se validarán con registros en tanque

evaporímetro clase-A, concretamente los correspondientes a la estación MU-52 (Murcia) del Sistema

de Información Agraria de Murcia (SIAM) para el año 2004.

Resultados y Discusión

Influencia del nivel de agua en el tanque.

En la Figura 1 se aprecia el coeficiente de transferencia de calor por convección hs en función de la

velocidad del viento para las tres alturas de llenado del tanque Clase A: 20, 17,5 y 15 cm. Las dos

primeras alturas, 20 y 17,5 cm, responden a las alturas máximas y mínimas recomendadas para el

tanque clase A, mientras que la altura de 15 cm se tiene en cuenta para considerar un mantenimiento

poco activo del tanque. Puede apreciase en la Figura 1 como existen notables diferencias entre las tres

alturas de llenado.

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Figura 1. Coeficiente de transferencia de calor por convección [W·m-2

·K-1

] en la lámina de agua por CFD

para alturas de llenado de 20, 17,5 y 15 cm.

.

En lo relativo a la convección en paredes y suelo del tanque se aprecia que las diferencias para estos

casos son del mismo tipo, tal y como se establece en la Figura 2. Los resultados de la Figura 1 y

Figura 2 permiten observar que cuanta mayor altura de lámina mayor calor por convección se

intercambia en paredes y tanque y lámina superior.

670

En la Figura 3 se aprecia la representación cromática de las temperaturas de paredes y suelo del tanque

en la cara exterior. En la Figura 4 el diagrama vectorial de velocidades del viento en una sección

vertical del mismo paralela a la dirección del viento. Para ambas figuras se ha considerado una

temperatura exterior de 300 K, una temperatura del agua de 306 K y una velocidad del viento de 5 m·s-

1.

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·K-1

] en la paredes y suelo del tanque

por CFD para alturas de llenado de 20, 17,5 y 15 cm.

Figura 3. Distribución de temperaturas (K) en las paredes y suelo del tanque clase A por CFD.

Figura 4. Distribución vectorial de velocidad del viento en m·s-1 por CFD y distribución espacial del flujo

de calor por convección en W·m-2 en la lámina superior del agua .

Tal y como puede apreciarse de estas figuras la llegada del viento por un lateral del tanque hace que la

mayor parte del enfriamiento suceda en la zona de acometida por el viento, siendo la parte de salida

del viento la que menos calor intercambia por convección. El perfil vectorial del viento(Figura 4) nos

permite comprobar la existencia de un remolino a la entrada del mismo que incrementaría en la lámina

de agua la renovación del aire y que por tanto justifica el mayor flujo de caloren la zona de llegada del

viento.

Influencia de la malla anti pájaros

671

La influencia de la malla anti pájaros ha sido referenciada por Linacre (1994) con un efecto reductor

de la evaporación del 13% en climas húmedos y del 10% en climas áridos. Para incorporar en los

modelos el efecto de la malla anti pájaros esta se simuló como una pared porosa al paso de fluidos, sin

efecto térmico alguno, siguiendo la Ley de Darcy. Para estudiar su porosidad esta se define con un

coeficiente de incremento de presión y permeabilidad de la malla. Al incorporar esta con

permeabilidad de 2,95·107 m2 y espesor 2 mm y coeficiente de incremento de presión nulo, sin

embargo no se aprecia ninguna influencia de la malla anti pájaros en el intercambio de calor por

convección. En este punto se debe recordar que a diferencia de lo que sucede con las dimensiones del

tanque clase A, las mallas anti pájaros no tienen una uniformidad de diseño ni material por lo que la

razón podemos encontrarla ahí o en un efecto de reducción de la radiación incidente.

Influencia de la rugosidad

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·K-1

] en la lámina superior del

tanque por CFD para rugosidades del suelo de 0,05 m, 0,122 m y 0,2 m.

La rugosidad del suelo que rodea al tanque evaporímetro clase A se define por medio de la altura de

rugosidad y se evalúa por diversas alturas de rugosidad. Así el césped que rodea a un tanque clase A

puede presentar alturas de puede llegar a un valor siempre menor de 0,2 m, por tanto se evaluó vía

CFD la convección de la lámina superior del tanque clase A con diferentes rugosidades del suelo de

0,05 m, 0,122 m y 0,2 m, para incluir la casuística habitual.

En la Figura 5 se aprecia como la influencia de la rugosidad sólo afecta por su presencia y sólo en el

caso de ausencia se aprecia un incremento del calor por convección intercambiado.

Resultados de evaporación experimental y evaporación estimada vía CFD.

Los resultados obtenidos por CFD se validan por medio de resultados experimentales aplicando los

términos de Hs obtenido por CFD en la ecuación (1). En dicha ecuación también se computa por CFD

la evaporación �E de agua mediante la analogía entre transferencia de calor y masa. Con ambos

términos e incluyendo la radiación y calor almacenado, se puede estimar la temperatura del agua

además de la evaporación. Este procedimiento conlleva a la realización de un cálculo iterativo

programado en Matlab, en el que a partir de la temperatura inicial del agua se puede calcular la

evaporación a lo largo de todo un ciclo sabiendo solamente la temperatura inicial del agua y los datos

climáticos básicos: temperatura de aire, velocidad del viento, humedad relativa y radiación. Este

procedimiento se expone en (Vidal-López et al. 2012) por lo que en este trabajo nos ceñiremos a su

aplicación con las fórmulas obtenidas por CFD en el tanque clase A.

En la Figura 6 se aprecia los resultados de la evaporación estimada numéricamente frente a los

resultados experimentales del tanque clase A para la estación MU-42 (Murcia) en el año 2004. Se

aprecia la bondad de los resultados de la simulación numérica en la evaporación.

672

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Figura 6. Evaporación en mm/dia simulada y experimental durante el año 2004.

Conclusiones

En este trabajo se aporta un nuevo procedimiento de estimación de la evaporación de un tanque Clase-A alternativo al modelo PenPan de Linacre (1994). En él se derivan expresiones para la estimación de calor por convección intercambiado por el tanque en la lámina superior y las paredes metálicas. Por otro lado se han evaluado diversos aspectos del manejo que en general afectan a los tanques, apreciándose una gran influencia de la altura de llenado en el valor de la evaporación por cambiar las dimensiones del torbellino de aire que le acomete.

También se concluye que la rugosidad del entorno no afecta significativamente a la evaporación. El efecto producido por la malla anti pájaros no se ha podido modelizar convenientemente, no encontrando efecto alguno en la tasa de evaporación.

Este trabajo pone de manifiesto que las expresiones extraídas por medio del CFD permiten modelizar la evaporación del tanque clase A, así como el efecto de distintas condiciones de manejo, aunque se trata de un desarrollo metodológico incipiente que aún requiere mucho desarrollo.

Agradecimientos

Este estudio ha sido financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación de España y FEDER mediante el proyecto AGL2010-15001.

Bibliografía

Linacre, E.T. (1994) Estimating US Class-A pan evaporation from few climate data. Water International 19(1), 5-14

Molina Martínez, J.M., Martínez Alvarez, V., González-Real, M.M. , Baille, A. (2006). A simulation model for predicting hourly pan evaporation from meteorological data. Journal of Hydrology, 318, 250-261.

Vidal-López, P. , Martínez-Alvarez, V., Gallego-Elvira, B., and Martín-Górriz, B. (2012) Determination of synthetic wind functions for estimating open water evaporation with Computational Fluid Dynamics. Hydrological Processes. 26, 3945–3952.

673

Efecto de las coberturas de sombreo suspendidas en balsas de riego sobre los requerimientos de filtrado

V. Martínez-Alvarez 1, J.F. Maestre-Valero 1

1 Universidad Politécnica de Cartagena, ETSI Agronómica, Paseo Alfonso XIII, 48, 30203 Cartagena,

[email protected] y [email protected]

Resumen

Las balsas de regulación de riego permiten regular las dotaciones hídricas disponibles y adaptarlas a las demandas de los cultivos. Sin embargo, el almacenamiento superficial del agua presenta dos problemas importantes: (i) las balsas experimentan significativas pérdidas de agua por evaporación y además (ii) son fuertes reservorios de nutrientes que bajo condiciones ambientales adecuadas favorecen el crecimiento de algas, provocando un serio problema en la calidad del agua que afecta principalmente a los sistemas de filtrado y de riego localizado. Con el objeto de mantener la eficiencia hidráulica de estos sistemas, los equipos de filtrado se someten a frecuentes procesos de lavado, que conllevan pérdidas de agua y de energía significativas. En regiones hídricamente estresadas como el sureste de España, se están instalando sobre las balsas de riego coberturas de sombreo suspendidas. Éstas, fabricadas en polietileno, reducen las pérdidas de agua por evaporación y mejoran la calidad del agua almacenada. Este estudio evalúa el efecto de la instalación de coberturas de sombreo suspendidas en los equipos de filtrado. Se seleccionaron 4 balsas de riego descubiertas con tratamiento alguicida, 4 balsas de riego descubiertas sin tratamiento alguicida y 2 balsas de riego cubiertas (sin tratamiento alguicida), todas ellas con regulación normal para riego. Para realizar el filtrado, se diseñó un sistema de riego portátil donde un equipo de manómetros analógicos y digitales evaluó para cada ensayo el aumento progresivo de las pérdidas de carga en el filtro. Adicionalmente, una sonda multiparámetrica registró la concentración de clorofila-a en cada ensayo (proxy de la cantidad del algas en la balsa). Al término de cada ensayo, el filtro se secó y pesó para determinar la cantidad de partículas y algas retenidas. En balsas de regulación descubiertas sin tratamiento alguicida, los filtros se saturaron aproximadamente en 0,45 a 2,25 h (agua filtrada = 1,7 a 8,0 m3). En balsas de regulación descubiertas con tratamiento alguicida, los filtros se saturaron aproximadamente en 42 a 51 h (agua filtrada = 151 a 183 m3). Finalmente, para las balsas cubiertas, los ensayos de filtrado finalizaron sin alcanzar la saturación de los filtros (> 450 h y > 1500 m3). Estos resultados indican que el uso de coberturas de sombreo reduce significativamente los requerimientos de filtrado y por tanto, en una instalación de riego, el filtrado deja de ser un proceso frecuente y obligatorio y pasa a ser un proceso preventivo y de mantenimiento de la instalación. Palabras clave: calidad del agua, algas, equipo de filtrado, manómetros

Effect of suspended shade cloth covers on the filtering requirements of on-farm reservoirs

Abstract

In arid and semiarid regions such as the south-eastern Spain, agricultural water reservoirs for irrigation are required to regulate available water allocations adapting them to the crops demands. However, surface water storage has two major problems: (i) substantial water losses through evaporation and (ii) a high nutrient loading that induces frequent algal blooms, resulting in serious water quality problems that are of great concern for drip irrigation systems. In order to maintain the hydraulic efficiency of these systems, filtration equipment is frequently subjected to cleaning processes, which involve significant losses of water and energy. In this water stressed region, suspended shade cloth covers are being installed on the reservoirs. These covers, made of polyethylene, significantly reduce evaporation and improve the quality of stored water.

674

This study evaluates the effect of the installation of suspended shade cloth covers on the filtering equipment. To carry out with the experiment, 10 agricultural water reservoirs with normal regulation of the irrigation were selected: 4 uncovered reservoirs with algaecide treatment, 4 uncovered reservoirs without algaecide treatment and 2 covered reservoirs without algaecide treatment. To perform the filtering, a portable irrigation system was designed with several analogical and digital manometers that evaluated for each test the progressive increase of the pressure drop in the filter. Additionally, chlorophyll-a (a proxy of the algae concentration) was measured in the field using a multi-parametric instrument. After each test, the filter was dried and weighed to determine the amount of retained particles and algae. In uncovered water reservoirs without algaecide treatment, filters were saturated in 0.45 to 2.25 h (water filtered = 1.7 to 8.0 m3). In uncovered water reservoirs with algaecide treatment, filters were saturated in 42 to 51 h (water filtered = 151 to 183 m3). Finally, in covered water reservoirs, filtering trials ended without reaching saturation of the filters (>450 h and >1500 m3). These results indicate that the use of suspended shade cloth covers significantly reduces the filtering requirements and therefore, in an irrigation system, filtration could just be considered as a preventive process to maintain the irrigation system instead of being frequent and compulsory. Keywords: water quality, algae, filtering equipment, manometers

Introducción

Actualmente existe en la cuenca del Segura una fuerte competencia por los recursos hídricos (EGDH, 2007). Además, esta región padece una escasez de agua significativa que afecta principalmente a la agricultura. EGDH (2007) estima para la cuenca del Segura un déficit hídrico de 460 hm3 que afecta a más de 2,7·105 ha de superficie potencialmente regable. Con objeto de aumentar la eficiencia en el manejo y la aplicación del agua de riego, se han ejecutado diversos planes de modernización de regadíos, los cuales han transformado progresivamente los sistemas de riego tradicional en riego localizado. Actualmente, el riego localizado ocupa aproximadamente el 75,7% de la superficie regada. Sin embargo, los nuevos sistemas de riego localizado requieren agua con cierta presión para asegurar un funcionamiento correcto de las instalaciones.

En esta cuenca, la distribución del agua por turnos junto con el manejo de agua con distinto origen y calidad, así como la manifiesta escasez hídrica, crea una gran incertidumbre a los agricultores. Ante estas circunstancias los agricultores optan frecuentemente por la construcción de balsas de riego en parcela, con el fin de regular y garantizar el suministro de agua para el riego de sus cultivos durante todo el ciclo productivo.

En la cuenca del Segura existen cerca de 15.000 balsas de riego donde se producen unas pérdidas por evaporación próximas a los 60 hm3 año-1, aproximadamente un 8% de agua usada para riego (Maestre-Valero et al., 2013a).

Estas balsas de riego, aunque son requisito fundamental para la programación del riego, presentan un problema adicional: la presencia de nutrientes en el agua favorece el crecimiento y desarrollo de algas, provocando serios problemas tanto en la calidad del agua como en los sistemas de aplicación de riego localizado (Brainwood et al., 2004).

Para evitar estos problemas en el buen funcionamiento de las instalaciones de riego (Adin and Sacks, 1991; Bucks and Nakayama, 1991), se suelen incorporar sistemas de filtrado en el cabezal de riego, que incrementan las pérdidas de energía y requieren lavados frecuentes para ser operacionales y mantener su eficiencia (Nakayama et al., 2007; Elbana et al., 2012). Como consecuencia, estos lavados conllevan consumos de energía y de agua que podrían evitarse si el filtrado

Entre las técnicas propuestas para reducir las pérdidas por evaporación (Brown, 1988), las coberturas de sombreo suspendidas (CSSs) parecen ser la técnica más adecuada a las singularidades de las balsas del sureste español, ya que además de reducir la evaporación (factor de reducción entre 70 y 90%; Craig et al., 2005; Gallego-Elvira et al., 2011), mejoran la calidad del agua almacenada mediante: (i) la limitación de los procesos de fotosíntesis y por tanto la producción primaria, (ii) la reducción de la entrada de suciedad y otras partículas arrastradas por el viento, y (iii) el control del aumento de salinidad en el agua almacenada como consecuencia de su efecto reductor de la evaporación.

675

La técnica que actualmente se utiliza para la aplicación de CSSs en balsas de riego consiste en la instalación de una estructura reticular ligera sobre la balsa, fabricada mediante un doble entramado de cables de acero o plástico, los cuales se apoyan en el murete perimetral de la balsa o en postes de acero galvanizado anclados a zapatas o “muertos” de hormigón. Este doble entramado de cables sustenta a la CSS, que permite el paso del aire y la lluvia, pero que reduce la transmisión de la radiación solar y el efecto del viento sobre la superficie del agua en un 99% y 92% respectivamente (Gallego-Elvira et al., 2011).

Investigaciones previas han demostrado la eficiencia de las CSSs como técnica para mejorar la calidad del agua en balsas (Maestre-Valero et al., 2013b) y para reducir las masivas pérdidas de agua por evaporación (Craig et al., 2005; Gallego-Elvira et al., 2011). Sin embargo, hasta el momento, no se ha evaluado el efecto de las CSSs en los requerimientos de filtrado de una balsa de riego. Por tanto, el objetivo de este estudio es analizar esos efectos.

Material y Métodos

Características de las balsas

Entre julio y octubre de 2012, se realizaron ensayos de filtrado en 10 balsas de riego ubicadas en el sureste de la cuenca del Segura, 8 de las cuales se encontraban descubiertas (D i, 4 de ellas se trataron frecuentemente con tratamientos alguicidas mediante sulfato de cobre, CuSO4), y las 2 restantes se encontraban cubiertas con una CSS fabricada en textil doble de polietileno negro (sin tratamiento alguicida, Ci). Las características de las balsas experimentadas se presentan en la Tabla 1. Todas las balsas se abastecieron con agua del mismo origen, gestionada por la comunidad de regantes del campo de Cartagena, que abastece toda la zona regable con aguas superficiales.

Tabla 1. Características de las balsas utilizadas en el estudio

Nº

balsa

Dimensiones

(m x m)

Prof. (m)

Estado Tratamiento alguicida Origen del

agua

D1 55 x 55 5,0 Descubierta Sin tratamiento Superficial




D5 50 x 50 4,5 Descubierta CuSO4 Superficial




C1 55 x 50 5,0 Cubierta Cobertura de sombreo Superficial

C2 50 x 55 5,5 Cubierta Cobertura de sombreo Superficial

Equipo de filtrado

Para realizar la evaluación experimental, se diseñó un sistema de filtrado portátil. Este sistema consistió en una bomba sumergida de la que partía la tubería de alimentación al sistema, una tubería de vertido con retorno a la balsa, dos válvulas de compuerta, dos manómetros analógicos, un filtro de cartucho (200 mesh), un manómetro digital diferencial (precisión 0,05 m.c.a.) y un contador tipo Bourdon. La Fig. 1 muestra el sistema de riego diseñado. Las válvulas de compuerta se regularon en cada ensayo para establecer una presión inicial de entrada de agua al filtro de 200 kPa para un caudal

676

aproximado de 60 L min-1. Los manómetros analógicos y las tomas del manómetro digital diferencial se instalaron antes y después del filtro para determinar de forma continua las pérdidas de carga en el proceso de filtrado.

Figura 1. Cabezal de riego portátil

Ensayos y mediciones

Se realizaron un total de 30 ensayos, tres ensayos para cada balsa de riego. Éstos se llevaron a cabo durante el verano de 2012 coincidiendo con un periodo de alta actividad fotosintética y presencia de algas (Maestre-Valero et al., 2013b) y por tanto se consideró como la situación más desfavorable en relación con los procesos de filtrado. Para cada ensayo, el equipo de manómetros analógicos y el manómetro digital diferencial registraron el aumento progresivo de las pérdidas de carga en el filtro. Los ensayos finalizaron cuando las pérdidas de carga en el proceso de filtrado alcanzaron un valor aproximado de 7 m.c.a., considerando este punto como el umbral máximo de pérdidas de carga que indica que el cartucho está altamente saturado y se requiere un lavado del mismo (Ravina et al., 1997). El contador tipo Bourdon registró el volumen de agua filtrada. Adicionalmente, una sonda multiparámetrica OTT–DS5 registró in situ la concentración de clorofila-a (μg L-1) en cada ensayo (proxy de la concentración del algas en la balsa). Al término de cada ensayo, el cartucho se extrajo cuidadosamente del filtro, se trasportó al laboratorio, se secó y se pesó para determinar la cantidad de partículas y algas retenidas, contrastando esta información con la concentración de clorofila-a registrada por la sonda.


Los principales resultados derivados de esta experimentación se presentan en la Tabla 2. Los análisis estadísticos realizados, análisis de varianza de un factor (ANOVA) y el test de Tukey al 95% de confianza no encontraron diferencias significativas entre los tres ensayos realizados para cada una de las balsas y por tanto los valores que se muestran se corresponden con los valores promedio.

En balsas de regulación descubiertas sin tratamiento alguicida, los filtros se saturaron para un rango de tiempo entre 27 a 135 minutos (rango de volumen de agua filtrada = 1,70 a 8,00 m3). Como valor medio para estas balsas, la concentración de algas y suciedad en el filtro fue de 397 μg L-1 y la concentración de clorofila de 16,92 μg L-1. El ratio medio (g de suciedad y algas retenidas / m3 de agua filtrada) fue 0,38 g m-3. En balsas de regulación descubiertas con tratamiento alguicida, los filtros se saturaron para un rango de tiempo entre 2.528 a 3.057 minutos (rango de volumen de agua filtrada =

1

2

3 4

5

6

7

3

4

1.Alimentación.

2. Vertido.

3. Válvulas.

4.Manómetros.

5. Filtro de

cartucho.

6. Manómetro

diferencial.

7. Contador.

677

151,68 a 183,42 m3). Como valor medio para estas balsas, la concentración de algas y suciedad en el filtro fue de 5,28 μg L-1 y la concentración de clorofila de 3,97 μg L-1. El ratio (g de suciedad y algas retenidas / m3 de agua filtrada) fue dos órdenes menor que balsas descubiertas sin tratamiento alguicida (0,005 g m-3). Finalmente, en las 2 balsas cubiertas, donde el uso de la CSS limitó la presencia de algas y entrada de partículas en el agua almacenada (Maestre-Valero et al., 2013b), los procesos de filtrado finalizaron sin alcanzar la saturación de los filtros (> 26.000 minutos y > 1.500 m3). Como valor medio para estas balsas, la concentración de algas y suciedad en el filtro fue de 0,23 μg L-1 y la concentración de clorofila de 0,21 μg L-1. En estas balsas, el ratio g de suciedad y algas retenidas / m3 de agua filtrada = 0,0002 g m-3 fue de un orden menor que en balsas descubiertas con tratamiento alguicida y de tres órdenes menor que en balsas sin tratamiento alguicida.

Tabla 2. Tiempo de ensayo, volumen de agua filtrada, pérdidas de carga en el filtrado, peso de los residuos secos obtenidos en los filtros y clorofila-a medida para las diferentes balsas de riego

Balsa Tiempo ensayo (min)

Volumen de agua filtrada

(m3)

Pérdida de carga en filtro (m.c.a.)

Suciedad y algas

retenidas (g)

Clorofila-a (μμg L-1)

D1 (No trat. alguicida) 130 6,89 7,80 0,50 25,00




D5 (Si trat. alguicida) 2825 169,50 7,25 0,90 3.95

D6 (Si trat. alguicida) 3057 183,42 7,80 1,00 3,87



C1 (No trat. alguicida) >26000 >1550 0,05 0,40 0,24

C2 (No trat. alguicida) >26000 >1550 0,05 0,30 0,17

Estos datos ponen de manifiesto la elevada efectividad del uso de CSSs como sistema de control de partículas y algas en el agua almacenada, con la consecuente reducción de los requerimientos de filtrado.

Conclusiones

La gran diferencia observada entre las balsas descubiertas y las cubiertas pone de manifiesto que el uso de CSSs mejora la calidad del agua al reducir el crecimiento de algas y evitar la entrada de partículas y suciedad arrastradas por el viento. Estas mejoras presentan muchas ventajas para el riego localizado donde se requiere un agua de alta calidad para evitar problemas de obturación de emisores que reducen la uniformidad de aplicación del agua y, por tanto, la eficiencia del sistema de riego. Se ha observado una reducción significativa tanto de la cantidad de partículas y de algas retenidas en el filtro como de la concentración de clorofila-a registrada en el agua almacenada. Como consecuencia, el ratio g de suciedad y algas retenidas / m3 de agua filtrada entre balsas cubiertas y balsas descubiertas no tratadas con alguicida se ve reducido tres órdenes de magnitud. Esto significa una reducción significativa tanto del agua usada en el lavado de filtros como de la energía usada para ello. Como consecuencia de estos resultados, puede deducirse que con el uso de CSSs en balsas de riego el sistema de filtrado deja de jugar un papel funcional imprescindible para sistemas de riego localizado, pasando a representar un sistema preventivo o de seguridad en la instalación.

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Agradecimientos

Este estudio ha sido financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación de España y FEDER mediante el proyecto AGL2010-15001.

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INCREMENTO DE LA RESISTENCIA EN FORJADOS REALIZADOS CON MATERIALES MEDIOAMBIENTALEMNTE SOSTENIBLES DE

YESO Y CAÑA COMUN (Arundo donax L.) Martínez Gabarrón, A.1, Flores Yepes, J.A.1, Pastor Pérez, J.J.1, Gimeno Blanes, F.J.1, Berná Serna, J.M.1, Moneo Peco, L.1

1 Universidad Miguel Hernández de Elche. Escuela Politécnica Superior de Orihuela. Ctra de Beniel Km 3,2-Desamparados-ORIHUELA (AL) CP: 03312; e mail: [email protected] Resumen El yeso con la caña común (Arundo donax L.), se han utilizado ampliamente desde hace varios siglos, con resultado muy aceptable, si bien en los últimos años ha quedado en desuso, siendo sustituido por otros materiales, principalmente por el hormigón armado.

Siguiendo los objetivos de una construcción medioambientalmente sostenible, se enmarca el presente trabajo, que trata de continuar con la recuperación de estos materiales: el yeso y la caña común (Arundo donax L.)

En esta investigación, se han ensayado diversas modificaciones en el diseño de forjados de yeso y caña común (Arundo donax L.), respecto del diseño tradicional, que generen un incremento de su capacidad portante.

Los materiales utilizados son: yeso moreno (yeso de construcción B1/8/2), agua de la red y elementos de caña común (Arundo donax L.) Además de estos materiales básicos, en algunos de los ensayos se han empleado materiales adicionales, como áridos, etc.

La propiedad ensayada ha sido la resistencia a flexión, utilizando para ello una máquina universal de ensayos.

El método seguido es el definido por la Norma UNE-EN 13279-2 Marzo 2006. Parte 2”.

Se han ensayado series de probetas testigo de solo yeso, series realizadas según el diseño tradicional de estos forjados, y otras con modificaciones sobre dicho diseño, para comparar con éste.

La serie representativa del uso tradicional arroja una media de tensión de rotura a flexión de 2,47 N/mm2. Se han encontrado mejoras de un 36,0 % para el diseño con árido adherido a la caña; de un 81,4% para el diseño que emplea media caña; y de un 116,2% cuando se emplea caña con hendiduras en la zona superior.

Según lo anterior, vemos que con ciertas modificaciones en el diseño de las secciones de forjados de yeso y caña común (Arundo donax L.), podemos obtener mejoras en la resistencia de éstos que nos permitan, por un lado incrementar la seguridad, y por el otro disminuir las cantidades de material necesario, lo que redunda en un menor consumo de material y en un aligeramiento de las estructuras.

Palabras clave: mortero, yeso, sulfato cálcico, caña común, fibra de caña

Abstract

The plaster mixture with common reed (Arundo donax L.), has been widely used for centuries in South and East of the Iberian, with quite acceptable result, although in recent years it has been replaced by other materials such as concrete.

With the aim of developing a environmentally sustainable construction, this work elaborates on the the use of plaster and common reed (Arundo donax L.), as a way to recover this second disused raw material.

In order to increase the final load capability of, traditional structures of plaster and common reed, a wide variety of design modifications are evaluated in this research.

The materials used are: brown plaster (B1/8/2 plaster used in construction industry), water domestic water network and common reed rods’. Besides mentioned materials, it was also evaluated the arid contribution in a number of tests samples.

The bending test was performed for all design structures, using a universal testing machine.

UNE-EN 13279-2 March 2006. Part 2 " was the method used for the carried out of all tests.

686

The mentioned method was applied to a serial of test-samples. In particualr it was tested the following sample designs: only plaster, traditional common reed and plaster mixture, and a wide range of different proportions of traditional mixture and arids.

The traditional structure series showed a mean break load test of 2.47 N/mm2. It was found a 36.0% improvement in the suggested structure including arids attached to rods, 81.4% increase in performance for the structure-design of half-round , and a 116.2% when using cane with clefts in the upper side. According we have seen, applying certain modifications in the design of slabs sections made of plaster and cane, showed significant improvements in terms of strenth . This result will allow on the one hand, increase the security, and on the other reduce the amounts of material required, resulting in lower material consumption and a lightening of structures.

Keywords: mortar, plaster, calcic sulfate, giant reed, fiber of cane

Introducción y Justificación

El “desarrollo sostenible” promulga un uso de los recursos naturales de manera que no se comprometa el desarrollo de las generaciones futuras. Así pues, las actividades humanas han de ir encaminadas a no sobreexplotar de recursos, y al uso de los que suponen un menor impacto ambiental.

En la construcción, esto se traduce en la preferencia por materiales renovables, poco exigentes de recursos, y en general, los que supongan un menor consumo global de energía en su ciclo de vida. Además, preferirá aquellos cuyo impacto sobre el medio ambiente pueda incluso resultar positivo, así como el causado sobre su entorno socioeconómico.

Rodríguez et al. (1999) establece como criterios a la hora de elegir estos materiales, los siguientes:

- Repercusión sobre el medio ambiente durante todo su ciclo de vida.

- Efectos sobre la salud humana.

- Balance energético durante todas sus fases.

- Efectos sociales sobre la economía local.

En esta línea, el Código Técnico de la Edificación (CTE), en su exposición de motivos, incluye junto con los de mejora de la calidad en la edificación, otros, acordes con la sostenibilidad: “esta demanda de una mayor calidad de la edificación…. responde también a una nueva exigencia de sostenibilidad de los procesos edificatorios y urbanizadores, en su triple dimensión ambiental, social y económica.”

También hace referencia, en la línea de los códigos europeos, a la importancia de la innovación, como principio del “nuevo enfoque basado en prestaciones”.

Es importante tener presente unos datos aproximados sobre el consumo de recursos básicos y energía, de materiales llamados convencionales, cemento y acero principalmente, frente a otros como posibles sustitutos, yeso y caña común (Arundo donax L.) (Tabla 1). Con los estos datos, resulta incuestionable el beneficio medioambiental de emplear estos materiales, que tradicionalmente se han utilizado formando parte de forjados resistentes, con buenos resultados.

Además, en el caso de la caña común (Arundo donax L.), representa un problema por la obstrucción de cauces, acequias, etc., y cuyo aprovechamiento en la construcción iría en la línea de mejorar la eficiencia en el control de la misma (García-Ortuño, 2003; Flores, 2005; Flores et al, 2011).

El modelo posibilista (Celis, 2000), incluido en la “arquitectura bioclimática, edificación ecológica o construcción sostenible”, va en la línea del reciclado de materiales de construcción, el empleo de otros renovables y menos consumidores de energía, la utilización de tecnologías tradicionales, etc., y por tanto, la investigación sobre la construcción con caña común (Arundo donax L.), o sobre el yeso (sulfato cálcico dihidrato), resulta de indudable interés (Wu y Dare, 2006).

687

Tabla 1: Consumo de recursos de diversos materiales utilizados en la construcción (4)

MATERAL

consumo de agua

(m3/kg.)

consumo de energía

(J/kg.)

Acero 0,15 2,99 x 107

Convencional Cemento 0 (1) 0,86 x 107

Caña común 0 (2) 0 (3) Sostenible

Yeso 0 (1) 0,43 x 107

(1) Sin tener en cuenta el agua de amasado, que puede ser similar en ambos casos

(2) Considerando el aprovechamiento marginal (sin cultivo)

(3) Referido a aporte convencional

(4) Los datos reales corresponderán a los tipos concretos de cada material

López (1998), García-Ortuño (2003) y Vegas et al. (2011) han estudiado las características de estos materiales, su empleo en la construcción tradicional y su uso en restauración. Se trata aquí de estudiar el comportamiento conjunto de la caña y el yeso en forjados de planta y cubierta, para establecer un modelo de dicho comportamiento que sirva para predecir su resistencia y permita su uso estructural.

Uno de los problemas que presenta el elemento constructivo estudiado, es la escasa resistencia a flexión, por la baja resistencia del yeso, y por la reducida colaboración de ambos materiales. En los ensayos se pretende mejorar dicha colaboración para lograr, con unas dimensiones “razonables” del elemento constructivo, unos niveles de resistencia tales que nos permitan su aplicación real.

Material y Métodos

Se ha utilizado yeso moreno (yeso de construcción B1/8/2) y agua de la red para el amasado, a la que se ha añadido un retardante de fraguado de tipo orgánico (ADIFOC) para permitir una mayor manejabilidad del yeso (relación A/Y = 0,5) con el objeto de no perjudicar su capacidad resistente.

La caña común (Arundo donax L.) empleada ha sido de diferentes tamaños (diámetros de 8-10mm y 10-12mm) con diferentes manipulaciones y disposiciones en el elemento constructivo, con el objeto de estudiar los efectos sobre la adherencia caña-yeso y por tanto en la resistencia a flexión. Además, en algunos de los ensayos, se han empleado materiales adicionales, como áridos adherido mediante resina epoxi a la caña, para incrementar su rugosidad y por tanto la mencionada adherencia al yeso.

Se ha ensayado la resistencia a flexión, utilizando para ello una máquina universal de ensayos (Fig.1).

El método seguido es el definido por la Norma UNE-EN 13279-2 Marzo 2006 Parte 2 [8]

Figura 1. Máquina Universal de ensayos. Modelo de ensayo y ensayo real.

688

En el conjunto de los ensayos realizados se han a fabricado y roto entre 700 y 800 probetas de 160x40x40 mm, con diferentes diseños, fruto del empleo de varios grosores, disposiciones y manejo de la caña, y la utilización además, de materiales auxiliares. De cada uno de estos diseños se han realizado 12 repeticiones distribuidas en tres amasadas de 4 probetas cada una, para evitar el posible efecto diferenciador de las amasadas, en las que se llenaron 16 probetas de 4 diseños dierentes.

Los resultados aquí recogidos son referentes a algunos de los diseños de entre los ensayados, los cuales resultan, respecto de los valores de tensión de rotura a flexión, más interesantes por la mejora alcanzada respecto de los logrados con el diseño tradicional. Estos diseños son los siguientes:

- Diseño tradicional (código Csh,10-12): probetas con caña de diámetro 10-12mm dispuesta en la parte inferior de la misma, sin hoja (3 uds por probeta) (Figura 2)

- Diseño con árido (código Car,1-2,10-12): probetas con caña de diámetro 10-12mm con adherencia mejorada mediante árido de 1-2 mm, adherido a la superficie con resina epoxi (3 uds por probeta) (Figura 2)

- Diseño con media caña (código Cmc,10-12): probetas con media caña de diámetro 10-12mm, dispuesta con la concavidad hacia arriba (3 uds por probeta)

- Diseño con perforaciones (código Cp,2-1, 10-12): diseño con caña de diámetro 10-12mm, perforada con hendiduras de 2mm cada 1cm (3 uds por probeta) (Figura 2)

Figura 2. Cañas sin árido y con árido (izq). Molde con cañas con hendiduras de 2mm/1cm (dcha)

Siguiendo la Norma UNE-EN 13279-2.Parte 2, se realizan las amasadas de yeso, y el posterior llenado de los moldes, donde previamente se han colocado las cañas para cada uno de los diseños que se pretenden ensayar (4 probetas por diseño). Una vez fraguadas se desmoldan, secan y guardan conforme a la norma, hasta su rotura a flexión en la Máquina Universal de ensayo.

Los resultados han sido tratados estadísticamente por diversos métodos: para calcular el tamaño se ha empleado la fórmula simplificada de Cochran. Se han calculado parámetros muestrales descriptivos para cada serie (media, desviación típica y coeficiente de variación). La detección de los valores atípicos se ha realizado mediante diagramas de caja. El ajuste a normalidad de cada serie, con métodos gráficos (curva normal sobre diagrama de frecuencia y funciones transformadas Q-Q normales) y mediante prueba K-S con significación del 95%. Para garantizar la relación entre factores y variables dependientes, se ha empleado el ANOVA al 95% de significación para varianzas iguales entre series, y la prueba robusta de Welch, cuando aquellas son diferentes, con igual significación. Las comparaciones de series dos a dos se ha realizado mediante el test de comparaciones múltiples de Tukey, y el estudio de comportamientos semejantes, mediante el análisis de Tukey-Duncan.


Una vez sometidas las probetas de cada serie, correspondientes a cada diseño diferenciado, al ensayo de flexión, se han obtenidos los resultados recogidos en la siguiente Tabla 2. El la Figura 3 se reflejan gráficamente los valores medios obtenidos para cada diseño.

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Tabla 2. Tensión máxima de rotura a flexión (fr) en N/mm2 de las probetas de 4 diseños

DISEÑO USO TRADIC ARIDO ADHE MEDIA CAÑA CAÑA PERFOR

serie Csh,10-12 Car,1-2,10-12 Cmc,10-12 Cp,2-1,10-12

1 2,26 3,11 4,71 8,91

2 2,30 4,25 4,42 7,78

3 2,33 3,87 5,21 5,94

4 2,04 5,01 4,04 6,35

5 2,45 2,79 3,98 6,54

6 2,57 3,22 3,87 5,40

7 2,22 2,97 4,96 5,55

8 2,78 3,46 3,97 5,60

9 2,98 2,77 4,27 3,10

10 2,30 3,56 4,37 3,12

11 2,76 2,75 5,24 2,82

12 2,60 2,53 4,77 2,96

Media 2,47 3,36 4,48 5,34

D.est 0,28 0,73 0,49 1,99

Coef var 0,11 0,22 0,11 0,37

0

1

2

3

4

5

6

Ten

sió

n d

e ro

tura

(N

/mm

2)

1 2 3 4

DISEÑO

USO TRADICIONAL CON ARIDO CAÑA PERFORADAM EDIA CAÑA

Figura 3. Molde con cañas con hendiduras de 2mm cada 1cm

La serie representativa del uso tradicional arroja una media de tensión de rotura de 2,47 N/mm2. La que emplea árido adherido a la caña, alcanza una media de 3,36 N/mm2 (un 36% superior); para la que emplea media caña, se alcanzan los 4,48 N/mm2 (un 81,4% más que el tradicional); mientras que para la que emplea caña con hendiduras, se alcanza el mayor de los valores, con de 5,34 N/mm2 (un 116,2% sobre el obtenido en el uso tradicional).

El efecto positivo del diseño nº 2 (árido) y el nº 4 (caña perforada), se debe a un incremento en la colaboración entre los materiales por el aumento de la rugosidad. Entre ambos, resulta preferible el que emplea perforaciones, por su mejor resultado, y evitar el empleo de materiales que aumentan el

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peso del elemento constructivo (árido), o generan mayor impacto ambiental en su fabricación (resina epoxi), además de tener un procedimiento de fabricación del conjunto más complejo y costoso.

El diseño nº 3 (media caña), con resultado intermedio, se debe al incremento en la colaboración entre los materiales, y también al mayor canto real de la parte de la probeta ocupada por el yeso, material que antes se fisura en el ensayo (rotura de la probeta). Además, se tiene un mayor peso del conjunto en comparación con el diseño nº 4, lo que va en detrimento del pretendido aligeramiento.

La principal diferencia entre el ensayo y una puesta real en obra estriba en la distancia entre apoyos, pues mientras en el primero ésta es de 100mm (según la norma), las ejecuciones tradicionales emplean luces de entre 500 y 550 mm aprox., con el consiguiente efecto sobre el canto total de la pieza.

Conclusiones

- Es posible mejorar la resistencia a flexión del elemento estructural utilizado para forjados de piso y cubierta compuesto por yeso y caña común (Arundo donax L.) actuando sobre las condiciones de adherencia entre los dos materiales.

- De los ensayados, los mejores resultados se obtienen para el de caña con hendiduras en la parte en contacto con el yeso, con un valor medio 116,2% superior al del uso tradicional.

- Además, este diseño (nº 4), por su sencillez de fabricación, la ausencia de materiales adicionales, las posibilidades de mecanización, y su aligeramiento, se considera igualmente más interesante que los demás.

- Desde el punto de vista de la resistencia de materiales y del estudio de su funcionamiento, presenta ciertas similitudes con el del hormigón armado, en lo que respecta al hecho de emplear un tipo de “corruga inversa” para mejorar la adherencia entre el yeso y la caña, clave en la obtención del mencionado resultado.

Bibliografía

Celis , F. (2000). Arquitectura bioclimática, conceptos básicos y panorama actual. http://habitat.aq.upm.es/boletin/n14/afcel.html

Flores, J.A. (2005). Fabricación y análisis de tableros de aglomerado de caña común (Arundo donax.L). Tesis Doctoral, U.M.H. de Elche.

Flores, J.A., Pastor, J.J., Martínez, A., Gimeno, F.J., Rodríguez-Guisado, I., Frutos, M.J. (2011). Arundo Donax Chipboard Based On Urea-Formaldehyde Resin Using Under 4 Mm Particles Size Meets The Standard Criteria For Indoor Use. Industrial Crops and Products. Vol 34 (1538-1542) García Ortuño, T. (2003). Caracterización de la caña común para su uso como material de construcción. Tesis

Doctoral, U.M.H. de Elche. López, J.A. (1998). Guía rápida, fácil y entretenida para comprender la arquitectura popular de la Alpujarra.Gr. Norma UNE-EN 13279-2 (2006). Yesos de construcción y conglomerantes a base de yeso para la construcción.

Parte 2: Métodos de ensayo. AENOR. Rodríguez, C. y Equipo de Arquitecturas Adaptadas al Medio (1999). Guía de bioconstrucción sobre

materiales y técnicas constructivas saludables y de bajo impacto ambiental. Mandala Edic. Madrid. Vegas, F., Mileto, C. (2011). Aprendiendo a restaurar. Un manual de restauración de la arquitectura tradicional

de la Comunidad Valenciana. COACV. Wu, Y-F., Dare, M.P. (2006). Flexural and Shear Strength of Compposite Lintels in Glass-Fiber-Reinforced Gypsum Wall Constructions. Journals of Materials in Civil Engineering. Vol 18 (634-649)

691

Análisis fitoquímico de tubérculos de chufa

N. Pascual-Seva 1, A. San Bautista1, S. López-Galarza1, B. Patil2, J.V. Maroto1 y B. Pascual1

1 Departamento Producción Vegetal. Universitat Politècnica de València. Camí de Vera s/n, 46022 Valencia [email protected]

2 Texas A&M University. Vegetable and Fruit Improvement Center. Department of Horticultural Science, 2119 Texas A&m University. College Station, Texas 77845, Estados Unidos de América

Resumen

La chufa (Cyperus esculentus, L. var. sativus Boeck.) es una planta cultivada en L’Horta Nord de Valencia para el aprovechamiento de sus tubérculos en la obtención de horchata. En la actualidad se dedican en torno a 300 ha al cultivo de la chufa, con un rendimiento medio de 19.2 t·ha-1. Desde la antigüedad, se han atribuido a la horchata de chufas propiedades beneficiosas para la salud. En los últimos años, existe un interés creciente en la utilización de los tubérculos en la tecnología de alimentos, destacando particularmente sus posibles efectos beneficiosos para la salud, como son la prevención de problemas de circulación sanguínea, y cancerígenos. Por este motivo se consideró oportuno estudiar la actividad antioxidante de los tubérculos y su concentración de polifenoles totales, así como su influencia sobre la enzima convertidora angiotensina-I (ACE), que juega un papel muy importante en la regulación de la presión sanguínea. Los experimentos se realizaron en el Bioactive Molecules Core Unit del Vegetable and Fruit Improvement Center, pertenciente a la Texas A&M University. Los tubérculos, producidos en Alboraia (Valencia) fueron triturados para su exportación a los Estados Unidos, donde se realizó la extracción de la muestra mediante extractores tipo Soxhlet con cinco disolventes diferentes: hexano, acetato de etilo, acetona, metano y metanol:agua nanopura. La determinación de la capaidad antioxidante se realizó siguiendo el método DPPH. Se utilizó el ensayo Folin-Ciocalteu para determinar la concentración de polifenoles totales. Para determinar la capacidad de inhibición de la ACE se estableció un protocolo adaptado a las particularidades de la muestra. De los resultados se deduce que los tubérculos presentan cierta capacidad antioxidante, que posiblemente sea debida a compuestos diferentes a los polifenoles, ya que la concentración presente de los mismos es casi despreciable. Los tubérculos de chufa tienen la capacidad de estimular la actividad de la ACE, lo que podría provocar un incremento de la tensión sanguínea, pudiendo ser aprovechado en casos de hipotensión.

Palabras clave: Capacidad antioxidante, polifenoles totales, enzima convertidora de la angiotensina-I

Phytochemical analysis of chufa tubers

Abstract

Chufa (Cyperus esculentus, L. var. sativus Boeck.) is a horticultural crop cultivated in L’Horta Nord de Valencia (Spain) for its use in the horchata production. Currently, the acreage consisted on around 300 ha, with an average yield of 19.9 t·ha-1. Since ancient times, horchata produced with chufa tubers is considered to have beneficial effects on human health. In recent times, there is an increasing interest on the chufa tuber use in food technology, standing out the potential positive effects on human health, such as preventing blood pressure and cancer problems. That was the reason to study the antioxidant capacity of the chufa tubers and their corresponding content on total polyphenol concentration, as well as their influence on the Angiontensin-I converting enzyme (ACE), which plays an essential role on blood pressure regulation. The experiments were carried out in the Bioactive Molecules Core Unit of the Vegetable and Fruit Improvement Center, belonging to Texas A&M University. Tubers produced in Alboraia (Valencia, Spain), were grinded in order to be exported to the United States, where the sample extraction was done with Soxhlet extractors with five different solvents: hexane, ethyl acetate, acetone, methanol, and methanol:nanopure water. The antioxidant capacity was determined following the DPPH method. The Folin-Ciocalteu method was used to determine the total polyphenol concentration. In order to determine the ACE inhibition capacity a protocol was established, adapting to the sample characteristics.

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From the results, it can be said that chufa tubers present certain antioxidant capacity, which is probably due to chemical compounds, which are different from the polyphenols, since their concentration in chufa tubers is nearly negligible. Chufa tubers can stimulate the ACE activity, which could increase blood pressure, allowing their use in cases of hypotension.

Keywords: Antioxidant capacity, total polyphenols, Angiotensin-I converting enzyme

Introducción

La chufa (Cyperus esculentus, L. var. sativus Boeck.) es un cultivo hortícola tradicional en la comarca de L’Horta Nord de Valencia para el aprovechamiento de sus tubérculos en la obtención de horchata. En la actualidad se dedican en torno a 300 ha a su cultivo, con un rendimiento medio de 19.2 t·ha-1. Desde la antigüedad, se han atribuido a la horchata de chufas propiedades beneficiosas para la salud, utilizándose en la medicina tradicional. En los últimos años, existe un interés creciente en la utilización de los tubérculos en la tecnología de alimentos, destacando particularmente sus posibles efectos beneficiosos para la salud, como son la prevención de problemas de circulación sanguínea, y cancerígenos. Por este motivo se consideró oportuno estudiar la actividad antioxidante de los tubérculos de chufa y su concentración en polifenoles totales, así como su influencia sobre la enzima convertidora de la angiotensina-I (ACE), la cual juega un papel muy importante en la regulación de la presión sanguínea.

Material y métodos

Una muestra de aproximadamente 1 kg de tubérculos, producidos en Alboraia (Valencia), producidos en la campaña de 2009 en Alboraia (Valencia), y secados a temperatura ambiente, fue triturada en un molino analítico en el laboratorio de Fitotecnia General de la Universitat Politècnica de València. La extracción se realizó en el Vegetable and Fruit Improvement Center (Perteneciente a la Texas A&M University, Estados Unidos de América) siguiendo la metodología presentada en Jayaprakasha et al. (2008a). Con muestras de 100 g se realizaron cinco ciclos sucesivos de extracción de 16 horas, con 500 mL de cada uno de los cinco disolventes: hexano, acetato de etilo, acetona, metanol, y metanol:agua nanopura (en proporción 80:20) en extractor tipo Soxhlet. De esta manera, con los primeros disolventes se consiguen extraer los compuestos menos polares, mientras que con los últimos se obtienen los más polares. Todos los extractos obtenidos se dejaron enfriar y se concentraron mediante un rotaevaporador para reducir (en el 95%) la concentración del disolvente en los extractos, liofilizándose posteriormente y almacenándose los extractos secos a -20ºC. Dado el alto contenido en grasas del extracto obtenido con hexano, se descartó su utilización para los análisis posteriores. El resto de muestras se disolvieron a la concentración de 5 mg·mL-1; en dimetil sulfóxido (DMSO) los extractos obtenidos con acetato de etilo y con acetona, y en agua nanopura los obtenidos con metanol y con metanol:agua nanopura.

La determinación de la actividad antioxidante se realizó siguiendo la metodología presentada en Jayaprakasha et al. (2008a). Las distintas soluciones obtenidas tras la extracción, se diluyeron en metanol, a dos concentraciones (500 y 1000 mg·L-1), añadiéndose a 100 µL de DPPH (100 µmol·mL-

1; 2,2-difenil-1-picrilhidrazilo). Como control positivo se utilizó ácido ascórbico (1 mg·mL-1). El ensayo se realizó mediante placas microtituladoras, midiendo la absorbancia en un lector de microplacas KC-4 a 25ºC. Tras 25 min se midieron los cambios en la absorbancia de todas las ½·�¶¸¹�¶� À� �¶¸Î¼��¹�¶�� Ï� �� !�!� ¼½� �� ¾�� ¼¸�»Ð��¼¸�� ¶�� Ð¾¹�¶�� »½»� ¾»¹��¼¸�Ä�� inhibición y se calcula utilizando la ecuación (1):

100·(%) teantioxidan Capacidadcontrol

muestracontrol

aAbsorbanci

aAbsosbanciaAbsorbanci −= (1)

La concentración de polifenoles totales se determinó siguiendo la metodología empleada en Jayaprakasha et al. (2008b). La soluciones de las muestras y diferentes concentraciones de estándares

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(+)-catequina se dispusieron en series de tubos de ensayo. Los volúmenes se ajustaron con agua destilada a 10 mL. Medio mL de reactivo de Folin-Ciocalteu (50%) y 1.0 mL de solución de carbonato de sodio (28%) fueron añadidos a todos los tubos de ensayo, disponiendo en los diferentes pocillos de una placa microtituladora 200 µL de cada muestra. Tras 30 minutos de incubación a temperatura a½��¼¸��¶��½��¿��¶»¹��¼��·¼��Ï��"�!�¼½, utilizando un lector de microplacas KC-4. Los resultados se presentan en equivalentes de catequina, obtenidos a partir de la regresión de los datos obtenidos con los estándares. La determinación fue realizada por triplicado.

La capacidad de inhibición de la ACE se determinó en base a la metodología empleada por Lahogue et al. (2010). El sustrato hipuril-L-histidil-L-leucina (HHL) se disolvió (5 mM) en una solución tampón (0.1 M) de borato de sodio (pH 8.3) con cloruro de sodio (0.3 M). El ensayo se llevó a cabo mezclando 100 µL de la solución del sustrato con 25 µL de la solución del inhibidor (solución tampón para el control). Tras 10 minutos de incubación en baño térmico, a 37 ºC, se añadieron 10 µL de la solución de ACE (100 mUnidades·mL-1), volviéndose a incubar a 37 ºC durante 30 minutos. La reacción se detuvo al añadir 100 µL de ácido clorhídrico (1M), siendo analizadas las muestras mediante cromatografía líquida de alta frecuencia de fase reversa (RP-HPLC). El análisis RP-HPLC se realizó en una columna C18 (150 x 3.0 mm), con un tamaño de partícula de 5 µm y los analitos se detectaron ��·¼��Ï��#�¼½��»�·½¼��¶��·À¿��·¼��È��»��·Ä»��!�½Ò½�¼-1 con dos sistemas de disolventes: (A) 0.05% ácido trifluoracético (TFA) en agua y, (B) 0.05% TFA en acetonitrilo. El gradiente consistió en incrementar de 5 a 60% B en 10 minutos, manteniendo durante dos minutos B al 60%, para volver al 5% en un minuto. Este proceso se continuó con una elución isocrática de B al 5% durante 4 min. Como resultado se obtiene un cromatograma, donde si la separación es correcta, los diferentes picos del cromatograma corresponden a los componentes de la mezcla separada [en este caso el sustrato HHL y el producto, ácido hipúrico (HA)], determinando el tiempo de detección de cada uno de los compuestos, mediante estándares comerciales. El área correspondiente a cada pico es proporcional a la cantidad de analito presente en la muestra, que depende, a su vez, de la reacción que haya tenido lugar. La inhibición se determinó mediante la ecuación (2).

100·(%) ACE la de Inhibicióncontrol

muestralcontro

HA

HAHA −= (2)

Resultados y discusión

Las cantidades obtenidas tras la liofilización de los extractos obtenidos con los distintos disolventes se presentan en la Tabla 1. De los extractos liofilizados, los mayores rendimientos se obtuvieron con los disolventes metanol y metanol:agua, de acuerdo con lo obtenido por Jayaprakasha et al. (2008a y b).

Tabla 1. Cantidad de extracto obtenido tras la liofilización de los extractos obtenidos con los distintos disolventes, capacidad antioxidante y contenido en polifenoles como equivalentes de catequina.

Extracto Capacidad antioxidante (%) Contenido en polifenoles

(g·100g-1muestra) 500 mg·L-1 1000 mg·L-1 (mg catequina·g-1 muestra)

Acetato de etilo 0.68 9.09 13.80 0.99 Acetona 0.70 14.35 20.42 0.71 Metanol 20.83 11.99 17.43 0.00 Metanol:agua 15.97 6.49 9.52 0.10

En todos los extractos obtenidos de los tubérculos de chufa se detecta capacidad antioxidante, aumentado con la concentración de los mismos (Tabla 1). Aunque se trata de niveles bajos, estos valores coinciden con los publicados (The Local Food-Nutraceuticals Consortium, 2005) en un estudio que englobó 127 alimentos vegetales incluidos en la dieta mediterránea; la capacidad antioxidante de la chufa (método DPPH) fue clasificada con una capacidad antioxidante inferior al 30%. Cook et al. (1998), estudiaron la capacidad antioxidante de 17 plantas silvestres comestibles de Níger,

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clasificando a la chufa con una capacidad antioxidante inferior a la patata, utilizada como referencia y que suele considerarse como cultivo no rico en antioxidantes.

La determinación de polifenoles totales mediante la reducción del reactivo de Folin-Ciocalteu, no es una medida absoluta de la cantidad de compuestos fenólicos, sino que se basa en su capacidad reductora en comparación con la catequina. En la Tabla 1 se observa que la actividad reductora es muy baja, con un nivel máximo en el extracto obtenido con acetato de etilo, pudiendo considerarse que el contenido en polifenoles en los tubérculos de chufa es prácticamente despreciable, coincidiendo con los resultados obtenidos por Addy y Ethesola (1984), y Xing et al. (2009). Se ha observado que la cantidad de polifenoles en una muestra y su capacidad antioxidante están relacionadas; su correlación ha sido estudiada en diversas frutas y hortalizas, aumentando la capacidad antioxidante con la presencia de altas concentraciones de polifenoles (Kedage et al., 2007). En el presente estudio, aunque la cantidad de polifenoles totales en la muestra es despreciable, se obtiene capacidad antioxidante, de lo que se deduce que la capacidad antioxidante se debe a otras sustancias, que deberían ser estudiadas. Recurriendo a los contenidos presentados en las tablas de composición de alimentos (Moreiras et al., 2009), se constata la presencia de ácido ascórbico (6 mg·100 g-1) y de tocoferol (10 mg·100 g-1) en los tubérculos de chufa, que podrían ser responsables de su capacidad antioxidante, ya que como señala Sotero-Solís et al. (2009), ambos son importantes antioxidantes naturales.

Arranz et al. (2009) indicaron que la cantidad de polifenoles determinada en los extractos obtenidos con metanol:agua y acetona:agua, era inferior a la cantidad de polifenoles totales en los productos por ellos analizados (manzana, melocotón y nectarina), ya que una parte importante de los polifenoles se encuentra como no extraíble y para extraerse, el residuo de los extractos debe someterse a reacciones de hidrólisis y análisis mediante HPLC. Estos polifenoles no extraíbles están asociados a la fibra alimentaria y a proteínas, y su contenido en los productos analizados (Arranz et al., 2009) fue mucho mayor que el de los extraíbles; el contenido en ácido ferúlico supuso en torno al 62% de los polifenoles no extraíbles determinados. Por otra parte, en un estudio realizado por Parker et al. (2000) con extracción por hidrólisis y análisis mediante HPLC, para determinar los polifenoles presentes en las paredes celulares de los tubérculos de chufa, obtuvieron un contenido significativo en ácido ferúlico en las células internas de los tubérculos, además de ácido hidroxicinámico en las células de la epidermis y cantidades considerables de diferentes ácidos diferúlicos en ambos tipos de células. La presencia significativa de estos polifenoles, junto a los resultados presentados por Arranz et al. (2009), sugieren que el contenido total de polifenoles presentes en los tubérculos de chufa, y de manera indirecta la capacidad antioxidante de los mismos, es mayor que el obtenido en este estudio, por lo que para conocer los niveles de polifenoles totales así como la actividad antioxidante de los tubérculos de chufa, debería analizarse la fracción no extraíble mediante reacciones de hidrólisis, analizando los extractos mediante técnicas de HPLC.

En la determinación de la capacidad inhibidora de la ACE por el método de Lahogue et al. (2010) no se observaron picos correspondientes a HA en el cromatograma, indicando que la reacción no había tenido lugar, lo que podría deberse a dos motivos: por una parte la falta de una preincubación de la enzima junto con la muestra, previa a la adición del sustrato a la mezcla, como describen en métodos similares (Nho et al., 2010) y, por otra parte a la posible saturación de la mezcla por la elevada cantidad de sustrato utilizada (100 µL), por lo que se ensayó la combinación de distintas cantidades de enzima y de sustrato, con preincubación de la enzima con la muestra (durante 10 min a 37 ºC), de manera previa a la adición del sustrato, tras la cual la mezcla reaccionaba durante una hora a 37 ºC. En este caso, la reacción sí tuvo lugar y los resultados se presentan en la Tabla 2, donde se observa que las combinaciones de 25 µL de enzima con 25 y 10 µL de sustrato conducían a un área de HA considerablemente mayor que el resto de combinaciones. De estas dos combinaciones se decidió utilizar la de 25 µL de enzima y 10 µL de sustrato, ya que aunque el área del pico de HA fuera ligeramente inferior, suponía un importante ahorro en sustrato. Con esta combinación se comprobó el efecto del tiempo de reacción en el área de HA en el cromatograma, observándose que ésta aumentaba con el tiempo de reacción de manera logarítmica (Ecuación 3).

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[ ] 73.36(h)reacción de tiempo18.52·ln)(mUA.sHA de pico del Área 1 +=− (3)

A partir de este momento las muestras se dejaron reaccionar durante 5 horas a 37 ºC, ya que entre 5 y 8 horas no se apreciaban diferencias, y la normativa del laboratorio (en este tipo de instrumentación) establecía que cada ensayo debería finalizar dentro de la jornada laboral.

Tabla 2. Área de los picos de sustrato hipuril-L-histidil-L-Leucina (HHL) y de ácido hipúrico (HA) para distintas concentraciones de enzima y sustrato, con preincubación de la enzima previa a la adición del sustrato.

Enzima (µL) Sustrato (µL) HHL (mUA·s-1) HA (mUA·s-1) 25 25 495.0 79.5 25 10 166.5 69.0 25 5 246.5 15.0 10 10 234.5 27.0 5 10 86.5 31.0

UA: Unidades de absorbancia

Con esta combinación de tiempos y concentraciones se testaron los distintos extractos, incluyendo el extracto obtenido con hexano, diluido con DMSO (5 mg·mL-1), a una concentración de 800 mg·L-1, además de captopril (4 mg·L-1), fármaco utilizado en el tratamiento de la hipertensión. Incluso a la baja concentración ensayada de captopril, la inhibición de la actividad de la ACE fue del 100%, lo que indica que el método de determinación del porcentaje de inhibición es correcto. Los porcentajes de inhibición de los distintos extractos se presentan en la Tabla 3. Se observa cómo las soluciones obtenidas con hexano y acetona muestran inhibición de la actividad de la ACE, mientras que los obtenidos con metanol y metanol:agua, estimulan su actividad. El extracto obtenido con acetato de etilo, no afectó a la actividad de la enzima. Esta separación de comportamientos, coincidiendo con los disolventes en los que están diluidos los extractos, DMSO en el caso de hexano, acetato de etilo y acetona, y agua para metanol y metanol:agua, hizo sospechar del efecto del disolvente en el comportamiento de la enzima, por lo que se testaron los diferentes extractos disueltos en agua (229 mg·L-1) y los disolventes DMSO y dimetilformina (DMF) por sí solos.

Tabla 3. Porcentaje de inhibición de la enzima convertidora de la angiotensina-I (ACE) Extracto % Inhibición ACE Hexano 64.67 Acetato de etilo -0.82 Acetona 11.95 Metanol -52.26 Metanol:agua -27.07

Los distintos extractos obtenidos de los tubérculos de chufa (disueltos en agua) estimularon la actividad de la enzima (entre 13 y 26%), mientras que los disolventes ensayados por sí solos inhibieron su actividad, totalmente (100%) en el caso de DMF o casi en su totalidad (90%) en el DMSO, lo que demuestra su influencia en la inhibición mostrada previamente por los extractos obtenidos con hexano y acetona. Esto remarca la importancia de la elección del disolvente a utilizar en la preparación de las muestras, ya que puede interferir en los resultados, aconsejando utilizar agua nanopura para la disolución de las muestras, para minimizar las posibles interferencias. Todas las fracciones obtenidas estimulan la actividad de la ACE, que a su vez aumenta los niveles de angiotensina-II en sangre. Teniendo en cuenta que la angiotensina II, es administrada como medicamento tras las operaciones coronarias para controlar la presión sanguínea (Bennett et al., 2001), podría considerarse la recomendación de incorporación de la horchata de chufa en las dietas suministradas a los pacientes tras someterse a operaciones de corazón para ayudar a mantener el nivel de presión sanguínea, y también para subir la tensión sanguínea en personas hipotensas.

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Conclusiones

Los tubérculos de chufa analizados presentan, aunque baja, actividad antioxidante. La cantidad de polifenoles totales en los tubérculos de chufa analizados es despreciable, por lo que posiblemente su capacidad antioxidante se debe a otros compuestos, como tocoferol y ácido ascórbico (con concentraciones citadas en la bibliografía entre 6 y 10 mg·100g-1), aunque esta hipótesis se intentará comprobar en futuros estudios. La cantidad de polifenoles totales, y en consecuencia la capacidad antioxidante de los tubérculos de chufa, podría ser mayor que la determinada, debido a la presencia, en las paredes celulares, de polifenoles no extraíbles mediante los métodos de extracción habituales, necesitándose de reacciones de hidrólisis. En los análisis de determinación de la capacidad de inhibición de la enzima convertidora de la angiotensina-I, se propone la utilización de 25 µL de solución de la enzima (100 mUnidades·ml-1), 10 µL del sustrato HHL (5 mM), y 25 µL de la solución de la muestra (objeto del estudio), con preincubación de la enzima con la muestra durante 10 min a 37 ºC previa a la adición del sustrato, e incubar a continuación la mezcla durante 5 horas a 37ºC. Los tubérculos de chufa tienen la capacidad de estimular la actividad de la enzima convertidora de la angiotensina-I, lo que podría provocar un incremento de la tensión sanguínea.

Agradecimientos

Los autores agradecen al Vicerrectorado de Profesorado y Ordenación Académica de la Universitat Politècnica de Valencia la financiación de una estancia de investigación en la Texas A&M University, y al Vegetable and Fruit Improvement Center por la acogida recibida y por la disponibilidad en la realización de los experimentos.

Bibliografía

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Arranz, S., Saura-Calixto, F., Shaka, S., and Kroon, P.A. (2009). High contents of nonextractable polyphenol contents of plant foods have been underestimated. Journal of Agricultural and Food Chemistry 57, 7298-7303.

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Sotero-Solís, V., Silva-Doza, L., García de Sotero, D., and Imán-Correa, S. (2009). Evaluación de la actividad antioxidante de la pulpa, cáscara y semilla del fruto del camu camu (Myrciaria dubia H.B.K.). Revista de la Sociedad Química de Perú 75, 293-299.

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Xing, C., Di C., and Lei, L. (2009). Cyperus esculentus whole component analysis. Food Science and Technology, 03.

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El Blog como portafolio virtual de un proyecto interdisciplinar

N. Pascual-Seva 1, M.E. Babiloni2, M.C. Esteve3, M.T. Palomares4, A. Portales5, M. Vargas6, S. Asensio7

1 Dept. Producción Vegetal. Universitat Politècnica de València. Camí de Vera s/n, 46022, Valencia:

[email protected] 2Dept. Organización de empresas. Universitat Politècnica de València. Camí de Vera s/n, 46022, Valencia

3 Dept. Dibujo. Universitat Politècnica de València. Camí de Vera s/n, 46022, Valencia 5 Dept. Urbanismo. Universitat Politècnica de València. Camí de Vera s/n, 46022, Valencia

4 Dept. Composición Arquitectónica. Universitat Politècnica de València. Camí de Vera s/n, 46022, Valencia 6Dept. Tecnología de Alimentos. Universitat Politècnica de València. Camí de Vera s/n, 46022, Valencia 7 Dept. Proyectos de Ingeniería. Universitat Politècnica de València. Camí de Vera s/n, 46022, Valencia

Resumen

El presente trabajo surge de la experiencia adquirida tras la realización de dos proyectos de innovación educativa: "Desarrollo de una metodología de enseñanza-aprendizaje orientada hacia la adquisición de competencias mediante la realización de proyectos multidisciplinares" y "Desarrollo y evaluación de competencias transversales mediante metodologías de enseñanza-aprendizaje interdisciplinares". Como marco para el desarrollo de dichos proyectos se escogió un proyecto común consistente en el diseño estratégico de una bodega, y se plantearon diferentes tareas que implicaban a alumnos de distintas titulaciones y asignaturas de la Universitat Politècnica de Valencia. Como herramienta vertebradora del proyecto común de diseño de la bodega se utilizó un Blog. Actualmente se pretende mejorar la estructura, funcionamiento y visibilidad del Blog, convirtiéndolo en un “portafolio virtual”. Así, se consideró necesario un estudio más profundo de aspectos tales como: estructura; mecanismos de edición y mantenimiento del Blog por parte de los alumnos y profesores; establecer mecanismos que permitieran realizar una evaluación exhaustiva del trabajo realizado por los alumnos. Por otra parte, se desarrolló un nuevo apartado en el Blog con el objetivo de potenciar la relación alumno-empresa. En este trabajo se describe la metodología de trabajo desarrollada en torno al Blog como herramienta de vínculo entre asignaturas de distintas titulaciones incluidas en un proyecto interdisciplinar y como medio de relación alumno-empresa.

Palabras clave: Blog, competencia genérica, transversalidad, interdisciplinar, sinergia

Using a blog as a virtual portfolio of an interdisciplinary project

Abstract

This research has been materialized after the experience that has been gained through two previous projects: “Development of a teaching and learning methodology to afford competences through multi-disciplinary projects” and “Development and assessment of procedures of acquiring competences and abilities by using new teaching methodologies”. The design of a winery has been the common frame of the project, in which students from different academic degrees and subjects from Universitat Politècnica de València were involved. A Blog was used to allow for the communication among all the participants. At present, the aim is to improve the structure and visibility of the blog and transform it into a “virtual portfolio”. The blog should (i) encourage the collaboration between students from different degrees; (ii) promote connections among students, lectures, and companies and (iii) make public the results. Therefore, the Blog needs to be re-designed to enable mechanisms that can be used to measure and evaluate the performance of the lectures and the students in relation with the project. This paper describes the methodology carried out to design this educative Blog and the main results of the improvements in the relationship between students, degrees and the winery industrial community using an educative Blog.

Keywords: Blog, generic competence, transversality, interdisciplinary, synergy

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Introducción

El modelo de enseñanza-aprendizaje en el contexto del Espacio Europeo de Educación Superior se basa en la formación en competencias tanto específicas como genéricas o transversales (Villa y Poblete, 2008) que se recogen en los Libros Blancos de cada una de las titulaciones. La integración interdisciplinar es parte fundamental de la flexibilización curricular en aras a formar profesionales más universales, aptos para afrontar las rápidas transformaciones de las competencias y conocimientos. En cuanto a dicha integración, se distingue entre multidisciplinariedad e interdisciplinariedad (Piaget, 1979). La dimensión multidisciplinar es el nivel inferior de integración, y se produce cuando alrededor de un interrogante, caso o situación, se busca información y ayuda en varias disciplinas, sin que dicha interacción contribuya a modificarlas o enriquecerlas. Este fue la dimensión en la que se trabajó mediante el proyecto de Investigación e Innovación Educativa (PIME) llevados a cabo por el equipo “RIAD” durante el curso académico 2010-2011, "Desarrollo de una metodología de enseñanza-aprendizaje orientada hacia la adquisición de competencias mediante la realización de proyectos multidisciplinares”; en el curso 2011-2012 se avanzó hacia un enfoque interdisciplinar con el PIME: "Desarrollo y evaluación de competencias transversales mediante metodologías de enseñanza-aprendizaje interdisciplinares". El equipo “RIAD” está formado por profesoras de distintos departamentos de la Universitat Politècnica de València (UPV), que imparten su docencia en distintas titulaciones de Grado y Máster.

La puesta en práctica de la transversalidad entre asignaturas no es una tarea trivial y puede plantear varios inconvenientes que deben ser resueltos de una manera óptima para aprovechar las sinergias entre asignaturas y que sea efectiva sobre la formación de los alumnos (Fernández, 2003). Todas las actividades y tareas de integración disciplinar que se plantearon en los mencionados proyectos de innovación contribuyeron al afianzamiento de competencias genéricas transversales. Además promovieron la aparición de un Blog, que se constituyó como un foro que facilitó la interacción entre profesoras y alumnos.. Además, de ser una herramienta para la difusión de resultados, el Blog ha dado lugar a un tercer PIME: “El Blog como Portafolio Virtual de un Proyecto Interdisciplinar”, que está siendo ejecutado durante el curso 2012-2013.

La utilización de un Blog durante el desarrollo de proyectos interdisciplinares, que implican a diferentes profesores, alumnos, titulaciones, y Escuelas o Facultades presenta las siguientes ventajas: (1) espacio común de enseñanza-aprendizaje independiente del tiempo y la localización, (2) coste cero (sólo es necesaria una conexión a internet); (3) facilidad para la difusión de las actividades, tareas y resultados de las mismas en diferentes formatos: texto, video e imágenes; (4) fomento de la comunicación alumno-alumno (de distintas titulaciones) y alumno-profesor (5) generación de foros de discusión y debate; (6) aprendizaje colaborativo y cooperativo; (7) visibilidad dentro y fuera de la Universidad; (8) fomento de la interacción con profesionales de fuera de la Universidad; (9) repositorio on-line de información y experiencias de enseñanza-aprendizaje.

Las primeras redes de profesores que experimentaron con los edublogs surgieron en la blogosfera anglosajona (Lara, 2005), como el portal británico Schoolblogs.com –que funciona desde 2001– y el grupo Education Bloggers Network (http://www.ebn.weblogger.com), con sede en Estados Unidos. Sin embargo, uno de los mayores apoyos a la introducción de los blogs en un entorno académico fue liderado por la Universidad de Harvard (http://blogs.law.harvard.edu/about), de la mano de Dave Winer, en la primavera de 2003. Tal y como indica Krause (2005), los edublogs se han convertido en una útil herramienta colaborativa e interactiva en la enseñanza universitaria. En la actualidad la Universitat Politècnica de València dispone de la herramienta PoliBlogs (www.blogs.upv.es) que permite a los profesores crear sus propios Blogs con fines docentes.

El Proyecto

Los mencionados proyectos de innovación educativa involucran alumnos y profesores de distintas titulaciones de la UPV en el diseño integral de una bodega, ya que se consideró un proyecto que puede

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ser enfocado desde un punto de vista interdisciplinar. Como herramienta vertebradora entre los diferentes agentes, se ha empleado el Blog RIAD-Bodegas (Figura 1), que sirve como elemento de comunicación entre los participantes en el proyecto, así como para la difusión de los resultados.

Figura 1. Vista de la página de Inicio del Blog (http://bodegas.blogs.upv.es)

El proyecto está basado en el diseño estratégico de una bodega que necesita de la integración, coordinación y colaboración de especialistas de distintas disciplinas. El Proyecto se articula en torno a las siguientes tareas:

Tarea 1. Selección de un sistema integrado de gestión

Competencias genéricas: Trabajo en equipo; capacidad de análisis y de síntesis; comunicación escrita; capacidad de gestión de la información; toma de decisiones; uso de las TICs; pensamiento crítico; pensamiento práctico

Asignaturas involucradas: Diseño de bodegas (DDB, Licenciatura en Enología) y Planificación empresarial (ERP, Máster Universitario en Dirección y Gestión de Proyectos)

Los alumnos de ERP, organizados en grupos, recaban la información necesaria para llevar a cabo la selección del sistema integrado de gestión más adecuado a la bodega que han diseñado los alumnos de DDB. Para ello, los alumnos de ERP elaboran un cuestionario para recopilar información que a priori consideren necesaria para la selección adecuada del sistema de gestión. A partir de la información obtenida con dichos formularios de los alumnos de DDB, los alumnos de ERP den escribir un informe que estudie al menos cuatro sistemas integrados de gestión del mercado justificando si se adaptan a la bodega diseñada en DDB o presentan deficiencias, finalmente deben seleccionar un sistema de gestión de los estudiados como solución. Dicha selección debe estar debidamente justificada. Además, el informe debe detallar qué información del cuestionario ha resultado útil y cual debería haberse previsto.

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Inputs del blog: Formularios de los alumnos de ERP para solicitar información sobre la bodega relacionada con el Sistema de Información. El informe de la selección del ERP será publicado en el blog y se dedicará una sesión en DDB a su estudio. Cada grupo de DDB estudia el informe del grupo de ERP cuyo cuestionario cumplimentó. El fichero de dicho informe debe ser presentado en el blog mediante un resumen de 200 palabras.

Output del blog: Los alumnos de DDB los descargan y cumplimentan, tras lo cual vuelven a subirlos al Blog, organizados también en grupos.

Tarea 2. Diseño agronómico del riego de viñas

Competencias genéricas: Trabajo en equipo, comunicación oral, pensamiento crítico

Asignaturas involucradas: DDB y Fitotecnia general (FG, Grado en Ingería Agroalimentaria y del Medio Rural)

Se propone a los alumnos de FG la realización de un trabajo en el que hacer el diseño agronómico del riego de las viñas, para lo que deben averiguar la información que les sea necesaria para el diseño, a través de cuestionarios sobre los datos de la plantación (publicados en el blog) y que son contestados por los profesores y por los alumnos de la asignatura de DDB. Con la información recabada deben realizar los cálculos propios del diseño agronómico, buscando en la bibliografía los datos que les sean necesarios (datos climáticos, coeficientes de cultivo, criterios de riego, etc.).

Inputs del blog: Cuestionarios sobre los datos de la plantación (alumnos de FG). Cuestionarios cumplimentados sobre los datos de la plantación (alumnos de DDB).

Outputs del blog: Trabajos finales de los alumnos de FG.

Tarea 3: Plataformas de promoción para lanzar un vino español en China.

Competencias genéricas: Estudio de un mercado concreto y aprendizaje basado en proyectos, trabajo en equipo, pensamiento crítico, análisis y gestión de la información, utilización de herramientas on-line, comunicación oral y escrita, planificación eficiente del trabajo, capacidad de síntesis.

Asignaturas involucradas: New Promotional Platforms (NPP; Master en ingeniería en diseño industrial y desarrollo de productos)

Se propone una práctica con los alumnos donde deben crear plataformas de promoción para lanzar un vino en China, donde la cultura del vino es casi inexistente y el mercado del vino muy reducido. Para ello se contacta con la Oficina del ICEX en Shanghái (China) y se analiza por grupos distintas bodegas españolas. Se aplican las herramientas para analizar y fijar la estrategia del lanzamiento de este producto utilizando las nuevas plataformas y la innovación. Los estudios generados por los alumnos se mostrarán en el Blog.

Inputs del blog: Visión global delo aportado por todos los agentes implicados.

Outputs del blog: Resultados generados y las propuestas que se planteen para el lanzamiento del vino español en China.

Tarea 4: Estudio de arquitectura de bodegas

Competencias genéricas: Aprendizaje basado en proyectos, trabajo en equipo, pensamiento crítico, análisis y gestión de la información, utilización de herramientas on-line, comunicación oral y escrita, planificación eficiente del trabajo, capacidad de síntesis,

Asignaturas involucradas: Urbanística 1 (URB 1, Arquitectura) e Historia de la Arquitectura 3 (HQ3, Arquitectura)

Partiendo de los resultados de los trabajos de los dos cursos anteriores realizados para HQ3 y volcados en el blog multidisciplinar, los alumnos de URB1, complementarán estos análisis añadiendo a los mismos un estudio paisajístico de las bodegas. Su trabajo se centrará fundamentalmente en el análisis

701

de la implantación de las bodegas y su integración paisajística en el territorio. Una vez desarrollado su trabajo complementario, cada uno de los equipos realizará una exposición pública de su análisis, para finalmente, volcarlo nuevamente al blog.

Inputs del blog: Aprovechar los trabajos de análisis arquitectónicos de bodegas de los alumnos de HQ3 de cursos anteriores, para tener una base y un punto de partida para realizar su trabajo. Adicionalmente, en el blog dispondrán de toda una serie de información complementaria.

Outputs del blog: Introducir la componente paisajística del estudio de las intervenciones recientes de bodegas españolas de reconocido prestigio internacional.

Tarea 5. Gestión de Recursos Humanos

Competencias genéricas: Trabajo en equipo, pensamiento crítico, gestión de la información, comunicación oral y escrita, aplicación de conocimientos teóricos a la práctica, planificación eficiente del trabajo, capacidad de síntesis.

Asignaturas involucradas: Gestión de recursos humanos (RRHH, Grado en Gestión y Administración Pública), DDB y FG.

La tarea consiste en que el alumno realice el análisis y descripción de un puesto de trabajo. Es importante incluir los niveles de actitud, conocimiento, habilidades y experiencia necesarios para poder desempeñar el puesto, la responsabilidad que se le va a exigir al ocupante del mismo, el entorno físico donde se desarrollará, etc. La tarea se realizará en grupo y el puesto de trabajo que se analizará el puesto de enólogo de una bodega. Para ello, a los alumnos se les facilitará una descripción básica de los puestos a través del blog.

Inputs del blog: Descripción básica de las funciones que realiza un enólogo en una bodega. Esta descripción estará disponible en el blog y será facilitada por DDB y FG. Además, el alumno podrá utilizar el blog como herramienta para recabar información, ponerse en contacto con otros alumnos involucrados en el proyecto, profesores, e incluso profesionales del sector.

Outputs del blog: La descripción y el análisis del puesto de enólogo que los alumnos realicen.

Tarea 6. Estructuración mantenimiento del Blog

Competencias: trabajo en equipo, pensamiento crítico, uso de las TICs

Asignaturas involucradas: DDB, ERP, FG, NPP, URB1, HQ3, y RRHH

En el blog se desea diferenciar dos partes: la destinada a presentar las aportaciones del alumnado y la reservada a responder a las demandas empresariales del sector del vino.

En su espacio, los alumnos presentan, además de los inputs solicitados en las Tareas descritas para cada asignatura, una selección de propuestas innovadoras que relacionen las asignaturas que cursan con el sector bodeguero. Posteriormente los profesores realizan una selección de dichas propuestas para introducirlas en el apartado dedicado a las empresas.

En el espacio destinado a las empresas, aquellas interesadas pueden contactar con los alumnos para desarrollar alguna de las propuestas mostradas. Las empresas también pueden, a partir de sus comentarios en el blog, sugerir posibles líneas de investigación. Este apartado del blog también contendrá una relación de las empresas más significativas vinculadas al vino, seleccionando e informando sus aportaciones más recientes. El éxito de este apartado del blog reside, principalmente, en fomentar de las interacciones que propicia la propia herramienta. Para ello se necesita una puesta al día y mantenimiento de los contenidos y sugerencias del blog. Para conseguirlo de la manera más óptima, en la evaluación de la actividad repercute el estado en que se encuentra la actualización de la información contenida en este apartado. Por otro lado, el resultado de la transferencia se evalúa mediante la cuantificación de las interacciones resultantes.

702

La tarea transversal al proyecto relativa a la estructuración y al mantenimiento de los INPUTS/OUTPUTS en el Blog así como un esquema de las sinergias y relaciones interdisciplinares más señaladas entre las distintas tareas correspondientes a las distintas asignaturas implicadas se resume en la Figura 2.

�Figura 2. Diagrama del sinergias y relaciones entre las distintas tareas del Proyecto de Innovación

Docente. Relaciones de INPUTS/OUTPUTS con el Blog desde cada tarea.

Conclusiones

El Blog ha resultado una herramienta que permite el desarrollo y la evaluación de proyectos interdisciplinares. Además, el blog presenta un gran potencial para favorecer la difusión de los proyectos llevados a cabo por los Equipos de Innovación Educativa de la Universitat Politècnica de València.

Agradecimientos

Las autoras agradecen al Vicerrectorado de Estudios y Convergencia Europea la ayuda recibida a través del Proyecto de Innovación Docente con referencia A06.

Bibliografía

Fernández, J.M. (2003). La transversalidad curricular en el contexto universitario: un puente entre el aprendizaje académico y el aprendizaje natural. Fuentes 5, 73-86.

Krause, D. (2005). Blogs as a tool for teaching. The Chronicle of Higher Education. Vol.51, 42, B33. Lara, T. (2005). Blogs para educar. Usos de los blogs en una pedagogía constructivista. Revista Telos 65, 86-93. Piaget, J. (1979). La epistemología de las relaciones interdisciplinarias. En: L. Apostel, G. Bergerr, A. Brigg y

G: Michaud. Interdisciplinariedad. Problemas de la enseñanza y de la investigación en las Universidades. México: Asociación Nacional de Universidades e Institutos de Enseñanza Superior. México D.F, México.

Villa, A., and Poblete, M. (2008). Aprendizaje basado en competencias: una propuesta para la evaluación de las competencias genéricas. Universidad de Deusto, Ed. Mensajero. Bilbao.

703

Aplicación de monolayers en masas de agua: efectos en el balance de energía y la evaporación

V. Martínez-Alvarez1, B. Gallego-Elvira1, P. Pittaway2, B. Martín-Górriz1

1 Universidad Politécnica de Cartagena. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica, Paseo Alfonso

XIII, 48. 30203 Cartagena. Spain. E-mail: [email protected] 2 National Centre for Engineering in Agriculture (NCEA), University of Southern Queensland (USQ),

Toowoomba, Queensland 4350, Australia.

Resumen

Hay gran variedad de técnicas para reducir las pérdidas de agua por evaporación en balsas y embalses. Los monolayers, i.e. productos químicos que espontáneamente crean una film de varias moléculas de espesor sobre el agua, representan una solución viable en la actualidad, existiendo ofertas comerciales.

Este trabajo analiza la eficiencia del monolayer comercial WaterSavr en la reducción de la evaporación, así como sus efectos en la temperatura del agua y en los intercambios de calor de la masa de agua. El monolayer se aplicó a agua potable en tanques evaporímetros Clase-A bajo tres velocidades del aire, que fueron controladas mediante ventiladores en un invernadero del sureste español. Se utilizó otro tanque Clase-A sin monolayer como control. Además se monitorizaron de forma continua el nivel del agua, la radiación solar y atmosférica, la temperatura del agua, y la temperatura y humedad relativa del aire. La reducción de la evaporación fue del 41 y el 68% bajo condiciones sin viento y de viento ligero (1,5 m s-1), respectivamente, mientras que con viento intenso (3 m s-1) descendió hasta el 20%. Este resultado sugiere que el viento afectó la cobertura de monolayer, reduciendo su eficiencia. El monolayer también redujo el enfriamiento de la superficie del agua, aumentando claramente la temperatura de la masa del agua durante el día y afectando a su balance de energía.

La conclusión principal del estudio es la alta influencia de las condiciones atmosféricas en el funcionamiento del monolayer, lo que justifica la gran variabilidad en los resultados experimentales obtenidos por otros autores.

Palabras clave: Preservación de agua; WaterSavr; Capa límite térmica.

Use of artificial monolayers in water bodies: effects on the energy balance and evaporation.

Abstract

A wide variety of methods are available to mitigate evaporation from reservoirs. Monolayers, i.e. chemical products that create an artificial surface film several molecules thick, offer a cost-effective solution.

In this study, the efficiency of the commercial monolayer WaterSavr in reducing evaporation and its effects on water temperature and the thermal exchanges of the water body were tested. The monolayer was applied to potable water contained in class-A standard evaporation pans under three controlled wind speeds inside a glasshouse in south-eastern Spain. A control tank without monolayer was also installed. Sensors were installed to provide continuous data on water loss, solar and atmospheric radiation, water temperature, air temperatures and relative humidity. WaterSavr provided 41 and 68% evaporation reduction factors under calm and light wind (1.5 m s-1) conditions, respectively, but with high wind (3m s-1) the reduction was significantly lower (20%). The results suggest that the wind disrupted the monolayer, reducing the reduction factor. The monolayer also hindered the cooling of the surface by reducing latent heat lost through evaporation, effectively increasing the water temperature and affecting the energy balance.

As main conclusion, our results indicate that the impact of prevailing atmospheric conditions on monolayer performance may in part explain the high variability of results in other field trials.

Keywords: Water conservation; WaterSavr; Thermal boundary layer.

704

Introducción

La detección y control de las pérdidas de agua es una cuestión de notable importancia para un adecuado manejo de los recursos hídricos en zonas regables. Una pérdida de agua importante que generalmente no se considerada es la evaporación desde balsas de riego. Estas pérdidas pueden ser significativas, especialmente bajo condiciones de clima árido y semiárido (Martínez-Granados et al., 2011; Craig et al., 2005).

Existen soluciones estructurales como las cubiertas flotantes (Daigo and Phaovattana, 1999), las coberturas de sombreo suspendidas (Martínez-Alvarez et al., 2010) o los cortavientos (Hipsey and Sivapalan, 2003) que pueden aplicarse para reducir las pérdidas por evaporación. Estas estructuras minimizan los intercambios de energía y masa entre la superficie de agua y el aire circundante, mitigando los procesos de evaporación. Sin embargo, la inversión requerida por estas técnicas es elevada y su aplicación sólo es viable a masas de agua de tamaño relativamente pequeño (Craig et al., 2005). Otra posible opción que ha sido estudiada desde los años 60 (Barnes, 2008) es la aplicación de productos artificiales que forman películas de varias moléculas de espesor sobre la superficie. Los monolayers representan una solución atractiva y económicamente viable para masas de agua de mayor tamaño donde las soluciones estructurales no resultan aplicables, habiéndose contrastado su eficiencia como técnica reductora de la evaporación contrastada por numerosos ensayos experimentales (Barnes, 2008).

Estos ensayos también han puesto de manifiesto una alta variabilidad en su eficiencia reductora de la evaporación, con resultados que varían entre el 0 y el 43% (McJannet et al., 2008). Los monolayers reducen la evaporación mediante dos mecanismos principales: (1) aumentando la resistencia de la superficie del líquido al situarse las moléculas de producto ordenadamente sobre la superficie del agua, y (2) aumentando la tensión superficial del líquido, con la consecuente reducción de su rugosidad y de la formación de pequeñas olas o irregularidades sobre la superficie de agua. El efecto de las condiciones ambientales sobre estos mecanismos justifica la alta variabilidad de sus resultados, especialmente el arrastre del producto por el viento, su volatilización y la interacción con los microorganismos existentes en las masas de agua. Por tanto, para evaluar correctamente la efectividad de los monolayers deben considerarse (1) las condiciones micrometeorológicas sobre la superficie de agua, (2) la precisión de la metodología empleada para medir la evaporación, y (3) la calidad del agua empleada, especialmente en lo que se refiere a su componente microbiológica.

En este trabajo se analiza la eficiencia del monolayer comercial WaterSavr en la reducción de la evaporación, así como sus efectos en la temperatura del agua y en los intercambios de calor de la masa de agua. La formulación de WaterSavr consiste en una mezcla de alcohol cetílico (C16OH, 5%) y esteárico (C18OH, 5%) con óxido de calcio (90%), y fue seleccionado ya que ha sido ampliamente usada con anterioridad en otros experimentos (Barnes, 2008).

Material y Métodos

El ensayo se desarrolló en un invernadero de cristal, con tejado a dos aguas y orientación norte-sur, localizado en la Estación Experimental Agroalimentaria Tomás Ferro de la Universidad Politécnica. Se utilizaron dos tanques evaporímetros Clase-A, el primero (Tanque C) realizó las funciones de tanque control, mientras que el segundo (Tanque M) se utilizó para la aplicación del monolayer. Cada tanque fue equipado (Fig.1) con un sensor de nivel (Sensor de posición magnetoestrictivo C-series, Temposonics, precisión: ±0.15mm); dos sondas de temperatura (T-107, Campbell) localizadas en la base del tanque y 5mm por debajo de la superficie del agua, anclada a un pequeño flotador; y un anemometro para medir la velocidad del viento a 0,25 m sobre la superficie del agua (A100R, Vector Instruments).

Además, las siguientes variables microclimáticas en el interior del invernadero fueron registradas de forma continua: radiación solar (piranómetro CMP 6, Kipp & Zonen), radiación de onda larga

705

(piranómetro CGR 3, Kipp & Zonen), temperatura y humedad relativa del aire (sensor HMP155, Vaisala). Todos los sensores tomaron lecturas cada 10 segundos, registrándose las medias horarias en un datalogger (CR1000, Campbell).

Con el fin de someter los tanques experimentales a distintos regimenes de velocidad de viento se instalaron cuatro ventiladores sobre el suelo del invernadero. Este diseño experimental permitió mantener velocidades constates de viento en cada ensayo de 0 m s-1, 1,5 m s-1 y 3 m s-1.

El experimento se programó para una duración de tres semanas, organizadas en ensayos de una semana para cada velocidad de viento considerada. Al inicio de cada ensayo se limpiaron los tanques y se llenaron con agua potable hasta la profundidad estándar de 20 cm. Durante cada semana de ensayo no se realizó ningún relleno en ninguno de los tanques, con el fin de no alterar las condiciones del agua almacenada.

El monolayer WaterSavr se aplico a las siguiendo las recomendaciones del fabricante: dosis de 100 mg m-2 y frecuencia de 48 horas. La hora de aplicación fue las 9:00 AM.

Figura 1. Esquema del diseño experimental (a) y equipamiento empleado (b).


Reducción de la evaporación

La eficiencia del monolayers para reducir la evaporación para cada una de las condiciones de viento consideradas se evaluó mediante el factor de reducción de la evaporación diaria (RF, %) y el ahorro de agua o reducción total de la evaporación (TR, mm día-1), que se calcularon con las siguientes expresiones:

MC EETR −= (1)

100C

MC

E

EERF

−= (2)

Donde EC (mm día-1) y EM (mm día-1) son la Altura de agua evaporadas a escala diaria en el tanque control (Tanque C) y en el tanque con monolayer (Tanque M), respectivamente.

La Tabla 1 recoge para cada velocidad de viento considerada los valores diarios de RF y TR, el valor medio RF y TR durante cada semana de ensayo y su desviación estándar (SD). Los datos reflejan como la reducción de la evaporación fue del 41 y el 68% bajo condiciones de viento de 0 m s-1 y 1,5 m

(a) 7 9

1 1

8

10

3 3 6 6

5 5

Control Treatment

(b)

1 3

4

5

6

9 7

8

1: Tanque Clase A, 2: Plataforma de madera, 3: Sensor de temperature en flotador, 4: Sensor de temperature en base del tanque, 5: Anemómetro, 6: Sensor de nivel de agua, 7: Piranometro, 8: Sensor de temperature y humedad relativa, 9: Pirgeometro, 10: Ventiladores.

706

s-1, respectivamente. También se muestra como con velocidades de viento altas (3 m s-1) el valor medio de RF desciende hasta el 20%. Este resultado sugiere que velocidades altas de viento afectó la cobertura de monolayer, arrastrando el producto sobre la superficie de agua y reduciendo su eficiencia muy por debajo de la observada sin viento o con velocidades moderadas.

Tabla 1. Descripción del funcionamiento del monolayer WaterSavr para velocidades de viento de 0 m s-1, 1 m s-

1,5 y 3 m s-1 mediante el factor de reducción de la evaporación (RF) y el ahorro de agua o reducción total de la evaporación (TR). SD es la desviación estándar.

WaterSavr (velocidad viento = 0 ms-1) WaterSavr (velocidad viento = 1,5 ms-1) WaterSavr (velocidad viento = 3 ms-1)

Evaporación RF TR Evaporación RF TR Evaporación RF TR Semana

1 (mm día-1) % mm

Semana

2 (mm día-1) % mm

Semana

3 (mm día-1) % mm

Tanque

C Tanque

M Tanque

C Tanque

M Tanque

C Tanque

M

Día 1 Día 1 Día 1

Día 2 2.67 1.14 57 1.53 Día 2 1.34 0.56 58 0.78 Día 2 11.48 9.53 17 1.95

Día 3 2.93 1.63 44 1.30 Día 3 3.84 1.13 71 2.71 Día 3 8.88 7.63 14 1.25

Día 4 2.88 1.70 41 1.18 Día 4 4.26 1.61 62 2.65 Día 4 4.90 3.76 23 1.14

Día 5 2.63 1.33 49 1.30 Día 5 5.06 1.32 74 3.74 Día 5 5.96 4.92 17 1.04

Día 6 2.35 1.42 40 0.93 Día 6 4.91 1.23 75 3.68 Día 6 3.66 2.67 27 0.99

Día 7 2.20 1.85 16 0.35 Día 7 3.46 1.11 68 2.35 Día 7 - - - -

Total 15.66 9.07 42 6.59 Total 22.87 6.96 70 15.91 Total 34.88 28.51 18 6.37

Media 2.61 1.51 41 1.10 Media 3.81 1.16 68 2.65 Media 6.98 5.70 20 1.27

SD 0.29 0.26 14 0.42 SD 1.36 0.35 7 1.08 SD 3.17 2.83 5 0.39

La mayor eficiencia del monolayer para viento de 1,5 m s-1 se debe a que para velocidades moderadas es capaz de a reducir la formación de pequeñas olas sobre la superficie del agua, efecto que no se produce en ausencia de viento, cuando la reducción de la evaporación sólo se debe al aumento de la resistencia de la superficie del líquido. Fitzgerald y Vines (1963) ya establecieron que para velocidades a partir de 2.2 m s-1 se produce el arrastre del monolayer por el viento, alterando la continuidad de la película de monolayer sobre la superficie de agua. Por tanto, la caída de RF para viento de 3 m s-1 queda justificada por este efecto de arrastre.

Efectos en el balance de energía

La presencia del monolayer sobre la superficie del agua también alteró los procesos de trasferencia de calor entre la superficie de agua y la atmosfera circundante (Gladyshev, 2002). La reducción de la evaporación producida por al monolayer hizo disminuir el consumo de calor latente de evaporación en la superficie de agua, reduciendo por tanto el consecuente enfriamiento de su superficie. Este proceso ya fue estudiado por otros autores (McJannet et al. 2008; Harbeck and Koberg 1959), que obtuvieron incrementos de la temperatura de superficie entre 3,0ºC y 4,4ºC en verano, y de 1,0ºC en invierno.

Como se muestra en la Fig. 2 el monolayer estudiado en nuestros experimentos mostró una clara relación lineal (R2 = 0,73) entre el factor de reducción de la evaporación diaria (RF) y la diferencia de temperatura superficial diaria entre el tanque con monolayer (ΔTM-C), considerando los datos de todos los escenarios de viento.

La temperatura de la superficie del agua, además de depender de la perdida de calor latente por evaporación, depende de los flujos de calor producidos por los procesos de convección y radiación. Por tanto la aplicación del monolayer calienta la superficie del agua al reducir la perdida de calor latente, pero también altera los gradientes de temperatura a lo largo del día entre la superficie de agua y el aire circundante, alterando los intercambios normales de calor por convección y radiación, es

707

decir, el balance de energía de la masa de agua en cada instante. Como consecuencia de esta alteración del balance de energía a lo largo del día, el calentamiento de la masa de agua no fue acumulativo, sino que los incrementos de temperatura observador durante el día, cuando la radiación incidente es máxima, desaparecieron durante la noche, cuando la radiación incidente es mínima, indicando que durante la noche se pierde más calor en el tanque con monolayer que en el tanque control.

Figura 2. Regresión entre factor de reducción de la evaporación diaria (RF) y la diferencia de temperatura superficial diaria entre el tanque con monolayer (ΔΔTM-C).

Conclusiones

La eficiencia como técnica reductora de la evaporación en masas de agua del monolayer WaterSavr ha sido evaluada a pequeña escala (tanque evaporímetro Clase-A) bajo tres velocidades de viento (0 m s-

1, 1,5 m s-1 y 3 m s-1). Nuestros resultados ponen de manifiesto que l la intensidad del viento afecta notablemente al funcionamiento de los monolayers. El factor de reducción de la evaporación a escala diaria varío entre el 14 y el 75% considerando todos los ensayos. La mayor reducción (RF = 68%) se observó para el periodo con velocidades del viento moderadas (1,5 m s-1). Los peores resultados (RF = 20%) se obtuvieron para velocidades de viento de 3 m s-1, velocidad para la cual se produjo arrastre de la película de monolayer sobre la superficie de agua, afectando a su continuidad.

Los resultados obtenidos en este estudio muestran el importante efecto de las condiciones atmosféricas (viento, intensidad de radiación y temperatura del aire) en el funcionamiento del monolayer, explicando la gran variabilidad en los resultados experimentales obtenidos en otros experimentos.

Agradecimientos

Los autores agradecen a la Fundación Séneca la financiación recibida para la realización de este trabajo mediante el proyecto de investigación 15289/PI/10.

Bibliografía

Barnes, G.T. (2008). The potential for monolayers to reduce the evaporation of water from large water storages. Agricultural Water Management 95, 339-353.

y = 0.029x - 0.132

R2 = 0.732

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 20 40 60 80

Factor de reducción de la evaporación (RF, %)

ΔΔT

M-C

(ºC

)

708

Craig, I., Green, A., Scobie, M., Schmidt, E. (2005). Controlling evaporation loss from water storages. NCEA Publication No. 1000580/1, Queensland, Australia

Daigo, K., Phaovattana, V. (1999). Evaporation and percolation control in small farm ponds in Thailand. Jarq-Japan Agricultural Research Quarterly 33, 47-56.

Fitzgerald, L.M., Vines, R.G. (1963). Retardation of evaporation by monolayers: practical aspects of the treatment of large water storages. Australian Journal of Applied Science 14, 340-346.

Gladyshev, M. (2002). Biophysics of the Surface Microlayer of Aquatic Ecosystems. IWA Publishing, London, UK.

Harbeck, G.E., Koberg, G.E. (1959). A method of evaluating the effect of a monomolecular film in suppressing reservoir evaporation. Journal of Geophysical Research 64, 89-93.

Hipsey, M.R., Sivapalan, M. (2003). Parameterizing the effect of a wind shelter on evaporation from small water bodies. Water Resources Research 39. doi:133910.1029/2002wr001784.

Martinez Alvarez, V., Gonzalez-Real, M.M., Baille, A., Maestre Valero J.F., Gallego Elvira, B. (2008). Regional assessment of evaporation from agricultural irrigation reservoirs in a semiarid climate. Agricultural Water Management 95, 1056-1066.

Martinez-Granados, D., Maestre-Valero, F., Calatrava, J., Martinez-Alvarez, V. (2011). The Economic Impact of Water Evaporation Losses from Water Reservoirs in the Segura Basin, SE Spain. Water Resources Management 25, 3153-3175.

McJannet, D., Cook, F., Hartcher, M., Knight, J., Burn, S. (2008). Evaporation Reduction by Monolayers: Overview, Modelling and Effectiveness. Urban Water Security Research Alliance Technical Report No. 6. Brisbane, Australia.

709

MEJORAS EN LOS MECANISMOS DE ROTURA EN FORJADOS DE MATERIALES MEDIOAMBIENTALEMNTE SOSTENIBLES DE YESO

Y CAÑA COMUN (Arundo donax L.) Martínez Gabarrón, A.1, Flores Yepes, J.A.1, Pastor Pérez, J.J.1, Gimeno Blanes, F.J.1, Berná Serna, J.M.1, Moneo Peco, L.1

1 Universidad Miguel Hernández de Elche. Escuela Politécnica Superior de Orihuela. Ctra de Beniel Km 3,2-Desamparados-ORIHUELA (AL) CP: 03312; e mail: [email protected] Resumen

El yeso con la caña común (Arundo donax L.), se han utilizado ampliamente desde hace varios siglos, con resultado muy aceptable, si bien en los últimos años ha quedado en desuso, siendo sustituido por otros materiales, principalmente por el hormigón armado.

Siguiendo los objetivos de una construcción medioambientalmente sostenible, se enmarca el presente trabajo, que trata de continuar con la recuperación de estos materiales: el yeso y la caña común (Arundo donax L.)

En esta investigación, se han ensayado diversas modificaciones en el diseño de forjados de yeso y caña común, respecto del diseño tradicional, que mejoran los mecanismos de rotura aumentando la seguridad.

Los materiales utilizados son: yeso moreno (yeso de construcción B1/8/2), agua de la red y elementos de caña común. Además, en algunos casos se han empleado materiales adicionales (cáñano, esparto y árido).

La propiedad ensayada ha sido la resistencia a flexión, utilizando para ello una máquina universal de ensayos.

El método seguido es el definido por la Norma UNE-EN 13279-2 Marzo 2006. Parte 2”.

Se han ensayado series de probetas testigo de solo yeso, series realizadas según el diseño tradicional de estos forjados, y otras con modificaciones sobre dicho diseño, para comparar con éste.

Mientras el uso tradicional presenta un tipo de rotura “frágil”, el diseño con media caña con árido presenta “rotura frágil mantenida”; el que emplean caña perforada, rotura “frágil reforzada”; y los que incorpora fibras de esparto o hilo de cáñamo con la caña, rotura “dúctil”.

Según lo anterior, vemos que realizando modificaciones en el diseño de las secciones, o empleando materiales adicionales, podemos alterar los mecanismos de rotura de los elementos de yeso y caña común (Arundo donax L.), disminuyendo su fragilidad y por tanto mejorando la seguridad estructural de este tipo de materiales.

Palabras clave: mortero, yeso, sulfato cálcico, caña común, fibra de caña

Abstract

The plaster mixture with common reed (Arundo donax L.), has been widely used for centuries in South and East of the Iberian, with quite acceptable result, although in recent years it has been replaced by other materials such as concrete.

With the aim of developing a environmentally sustainable construction, this work elaborates on the the use of plaster and common reed (Arundo donax L.), as a way to recover this second disused raw material.

In order to improve the strength properties and safety, a number of modifictions of traditional designs are developed in this study including these two raw materials. The breakage of resulting material is evalualted in this study.

The materials used are: brown plaster (B1/8/2 plaster used in construction industry), water domestic water network and common reed rods’. It was also evaluated the arid contribution in a number of tests samples.

The bending test was performed for all design structures, using a universal testing machine.

UNE-EN 13279-2 March 2006. Part 2 " was the method used for the carried out of all tests.

According to mentioned method, series of trials were tested. It was tested the following structured samples : only plaster, traditional mixture of common reed and plaster, and a wide range of different proportions of mixture of these traditional raw materials.

710

While the traditional designs presented an standard fragile-breakage, the use of half-rounds with arids attached presented a sustained fragile-breakage. Additionally in the cases where perforated rods were used, it was showed a "reinforced fragile breakage". Finally, when esparto-fibers were added in the mixture or hemp threads were incorporated as part of the design, a ductile breakage was the resulting pattern.

According we have seen, the incorporation of additional raw materials into the mixture, and/or the use of new designs such as different sections, conferred to the final structure new properties as from a destructive test are concerned. The new structure overperformed the traditional designs, showing an important decrease in fragility, and therefore improving the structural safety of final result.

Keywords: mortar, plaster, calcic sulfate, giant reed, fiber of cane

Introducción y Justificación

El “desarrollo sostenible” defiende el uso de los recursos naturales sin comprometer el desarrollo de las generaciones futuras. En la construcción, esto se traduce en la preferencia por materiales renovables, poco exigentes de recursos, y en general, los que supongan un menor consumo global de energía en su ciclo de vida. Además, preferirá aquellos cuyo impacto sobre el medio ambiente pueda incluso resultar positivo, así como el causado sobre su entorno socioeconómico.

Rodríguez et al. (1999) establece como criterios a la hora de elegir estos materiales, la repercusión sobre el medio ambiente durante todo su ciclo de vida, los efectos sobre la salud humana, el balance energético durante todas sus fases y los efectos sociales sobre la economía local.

En esta línea, el Código Técnico de la Edificación (CTE) promueve, junto con la mejora de la calidad en la edificación, la sostenibilidad medioambiental, en la línea de los códigos europeos.

En la Tabla 1 se presentan unos datos orientativos sobre el consumo de recursos básicos, de materiales llamados convencionales, frente a otros posibles sustitutos, yeso y caña común (Arundo donax L.)

Además, en el caso de la caña común (Arundo donax L.), representa un problema por la obstrucción de cauces, acequias, etc., y cuyo aprovechamiento en la construcción iría en la línea de mejorar la eficiencia en el control de la misma (García-Ortuño, 2003; Flores, 2005; Flores et al, 2011).

Tabla 1: Consumo de recursos de diversos materiales utilizados en la construcción (4)

MATERAL

consumo de agua

(m3/kg.)

consumo de energía

(J/kg.)

Acero 0,15 2,99 x 107

Convencional Cemento 0 (1) 0,86 x 107

Caña común 0 (2) 0 (3) Sostenible

Yeso 0 (1) 0,43 x 107

(1) Sin tener en cuenta el agua de amasado, que puede ser similar en ambos casos

(2) Considerando el aprovechamiento marginal (sin cultivo)

(3) Referido a aporte convencional

(4) Los datos reales corresponderán a los tipos concretos de cada material

El modelo posibilista (Celis, 2000), incluido en la “arquitectura bioclimática, edificación ecológica o construcción sostenible”, va en la línea del reciclado de materiales de construcción, el empleo de otros renovables y menos consumidores de energía, la utilización de tecnologías tradicionales, etc., y por

711

tanto, la investigación sobre la construcción con caña común (Arundo donax L.), o sobre el yeso (sulfato cálcico dihidrato), resulta de indudable interés (Wu y Dare, 2006).

López (1998), García-Ortuño (2003) y Vegas et al. (2011) han estudiado las características de estos materiales, su empleo en la construcción tradicional y su uso en restauración. Se trata aquí de estudiar el comportamiento conjunto en forjados, para establecer un modelo de dicho comportamiento.

Uno de los problemas que presenta el elemento constructivo estudiado es la fragilidad en caso de rotura, que provoca el colapso de la pieza, por la escasa colaboración de ambos materiales. En los ensayos se pretende mejorar dicho mecanismo de rotura, aumentando así la seguridad estructural.

Material y Métodos

Se ha utilizado yeso moreno (yeso de construcción B1/8/2) y agua de la red para el amasado, a la que se ha añadido un retardante de tipo orgánico (ADIFOC) para permitir una mayor manejabilidad.

La caña común (Arundo donax L.) empleada ha sido de diferentes tamaños (diámetros de 8-10mm y 10-12mm) con diferentes manipulaciones y disposiciones, con el objeto de estudiar los efectos de la colaboración caña-yeso sobre el mecanismo de rotura. En algunos diseños se han empleado materiales adicionales, como árido con resina epoxi, hilo de cáñamo o fibras de esparto.

Se ha ensayado la resistencia a flexión, utilizando para ello una máquina universal de ensayos (Fig.1), extrayendo las curvas durante el proceso de carga de la probeta.

El método seguido es el definido por la Norma UNE-EN 13279-2 Marzo 2006. (Yesos de construcción y conglomerantes a base de yeso para la construcción. Parte 2: Métodos de ensayo. AENOR).

Figura 1. Máquina Universal de ensayos. Modelo de ensayo y ensayo real.

En el conjunto del experimento se han ensayado entre 700 y 800 probetas de 160x40x40 mm, con diferentes diseños. De cada uno de estos diseños se han realizado 12 repeticiones distribuidas en tres amasadas de 4 probetas cada una, en las que se llenaron 16 probetas de 4 diseños diferentes.

Los resultados aquí recogidos son referentes a algunos de los diseños de entre los ensayados, los cuales resultan, respecto de los mecanismos de rotura observados, más interesantes por la mejora alcanzada respecto de los logrados con el diseño tradicional. Estos diseños son los siguientes:

- Diseño tradicional (código Csh,10-12): probetas con caña de diámetro 10-12mm dispuesta en la parte inferior de la misma, sin hoja (3 uds por probeta) (Fig.3)

- Diseño con media caña y árido (Cmc,2-4,10-12): probetas con media caña de 10-12mm y árido de 2-4mm adherido con resina, con concavidad hacia arriba (3 uds/prob) (Fig.2 y 4)

- Diseño con perforaciones (Cp,2-1, 10-12): diseño con caña de 10-12mm, perforada con hendiduras de 2mm cada 1cm (3 uds/prob) (Fig.2 y 5)

- Diseño con caña e hilo de cáñamo (Ct3,10-12): diseño con caña de diámetro 10-12mm, e hilo de cáñamo trenzado a modo de cercos con 9 vueltas por probeta (Fig.2 y 6)

712

- Diseño con caña y fibras de esparto (código Cesp,c-1,10-12): diseño con caña y fibras de esparto (1 gr/probeta) dispuestas longitudinalmente sobre la caña (Fig.2 y 6)

Figura 2. Molde media caña con árido (1); con cañas con hendiduras de 2mm/1cm (2); caña trenzada con

hilo de cáñamo (3); y fibras de esparto a colocar sobre la caña (4)

Siguiendo la Norma UNE-EN 13279-2.Parte 2, se realizan las amasadas de yeso, y el posterior llenado de los moldes, donde previamente se han colocado las cañas para cada uno de los diseños que se pretenden ensayar (4 probetas por diseño). Una vez fraguadas se desmoldan, secan y guardan conforme a la norma, hasta su rotura a flexión en la Máquina Universal de ensayo.

Además de la tensión de rotura, se han obtenido del ensayo, las curvas de Carga (N) y Flecha (mm) de cada una de las probetas, observándose las diferentes formas o mecanismos de rotura.

Los resultados han sido tratados estadísticamente: para calcular el tamaño se ha empleado la fórmula simplificada de Cochran. Se han obtenido parámetros muestrales descriptivos para cada serie. Los valores atípicos se ha detectado mediante diagramas de caja. El ajuste a normalidad de cada serie, con métodos gráficos (curva normal sobre diagrama de frecuencia y funciones transformadas Q-Q normales) y mediante prueba K-S con significación del 95%. Para garantizar la relación entre factores y variables dependientes, se empleó ANOVA al 95% para varianzas iguales entre series, y la prueba robusta de Welch, cuando aquellas son diferentes. Las comparaciones de series dos a dos se ha realizado con el test de Tukey, y los comportamientos semejantes, con análisis de Tukey-Duncan.


A continuación se muestran las curvas tipo de carga y rotura de cada uno de los diseños descritos:

Figura 3. Curva tipo de rotura de las probetas de la serie Csh,10-12 (“rotura “frágil”)

Csh,10-12 1,00 (mm)

500

1000

1 2 3 4

fr = 910 N

(N)

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Figura 4. Curva tipo de rotura de las probetas de la serie Cmc,2-4,10-12 (“frágil mantenida”)

Figura 5. Curva tipo de rotura de las probetas de la serie Cp,2-1,10-12 (“frágil reforzada”)

Figura 6. Curvas tipo de rotura de la serie Ct3,10-12 (izq) y Cesp,c-1,10-12 (dcha) (“dúctil reforzada”)

(mm)

(N)

(mm)

(N)

Ct3,10-12 2,00 (mm)

1000

500

fr = 1345 N

3,00 (mm)

1000

500

fr = 1185 N

Cesp,c-1,10-12

Cmc,2-4,10-12

Cp,2-1,10-12

(N) (N)

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El diseño tradicional presenta una rotura que llamamos “frágil” (F) con unas deformaciones (flechas) en el entorno de 1mm, provocando el colapso. La colaboración entre la caña y el yeso es escasa.

Por su parte, la que emplea media caña con árido adherido , presenta una rotura que llamamos “frágil mantenida” (FM), en la que después de la aparición de la primera fisura en el yeso, el elemento no colapsa, volviendo a entrar en carga por debajo de la tensión de primera fisura. Queda patente la mayor colaboración entre ambos materiales por el incremento en la rugosidad del árido.

El diseño con caña perforada, que llamamos “frágil reforzada” (FR) presenta igualmente la primera fisura antes de los 2mm de flecha, pero rápidamente la pieza vuelve a entrar en carga alcanzando incluso resistencias superiores a la de esa primera fisura, hasta su rotura completa con mucha mayor deformación. Se debe a la mayor efectividad de las perforaciones en la colaboración caña-yeso.

Las dos últimas series (cercos de hilo de cáñamo y fibras de esparto sobre la caña), presentan una rotura que llamamos “dúctil reforzada” (DR), al alcanzarse el colapso de la pieza con deformaciones superiores a los 2mm de flecha, sin detectarse apenas la primera fisura. En el primer caso por el efecto de “atado” de los cercos, y en el segundo por la colaboración en tracción de las fibras de esparto, retrasando en ambos casos la aparición de la primera fisura hasta alcanzarse elevadas deformaciones.

Además de la diferente distancia entre apoyos entre el ensayo (100mm) y una aplicación real (500-550 mm aprox., para los usos tradicionales), hay que tener en cuenta las dificultades de fabricación de determinados diseños más allá del laboratorio (por ej. el de caña con cercos de hilo de cáñamo).

Conclusiones

- Es posible mejorar los mecanismos de rotura del elemento compuesto por yeso y caña común (Arundo donax L.) con diseños que aumenten la adherencia entre los dos materiales.

- Todos los ensayados disminuyen la fragilidad del diseño tradicional, en el siguiente orden: esparto sobre la caña, o cercos de hilo de cáñamo (DR), mejor que la caña con perforaciones (FR), y éste mejor que media caña con árido (FM), a su vez mejor que el tradicional (F).

- El diseño de caña con perforaciones (FR), con una alta resistencia de rotura, y por su fácil fabricación, se considera el más interesante, teniendo en cuenta además, que la aparición de la primera fisura es escasamente perceptible.

Bibliografía

Celis , F. (2000). Arquitectura bioclimática, conceptos básicos y panorama actual. http://habitat.aq.upm.es/boletin/n14/afcel.html

Flores, J.A. (2005). Fabricación y análisis de tableros de aglomerado de caña común (Arundo donax.L). Tesis Doctoral, U.M.H. de Elche.

Flores, J.A., Pastor, J.J., Martínez, A., Gimeno, F.J., Rodríguez-Guisado, I., Frutos, M.J. (2011). Arundo Donax Chipboard Based On Urea-Formaldehyde Resin Using Under 4 Mm Particles Size Meets The Standard Criteria For Indoor Use. Industrial Crops and Products. Vol 34 (1538-1542) García Ortuño, T. (2003). Caracterización de la caña común para su uso como material de construcción. Tesis

Doctoral, U.M.H. de Elche. López, J.A. (1998). Guía rápida, fácil y entretenida para comprender la arquitectura popular de la Alpujarra.Gr. Rodríguez, C. y Equipo de Arquitecturas Adaptadas al Medio (1999). Guía de bioconstrucción sobre

materiales y técnicas constructivas saludables y de bajo impacto ambiental. Mandala Edic. Madrid. Vegas, F., Mileto, C. (2011). Aprendiendo a restaurar. Un manual de restauración de la arquitectura tradicional

de la Comunidad Valenciana. COACV. Wu, Y-F., Dare, M.P. (2006). Flexural and Shear Strength of Compposite Lintels in Glass-Fiber-Reinforced Gypsum Wall Constructions. Journals of Materials in Civil Engineering. Vol 18 (634-649)

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Estudio de inserción laboral y competencias en ingenieros agrónomos titulados por la Universidad de León

A. Tascón1, R. Álvarez2, Á. Couto3, P. Gutiérrez3 y P. Aguado3

1 Facultad de Ciencias, Estudios Agroalimentarios e Informática, Universidad de La Rioja, C. Madre de Dios 51-

26006, Logroño, e-mail: [email protected] 2 Facultad de Ciencias Económicas y Empresariales, Universidad de León, Campus de Vegazana s/n - 24071

León, e-mail: [email protected] 3 Escuela Superior y Técnica de Ingeniería Agraria, Universidad de León, Av. Portugal 41 - 24071 León, e-mail:

[email protected], [email protected], [email protected] Study of workforce entry and competencies of graduates in agricultural engineering at

the University of León

Abstract

At present, engineering degree programs in Spain are in the process of conversion to the European Higher Education Area. The competencies and skills required of graduates by the labour market should be considered in order to reform the curricula appropriately. In the present work, general and specific competencies and entry-level workforce corresponding to graduates in agricultural engineering at the University of León were analysed. Five academic year cohorts of the Master's degree in Agricultural Engineering participated in this study. Online questionnaires were designed and implemented on graduates. Selection of the general and specific competencies was performed by analysing some previous studies and the legal framework in Spain: two European research projects, CHEERS and PROFLEX; the White Paper on Spanish Degrees in Agricultural Engineering and Forestry; the Qualifications Framework of the European Higher Education Area; the Ministerial Orders CIN/323/2009 and CIN/325/2009, which establish the general requirements for university degrees qualifying for the exercise of the profession of Technical Agricultural Engineer (Bachelor) and Agricultural Engineer (Master) in Spain; and two European thematic networks on agricultural engineering, USAEE and ERABEE. The questionnaires administered to graduates consisted of 30 initial questions regarding academic and personal details, present employment status, and work history, followed by assessment of general and specific competencies, both the level of expertise required in their current job and the level acquired through their university studies. The procedure was successful, obtaining information from the 23.8% of the subject population. The 81% of the respondents had a job at that moment, most of them into the agricultural engineering field. Moreover, the mean time they needed to find their first job was only 3.84 months. The most important sectors according to the work history of our graduates seem to be the following: engineering services (engineering and environmental consultancy, health and safety, etc.), civil works and construction, and the food industry. The idea of defining the agricultural engineering degrees at European level was judged very positively by the graduates. Finally the questionnaires provided information on the level of expertise in the various competencies acquired by graduates in the course of their studies, the level they need in their current jobs, and those competencies that should be incorporated in the curriculum.

Keywords: Employability, competencies, agricultural engineer

Resumen

En la actualidad los títulos universitarios en España se encuentran en proceso de adaptación al Espacio Europeo de Educación Superior. Para modificarlos adecuadamente, deberían tenerse en cuenta las competencias exigidas por el mercado laboral a los titulados. En el presente trabajo se ha analizado la inserción laboral y también el nivel de competencias, tanto generales como específicas, de cinco promociones de Ingenieros Agrónomos titulados por la Universidad de León. Para ello se han implementado encuestas online. La selección de competencias se basó en experiencias previas y el marco normativo en España: proyectos internacionales europeos, CHEERS y PROFLEX; el Libro Blanco de las Ingenierías Agrarias y Forestales; las competencias

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especificadas para el EEES por la Conferencia de Bergen; las competencias en las “fichas” de las titulaciones de grado y máster en ingeniería agraria; y las redes europeas de trabajo sobre ingeniería agraria USAEE y ERABEE. Las encuestas a egresados incluyeron 30 preguntas iniciales sobre detalles personales y académicos, su situación laboral actual, y su historia laboral, seguidas de una valoración de las competencias generales y específicas, tanto el nivel requerido en su trabajo como el nivel adquirido en los estudios. Las encuestas fueron llevadas a cabo con éxito, consiguiéndose información sobre el 23,8% de la población objetivo. Los datos recabados mostraron que el 81% de los titulados estaba trabajando, con un porcentaje muy alto en puestos relacionados con la titulación. Además, el tiempo medio necesario para encontrar su primer empleo fue de sólo 3,84 meses. Entre los sectores económicos en que los egresados habían trabajado con más frecuencia destacaron los servicios de ingeniería (consultoría, medio ambiente, seguridad y salud), la edificación y obra civil, y la industria agroalimentaria. Los titulados mostraron gran interés en que se defina a nivel europeo los contenidos de la titulación de Ingeniero Agrónomo. Los resultados de las encuestas, tras un análisis y tratamiento estadístico, permitieron obtener interesantes conclusiones sobre las competencias más importantes, las competencias con déficit de formación y nuevas competencias que sería interesante incluir en los planes de estudio.

Palabras clave: Empleabilidad, competencias, ingeniero agrónomo

Justificación

En la actualidad los títulos ofrecidos por las universidades españolas se encuentran en proceso de adaptación al Espacio Europeo de Educación Superior (EEES). Uno de los principios que deberían guiarnos en en la elaboración de las memorias de verificación de los estudios universitarios es la adaptación de los títulos a las necesidades del mercado laboral. Para ello, es necesario obtener previamente información sobre las necesidades de formación de los futuros profesionales a los que se dirigen los estudios y los resultados reales de los títulos impartidos hasta el momento.

Aunque existen trabajos previos en este sentido, tanto a nivel europeo, de las agencias de calidad, y de las propias universidades, es necesario mantener actualizada dicha información ya que las necesidades de la sociedad y del mercado laboral evolucionan rápidamente con el tiempo. Además, muchos de los trabajos previos son de tipo general, sin centrarse en titulaciones concretas. Por lo tanto, las universidades deberían realizar sus propios análisis para obtener información actualizada que les permita incorporar a su oferta formativa lo que la sociedad demanda. En el ámbito de las ingenierías debe tenerse en cuenta, además, el reconocimiento de las atribuciones profesionales.

Ofrecer lo que el mercado laboral realmente demanda y mejorar la formación en competencias de nuestros titulados podría redundar en una mejor conexión con los diversos agentes de la sociedad, y también en una mejora de las cifras de alumnos de nuevo ingreso.

El objetivo de este trabajo fue analizar la inserción laboral de los Ingenieros Agrónomos titulados por la Universidad de León, así como las competencias que necesitan para desempeñar sus trabajos.

Material y Métodos

El estudio se organizó en varias fases: revisión de fuentes de información y trabajos previos existentes, elaboración de un procedimiento para obtener la información perseguida, y aplicación a una titulación en concreto para probar su efectividad y establecer recomendaciones sobre su uso.

El procedimiento seleccionado para obtener la información perseguida fue la implementación de encuestas, que se distribuirían vía on-line con refuerzo telefónico.

Para el diseño del cuestionario y la selección de las competencias a incluir, tanto generales como específicas, se utilizaron principalmente las siguientes fuentes: el Libro Blanco de las Ingenierías Agrarias y Forestales (ANECA, 2005a), otros Libros Blancos correspondientes a la ingeniería industrial (ANECA, 2005b) y a las ciencias ambientales (ANECA, 2004); el proyecto europeo CHEERS (International Centre for Higher Education Research, 1999); y el proyecto europeo PROFLEX (CEGES, 2010).

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Todos los trabajos previos antes mencionados incluyeron la realización de encuestas a egresados, aunque la extensión y los objetivos de las mismas fueran diferentes. También se tuvieron en cuenta las recomendaciones de la Federación Europea de Asociaciones Nacionales de Ingeniería (FEANI, 2010) y de dos redes de trabajo europeas en el campo de la ingeniería agronómica (USAEE, 2006; ERABEE, 2008).

Además de las fuentes anteriormente reseñadas, se tuvo en consideración el marco de cualificaciones del EEES (Romanian Bologna Secretariat, 2010). Al tratarse de una ingeniería, también hubo que analizar la legislación adicional que tienen estos estudios por ser títulos que habilitan para el ejercicio de actividades profesionales reguladas en España (Ministerio de Ciencia e Innovación, 2009a; Ministerio de Ciencia e Innovación, 2009b). Un análisis de la selección de las competencias generales y específicas ya ha sido presentado previamente (Tascón et al., 2010).

Basándose en todas las referencias previas y la legislación existente, se elaboró un modelo de encuesta dirigido a egresados de la titulación de Ingeniero Agrónomo, implementada on-line mediante el programa libre Lime Survey. Las encuestas incluyeron 30 preguntas iniciales sobre detalles personales y académicos, su situación laboral actual e historia laboral, y otra formación recibida. El contenido más relevante de las encuestas, en cuanto al planteamiento de nuevas titulaciones o la adaptación de las ya existentes, fueron las preguntas referentes a competencias generales y específicas. Se incluyó una pregunta en la que se pedía a los egresados que indicasen cuál era el nivel exigido en su trabajo actual y qué nivel habían adquirido en sus estudios para cada una de las competencias (puntuación de 1 a 5; 1 = nada, 5 = mucho).

Las encuestas se ensayaron con egresados de la titulación de Ingeniero Agrónomo de la Escuela Superior y Técnica de Ingeniería Agraria de la Universidad de León, correspondientes a 5 cursos académicos, desde el curso 2004/05 hasta el 2008/09. La población total estaba constituida por 223 ingenieros, 124 hombres (55,6%) y 99 mujeres (44,4%). Los encuestados habían estudiado titulaciones de Ingeniero Técnico Agrícola y posteriormente un segundo ciclo de 2 años de Ingeniero Agrónomo, ambas titulaciones con planes de estudio previos al proceso de Bolonia.

El método empleado para hacer llegar la encuesta a los egresados fue un correo electrónico que explicaba el objeto de la encuesta y que incluía un enlace a la encuesta on-line. En primer lugar se utilizaron las direcciones de e-mail que tenían como alumnos de la Universidad, pero esta forma de contacto se reveló como ineficaz, ya que mayoría de ellos ya no utilizaban dichas cuentas de correo electrónico.

En consecuencia, se optó por recopilar las nuevas direcciones de correo electrónico de los egresados mediante dos procedimientos. El primero consistió en solicitar la colaboración de los profesores de la Escuela, algunos de los cuales tenían dichos datos por haber dirigido proyectos fin de carrera o por mantener alguna relación profesional con los egresados. El segundo método consistió en realizar un refuerzo telefónico, ya que la Secretaría de la Escuela facilitó los teléfonos de contacto de los alumnos, en la mayoría de las ocasiones un número de móvil. La respuesta a esta iniciativa fue extremadamente positiva, ya que todos los egresados contactados no tuvieron inconveniente en proporcionar una dirección de email y en general mostraron interés en participar en la encuesta. El número total de alumnos contactados mediante los dos procedimientos explicados anteriormente, direcciones de e-mail proporcionadas por profesores y refuerzo telefónico, fue de 117. Esto supuso el 52,5% de la población total de egresados objetivo de la encuesta.

Las encuestas no precisaban la identificación del encuestado, garantizando así su anonimato y la objetividad en las respuestas. En la aplicación informática se activó el control de IP para evitar la posible repetición de encuestas.

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Se obtuvieron 58 encuestas de egresados vía on-line, aunque 5 de ellas fueron eliminadas por haber sido abandonadas en las primeras preguntas. Con lo cual, el número de encuestas consideradas fue de 53, un 23,8% de la población objetivo. Es interesante remarcar que 53 encuestas suponen un 45,3% del número de ex-alumnos contactados con total seguridad, bien mediante refuerzo telefónico o bien mediante contacto personal de profesores. Esto indica un grado de interés bastante alto en participar en este estudio.

Sin embargo, la encuesta era bastante extensa y eso produjo un cierto “cansancio del encuestado”. Es importante valorar la tasa de abandono producida. De los 53 egresados que respondieron la encuesta, sólo 34 terminaron la pregunta sobre competencias, lo cual supone un 15,2% de la población total objetivo y un 29,1% de la población contactada con seguridad.

Las encuestas respondidas fueron estudiadas para determinar si eran válidas, buscando posibles respuestas incoherentes o fuera de rango. De cada respuesta de tipo numérico se obtuvieron valores medios y desviaciones típicas. También se analizó la posibilidad de que alguna característica de la muestra influyera en los resultados, especialmente en la valoración de competencias; en ese sentido se estudiaron tres parámetros: año de terminación de los estudios, género, y sector económico del trabajo actual. Ni el año ni el género influyeron en la valoración de competencias, pero sí el sector económico, aunque sólo en un número bastante reducido de competencias.

El trabajo realizado aportó gran cantidad de información. La comparación que los egresados hicieron entre el nivel adquirido durante la titulación en las distintas competencias y el nivel necesario para su trabajo permitió obtener información sobre lagunas en la formación o posibles excesos en las distintas materias impartidas. También se pudo elaborar un listado de las competencias más relevantes en el mercado laboral, tanto generales como específicas, según los egresados. La Tabla 1 presenta las diez competencias generales y específicas más importantes para el mercado laboral, según la opinión de los encuestados.

Entre las competencias específicas más importantes según los encuestados para llevar a cabo su trabajo figuran varias de las materias consideradas básicas en la ingeniería: Matemáticas y Estadística en primer lugar, Dibujo Técnico en cuarto lugar, Física en quinto lugar, y Geología, Edafología y Climatología en décimo lugar. La competencia más importante según los egresados es Matemáticas y Estadística.

Por el contrario, todas las competencias generales fueron señaladas como deficitarias en la formación recibida; además, fueron puntuadas como más importantes que cualquier competencia específica para el desempeño de sus trabajos. Esto indica que un cierto cambio en las titulaciones era realmente necesario, siempre que el profesorado tome conciencia de la importancia de la formación en dichas competencias, y sin menoscabo de una formación técnica sólida.

Tabla 1. Competencias más importantes según los egresados

Ranking Competencias generales Competencias específicas 1 Actitud responsable en el trabajo Matemáticas y Estadística 2 Capacidad de organización y planificación Materiales para construcción e instalaciones 3 Capacidad para redactar informes y documentos Proyectos y Dirección de Obra 4 Capacidad de trabajo Dibujo Técnico 5 Conocimientos de informática Topografía, Cartografía y SIG 6 Capacidad de análisis y síntesis Física 7 Resolución de problemas Fundamentos de la Producción Vegetal 8 Aprendizaje autónomo Organización y Gestión de empresas 9 Adaptación a problemas y entornos nuevos Cálculo de Estructuras y Construcción

10 Toma de decisiones Geología, Edafología y Climatología

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Las encuestas también proporcionaron información sobre la situación e historia laboral de los egresados y sobre otros aspectos de los estudios a parte de las competencias. A continuación se presentan los resultados más relevantes obtenidos:

- El 81% de los egresados tenía trabajo en el momento de realizar la encuesta. De ellos, únicamente el 16% estaban desempeñando trabajos que no tenían relación con su titulación.

- El 58,6% de los egresados con empleo estaba satisfecho con su trabajo.

- El tiempo medio para encontrar el primer empleo fue de 3.84 meses.

- En opinión de los encuestados, el nivel de formación requerido para el trabajo que desempeñaban era de Ingeniero Técnico Agrícola en el 26% de los casos, de Ingeniero Agrónomo en el 40%, de Ingeniero Agrónomo con algún master de especialización en el 20%, y de Doctor en el 2%.

- El tiempo medio para terminar el primer ciclo fue de 7,42 años y de 2,96 para el segundo ciclo.

- Un 47,2 % de los ex-alumnos reconocieron haber realizado actividades durante los estudios que afectaron a su correcto seguimiento. Esto puede explicar, en parte, los tiempos tan dilatados para completar los estudios.

- El 60,4 % de los alumnos realizó prácticas en empresa durante sus estudios.

- Los métodos más utilizados para acceder al mercado laboral fueron: por iniciativa propia (enviando CV a las empresas, etc.), 26,4%; anuncios en prensa o internet, 24,5%; contactos personales, 13,2%; oposiciones, 11,3%; prácticas en empresa, 7,5%; y autoempleo, 5,7%.

- El 32,1% participó en programas internacionales de estudio o prácticas profesionales.

- El 60,4% había considerado la posibilidad de trabajar en el extranjero.

- Un 98% de los egresados consideraron interesante o necesario que se definiera a nivel europeo los contenidos que deben estudiarse en la titulación de Ingeniero Agrónomo.

- El historial laboral de los egresados mostró un gran peso del sector “ingeniería y servicios” y del sector “edificación y obra civil”; en ambos sectores había trabajado la mitad de los encuestados en algún momento de su vida laboral. En la Tabla 2 se recoge un resumen de la historia laboral de la población encuestada agrupada por sectores económicos.

- El perfil profesional más desempeñado a lo largo de la historia laboral de los egresados fue el de técnico proyectista y de obras (20%), seguido de técnico de producción (11%), y técnico de calidad (8%). Otros perfiles importantes fueron: consultor, docente, e investigador.

Tabla 2. Sectores económicos presentes en la historia laboral de los egresados

Sector económico Porcentaje de egresados Ingeniería y servicios 50 Edificación y obra civil 50 Sector agroalimentario 24 I+D+i 17 Ingeniería - instalaciones 14 Docencia 12 Suministros (agrícolas, industria, jardinería) 10 Sector agrario (explotac., sindicatos, cooperativas) 9 Sector ganadero 5 Energía 3

La Tabla 2 recoge los sectores en los que mayor porcentaje de egresados han trabajado en algún momento desde que terminaron sus estudios. Los sectores que más empleo han ocupado son el de

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Ingeniería y servicios (medioambiente, seguridad y salud, consultoría, etc.) y el de Edificación y obra civil. El tercer lugar lo ocupa el sector agroalimentario. Hay que subrayar que el cuarto lugar lo ocupa la I+D+i, con un 17% de egresados. También es muy significativo el sector Energía, que si bien sólo ha ocupado a un 3% de egresados en algún momento de su vida laboral, es ya un porcentaje significativo teniendo en cuenta que en los planes de estudio antiguos la formación energética (eficiencia y ahorro energético, biomasa, otras renovables, cogeneración, etc.) era más bien escasa. Por el contrario, el sector ganadero, con una carga docente muy importante en los planes de estudio antiguos, sólo dio empleo a un 5% de los egresados.

Conclusiones

Se ha implementado vía on-line una encuesta que ha permitido obtener información valiosa para la adaptación del título de Ingeniero Agrónomo a las necesidades del mercado laboral. Los resultados obtenidos han permitido identificar lagunas y posibles excesos de formación, las competencias más importantes, y los sectores económicos en los que han trabajado nuestros egresados.

Agradecimientos

Los autores agraden la financiación de estos trabajos por parte del Ministerio de Educación a cargo del programa de “Estudios y Análisis”, proyecto EA2009-0181.

Bibliografía

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Antioxidant activity and total anthocyanin content from the peel of red and green rose apple (Syzygium malaccensis)

I.M. Augusta1, K.O. Nascimento1, M.A.P.G. Couto2 and S.V. Borges3

Department of Food Technology, Institute of Technology, Federal Rural University of Rio de Janeiro. BR-465, Km 47, Seropédica / RJ, Brazil - Zip Code: 23890-000. E-mail address:

[email protected] 2DEB - School of Chemistry, Federal University of Rio de Janeiro.

3DCA - Federal University of Lavras. Abstract The interest in natural antioxidants has increased considerably in recent years due to their beneficial effects in preventing and reducing the risk of various diseases. The rose apple is a fruit native to Southeast Asia, having its origin in India and Malaysia, cultivated in Bengal and South India. Different parts of the plant such as seeds, bark, fruit and leaves have been used in traditional medicine. Thus, the aim of this study was to determine the antioxidant activity and total anthocyanin content from the peel of red and green rose apple (Syzygium malaccensis). To obtain the extract were used peel of rose apple in ripe and unripe stages, both species acquired in Seropédica, State of Rio de Janeiro-RJ, Brazil. For anthocyanin pigments extraction from the bark were used ethanol solution 95% acidified with 1.5M HCl (85:15 v/v), pH 1.0, obtaining the extraction solution. Antioxidant activity was determined by the DPPH (2.2-definil-1-picrilidrazil). The value of antioxidant activity was expressed in Eq. µM Trolox/100 grams sample (w.b) and the Percent of free radical-scavenging of each sample were calculated according %FRS (Percent of free radical-scavenging). The readings for the determination of total anthocyanins and antioxidant activity were performed by equipment New Model 2000 UV Spectrophotometer with wavelength equal to 520 nm and 517 nm respectively, and all analyzes were done in triplicate. It is found that the red rose apple peel showed a significant total anthocyanin (65.34 mg/100g-1), in opposite to the peel rose apple green had a lower content of 5.20 mg/100g-1. In relation to the antioxidant activity, at appears was higher in green rose apple (20.95±0.00vµM Trolox Eq. / g sample in wet basis), with 88.34% of KRF, which red peel rose apple (18.58 ±0.02vµM Trolox Eq./g sample in w.b.) with a free radical sequestration of 80.16%. Concluded that the peel of red rose apple presented total anthocyanin content higher than the peel of green rose apple, however, it appears that the antioxidant and free radical-scavenging was lower than that found in the bark of green rose apple. However, it is observed that both samples can be used as a natural antioxidant for use by consumers and the food industry in the development of new products. Keywords: Rose apple, antioxidant, anthocyanins, free radical.

Atividade antioxidante e teor de antocianinas totais da casca de jambo vermelho e verde (Syzygium malaccensis)

Resumo O interesse em antioxidantes naturais tem aumentado consideravelmente nos últimos anos devido aos seus efeitos benéficos da prevenção e redução do risco de várias doenças. O Jambo vermelho é uma fruta nativa do sudeste da Ásia, tendo sua origem na Índia e Malásia, cultivado em Bengala e sul da Índia. Diferentes partes da planta, tais como sementes, cascas, frutos e folhas têm sido usada na medicina tradicional. Sendo assim, o objetivo do trabalho foi determinar a atividade antioxidante e o teor de antocianinas totais da casca de jambo vermelho e verde (Syzygium malaccensis). Para obtenção do extrato foram utilizadas casca de Jambo em estado maduro e verde adquiridos em Seropédica, Estado do Rio de Janeiro-RJ, Brasil. Para

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extração dos pigmentos antociânicos da casca do jambo foram utilizados etanol 95 % acidificado com HCL 1,5M na proporção de 85: 15 v/v, com pH 1.0, obtendo a solução extratora. Já a atividade antioxidante foi determinada pelo método do DPPH (2,2-definil-1-picrilidrazil). O valor da atividade antioxidante foi expresso em μM Eq. Trolox/100 gramas amostra (b.u.) e a atividade de sequestro do radical de cada amostra foram calculadas de acordo com a porcentagem de sequestro do radical livre (%SRL). As leituras para a determinação das antocianinas totais e atividade antioxidante foram realizadas através do Spectrophotometer Model Nova 2000 UV, com comprimento de onda equivalente a 520 nm e 517 nm respectivamente, sendo todas as análises feitas em triplicata. Verifica-se que a casca de jambo vermelho apresentou um teor de antocianinas totais significativo (65,34 mg/100g-1), já a casca de jambo verde teve um menor teor de 5,20 mg/100g-1. Em relação à atividade antioxidante, verifica-se que foi maior no jambo verde (20,95±0,00 µM Eq. Trolox/g amostra na base úmida), com %SRL de 88,34, que no jambo maduro (18,58±0,02 µM Eq. Trolox/g amostra na b.u.) com um sequestro de radical livre de 80,16%. Conclui-se que a casca de jambo vermelho apresentou um teor de antocianinas totais maior que a casca de jambo verde, entretanto, verifica-se que a atividade antioxidante e sequestro de radical livre foi menor que o encontrado na casca de jambo verde. No entanto, observa-se que ambas as amostras podem ser utilizadas como antioxidante natural pelos consumidores e pela indústria de alimentos no desenvolvimento de novos produtos. Palavras-chave: Jambo, antioxidante, antocianinas, radical livre. Introduction The rose apple (Syzygium malaccensis, (L.) Merrill & Perry), family Myrtaceae, is native to Southeast Asia, having its origin in India and Malaysia, cultivated in Bengal and South India. Different parts of the plant such as seeds, bark, fruit and leaves have been used in traditional medicine (Savitha, Padmavathy and Sundhararajan, 2011). This plant has become well adapted to Brazil, particularly in the city of Rio de Janeiro. The fruits have measure 4-7 cm in diameter. The fruits have a high percentage of pulp, containing an enticing aroma and taste sweet and slightly acidic, and are most often used for use in juices, jellies and jams (Guedes et al., 2004). According Augusta et al. (2010) the bark of rose apple has high fiber content 9:34 g.100 g-1; lipids 4:51 g.100 g-1, carbohydrates 59.25 g.100 g-1 and 8.62 g.100 g-1 protein, contributing to an energetic value of 312.07kcal.100 g-1. In relation to the amounts of vitamin C (292.59 mg.100g-1) and anthocyanins (300.54 mg.100g-1) they are high and, as in most of the fruits of the Myrtaceae species, in higher proportion in the bark. Anthocyanins are one of the most important groups of water soluble pigments. These pigments belong to the group of flavonoids, responsible for a wide variety of colors, fruit, flowers and leaves ranging from pink to red and violet to dark blue. This pigment has attracted great interest due to the wide biological activities, including its antioxidant, anti-inflammatory and anticarcinogenic properties (Santos et al., 2013). According Siger et al. (2012) the interest in natural antioxidants has increased considerably in recent years due to their beneficial effects in preventing and reducing the risk of various diseases. They can also give important properties of the product, acting against diseases associated with oxidation and anti-aging (Balboa et al., 2013). Thus, the aim of this study was to determine the antioxidant activity and total anthocyanin content from the peel of red and green rose apple (Syzygium malaccensis). Material and Methods To obtain the extract of bark were used in rose apple (Syzygium malaccensis L.) ripe state and green in Seropédica, Rio de Janeiro, Brazil.

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The analysis was made in triplicate, having the results as mean ± SD (Standard Deviation). Where the results were verified by analysis of variance (ANOVA) and Tukey test at 5% level of significance for comparison of means.

Extraction of anthocyanin pigments For anthocyanin pigments extraction from the bark were used ethanol solution 95% acidified with 1.5M HCl (85:15 v/v), pH 1.0, obtaining the extraction solution of the according the methodology of Fuleki & Francis (1968). The reading was performed by Spectrophotometer Model 2000 UV with wavelength equal to 520 nm. All analyzes were performed in triplicate. Method of DPPH

The antioxidant activity was determined by the method of DPPH (2.2-definil-1-picrilidrazil) was performed according to the procedure described by Rufino et al. (2007). The absorbance was measured using an UV Spectrophotometer (New Model 2000) at the 517 nm. All experiments were performed in triplicate. The amount of antioxidant activity was expressed as µM of Trolox Equivalent per 100 g of sample (dry basis). The free radical-scavenging (%FRS) of each sample were calculated according to the %FRS according to (Brand-Williams, Cuvelier and Berset, 1995), according to equation 2: Where: AB and AA are absorbance values of blank and sample, respectively. All analysis were performed in triplicate.

B

AB

A

AAFRS

100)(%

� Equation (1)

Results and Discussion In Table 1 are shown the results of analysis of antioxidant activity and anthocyanins content in peel red and green of rose apple.

Table 1. Antioxidant activity and total anthocyanins content in peel red and green of rose apple.

Peel Rose Apple

Analysis Red State Green State

Total anthocyanins (mg/100g-1)

65.34 ± 0.01a

5.20 ± 0.02b

DPPH (µM Eq. Trolox/g sample)

18.58 ± 0.02b 20.95 ± 0.00a

%FRS 80.16 ± 0.02b 88.34 ± 0.00a

The analysis were made in triplicate, having the results as mean±SD (Standard Deviation). Where the results were verified by analysis of variance (ANOVA) and Tukey test at 5% level of significance for comparison of means. Where the same letters not differ significantly (p≤0.05) among themselves; **The acronyms presented in Table corresponds to w.b. (wet basis); %FRS (Percent of free radical-scavenging); Eq. (Equivalent); µM (micromolar);

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The total anthocyanin content in the peel of the ripe fruit was significantly higher than the one in the peel of the unripe fruit. It is observed that peel rose apple is a rich source of anthocyanins. Fruits are considered rich in these substances those which have more than 2 mg-1 g fruit anthocyanin (Macheix et al., 1990). It also appears that the anthocyanin content found in this study, determined by spectrophotometry was close to the values of most of the fruits of the Myrtaceae. The literatures there are several studies determination of anthocyanins in fruits using spectrophotometric method. It has been observed in roots of three unique Chinese radish cultivars were evaluated as potential sources for anthocyanin-type colorant’s or value-added products. These cultivars showed high variation in anthocyanins (63.77-160.74 mg/100 g FW) (Jing et al., 2012). Chisté et al. (2009) who reported values from 25.9 to 63.9 mg/100 g of total anthocyanins in the peel of mangosteen. It’s observed that the results presented in this study was higher than that found by other authors. However lower than that shown by Lima et al. (2002) in Surinam cherry, for example, the anthocyanin content in the pulp and peel was 26 mg-1 and 420mg-1, respectively. By Hellström, Mattilaand and Karjalainen (2013), in the laboratory-made juices the total anthocyanin content varied from 44.8 to 128 mg/100 ml being highest in crowberry juice and lowest in blackcurrant juice. Terci (2004) found the following levels of anthocyanins in the fruit shells: jabuticaba (314 mg/ 100 g-1 shell), jambolão (386 mg/ 100 g-1 shell) and grape (227 mg /100 g-1 shell). Bobbio et al. (2000) found in the rind of the fruit of the acai content of 263 mg/ 100 g-1 Natural antioxidants, particularly in fruits and vegetables have gained increasing interest among consumers and the scientific community because epidemiological studies have indicated that frequent consumption of natural antioxidants is associated with a lower risk of cardiovascular disease and cancer (Thaipong et al., 2006). Several studies have revealed that anthocyanins and anthocyanin extracts are responsible for the high antioxidant activities of fruit and other food extracts (Rogez et al., 2011). Anthocyanins are water-soluble flavonoid compounds that produce colours ranging from orange and red to various shades of blue and purple, and have a critical role in the colour quality of many fresh and processed fruit, vegetables, and plants (Varasteh et al., 2012; Jaiswal, Dermarderosian and Porter, 2010). Anthocyanins are valuable as kinds of important quality indicators in foods and chemotaxonomic indicators in plants. They attract much interest for its health function such as their potential antioxidant ability (Hou et al., 2013). It is observed that the peel of ripe rose apple presented lower antioxidant activity and free radical capture than the sample for the green specie. However, the value found in the percentage of capture free radical either for unripe or ripe peel rose apple was higher than that found in the leaf of rose apple evaluated by Savitha, Padmavathy and Sundhararajan (2011), who evaluated the percentage inhibition of DPPH methanolic extract tested at the leaf S. malaccense and aqueous extracts with different concentrations (20 and 100 mg/ml) and found that the greatest inhibitory effect was observed in the methanolic extract of leaves (78.73% to a concentration of 100 mg/ml). These values were also found by the largest Zaouay et al. (2012) who found in pomegranate juices of different varieties, 9.57 to 19.91 µmol L-1 Trolox by FRAP method and 11.91 µmol L-1 Trolox by DPPH method. Hayat et al. (2010) observed the effect of microwave treatment on the antioxidant capacity of citrus mandarin peel extracts and observed to DPPH scavenging activity of peel powder was 17.96 and 26.30%. Kang et al. (2006) studied on the development of functional powder from citrus peel and observed DPPH free radical scavenging activities of aqueous extract of citrus peel powder were 43.0 ± 1.67, 41.5 ± 2.82, 43.3 ± 2.96 and 44.3 ± 3.67% for non-irradiated and unheated, non-irradiated and heated, irradiated (20 kGy) and unheated (I–UH), and irradiated (20 kGy) and heated (I–HT), respectively. Shaker (2006) evaluated antioxidative effect of extracts from red grape seed and peel. The antioxidative activity for the peel extract was up to 41.2% for

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propanal measured by PTR as compared with 17.1% for seed extract. These results being lower than found for peel rose apple. In today’s consumer perception of agriculture and food production, aspects like health, safety and quality have become the key words (Iqbal et al., 2008). According to Albishi et al. ( 2013), peels are a good source of phenolic compounds which may potentially be used in food formulations or when extracted can be used as natural antioxidants to prevent oxidation of selected foods. Thus, processing discard may be used in food formulations and their extracts could potentially be employed as an effective source of antioxidants in food systems. Conclusion It concludes that the peel of red rose apple presented the total anthocyanin content higher than the peel of green rose apple. However, it appears that the Percent of free radical-scavenging was lower than that found in the bark of green rose apple. Thus, it is observed that both samples can be used as a natural antioxidant for use by consumers and the food industry in development of new products. Bibliography Albishi, T., John, J.A., Al-Khalifa, A.S., and Shahidi, F. (2013). Phenolic content and antioxidant

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Optimización del acartelamiento de pórticos de nudos rígidos en función de su geometría

C. Neumeister Peguero 1 y P. Galletero Montero1

1 ETSIA. Universidad de Castilla – La Mancha, Avda. España s/n, 02071 - Albacete:

[email protected]; [email protected] Resumen

El pórtico de nudos rígidos ha terminado imponiéndose como estructura de referencia en las edificaciones de uso agrario. Presenta una distribución de esfuerzos irregular, con una especial concentración de momentos flectores en sus nudos y una gran tendencia a la deformabilidad. El empleo de cartelas de refuerzo en los nudos del pórtico permite un dimensionamiento variable, lográndose, de este modo, la optimización en el dimensionamiento.

Las secciones clave más propicias para el refuerzo mediante cartelas son: base del pilar, cabeza del mismo, arranque del dintel y cumbrera, comprobándose en la práctica que la eficacia del comportamiento de dichas cartelas varía en función de la geometría del pórtico. Resulta, por tanto, de gran interés disponer de criterios de diseño claros que permitan seleccionar las cartelas realmente eficaces, ya que el uso indiscriminado de todas ellas puede llegar a resultar incluso antieconómico.

Para abordar el tema, se evalúa la influencia de tres variables: luces entre 10 y 30 m, alturas de pilar entre 4 y 7m e inclinaciones de cubierta entre 5% y 30º, generándose un total de 480 casos. El cálculo de las estructuras se ha realizado de acuerdo con las vigentes normativas CTE y EAE y, para cada uno de los casos se ha obtenido el diseño del acartelamiento y el dimensionamiento óptimo.

El análisis de los resultados muestra una progresión en la posición óptima de las cartelas a medida que cambia la geometría de los pórticos. La variable más importante es el ángulo de cubierta, disminuyendo la necesidad de cartelas en los nudos según aumenta la pendiente en los dinteles. A la vez, se necesita mayor número de cartelas cuanto mayor es la luz del pórtico. La altura de pilar es la variable que menos afecta a estas estructuras. Por tanto, pórticos muy planos con grandes luces y elevadas alturas requerirán más cartelas que el resto.

Como resultado, se propone una serie de ábacos que permiten conocer a priori las cartelas ideales de un pórtico en función de su geometría, herramienta de gran utilidad a la hora de proyectar una estructura de este tipo.

Palabras clave: Optimización, pórtico, cartelas.

Optimization of gusseted rigid frames by their geometry

Abstract

Rigid frames has finally established as a widely used structure in buildings for agricultural use. It has an irregular efforts distribution, with a significant concentration of bending moments at its nodes and a big tendency to deformation. The use of gussets at the nodes of the frame allows a variable sizing, achieving, as a consequence, the optimization in the sizing.

The susceptible areas to need reinforcement gussets are: base of the pillar and its head, the starting point of the rafter and ridge beam, demonstrating in practice that the effectiveness of these gussets varies depending on the geometry of the frame. It is therefore of great interest to have clear design criteria so that a selection of the truly effective gussets can be made because the indiscriminate use of all of them can be even uneconomic.

To tackle the issue, we evaluated the influence of three variables: spans between 10 and 30 m, pillar’s height between 4 and 7 m and roof steepness between 5% and 30°, coming to a final amount of 480 cases. The calculation of the structures was made in accordance with the current regulations CTE and EAE and, for each of the cases is obtained the gusseted structure design and optimum sizing.

The analysis of the results shows a progression in the optimum positions of the gussets as the geometry of the frames changes. The most important variable is the roof angle, which reduces the need for gussets at the nodes as

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the slope increases in the beam. In addition, higher frame span requires a higher number of gussets. The pillar height is the variable that affects the least these structures. Therefore, very flat frames with large spans and high height require more gussets than the other cases.

As a result, we propose a series of abacuses that allow knowing beforehand the best gussets of a frame depending on their geometry, a useful tool when designing a structure of this type.

Keywords: Optimization, rigid frame, gussets.

Introducción

El pórtico de nudos rígidos ha terminado imponiéndose como estructura metálica de referencia en la construcción de edificaciones de uso agrario, frente a otras tipologías estructurales basadas en el empleo de cerchas debido, por un lado, a las ventajas funcionales que presenta al permitir construir naves totalmente diáfanas y, por otro, a la simplificación del proceso constructivo, que conduce a una reducción global del coste de la estructura (Montero et al., 2004).

El pórtico de nudos rígidos es una estructura con una gran tendencia a la deformabilidad que presenta una distribución de esfuerzos muy irregular (Figura 1), identificándose en él zonas muy poco solicitadas que contrastan con la elevada concentración de momentos flectores en los nudos del mismo. Por ello, el dimensionamiento de este tipo de estructura con barras de sección constante resulta inadecuado (Argüelles Álvarez, 2007). El empleo de cartelas de refuerzo en el entorno de los nudos del pórtico, permite un dimensionamiento variable que, al adaptarse a los diagramas de distribución de momentos, logra la optimización del dimensionamiento de la estructura.

Las zonas clave más propicias para el refuerzo mediante cartelas (Figura 1) son: base del pilar, cabeza del mismo, arranque del dintel y cumbrera, comprobándose en la práctica que la eficacia del comportamiento de dichas cartelas varía en función de la geometría del pórtico. Resulta, por tanto, de gran interés disponer de criterios de diseño claros que permitan seleccionar las cartelas realmente eficaces, ya que el uso indiscriminado de todas ellas puede llegar a resultar incluso antieconómico.

Figura 1. Distribución de momentos flectores y cartelas en pórticos de nudos rígidos

Material y Métodos

Para abordar el tema de la influencia de la geometría del pórtico en el comportamiento de las cartelas se han seleccionado tres variables: luz del pórtico, altura de pilar y ángulo de inclinación de cubierta. Se han manejado 5 luces diferentes: 10 m, 15 m, 20 m, 25 m y 30 m , 4 alturas de pilar: 4 m, 5 m, 6 m y 7 m y 8 inclinaciones de cubierta distintas: 5% (2,86°), 10% (5,71°), 15% (8,53°), 10°, 15°, 20°, 25° y 30°. Asimismo, se han contemplado dos tipos de acartelamiento, el denominado 4 cartelas en el que se estudian todas las cartelas posibles (inicio y final tanto de dintel como de pilar) y el denominado 3 cartelas (inicio y final de dintel y solo final de pilar) en el que se suprime la cartela de la base del pilar, frecuentemente poco deseada por los posibles problemas de incomodidad de uso de la nave que genera su colocación. Se generan así 480 casos organizados en tres grupos: 160 casos sin cartelas, 160 casos con tres posibles cartelas y 160 casos con cuatro cartelas.

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El tamaño de cartela empleado ha sido de un 25% de la longitud de la barra, siguiendo las recomendaciones de estudios anteriores (Monfort Lleonart y Gil, 1988). El refuerzo acartelado se forma empleando la mitad del mismo perfil que el elemento en estudio cortado en diagonal.

Se procede a continuación al cálculo y dimensionamiento de los 480 casos indicados de acuerdo con las verificaciones establecidas en el vigente Código Técnico de la Edificación (CTE) y en la Instrucción de Acero Estructural (EAE).

El proceso de optimización del acartelamiento del pórtico se realiza del siguiente modo. En primer lugar se lleva a cabo al cálculo de los pórticos sin cartelas para tenerlos como término de comparación y a continuación, tanto en los casos de tres cartelas como en los de cuatro, se van introduciendo las cartelas una a una comprobando la eficacia de las mismas. Si al introducir una determinada cartela se comprueba que genera reducción en los perfiles del pórtico, la cartela se considera eficaz y se mantiene, en caso contrario la cartela se descarta. En los casos de tres cartelas, el orden de prueba de las cartelas ha sido: inicio de dintel, cabeza de pilar y final de dintel. En los casos cuatro cartelas el orden de prueba ha sido: inicio de dintel, base de pilar, cabeza de pilar y final de dintel.


Realizado el cálculo y dimensionamiento de las estructuras se organiza la información en una serie de tablas por alturas de pilar (Tabla 1) en las que, para las distintas luces e inclinaciones de cubierta se ofrece el dimensionamiento final de los perfiles del pórtico sin cartelas y con cartelas, así como el punteado de las cartelas que han resultado realmente eficaces, es decir, aquellas que han generado una reducción positiva de los perfiles del pórtico.

Tabla 1. Ejemplo de dimensionamiento definitivo de pórticos con h=5 m

Se analiza a continuación la influencia de de cada una de las variables de la geometría del pórtico.

730

Inclinación de la cubierta

En la Figura 2 se representa la relación de cartelas eficaces tanto para el tipo de tres cartelas como para el de cuatro, variando la inclinación de cubierta para luz y altura constante. Se comprueba, en general, que las cartelas de inicio de dintel e inicio de pilar resultan eficaces en todos los casos. En el extremo opuesto, la cartela menos eficaz es la de final de dintel (cumbrera del pórtico). Dicha cartela solo produce efecto positivo en el caso de pórticos muy planos. Por su parte, la cartela final del pilar, si bien resulta en general más eficaz que la de cumbrera, también desaparece de la relación de cartelas eficaces en inclinaciones elevadas. La explicación puede encontrarse en el comportamiento del pórtico (Figura 2). Para inclinaciones de cubierta muy bajas el dintel del pórtico en su conjunto tiende a comportarse como una única viga muy solicitada en su sección central, lo cual demanda refuerzo acartelado en cumbrera. Para inclinaciones de cubierta elevadas, en el pórtico predomina el comportamiento como arco, en el que, las solicitaciones en cumbrera se relajan y la deformabilidad del pórtico disminuye reduciéndose la necesidad de las cartelas de cumbrera y de cabeza de pilar.

Figura 2. Influencia de la inclinación de cubierta en la necesidad de cartelas

Luz

En la Figura 3 se representa la relación de cartelas eficaces en función de la luz para altura e inclinación constante. Se comprueba, en general, que las cartelas de inicio de dintel e inicio de pilar resultan eficaces en todos los casos. De forma parecida a lo analizado con la inclinación, la cartela de final de dintel (cumbrera) es la primera en desaparecer, siendo solo necesaria en el caso de pórticos de luz elevada. Por lo que respecta a la cartela de final de pilar (cabeza de pilar), si bien vuelve a comprobarse que es más eficaz que la de cumbrera, también desaparece de la relación de cartelas eficaces en pórticos de poca luz. Es conocida la gran influencia que tiene la luz del pórtico sobre las solicitaciones y deformabilidad del mismo, resultando ser las cartelas de cumbrera y cabeza de pilar las que menos contribuyen a aumentar la rigidez del pórtico.

Figura 3. Influencia de la luz en la necesidad de cartelas

Altura

La altura de pilar ha resultado ser la variable de la geometría del pórtico menos influyente sobre la eficacia de las distintas cartelas. Al representar las cartelas eficaces en función de la altura para luz e

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inclinación constante, se obtienen resultandos dispersos que no permiten afirmar ninguna conclusión clara acerca de la influencia de la altura sobre alguna cartela en concreto.

Figura 4. Cartelas según la luz de pórtico, ángulo de cubierta y altura de pilar

732

Con el fin de disponer de una herramienta ágil para la selección de las cartelas más apropiadas de un pórtico, se han elaborado unos diagramas bidimensionales (Figura 4) que resumen los resultados del estudio y permiten seleccionar las cartelas más adecuadas en cada caso. Dado que la inclinación de la cubierta junto con la luz del pórtico han resultado ser las variables geométricas del pórtico más influyentes sobre el comportamiento de las cartelas, se han elegido la luz y el ángulo de cubierta como variables principales de dichos diagramas, elaborándose un diagrama distinto para cada una de las alturas estudiadas. Dichos diagramas permiten seleccionar el tipo de acartelamiento más adecuado a cada caso mediante un código de colores obteniéndose una interesante visión global del comportamiento y eficacia de las cartelas.

Conclusiones

Dada la irregular distribución de esfuerzos en un pórtico de nudos rígidos, la solución de dimensionamiento con barras de sección constante no es apropiada, siendo deseable el empleo de acartelamientos que generan un dimensionado variable que se adapta a la variación de las solicitaciones de las barras.

La eficacia del comportamiento de las cartelas depende de la geometría del pórtico, siendo el ángulo de inclinación de cubierta y la luz del pórtico las dos variables que más influyen en dicho comportamiento. La altura del pórtico no se ha comprobado que tenga especial incidencia en la cuestión.

Las cartelas más eficaces, que siempre conducen a reducciones en el dimensionado de las barras del pórtico, son la cartela de inicio de dintel y la de inicio de pilar (en caso de decidir utilizarla a pesar de los posibles problemas funcionales que genera).

La cartela de cumbrera suele ser, en general, la menos necesaria de todo el pórtico, resultando útil solamente en casos de grandes luces y reducidas inclinaciones de cubierta.

La cartela de cabeza de pilar tiene un comportamiento similar a la de cumbrera, resultando prescindible en algunos casos, si bien su rango de eficacia es mayor que la de cumbrera.

Bibliografía

Argüelles Álvarez, R. (2007). Estructuras de acero : uniones y sistemas estructurales, 2ª ed. Bellisco, Madrid. Código Técnico de la Edificación. (2009). La Ley, Las Rozas (Madrid). Monfort Lleonart, J., Gil, E. (1988). Optimización geométrica de los pórticos a dos aguas con nudos acartelados.

VII Congreso Nacional de Ingeniería Mecánica. Valencia, p. Vol. III. Montero, J., Galletero, P., Neumeister, C., Diaz, F., (2004). Comparative Study BetweenRigid Frames and Truss

Steel Structures. Agricultural Engineering International: the CIGR Journal of Scientific Research and Development. International Commission of Agricultural Engineering, BC 03 010.

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Determinación del punto de adquisición de datos para la clasificación de variedades de patata mediante tecnología NIRS

S. Arazuri1, J. Mangado1, C. Jarén1, A. López1 J. I Ruiz de Galarreta2, P. Riga2

1Universidad Pública de Navarra, Campus de Arrosadía, 31006, Pamplona, España

[email protected] 2Instituto Vasco de Investigación y Desarrollo Agrario, Campus Agroalimentario de Arkaute. Apto 46. E-

01080. Vitoria-Gasteiz, España

Resumen

La determinación del punto óptimo de adquisición de los datos espectrales NIR es un tema de discusión dado que no todos los productos alimenticios tienen la misma composición y homogeneidad. Algunos productos resultan muy heterogéneos y el área de toma de espectros puede interferir en las determinaciones cualitativas y cuantitativas realizadas mediante tecnología NIRS.

La patata (Solanum tuberosum L.) tiene una matriz interna relativamente uniforme, sin embargo, se ha comprobado que los resultados finales varían dependiendo de la zona de extracción de datos.

El objeto de este trabajo es el de determinar el punto óptimo de adquisición de los espectros en patata para una clasificación eficaz de las distintas variedades.

Para ello se emplearon un total de 672 muestras de patata entera y sin pelar pertenecientes a 50 variedades diferentes. Se realizaron 3 medidas por tubérculo, la primera en el punto de inserción a la mata, la segunda en el eje ecuatorial y la tercera en el extremo opuesto al de inserción. Para la obtención de los espectros se utilizó un espectrofotómetro NIR Luminar 5030 de la empresa Brimrose con tecnología AOTF. Para la clasificación de las muestras se realizó un análisis discriminante mediante el software SPSS versión 21. Se realizó un análisis independiente para cada punto de toma de datos. Además, se realizaron diferentes pretratamientos de los datos espectrales para obtener resultados más precisos. Las mejores clasificaciones se obtuvieron cuando los datos espectrales fueron tomados a lo largo del eje ecuatorial de la patata.

Palabras clave: Solanum tuberosum L., clasificación, adquisición, análisis discriminante.

Determination of the point of spectral acquisition on the classification of potatoes by NIRS

Abstract

The determination of the optimal area for the acquisition of NIR spectral data is a matter of discussion given that not all the food products have the same composition and homogeneity. Some products are very heterogeneous and the area of the data acquisition could interfere in the quantitative and qualitative determinations made by NIRS.

Potato (Solanum tuberosum L.) has a relatively uniform internal matrix; however, it has been proved that the final results can vary depending on the area of the data acquisition.

The purpose of the present work is to determine the optimal area for the data acquisition for an efficient classification of varieties.

672 samples of raw tubers corresponding to 50 different varieties were used in this study. Samples were scanned at 3 different areas, the first one located where the tuber joins the stolon, the second at the central

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axis and the third at the place opposite the first one. NIR spectral data were collected using a Luminar 5030 Miniature "Hand held" AOTF-NIR (Acousto-Optic Tunable Filter-Near Infrared) Analyser (Brimrose) in the reflectance mode. A discriminant analysis was performed to classify the samples using SPSS software (version 21). An independent analysis for each area of acquisition was carried out. Also, different pre-treatments of the data were performed in order to obtain more accurate results. The best classification rates were achieved for the spectral data obtained at the central axis of the samples.

Keywords: Solanum tuberosum L., classification, acquisition, discriminant analysis.

Introducción

La determinación del punto óptimo de adquisición de los datos espectrales NIR es un tema de discusión dado que no todos los productos alimenticios tienen la misma composición y homogeneidad. Algunos productos resultan muy heterogéneos y el área de toma de espectros puede interferir en las determinaciones cualitativas y cuantitativas realizadas mediante tecnología NIRS. Una correcta adquisición de los datos y en una zona óptima se traduce en mayor rapidez y eficacia de aplicación especialmente en aplicaciones NIRS in situ.

La técnica del infrarrojo cercano (NIRS) es una de las tecnologías más avanzadas en lo que se refiere a técnicas de evaluación no destructivas (Magwaza, 2012). Desde su primera aplicación en la década de los 60, esta técnica ha sido satisfactoriamente empleada para el análisis cualitativo y cuantitativo de numerosos productos agrícolas (Davies, 1987; Gunasekaran, 2000; Nicolaï, 2007).

Algunos autores han estudiado el punto óptimo de adquisición de datos NIRS en diferentes productos agrícolas para una correcta correlación de los datos espectrales con los diferentes componentes de los productos como son materia seca, sólidos solubles, etc. De esta forma, en 1996 Slaughter et al., realizaron un estudio para predecir el contenido de sólidos solubles en tomate mediante NIRS a través de la adquisición de los datos en diferentes áreas de la fruta. Los autores demostraron que los mejores datos de correlación se obtuvieron con los espectros registrados a lo largo del eje ecuatorial del tomate.

En el caso de las patatas, la literatura acerca de este tipo de ensayos es escasa. Esto puede deberse a que estos tubérculos no presentan una estructura tan heterogénea como los tomates, sin embargo, la toma de datos en diferentes áreas puede traducirse en resultados muy diversos.

El objetivo de este trabajo es determinar el punto óptimo de adquisición de los espectros NIR en patata para una clasificación eficaz de las distintas variedades.

Material y Métodos

Un total de 672 muestras de patata (n= 672) de la campaña 2011 fueron analizadas en este estudio. Este grupo de muestras comprende 50 variedades diferentes las cuales fueron suministradas por el Instituto Vasco de Investigación y Desarrollo Agrario (Neiker-Tecnalia). El número de tubérculos por variedad no fue el mismo en todos los casos variando entre 9 y 21 tubérculos/variedad.

No se realizó un procesado previo de las muestras. Los datos NIR fueron tomados sobre los tubérculos enteros y sin pelar. Todas las variedades utilizadas en este trabajo fueron de piel amarilla.

La toma de datos espectrales se realizó con un espectrofotómetro NIR Luminar 5030 de la empresa Brimrose que utiliza tecnología AOTF en modo reflectancia (R). Se tomaron tres espectros por muestra en el rango espectral de 1100 a 2300 nm a intervalos de 2 nm (601 datos por punto de toma). Cada espectro obtenido es la media de 50 tomas. El primer espectro se tomó

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en el punto de inserción a la mata (parte basal, zona 1), el segundo en el eje ecuatorial (zona 2) y el tercero en el punto opuesto al de inserción (parte apical, zona 3). De los resultados registrados, 2/3 se emplearon para realizar el análisis discriminante (ncal=448) y el resto para validarlo (nval=224).

Se realizó un pretratamiento de los datos aplicando la transformación MSC (Multiplicative Scatter Correction) y primera y segunda derivada para eliminar diferencias de base y dispersión. Los espectros derivados se obtuvieron aplicando el algoritmo de Savitzky y Golay (1964) a partir de un polinomio de segundo grado. Estos pretratamientos se llevaron a cabo con el software Unscrambler versión 8.0.5.

El análisis discriminante de los datos se realizó a través del software SPSS versión 21. El análisis discriminante es una técnica estadística de regresión empleada para determinar el grupo de pertenencia de una muestra en base a sus características. Se diferencia de otras técnicas de agrupación como el análisis clúster en que los grupos de clasificación deben ser previamente conocidos.

Los 601 datos espectrales de cada punto fueron reducidos descartando las 37 primeras y 37 últimas longitudes de onda donde se observaba mucho ruido. Se realizó un análisis discriminante para cada punto de toma de datos con el objetivo de establecer el lugar óptimo de adquisición. Asimismo, se comparó la influencia del pretratamiento de los datos en la clasificación. Por ello, tanto los datos en bruto, como la primera y segunda derivada y por último la transformación MSC + la segunda derivada fueron sujetos a análisis discriminante.


En las figuras 1a, 1b y 1c se observan los espectros registrados en la zona basal, eje ecuatorial y zona apical respectivamente. La abscisa de las figuras representa las longitudes de onda, desde 1100 a 2300 nm, y la ordenada muestra la reflectancia espectral.

A priori no se observan diferencias notables en los espectros tomados en cada punto; sin embargo, los resultados obtenidos del análisis discriminante individual muestran diferencias considerables.

Figura 1(a): Espectros de reflectancia de las diferentes muestras registrados en la zona basal

Figura 1(b): Espectros de reflectancia registrados en el eje ecuatorial

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La tabla 1 muestra los resultados obtenidos en el análisis discriminante. Los resultados para los datos en bruto ofrecieron bajos porcentajes de clasificación, siendo en cualquier caso más elevados cuando los datos fueron tomados en la zona 2 de los tubérculos. Lo mismo ocurre con la primera derivada de los datos. A pesar de que el porcentaje de muestras bien clasificadas en el grupo de calibración fue bajo en la zona 1 y 3 (37.9% y 38.4% respectivamente), este porcentaje aumentó notablemente en la zona 2 con 338 muestras bien clasificadas de las 448 totales (75.4%). Sin embargo, este número disminuyó en la validación externa

donde apenas un 45.1% de las muestras resultaron bien clasificadas.

Tanto con la segunda derivada de los datos como con la transformación MSC acompañada de la segunda derivada se obtuvieron unos datos muy similares de clasificación. El porcentaje de muestras bien clasificadas para estos dos pretratamientos resultó excelente en el grupo de calibración con el 100% de las muestras correctamente clasificadas con los datos adquiridos en las zonas 1 y 3. Cuando los datos analizados fueron los registrados en el eje ecuatorial (zona 2), solamente una muestra resultó mal clasificada (99.8% bien clasificadas). Sin embargo, como ocurre en los otros pretratamientos, estos porcentajes disminuyen en la validación externa. Resulta curioso cómo disminuyó drásticamente el número de muestras bien clasificadas en las zonas 1 y 3 con porcentajes entre 14.1% y 19.6%, mientras que el grupo de la zona 2 obtuvo unos buenos porcentajes tanto para la transformación MSC + segunda derivada como para la segunda derivada con un 70.1% y 71.4% de muestras correctamente clasificadas respectivamente.

Tabla 1. Resultados del análisis discriminante en los diferentes puntos de adquisición y la aplicación de los pretratamientos

1100-2300nm 527 longitudes

de onda Grupo de calibración (n=448) Validación externa (n=224)

Zona Nº de muestras correctamente

clasificadas

% muestras correctamente

clasificadas

Nº de muestras correctamente

clasificadas

% muestras correctamente

clasificadas

Datos brutos 1 52 11.6 11 4.9 2 187 41.7 59 26.3 3 98 21.9 30 13.6

1 der 1 170 37.9 17 7.6 2 338 75.4 101 45.1 3 172 38.4 19 8.7

2 der 1 448 100 38 17.2 2 447 99.8 160 71.4 3 448 100 45 19.6

MSC + 2 der 1 448 100 30 13.6 2 447 99.8 157 70.1 3 448 100 32 14.1

Figura 1(c): Espectros de reflectancia registrados en la zona apical

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Conclusiones

Una vez analizados los resultados de este estudio es posible afirmar con cierta precisión que la zona óptima de adquisición de espectros NIR en patata en base a su clasificación es a lo largo del eje ecuatorial del tubérculo.

En todos los casos estudiados, con la aplicación de diferentes pretratamientos los mejores porcentajes de clasificación se obtuvieron en dicha zona. No obstante, el número de muestras bien clasificadas resultó bajo cuando se trabajó con datos en bruto y con la primera derivada de estos. Los mejores datos de clasificación se obtuvieron al aplicar los pretratamientos segunda derivada y la transformación MSC + segunda derivada, con unos porcentajes de muestras perfectamente clasificadas superiores al 70% en la validación externa.

Agradecimientos

A los autores nos gustaría mostrar nuestro agradecimiento al Instituto Vasco de Investigación y Desarrollo Agrario (Neiker-Tecnalia) por suministrarnos las muestras necesarias para este trabajo.

Bibliografía

Davies, A. M. C., Grant, A. (1987). Review: Near infra-red analysis of food. International Journal of Food Science and Technology 22, 191.

Gunasekaran, S., Irudayaraj, J. , ed. (2000). "Nondestructive Food Evaluation. Techniques to Analyse Properties and Quality," pp. 1-423. Marcel Dekker, New York.

Magwaza, L. S., Opara, U. L., Nieuwoudt, H., Cronje, P. J. R., Saeys, W., Nicolaï, B. (2012). NIR Spectroscopy Applications for Internal and External Quality Analysis of Citrus Fruit- A Review. Food and Bioprocess Technology 5, 425-444.

Nicolaï, B. M., Beullens, K., Bobelyn, E., Peirs, A., Saeys, W., Theron, K. I., Lammertyn, J. (2007). Nondestructive measurement of fruit and vegetable quality by means of NIR spectroscopy: A review. . Postharvest Biology and Technology 46, 99-118.

Savitzky, A., and Golay, M. J. E. (1964). Smoothing and Differentiation of Data by Simplified Least Squares Procedures. Analytical Chemistry 36, 1627-1639.

Slaughter, D. C., Barrett, D., and Boersig, M. (1996). Nondestructive Determination of Soluble Solids in Tomatoes using Near Infrared Spectroscopy. Journal of Food Science 61, 695-697.

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MICRO – TERROIR

J.R. Marques da Silva1, J. Blanco 2, J.M. Terrón2, F.J. Pérez2, F.J. Moral3, F. Galea2, J.A. Salgado2, y L.L. Silva1

1 Universidade de Évora, Instituto de Ciências Agrárias e Ambientais Mediterrânicas (ICAAM), Escola de

Ciências e Tecnologia, Apartado 94, 7002-554, Évora, Portugal. [email protected]. 2 Centro de Investigación “La Orden – Valdesequera”, Gobierno de Extremadura, Autovía A-5 p.k. 372, 06187,

Guadajira (Badajoz). 3 Universidad de Extremadura, Escuela de Ingenierías Industriales, Avda. de Elvas, s/n, 06071, Badajoz.

Resumen

El concepto de terroir en el vino está basado en la observación de que diferentes regiones, viñedos o secciones dentro del mismo viñedo, pueden producir vinos con identidades propias y muy diferentes entre sí. Este concepto se cristalizó con el fin de describir los aspectos únicos de un lugar particular (suelo, topografía y clima) que influyen y forman el vino que nace a partir de él.

Para una misma posición geográfica, podemos pensar que factores tales como el suelo y la topografía son fijos, en el espacio y en el tiempo, sin embargo las plantas del cultivo de viñedo presentan microvariaciones locales con diversas respuestas adaptativas. En efecto, dentro de un mismo viñedo, aéreas aparentemente uniformes desde un punto de vista pedológico y topográfico presentan plantas con vigores vegetativos totalmente distintos, considerando todos los factores fijos. Estos micro – terroirs vegetativos proporcionan una diferenciación en la maduración de la uva, creando así una variación espacial y temporal en la calidad de la misma.

Considerando los demás factores fijos y, partiendo del principio de que la variación espacial y temporal en el vigor vegetativo de una planta es un indicativo de su capacidad productiva, así como del potencial cualitativo del fruto, fueron controladas 80 hectáreas de viñedo mediante un sensor de vegetación. La base de datos, espacial y temporal, obtenida y posteriormente analizada por componentes principales, permitió elaborar zonas homogéneas de tratamiento que denominamos micro – terroirs. Como resultado, se encontró que existe una variabilidad espacial y temporal en las regiones aparentemente uniformes en términos pedológicos y topográficos, lo que sugiere una capacidad de adaptación genética que no siempre es fácil de tener en cuenta. La capacidad de monitorizar la variación espacial y temporal del vigor vegetativo de la vid, permitirá gestionar diferenciadamente las unidades geográficas distintas, desde el punto de vista de la calidad del vino.

Palabras clave: Sensores de vegetación, Vigor vegetativo, Viñedo, Terroir, Espacio y Tiempo.

MICRO – TERROIR

Abstract

The concept of wine terroir is based on the observation that different regions, vineyards or different sections within the same vineyard, can produce wines with an own identity and very much different from each other. This concept was crystallized in order to describe the unique aspects of a particular place (soil, topography and climate) that influence and shape the wine made from it.

For a particular location, we think that factors such as soil and topography are fixed in space and time, however, the vineyard plants, facing local micro-variations have different adaptive responses to it. Indeed, within the same vineyard regions apparently uniform from the pedological and topographical standpoint present vegetative variation considering all other factors fixed. These vegetative micro – terroirs provide a differentiation in grape maturation, thereby creating a spatial and temporal grape quality variability.

Considering the other factors fixed, we assume that the spatial and temporal variability of a plant vine vegetative vigor would be indicative of its production capacity as well as its fruit qualitative potential. Considering the previous 80 ha of vines were weekly monitored with a vegetation sensor. This space and time database, after being studied by principal component analysis has permitted the development of homogeneous treatment zones that we call micro – terroirs. As a result, it was found that there is a spatial and temporal variability of vigor in

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regions apparently uniforms from the pedological and topographic standpoint of view, showing a genetic adaptive capacity that is not always easy to consider. The ability to monitor the spatial and temporal variability of vine vegetative vigor, allows us to manage differently different geographical units from the standpoint of wine quality.

Keywords: Vegetation sensors, Vegetative vigour, Vineyard, Terroir, Space and Time

Introducción

El terroir, término francés, hace referencia a una serie de características tangibles que definen un espacio concreto, entre las que destacan las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo, horas de sol, precipitaciones, temperatura, etc., e incluso, técnicas locales de viticultura. Todas estas propiedades, fundamentalmente climatológicas y edafológicas, y las interacciones entre ellas mismas producen una variabilidad, tanto espacial como temporal, en las características intrínsecas de los viñedos en cuanto a parámetros productivos y cualitativos se refiere (Hall et al., 2002). Diversos investigadores (Smart et al., 1985; Hunter and Archer, 2001a; Hunter and Archer, 2001b) establecen que los factores fijos relacionados con el terroir tienen una gran influencia sobre la calidad del fruto en el cultivo del viñedo, aceptándose por la mayoría que los vinos suelen contener caracteres intrínsecos propios relacionados con el lugar donde son producidos. El vigor vegetativo del viñedo, por su parte, es un parámetro esencial en la búsqueda de la calidad de los vinos, pues existe una relación directa entre el vigor y los parámetros cualitativos (Cortell et al., 2005), por lo que las variaciones que puedan ser producidas dentro de una misma parcela puede interpretarse en una variación en la calidad de los mostos y vinos resultantes. Este vigor vegetativo, por estar fuertemente influenciado por el terroir de la zona inmediata a su entidad como planta, dicho de otro modo, por su micro – terroir, va a sufrir variaciones espaciales y temporales en función de las que se produzcan en las características de este último.

Por tanto, la variabilidad en el vigor causa disformidad en el dosel vegetativo de los viñedos, haciendo necesaria la aplicación de la viticultura de precisión. El uso de este tipo de agricultura en el cultivo del viñedo, al igual que a cualquier otro cultivo, permite aplicar estrategias de manejo diferenciado en el mismo, utilizando para ello parámetros asociados a la producción de cosecha y a la calidad de la uva así como los correspondientes al suelo y al clima por su gran influencia en el producto final (Lamb and Bramley, 2001). En consecuencia, un manejo incorrecto del área de cultivo puede ser traducido en una reducción de la calidad del vino y de su volumen (Hall et al., 2002). Actualmente existen sensores de vegetación próximos (terrestres) capaces de recoger determinadas longitudes de onda de la luz reflectada por el dosel vegetativo del viñedo (Tardáguila and Diago, 2008), permitiendo conocer la variabilidad de vigor de las cepas que se puede producir en una parcela de cultivo. En este sentido, los índices de vegetación que pueden ser calculados a partir de estas reflectancias, son una herramienta útil para conocer el desarrollo vegetativo del viñedo y cómo pueden afectar los parámetros del micro – terroir al mismo. Las respuestas de la vegetación en las longitudes de onda en el rojo visible y en el infrarrojo cercano (NIR) han sido típicamente usadas para calcular los llamados “Índices de Vegetación”. Uno de estos índices vegetativos es el NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), el cual muestra las diferencias producidas en el vigor vegetativo del dosel del viñedo usando estas dos longitudes de onda mediante la Ecuación (1):

NDVI= ( NIR - RED) / ( NIR + RED), (1)

donde NIR y RED son los valores de las reflectancias en las respectivas bandas del espectro electromagnético. Este índice está basado en la alta absorción de la radiación PAR (Photosyntetically Active Radiation) por parte de la vegetación y su fuerte reflectancia en el infrarrojo cercano (Dobrowski et al., 2002), permitiendo diferenciar la variabilidad del vigor del dosel vegetativo en una parcela de cultivo.

Basado en estas consideraciones, el presente trabajo tiene el objetivo de determinar si el índice de vegetación NDVI, determinado geográficamente mediante sensores multiespectrales cercanos, es una

740

Figura 1. Material genético del área de estudio.

herramienta útil para estimar la variabilidad en el espacio y tiempo del vigor vegetativo en el cultivo del viñedo, debido al micro – terroir producido en el área inmediata a las plantas dentro de una misma parcela, con un manejo del cultivo homogéneo.

Material y Métodos

Área de ensayo y material genético

El ensayo fue llevado a cabo durante la campaña 2012 en una parcela de viñedo denominada Casito (Lat: 38° 32 '37.87''N, Long: 52° 7' 11:00''W), perteneciente a la finca Pinheiros, y situada en las inmediaciones de la ciudad de Évora, región del Alentejo, en el sur de Portugal. El clima, de características mediterránico, se caracteriza por tener inviernos fríos y húmedos, y veranos calurosos y secos. Las precipitaciones son irregulares, con veranos prácticamente secos y una media anual de 600 mm. El suelo es de tipo Luvisol, con textura franco-arenosa a arenosa en el horizonte superficial y franco-arcillo-arenoso a arcilloso en los profundos.

El material vegetal utilizado en el ensayo (Figura 1) abarca una extensión de 80 hectáreas de viñedo con diferentes variedades de vid repartidas en sub-parcelas, comprendiendo en casi su totalidad variedades de uva tinta (Vitis vinífera L.), excepto una pequeña sub-parcela de la variedad “Verdelho” situada en el extremo oeste del área de ensayo. La distancia entre calles y entre plantas es de 2,50 m y 1,00 m, respectivamente y las prácticas culturales se caracterizan, principalmente, por la técnica “no laboreo” y un riego anual de 30 – 60 mm. La parcela, de superficie irregular, tiene una diferencia de cota de 16 metros, con una altitud máxima de 258 m, respecto del nivel del mar, en la zona este y la mínima en la oeste.

Determinación del índice de vegetación NDVI

La determinación del índice de vegetación NDVI fue realizada mediante un sensor cercano instalado sobre un vehículo terrestre (quad). Este sensor (OptRx ACS-430, Ag Leader Technology, E.E.U.U.) proporciona directamente dicho indice, calculado a partir de los canales ópticos a longitudes de onda de 670 nm y 780 nm, procedentes de la reflectancia de la cubierta vegetal del viñedo. La información se recogió a través de un colector de datos, tipo PDA, conectado al sensor, mediante el software SMS Mobile 6.0.0.5 (Ag Leader Technology, E.E.U.U.) con una frecuencia de un dato por segundo; la posición geográfica fue obtenida por un sistema GPS con correcciones diferenciales mediante sistema satelital EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service), que permitió reducir la precisión a un error por debajo de 50 cm. La logística seguida para la determinación de la reflectancia de la cubierta vegetal se situó el sensor de vegetación a una altura de 50 cm sobre el cenit de la misma, desplazándolo sobre el cultivo y siguiendo un ciclo basado en muestrear tres líneas de espaldera, separadas 15 m entre sí, seguida de otra línea separada 7,50 m. Esta operación se realizó cada 5 – 10 días desde el 6 de junio hasta el 5 de noviembre, con un total de 19 mapas.

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Figura 2. Mapas de NDVI obtenidos en las fechas 6 de junio (a), 19 de julio (b), 26 de agosto (c) y 18 de septiembre (d).

(a) (b)

(c) (d)

Tratamiento de los datos espacial y temporalmente distribuidos

El planteamiento desarrollado en el presente trabajo para el análisis de los datos se basó en aplicar la herramienta de Análisis de Componentes Principales (ACP) al conjunto de mapas obtenidos en cada una de las fechas de determinación del índice de vegetación NDVI, mediante el software ArcGIS v.10.1 (ESRI, E.E.U.U.). Previo al análisis ACP, se aplicó a cada una de las fechas de mapeo la herramienta necesaria para convertir los datos vectoriales (puntos) originados por el sensor a entidades raster con una resolución de 10 m (toolboxes\system toolboxes\conversion tools.tbx\to raster\ point to raster), obteniendo los mapas correspondientes a cada una de ellas.


La Figura 2 muestra algunos de los mapas de distribucion del NDVI obtenidos durante la campaña 2012. Se observa en ellos la evolución espacial y temporal del dicho índice, mostrando una situacion diferente en función de las condiciones específicas presentes en cada uno de los pixeles que forman los mapas.

Esta variabilidad temporal del índice de vegetación NDVI, nos indica las localizaciones donde las plantas están más sujetas, durante toda la campaña, a fenómenos diferenciados de suelo, riego, nutrición, genética, topografía, etc., o dicho de otro modo, a aspectos asociados al terroir. A partir de los datos obtenidos pueden ser identificadas zonas bien distintas en relación a los aspectos asociados al estrés de las cepas, así como a aquellos que puedan achacarse a la calidad de la uva. De acuerdo con (Carbonneau, 1995), maduración de baya, cosecha y calidad del vino son dependientes de la estructura del dosel vegetativo, la cual viene definida, entre otros aspectos, por el microclima y la actividad fotosintética.

742

La Figura 3a muestra el mapa obtenido a partir del análisis de componentes principales (ACP) del conjunto de todas las fechas de mapeo de NDVI, proporcionando las tres primeras componentes un 95,59% de la variabilidad espacial y temporal del viñedo durante la campaña.

Se observa cómo las plantas muestran condiciones de vigor vegetativo diferentes, tanto entre sub-parcelas como dentro de ellas, indicando, por tanto, distintos micro – terroirs durante una misma campaña de producción y pudiendo, además, presentar un patrón distinto desde el punto de vista multianual en función de la climatología. No obstante, a pesar de las variaciones observadas en el desarrollo vegetativo de las distintas variedades de vid comprendidas en el ensayo, se produjo una alta homogeneidad en la evolución temporal del vigor vegetativo en toda el área (Figura 3b). Esta homogeneidad puede observarse a través de la primera componente principal de dicho análisis, la cual representa el 90,23% del patrón espacial de crecimiento vegetativo seguido a lo largo de la campaña, debido a la alta correlación existente entre los sucesivos mapas que la componen. Numerosos investigadores muestran en sus estudios que el grado de desarrollo del vigor vegetativo de las cepas pueden afectar diversos parámetros relacionados con el uso del agua disponible para las plantas (Williams et al., 2003), a los parámetros de cosecha (Smart, 1985; Dry, 2000), a la maduración del fruto (Winkler et al., 1974) así como a las características cualitativas del mismo (Jackson and Lombard, 1993; Lamb et al., 2004). En este sentido, las microvariaciones del vigor vegetativo de cada planta, el cual está determinado en gran parte por la influencia de los factores fijos que la rodean, pueden tener impacto en la variación de la calidad del vino resultante.

Conclusiones

El trabajo realizado ha llevado a cabo una práctica evaluación técnica de la variabilidad temporal del vigor vegetativo en un cultivo de viñedo, de carácter comercial, compuesto por un elevado número de variedades pertenecientes a la especie Vitis vinífera L. Dicho vigor, estimado a partir del índice de vegetación NDVI resultante de la reflectancia de la cubierta vegetal del cultivo permite, por un lado, identificar el micro – terroir anualmente a través de una técnica basada en la utilización de sensores cercanos moto-transportados y, por otro, asociar dicho micro – terroir a los aspectos cualitativos de la uva, y seguramente los aspectos cualitativos del vino, debido a la fuerte relación existente entre estos y el desarrollo vegetativo de las cepas.

Agradecimientos

Este trabajo ha sido realizado con la financiación del proyecto RITECA, Red de Investigación Transfronteriza de Extremadura, Centro y Alentejo, cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo

Figura 3. – (a) RGB de las tres primeras componentes y (b) primera componente principal del análisis de componentes principales efectuado sobre el índice de vegetación NDVI durante toda la campaña

2012.

(a) (b)

743

Regional (FEDER) a través del Programa Operativo de Cooperación Transfronteriza España – Portugal (POCTEP) 2007 – 2013.

Los autores agradecen la colaboración del equipo técnico de la Fundação Eugénio de Almeida, en especial a los Ing. Pedro Baptista, Ing. João Torres, Ing. Mariana Torres y Ing. Ana Simões.

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744

Efecto del sistema de cultivo, el genotipo y el estrés hídrico sobre la calidad y los compuestos bioactivos en arándano

V. Cardeñosa1, A. Hernández2, J.L. Muriel2, J. M. Moreno1

1 Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera (IFAPA Alameda del Obispo), Consejería de Agricultura, Pesca y Medio Ambiente. Junta de Andalucía, Córdoba. Spain.

E-mail: [email protected] Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera (IFAPA Las Torres), Consejería de Agricultura,

Pesca y Medio Ambiente. Junta de Andalucía, Sevilla. Spain.

Resumen

Tres variedades de arándano ('Rocío' y dos experimentales; V2 y V3) se cultivaron en dos sistemas de cultivo (abierto al aire y bajo cubierta de plástico) y se sometieron a dos tipos de riego (100% y 80%, de la ETc). Se evaluaron los atributos relacionados con la calidad sensorial y nutricional (azúcares, acidez, firmeza,...), así como los compuestos relacionados con la salud (polifenoles y actividad antioxidante) a lo largo de dos años consecutivos (2011-2012). El contenido de antocianinas totales, de compuestos fenólicos y la capacidad antioxidante varió considerablemente entre variedades y tuvieron una interacción significativa entre la variedad y el año de cosecha. Estas interacciones se observaron también para el contenido de sólidos solubles (CSS), acidez titulable y firmeza. Se obtuvo un aumento en el contenido de sólidos solubles y un descenso de la acidez titulable cuando los arándanos se cultivaron bajo cubierta. La aplicación de riego deficitario provocó un aumento de la firmeza y del contenido de polifenoles totales mientras que no se observaron diferencias significativas para la mayoría de los parámetros estudiados. La posibilidad de variaciones en el contenido de los atributos de calidad de la fruta y en los compuestos funcionales es una gran oportunidad para los programas de mejora genética de arándanos. El objetivo de este estudio ha sido identificar variedades de arándano con buenas propiedades funcionales y comerciales del fruto así como evaluar la influencia del sistema de cultivo y el régimen de riego en dichos atributos.

Palabras clave: Actividad antioxidante, arándano, calidad, fenoles y riego deficitario.

Influence of cultivation system, genotype and irrigation regime on taste and health-related compounds of blueberries

Abstract

Three experimental blueberry cultivars ('Rocío', V2 and V3) were grown under two cultivation systems (open to the air and under plastic

cover-green houses) and subjected to two irrigations regimes (100% and 80% deficit irrigation) were evaluated for their attributes related to

sensory and nutritional quality (sugars, acidity, firmness,…) as well as their health-related compounds (polyphenols, antioxidant activity)

along two consecutive seasons (2011-2012). Total anthocyanins, phenolic content and antioxidant capacities varied substantially among

cultivars. The antioxidant capacity, as well as total anthocyanins and phenolics, had significant cultivar · year interactions. These interactions

were also observed for soluble solids content (SSC), titratable acidity and firmness. Cultivation systems used had not a high influence in the

quality attributes studied but an enhancement of soluble solids content and titratable acidity were found when blueberries were grown under

cover in both years. Regarding the irrigation system used, the application of deficit irrigation did not produce significant differences in most

of the parameters studied but for firmness where an increased in this parameter was observed for all three cultivars grown. The diversity in

the amount of these fruit quality attributes and antioxidant capacities present a great opportunity for genetic improvement of blueberries

through breeding programmes. The objective of this study was to identify blueberry cultivars with high antioxidant activity and good fruit

quality and to evaluate the influence of the cultivation system and irrigation regime on the overall quality.

Keywords: deficit irrigation, antioxidant capacity, blueberry, phenolics, quality.

745

Introducción y/o Justificación

Se sabe que el genotipo, el clima, el suelo, la disponibilidad de agua, las prácticas de cultivo y el grado de madurez tienen un efecto significativo en las concentraciones de nutrientes y metabolitos en los cultivos y por lo tanto la calidad de la fruta puede depender de varios factores.

Actualmente la sequía es un importante factor de estrés ambiental que está limitando la agricultura en todo el mundo (Cattivelli et al., 2008). El aumento de las temperaturas medias globales lleva a un aumento de las tasas de evaporación en las plantas (European Environment Agency, 2004) y redundará en un aumento de la demanda de agua para los cultivos. Al mismo tiempo, la escasez de agua está obligando a los agricultores a tomar estrategias para conseguir regular su demanda (Costa et al., 2007), por lo que el riego deficitario es una buena alternativa para reducir su demanda actual (dos Santos et al., 2003; Grant et al., 2004). El efecto del riego deficitario tanto en la calidad sensorial como nutricional ya ha sido estudiado en otros frutos relacionados (Borbonada y Terry, 2010; Grant et al., 2010) pero hasta la fecha no se conocen estudios referidos al arándano.

Por otra parte, se ha demostrado que existe una variación considerable en la capacidad antioxidante y otros atributos de calidad sensorial entre diversos genotipos de arándanos (Prior et al., 1998; Wang et al, 2012). Esto proporciona una oportunidad de selección y obtención de nuevas variedades para mejorar la calidad de la fruta y mejorar el valor nutricional, teniendo en este sentido especial interés variedades ricas en compuestos fenólicos (Scalzo et al., 2005).

Sin embargo, la biosíntesis de fitoquímicos en frutas y verduras está influenciada también por las interacciones medioambientales (Wang et al., 2009). Un número cada vez más creciente de estudios están demostrando que las prácticas agronómicas (invernadero o campo; cultivo ecológico, etc.) también puede influir en la calidad sensorial y en la concentración de algunas moléculas bioactivas en frutas y verduras (Bourne y Prescott, 2002; Asami et al., 2003; Manach et al., 2004; Crecente-Campo et al., 2012).

Por lo tanto, el objetivo de este trabajo fue determinar la influencia del sistema de cultivo, el genotipo y el régimen hídrico sobre la calidad organoléptica y los compuestos bioactivos en arándanos.

Material y Métodos

Tres variedades de arándano ('Rocío' y dos experimentales; V2 y V3) se cultivaron en dos sistemas de cultivo (al aire y bajo de cubierta de plástico) y se sometieron a dos tipos de riego (100% y 80% de la ETc). El diseño experimental fue strip-split-plot de 4 bloques en el que las variedades se distribuyeron al azar con 150 plantas por parcela elemental. Se evaluaron los atributos relacionados con la calidad sensorial y nutricional (azúcares, acidez, firmeza,...), así como los compuestos relacionados con la salud (polifenoles, actividad antioxidante) durante dos años consecutivos (2011-2012).

El color se midió con un colorímetro (Konica Minolta CR400), se tomaron dos medidas de las coordenadas L* a* b* en el ecuador del fruto a un total de 10 bayas por tratamiento y repetición, calculándose posteriormente los parámetros tono (H) y saturación (C*). La firmeza expresada en Newton fue medida como la fuerza máxima alcanzada a la rotura del tejido, se utilizó un texturómetro TA-XT Plus con una sonda plana de 2 mm con una célula de carga de 5 kg, una profundidad de penetración de 5 mm y una velocidad de preensayo de 40 mm/s. Se tomaron dos medidas por fruto en el ecuador a un total de 5 frutos por tratamiento y repetición. A continuación se cogieron 7-9 bayas por tratamiento y repetición y se hicieron puré con la ayuda de un Ultraturrax. El pH y la acidez total, expresada como porcentaje de ácido cítrico, fueron medidos con un valorador automático (Mettler Toledo modelo T70) mientras que el contenido en sólidos solubles se midió con un refractómetro digital (Atago RX-1000). Bayas intactas para cada tratamiento se conservaron a -80ºC hasta el

746

posterior análisis de las características funcionales. Previo al análisis de compuestos antioxidantes se llevó a cabo una extracción de los mismos pesando aproximadamente 2,5g de puré de arándano a los que se le añadió 5mL de extractante (metanol:HCl 99:1) (Angeletti et al., 2010) y posterior centrifugación (5000 rpm,15 minutos, 4ºC). Tras la centrifugación se recoge el sobrenadante y se almacena a -80ºC hasta su posterior análisis. Las antocianinas totales (AT) se cuantificaron mediante el método del pH diferencial (Giusti and Wrolstad, 2001). Para la cuantificación de polifenoles totales (PPT) se utilizó el reactivo de Folin-Ciocalteu (Slinkard and Singleton, 1977). Y, por último, la capacidad antioxidante (CAox) se midió mediante el método de DPPH (Brand-Williams et al., 1995). Todos los compuestos nutricionales se midieron con un espectrofotómetro (Shimadzu UV 2401 PC). El análisis estadístico de los datos se realizó mediante el programa Statistix 9,0.


Las bayas que fueron recolectadas en 2011 presentaron una mejora de la calidad funcional y organoléptica del fruto debido a que en este año se observó un mayor contenido en PPT y AT, mayor CAOx y menor acidez. En cambio los parámetros relacionados con la apariencia como firmeza, tamaño de fruto y color (H, C* y L*) aumentaron en la campaña de 2012.

Los resultados obtenidos para los parámetros estudiados variaron considerablemente entre variedades (Kalt et al., 2001) (Tabla 1). V2 tuvo el mayor contenido de antocianinas, compuestos fenólicos, capacidad antioxidante, mayor firmeza y tono. 'Rocío' presentó el valor promedio más bajo en cuanto a lo que a compuestos antioxidantes se refiere, menor firmeza, tamaño y peso del fruto pero presentó el mayor contenido de sólidos solubles (CSS). V3 fue la que presento valores promedios más bajos en acidez titulable, y mayores tamaño y peso del fruto. Las variedades se vieron influenciadas por el año de cosecha para todos los parámetros medidos salvo para firmeza. Así en 2012 se obtuvieron valores menores para AT, PPT y CAox en todas ellas con reducciones que fueron entre 46-30% para AT, 30-10 para PPT y menores al 10% para CAox siendo V2 la más afectada para estos parámetros. V3 fue la que se vio más afectada en cuanto a la acidez titulable con un aumento del 62% en 2012, este aumento fue del 34 y 26% para la V2 y la variedad 'Rocío' respectivamente. En cambio en 2012 sólo la variedad 'Rocío' presentó un aumento del 14% para CSS, 16% peso, 12 % tamaño del fruto y 21% para saturación del color.

Tabla 1. Efecto del genotipo en arándano

Las letras que aparecen en cada columna indican diferencias significativas mediante el test LSD. *, ** , *** y ns indican P<0.05, P<0.01, P<0.001 y no siginificativo respectivamente.

H (º) Firmeza (N) Peso (g) CSS (ºbrix)

2011 'Rocío' 276 b 1,52d 1,92 e 14,1 c 0,44 b 13,69 bc 604 cd 170 de 1363 b

V2 267 d 1,77 c 2,43 bc 15,74 b 0,33 c 14,11 b 1231 a 236 b 1414 a

V3 268 c 1,66 c 3,03 a 16,94 a 0,19 d 13,17 cd 963 b 260 a 1315 c

2012 'Rocío' 283 a 1,71 c 2,28 cd 16 b 0,59 a 15,84 a 402 e 154 e 1323 c

V2 270 c 2,17 a 2,12 de 15,94 b 0,50 b 13,2 ccd 662 c 199 c 1307 c

V3 275 b 2,01 b 2,55 b 16,94 b 0,50 b 12,61 d 554 d 180 d 1329 bc

Año *** *** ns *** *** ns *** *** **

Variedad *** *** *** *** *** *** *** *** **

AxV ** ns *** *** ** *** *** *** ***

Diametro (mm)

Acidez (%) AT (mg eq

Mv 3gl/ 100g p.f .)

PPT (mg gálico/ 100g

p.f .)

Caox (mM trolox/ 100 g

p.f .)

747

Los frutos cultivados bajo cubierta presentaron un descenso de la acidez, y un aumento en el pH y contenido sólidos solubles con respecto a aquellos que fueron cultivados al aire libre. Estos resultados se confirmaron para los dos años estudiados. V2 presento además un comportamiento especial con un aumento del contenido en polifenoles cuando fue cultivada bajo cubierta.

El sistema de cultivo se vio influenciado por el año de cosecha para todos los parámetros medidos salvo firmeza, peso del fruto y contenido en antocianinas (Tabla 2). En 2012 los frutos cultivados bajo cubierta mostraron un aumento del 50% en acidez frente a un 32% al aire mientras que se produjo un descenso de 24 en cubierta y 15 % al aire en PPT. En los parámetros como capacidad antioxidante, contenido de sólidos solubles y diámetro del fruto estas variaciones fueron inferiores al 10% mientras que la saturación del color tuvo un amuneto del 18% en 2012 para el cultivo al aire frente al 11% que se obtuvo en cubierta.

Tabla 2. Efecto del sistema de cultivo en arándano


Las variedades se vieron influenciadas también por el sistema de cultivo en cuanto a acidez, CSS, PPT, AT y C* (Tabla 3) y resultados similares ya han sido descritos (Connor et al., 2005). Para los frutos cultivados bajo cubierta se obtuvieron valores menores para acidez y mayores CSS y PPT en todas ellas con reducciones que fueron entre 45-28% para acidez y aumentos entre 16-6% en CSS y 15-10% en PPT. Sólo la V3 presentó un aumento del 30% para AT y 10% para C* cuando las bayas se cultivaron al aire libre.

Tabla 3. Efecto del genotipo y del sistema del cultivo en arándano



2011 Aire 270 b 1,66 b 2,32 b 15,39 c 0,42 b 12,42 c 968 a 219 a 1389 a

Cubierta 271 b 1,64 b 2,59 a 15,8 b 0,22 c 14,89 a 897 a 225 a 1338 b

2012 Aire 277 a 1,95 a 2,32 b 16,42 a 0,62 a 13,31 b 559 b 186 b 1316 b

Cubierta 276 a 1,97 a 2,31 b 16,17 a 0,45 b 14,46 a 519 b 170 c 1323 b

Año *** *** ns *** *** ns *** *** **

Cultivo ns ns ns ns *** *** ns ns ns

AxC ns ns ns * ns * ns * *

Diametro (mm)


Mv 3gl/ 100g p.f .)


p.f .)


p.f .)


Aire 'Rocío' 280 a 1,64 c 2,02 c 15,06 c 0,61 a 13,54 c 508 b 163 c 1344 b

V2 268 c 1,91 ab 2,19 bc 15,69 b 0,54 b 12,54 de 890 a 207 b 1371 a

V3 271 b 1,86 a 2,75 a 16,94 a 0,40 c 12,51 e 893 a 237 a 1344 b

Cubierta

'Rocío' 279 a 1,59 c 2,17 bc 15,03 c 0,43 c 15,99 a 498 b 161 c 1342 b

V2 268 c 2,03 a 2,36 b 16 b 0,29 d 14,76 b 1004 a 229 a 1350 b

V3 272 b 1,81 b 2,82 a 16,93 a 0,29 d 13,27 cd 624 b 203 b 1301 c

Variedad *** *** *** *** *** *** *** *** **

Cultivo ns ns ns ns *** *** ns ns ns

CxV ns ns ns ns * ** ** ** *

Diametro (mm)


Mv 3gl/ 100g p.f .)


p.f .)


p.f .)

748

La aplicación de riego deficitario supuso un aumento significativo de la firmeza y del contenido de polifenoles totales de las bayas. El resto de párametros estudiados no se vio afectado por el tipo de riego utilizado. Además la combinación riego deficitario-cubierta supuso un aumento significativo del contenido de polifenoles en los arándanos. El resto de parámetros estudiados no se vio afectado por la interacción entre el tipo de tratamiento y el riego.

Conclusiones

La utilización de un riego deficitario en el cultivo de arándanos no solo no afecta negativamente a la calidad de los frutos sino que incluso mejora algunos aspectos (firmeza y polifenoles).

Las bayas de V2 cultivadas bajo cubierta y con tratamiento de riego deficitario presentaron un mayor contenido de polifenoles, una mayor firmeza y una menor acidez que el resto de frutos. Por lo que se podría decir que la combinación variedad 2-cubierta-riego deficitario es la que mejores resultados ha dado en cuanto a calidad funcional y organoléptica de los frutos.

Agradecimientos

Al Instituto de Investigación y Fomación Agraria y Pesquera de la Junta de Andalucía por la beca predoctoral concedida a Vanessa Cardeñosa García.

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750

��

Antioxidant activity of pulp rose apple (Syzygium malaccensis) in unripe and ripe state

I.M. Augusta1, K.O. Nascimento1, M.A.P.G. Couto2 and S.V. Borges3

Department of Food Technology, Institute of Technology, Federal Rural University of Rio de Janeiro. BR-465,

Km 47, Seropédica / RJ, Brazil - Zip Code: 23890-000. E-mail address: [email protected] 2DEB - School of Chemistry, Federal University of Rio de Janeiro.

3DCA - Federal University of Lavras. Abstract Due to new lifestyles, consumers are seeking healthier eating habits, before that, the food industry has sought to develop new food products that contribute to the prevention of diseases. The natural antioxidant activity, particularly fruits and vegetables, has received great interest among consumers and the scientific community. Epidemiological studies indicate that frequent consumption of natural antioxidants is associated with a lower risk of cardiovascular disease and cancer. Therefore, the objective of this study was to determine the antioxidant activity of pulp rose apple (Syzygium malaccensis) in unripe and ripe state. To obtain the extract were used rose apple in unripe and ripe state acquired in Seropédica, Rio de Janeiro, Brazil. To obtain the extracts were used pulp rose apple 95% ethanol acidified with 1.5 M HCl in the ratio of 85:15 v/v, pH 1.0, yielding the extraction solution. The antioxidant activity was determined by the DPPH (2.2-definil-1-picrilidrazil). The value of antioxidant activity was expressed in Eq. µM Trolox/100 grams sample (w.b) and the Percent of free radical-scavenging of each sample were calculated according %FRS (Percent of free radical-scavenging). The reading was performed by equipment in New Spectrophotometer Model 2000 UV with wavelength equal to 517nm, and all analyzes were performed in triplicate. The extract of pulp rose apple unripe state presented antioxidant activity, higher (21.02 ± 0.00 µM Trolox Eq./g sample on a wet basis), with 89.15% of FRS, the extract of pulp rose apple ripe state (20.71 ± 0.00 µM Trolox Eq./g sample in w.b.) with a free radical sequestration of 88.00%. It’s observed that both extracts of the rose apple pulps in unripe or ripe stage showed high antioxidant activity and free radical-scavenging, however, the unripe pulp rose apple showed the content relatively greater than the ripe fruit. Concluded the extract rose apple pulp ripe state in antioxidant activity and free radical sequestration lower than found in the unripe state pulp rose apple, however, both in ripe state fruits or unripe may contribute to the benefit of feeding can be used as a natural antioxidant. Keywords: rose apple, Syzygium malaccensis, antioxidant, fruit, free radical.

Atividade antioxidante da polpa de jambo (Syzygium malaccensis) em estado verde e maduro

Resumo Devido aos novos estilos de vida, os consumidores estão buscando hábitos alimentares mais saudáveis, diante disso, as indústrias de alimentos tem buscado desenvolver novos produtos alimentares que contribuem para a prevenção de doenças. A atividade antioxidante natural, particularmente das frutas e produtos hortícolas, tem recebido grande interesse entre os consumidores e pela comunidade científica, estudos epidemiológicos indicam que consumo frequente de antioxidantes naturais está associado com um menor risco de doenças cardiovasculares e câncer. Sendo assim, o objetivo do trabalho foi determinar a atividade antioxidante da polpa de jambo (Syzygium malaccensis) em estado maduro e verde. Para obtenção do extrato foi utilizadas a polpa do jambo em estado maduro e verde adquiridos em Seropédica, Rio de Janeiro, Brasil. Para obtenção dos extratos de polpa de jambo foram utilizados etanol a 95% acidificado com HCl a 1,5 M na proporção de 85:15 v/v, pH 1,0, obtendo-se a solução extratora. A atividade antioxidante foi determinada pelo método do DPPH (2,2-definil-1-picrilidrazil). O valor da atividade antioxidante foi expresso em μM Eq. Trolox/100 gramas amostra (b.u.) e a atividade de sequestro do radical livre foi calculada de acordo com a porcentagem de sequestro do radical livre

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DPPH (%SRL). A leitura foi realizada através de em equipamento Spectrophotometer Model Nova 2000 UV, com comprimento de onda equivalente a 517nm, sendo todas as análises realizadas em triplicata. Verifica-se que o extrato da polpa de jambo verde apresentou uma atividade antioxidante maior (21,02 ± 0,00 µM Eq. Trolox/g amostra na base úmida), com SRL de 89,15%, que o extrato da polpa de jambo em estado maduro (20,71 ± 0,00 µM Eq. Trolox/g amostra na b.u.) com um sequestro de radical livre de 88,00%. Observa-se que ambos os extratos das polpas jambo em estádio verde ou maduro mostraram alta atividade antioxidante e sequestro de radical livre, no entanto, a polpa de jambo verde apresentou um conteúdo relativamente maior do que a fruta madura. Conclui-se que o extrato da polpa de jambo em estado maduro apresentou uma atividade antioxidante e sequestro de radical livre menor do que encontrada no extrato da polpa de jambo verde, contudo, ambas as frutas em seu estado maduro ou verde podem contribuir com benefícios para alimentação, podendo ser utilizada como antioxidante natural. Palavras-chave: Jambo, Syzygium malaccensis, antioxidante, frutas, radical livre. Introduction A wide variety of native fruits and exotic species are consumed in Brazil, these fruits include atemoya bacuri, blackberry, Brazilian guava, atemoya, bacuri, sweetsop, starfruit, feijoa, cactus pear, fruit of wolf, breadfruit, jaboticaba, jackfruit, rose apple, lychee, mangaba and marolo (Oak-Clerici and Silva, 2011). The rose apple (Syzygium malaccensis, (L.) Merrill & Perry), family Myrtaceae, is native to Southeast Asia, having its origin in India and Malaysia, cultivated in Bengal and South India. Different parts of the plant such as seeds, bark, fruit and leaves have been used in traditional medicine (Savitha, Padmavathy and Sundhararajan, 2011). This plant has become well adapted to Brazil, particularly in the city of Rio de Janeiro. Fruits measuring of 4-7 cm of diameter. The fruits have a high percentage of pulp, containing an enticing aroma and sweet taste, slightly acidic, and these are most often used for juice, jellies and jams (Guedes et al., 2004). According to Costa et al. (2006) the fruit rose apple contains vitamins A, B1, B12, along with calcium, iron and phosphorus. The according Augusta et al. (2010) rose apple presents a peel of high-fiber content 9.34 g.100 g-1, lipids 4.51 g.100 g-1, carbohydrate 59.25 g.100 g-1 and 8.62 g.100 g-1 protein, contributing an energy value of 312.07 g kcal.100-1. Regarding the amounts of vitamin C (292.59 mg. 100g-1) and anthocyanins (300.54 mg. 100g-1) are high and, as in most of the fruits of the Myrtaceae concentrated in greater proportion the bark. The interest in natural antioxidants has increased considerably in recent years due to their beneficial effects in preventing and reducing the risk of various diseases (Siger et al., 2012). Thus antioxidants that sequester free radicals present high therapeutic potential in diseases such radicals (Turra et al., 2007). The objective of this study was to determine the antioxidant activity of pulp rose apple (Syzygium malaccensis) in unripe and ripe state. Material and Methods To obtain the extract were used pulp rose apple (Syzygium malaccensis (L.) Merryl & Perry) in unripe and ripe state were acquired in Seropédica, Rio de Janeiro, Brazil. Obtaining the extracts The extracts of the rose apple pulps were used 95% ethanol acidified with 1.5 M HCl in the ratio of 85:15 v/v, pH 1.0, obtaining the extraction solution according to the methodology of Fuleki and Francis, (1968).

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DPPH Method The antioxidant activity was determined by the method of DPPH (2.2-definil-1-picrilidrazil) was performed according to the procedure described by Rufino et al. (2007). The absorbance was measured using an UV Spectrophotometer (New Model 2000) at the 517 nm. All experiments were performed in triplicate. The amount of antioxidant activity was expressed as µM of Trolox Equivalent per 100 g of sample (dry basis). The free radical-scavenging (%FRS) of each sample were calculated according to the %FRS according to (Brand-Williams, Cuvelier and Berset, 1995), according to equation 2: Where: AB and AA are absorbance values of blank and sample, respectively. All analysis was performed in triplicate.

B

AB

A

AAFRS

100)(%

� Equation (1)

Results and Discussion In Table 1 are shown the results of analyzis of antioxidant activity of the extracts the pulp rose apple unripe and ripe state.

Table 1. Antioxidant activity of the extracts the pulp rose apple unripe and ripe state.

Extracts Pulp Rose Apple

Analysis Unripe State Ripe State

DPPH 21.02 ± 0.00 µM Eq. Trolox/g sample 20.71 ± 0.00 µM Eq. Trolox/g sample

FRS 89.15 ± 0.00% 88.00 ± 0.00%

The analysis were made in triplicate, having the results as mean±SD (Standard Deviation). **The acronyms presented in Table corresponds to w.b. (wet basis); %FRS (Percent of free radical-scavenging); Eq. (Equivalent); µM (micromolar).

It is observed that both extracts of the rose apple pulps in unripe or ripe stage showed high antioxidant activity and free radical-scavenging, however, the unripe pulp rose apple showed the content relatively greater than the ripe fruit. The value found for percentage of free radical sequestration in unripe pulp rose apple was higher than that found in rose apple leaf evaluated by Savitha, Padmavathy and Sundhararajan (2011), which evaluated the percentage inhibition of DPPH with methanol extract tested in sheet S. malaccensis and aqueous extracts with different concentrations (20; 100 µg/ml) and found that the greatest inhibitory effect was observed in leaf extracts methanol (78.73% to a concentration of 100 μg/ml). These values were also found by the largest Zaouay et al. (2012) who found in pomegranate juices of different varieties, 9.57 to 19.91 µmol L-1 Trolox by FRAP method and 11.91 µmol L-1 Trolox by DPPH method. Shaker (2006) evaluated antioxidative effect of extracts from red grape seed and peel. The antioxidative activity for the peel extract was up to 41.2% for propanal measured by PTR as compared with 17.1% for seed extract.

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The scavenging effects of DPPH and ABTS radicals have been used in the screening of antioxidants including phenolic compounds from foods and natural sources. To measure antioxidant activities of the 80% methanol extract in the seeds of perilla, DPPH and ABTS assays were used in this research. Among different perilla cultivars, the highest DPPH radical scavenging activity was observed for Yeupsil (83%), while Dasil showed the lowest effect with 63% (Lee et al. 2013). Melo et al. (2008), that they accomplished a study with DPPH assay for frozen pulps of some fruits (as west Indian cherry, cashew, spanish prune, guava, mango, Surinam cherry and grape), in which they found values for antioxidant activity superior to 70%. About cajá and graviola pulps the authors founded moderated action (between 70 and 50%), and for pineapple, passion fruit and tangerine a smaller capacity of radical scavenging, in other (less than 50%). Those authors affirmed that the pulps are products are important food products with antioxidant activity. Roesler et al. (2007) they also used DPPH assay in the evaluation of the activity antioxidant at different parts of fruits of Brazilian savannah (araticum, lobeira, cagaita, pequi and chicken fat), and they concluded that the pulps don't present significant antioxidant activity. Different results were found by Kuskoski et al. (2006), using the same methodology (DPPH), with 6,9µM trolox/100g of sample; however. These results were lower than that found in extracts pulp rose apple. Thus, these results suggest that extracts pulp rose apple have the potential to prevent oxidative damage in normal cells due to their antioxidant characteristics. According to Melo et al. (2008) for classification, the fruit pulp that exhibit sequestration capacity of above 70%, between 50 and 70% and below 50% can be considered as strong, moderate and weak sequestration capacity , respectively. Thus, extracts of rose apple pulp, exhibited strong sequestration capacity DPPH. In recent years, the search of biologically active compounds from plants has always been of great interest to scientists looking for new sources of useful drugs against infectious diseases (Dasari et al., 2012). Natural antioxidants, particularly in fruits and vegetables have gained increasing interest among consumers and the scientific community because epidemiological studies have indicated that frequent consumption of natural antioxidants is associated with a lower risk of cardiovascular disease and cancer (Thaipong et al., 2006). Therefore, antioxidants have a vital role in the maintenance of human health and prevention of disease caused by free radicals. Due to the benefits of antioxidants, food and pharmaceutical products are normally enriched with synthetic antioxidants such as BHA, BHT and PG. However, application of these synthetic antioxidants might lead to toxic effects such as carcinogen hence, stronger restrictions have been mandated for their application and there is a trend to substitute synthetic antioxidants with natural antioxidants (Aktumsek et al., 2013; Tan and Shahidi, 2012). In recent years, antioxidants compounds are of great interest in the food industry because of their beneficial effects on human health (Lee et al., 2013). Conclusion Concluded the extract rose apple pulp ripe state in antioxidant activity and free radical-scavenging lower than found in the unripe state pulp rose apple, however, both in ripe state fruits or unripe may contribute to the benefit of feeding can be used as a natural antioxidant. Bibliography Aktumsek, A., Zengin, G., Guler, G.O., Cakmak, Y.S., and Duran, A. (2013). Antioxidant potentials and

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Influencia del enriquecimiento carbónico y la salinidad sobre la producción de tomate cv. Delizia (híbrido RAF)

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Influence of salinity and greenhouse air CO2 enrichment on fruit quality in Raf type tomato (Delizia)

Abstract

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Introducción

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Material y Métodos

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Conclusiones

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Agradecimientos

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Bibliografía

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761

Aplicaciones de la fotografía digital para soluciones agronómicas

D. Escarabajal-Henarejos1, J.M. Molina-Martínez1, E. Truque-Rodríguez1, L. Ruiz-Peñalver1 y A. Ruiz-Canales2

1 Grupo de Investigación en Ingeniería Agromótica y del Mar. Universidad Politécnica de Cartagena.

Pº. Alfonso XIII, 52, 30203 Cartagena (Murcia). E-mail: [email protected] 2 Agua y Energía para una Agricultura Sostenible. Escuela Politécnica Superior de Orihuela. Universidad Miguel Hernández de Elche. Ctra. de Beniel, km 3.2, 03312 Orihuela (Alicante)

Resumen

La fotografía digital y su posterior procesamiento e interpretación permite determinar gran cantidad de información sobre grandes extensiones agrícolas y forestales, convirtiéndose en una herramienta eficaz que posibilita la gestión en tiempo real de grandes extensiones agrícolas con pocas necesidades de recursos. La aplicación agrícola de esta herramienta a escala de parcela permite calcular la fracción de cobertura vegetal, definida como la proporción de suelo intersectado por la proyección vertical de la vegetación. Este parámetro, de gran importancia en el control de la vegetación, está fuertemente relacionado con el crecimiento de los mismos y es ampliamente utilizado para determinar los requerimientos de agua de los cultivos mediante el uso de la metodología FAO-56, ya que la evolución de la fracción de cobertura indica las fases de crecimiento del cultivo.

El objetivo de este trabajo es la obtención de la relación entre el término fracción de cobertura/altura de planta y el coeficiente de cultivo, mediante la aplicación de una nueva metodología basada en el procesamiento digital de imágenes de una cubierta vegetal de lechuga variedad Little Gem, a fin de mostrar la aplicabilidad de la fotografía digital para la determinación de las necesidades hídricas del cultivo.

Palabras clave: procesamiento digital de imágenes, fracción de cobertura, coeficiente de cultivo

Digital photography applications for agronomic solutions

Abstract

Digital photography is becoming a powerful tool that enables a real-time management of large agricultural areas with a few resource requirements. Its subsequent processing and interpretation determines a lot of information over large agricultural and forestry areas. The application of this tool in Agriculture at the farm level allows to calculate the vegetation cover fraction. This parameter is defined as the proportion of land intersected by the vertical projection of vegetation. Vegetation cover fraction has a major importance in vegetation monitoring. Moreover, it is strongly correlated with the growth of a crop. Additionally, it is widely used to determine crops water requirements using FAO-56 methodology. The evolution of cover fraction indicates the phases of crop growth.

The aim of this study is to determine the relationship between the ratio cover fraction versus plant height and crop coefficient. For this purpose a new methodology based on processing the digital image of a plant cover was tested. The variety of lettuce Little Gem was employed in this experiment. This paper shows the applicability of this digital photography methodology for determining crop water requirements.

Keywords: image processing, ground cover, crop coefficient


Las actuales exigencias a las que está sometida la agricultura hacen necesario un compromiso entre producción y sostenibilidad, exigiendo un uso eficiente de los factores de producción y una gestión adecuada de los mismos. El uso del agua, como recurso productivo estratégico cada vez más escaso, hace necesario el desarrollo de nuevas estrategias que permitan una optimización de la gestión de este

762

recurso (Molina-Martínez et al., 2011). En este sentido, la introducción en la agricultura de la imagen digital y su tratamiento informático, debido principalmente a la disminución de costes materiales y la evolución de la óptica digital, está permitiendo optimizar la eficiencia en la utilización de insumos y mejorar la gestión del riego (Blasco et al., 2009).

La forma más comúnmente empleada para cuantificar la demanda de agua de los cultivos es mediante la estimación de la evapotranspiración (ET), que es la cantidad de agua perdida por el cultivo que debe reponerse mediante el riego (Doorenbos y Pruitt, 1977). La ET constituye la mayor proporción de agua aportada con respecto al total de riego aplicado. Por este motivo su cuantificación espacial y temporal es de suma importancia para el manejo del agua en la agricultura, fundamentalmente en zonas donde este recurso es tradicionalmente limitado (López-Urrea et al., 2009). Generalmente, la estimación de la ET se basa en el empleo de un coeficiente de cultivo (Kc), que expresa la relación entre la ET real del cultivo y la ET de un cultivo de referencia (Allen et al., 1998).

Una variable directamente relacionada con el concepto de evapotranspiración es la fracción de cobertura vegetal (Fc), parámetro normalmente obtenido a partir de imágenes digitales por medio de técnicas de procesamiento de imágenes, que han demostrado proporcionar resultados precisos (Congling et al., 2005; Bocco et al., 2012). No obstante, la fracción de cobertura vegetal no es el único parámetro relacionado directamente con el desarrollo de los cultivos, la altura del cultivo también lo está, llegándose a obtener relaciones satisfactorias entre ambos parámetros (Grant et al., 2012; Liu et al., 2011). El empleo conjunto de estos dos parámetros permite la obtención del coeficiente de cultivo (Allen y Pereira, 2009), sin embargo, se obtienen estimaciones demasiado generales, además de requerir cálculos muy complejos.

Una nueva metodología, desarrollada por Fernández-Pacheco et al. (2013) basada en el procesamiento de imágenes digitales, permite la estimación directa del coeficiente de cultivo a partir de fotografías digitales de la cubierta vegetal. El método fue aplicado y validado en un cultivo comercial de lechuga obteniendo resultados satisfactorios. En contraste con otros métodos en la literatura, este método estima en primer lugar la altura de la planta y posteriormente correlaciona el cociente Fc/altura con el coeficiente de cultivo Kc.

En este trabajo se expone el seguimiento llevado a cabo de un cultivo comercial de lechuga (Lactuca sativa L. cv. Little Gem) localizado en San Javier, provincia de Murcia (España), a partir de imágenes digitales, para la obtención de la fracción de cobertura vegetal y su relación con la altura de la planta. Se propuso como objetivo establecer las relaciones propuestas por Fernández-Pacheco et al. (2013) y obtener el coeficiente cultivo para cada etapa de crecimiento. El empleo de la variedad Little Gem queda justificado por el aumento considerable en la superficie cultivada que está experimentando esta variedad, dado el creciente interés comercial por la demanda de este tipo de lechuga para el mercado nacional y exportación.

Material y Métodos

El presente trabajo se efectuó sobre un cultivo comercial de lechuga (Lactuca sativa L. cv. Little Gem), ubicado en San Javier (37º 46’ N, 0º 49’ O, 15 m), provincia de Murcia, España. El periodo de cultivo comprendió 60 días, durante los meses de noviembre y diciembre de 2012. La parcela ocupa una superficie aproximada de 8,3 ha, con plantas colocadas sobre surcos de 1,80 m de ancho y orientados en la dirección norte-sur, con una densidad de plantación de 25 plantas·m-2. El tipo de suelo es clasificado como Xerosol cálcico, pedregosidad común y textura Franco-Arcillo-Arenosa, con una densidad aparente de 1,40 t·m-3 y un contenido en materia orgánica del 2.35%. El riego del cultivo se realizó con aguas procedentes del trasvase Tajo-Segura (C.E. = 2,17 mS·cm-1), mediante un sistema automatizado de riego localizado con cinta de riego de exudación.

Durante el periodo de observación, se llevaron a cabo dos actuaciones paralelas: (a) un seguimiento fotográfico de la cobertura vegetal del cultivo, que proporcionó la fracción de cobertura vegetal (Fc) para cada uno de los días muestreados; y (b) la aplicación del método de la razón de Bowen – Balance

763

de Energía (RBBE) para la determinación de los coeficientes de cultivo (Kc), requeridos en la estimación de las necesidades hídricas del cultivo.

Seguimiento fotográfico de la cobertura vegetal

Para obtener la evolución de la fracción de cobertura vegetal del cultivo, se llevó a cabo un seguimiento fotográfico, en intervalos de 2-3 días, de la cobertura vegetal de 4 parcelas de muestreo de 1,80 m x 1,00 m, elegidas de acuerdo a criterios de representatividad del cultivo y homogeneidad en sus características, evitando la zona externa de plantación para eliminar el efecto borde. Las fotografías se realizaron verticalmente sobre el cultivo a una altura de 1,40 m sobre el nivel del suelo, mediante el empleo de una cámara digital Panasonic modelo Lumix DMC-LX3 con sensor tipo CCD y resolución máxima de 11.3 megapíxeles.

Las imágenes digitales obtenidas fueron sometidas a un proceso de segmentación mediante el empleo del software ENVI® (Environment for Visualizing Images) versión 4.0, desarrollado por Research System Inc. (Boulder, CO, USA). Se trata de un moderno sistema de procesamiento de imágenes diseñado para proporcionar análisis multiespectral de datos obtenidos por teledetección desde aviones y satélites, que ya ha sido aplicado en la estimación de las componentes del balance hídrico del suelo y el estrés hídrico en la cubierta vegetal (Campos et al., 2010). El procesamiento de las imágenes digitales obtenidas en cada una de las parcelas muestreadas proporcionó la fracción de cobertura, tomándose para cada día muestreado el valor medio de las 4 parcelas. Adicionalmente, también se midió la altura media de las plantas a efectos de establecer la relación con la fracción de cobertura.

Determinación de los coeficientes de cultivo Kc

Los coeficientes de cultivo (Kc) se determinaron mediante cociente entre la evapotranspiración del cultivo (ETc) y la evapotranspiración de referencia (ETo), estimada mediante la ecuación de Penman-Monteith (Allen et al., 1998). La evapotranspiración del cultivo (ETc) se determinó estableciendo un Balance de Energía sobre la superficie del cultivo, planteado conforme a la Ecuación (1), forzando su cierre mediante el empleo de la razón de Bowen (Bowen, 1926).

Rn – G = LE + H (1)

Rn es el flujo de radiación neta, G define el flujo de calor en el suelo, LE representa el flujo de calor latente, es decir, la evapotranspiración, y H indica el flujo de calor sensible. El método RBBE requiere calcular la energía disponible (Rn – G) y los gradientes de temperatura y humedad sobre el cultivo. La distribución de la energía entre los flujos de calor sensible (H) y latente (LE) se calculó con la razón de Bowen (β) medida instrumentalmente en campo (Rosenberg et al., 1983; Monteith y Unsworth, 2007), y calculada de acuerdo a la Ecuación (2):

β =H

LE = γ

∆T

∆q (2)

donde, γ es la constante psicrométrica; ΔT y Δq corresponden a los gradientes de temperatura y concentración de vapor de agua a dos alturas. El empleo conjunto de β con la energía disponible permite calcular el término del balance de energía correspondiente a la evapotranspiración del cultivo (LE), tal y como se indica en la Ecuación (3):

LE =(Rn - G)

1 + β (3)

La radiación neta (Rn) fue medida por medio de un radiómetro neto NR-LITE (Campbell Sci. Inst., USA), ubicado a 2 m sobre el suelo. Los gradientes fueron evaluados con sensores en dos brazos, dispuestos en el sentido de la hilera de plantas y separados 45 cm entre si. El brazo inferior se ubicó 50 cm sobre la parte alta de la vegetación. El gradiente de temperatura se evaluó con dos termopares de hilo fino tipo E (cromo–constantan) ASPTC + 107 TP (Campbell Sci. Inst., USA) y el gradiente de

764

humedad se comprobó con un higrómetro de espejo de punto de rocío Almemo®–FHA64DTC1 (Ahlborn Mess, und R., Alemania), compartido por ambos brazos y alimentado alternativamente desde cada altura mediante dos bombas independientes.

Los datos correspondieron a medias de 20 min y se almacenaron en un registrador de datos (data logger) CR1000 (Campbell Sci. Inst., Inglaterra). Los valores se depuraron según la metodología propuesta por Ohmura (1982) y Unland et al. (1996) la cual rechaza valores cercanos a la resolución de los sensores o momentos del día cuando los valores de β están cercanos a –1, por lo que el flujo estimado se hace infinito.


A partir del procesamiento informático de las fotografías obtenidas de la cubierta vegetal, mediante el empleo del software ENVI 4.0, se determinó la fracción de cobertura aplicando un proceso de segmentación que transformó cada fotografía en una imagen pixelada bicolor (Fig. 1). Los píxeles color verde corresponden a vegetación (V) y los de color marrón a terreno (T); así la Fc fue determinada como cociente entre los píxeles correspondientes a vegetación y los píxeles totales: Fc = V/(V+T).

Figura 1. Fotografía digital de la cubierta vegetal de lechuga variedad Little Gem, obtenida con la cámara fotográfica Panasonic Lumix DMC-LX3 y su imagen segmentada correspondiente con el software ENVI®, para el día 25 de cultivo (Fc = 28,1%, h = 7,2 cm).

La evolución de los parámetros fracción de cobertura (Fc) y altura del cultivo (h) durante la duración del cultivo se muestran en la Figura 2a. A partir de estos valores medidos, se obtuvo una ecuación que relaciona la fracción de cobertura vegetal, obtenida mediante fotografía digital, con la altura del cultivo (Fig. 3a). Con la finalidad de evaluar esta ecuación, se realizó un análisis de regresión lineal (Fig. 3b), en el que se obtuvo una pendiente de la recta de regresión lineal muy similar a 1 (0,9592) y un coeficiente de correlación R2 = 0,9925.

Figura 2a. Valores de fracción de cobertura vegetal (Fc) y altura de la planta (h) obtenidos durante el ensayo.

Figura 2b. Valores de coeficiente de cultivo (Kc) y relación fracción de cobertura – altura de la planta (Fc/h) obtenidos durante el ensayo.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

2

4

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Fracción de C

obertura, Fc (%

)

Alt

ura,

h (

cm)

Día de cultivo

Altura Fracción de Cobertura

0

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4

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14

16

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0,2

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Relación F

c/h

Coe

fici

ente

de

Cul

tivo

, Kc

Día de cultivo

Kc Relación Fc/h

765

Figura 3a. Relación entre fracción de cobertura (Fc) y altura de la planta (h) para valores reales y estimados de h.

Figura 3b. Comparación entre los valores de altura de la planta reales (h) y estimados (hest) calculados con la ecuación obtenida.

La Figura 2b muestra los valores de coeficiente de cultivo (Kc) obtenidos por la metodología RBBE, y los valores de la relación fracción de cobertura – altura de la planta (Fc/h). La relación entre ambos parámetros puede definirse, en este caso, por medio de una función de tipo exponencial. No obstante, a fin de establecer la relación entre Kc y Fc, utilizando como única variable la fracción de cobertura obtenida por fotografía digital, se ha optado por emplear la relación Fc/hest, empleando los valores de altura del cultivo estimados (Fig. 4a).

Los valores de Kc calculados mediante el uso de esta estimación se compararon con los valores de Kc reales obtenidos previamente por la metodología RBBE y se llevó a cabo un análisis de regresión lineal (Fig. 4b), en el que se obtuvo una pendiente de la recta de regresión lineal muy similar a 1 (0,9269) y un coeficiente de correlación R2 = 0,96.

Figura 4a. Relación entre la fracción de cobertura – altura del cultivo estimada (Fc/hest) y el coeficiente de cultivo Kc obtenido por el método RBBE.

Figura 4b. Comparación entre los valores de coefi-ciente de cultivo reales (Kc) obtenidos por el método RBBE y estimados con la ecuación obtenida (Kcest).

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 10 20 30 40 50 60 70

h (c

m)

Fc (%)

h estimada h real

hest = 0,9592·h + 0,5101R = 0,9925

4

6

8

10

12

14

16

18

4 6 8 10 12 14 16 18

h est

(cm

)

h (cm)

Kc = 0,4673e0,0603·Fc/hest

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1 3 5 7 9 11 13 15 17

Coe

fici

ente

de

Cul

tivo

, Kc

Relación Fc/hest

Kcest = 0,9269·Kc + 0,0677R = 0,96

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4

Kc e

st

Kc

h =12.3

1+e(5.4-0.1∙Fc) + 6.1

766

Conclusiones

La aplicación de la fotografía digital, y su posterior tratamiento informático, en la obtención de soluciones agronómicas, constituye una herramienta de fácil y rápida aplicación tanto para la investigación como para la gestión de sistemas de riego. En este caso, su aplicación a un cultivo comercial de lechuga en el sureste español, ha permitido relacionar satisfactoriamente el parámetro fracción de cobertura vegetal, obtenida mediante fotografía digital, con el coeficiente de cultivo, empleado directamente en la estimación de las necesidades hídricas del cultivo y programación del riego. La automatización del proceso de obtención de la fracción de cobertura permitiría adaptar el coeficiente de cultivo a las condiciones específicas y temporales de la parcela y de desarrollo del cultivo, proporcionando estimaciones más precisas de volúmenes de riego, con el consecuente ahorro en recursos hídricos y energéticos.

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767

Factores precosecha que afectan a la calidad del fruto de fresa: Nitrógeno y Salinidad.

E. Medrano, P. Lorenzo, M.C. Sánchez-Guerrero, E. Baeza, M.J. Sánchez y M.J. Cabezas.

Centro IFAPA “La Mojonera”. Camino San Nicolás, 1. 04745 Almería e-mail: [email protected]

Resumen

Se estudió el efecto de la salinidad (+NaCl) y la reducción de Nitrógeno (-N) sobre la producción y calidad de fruto de fresa cv. ‘Primoris’ Los tratamientos se aplicaron a partir de un estado de desarrollo de la planta (60 días desde el trasplante) en el que los primeros frutos comenzaron a desarrollarse. La producción de fruto aumentó de forma significativa con el incremento de NaCl en la solución nutritiva de 2 a 7 mmol L-1 y no se vio afectada por la reducción en la concentración de N de 9 a 5 mmol L-1. Se observó una interacción entre la salinidad y la reducción de N sobre el incremento del peso seco de fruto. La reducción de N aumentó la firmeza del fruto y redujo el contenido en ºBrix. La salinidad aumentó el contenido en ºBrix y redujo la acidez del fruto. En la evaluación sensorial se detectaron diferencias significativas en el color y el aroma, la reducción de N proporcionó menos aroma, pero cuando dicha reducción se realizó junto con el aumento de salinidad proporcionó mayor aroma en el fruto de fresa.

Palabras clave: Acidez titulable, Fragaria x ananasa, Estrés salino; Grados Brix.

Preharvest factors that affect strawberry fruit quality: Nitrogen and Salinity.

Abstract

Fruit development and quality in strawberry cv. Primoris were influenced by salinity (+NaCl) and Nitrogen reduction (-N). Treatments were applied at a later stage of plant development (60 days after transplanting) when the first fruits start to develop. As NaCl concentration increased from 2 to 7 mmol L-1, fruit yield increased and did not affect the N reduction from 9 to 5 mmol L-1. There was observed an interaction between salinity and N reduction on the increasing of fruit dry weight. N reduction increased the fruit firmness and promoted less reducing sugars concentration. The fruit content of reducing sugar increased and of the tritable acids decreased after salinity treatment. Sensory evaluation showed significant differences in colour and flavor, the N reduction promoted fewer flavor but the N reduction together with salinity showed more flavor.

Keywords: Fragaria x ananasa, NaCl stress, Tritable acids, Reducing sugar concentration.

Introducción

La fresa es un cultivo sensible a la salinidad pudiendo originar una reducción en la producción de fruto. Giuffrida et al. (2001) obtuvieron una reducción del nº de frutos y su peso fresco al pasar de una conductividad eléctrica (CE) en la solución nutritiva de 2.6 a 4.6 mS cm-1. D’Anna et al. (2003), trabajando en una rango de CE entre 1.5 y 4.5 mS cm-1 obtuvieron mayor nº de frutos y peso seco al pasar de 1.5 a 2.5 mS cm-1 así como un aumento de la firmeza del fruto con el aumento de la CE. En sistema recirculante concentraciones de NaCl de hasta 8 mM no afectaron a la producción (Peralbo y col. 2005). Awang et al. (1993) obtuvieron una mayor calidad de fruto en fresa en condiciones salinas debido a un menor contenido en agua lo cual proporcionó un aumento en el ratio azúcar/ácido. Dichos autores proponen aumentar la salinidad en la fertirrigación una vez que la planta ha alcanzado un desarrollo vegetativo apropiado, dado el antagonismo existente en la planta de fresa entre el desarrollo vegetativo y el generativo. Concentraciones de N en hoja superiores a un 4% promueven el crecimiento vegetativo, retrasa la maduración y provoca pérdida de firmeza. Ojeda-Real et al. (2009) observaron una reducción en el contenido de butilbutanoato y hexilbutanoato, ambos responsables del aroma de la fresa (notas florales y frutales) cuando la concentración de N en la solución nutritiva

768

aportada pasaba de 3 a 6 mmol L-1, así como un aumento en ácido cítrico y disminución del ácido ascórbico lo cual enmascara el sabor dulce. Un alto contenido de N aumenta el contenido de hexanal, ácido cítrico y polifenoles.

El objetivo de este trabajo es intentar conseguir una producción de fresa con alto valor añadido, que se destaque por su sabor. Para ello se ha establecido una diferenciación de la solución nutritiva, al inicio de la fructificación, para comparar cuatro soluciones nutritivas con diferente contenido en N y NaCl y evaluar su efecto en la calidad final del fruto.

Material y Métodos

Las plantas de fresa (Fragaria x ananassa Duch., cv Primoris) fueron cultivadas en un invernadero multitúnel (960 m2) en el Centro IFAPA de La Mojonera (Almería). El cultivo se inició el 14 de octubre de 2011 y finalizó el 29 de abril de 2012. Las plántulas fueron trasplantadas en sustrato de fibra de coco, a una densidad de 10,5 planta m-2, en un sistema hidropónico con recirculación (NGS®), consistente en canales horizontales con una ligera pendiente de 1,5% que soportan una banda de plástico multicapa de polietileno de 22 m de longitud. En la capa superior se dispuso la fibra de coco y una línea de riego con goteros interlínea colocados a 20 cm de distancia y con un caudal de 1,5 L h-1. La capa inferior conduce el drenaje hasta el final de la línea donde es recogido por gravedad en un tanque por cada sector de riego. Dentro del invernadero se establecieron 4 sectores de riego, correspondientes a los cuatro tratamientos evaluados.

El riego se gestionó en función de la radiación solar incidente dentro del invernadero, medida con un piranómetro conectado al controlador de riego (CDN, INTA, Águilas, España) y la activación del riego tenía lugar cuando la integral de radiación (IR, Wh m-2) alcanzaba el valor establecido. Hasta el inicio de fructificación (60 días desde el trasplante) se aplicó una solución nutritiva estándar con una conductividad eléctrica (CE) de 1,7 dS m-1 y un contenido de 9 mmol L-1 de Nitrógeno (N) y 2 mmol L-1 de NaCl. Posteriormente y hasta el final del cultivo se establecieron cuatro tratamientos consistentes en la aplicación de cuatro soluciones nutritivas con diferentes concentraciones de N y NaCl: 9 mmol L-1 N + 2 mmol L-1 NaCl (N9), 5 mmol L-1 N + 2 mmol L-1 NaCl (N5), 9 mmol L-1 N + 7 mmol L-1 NaCl (N9S) y 5 mmol L-1 N + 7 mmol L-1 NaCl (N5S). En cada riego y cada tratamiento se utilizaba la solución lixiviada procedente del tanque de recogida de drenaje correspondiente que era ajustada a la CE de consigna mediante la incorporación de agua, cuando dicha solución se agotaba se procedía a la elaboración de una solución nutritiva nueva.

Se estableció un diseño factorial de dos factores (Nitrógeno y Salinidad) con dos niveles y cuatro repeticiones por tratamiento. La producción se cuantificó en una línea de cultivo con 120 plantas por repetición. La calidad de fruto se evaluó en 10 frutos por repetición y fue determinada el 16 de enero y el 22 de marzo de 2012. El peso seco de fruto se obtuvo mediante secado en estufa a 80ºC durante 48 horas. La textura se determinó mediante un texturómetro (Texture Analyser TA-XT-Plus). La acidez se determinó mediante un titulador (ΩMetrohm) y los ºBrix mediante un refractómetro automático (Smart-1. Atago). Paralelamente a los muestreos de calidad, se estableció un panel de catadores no entrenados para valorar: color, aroma, sabor y firmeza. La valoración fue de 1 (inaceptable) a 5 (perfecto).


La salinidad proporcionó un aumento tanto en la producción precoz de fruto como en la producción total (Tabla 1). En las plantas de fresa existe un antagonismo entre el desarrollo vegetativo y generativo, por lo que un menor desarrollo vegetativo provocado por la salinidad podría haber promovido un mayor desarrollo generativo y por tanto mayor producción de fruto.

Se obtuvo mayor peso fresco de fruto en condiciones salinas cuando se redujo el aporte de N (N5S). Sin embargo en condiciones no salinas la reducción de N no afectó al peso fresco. No hubo diferencias en el contenido de materia seca, por tanto el peso seco de fruto aumentó cuando la salinidad va unida a una reducción de N. Si no se reduce el N la salinidad reduce el peso seco de fruto (N9S). El contenido

769

en ácido cítrico se redujo con la salinidad en el segundo muestreo y en ambos muestreos la salinidad aumentó los ºBrix (Tabla 2). En cuanto al aporte de N, la reducción de N en condiciones no salinas (N5) redujo los ºBrix, pero en condiciones salinas la reducción de N no afectó a los ºBrix. El pH disminuyó al reducir el aporte de N en condiciones no salinas y no hubo diferencias en condiciones salinas. La reducción de N aumentó la firmeza del fruto en condiciones no salinas y no afectó a la firmeza en condiciones salinas (Tabla 3). En el segundo muestreo se observó que la salinidad redujo la firmeza de fruto. En cuanto a luminosidad de fruto (L*) se observó una interacción entre salinidad y reducción de N en el primer muestreo (Tabla 3) de manera que aumentó al reducir N y aumentar salinidad y fue menor cuando se redujo el N en condiciones no salinas.

En el primer muestreo el panel de catadores no detectó diferencias entre tratamientos. En el segundo muestreo (Figura 1) detectaron diferencias en el aroma y el color de los frutos. En condiciones salinas la reducción de N aumentó el aroma, siendo el tratamiento salino con reducción de N (N5S) el mejor puntuado seguido del tratamiento no salino sin reducción de N (N9). El color fue más atractivo al reducir el aporte de N. Las diferencias observadas en las determinaciones de firmeza de fruto no fueron detectadas por el panel de catadores. Tampoco apreciaron el aumento de los ºBrix debido a la salinidad que se obtuvo en las determinaciones de calidad.

Conclusiones

En este trabajo se parte de tres premisas: que la fresa es un cultivo sensible a la salinidad, que la salinidad puede proporcionar una mayor calidad de fruto y que el nitrógeno favorece el desarrollo vegetativo frente al generativo. Con el fin de mejorar la calidad de fruto de fresa sin perjudicar la producción de la misma se establecen tres estrategias basadas en la reducción de nitrógeno y aumento de salinidad en un momento del cultivo en el que ya ha alcanzado un desarrollo vegetativo considerable y comienza el engorde de los primeros frutos, que en nuestro caso fue a los 60 días desde el trasplante.

En cuanto a la producción de fruto, la estrategia que dio mejores resultados fue el incremento de la salinidad, mediante aporte de NaCl, dicha estrategia también aumentó el peso seco del fruto. La mayor producción de fruto en condiciones salinas se puede atribuir a la reducción del crecimiento vegetativo a favor del generativo en una fase en la que el cultivo se encuentra bien desarrollado.

Los parámetros de calidad de fruto analizados han puesto de manifiesto que la reducción de N en condiciones no salinas aumenta la firmeza del fruto, lo cual es un aspecto a tener en cuenta a la hora de la conservación y transporte del fruto. Sin embargo, dicha reducción en el aporte de N, afecta de forma negativa al contenido de azúcares ya que reduce los ºBrix.

La salinidad reduce el contenido de ácido cítrico y aumenta los ºBrix por lo que aumenta el sabor del fruto. En este caso se vuelve a observar una sinergia entre los dos factores analizados, ya que la reducción de N unido al aumento de la salinidad es la estrategia que proporciona mayor contenido de azúcares al fruto.

Agradecimientos

Este trabajo ha sido cofinanciado por el Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera (IFAPA) y al 80% por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional, dentro del Programa Operativo FEDER de Andalucía 2007-2013.

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Tabla 1. Efecto del aporte de Nitrógeno y de la Salinidad así como la interacción entre ambos (N*S) sobre la producción de fruto de fresa.

Letras diferentes en cada columna indican diferencias significativas (* p<0.05, ** p<0,01 y n.s. diferencias no significativas).

Tabla 2. Efecto del aporte de Nitrógeno y de la Salinidad así como la interacción entre ambos (N*S) sobre la calidad del fruto de fresa: pH, % de ácido cítrico y sólidos solubles totales SST.

16 de enero 22 de marzo

pH ácido cítrico (%)

SST (ºBrix)

pH ácido cítrico (%)

SST (ºBrix)

N9 3,78a 0,71 8,71a 2,26 0,96 7,30

N5 3,72b 0,75 7,81b 2,24 0,95 6,90

N9S 3,75ab 0,74 8,64a 2,25 0,91 7,45

N5S 3,77ab 0,76 8,81a 2,24 0,92 7,60

Nitrógeno n.s. n.s. * n.s. n.s. n.s.

Salinidad n.s. n.s. * n.s. * *

N*S * n.s. ** n.s. n.s. n.s.


Producción precoz (hasta 31 de marzo) (g m-2)

Producción total (g m-2)

Materia seca de fruto (%)

Peso fresco de fruto (g fruto-1)

N9 2.708 3.747 9,57 20.45 ab

N5 2.539 3.692 9,42 19.75 b

N9S 2.763 3.904 9,55 19.70 b

N5S 2.810 3.986 9,58 20.90 a

Nitrógeno n.s. n.s. n.s. n.s.

Salinidad * * n.s. n.s.

N*S n.s. n.s. n.s. *

771

Tabla 3. Efecto del aporte de Nitrógeno y de la Salinidad así como la interacción entre ambos (N*S) sobre la textura y la luminosidad del fruto de fresa.

Textura (Newton) Luminosidad (L*)

16 enero 22 marzo 16 enero 22 marzo

N9 3,37 b 3,70 b 40,99 a 41,02

N5 4,00 a 4,08 a 39,78 b 41,17

N9S 3,81 ab 3,72 b 39,99 b 40,92

N5S 3,50 b 3,62 b 41,16 a 40,48

Nitrógeno n,s. n.s. n.s. n.s.

Salinidad n,s. * n.s. n.s.

N*S * * ** n.s.


Figura1. Características sensoriales del fruto de fresa en respuesta a dos niveles de salinidad y de nitrógeno en la solución nutritiva aportada.

0

4

8

12

16

20

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a

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AROMA

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778

Determinación de la penetración NIR en patata

A. López , S. Arazuri, J. Mangado y C. Jarén

Universidad Pública de Navarra, Campus de Arrosadía, 31006, Pamplona, [email protected]

Resumen

La penetración de la radiación NIR está directamente relacionada con la textura de la muestra. Dicha

penetración desciende exponencialmente con la profundidad y es importante que la radiación NIR penetre

los tejidos de la muestra de manera suficiente para medidas de calidad interna.

El efecto interferente de la piel de patata (Solanum tuberosum L.) en la toma de espectros NIR es un tema

de investigación en el desarrollo de métodos de medida no-destructivos y de control de la composición.

Algunos autores han señalado cómo la presencia de la piel no altera la relación entre los datos químicos y

espectroscópicos.

El objetivo de este trabajo es la determinación de la capacidad de penetración de la radiación NIR en

patata y la comprobación de la interferencia o no de la piel en la toma de datos.

Para ello se emplearon muestras de patata de dos variedades comerciales. Para la obtención de los

espectros se utilizó un espectrofotómetro NIR Luminar 5030 de Brimrose con tecnología AOTF. Se

tomaron medidas a diferentes espesores tanto en muestras con piel como sin piel para comprobar la

interferencia de ésta. Se realizaron 10 espectros en cada espesor en el rango espectral 1100-2300 nm.

Los resultados obtenidos demostraron por un lado que la piel no interfiere de manera negativa en la toma

de datos y en la posterior correlación de éstos con los datos químicos y por otro, situaron la capacidad

mínima de penetración de la radiación NIR en patata entre aproximadamente 0.4 y 1mm para las dos

variedades utilizadas.

Palabras clave: Solanum tuberosum L., espectroscopia, infrarrojo.

Determination of NIR penetration in potato

Abstract

The penetration of NIR radiation is directly linked to the sample texture. That penetration decreases

exponentially with the depth and it is very important that the NIR radiation penetrates the sample tissues

sufficiently for quality internal measurements.

The interfering effect of the potato (Solanum tuberosum L.) peel on the acquisition of spectral data is a

matter of investigation in developing methods for non-destructive measurement and control of product

composition. Some authors pointed out that the presence of the peel does not change the correlation

between the spectral and chemical data.

The objective of the present work is to determine NIR penetration depth capacity in potato and verify

whether the peel interferes with the acquisition of the data.

2 varieties of commercially sold potatoes were used in this study. NIR spectral data were collected using

a Luminar 5030 Miniature "Hand held" AOTF-NIR (Acousto-Optic Tunable Filter-Near Infrared)

Analyser (Brimrose) in the reflectance mode. Scans were carried out at different thicknesses both on

peeled and unpeeled samples. A spectral range of 1100-2300 nm was used and 10 scans were made at

each thickness.

779

The results obtained confirmed that the peel does not interfere with the acquisition of the data and with

the following correlation with the chemical data. Moreover, it was possible to establish a NIR penetration

depth between 0.4-1 mm in the two varieties.

Keywords: Solanum tuberosum, spectroscopy, infrared.

Introducción

La penetración de la radiación NIR está directamente relacionada con la textura de la muestra.

Algunos autores han demostrado como la intensidad de la luz detectada en fruta desciende

exponencialmente con la profundidad de la muestra (Birth, 1978; Chen, 1980; Greensill, 2000;

Lammertyn, 2000). Además es importante que la radiación NIR penetre los tejidos de manera

suficiente para poder establecer parámetros de calidad relacionados con la composición interna

de los productos a evaluar (Lammertyn, 2000).

La técnica del infrarrojo cercano (NIRS) es actualmente una de las tecnologías de evaluación no

destructivas más avanzadas (Magwaza, 2012). Las primeras aplicaciones de esta técnica se

remontan a los años 60 y desde entonces se ha empleado de forma exitosa en el análisis

cualitativo y cuantitativo de numerosos productos agrícolas (Davies, 1987; Gunasekaran, 2000;

Nicolaï, 2007). Además, en los últimos años ha ganado una gran aceptación dentro de la

industria de ensayos de materias primas (Arias, 2013).

Diversas investigaciones sobre la capacidad de penetración de la radiación NIR se han llevado a

cabo a lo largo de los últimos años. En 1980, Chen y Nattuvetty estudiaron las propiedades de

transmisión de la luz en manzanas, naranjas y tomates verdes utilizando un fondo negro para

bloquear la luz a través de diferentes regiones de las muestras. Asimismo, Hother et al. (1995)

investigaron las diferencias existentes entre los espectros de reflectancia obtenidos en discos de

manzana de diferentes variedades a diferentes grosores. Los autores establecieron la capacidad

de penetración de la radiación NIR entre 0 y 7mm dependiendo de la variedad. Otro estudio

similar fue el desarrollado por Lammertyn et al. (2000), en dicho estudio, se investigó la

capacidad de penetración de la radiación NIR en muestras de manzanas de la variedad Jonagold.

Estos autores establecieron la capacidad de penetración de la luz entre 2 y 4mm para las

diferentes longitudes de onda. Estos resultados concuerdan con los obtenidos por Hother et al.

(1995) para esa variedad de manzana.

En patata es habitual la aplicación de la técnica NIRS para la predicción de sus principales

componentes (López, 2013), sin embargo; la capacidad de penetración de la radiación NIR no es

un tema muy discutido en bibliografía.

El objetivo de este estudio es la determinación de la capacidad mínima de penetración de la

radiación NIR en patata y la comprobación de la interferencia de la piel en la toma de datos.

Material y Métodos

Previo al desarrollo de este estudio, se realizó un análisis preliminar para determinar la

capacidad de penetración de la radiación NIR en patatas de la variedad Monalisa. Para el

registro de los datos NIR, los tubérculos fueron cortados en dos mitades, una de las cuales se

empleó para la toma de datos con piel mientras que a la otra mitad se le eliminó ésta. A

continuación se realizaron cortes transversales sobre ambas muestras a diferentes espesores

siendo la dimensión inicial de aproximadamente 3 cm. La tabla 1 muestra los diferentes

espesores obtenidos en cada muestra con piel y sin piel.

La toma de datos espectrales se realizó con un espectrofotómetro NIR Luminar 5030 de

Brimrose que utiliza tecnología AOTF en modo reflectancia (R). Los espectros fueron

registrados en el rango espectral de 1100 a 2300 nm a intervalos de 2 nm (601 datos). Cada

780

espectro obtenido es la media de 50. Se tomaron diez espectros por muestra para cada espesor y

se utilizó el valor medio. Para evitar la influencia de la base sobre los espectros de las patatas a

analizar, éstas se colocaron sobre el visor del espectrofotómetro, obteniéndose también el

espectro sin muestra. Esta última información fue utilizada como referencia con el objetivo de

establecer en qué punto la energía en vez de ser reflejada, atraviesa la muestra y el detector no

es capaz de adquirir ninguna información espectral (Figura 1).

Figura 1. Modo de registro de los espectros de reflectancia de las muestras de patata�

Una vez analizados los datos del estudio preliminar (Ver Resultados y discusión) se procedió a

realizar un ensayo definitivo. Para ello se tomaron muestras de dos variedades comerciales,

Universa y Monalisa y se siguió el mismo procedimiento que en el estudio preliminar tomando

espectros en diferentes grosores tanto en muestras con piel como sin piel. Se tomaron 10

espectros en cada espesor de la muestra. La dimensión inicial de la muestra en este caso fue

inferior a 3cm dado que se comprobó en el estudio preliminar que no era necesario un tamaño

mayor. Por ello y con el objetivo de agilizar la toma de datos, las muestras iniciales presentaban

un grosor de aproximadamente 3mm.


La tabla 1 muestra los diferentes espesores de las muestras donde se registraron los datos NIR,

para las muestras con y sin piel. En ambos casos, los últimos espectros fueron registrados sin

muestra, se pueden observar en las figuras 2a y 2b cómo éstos difieren claramente del resto. En

el caso de las muestras con piel, los penúltimos datos corresponden a tan sólo la piel (0.44mm)

y como se observa en la figura 2a, los espectros obtenidos con ese espesor de muestra también

presentan una forma diferente al resto. Esto se traduce en que cuando se registran datos con sólo

la piel, la luz incidente atraviesa la muestra y parte de la energía se pierde. En la figura 1

observamos que a partir de la longitud de onda 1300nm, los picos del espectro de la piel

coinciden con los picos de los espectros de piel+carne, pero el nivel radiación reflejada es muy

inferior en el caso de “sólo piel”. Por tanto, según este resultado, se puede afirmar que la piel no

interfiere a la hora de registrar datos NIR en patata.

En cuanto a los espectros de las muestras sin piel, se observa claramente cómo todos tienen un

comportamiento muy similar entre ellos y diferente a los espectros de referencia sin importar el

grosor de la muestra.

781

Por tanto, los resultados obtenidos en este ensayo preliminar demuestran cómo la radiación NIR

es capaz de penetrar en muestras de patata y ser reflejada por muy fina que sea dicha muestra.

Atendiendo a éste ensayo, se establece la capacidad mínima de penetración en torno a 1mm.

Tabla 1. Espesor de las muestras con piel y sin piel. Ensayo preliminar

Una vez presentados los resultados del ensayo preliminar, pasamos a la descripción de los

resultados del ensayo definitivo. En la tabla 2 se muestran los diferentes espesores empleados en

la toma de datos NIR para las dos variedades (Universa y Monalisa) tanto con piel como sin

piel. En todos los casos, los últimos espectros fueron registrados sin muestra, se pueden

observar en las figuras 3a -3d cómo éstos difieren claramente del resto. Estos datos concuerdan

con los obtenidos en el estudio preliminar.

En la variedad Monalisa los resultados obtenidos son similares a los del estudio preliminar. Para

las muestras con piel, los espectros de diferentes espesores muestran un comportamiento

similar, excepto los registrados sobre tan sólo la piel y al aire. En las muestras sin piel, no se

observan diferencias en los espectros adquiridos a diferentes espesores exceptuando los de

referencia. En ambas muestras el espesor mínimo de toma de datos se situó entre 0.4-0.58mm.

En cuanto a la variedad Universa, los resultados obtenidos también concuerdan con los del

estudio preliminar. Como se observa en la figura 3c, los espectros obtenidos a diferentes

grosores de las muestras con piel, desde 3.27mm hasta 1.04mm presentan un comportamiento

similar. En las muestras sin piel, el último espesor del cual se obtuvo un espectro se situó en

0.49mm. Por tanto, para esta variedad la capacidad de penetración se situó entre

aproximadamente 0.50 y 1mm.

Monalisa

Espesor con piel (mm)

Espesor sin piel (mm)

30.75 31.98

30.17 30.43

25.30 29.51

22.94 22.90

20.91 20.67

19.77 17.70

16.93 16.39

15.99 15.21

11.60 12.91

10.73 11.88

9.50 8.94

7.60 7.22

6.22 6.04

5.36 4.76

4.40 3.56

2.26 2.39

0.44 (Sólo piel) 1.06

0.00 0.00

Espectros sobre la piel

Espectros al aire Figura 2(a). Espectros de reflectancia de las muestras con piel

Espectros

sobre

piel+carne

Figura 2(b). Espectros sin piel Espectros al aire

782

Tabla 2. Espesor de las muestras con piel y sin piel. Ensayo definitivo.

Monalisa Universa





3.34 2.86 3.27 2.97

2.75 2.02 2.32 1.50

1.62 1.33 1.87 0.78

1.08 0.86 1.04 0.49

0.58 0.40 0.15 (sólo piel) 0.00

0.14 (sólo piel) 0.00 0.00

0.00

Conclusiones

Una vez realizado el análisis de los resultados de este estudio, se concluye por una parte que la

presencia de la piel en patata no interfiere en la toma de datos NIR y por otra, sitúa la

penetración mínima de la radiación entre aproximadamente 0.4-1mm.

Tanto en el estudio preliminar como en el definitivo, los espectros de reflectancia registrados

sobre la piel de las muestras presentan un comportamiento muy diferente a los registrados sobre

el conjunto piel y carne, reflejando menos la luz. Por tanto, esta radiación atraviesa la muestra y

no es reflejada. De la misma manera, en ambos estudios, el último espesor del cual se obtuvo un

espectro de aspecto igual al resto se situó entre aproximadamente 0.40 y 1mm.

Figura 3(b). Espectros variedad Monalisa sin piel

Figura 3(c). Espectros variedad Universa con piel

Figura 3(d). Espectros variedad Universa sin piel

Espectros sobre la piel Espectros sobre la piel

Figura 3(a). Espectros variedad Monalisa con piel

783

Agradecimientos

A los autores nos gustaría agradecer al Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria

y Alimentaria por la financiación del Proyecto Mejora Genética de la patata: caracterización del material por tecnología NIRS (RTA 2011-00018-C03-03). Asimismo, a la Universidad

Pública de Navarra por la concesión de una ayuda predoctoral de investigación.

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784

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Boas práticas agroecológicas em horticultura urbana

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Abstract

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Resultados e discussão

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Conclusões

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Bibliografia

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790

Detección de firmeza en berenjena (Solanum melogena) durante la manipulación con una garra robotizada

C. Blanes 1, C. Gómez2, C. Ortiz2, P. Beltrán 1 y M. Mellado1

1 Instituto de Automática e Informática Industrial.�Universitat Politècnica de València, Camino de vera s/n

46022Valencia (España) [email protected] 2 Dpto. Ingeniería Rural y Agroalimentaria. Universidad Politécnica de Valencia, Camino de vera s/n

46022Valencia (España) [email protected] Resumen

La firmeza es uno de los parámetros de calidad más importante de los productos hortofrutícolas. El almacenamiento de las berenjenas produce un deterioro de los parámetros de calidad de firmeza de la piel y de la pulpa. Tanto el consumidor final como los operarios que manipulan los productos distinguen la firmeza de los productos al palparlos con la mano. Los sistemas de manipulación robotizada pueden ser también capaces de “palpar” los productos al cogerlos para clasificarlos. En este trabajo se ha abordado la clasificación de berenjenas en categorías de calidad según su nivel de firmeza.

En un primer experimento preliminar un lote de 10 berenjenas de la variedad ‘Negra alargada’ fueron manipuladas con una garra neumática paralela acoplada a un robot. Posteriormente se evaluó el daño a las 0 horas, 24 horas, 7 días y 14 días.

En un segundo experimento un lote de 30 berenjenas de la variedad ‘Negra alargada’ fueron preclasificadas en 3 lotes de 10 unidades, según su firmeza estimada visualmente. En el experimento, la firmeza fue medida por medio de acelerómetros, empleados como sensores, acoplados a los dedos de la garra y de forma destructiva como resistencia a punción de la piel y como resistencia a compresión del fruto entero. Además se midió peso, calibre máximo, longitud y sólidos solubles de la pulpa en ambos ensayos.

Los resultados mostraron como de las berenjenas manipuladas en el primer ensayo solo una de 10 mostró un daño ligero en la piel. Y ninguna presentó corte de la piel.

En el segundo experimento las categorías de firmeza preestablecidas fueron corregidas según el dendograma de la clasificación no supervisada de las berenjenas en función de los parámetros destructivos de resistencia a punción y a compresión. Posteriormente se realizó un análisis discriminante para la clasificación de los frutos, en las categorías de firmeza corregidas, según la energía registrada por los acelerómetros y la máxima deceleración registrada, resultando un 90 % de frutos correctamente clasificados.

Los resultados han demostrado la posibilidad de clasificar las berenjenas en niveles de firmeza según los parámetros medidos en la manipulación robotizada.

Palabras firmeza, manipulación robot, Solanum melogena, sensor táctil, no destructivo

Aubergine (Solanum melogena) firmness detection using a robot gripper during

handling

Abstract

Fruit and vegetables firmness is one of the most important quality parameters. Aubergine (Solanum melogena) storage could reduce fruit quality, especially skin and flesh firmness. Final consumers and handling workers are capable to evaluate product firmness just by touching. Robotic handling systems could also evaluate product firmness when handling to sort them. In this research work, aubergine sorting according to their firmness during robot handling has been assessed.

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In a first experiment ten aubergines of the ‘Negra alargada’ variety were handed with a parallel pneumatic gripper attached to a robot. Fruit damage was evaluated after 0 hours, 24 hours, 1 week and two weeks of storage.

In a second experiment, thirty aubergines, of the ‘Negra alargada’ variety, were pre-classified into three groups according to their firmness visually estimated. In the experiment, the non-destructive firmness was measured with accelerometers attached to the robot gripper jaws and the destructive firmness as the skin puncture resistance and the flesh compression resistance. In addition, weight, diameter, length and soluble solid content were measured.

The first experiment showed that only one fruit was slightly damaged. Furthermore, none of them showed skin cuts. In the second experiment, the firmness categories were corrected based on the dendogram of the aubergine non supervised classification according to destructive puncture and compression resistance. In a second step, a discriminant analysis was carried out to classify the fruits in the corrected firmness categories according to the energy recorded by accelerometers attached to the gripper and the maximum deceleration, showing a 90% of corrected classified fruits.

Results have shown the possibility of aubergine classification into firmness categories according to the parameters obtained during robot handling.

Keywords: firmness, robot gripper, Solanum melogena, tactile sensing, non-destructive.


Firmeza y sólidos solubles son dos parámetros fundamentales para determinar la calidad de los productos hortofrutícolas. El test Magness-Taylor (Magness and Taylor, 1925) es la medida de la firmeza de los productos hortofrutícolas utilizada de forma estandarizada en la industria. Sin embargo, al tratarse de una técnica destructiva, se puede emplear para muestreo y no como un sistema de medida para clasificaciones en línea de productos.

En las últimas décadas, se han ido desarrollado numerosos trabajos para evaluar firmeza de forma no destructiva mediante métodos mecánicos incluyendo fuerza-deformación, impacto y sonido (Peng, y Lu, 2007). También se han producido avances significativos en infrarrojo cercano y otras técnicas no destructivas, utilizándose en líneas de confección para clasificar productos hortofrutícolas. Sin embargo estás técnicas no pueden proporcionar una medida satisfactoria de firmeza (Peng y Lu, 2008).

Después de la recolección las frutas y verduras se someten a distintas operaciones de manipulación pos-cosecha antes de llegar al consumidor. La frescura y la calidad de los productos, fundamentales para el consumidor, se ven afectadas por el paso del tiempo, la forma de manipulación y las condiciones ambientales. En estos procesos es muy importante medir y controlar la calidad de los productos. Sin embargo, el uso de inspecciones manuales mediante expertos es hoy en día inviable (Ruiz-Altisent et al., 2010). Actualmente el uso de robots para operaciones pick & place (P&P) de empaquetado en el sector hortofrutícola es muy precario (Wilson, 2010). Sin embargo, el empleo de robots ha permitido aportar ventajas en coste, repetitividad y fiabilidad en los procesos industriales donde se ha implantado (Blanes et al., 2011). Además la incorporación de sensores táctiles permite abrir nuevas expectativas a la manipulación robotizada (Tegin and Wikander, 2005).

En el presente trabajo se plantea el objetivo de diseñar una garra robot sensorizada para la manipulación y clasificación de berenjenas. Los sensores son acelerómetros que, fijados en los dedos de la garra, permiten la clasificación de las berenjenas según su firmeza. Se han empleado acelerómetros en lugar de sensores de presión ya que con estos se evita el contacto directo sensor-producto, el sensor está fuera del riesgo de ser dañado o desgastado con el uso. Los acelerómetros son fácilmente aplicables a casi cualquier tipo de garra independientemente de la forma de sus dedos, son más simples de integrar al emplearse un único sensor por dedo en lugar de una disposición matricial de sensores de presión y proporcionan datos generales del contacto del dedo contra el producto.

792

Material y Métodos

Se llevaron a cabo dos experimentos.

En un experimento preliminar un lote de 10 berenjenas de la variedad ‘Negra alargada’ seleccionadas de un establecimiento comercial, fueron manipuladas con una garra neumática paralela acoplada a un robot. La garrra está diseñada específicamente para una rápida manipulación tipo P&P. Esta acoplada a un robot ABB IRB 340. Dispone de dos cilindros neumáticos que impulsan los tres dedos de la garra y una ventosa. Dos de los dedos y la ventosa se mueven solidariamente a un cilindro neumático. La fuerza de cierre se ajusta mediante la presión neumática y la velocidad por medio de reguladores de caudal. Los dedos de la garra están hechos en plástico y pueden girar respecto a un eje vertical adaptándose a la forma de la berenjena. La presión y velocidad han sido ajustadas para garantizar el agarre correcto sin generar daños. El robot se encarga de coger la berenjena desde una cinta transportadora, elevar el producto y poner en funcionamiento la ventosa. La berenjena queda entonces solidaria a dos de los dedos gracias a la ventosa, posteriormente se efectúan un bucle de cinco ciclos con 0,04 segundos de apertura, posterior cierre y un tiempo de espera de 0,3 segundos. Este ensayo ajusta la presión y velocidad de la garra empleada en posteriores experimentos. Posteriormente se evaluó el daño a las 0 horas, 24 horas, 7 días y 14 días.

Figura 1. Configuración de la garra y localización de los acelerómetros A, B y C.

En un segundo experimento un lote de 30 berenjenas de la variedad ‘Negra alargada’, seleccionadas de un establecimiento comercial, fueron clasificados previamente en 3 lotes de 10 unidades, según su firmeza estimada mediante compresión manual. Posteriormente esta clasificación fue corregida mediante la medición de la firmeza instrumental destructiva. En el experimento, la firmeza fue medida de forma no destructiva con los acelerómetros de la garra y de forma destructivas. Cada uno de los dedos de la garra tiene adosados un acelerómetro biaxial ADXL278 con un rango de +/-50g. Las señales de deceleración que registran los acelerómetros (Ax, Ay, Bx, By, Cx, Cy) son recogidas y enviadas a un ordenador por medio de una tarjeta de adquisición de datos USB NI 6210. La velocidad de adquisición es de 30 Khz por canal y el número de muestras recogidas es de 8KS. Las señales pasan por un filtro de paso bajo de 1500Hz. Un programa realizado en LabVIEW es el encargado recoger y procesar las señales. La señal del primer agarre inicial se desprecia ya que está muy influenciada por el

793

ruido que genera el arrastre del producto con la cinta y el giro de los dedos de la garra para adaptarse a la forma del producto. Las señales procesadas en los 5 siguientes agarres permiten obtener la energía media por canal (VmAx, VmAy, VmBx, VmBy VmCx, VmCy), la energía media total por acelerómetro (VmA, VmB, VmC), la energía total registrada (VmTotal) y la deceleración máxima por canal (MaxAx, MaxAy, MaxBx, MaxBy, MaxCx, MaxCy).

La firmeza de referencia de forma destructiva se midió como resistencia a punción de la piel y como resistencia a compresión del fruto entero. Se utilizó una máquina universal de ensayos (Ibertest, www.ibertestint.com) a la que se acopló un dinamómetro digital de rango de fuerzas de 0 N a 500 N (Andilog Centor, www.andilog.com), con precisión del 0,1 %, frecuencia de muestreo de 1,000 Hz y resolución de 0,1 N). La velocidad de bajada del vástago intercambiable fue de 0,001 m/s.

En el ensayo de punción se utilizó un vástago cilíndrico de aguja de 0,0015 m de diámetro. En el ensayo de compresión se utilizó un vástago plano, formado por un disco de 0,0200 m de diámetro y de 0,0050 m de altura.

Además se midió peso, calibre máximo, longitud y sólidos solubles de la pulpa en ambos ensayos.


Los resultados del ensayo preliminar mostraron como de las berenjenas manipuladas en el primer ensayo solo una de 10 mostró un daño ligero en la piel. Y ninguna presentó corte de la piel.

En el segundo experimento las tres categorías de firmeza preestablecidas fueron corregidas según el dendograma de la clasificación no supervisada de las berenjenas en función de los parámetros destructivos de resistencia a punción y a compresión, figura 1. Basándose en el gráfico de distancia de aglomeración se determinaron dos categorías no supervisadas, en lugar de las tres preestablecidas. Una correspondiente a los frutos muy poco firmes (1), con 9 berenjenas, y otra correspondiente a los frutos firmes (2), con 21 berenjenas. Estos resultados ponen de manifiesto como la clasificación inicial mediante análisis visual y tacto manual, no se corresponde con los valores de firmeza registrados destructivamente de forma mecánica. Las piezas de categorías extremas (muy firmes y poco firmes) habían sido preclasificados correctamente con la compresión manual. Sin embargo, la categoría preestablecida como de firmeza intermedia fue considerada dentro de las firmes mediante la clasificación no supervisada basada en los parámetros destructivos de firmeza.

DendrogramaMétodo Vecino más Cercano,Euclidean Cuadrado

Dis

tanc

ia

0

0,3

0,6

0,9

1,2

1,5

1,8

1 23 4 5 67 8910 11 121314 151617 1819 20212223 2425 26 27 28 2930

794

Figura 1. Dendograma de la clasificación no supervisada, mediante el método del vecino más cercano, (euclídeo cuadrado)

Posteriormente se realizó un análisis discriminante para la clasificación de los frutos, en las dos categorías de firmeza corregidas establecidas en la clasificación no supervisada (1 poco firmes, 2 firmes). La función discriminante fue estadísticamente significativa con un valor de p<0,05 (intervalo de confianza 95%).

Los resultados muestran un 90 % de frutos correctamente clasificados, tabla 1. El sistema falló clasificando tres frutos firmes como poco firmes. Sin embrago, cabe destacar como todos los frutos de la categoría de poco firmes (1) fueron correctamente clasificados.

Tabla 1. Tabla de clasificación del análisis discriminante de las dos categorías de firmeza en función de las variables de aceleración y energía de los acelerómetros de la garra robot. Grupo 1 berenjenas poco firmes y

grupo 2 berenjenas firmes.

Grupo de firmeza Tamaño Pronóstico grupo de firmeza 1 2

1 9 9 (100,0%) 0 (0,0%) 2 21 3 (14,3%) 18 (85,7%)

Tabla 2. Coeficientes estandarizados de las variables utilizadas en la función discriminante de la clasificación de las dos categorías de firmeza.

Variables utilizadas

Vmtotal -129857,0 VmC 75255,9 VmB 61841,8 VmA 19355,6 VmBy 56,7 VmCy -4,0 VmAx 3,2 MaxAx -2,8 VmBx 2,6

Las variables de mayor peso son las energéticas siendo solo significativa la aceleración máxima del acelerómetro A en componente X. La variable energía media total Vmtotal, que es el valor de la suma energética registrada por el conjunto de los dedos, es la que mejor clasifica los productos. Las energías que registran los acelerómetros de forma independiente por canal son menos significativas que las registradas por el conjunto de los canales de cada acelerómetro biaxial VmA, VmB y VmC. El empleo de informaciones puntuales, como son las deceleraciones máximas, no son capaces de clasificar correctamente las berenjenas.

Conclusiones

Los resultados muestran la posibilidad de clasificar las berenjenas en niveles de firmeza según los parámetros medidos mediante los acelerómetros colocados en la garra robot de la manipulación robotizada. Las variables que integran una mayor información de los diversos acelerómetros son las más capacitadas para clasificar los productos. Las variables de mayor peso son las energéticas. Conjuntamente con el análisis de un mayor número de muestras, las mejoras se deben centrar en el uso de la energía total registrada y en la mejora de la garra y del software de procesado de las señales para atenuar, en la medida de lo posible, los ruidos y mejorar la repetitividad. La garra robot clasifica un 90

795

% de frutos correctamente. Los fallos se produjeron clasificando frutos firmes como poco firmes. Sin embargo, todos los frutos poco firmes fueron correctamente clasificados.

Agradecimientos

Bibliografía

Blanes, C., Mellado, M., Ortiz, C., and Valera, A. (2011). Review. Technologies for robot grippers in pick and place operations for fresh fruits and vegetables. Spanish Journal of Agricultural Research 9(4), 1130-1141

Magness, J.R. and G.F. Taylor. 1925. Unimproved type of pressure tester for the detemination of fruit maturity. U.S. Dept. Agr. Circ.350, p. 8.

Peng, Y., and Lu, R. (2007). Prediction of apple fruit firmness and soluble solids content using characteristics of multispectral scattering images. Journal of Food Engineering 82, 142-152

Peng, Y, and Lu, R. (2008). Analysis of spatially resolved hyperspectral scattering images for assessing apple fruit firmness and soluble solids content. Postharvest Biology and Technology 48, 52–62

Ruiz-Altisent, M., Ruiz-García, L., Moreda, G.P., Renfu Lu, Hernandez-Sánchez, N., Correa, E.C.,; Diezma, B., Nicolaï, B., García-Ramos, J. (2010). Sensors for product characterization and quality of specialty crops- A review. Computers and Electronics in Agriculture 74, 176-194

Tegin, J., and Wikander, J. (2005) Tactile sensing in intelligent robotic manipulation–a review. Industrial Robot 32, 64-70

Wilson, M (2010) Developments in robot applications for food manufacturing. Industrial Robot 37, 498-502

796

Modelización del crecimiento de lechuga ‘Little Gem’ para su aplicación en gestión de riego

D. Escarabajal-Henarejos1, J.M. Molina-Martínez1, E. Truque-Rodríguez1,

L. Ruiz-Peñalver1 y A. Ruiz-Canales2

1 Grupo de Investigación en Ingeniería Agromótica y del Mar. Universidad Politécnica de Cartagena. Pº. Alfonso XIII, 52, 30203 Cartagena (Murcia). E-mail: [email protected]

2 Agua y Energía para una Agricultura Sostenible. Escuela Politécnica Superior de Orihuela. Universidad Miguel Hernández de Elche. Ctra. de Beniel, km 3.2, 03312 Orihuela (Alicante)

Resumen

Los modelos de simulación empleados en agronomía describen la dinámica de crecimiento de los cultivos en relación con el medio ambiente, y permiten la determinación de variables capaces de describir el estado del cultivo en diferentes estadios temporales, por ejemplo, la etapa de desarrollo, la profundidad radicular, fracción de cobertura vegetal, etc. A su vez, las variables obtenidas a partir de estos modelos se utilizan en la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos, previamente a la programación del riego. En muchos casos, los modelos utilizados no se corresponden con las técnicas de manejo del cultivo y la zona climática en la que se aplican, empleándose modelos aproximados que proporcionan variables que difieren sustancialmente de los valores reales, por lo que requieren de una calibración.

En el presente trabajo se ha llevado a cabo una modelización de las variables profundidad radicular y altura de la planta de un cultivo de lechuga variedad Little Gem, en función de la variable fracción de cobertura vegetal, fácilmente determinable por metodologías basadas en fotografía digital, obteniendo resultados satisfactorios. Además, a partir de la altura del cultivo y la fracción de cobertura se han determinado los coeficientes de cultivo requeridos en la estimación de la evapotranspiración mediante la metodología FAO-56. Los modelos deducidos pueden ser aplicados en futuros cultivos con el objetivo de ajustar las estimaciones de necesidades hídricas a las necesidades reales del cultivo.

Palabras clave: fracción de cobertura, altura de la planta, profundidad radicular, coeficiente de cultivo

Modeling the growth of lettuce Little Gem for application in irrigation management

Abstract

Simulation models employed in agronomy describes crop growth dynamics relating to the environment, and allow the determination of variables able to describe the culture state at different temporal stages, for example, development stage, root depth, ground cover, etc. At the same time, variables obtained from these models are used in determining the water requirements, prior to irrigation scheduling. In many cases, the models used not correspond to crop management techniques and climate zone in which they are applied, using approximate models that provide variables that differs substantially from the actual values, and therefore requires a calibration.

In the present study a modeling of root depth and height of lettuce ‘Little Gem’ cultivar has been made, being a function of the ground cover, easily determinable by digital photography based methodologies, obtaining satisfactory results. Furthermore, from the crop height and ground cover crop coefficients required in the estimation methodology evapotranspiration by FAO-56 were determined. Derivated models can be applied in future crops in order to adjust estimated water needs to the real needs.

Keywords: ground cover, plant height, root depth, crop coefficient

797


La lechuga es uno de los cultivos más importantes de España, siendo la Región de Murcia la primera productora y comercializadora/exportadora de la Comunidad Europea. La gran presencia del cultivo de la lechuga en la horticultura regional lleva consigo una constate innovación tecnológica mediante el desarrollo de nuevos sistemas agromóticos, no sólo a nivel de tecnología de cultivo sino también en las técnicas de recolección en campo y post-recolección, que propician una gran distribución, conservando perfectamente sus propiedades cualitativas y organolépticas.

Comúnmente se riega prescindiendo de métodos científicos de programación, y las aplicaciones generalmente exceden las necesidades hídricas del cultivo. El agua es un recurso cada vez más escaso, y por tanto es necesario el desarrollo de estrategias que permitan la optimización de la gestión del riego (Molina-Martínez et al., 2011).

La evapotranspiración (ET) se calcula normalmente como el producto de la evapotranspiración de referencia (ETo), que representa las variaciones diarias del tiempo, por un coeficiente de cultivo (Kc), que representa el desarrollo del cultivo y la frecuencia de riego (Doorenbos y Pruitt, 1977). La ET constituye el mayor empleo de agua con respecto al total de riego aplicado, y por este motivo su cuantificación espacial y temporal es de suma importancia para el manejo del agua en la agricultura, fundamentalmente en zonas donde este recurso es tradicionalmente limitado (López-Urrea et al., 2009). Los valores tabulados de Kc se utilizan a menudo con éxito en una amplia gama de aplicaciones agrícolas. La transferibilidad de los valores de Kc se apoya, en el caso de la ETo, por una ecuación que ajusta Kc al clima como una función de la humedad relativa diaria mínima, velocidad del viento, y la altura del cultivo (Allen et al., 1998).

La medida de Kc depende, por tanto, de las características particulares de crecimiento del cultivo (Jensen et al., 1990) y la gestión del riego durante el periodo de cultivo (Allen et al., 1998) Para conseguir una buena gestión del agua y una mínima variabilidad aplicando las curvas de coeficiente de cultivo tabuladas en la literatura, por lo general se requiere de algún tipo de ajuste para cada ubicación concreta. Este ajuste se lleva a cabo mediante el método de Allen y Pereira (2009), donde el coeficiente total del cultivo, Kc se calcula a partir de Kcb, que representa principalmente el componente de transpiración de ET; y un pequeño componente de evaporación de los suelos, Ke, que es un coeficiente de ajuste para incrementos en la evaporación tras la lluvia o el riego. Este procedimiento se ha denominado enfoque dual de Kc (Allen et al. 1998, 2005).

Los objetivos de este estudio son la modelización de las variables que intervienen en la determinación de las necesidades de agua de lechuga cv. ‘Little Gem’ en el sureste de España mediante el uso de la metodología de la FAO-56, y la determinación de los coeficientes de cultivo adaptados a las técnicas de manejo del cultivo y zona climática.

Material y Métodos

El presente trabajo se llevó a cabo sobre un cultivo comercial de lechuga (Lactuca sativa L. cv Little Gem), ubicado en San Javier (37º 46’ N, 0º 49’ O, 15 m), provincia de Murcia, España. El periodo de cultivo comprendió 60 días, durante los meses de noviembre y diciembre de 2012. La parcela ocupa una superficie aproximada de 8,3 ha, con plantas colocadas sobre surcos de 1,80 m de ancho y orientados en la dirección norte-sur, con una densidad de plantación de 25 plantas·m-2. El tipo de suelo es clasificado como Xerosol cálcico, pedregosidad común y textura Franco-Arcillo-Arenosa, con una densidad aparente de 1,40 t·m-3 y un contenido en materia orgánica del 2,35%. El riego del cultivo se realizó con aguas procedentes del trasvase Tajo-Segura (C.E. = 2,17 mS·cm-1), mediante un sistema automatizado de riego localizado con cinta de riego de exudación.

Durante el periodo de observación se delimitaron 4 parcelas de muestreo, representativas del cultivo, en cada una de las cuales se determinó la altura de la planta (h) y la profundidad radicular (z) medias, con un flexómetro, tomándose para cada día muestreado el valor medio de las 4 parcelas. También se

798

determinó la fracción de cobertura vegetal en cada una de la parcelas, mediante fotografías digitales realizadas verticalmente sobre el cultivo a una altura de 1,40 m sobre el nivel del suelo, mediante el empleo de una cámara digital Panasonic modelo Lumix DMC-LX3 con sensor tipo CCD y resolución máxima de 11.3 megapíxeles. El parámetro fracción de cobertura vegetal se obtuvo posteriormente tras someter las imágenes digitales obtenidas a un proceso de segmentación mediante el empleo del software ENVI (Environment for Visualizing Images) versión 4.0, desarrollado por Research System Inc. (Boulder, CO, USA).

Los parámetros de crecimiento fueron ajustados mediante el empleo del modelo estadístico de regresión logística, cuyo resultado es una curva de evolución ajustada a una función sigmoide del tipo:

y =a

1+eb+cx + d (1)

donde los coeficientes a, b, c y d fueron determinados experimentalmente para cada uno de los parámetros. En base a estos coeficientes se construyeron las curvas de crecimiento.

Para calcular el coeficiente de cultivo Kc a partir de la fracción de cobertura del suelo y la altura del cultivo, se empleó la metodología propuesta por Allen y Pereira (2009). Kc es el resultado de la suma de dos coeficientes: Kcb, que representa las condiciones reales de cobertura de suelo y que se estima principalmente como una función de la altura del cultivo; y Ke que representa la evaporación de fondo del suelo, proporcionando un medio para estimar los cambios en los valores de Kc con el cambio en la fracción de tierra cubierta de vegetación.


La evolución de los parámetros fracción de cobertura (Fc), altura del cultivo (h) y profundidad radicular (z) durante la duración del cultivo se muestran en las Figuras 1a y 1b. A partir de estos valores, se obtuvo una ecuación que relaciona la fracción de cobertura vegetal con la altura del cultivo (Fig. 2a). Dado que el p-valor es inferior a 0,1; existe relación estadísticamente significativa entre hest y h para un nivel de confianza del 90%. La recta de regresión obtenida (Fig. 2b) es:

hest = 0,9592·h + 0,5101

con un error estándar, �m= 0,13 cm, y un coeficiente de determinación, R2 = 0,9925.

El valor de la pendiente, próximo a la unidad (0,9592), y el de la ordenada en el origen, cercano a cero (0,51), muestran la calidad de la estimación de la altura a partir de la Fc propuesto por el modelo.

Figura 1a. Valores de fracción de cobertura vegetal (Fc) y altura de la planta (h) obtenidos durante el ensayo.

Figura 1b. Valores de profundidad radicular (z) obtenidos durante el ensayo.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Fracción de C

obertura, Fc (%

)

Alt

ura,

h (

cm)

Día de cultivo

Altura Fracción de Cobertura0

5

10

15

20

25

300 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Pro

fund

idad

rad

icul

ar, z

(cm

)

Día de cultivo

Prof. Radicular

799

Figura 2a. Relación entre fracción de cobertura (Fc) y altura de la planta (h) para valores reales y estimados de h.

Figura 2b. Comparación entre los valores de altura de la planta reales (h) y estimados (hest) calculados con la ecuación obtenida.

De igual manera se llevo a cabo la relación entre z y Fc (Figura 3a). La recta de regresión obtenida (Fig. 3b) es:

zest = 0,9935·z + 0,0969

con un error estándar, �m= 0,45 cm, y un coeficiente de determinación, R2 = 0,9928.

El valor de la pendiente se encuentra próximo a la unidad (0,9935), y el de la ordenada en el origen cercano a cero (0,0969), muestran la calidad de la estimación de la profundidad radicular a partir de la Fc propuesto por el modelo, pudiendo concluir que se con la ecuación obtenida se podría predecir el desarrollo diario del sistema radicular del cultivo, consiguiendo obtener un balance hídrico más ajustado y eficiente.

Figura 3a. Relación entre fracción de cobertura (Fc) y profundidad radicular (z) para valores reales y estimados de z.

Figura 3b. Comparación entre los valores de profundidad radicular reales (z) y estimados (zest) calculados con la ecuación obtenida.

A partir de los datos obtenidos en campo, se calculó el coeficiente de cultivo Kc, obteniéndose que la mayor parte de este se debe al propio cultivo (Kcb), mientras que el resto se debe a la evaporación del suelo (Ke), que desciende a medida que se incrementa la fracción de cobertura (Figura 3).

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 10 20 30 40 50 60 70

h (c

m)

Fc (%)

h estimada h real

hest = 0,9592·h + 0,5101R = 0,9925

4

6

8

10

12

14

16

18

4 6 8 10 12 14 16 18

h est

(cm

)

h (cm)

0

5

10

15

20

25

300 10 20 30 40 50 60 70

Pro

fund

idad

rad

icua

l, z

(cm

)

Fc (%)

z real z estimada

zest = 0,9935·z + 0,0969R = 0,9928

5

10

15

20

25

30

5 10 15 20 25 30

z est

(cm

)

z (cm)

h =12,3

1+e(5,4-0,1∙Fc) + 6,1

z =94,5

1+e(2,9-0,03∙Fc) + 0,06

800

Figura 4. Evolución diaria del coeficiente de evaporación del suelo, Ke, coeficiente cultural basal, Kcb, y coeficiente global de cultivo, Kc, durante el ciclo del cultivo de lechuga variedad “Little Gem”.

Las fases fenológicas del cultivo quedan bien definidas, correspondiendo los 10 primeros días al estado inicial de desarrollo o plántula con Kcini = 0,55; los siguientes 22 días se produce un incremento durante la fase de desarrollo o roseta; 28 días más para la etapa media correspondiente al momento del acogollado con Kcmed=1,15 (Figura 4).

Conclusiones

La fracción de cobertura del suelo constituye un parámetro de crecimiento vegetal de sencilla y rápida determinación, gracias a la aplicación de técnicas de tratamiento digital de imágenes. Por otra parte, el parámetro profundidad radicular es requerido a la hora de establecer el balance hídrico en el suelo, previo paso a la programación del riego; además, la altura de la planta junto a la fracción de cobertura, permiten determinar aplicando una metodología específica, los coeficientes de cultivo adaptados a las técnicas de manejo propias del cultivo y zona climática, requeridos en la estimación de la evapotrans-piración por aplicación de la metodología FAO-56.

En el trabajo llevado a cabo sobre un cultivo comercial de lechuga variedad “Little Gem” en el sureste español, se ha logrado relacionar satisfactoriamente el parámetro fracción de cobertura vegetal con la profundidad radicular y altura de la planta y se han determinado los coeficientes de cultivo específicos del cultivo. Los coeficientes y ecuaciones obtenidas serán empleados en futuras campañas para realizar un mejor ajuste de las estimaciones de los requerimientos hídricos del cultivo y llevar a cabo una gestión más eficiente del agua de riego.

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0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Coe

fici

ente

de

Cul

tivo

, Kc

Día de cultivo

Kc Kcb Ke

Inicial Desarrollo/Roseta Media/Acogollado

801

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802

Propiedades físicas de los cítricos destinados al consumo fresco según las

condiciones de almacenamiento relacionadas con su manejo mecánico

C. Ortiz 1, M. Bou1 y A. Torregrosa1

1 Dpto. Ingeniería Rural y Agroalimentaria. Universidad Politécnica de Valencia, Camino de vera s/n

46022Valencia (España) [email protected] Resumen

Las operaciones de manipulación mecanizada de cítricos destinados al consumo fresco se ven limitadas por la susceptibilidad de los frutos al daño mecánico. Las propiedades de resistencia al daño mecánico se ven afectadas por las condiciones de almacenamiento previo a la manipulación. El objetivo del presente trabajo fue, determinar la influencia de la variedad, y de las condiciones de almacenamiento en la resistencia al daño de los cítricos.

Cuatro variedades de cítricos, dos de ellas en dos estados de madurez fueron evaluadas, ‘Ortanique’, ‘Valencia late’, ‘Valencia late’ sobre-madura, ‘Orogrande’, ‘Marisol’ y ‘Marisol’ sobre-madura.

Se llevaron a cabo dos ensayos: ensayo de daños por caída libre (30 frutos/muestra) y ensayo de propiedades físicas (15 frutos/muestra). Cuatro lotes de frutos fueron almacenados 48 horas previamente a la toma de medidas, bajo dos condiciones de humedad relativa (alta 80%-95% y media 50%-80%) y dos temperaturas (cámara 4ºC-7ºC y ambiente 16ºC-25ºC). En el ensayo de propiedades físicas, se evaluó: compresión, punción con aguja y esfuerzo cortante.

El nivel de resistencia de las distintas variedades al daño mecánico es significativamente diferente. La variedad de mayor resistencia a punción y a compresión (‘Valencia late’) presentó el menor nivel de daños mecánicos en el ensayo de caída libre. Así mismo, la variedad con mayor nivel de daños en el ensayo de caída libre (‘Marisol’ sobre-madura) coincide con la que presenta menor resistencia a punción y a compresión. Cuanto más madura está la fruta, mayor susceptibilidad a daños, observándose el efecto tanto en la variedad más sensible, ‘Marisol’, como en la menos sensible, ‘Valencia late’.

Para todas las variedades, los frutos almacenados en cámara frigorífica presentaron valores de resistencia a punción y a compresión significativamente mayores que los frutos almacenados a temperatura ambiente. De la misma manera, los frutos almacenados bajo condiciones de humedad alta presentaron valores de resistencia a punción y a compresión significativamente mayores que los frutos almacenados bajo condiciones de humedad media.

La resistencia al daño mecánico, y por consiguiente a la recolección y pos-recolección mecanizada, está condicionada principalmente por la variedad, por las características mecánicas de resistencia de ésta y por las condiciones del almacenamiento previo a la manipulación. Existen variedades (como ‘Ortanique’ o ‘Valencia late’) cuyas características mecánicas de resistencia las hacen adecuadas para una recolección mecanizada.

Palabras clave: manipulación mecanizada, cítricos, propiedades físicas, almacenamiento

Physical properties of fresh market citrus fruits under different storage conditions related to mechanical handling

Abstract

Fresh market citrus mechanical handling is restricted by fruit damage susceptibility. Fruit mechanical damage resistance is modified by the storage conditions before handling. The objective of this research study was to determine the effect of variety and storage conditions on citrus resistance to mechanical damage.

Four citrus varieties, two of them in two different maturity stages were tested ‘Ortanique’, ‘Valencia late’, ‘Valencia late’ overripe, ‘Orogrande’, ‘Marisol’ and ‘Marisol’ overripe.

Two different experiments were carried out: free dropping experiment (30 fruits/sample) and physical properties experiment (15 fruit/sample). Four sets of fruits were stored during 48 hours before taking the measurements,

803

two relative humidity conditions (high 80%-95% and medium 50%-80%) and two temperature conditions (refrigerated 4 C-7 C y environment 16 C-25 C). In the physical properties test, puncture resistance, compression resistance and shear resistance were measured.

Significant differences were found in the damage resistance of the varieties. The variety with the highest puncture resistance (‘Valencia late’) had the lowest fruit damage percentage in the dropping test. In the same way, the variety with the highest damage percentage in the dropping test (‘Marisol’ overripe) had the lowest puncture resistance. An increase in the maturity stage implied an increase in the damage susceptibility.

For all the varieties, refrigerated fruit had significantly higher puncture and compression resistance than the fruits stored under environmental conditions. Furthermore, fruits stored under high relative humidity conditions presented higher puncture and compression resistance than those stored under medium relative humidity conditions.

Citrus fruit damage resistance, and harvest and postharvest mechanical harvesting resistance are related to the variety and to the storage conditions before handling. Because of the different mechanical properties of the citrus varieties, some of them , as ‘Ortanique’ and ‘Valencia late’, could be adequate for mechanical harvesting.

Keywords: mechanical handling, citrus fruit, physical properties, storage


En España, debido al destino de los cítricos para consumo fresco y a las condiciones de las parcelas, la recolección se realiza de forma manual, Torregrosa et al. (2009). Los costes de la recolección manual representan el 50% del total de los costes del cultivo, Juste et al. (2000).

Con el nivel actual de precios de los cítricos se está estudiando la viabilidad de utilizar sistemas mecanizados de recolección y recepción que puedan disminuir los costes y hacer más rentable este cultivo (Torregrosa et al., 2009; Gil-Ribes, Blanco-Roldan y Castro-García, 2009; Ortiz y Torregrosa, 2013)

La mecanización de la recolección produce daños en los cítricos que deben minimizarse para la correcta comercialización de la fruta. Según Ortiz, Torregrosa y Blasco (2011) la utilización de superficies amortiguadoras de recepción de la fruta puede reducir de forma significativa el daño producido en los frutos en la recolección mecanizada.

Las propiedades físicas de resistencia mecánica de los frutos están relacionadas con su susceptibilidad a daños en la manipulación en recolección y pos-recolección, Singh y Reddy (2006). Por esta razón, en los ensayos de estimación de la agresividad de los equipos de manipulación en cosecha y pos-cosecha de productos hortofrutícolas se miden los parámetros mecánicos de los frutos (entre otros Timm y Guyer (1998), García-Ramos et al. (2004) y Arazuri, Arana y Jarén (2010)). Además, la susceptibilidad a daños de un producto está condicionada por la características de temperatura y humedad.

El objetivo del presente trabajo es evaluar la relación entre las características físico-mecánicas de varias variedades de frutos cítricos y la susceptibilidad al daño mecánico por impacto bajo diferentes condiciones de almacenamiento previo (temperatura y humedad).

Material y Métodos

Cuatro variedades de cítricos, dos de ellas en dos estados de madurez fueron evaluadas, ‘Ortanique’, ‘Valencia late’, ‘Valencia late’ sobre-madura, ‘Orogrande’, ‘Marisol’ y ‘Marisol’ sobre-madura.

Cuatro lotes de frutos fueron almacenados las 48 horas previas a la toma de medidas, bajo dos condiciones de humedad relativa (alta 80%-95% y media 50%-80%) y dos temperaturas (cámara 4ºC-7ºC y ambiente 16ºC-25ºC). Se llevaron a cabo dos ensayos: ensayo de daños por caída libre (con 30 frutos de cada lote) y ensayo de propiedades físicas (con 15 frutos de cada lote).

804

En el ensayo de caída libre los frutos se dejaban caer sin impulso desde 2 m de altura sobre un cajón de campo de polietileno vacío.

En el ensayo de propiedades físicas, se evaluó: compresión con disco plano del fruto entero, punción con aguja de la piel del fruto entero y esfuerzo de corte de un fragmento de piel. Se utilizó una máquina universal de ensayos (Ibertest, www.ibertestint.com) a la que se acopló un dinamómetro digital de rango de fuerzas de 0 N a 500 N (Andilog Centor, www.andilog.com), con precisión del 0,1 %, frecuencia de muestreo de 1,000 Hz y resolución de 1/10,000 FS). La velocidad de bajada del vástago intercambiable fue de 0,001 m/s

En el ensayo de compresión se utilizó un vástago plano, formado por un disco de 0,0200 m de diámetro y de 0,0050 m de altura. En el ensayo de punción un vástago cilíndrico de aguja de 0,0015 m de diámetro. Y en el ensayo de esfuerzo cortante un vástago formado por una mordaza que sujeta una cuchilla comercial (dimensiones 0,0480 m x 0,0230 m, con un filo de 0,0370 m) cortaba el fragmento de piel (0,0400 m x 0,0200 m) sujeto mediante dos placas que lo aprisionan.


Se pueden apreciar diferencias significativas en el porcentaje de daño por impacto registrado en el ensayo de caída libre por las distintas variedades, tabla 1. La resistencia al daño mecánico relacionada con el daño en la recolección y pos-recolección mecanizada está condicionada por la variedad y por las características mecánicas de resistencia de ésta.

Tabla 1. Valor medio de daños (%) en caída libre según la variedad. Variedad Valor medio de daños (%)

‘Valencia late’ 0,0a ‘Marisol’ 6,0ab ‘Orogrande’ 8,0 ab ‘Valencia late’ sobremadura 8,3 ab ‘Ortanique’ 10,3b ‘Marisol’ sobremadura 22,5c

(Medias con igual letra expresan que no hay diferencias significativas para p = 0,05 (según el test de Duncan).

La variedad que mayor resistencia a compresión presentó fue ‘Valencia late’, y la que menor ‘Marisol’ sobremadura, figura 1. La tendencia se repite en la resistencia a punción y a esfuerzo cortante. Este hecho pone de manifiesto la menor resistencia de las frutas de la variedad ‘Marisol’ a daños por compresión, punción o corte comparada con ‘Valencia late’.

805

Figura 1. Medias de la fuerza máxima de compresión por unidad de deformación según variedades para las diferentes condiciones de almacenamiento previo (temperatura ambiente (AMB), temperatura de cámara frigorífica (CAM), humedad alta (HUM) y humedad media (SEC)).

Se comprueba como la variedad de mayor resistencia a compresión, punción y corte (‘Valencia late’) presentó el menor nivel de daños mecánicos en el ensayo de caída libre, tabla 2. Así mismo se observa como la variedad con mayor nivel de daños en el ensayo de caída libre (‘Marisol’ sobre-madura) coincide con la que presenta menor resistencia a compresión, punción y corte.

La variedad ‘Marisol’ sobre-madura cuya fuerza media en compresión por unidad de deformación es significativamente menor que las de las otras variedades (1,8 N/mm de ‘Marisol’ sobre-madura, frente a 5,5 N/mm y 6,1 N/mm de ‘Valencia late’ sobre-madura y ‘Valencia late’ respectivamente), presentó un porcentaje de frutos dañados, en el ensayo de caída libre, de 22,5% comparado con porcentajes menores del 10% en las otras variedades. Además, en trabajos previos realizados desprendiendo mecánicamente los cítricos sobre suelo desnudo en campo ya se comprobó como la variedad ‘Marisol’ presentaba un porcentaje de frutos dañados de 12 %, la variedad ‘Orogrande’ 8% y ‘Valencia late’ menor de un 3% (López Quevedo, 2009; Torregrosa et al., 2012).

Tabla 2. Medias de la fuerza máxima de resistencia a compresión por unidad de deformación (N/mm) para las distintas variedades según las condiciones de almacenamiento previo temperatura ambiente (AMB),

temperatura de cámara frigorífica (CAM), humedad alta (HUM) y humedad media (SEC).

Variedad Temperatura Humedad Fmax

(N/mm) Según

Variedad Según

Temperatura Según

Humedad

‘Valencia late’

AMB HUM 5,88 6,09a 5,82a 6,08a SEC 5,75

CAM

HUM 6,28 6,37b SEC 6,47 6,11a

‘Valencia late’ “sobremadura”

AMB

HUM 5,14 5,45b 4,98a 5,57a SEC 4,81

CAM

HUM 6,00 5,92b SEC 5,84 5,33b

‘Marisol’

AMB

HUM 3,67 3,75c 3,46a 3,89a SEC 3,26

CAM

HUM 4,12 4,03b SEC 3,94 3,60b

AMB HUM 2,79 2,51d 2,57a 2,34a ‘Orogrande’ SEC 2,34

CAM HUM 2,55 2,45a SEC 2,35 2,67a AMB HUM 1,98 1,75e 1,71a 2,03a

‘Marisol’ SEC 1,44 sobremadura CAM HUM 2,08 1,79a

SEC 1,51 1,48b ��

806

Para todas las variedades se ha apreciado una tendencia a aumentar la resistencia a compresión, punción y corte (medida como pendiente fuerza deformación) de los lotes con mayor humedad y menor temperatura de almacenamiento.

En el caso del factor temperatura de almacenamiento previo, se observa como todas las variedades presentaron más resistencia a compresión las frutas almacenadas previamente a menor temperatura (cámara frigorífica). Este factor mostró un efecto significativo en la variable fuerza de compresión por unidad de deformación, en las variedades ‘Valencia late’, ‘Valencia late’ sobre-madura y ‘Marisol’, tabla 1. Sin embargo este hecho no se ha podido confirmar en el porcentaje de frutos dañados en el ensayo de caída libre según el almacenamiento previo, probablemente debido al reducido tamaño de las muestras.

En el caso del factor humedad de almacenamiento previo, para la variedad ‘Valencia late’ y ‘Orogrande’ no se demostraron diferencias significativas de resistencia a compresión. Siendo en las otras variedades los lotes almacenados previamente con humedad alta los que presentaron una resistencia a compresión significativamente mayor que los lotes de humedad media. En las variedades que presentaron diferencias significativas en el valor de resistencia a compresión según la humedad de almacenamiento previo, los frutos mantenidos con humedad alta presentaron mayor resistencia que los mantenidos en ambiente más seco.

Conclusiones

Las propiedades físico-mecánicas de los frutos cítricos dependen de la variedad. La resistencia al daño mecánico está condicionada por la variedad y por las características mecánicas de resistencia de éstas. La sensibilidad al daño en la manipulación mecanizada en cosecha y pos-cosecha de los cítricos dependerá de cada variedad y del estado de la variedad en el momento de recolección.

Un almacenamiento previo de los frutos modifica sus propiedades físicas-mecánicas. Humedades altas y temperaturas refrigeradas previas a la manipulación mecanizada de los cítricos estudiados mejoran las características de resistencia a compresión del fruto entero y a punción de la piel (medidas como relación fuerza deformación), mejorando la resistencia a daños. Esta tendencia se ha confirmado en todas las variedades estudiadas.

No se han podido relacionar las condiciones de almacenamiento previo con el porcentaje de frutos dañados en el ensayo de caída libre, probablemente debido al reducido tamaño de las muestras.

Existen variedades cuyas características mecánicas de resistencia las hacen adecuadas para una recolección mecanizada. Estos resultados confirman aquellos obtenidos estudiando el daño mecánico en campo de distintas variedades recogidas mecánicamente (Llatzer, 2013) en las variedades de naranjas como ‘Ortanique’ o ‘Valencia late’ que presentaron una alta resistencia a daño en la recolección mecanizada.

Agradecimientos

Este trabajo ha sido subvencionado por el Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA) mediante el proyecto “Optimización de los parámetros que afectan al desprendimiento y recogida de frutos cítricos mediante procedimientos mecánicos” (RTA2009-00118-C02-02) y cofinanciado con fondos europeos FEDER.

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808

Crecimiento, producción y calidad de la fruta de cuatro cultivares de ciruelo japonés (Prunus salicina Lindl.) en manejo ecológico y convencional.

L. F. Pérez-Romero, F. T. Arroyo, C. Santamaría, M. Camacho, A. Daza

IFAPA Centro “Las Torres-Tomejil”, Apdo. Oficial, 41200 Alcalá del Río (Sevilla),

[email protected]

Resumen

El ciruelo japonés (Prunus salicina Lindl.) es un especie rústica dentro de los frutales de hueso que presenta

buenas posibilidades para su adaptación al cultivo ecológico. En este trabajo se ha evaluado durante el año 2012

el crecimiento, la producción y la calidad de la fruta en cuatro cultivares comerciales de ciruelo japonés,

plantados en el año 2005 en dos parcelas similares en la finca experimental del IFAPA, Centro “Las Torres-

Tomejil” en Alcalá del Río (Sevilla). Una de las parcelas ha estado manejada en producción ecológica y la otra

en producción convencional. Los parámetros de crecimiento analizados han sido: altura del árbol, perímetro de la

copa, áreas de la sección transversal del tronco (TCSA) y de las ramas principales, crecimiento de ramos y peso

de los restos de poda. Se analizaron los siguientes parámetros de calidad de la fruta: color, peso, diámetro,

firmeza, concentración de sólidos solubles y acidez. Los resultados han mostrado que los árboles de la plantación

en manejo convencional alcanzaron mayor altura y perímetro de copa y tuvieron mayores TCSAs, tanto en el

tronco como en las ramas principales. El crecimiento vegetativo de los ramos fue mayor en el manejo

convencional, aunque este resultado en algunos casos se vio influenciado por el número de frutos que contuvo

cada ramo. El peso de los restos de poda fue significativamente mayor en la parcela convencional. La producción

de los cuatro cultivares en el manejo convencional fue superior al obtenido en manejo ecológico, sobre todo en el

caso del cultivar ‘Friar’, que llegó a triplicarla. En relación con la calidad de la fruta, la ciruela ecológica tuvo un

peso ligeramente superior y mayor diámetro medio en los cultivares ‘Red Beaut’ y ‘Showtime’, mientras que la

fruta de los cultivares ‘Souvenir’ y ‘Friar’ tuvo un mayor peso y diámetro en el tratamiento convencional. La

concentración de sólidos solubles fue superior en la fruta ecológica, existiendo diferencias significativas en los

cultivares ‘Friar’ y ‘Showtime’. La firmeza fue superior en las ciruelas ecológicas y apenas se han observado

diferencias relevantes en el color y la acidez.

Palabras clave: Prunus salicina Lindl., fruticultura ecológica, crecimiento del árbol,

producción, calidad de la fruta

Growth, yield and fruit quality parameters of four Japanese plum cultivars (Prunus

salicina Lindl.) organic and conventionally managed

Abstract

The Japanese plum (Prunus salicina Lindl.) is a rustic species among the stone fruit trees that has good potential

for adaptation to organic farming methods. During the year 2012 it was assessed the growth, production and fruit

quality of four commercial cultivars of Japanese plum in two similar plots planted in 2005 in the experimental

farm of IFAPA, Centro "Las Torres-Tomejil" in Alcalá del Río (Seville). A parcel has been managed from the

beginning in organic production system and the other in conventional system. The growth parameters determined

were: tree height, cross-sectional areas of the trunk (TCSA) and the main branches, twig growth and weight of

prunings. The following parameters were analyzed for fruit quality: color, weight, size, firmness, soluble solids

and acidity. The results have shown that conventionally managed trees reached greater height and had higher

cross-sectional areas both in the trunk and the main branches. The vegetative growth of the twigs was higher in

the conventionally managed treatment, although in some cases this result was influenced by the number of fruits

which contained each twig. The weight of pruning was significantly higher in the conventional plot. The

production of the four cultivars in conventional management was higher than in organic management, especially

809

in the case of 'Friar', three times more productive in the conventionally managed orchard. Regarding the quality

of the fruit, organic plums of 'Red Beaut' and 'Showtime' cultivars had weights slightly higher and larger

diameters while plums of 'Souvenir' and 'Friar' cultivars had higher weight and diameter in the conventional

treatment. The soluble solid concentration was higher in the organic fruit with significant differences in 'Friar'

and 'Showtime' cultivars. The firmness was higher in organic plums and hardly relevant differences were

observed in the color and acidity.

Keywords: Prunus salicina Lindl., organic fruit growing, tree growth, yield, fruit quality.

Introducción

En los últimos años ha surgido un interés creciente por una agricultura más sostenible y respetuosa con

el medioambiente y que sea capaz de proporcionar alimentos más sanos, sabrosos y nutritivos (Nesme

et al., 2006). Uno de los sistemas agrarios que mejor responde a esta demanda social es la producción

ecológica, regulada en Europa desde hace más de dos décadas. Una de las debilidades de los sistemas

ecológicos es su menor rendimiento en relación con el de los sistemas agrarios convencionales (de

Ponti et al., 2011; Daza et al., 2012). Con la finalidad de conocer mejor los aspectos de la fisiología

vegetal que pueden estar detrás de esta problemática se ha realizado un estudio comparado, ecológico

versus convencional, de una serie de variables relacionadas con el crecimiento, el vigor, la producción

y la calidad de cuatro cultivares comerciales de ciruelo japonés, dos de ellos de porte vigoroso y los

otros dos de porte pequeño-medio.

Material y Métodos

El estudio se ha realizado durante el año 2012 en dos parcelas experimentales ubicadas en la finca

experimental del IFAPA, Centro “Las Torres-Tomejil” en Alcalá del Río (Sevilla). En cada parcela

hay plantados desde 2005 18 árboles de los siguientes cultivares comerciales de ciruelo japonés:

‘Souvenir’, ‘Red Beaut’, ‘Friar’ y ‘Showtime’, que están distribuidos siguiendo un diseño aleatorio de

tres repeticiones, contando, pues, cada repetición con seis árboles de cada variedad.

Se midieron la altura del árbol y el perímetro de la copa en el momento de inicio del crecimiento tras

el reposo invernal, en el mes de febrero, y después del ciclo de crecimiento vegetativo, en el mes de

septiembre. Para calcular el TCSA del tronco, al final del crecimiento anual, en el mes de noviembre,

se midió el perímetro del mismo, 20 cm por encima del punto de injerto, y para el TCSA de las ramas

principales se midió el perímetro 15 cm por encima del punto de inserción de las ramas. Los restos de

poda se reunieron en haces y se pesaron en una balanza de plataforma amplia. Para calcular el

crecimiento de los ramos, se eligieron 12 ramos de un año, con un diámetro medio de 3,5 mm, y se

marcaron con pintura a unos 15 cm del ápice, cuando el árbol aún se encontraba en reposo. En tres

fechas distintas a lo largo del ciclo de crecimiento vegetativo se cortaron y se determinaron sus pesos

fresco y seco.

En relación con los parámetros de calidad de la fruta, se determinó el peso mediante una balanza de

precisión Mettler PJ6000 y los diámetros polar, de sutura y ecuatorial con un calibrador digital

Mitutoyo CD-15CR. El tamaño se definió como la media de los tres diámetros indicados. Las

coordenadas de color CIE 1976 L*a*b* se midieron con un colorímetro Minolta CR-300. La

concentración de sólidos solubles (ºBrix) se midió con un refractómetro digital ATAGO PR-101 y la

acidez se determinó sobre la pulpa batida y diluida en agua destilada, titulándola con NaOH 0,1 N

hasta alcanzar un pH de 8,1. La firmeza se midió con un penetrómetro 53205 TR di Turoni & C. Snc.

El análisis estadístico se realizó con el programa informático Statistix (version 9.0, NH Analytical

Software, USA).

810


Los resultados han puesto de manifiesto la existencia de un mayor vigor de los árboles en el

tratamiento convencional frente al ecológico, ya que tanto el crecimiento en altura como el perímetro

de la copa fueron significativamente mayores en dicho tratamiento para las cuatro variedades; esto se

pone de manifiesto con especial claridad cuando se calcularon las diferencias generadas durante el

periodo de crecimiento y las ratios entre los dos sistemas de manejo (Tablas 1 y 2).

Tabla 1. Altura (A) en metros de los árboles al comienzo (1), al final del ciclo (2) y diferencias (A2-A1) en producción ecológica (PE) y convencional (PC)

A1 A2 A2-A1 Cultivar/tratamiento

PE PC PE PC PE PC PC/PE ‘Souvenir’ 2.44 b 2.61 a 3.51 b 4.11 a 1.07 b 1.50 a 1.40

‘Red Beaut’ 2.52 b 2.64 a 3.83 b 4.26 a 1.31 b 1.62 a 1.23

‘Friar’ 2.32 b 2.45 a 3.72 b 4.12 a 1.40 b 1.67 a 1.19

‘Showtime’ 2.37 a 2.47 a

3.18 b 3.63 a

0.81 b 1.16 a 1.43

Para cada parámetro y cultivar, los valores con letras diferentes indican la existencia de una diferencia

significativa (p< 0,05)

Tabla 2. Perímetro (P) en metros de los árboles al comienzo (1), al final del ciclo (2)y diferencias (P2-P1) en producción ecológica (PE) y convencional (PC)

P1 P2 P2-P1 Cultivar/tratamiento

PE PC PE PC PE PC PC/PE ‘Souvenir’ 6.42 b 6.92 a 9.04 b 10.91 a 2.62 b 3.99 a 1.52

‘Red Beaut’ 6.42 b 7.24 a 8.19 b 10.11 a 1.77 b 2.87 a 1.62

‘Friar’ 4.98 b 5.69 a 6.09 b 7.43 a 1.11 b 1.74 a 1.56

‘Showtime’ 5.23 a 5.39 a

6.59 b 7.36 a

1.36 b 1.97 a 1.44


significativa (p< 0,05)

Este mayor vigor también se evidenció por un mayor TCSA en el tronco y en las ramas principales y

mayor peso de los restos de poda en las cuatro variedades en el tratamiento convencional (Tabla 3).

Tabla 3. Área de la sección transversal del tronco (TCSA) de las ramas (RCSA) y peso de los restos de poda

TCSA tronco (cm2) TCSA ramas (cm2) Peso poda (kg) Cultivar/tratamiento

PE PC PE PC PE PC ‘Souvenir’ 91,35 b 111,73 a 91,35 b 111,73 a 112,14 b 254,14 a

‘Red Beaut’ 80,33 a 92,56 a 80,33 a 92,56 a 128,06 b 232,06 a

‘Friar’ 40,40 b 56,56 a 40,40 b 56,56 a 43,39 b 92,42 a

‘Showtime’ 45,97 b 66,36 a 45,97 b 66,36 a 31,03 a 62,19 a


significativa (p < 0,05).

El crecimiento vegetativo y fructífero en los ramos marcados fue superior en todas las variedades en el

tratamiento convencional, a excepción de ‘Red Beaut’ en la tercera fecha de muestreo, donde fue

ligeramente superior en el tratamiento ecológico (Tabla 4).

811

Tabla 4. Peso fresco (PF) medio de la rama con fruto en tres fechas diferentes del ciclo 23/4/12 (1), 30/4/12 (2) y 29/5/12 (3) en producción ecológica (PE) y convencional (PC)

PF1 PF2 PF3 Cultivar/tratamiento

PE PC PE PC PE PC ‘Souvenir’ 23,38 a 40,49 a 26,29 a 43,58 a 70,63 a 87,02 a

‘Red Beaut’ 23,75 a 30,07 a 19,77 a 21,40 a 73,57 a 67,79 a

‘Friar’ 18,47 a 42,44 a 17,03 b 50,66 a 50,81 a 172,78 a

‘Showtime’ 23,72 a 49,07 a 21,76 b 58,50 a 52,03 b 225,31 a

Para cada parámetro y cultivar, los valores con letras diferentes indican la existencia de una

diferencia significativa (p < 0,05).

El crecimiento vegetativo de las ramas seleccionadas sin frutos, fue superior en el tratamiento

convencional en los tres momentos de muestreo para las variedades ‘Friar’ y ‘Showtime’; por el

contrario, los cultivares ‘Souvenir’ y ‘Red Beaut’ tuvieron un mayor peso en el tratamiento ecológico,

probablemente debido a la gran cantidad de frutos que contenían las ramas del tratamiento

convencional (Tabla 5).

Tabla 5. Peso fresco (PF) medio de la rama sin fruto en tres fechas diferentes del ciclo 23/4/12 (1), 30/4/12 (2) y 29/5/12 (3) en producción ecológica (PE) y convencional (PC)

PF1 PF2 PF3 Cultivar/tratamiento

PE PC PE PC PE PC ‘Souvenir’ 11,36 a 15,38 a 15,09 a 12,80 a 55,96 a 45,37 a

‘Red Beaut’ 17,19 a 13,60 a 15,34 a 12,15 a 41,46 a 39,51 a

‘Friar’ 10,92 a 12,41 a 15,91 a 17,98 a 23,04 a 33,90 a

‘Showtime’ 17,58 b 23,7 a 19,48 a 21,00 a 42,47 a 23,97 a

Para cada parámetro y cultivar, los valores con letras diferentes indican la existencia de una

diferencia significativa (p < 0,05).

La producción fue superior en el tratamiento convencional (Tabla 6), tal y como se había apreciado en

los años anteriores (Pérez-Romero et al., 2012).

Tabla 6. Rendimientos en producción ecológica (PE) y convencional (PC) en el año 2012 de los cuatro cultivares estudiados

Kg/árbol* Kg/ha** Cultivar/tratamiento

PE PC PE PC ‘Souvenir’ 19,00 b 54,33 a 10.830 b 30.968 a

‘Red Beaut’ 24,00 a 38,66 a 13.680 a 22.036 a

‘Friar’ 12,33 b 36,66 a 8.211 b 24.415 a

‘Showtime’ 22,66 a 41,00 a 15.091 a 27.306 a

* Datos basados en la media de 18 árboles (6 por repetición) de cada

cultivar y tratamiento. ** Los datos en kg/ha, asumiendo 570 árboles/ha

para los dos cultivares de mayor tamaño (‘Red Beaut’ y ‘Souvenir’) y 666

árboles para ‘Showtime’ y ‘Friar’, cultivares de menor porte. Para cada

parámetro y cultivar, los valores con letras diferentes indican la existencia

de una diferencia significativa (p < 0,05).

Con respecto a la calidad de la fruta, la ciruela ecológica tuvo un peso ligeramente superior y mayor

tamaño (diámetro medio) en las variedades ‘Red Beaut’ y ‘Showtime’, mientras que ‘Souvenir’ y

812

‘Friar’ tuvieron un mayor peso y tamaño en el tratamiento convencional. La concentración de sólidos

solubles fue superior en la fruta ecológica, existiendo diferencias significativas en las variedades

‘Friar’ y ‘Showtime’. La firmeza fue superior en las ciruelas de manejo ecológico y apenas se han

observado diferencias relevantes en el color y la acidez (Tabla 7).

Tabla 7. Parámetros de calidad de la ciruela en producción convencional (PC) y ecológica (PE) Cultivar / tratamiento

Parámetro ‘Souvenir’ ‘Red Beaut’ ‘Friar’ ‘Showtime’ PC PE PC PE PC PE PC PE

Tamaño (cm) 50,11 a 48,61 a 42,57 b 44,23 a 50,81 a 48,09 b 46,61 a 47,77 a

Peso del fruto (g) 78,21 a 71,37 b 45,32 a 49,02 a 77,60 a 65,21 b 61,29 a 65,38 a

Color a* 21,49 a 18,21 b 22,74 a 24,23 a 6,63 a 6,27 a 26,48 a 28,03 a

Color b* 11,21 a 11,13 a 15,20 a 17,13 a 1,61 a 1,52 a 17,38 a 18,69 a

Firmeza (kg/cm2) 2,07 a 2,34 a 1,45 a 1,65 a 3,38 a 3,67 a 1,90 a 1,96 a

ºBrix 14,49 a 15,06 a 9,73 a 9,53 a 13,94 b 14,79 a 11,13 b 11,96 a

Acidez 1,57 a 1,73 a 1,93 a 1,94 a 1,02 a 1,12 a 2,04 a 2,28 a


significativa (p < 0,05).

Conclusiones

Se ha observado que los árboles cultivados en producción ecológica tiene menos vigor y producción

de fruta y que sus parámetros de crecimiento presentaron valores inferiores que los árboles cultivados

en producción convencional. Se ha comprobado que el comportamiento de los cuatro cultivares en

cada sistema de manejo no parece estar muy influenciado por el porte y vigor intrínsecos de cada

cultivar, siendo posiblemente el tipo de fertilización aplicado en cada sistema de manejo la causa

principal de las diferencias observadas. Previamente se había observado que los cultivares ‘Friar’ y

‘Showtime’ son muy susceptibles a la roya, enfermedad de difícil control en manejo ecológico, que les

provoca una defoliación otoñal prematura (García-Galavís et al., 2009). A tenor de los resultados

observados en este trabajo y otros previos (Pérez-Romero et al., 2012; Arroyo et al., 2013), tampoco

parece que esta enfermedad esté modulando intensamente el comportamiento de los cultivares en

ambos sistemas; es más, ‘Showtime’ se está revelando como un cultivar que puede tener interés en

manejo ecológico, ya que su floración y producción es menos errática que la de otros cultivares, la

fruta tiene un buen tamaño y los árboles requieren sólo una poda ligera.

Agradecimientos

La financiación para realizar este trabajo se ha obtenido del proyecto INIA-FEDER RTA2010-00046-

00-00. L. F. Pérez-Romero disfruta una beca predoctoral INIA.

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814

Aplicación de los modelos DirInt y DirIndex para estimar la irradiancia solar directa a partir de irradiancia global en Pamplona (Navarra)

M. de Blas 1*, J.L. Torres, J. Polo2 y J. M. Vindel2

1 Departamento de Proyectos e Ingeniería Rural. Edificio Los Olivos, Campus Arrosadía , Universidad Pública de Navarra, 31006 Pamplona, e-mail *: [email protected]

2 Departamento de Energía, CIEMAT, Avda. Complutense 22, 28040 Madrid, email: [email protected];

Resumen

En un trabajo previo se realizó un análisis comparativo de los resultados ofrecidos por dos modelos de estimación de irradiancia directa a partir de datos de irradiancia global medidos sobre plano horizontal: DirInt y DirIndex. En dicho trabajo, se partió de 9975 datos experimentales correspondientes a los años 2007 a 2010 medidos en la estación meteorológica de la Universidad Pública de Navarra, en Pamplona (latitud: 42.83 N, longitud: -1.6 E, altitud: 435 m). Se concluyó que los resultados obtenidos con ambos modelos eran similares, si bien, debido al funcionamiento interrumpido de los equipos de medida en los años estudiados, ocasionado por múltiples paradas del sistema de seguimiento solar, se tenía una distribución de datos estacional poco uniforme que podía llevar a resultados polarizados. Por ello, se consideró conveniente ampliar el análisis a los años 2011 y 2012, en los que se consiguió un funcionamiento prácticamente continuo de los equipos de medida que permitió disponer de datos experimentales de gran calidad en la estación meteorológica indicada.� �Así, en el presente trabajo se aplica el modelo DirInt y el DirIndex combinado con tres modelos de transmitancia para cielo despejado, ESRA, SOLIS y REST2, lo que permite cuantificar la sensibilidad de DirIndex al modelo de cielo claro que se usa para su generación, mediante la comparación de los resultados de los modelos aplicados con datos terrestres. Para el análisis de sensibilidad se emplean estadísticos de primer y segundo orden. Los resultados obtenidos permiten avanzar en la aplicación de combinaciones adecuadas de modelos (clásicos, modelos de transmitancia u otros) con el fin de estimar de forma precisa la irradiancia directa.

Palabras clave: Modelos estimación irradiancia directa, modelos sintéticos de cielo claro.

Application of DirInt and DirIndex models for estimating Direct Normal Irradiance from Global Horizontal Irradiance data measured in Pamplona

(Navarre)

Abstract

A previous publication exposed a comparative analysis of the results derived from two models, i.e. DirInt and DirIndex , that estimate direct normal irradiance from global horizontal irradiance data. 9975 experimental data were used, measured from 2007 to 21010 in a weather station located at the Public University of Navarre in Pamplona, Spain (latitude: 42.83 N, longitude: -1.6 E, altitude: 435 m). It was concluded that results from the two models were similar, although due to an intermittent operation of the measuring equipment in the years under study, caused by the multiple stops of the tracking system, an ununiformed stational data distribution was obtained, which could lead to biased results. For this reason, it was considered much convenient to extend the analysis to the years 2011 and 2012, when a continuous operation of the measuring equipment took place and, consequently, high quality experimental data were registered. In this paper the model DirInt is applied, as well

815

as the DirIndex combined with three clear sky transmittance models, i.e. ESRA, SOLIS and REST2. The results of the applied models were compared to direct normal irradiance ground data, thus also allowing analysis of the sensitivity of DirIndex to the clear sky model used for its generation. First and second order statistics are employed for the sensitivity analysis. The results allow progress in implementing appropriate combinations of models (classical, transmittance models or others) to accurately estimate the direct irradiance.

Keywords: Direct normal irradiance models, synthetic clear sky models.

Justificación

El conocimiento de la irradiancia solar directa disponible en el plano perpendicular a los rayos solares en sistemas que emplean seguimiento solar es fundamental para el diseño de los sistemas de captación y la estimación de la producción de energía. Esta información es de particular interés en la planificación de plantas solares termoeléctricas. No obstante, son escasas las ubicaciones en las que existen pirheliómetros para la medida de la irradiancia directa, siendo necesario estimar con precisión dicha irradiancia a partir de valores de irradiancia global medidos con piranómetros ubicados en plano horizontal aplicando modelos matemáticos.

En un trabajo anterior (Santana et al., 2012) se presentó una síntesis de la evolución de los modelos de estimación de irradiancia solar directa y se describieron las características de dos de ellos: Dirint (Perez et al, 1992) y DirIndex (Perez et al, 2002). Estos últimos se aplicaron para estimar la irradiancia directa a partir de irradiancia global medida experimentalmente en la estación meteorológica de la Universidad Pública de Navarra, en Pamplona (latitud: 42.83 N, longitud: -1.6 E, altitud: 435 m). Se trataron 9975 datos experimentales, tomados entre los años 2007 a 2010. La precisión obtenida con los modelos empleados fue similar, aunque se observó que los datos experimentales no seguían una distribución anual ni estacional uniforme, debido a las múltiples interrupciones en el funcionamiento del sistema de seguimiento solar, lo que pudo llevar a resultados polarizados.

En los años 2011 y 2012 el sistema de seguimiento solar que orienta el pirheliómetro y que sombrea el piranómetro horizontal que mide la irradiancia difusa funcionó de forma continuada, lo que permitió disponer de datos experimentales de irradiancia global, difusa y directa de alta calidad, por lo que se considera de interés ampliar el estudio realizado a los años citados y ver si los resultados obtenidos con el modelo Dirint y con el DirIndex combinado con tres modelos de transmitancia para cielo despejado: ESRA (Rigollier et al., 2000), SOLIS (Müeller et alt, 2004; Ineichen, 2008) y REST2 (Gueymard y Myers, 2008) son comparables a los de los años anteriores. También se pretende analizar la sensibilidad del modelo DirIndex al modelo de cielo claro empleado para su aplicación.

Material y Métodos

El sistema de seguimiento solar ubicado en la Finca de Prácticas de la Universidad Pública de Navarra es el modelo 2AP de la marca Kipp&Zonen. Dicho seguidor (Figura 1) orienta de forma continua en dirección de los rayos solares un pirheliómetro Kipp&Zonen modelo CH1 que mide la irradiancia directa y sustenta dos piranómetros CM21 de la misma marca, en plano horizontal El primero de ellos mide irradiancia global y el segundo irradiancia difusa, para lo que es sombreado de forma continua mediante una bola comandada por el sistema de seguimiento.

Se registran datos cada diez minutos, si bien en este trabajo se emplean datos medios horarios de irradiancia global horizontal (GHI), irradiancia difusa horizontal (DHI) e irradiancia directa en plano perpendicular a los rayos solares (DNI). Los datos medidos experimentalmente se depuran aplicando los criterios de calidad recogidos en Gracia (2011) que han sido acordados por la comunidad científica europea en el proyecto MeSOR y aceptados por la Agencia Internacional de la Energía (IEA). Posteriormente, se realiza un segundo filtrado para eliminar los días en los que falta alguna medida intermedia, ya que la existencia de estos huecos dificulta la aplicación del modelo DirInt, que requiere

816

información de la situación anterior y posterior a aquella que se está tratando. Tras los citados controles de calidad se dispone de 2931 datos en el año 2011 y de 2296 en 2012.

Figura 1. Seguidor solar de la Universidad Pública de Navarra

Para el análisis de calidad de los modelos aplicados se emplean por una parte estadísticos de primer orden, como la desviación media relativa (MBDr) y la desviación media cuadrática relativa (RMSDr); y por otra parte, estadísticos de segundo orden consensuados en el proyecto MeSOR como parámetros de referencia para analizar la calidad de los datos de irradiancia obtenidos a partir de modelos (Beyer et al. 2009). Estos últimos estadísticos están basados en el análisis de funciones de distribución acumuladas según el test de Kolmogorov-Smirnov (KS) (Espinar et al. 2009).


Se procede a un análisis de la calidad de los cuatro modelos utilizados para estimar la irradiancia directa normal en Pamplona, esto es, el modelo Dirint y el modelo DirIndex combinado con tres modelos de cielo claro: ESRA, SOLIS y REST2. Los 5227 datos experimentales que han pasado el control de calidad establecido se distribuyen estacionalmente de la siguiente forma: primavera 29.2%, verano 24.2 %, otoño 22.8 % e invierno 23.8%.

La Figura 2 muestra gráficamente la relación entre los valores de irradiancia directa normal calculados con los modelos y medidos en la estación de Pamplona. Puede observarse que la irradiancia calculada se aproxima de forma lineal a la medida, si bien los modelos subestiman ligeramente la irradiancia directa a valores altos de ésta. El modelo que presenta una mayor dispersión es el DirIndex con Solis. Este peor comportamiento del modelo indicado también se obtuvo en el estudio realizado anteriormente (Santana et al. 2012) para la serie de datos entre 2007 y 2010.

817

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Figura 2. Comparación entre los datos de Irradiancia Directa Normal medidos en Pamplona en los años 2011 y 2012 y los calculados mediante los modelo DirInt (arriba, izquierda), DirIndex con ESRA (arriba,

derecha), DirIndex con Solis (abajo, izquierda) y DirIndex con REST2 (abajo, derecha)

La Tabla 1 recoge los valores estadísticos de primer y segundo orden resultantes de comparar los valores de DNI obtenidos con los modelos y los valores experimentales. Puede observarse que, para los datos analizados, el modelo DirInt es el que arroja, en general, mejores resultados, si bien el modelo DirIndex con ESRA ofrece una calidad de ajuste similar a DirInt. Los resultados del test de Kolmogorov-Smirnov para los modelos DirIndex SOLIS y DirIndex REST2 empeoran notablemente en relación con los dos primeros modelos. En el estudio de Santana et al. (2012) el modelo DirIndex SOLIS resultó ser el que ofrecía peores resultados.

Tabla 1. Valores de la desviación media relativa (MBDR %), desviación cuadrática relativa (MBDR %); distancia de Kolmogorov-Smirnov; valor KSI (%) y OVER (%) correspondientes a la comparación de los

valores de irradiancia directa normal experimentales de Pamplona y los estimados con los modelos indicados en los años 2011 y 2012

MBDR (%) MBDR (%) DK-S KSI (%) OVER (%)

DirInt 2.17 27.34 0.0469 35.3004 3.37342

DirIndex ESRA -1.57 27.07 0.0469 50.1531 3.05882

DirIndex SOLIS 2.06 33.24 0.0474 87.4738 9.18421

DirIndex REST2 -5.25 28.57 0.0518 94.4292 30.9937

818

La Figura 3 muestra el resultado gráfico de comparar la distancia Dn entre las frecuencia acumuladas de las funciones de distribución de la irradiancia directa normal estimadas con los modelos y medidas experimentalmente, para el rango de irradiancia de 0 a 1000 W/m2. Se considera que los datos comparados proceden de la misma distribución si el valor Dn no supera el valor crítico que, para el tamaño de la muestra estudiada, es de 0.225. Puede observarse que el modelo DirInt únicamente supera el valor crítico para valores bajos de irradiancias, inferiores a 100 W/m2,. El modelo DirIndex REST2 supera ampliamente dicho valor crítico para el rango de irradiancias entre 500 y 900 W/m2 y el DirIndex SOLIS también lo supera a partir de 800 W/m2. El modelo DirIndex ESRA supera ligeramente el valor crítico para irradiancias cercanas a 700 W/m2.

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Figura 3. Valor de Dn obtenido para los datos de Irradiancia Directa Normal medidos en Pamplona en los años 2011 y 2012 y los calculados mediante los modelo DirInt, DirIndex con ESRA, DirIndex con Solis y

DirIndex con REST2. El valor crítico es 0.0225.

Conclusiones

Para el conjunto de datos analizados el modelo de estimación de irradiancia directa normal que ofrece mejores resultados en las condiciones de cielo de Pamplona es el DirInt. Este modelo también resultó ser el más preciso en un estudio realizado anteriormente. Si se tiene en cuenta que la aplicación del modelo DirInt resulta más sencilla que la de los modelos DirIndex, que requieren disponer de información de condiciones de cielo claro además de necesitar ejecutar el modelo DirInt dos veces, puede concluirse que el modelo DirInt resulta ser el más adecuado de los analizados para modelar la irradiancia directa normal en Pamplona. La aplicación de esta metodología a otras localidades es de gran interés para analizar si este comportamiento se mantiene en otros lugares.

Los resultados obtenidos al aplicar el modelo DirIndex son muy sensibles a los modelos sintéticos de cielo claro considerados para su estimación, por lo que es importante analizar la calidad de los citados modelos y utilizar para su aplicación los datos atmosféricos que requieren de la mayor precisión posible, en cuanto a resolución espacial y temporal.

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820

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Efecto de la cubierta vegetal en el N del suelo, el N de la vid y en los aminoácidos de la uva

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�Resumen

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Abstract

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Resultados

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Figura 1. Evolución del nitrógeno en forma de NO3- disponible en el suelo (0-15 cm y 15-45 cm de

profundidad), en los distintos momentos de muestreo (brotación, floración, cuajado, envero y postvendimia) del 2011, en ambos tratamientos estudiados (Laboreo y Cebada). (*) indica diferencia significativa entre tratamientos según el Test de la mínima diferencia significativa; LSD (p<0.05).

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Tabla 1. Nitrógeno (%) en tejidos foliares (limbo y pecíolo) en los dos tratamientos (Laboreo y Cebada) en la floración de la vid. Letras distintas indican diferencias significativas según el test de la mínima diferencia significativa; LSD (p<0,05).

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Discusión

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Conclusiones

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Agradecimientos

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Bibliografía

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Respuesta del cultivo de pepino en sustrato a la relación N:K en términos de bioproductividad y eficiencia.

E. Medrano, P. Lorenzo, M.C. Sánchez-Guerrero, M.L. García, I. Caparrós y F.J. Alonso

Centro IFAPA ‘La Mojonera’. Camino San Nicolás, 1. 04745 Almería

e-mail: [email protected] Resumen

En este trabajo se ha evaluado el efecto de la relación N:K (expresada en mmol L-1) en la solución nutritiva aportada sobre la absorción de nutrientes y la bioproductividad del cultivo de pepino (Cucumis sativus) cv. Borja en sustrato bajo invernadero. La variación en la relación N:K se estableció cuando el cultivo había alcanzado un cierto desarrollo vegetativo, con un índice de área foliar (LAI) de 3,5 y coincidiendo con el inicio de recolección. Por tanto, hasta los 52 días desde la siembra, la relación N:K en la solución nutritiva aportada fue 15:8 y a partir de entonces y hasta el final del ciclo de cultivo se establecieron cuatro relaciones diferentes: 14:8, 10:8, 7:8 y 10:6.

Se obtuvieron diferencias significativas tanto en la producción de fruto como en la producción total de materia seca y fresca. Las relaciones N:K 10:8 y 7:8 proporcionaron una mayor producción de fruto frente a las relaciones 14:8 y 10:6. A medida que se redujeron los aportes de N y K aumentó, en términos de producción de fruto, la eficiencia del uso de dichos nutrientes. La relación N:K 10:8 propició una mayor producción de materia seca y materia fresca total. La concentración de absorción de N (mmol de N absorbidos por L de agua consumida) no se vio afectada cuando el aporte de N se redujo de 14 a 10 mmol L-1 y fue menor cuando se limitó dicho aporte a 7 mmol L-1. La concentración de absorción de K (mmol L-1) disminuyó al reducir el aporte de 8 a 6 mmol L-1. Los resultados señalan a la relación N:K 7:8 como la más eficiente en el uso de N, de manera que la adopción de dicha relación en la fase generativa puede ser considerada como una buena estrategia de fertilización que contribuya a la reducción del aporte de N y consecuentemente de la contaminación por nitratos del medio ambiente debido a los procesos de lixiviación.

Palabras clave: Concentración de absorción, LAI, materia seca, producción.

Substrate Cucumber Crop Bioproductivity and Efficiency Response to the N:K Ratio

Abstract

The effect of the N:K ratio (expressed in mmol L-1) in the supplied nutrient solution on the N and K uptake and bioproductivity of cucumber (Cucumis sativus) crop cv. Borja grown in perlite in a greenhouse has been evaluated. The modification of the N:K ratio was performed when the crop had already reached a vegetative development with a LAI of 3.5, coinciding with the initiation of the harvest. Therefore, until 52 days after sowing, the N:K ratio in the supplied nutrient solution was 15:8 and from there until the end of the crop cycle four different ratios were established: 14:8, 10:8, 7:8 and 10:6. Statistically significant differences were obtained both in fruit yield as well as in total fresh and dry matter production. The 10:8 and 7:8 N:K ratios provided a higher fruit production than the 14:8 and 10:6 ratios. As the N and K supply decreased the use efficiency of these nutrients increased in terms of fruit production. The 10:8 N:K ratio contributed to a higher total dry and fresh matter production. The N absorption concentration (mmol of N absorbed per L of water consumed) was not affected when the N supply decreased from 14 to 10 mmol L-1 and was lower when supply decreased to 7 mmol L-1. The K absorption concentration (mmol L-1) decreased as the supply decreased from 8 to 6 mmol L-1. These results indicate that the N reduction in the generative stage of the crop favours the fruit production. On the other hand, the reduction in the supply of K negatively affects the fruit production. The 7:8 N:K ration proved to be the most efficient in terms of N use and could be a good strategy contributing to a reduction in the use of N and its loss by lixiviation.

Keywords: Absorption concentration, LAI, dry matter, production.

827

Introducción

El uso más eficiente de los fertilizantes es primordial para conseguir la reducción del impacto ambiental de la producción agrícola, especialmente en sistemas de cultivos intensivos. La aplicación de cantidades excesivas de fertilizantes contribuye a la contaminación del medio ambiente, en Almería se ha cuantificado que un 28% de las soluciones nutritivas aportadas se pierde por lixiviación con un contenido de nitratos de 9,5 mmol L-1 (Peña et al., 2012).

Es posible reducir las dosis que se aplican en la actualidad desarrollando mejores programas de fertilización, adecuando el aporte de nutrientes a la demanda del cultivo. Las necesidades nutricionales de la planta cambian continuamente, Medrano et al. (2005) observaron un cambio en la absorción de nutrientes en un cultivo de tomate, asociado a su estado de crecimiento y a las diferentes condiciones climáticas en que se desarrolló.

La absorción de nitrógeno (N) está relacionada con la cantidad de N aportado, si bien un aumento en la absorción no implica una respuesta proporcional de aumento de la producción (Giuffrida et al. 2012), con la consiguiente reducción de la eficiencia en el uso de dicho fertilizante. La relación N:K en cultivos exigentes en potasio (K), como es el caso del tomate, influyen sobre la calidad y producción de fruto, Genuncio et al. (2010) observaron un aumento en dichos parámetros a medida que aumentaba la relación N:K.

El objetivo de este trabajo es evaluar el efecto de la variación de la relación N:K en la solución nutritiva aportada sobre la bioproductividad, absorción mineral y la eficiencia del uso de los nutrientes N y K en un cultivo de pepino en sustrato bajo invernadero.

Material y Métodos

El estudio se realizó sobre un cultivo de pepino (Cucumis sativus L.) cv. Borja, sembrado el 15 de marzo de 2005 en sustrato de perlita (2 plantas m-2), en un invernadero multitúnel de 720 m2 con cubierta de polietileno, dotado de ventilación automatizada (lateral y cenital) y sistema de sombreado móvil exterior. El ciclo de cultivo fue de 97 días.

En la primera fase de cultivo (F1) se aportó una única solución nutritiva con una relación N:K 15:8 (expresada en mmol L-1). Cuando el cultivo alcanzó un cierto desarrollo vegetativo, con un índice de área foliar (LAI) de 3,5 y coincidiendo con el inicio de recolección (F2) se establecieron cuatro tratamientos consistentes en la aplicación de cuatro soluciones nutritivas con una relación N:K 14:8, 10:8, 7:8 y 10:6. La composición química de las soluciones nutritivas se presenta en la Tabla 1. Para el establecimiento de los ratios 10:8 y 7:8 parte del K y del Ca se aplicó en forma de K2(SO4) y de CaCl2 respectivamente.

La absorción de N y K (mmol planta-1) y su concentración de absorción (mmol L-1) se calculó mediante el análisis de la composición química y la cuantificación del volumen semanal de las soluciones nutritivas aplicadas y lixiviadas de 36 plantas situadas en una línea de cultivo por tratamiento. El volumen semanal lixiviado por las 36 plantas se recogía por gravedad en tanques situados a una cota inferior a la del suelo del invernadero.

A lo largo del ciclo de cultivo se realizaron cuatro determinaciones, sobre 6 plantas por tratamiento, de la materia fresca y seca producida mediante secado en estufa a 80ºC durante 24 horas. El área foliar de cada planta se midió con un planímetro (LI-COR, modelo 3100 Área Meter; Lincoln) para el cálculo del LAI. El seguimiento de la producción de frutos se realizó sobre 6 repeticiones en cada tratamiento, formada cada una por 6 plantas. El periodo de recolección fue desde el 9 de mayo al 20 de junio de 2005. Se aplicó un diseño estadístico factorial de medidas repetidas. Los datos obtenidos se sometieron al análisis de varianza y la comparación de medias se realizó por el test de la mínima diferencia significativa (LSD) a un nivel de significación del 95%.

828


La variación en la relación N:K afectó a la producción comercial de fruto, favoreciendo su incremento la reducción de N pero no así la reducción de K (Tabla 2). La mayor producción de fruto se obtuvo con la relación 10:8, siendo inferiores las producciones obtenidas tanto con la relación con mayor N (14:8) como con la de menor K (10:6). Genuncio et al. (2010), en un cultivo de tomate, obtuvieron un incremento en la producción comercial de fruto al reducir la relación N:K de 1:1,5 a 1:2. La eficiencia en el uso de N y K en relación a la producción comercial de fruto aumentó con la reducción en la aplicación de los mismos, la mayor eficiencia en N se obtuvo con la relación 7:8 y en K con la relación 10:6. La eficiencias obtenidas fueron superiores a las presentadas por Jovicich et al. (2007) de 2,1 gr de fruto mmol-1 para N y de 5 gr de fruto mmol-1 para K. La diferenciación en la relación N:K de las soluciones nutritivas se realizó a los 52 días desde la siembra (DDS) y ya a los 77 DDS se observó un aumento del peso fresco, peso seco y LAI con la relación 10:8 (Tabla 3).

En las figuras 1 y 2 se presenta la concentración de absorción media (Cab, mmol L-1) de N y K, desde el momento de la diferenciación de las soluciones nutritivas hasta el final del cultivo, así mismo se presenta la concentración media de dichos elementos en las diferentes soluciones nutritivas (Csn) aportadas. En el rango de Csn N entre 14 y 10 mmol L-1, la concentración de absorción de dicho elemento (Cab N) se mantuvo entre 11 y 12 mmol L-1, cuando la Csn N se redujo de 10 a 7 mmol L-1 también bajó la concentración de absorción de 12 a 8 mmol L-1. En el caso del K la concentración de absorción fue inferior a la aportada cuando la Csn K fue 8 mmol L-1 y fue igual a la aportada cuando dicha concentración se redujo a 6 mmol L-1.

Conclusiones

La reducción de la relación N:K de 14:8 a 7:8 aumenta la eficiencia del uso del N debido a una menor absorción del mismo y a un incremento de la producción. El aumento de la relación N:K aportado de 10:8 a 10:6 si bien aumenta la eficiencia del uso de K, afecta de forma negativa a la producción de fruto. La aplicación de una relación N:K de 7:8 durante la fase generativa del cultivo del pepino se presenta como una buena estrategia de fertilización tanto desde el punto vista de eficiencia como de productividad, que puede contribuir a la reducción de la contaminación por nitratos del medio ambiente debida a los procesos de lixiviación.

Agradecimientos

Este trabajo fue financiado por el proyecto INIA RTA03-096-C5-4.: Evaluación ambiental y mejora de la calidad de la producción y de eficiencia de recursos del agrosistema ‘Invernadero Mediterráneo’.

Bibliografía

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829

Tabla 1. pH, conductividad eléctrica (C.E., mS cm-1) y composición química (mmol L-1), de las soluciones nutritivas aportadas durante las fases de cultivo de pepino: F1 (inicio hasta los 52 días de cultivo) y F2 (desde

los 53 días hasta el final del ciclo)

Tabla 2. Producción comercial (kg m-2). Eficiencia en el uso de los fertilizantes (gr fruto mmol-1) en relación con la producción comercial de fruto de pepino.

N:K N14 K8 N10 K8 N 7 K8 N10 K6

Producción comercial 12,3 b 13,7 a 13,4 ab 12,3 b

Eficiencia uso N 3,99 c 4,82 b 5,75 a 5,23 b

Eficiencia uso K 7,53 c 8,72 b 8,46 b 9,79 a

En la fila donde se presenta la producción comercial, letras diferentes indican diferencias significativas (p<0,05). Separación de media (n=6) por el test de la mínima diferencia significativa (LSD).

Tabla 3. Evolución del peso fresco, peso seco y LAI a lo largo del ciclo de cultivo.

DDS (Días después de siembra) 28 44 N:K 77 97

Peso fresco (gr m-2)

374 2.534

N14 K8 14.926 c 18.406 c N10 K8 17.037 a 20.702 a N 7 K8 16.182 b 19.386 b N10 K6 15.927 b 19.344 b

Peso seco (gr m-2)

33 218

N14 K8 785 b 927 b N10 K8 879 a 1.006 a N 7 K8 799 b 922 b N10 K6 783 b 929 b

LAI

0.63 3.50

N14 K8 3,60 b 3,82 b N10 K8 4,11 a 4,70 a N 7 K8 3,58 b 4,20 b N10 K6 3,45 b 4,12 b

Letras diferentes por columnas indican diferencias significativas (p<0,05). Separación de media (n=6) por el test de la mínima diferencia significativa (LSD).

pH C.E. N K Ca Mg Na Cl S P

F1 6,1 2,3 15 8 4,5 1,6 1,5 2,4 1,1 1,2

F2

N14 K8 6,1 2,2 14 8 4,4 1,6 1,5 3,0 1,2 0,9

N10 K8 6,0 2,2 10 8 4,2 1,6 1,5 5,2 1,8 0,7

N 7 K8 6,0 2,2 7 8 4,4 1,6 1,5 6,4 2,8 0,9

N10 K6 5,8 1,9 10 6 4,2 1,6 1,5 5,0 1,1 0,7

830

14

10

7

10

0

5

10

15

20

N14 K8 N10 K8 N7 K8 N10 K6

mm

ol N

L-1

Cab N

Csn N

Figura 1. Valores medios de la concentración (mmol L-1) de Nitrógeno

absorbida por la planta (Cab N) y en las diferentes soluciones nutritivas aportadas (Csn N).

8 8 8

6

0

2

4

6

8

10

N14 K8 N10 K8 N7 K8 N10 K6

mm

ol K

L-1

Cab K

Csn K

Figura 2. Valores medios de la concentración (mmol L-1) de Potasio absorbida por la planta (Cab K) y en las diferentes soluciones nutritivas aportadas (Csn

K).

831

La fresa como cultivo alternativo en la provincia de Almería E. Medrano1, F.J. Alonso1, M.C. Sánchez-Guerrero1, P. Lorenzo1, A. Marhuenda2 y P.A. Briones2

1Centro IFAPA “La Mojonera”. Camino San Nicolás, 1. 04745 Almería

e-mail: [email protected] 2Primaflor, La Estación 2, 04640 Almería.

Resumen

La demanda por parte de los consumidores de fresa ha ido en aumento en las últimas décadas, en parte debido a que es un fruto atractivo por sus características organolépticas y saludables y por su alto contenido en vitamina C. En la actualidad el 90% del cultivo de fresa en España se produce en la provincia de Huelva, su implantación en la provincia de Almería supondría cubrir épocas de producción extratempranas que en la actualidad se está realizando en terceros países con condiciones climáticas similares (baja humedad relativa y alta radiación solar).

En este trabajo se ha evaluado el efecto del adelanto en la fecha de plantación sobre la precocidad del cultivo de fresa cultivar ‘Festival’. Por otra parte se ha evaluado la producción y calidad de tres variedades de fresa: ‘Festival’, ‘El Dorado’ y ‘Magdalena’ como posibles candidatas a su implantación en el litoral mediterráneo andaluz. Los resultados han mostrado que el adelanto de una semana en la fecha de plantación de la variedad ‘Festival’ supone un incremento en la precocidad de 15 días, pasando la entrada en producción del 18 de diciembre al 3 de diciembre. Las variedades ‘Festival’ y ‘El Dorado’ fueron más productivas (6,8 y 6,4 kg m -2 respectivamente) que ‘Magdalena’ (5,9 kg m-2). En cuanto a calidad de fruto la variedad ‘Magdalena’ presentó más contenido en sólidos solubles y una valoración de acidez similar frente a las otras dos variedades. Los resultados obtenidos indican la posibilidad de considerar el cultivo de fresa como una alternativa a los tradicionales de la zona de cultivo protegido en el litoral mediterráneo andaluz.

Palabras clave: Acidez, ºBrix, Precocidad

Strawberry as an Alternative Crop for the province of Almería Abstract

Consumer’s demand for strawberry has increased during the last decades, partly because it is a very attractive fruit from an organoleptic and human health point of view, with high C vitamin content. Nowadays, 90% of the strawberry production in Spain is located in the province of Huelva; its implantation in Almería involves growing extra-early production cycles that are starting to be covered by third countries with similar climate conditions to Almería (low relative humidity and high solar radiation).

In this work, the effect on precocity of a strawberry cv ‘Festival’ crop by means of planting date advance has been evaluated. Besides, yield and quality of other three strawberry cultivars (“Festival”, “El Dorado” and “Magdalena”) have also been studied, to assess their potential as possible candidates for their implantation in the Andalusian coastal areas. Results have shown that an advance of a week in the transplant date of the “Festival” variety involves a 15 days advance in precocity , advancing the first harvest from December 18th to December 3rd. “Festival” and “El Dorado” were more productive (6.8 and 6.4 kg m-2 respectively) than “Magdalena” (5.9 kg m-2). Regarding fruit quality “Magdalena” had more sugar content (ºBrix) and similar acidity than the other two varieties. The results obtained indicate the feasibility of considering strawberry as an alternative to the traditional protected crops of the Andalusian coastal areas.

Keywords: Acidity, ºBrix, Precocity

Introducción

El cultivo de fresa en España está concentrado en la provincia de Huelva, siendo uno de los principales motores de la economía en dicha provincia. La fatiga del suelo, provocada por la producción continuada sin rotación de cultivos, obliga a la desinfección del mismo. Una alternativa al cultivo en suelo es el cultivo en sustrato (Peralbo et al., 2005) que ofrece la oportunidad de la reutilización de las soluciones lixiviadas con el consiguiente ahorro de agua y fertilizantes, así como la reducción de la

832

contaminación al medio. Estos sistemas se pueden disponer a una cierta altura, evitando el contacto de la fruta con el suelo y permitiendo un control más eficaz de enfermedades aéreas como la Botrytis.

En la actualidad existe interés en su implantación en el litoral mediterráneo ya que sus condiciones climáticas respecto al litoral atlántico (mas radiación y menos humedad relativa), permiten obtener producciones extratempranas que se están empezando a cubrir por terceros países con condiciones climáticas similares, como es el caso de Marruecos y Egipto. La baja calidad del agua de riego disponible en el litoral mediterráneo, con un contenido en NaCl superior a 2 mmol L -1, puede ser una restricción a la aplicación del sistema de cultivo con solución recirculante. El adelanto de la fecha plantación para obtener producciones extratempranas puede aumentar el vigor de la planta con un mayor desarrollo vegetativo (RAEA fresa 2008/9), si bien hay variedades que se adaptan mejor a plantaciones tempranas como es la variedad ‘Festival’. Amorós et al. (2006) observaron la influencia de la fecha de plantación con un aumento de la producción y una reducción en el peso medio de fruto en un cultivo temprano de fresa cultivar ‘Camarosa’ desarrollado en sustrato de perlita.

El objetivo de este trabajo fue evaluar la precocidad potencial del cultivo de fresa bajo invernadero en la provincia de Almería y comparar el comportamiento de tres variedades: ‘Festival’, ‘El Dorado’ Driscoll© y ‘Magdalena’ Driscoll© en cuanto a calidad y producción de fruto.

Material y Métodos

Las plantas de fresa (Fragaria x ananassa Duch.) fueron cultivadas en un invernadero multitúnel (960 m2) en el Centro IFAPA de La Mojonera (Almería). Las plántulas fueron trasplantados en sustrato de perlita, a una densidad de 11,5 plantas m-2, en un sistema hidropónico con recirculación (NGS®), consistente en canales horizontales con una ligera pendiente de 1,5% que soportan una banda de plástico multicapa de polietileno de 22 m de longitud. El sistema de recirculación recogía las soluciones lixiviadas de cada canal y una vez diluidas con agua y reformuladas se volvían a utilizar para el riego. El agua de riego utilizada tenía un contenido en NaCl de 2 mmol L-1 y se aplicó una solución nutritiva con una conductividad eléctrica (CE) de 2,5 dS m-1. El primer año se realizó un cultivo con la variedad ‘Festival’ con fecha de inicio 6 de octubre de 2008 (considerada como fecha de plantación temprana) y finalización el 21 de mayo de 2009. En el segundo año se cultivaron 3 variedades: ‘Festival’, ‘El Dorado’ Driscoll© y ‘Magdalena’ Driscoll©, las variedades ‘Festival’ y ‘Magdalena’ se plantaron el 28 de septiembre (considerada como fecha de plantación extratemprana) y ‘El Dorado’ el 6 de octubre de 2009, los cultivos finalizaron el 21 de mayo de 2010.

La evaluación de la producción se realizó aplicando un diseño factorial de medias repetidas, se establecieron cuatro repeticiones por variedad y se cuantificó en una línea de cultivo con 120 plantas por repetición. Se consideró como producción precoz aquella obtenida antes del 31 de marzo. En 9 recolecciones a lo largo del ciclo de cultivo se determinó la calidad de fruto inmediatamente después de cosecharlos. Los parámetros químicos se analizaron sobre una muestra de 25 fresas por variedad, previamente licuada y centrifugada a 4000 r.p.m. La acidez valorable se expresó como % de ácido cítrico después de realizar una valoración de neutralización con 0,1 mol L-1 NaOH. El contenido de sólidos solubles (CSS) se midió con un refractómetro Abbe digital (WYAS, China) y se expresó como ◦Brix.


En la Figura 1 se presenta la evolución de la producción precoz (hasta el 31 de marzo) de la variedad de fresa ‘Festival’ durante dos años consecutivos. El adelanto de la fecha de plantación en 7 días (del 6 de octubre en 2008 al 28 de septiembre en 2009) supuso un adelanto en la entrada de producción de 15 días, comenzando en el segundo año la recolección el día 3 de diciembre de 2009, época con elevados precios en origen ya que se puede considerar como extratemprana. La producción precoz y total de la variedad ‘Festival’ fue 3,7 y 7,3 kg m-2 respectivamente en 2008/09 y 3,8 y 6,8 kg m-2 en 2009/10. Estos valores son ligeramente superiores a los obtenidos con la misma variedad en Huelva (precoz 2,87 kg m-2 y total 6,15 kg m-2) en la campaña 2008/9 (Medina-Mínguez et al. 2012).

833

De las tres variedades de fresa evaluadas en el ciclo de cultivo 2009/10, ‘Festival’ presentó la mayor producción precoz (Tabla 1). En cuanto a la producción comercial total, se obtuvieron diferencias significativas entre ‘Festival’ con 6,8 kg m-2 y ‘Magdalena’ con 5,9 kg m-2, equivalentes a 591 gr planta-1 y 510 gr planta-1 respectivamente, dichas producciones son superiores a la obtenida con la variedad ‘Tudla’ por D’Anna et al. (2003) aplicando una solución nutritiva con una C.E. de 2.5 dS m-1, similar a la utilizada en este estudio. Se obtuvieron diferencias significativas en el contenido de sólidos solubles entre variedades, ‘Magdalena’ presentó un valor mayor de ºBrix que ‘Festival’ y ‘El Dorado’, estas últimas presentaron valores similares a los obtenidos por Medina-Mínguez et al. (2012) en las variedades evaluadas en la campaña 2008/9, lo que pone de manifiesto que este parámetro de calidad no se ve alterado con la fecha de plantación considerada como temprana y extratemprana. No se observaron diferencias entre variedades en el contenido de ácido cítrico.

Conclusiones

Los resultados obtenidos indican la posibilidad de considerar al cultivo de fresa como una alternativa a los tradicionales de la zona de cultivo protegido en el litoral mediterráneo andaluz. El mayor contenido salino en el agua de riego del litoral mediterráneo frente al atlántico no parece afectar al peso medio del fruto. La obtención de producciones extratempranas sin detrimento de la calidad de fruto podría cubrir épocas de comercialización que se ven en parte copadas por las producciones de fresa de otros países.

Agradecimientos

Este trabajo se ha financiado con Fondos FEDER y a través del Convenio CC08-19 firmado por el IFAPA y la empresa SAT Primaflor.

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834

Tabla 1. Producción precoz (hasta 31 de marzo 2010), producción comercial (hasta 21 de mayo 2010) y calidad de fruto: Contenido de Sólidos Solubles (CSS) y acidez valorable, de las variedades de fresa Festival, El Dorado

Driscoll’s® y Magdalena Driscoll’s®, cultivadas bajo invernadero en Almería.

Variedad Fresa

Producción precoz (kg/m2)

Producción comercial (kg/m2)

CSS (ºBrix)

Acidez Valorable

(% ácido cítrico)

Festival 3,75a 6,80a 7,3 b 0,98 a

El Dorado Driscoll’s® 3,14b 6,38ab 7,6 b 0,96 a

Magdalena Driscoll’s® 3,24b 5,87b 8,6 a 0,94 a

Letras diferentes por columnas indican diferencias significativas (p<0,05). Separación de media (n=4) por el test de la mínima diferencia significativa (LSD).

Figura 1. Evolución de la producción precoz (hasta 31 de marzo) de la variedad de fresa

‘Festival’ durante dos campañas consecutivas y diferentes fechas de plantación. En ambas gráficas se ha marcado la fecha de entrada en producción.

0,00,51,01,52,02,53,03,54,0

29-oct-08 18-dic-08 6-feb-09 28-mar-09 17-may-09

kg/m

2

Fecha de Plantación: 6-oct-08

0,00,51,01,52,02,53,03,54,0

14-oct-09 3-dic-09 22-ene-10 13-mar-10 2-may-10

kg/m

2

Fecha de Plantación: 28-sep-09

835

Robustness of infotaxis with respect to variations and limited knowledge of the propagation of volatile organic compounds.

Juan Duque Rodríguez1,2, Pilar Barreiro1, David Gómez-Ullate2,3, Carlos Mejía-Monasterio1,2

1 LPF-TAGRALIA, Department of Rural Engineering, Technical University of Madrid, Av. Complutense s/n, Madrid, 28040. Email: [email protected]

2 CEI Campus Moncloa, UCM-UPM, Madrid, Spain. 3 Department of Theoretical Physics II, Complutense University of Madrid, Av Complutense s/n, Madrid, 28040. Abstract

In this work we present a theoretical information based strategy known as infotaxis as an effective and robust navigation system for a robotic platform to localize the source of a disease in a crop plantation through chemical detection of volatile compounds. We present a numerical analysis of the robustness of infotaxis with respect to an inaccurate modeling of the medium and we study the efficiency of the strategy as a function of the parameters of the transport process. Our results show that infotaxis is a robust strategy able to deal with the fluctuations, inhomogeneities and unpredictability of real environments. The correlation length of the concentration field is shown to play a key role in the efficiency of infotaxis. �

Keywords: Precision agriculture and information technology, Modeling and numerical methods, Sensors, control and automation

Robustez de la infotaxis frente a modelos inciertos de transporte de COVs

Resumen

En este trabajo presentamos una estrategia de búsqueda basada en conceptos de teoría de la información conocida como infotaxis como un sistema de navegación robusto y eficiente de una plataforma robótica móvil destinada a localizar brotes de enfermedad en cultivos abiertos por métodos químicos. Se presenta un análisis numérico de la robustez de la infotaxis respecto a imprecisiones presentes en el modelo de medio y se estudia la eficiencia de la estrategia como función de los parámetros del proceso de transporte de los compuestos volátiles. Nuestros resultados muestran que la infotaxis es una estrategia robusta capaz de tratar con las fluctuaciones, inhomogeneidades e impredictibilidad de los ambientes reales en los cuales tiene lugar el proceso de búsqueda. La longitud de correlación del campo de concentraciones de volátiles desempeña un papel fundamental en la determinación de la eficiencia de la infotaxis como algoritmo de búsqueda de focos de infección en cultivos.

Palabras clave: Agricultura de precisión y tecnología de la información, Modelización y métodos numéricos, sensores, Control y automatización

Introduction

Chemical methods for plant disease detection have attracted a considerable amount of interest in recent years both for the possibility of non-invasive large distance localization of infectious foci and thanks to the new advances in robotics, chemical sensors and olfactory search strategies developed in the last decade. An exciting new idea has been recently proposed in (Zhang and Li, 2010): to use chemical methods to detect Volatiles Organic Compounds (VOCs) emitted by the plants and use them as possible biomarkers of the presence of a disease. This idea has motivated the design and development of sniffing machines able to analyze the VOC profile and correctly identify the corresponding disease.

836

However, locating the source of an odor by means of tracking scents and using the information gained from a set of odor encounters depends on the characteristics of the environment in which the search process takes place. In open crops, such conditions refer to turbulence and complex transport of VOCs molecules by non-uniform velocity fields. Wind advection disperses the chemicals producing intermittent and fluctuating structures of odor molecules that decay rapidly with the distance from the source (Shraiman and Siggia, 2000). Odor molecules are not always present, and when they are, the local concentration gradient does not always point towards the source, which makes the traditional gradient-based strategies no longer valid.

In this work, we present a mathematical search algorithm called infotaxis as the navigation system of a robotic platform able to deal with dilute, possibly turbulent, conditions. Infotaxis (Vergassola et al., 2007) is an information-based strategy able to locate the position of a target by decoding the information enclosed in the trace of detections (and lack thereof) of molecules emitted by the source. Infotaxis makes use of Bayesian inference to build a belief function which reflects the degree of knowledge about the source position, and alternates periods of exploration — where the agent collects information — and exploitation — where the agent uses the acquired information to direct its motion towards the most probable location of the source — in an optimal way. The decision-making process consists of moving in a way that maximizes the expected gain in information about the location of the target, and consequently, the decrease in entropy of the belief function.

Inferences in infotaxis are based on a statistical description of the odor plume. This model provides a rate of detection from which the agent can update its internal knowledge about the environment and the state of belief about the location of the source. Due to the complexity of the odor transport process, to capture the statistical features of this phenomenon in a simple model is not an easy task, and in practical applications only approximate descriptions of odor plumes structure's can be achieved. Therefore, it becomes crucial to assess the robustness of infotaxis with respect to the model used to describe the medium, and in particular, to study the sensitivity of the algorithm under a limited knowledge of the real parameters of the medium.

In this paper we analyze, with the help of extensive numerical simulations, the robustness of infotaxis with respect to inaccurate models of odor transport in the environment and the dependence of the search localization times with respect to the parameters of the odor transport model. We will show that infotaxis is still able to perform reasonably well under an inaccurate modeling of the environment, at the expense of losing some efficiency which translated into longer detection times. The correlation length of the concentration field is found to be the most important parameter that affects the efficiency of infotaxis.

Materials and Methods

Odor propagation model

Substances transported by a turbulent medium present a complex, irregular and patchy structure in their concentration profile. Turbulent advection transports and disperses the chemicals released by the source which breaks the odor concentration in parcels that rapidly dissipate far from the source.

The non uniform and fluctuating concentration profile �(�) formed under the mechanisms of molecular and turbulent diffusion can be modeled in a simple way as the solutions of the advection-diffusion equation (Vergassola et al., 2007):

�Δ�(�) + � ∙ ∇��(�) − �� (�) − ��(� − ��) = 0 (1)

where we assume that a source located at ��, emits molecules of finite lifetime � at a rate �. These molecules propagate with isotropic effective diffusivity � and are advected by a mean current or wind � blowing (without loss of generality) in the negative �-direction.

837

The rate of encounters �(�|��) experienced by the agent in this kind of medium is then calculated using Smoluckowski's formula. In two dimensions and assuming the source at ��, this rate of encounters is then given by

�(�|��) = �ln�λ a! " #−$�−�0%�2� &� '|� − ��|* - (2)

where . is the size of the odor detector, &�(/) is the modified Bessel function of the second kind and

* is the correlation length, * = ' 13�456789

-� :! , which can be interpreted as the mean length traveled by an

odor particle before it decays. This model of odor dispersion is revealed to the agent in the form of intermittent detections. In order to simulate the time-varying transport process, we need to specify the number of detections produced in each position of the search domain at each time: a Poisson distribution with mean rate �(�|��)Δ; is chosen in this work for this purpose. This assumption of course neglects the spatio-temporal correlations between detections that should be present in a real plume, but it works already extremely well despite its simplicity.

Figure 1. Mean stationary concentration field for two differet sets of parameters. Left panel: � = 0. Right panel: � = 1. Rest of parameters: γ = 2.40, . = 1, � = 2500, � = 1.

Infotaxis algorithm

The algorithm of Infotaxis consists of two basic steps:

(1) update the belief function: the agent reflects its degree of knowledge about the source position taking into account the trace of detections.

(2) the agent makes a decision to move in the direction where the maximal expected information gain is obtained.

All searches begin with a uniform belief function corresponding to a complete lack of knowledge about the position of the source and therefore maximal entropy. They end if:

� succesful search: the value of the entropy reaches zero, which means that the probability map converges to a delta function and we have certainty on the position of the source

� unsuccessful search: The agent hits the boundary of the domain or a predefined maximum number of steps are reached.

We also consider that the strategy takes place on a square regular lattice.

The step by step description of the infotaxis algorithm is as follows:

Step 1. During the next movement from position � at time ; to position �B = {�, � ± (1.0), � ± (0,1)}at time ; + �;, = 0, 1, 2, … detections are done.

Step 2. For each �′, compute the mean number of detections as ℎ(�B) = Δ; ∫ FG(��) �(�′|��)H��, 838

and define the expected probability to make I detections as JK = ℎK#−ℎ/I! Step 3. For each �B, compute the posterior belief F�B(G4NG)K (��) = OP�F�(G)(��)#�(�′(G4NG)|�0)�;�K(�(; + �;)|�0) (3)

assuming that I = 0, 1, … , IR�detections are done, with IR� a large enough integer. O normalizes F�B(G4NG)K (��) with respect to its argument ��. Then compute the associated Shannon entropy S�B(G4NG)K .

Step 4. Compute the expected entropy change for each possible movement �′ as

ΔS(� → �′) = −FG(�′)S + $1 − FG(�′)% U JK(�′)VKW� ΔSK (4)

where ΔSK = S�B(G4NG)K − SG. Then choose the next position for which ΔS is maximal.

Step 5. Update the belief function F�(G)(��) ↦ F�(G4NG)(��) and its entropy SG ↦ SG4NG, substituting I by the number of detections made.

Numerical results (Vergassola et al., 2007) sugests that infotaxis is not plagued by strong fluctuations and that the probability distribution function for the detection time exhibits an exponential decay for large times.�

Results and Discussions

Parameter analysis

The dependence of the average detection time (MFPT) of infotaxis with respect to the parameters of the enviroment's model used in this study is shown in Figure 2 and Table 1. The relevant conclusion derived from this study is that the efficiency of infotaxis improves with the reduction of the correlation length of the field to be explored. The correlation length defines the typical size in which the agent explores and learns about the environment, defining the region from which the agent can collect odor detections. The correlation length also defines the region in which the agent effectively seeks the source: the greater this region, the greater the uncertainty about the source's position, which results in larger detection times.

For equal correlation lengths, the expected rate of odor emission � determines the efficiency of the search strategy. The rate of detections at any position of the search domain is directly proportional to the emission rate �. In the absence of wind, only detections break the spherical symmetry of the belief function and convey directionality information to the source in the probability map.

If the agent has a higher number of detections, it has more information to exploit and direct its motion towards the odor source.

Table 1. Maximum parameters values and maximum MFPT and correlation length associated to each parameter Y YZ[\ ]^_`Z[\ bZ[\

D 100 589,71 500 c 11,77 1462,69 - d 2500 275,41 50 V 0,5 276,75 50

Paremeter uncertainty

Now we treat the problem of the robustness of infotaxis with respect to inaccurate estimations of the parameters in the medium. We would like to know whether infotaxis can deal with an inaccurate

839

description of the environment, which is tested by employing overestimated and underestimated values for the parameters of the agent's model with respect to the real values of the environment.

Figure 2: Parameter analysis. Left panel: Efficiency. Right panel: Correlation length. e = {�, �, �, �}. Base Parameters: � = 1, � = 1,. � = 0, � = 2500 and . = 1. Initial agent’s position: (0, −30). Number of trayectories: 1000.

As shown in Figure 3, infotaxis is always able to locate the source although with larger average detection times than in the case of perfect modeling of the medium. This efficiency loss is produced when the correlation length is underestimated and — in the case of correct values of * — when the agent detects more molecules than it expects to. This last case is natural to explain because the agent believes that the source is closer than it really is and overexplores its vecinity, approaching slowy towards the source. In the first case, the agent detects less particles than it expects. This means that that the agent explores the space in a more limited way, it moves more 'blindly', less often towards the source and therefore investing more time than in the case of a well directed motion.

Figure 3: Robustness of infotaxis with respect to errors in the medium's parameters. Left panel: Efficiency. Right panel: Correlation length. � is the 'relative increment'. e = e + �e, with e = {�, *, �, �}. The parameters take the values: � = 1, � = 2.40, � = 0.5, � = 2500 and a= 1. Source's position: (0,0). Initial agent's position: (0, −30). Number of trajectories: 500.

Environment model

Finally, we turn our attention to the problem of the robustness of the method with respect to the model of the environment employed. As discussed in the introduction, an odor plume exhibits a complex, chaotically evolving structure over a broad range of space and time scales and its concentration fluctuations can be modeled in different ways attending to the particular resolution of the plume structure under consideration. Some of the odor propagation models considered in the literature (Murlis et al., 1992) are:

� Meandering plume model: represents the large scale structure of the odor plume,

840

� filament-based model: models the fine and intermittent structure along with its long-term behaviour.

� time averaged models: provide mean concentration of odors downwind of a point source. The competence of infotaxis to work under different models of odor propagation in turbulent flows is shown in Figure 4. This implies that infotaxis can be be used quite generally without particular limitations on the choice of model of the turbulent medium.

Figure 4: Robustness of infotaxis with respect to the type of propagation model. Left panel: Time averaged plume model (model as in (Vergassola et al., 2007), with parameters: � = 1, � = 1, � = 0.5, � = 2500 and a= 1. Right panel: Filament based dispersion model (model and parameters taken as in Lochmatter and Martinoli (Thomas, 2008). Source position: (0, 40). Initial agent's position: (0, −30). Conclusions We have explored the problem of the robustness of the infotaxis strategy with respect to the inaccurate modeling of the environment and the odor transport process. We have shown that infotaxis remains stable under fluctuations, noise and limitations in the modeling of the medium, and we conclude that infotaxis gains in efficiency for low correlation lengths. These results confirm infotaxis as a robust and promising method for the successful localization of infectious foci in open crops. Acknowledgments This work has been supported by Grant n. 245986 of the EU-project Robots Fleets for Highly Agriculture and Forestry Management. JDR was also supported by a PICATA predoctoral fellowship of the Moncloa Campus of International Excellence (UCM-UPM). DGU was supported in part by Dirección General de Investigación, Ministerio de Ciencia e Innovación of Spain, under grants MTM2012-31714 and FIS2012-38949-C03-01.

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Zhang, Z., and Li, G. (2010). A review of advances and new developments in the analysis of biological volatile organic compounds. Microchemical Journal 95, 127-139.

841

Estudio de las reservas nitrogenadas y de carbohidratos en ciruelo japonés bajo cultivo ecológico y convencional

L. F. Pérez-Romero, F. T. Arroyo, C. Santamaría, J. F. Herencia, A. Daza

IFAPA Centro “Las Torres-Tomejil”, Apdo. Oficial, 41200 Alcalá del Río (Sevilla), Spain

([email protected])

Resumen

Las plantaciones ecológicas de frutales presentan aspectos claramente diferenciados con respecto a las de

agricultura convencional, sobre todo con respecto al tipo de fertilización y al control de plagas y enfermedades

presentando, en general, los árboles en manejo ecológico menos vigor y producción. Algunas enfermedades,

como la roya [Transchelia pruni-spinosae (Pers.) Dietel] son de difícil control con los tratamientos autorizados

en agricultura ecológica y llegan a producir una defoliación prematura de los cultivares más susceptibles. En este

trabajo se pretende comprobar si la mayor severidad de esta enfermedad en el tratamiento ecológico está

afectando a las reservas de carbohidratos y nitrógeno del árbol y, en consecuencia, pudiera hallarse implicada en

la merma de crecimiento y producción que se observa en el cultivo ecológico frente al convencional. Se

presentan datos correspondientes a cuatro cultivares de ciruelo japonés (Prunus salicina Lindl.), dos de ellos

susceptibles a la roya (‘Showtime’ y ‘Friar’) y otros dos tolerantes (‘Souvenir’ y ‘Red Beaut’) y en ambos tipos

de manejo. Las reservas nitrogenadas (proteicas, nítricas y amoniacal) y de carbohidratos (almidón y azúcares

solubles totales) se han analizado en madera de brotes de más de un año (2-8 mm de grosor), conteniendo yemas

florales y vegetativas. El estudio se ha realizado durante 2011 y 2012, tomándose muestras en momentos

diferentes a lo largo del ciclo del cultivo, tanto durante el reposo invernal como en periodo de activo crecimiento

vegetativo. Con relación a las reservas nitrogenadas se ha observado que la fracción más importante fue la

proteica, seguida de la amoniacal y nítrica. Por otra parte, se han observado variaciones en la concentración de

todas las reservas dependiendo del estado vegetativo de la plantación. Los datos existentes hasta el momento han

mostrado sólo pequeñas diferencias relacionadas con el tipo de manejo, sin que por ahora puedan establecerse

relaciones claras con el hecho de que se trate de una variedad susceptible o tolerante a la roya.

Palabras clave: Prunus salicina Lindl., fruticultura ecológica, reservas nitrogenadas, reservas

de carbohidratos.

Study of nitrogen and carbohydrate reserves in Japanese plum organic and

conventionally managed Abstract

Organic fruit orchards have differential aspects with respect to conventional farming, especially with regard to

the type of fertilization and pest and disease control, being the organically managed trees less vigor and

production. Some diseases like rust (Transchelia pruni-spinosae (Pers.) Dietel) are difficult to control with

authorized treatments in organic farming even producing a premature defoliation of susceptible cultivars. This

work aims to establish whether the increased severity of the disease in the organic treatment is affecting the

reserves of carbohydrates and nitrogen of the tree and, consequently, could be involved in the lower growth and

yield observed in the organic orchards. Data are presented for four cultivars of Japanese plum (Prunus salicina

Lindl.), two of them susceptible to rust ('Showtime' and 'Friar') and two tolerant ('Souvenir' and 'Red Beaut') and

in both types of management. Nitrogen (proteic, nitric and ammoniacal) and carbohydrate (starch and soluble

sugars) reserves were analyzed in wood of spurs (2-8 mm thick). The study was conducted during 2011 and

2012, taking samples at different times throughout the crop cycle, both during the winter rest period and in active

vegetative growth. Regarding nitrogen reserves has been observed that proteic nitrogen was the most important

fraction followed by ammoniacal and nitric. Variations in the reserve concentrations were observed depending

842

on the growing season. Preliminary results showed little differences related to the type of management, and now

we can not establish a clear relationship with the fact that a variety is susceptible or tolerant to rust.

Key words: Prunus salicina Lindl., organic fruit growing, nitrogen reserves, carbohydrate reserves.

Introducción

La superficie y el consumo de productos ecológicos ha aumentado considerablemente en la última

década (IFOAM, 2012). España es el cuarto país del mundo en número de hectáreas y Andalucía la

comunidad autónoma con mayor superficie, con la mitad de la superficie española (MAGRAMA,

2012). No obstante, la agricultura ecológica comparada con la convencional tiene una serie de

limitaciones, entre las que destaca un insuficiente control de las plagas y enfermedades con los

productos autorizados (Weibel, 2007), que unido al uso exclusivo de fertilización orgánica conlleva

generalmente una menor producción (Daza et al., 2012; Pérez-Romero et al., 2012). La roya es una

enfermedad fúngica de insuficiente control en manejo ecológico y provoca una defoliación prematura

en variedades susceptibles (García-Galavís et al., 2009), lo que podría ocasionar una menor

acumulación de reservas de carbohidratos y nitrógeno en el árbol (Hudgeons et al., 2007). Con la

finalidad de conocer la posible relación de la roya con la acumulación de reservas, se ha realizado un

estudio comparado, ecológico versus convencional, de las reservas de carbohidratos y de nitrógeno de

cuatro cultivares comerciales de ciruelo japonés, dos de ellos susceptibles a la enfermedad (‘Friar’ y

‘Showtime’) y los otros dos tolerantes (‘Red Beaut’ y ‘Souvenir’).

Material y Métodos

El estudio se ha realizado desde noviembre de 2011 hasta noviembre de 2012 en dos parcelas

experimentales localizadas en la finca experimental del IFAPA, Centro “Las Torres-Tomejil” en

Alcalá del Río (Sevilla). En cada tipo de manejo el ensayo consta de 18 árboles de cada cultivar,

distribuidos en tres repeticiones al azar de 6 árboles cada una. Las muestras se tomaron en tres

diferentes momentos del reposo invernal (9/11/2011, 16/01/2012, 6/11/2012) y en una de activo

crecimiento vegetativo (18/05/2012). Las muestras analizadas fueron ramas de más de un año, con un

grosor entre 2 y 8 mm conteniendo tanto yemas florales como vegetativas, tomadas a diversas alturas

y orientaciones de los árboles. Todas las muestras se secaron durante 48 horas en una estufa a 65 ºC y

se molieron para su posterior análisis. El nitrógeno proteico se determinó por el método Kjeldahl y las

formas nítrica y amoniacal mediante destilación por arrastre de vapor. El almidón y los azúcares

solubles se determinaron por espectrofotometría UV-Vis. El análisis estadístico se realizó con el

programa informático Statistix (version 9.0, NH Analytical Software, USA).


El nivel de reservas de almidón varió poco en las distintas fechas analizadas y, en general, no se

observaron diferencias significativas entre ambos tratamientos para ningún cultivar, a excepción de

‘Red Beaut’ en noviembre de 2012, que presentó valores superiores en producción convencional

(Tabla 1). La concentración de almidón fue superior en noviembre de 2012, que en la misma fecha de

2011.

En cuanto a los azúcares solubles totales en ningún caso se obtuvieron diferencias significativas entre

los dos tratamientos (Tabla 2). Puede apreciarse una clara caída en los valores de azúcares solubles en

el periodo de crecimiento vegetativo (18/05/2012) con respecto a fechas de reposo invernal. También

para este componente los valores obtenidos en el año 2011 fueron superiores a los de 2012.

Contrariamente a lo que ocurre con el almidón, la concentración fue inferior en noviembre de 2012,

843

con respecto a noviembre del año anterior. Curiosamente, la suma de almidón y azúcares solubles

arroja valores muy similares en noviembre de ambos años. Esto pudiera estar relacionado con la

conversión del almidón en azúcares simples, cuya dinámica puede variar de un año a otro dependiendo

de factores como la temperatura, el grado de defoliación del árbol, etc.

Tabla 1. Reservas de almidón (g/kg) en la madera de los cuatro cultivares del estudio en producción ecológica (PE) o producción convencional (PC)

Fecha Cultivar/Tratamiento

9/11/2011 16/01/2012 18/05/2012 6/11/12 ‘Souvenir’ PE 12,49 a nd nd 22,86 a

‘Souvenir’ PC 10,06 a nd nd 20,80 a

‘Red Beaut’ PE 8,54 a 14,82 a 11,22 a 12,91 b

‘Red Beaut’ PC 8,13 a 12,68 a 12,06 a 18,86 a

‘Friar’ PE 15,49 a nd nd 20,81 a

‘Friar’ PC 15,59 a nd nd 20,45 a

‘Showtime’ PE 8,05 a 12,58 a 13,62 a 18,08 a

‘Showtime’ PC 8,93 a 14,65 a 11,50 a 13,69 a

Para cada fecha y cultivar, los valores con letras diferentes indican la

existencia de una diferencia significativa (p< 0,05). nd, no determinada

Tabla 2. Reservas de azúcares solubles totales (g/kg) en la madera de los cuatro cultivares del estudio en producción ecológica (PE) o producción

convencional (PC)

Fecha Cultivar/Tratamiento 9/11/2011 16/01/2012 18/05/2012 6/11/12

‘Souvenir’ PE 18,06 a nd nd 8,77 a


‘Red Beaut’ PE 19,44 a 7,76 a 3,75 a 8,33 a

‘Red Beaut’ PC 15,69 a 7,68 a 2,44 a 7,59 a



‘Showtime’ PE 21,29 a 6,44 a 2,05 a 8,21 a

‘Showtime’ PC 19,82 a 6,59 a 2,99 a 7,31 a



En cuanto a las reservas de nitrógeno proteico, en general se observó que en las fechas que se

corresponden con el reposo invernal (meses de noviembre de ambos años y enero de 2012) la

concentración fue más elevada que en la fecha en la que había un activo crecimiento vegetativo (mayo

2012) (Tabla 3). La concentración de nitrógeno proteico no mostró diferencias significativas entre los

dos tratamientos en ninguno de los muestreos realizados. Las reservas de nitrógeno proteico son las

primeras en movilizarse tras la parada invernal, de hecho, los valores de mediados de enero de 2012

son ligeramente inferiores a los de noviembre de 2011, sugiriendo que ya pudiera haberse iniciado un

cierto movimiento de yemas, aún imperceptible visualmente. En general se observó que los valores de

N proteico en noviembre de 2012 fueron algo inferiores a los de noviembre de 2011.

844

Tabla 3. Reservas de N proteico (%) en la madera de los cuatro cultivares del estudio en producción ecológica (PE) o producción convencional (PC)


9/11/2011 16/01/2012 18/05/2012 6/11/12 ‘Souvenir’ PE 3,26 a nd nd 1,68 a


‘Red Beaut’ PE 3,10 a 2,72 a 1,88 a 2,83 a

‘Red Beaut’ PC 3,41 a 2,75 a 1,73 a 3,16 a



‘Showtime’ PE 3,13 a 3,06 a 2,11 a 2,98 a

‘Showtime’ PC 3,36 a 2,73 a 1,90 a 2,96 a



El nitrógeno amoniacal tampoco varió sustancialmente entre ambos tratamientos, observándose sólo 2

diferencias significativas puntuales, una a favor del tratamiento convencional y otra en sentido

contrario (Tabla 4). Al final del ciclo de crecimiento en cada año, en el mes de noviembre, se

observaron los niveles más elevados de nitrógeno amoniacal, observándose también, como con el N

proteico, una temprana caída en enero de 2012.

Tabla 4. Reservas de N Amoniacal (%) en la madera de los cuatro cultivares del estudio en producción ecológica (PE) o producción convencional (PC)


9/11/2011 16/01/2012 18/05/2012 6/11/12 ‘Souvenir’ PE 0,63 a nd nd 0,80 b


‘Red Beaut’ PE 0,68 a 0,42 a 0,22 a 0,53 a

‘Red Beaut’ PC 0,64 a 0,39 a 0,23 a 0,51 a


‘Friar’ PC 0,59 b nd nd 0,69 a

‘Showtime’ PE 0,67 a 0,22 a 0,25 a 0,52 a

‘Showtime’ PC 0,69 a 0,18 a 0,26 a 0,61 a



Las reservas de nitrógeno nítrico constituyeron una mínima parte del conjunto de reservas

nitrogenadas y no hubo diferencias significativas entre ambos tratamientos, a excepción de

‘Showtime’ en enero de 2012, que fue superior en el tratamiento ecológico (Tabla 5). En general los

valores fueron constantes a lo largo del ciclo del cultivo en cada año y fueron muy similares para los

cuatro cultivares.

En estudios previos (Arroyo et al., 2013) se ha analizado de forma comparada el crecimiento y la

fenología del ciruelo japonés en cultivo ecológico y convencional, constatándose un mayor vigor y

una floración ligeramente adelantada, unos tres días, en las condiciones de manejo convencional. La

845

hipótesis de trabajo es que las reservas, tanto nitrogenadas como de carbohidratos, pudieran estar

implicadas en las diferencias observadas, presentándose valores inferiores en el sistema ecológico.

Paradójicamente, todas las analíticas realizadas hasta el momento presentan valores similares en

ambos tipos de cultivo. El análisis de las reservas en árboles adultos es un tema complejo, y podría ser

que las muestras de madera utilizadas no sean las idóneas para detectar posibles diferencias. De

cualquier forma, se han hecho pruebas también con porciones de raíces y yemas y tampoco se hallaron

diferencias debidas al tipo de manejo (datos no mostrados). En el futuro se va a bordar el estudio de

las reservas de azúcares solubles totales mediante HPLC, que nos permitirá identificar los niveles de

una serie de azúcares concretos. Es posible que mediante esta técnica encontremos diferencias que

puedan explicar mejor los resultados de crecimiento y fenológicos en función del tipo de manejo

agrícola.

Tabla 5. Reservas de N nítrico (%) en la madera de los cuatro cultivares del estudio en producción ecológica (PE) o producción convencional (PC)


9/11/2011 16/01/2012 18/05/2012 6/11/12

‘Souvenir’ PE 0,026 a nd nd 0,034 a


‘Red Beaut’ PE 0,020 a 0,024 a 0,022 a 0,029 a

‘Red Beaut’ PC 0,020 a 0,020 a 0,022 a 0,022 a



‘Showtime’ PE 0,028 a 0,021 a 0,034 a 0,019 a

‘Showtime’ PC 0,023 b 0,014 b 0,030 a 0,020 a



Conclusiones

Se ha observado que las reservas de carbohidratos y de nitrógeno contenidas en ramas de madera de

árboles adultos de ciruelo japonés sufren fluctuaciones anuales dependiendo de la fase del cultivo,

siendo todas generalmente más elevadas al final del periodo de crecimiento vegetativo y en reposo

invernal y descendiendo cuando tiene lugar el crecimiento vegetativo. La fracción más importante de

las reservas nitrogenadas correspondió al nitrógeno proteico, seguida por las fracciones amoniacal y

nítrica. Los datos obtenidos hasta el momento no han mostrado diferencias significativas relacionadas

con el tipo de manejo al que han estado sometidos los árboles, ecológico o convencional,

independientemente de que se trate de un cultivar sensible o tolerante a la roya.

Agradecimientos

La financiación para realizar este trabajo se ha obtenido del proyecto INIA-FEDER RTA2010-00046-

00-00. L. F. Pérez-Romero disfruta una beca predoctoral INIA.

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847

A network of static chemical sensors for the localization of plant diseases.

Juan Duque Rodríguez1,2, Pilar Barreiro1, David Gómez-Ullate2,3, Carlos Mejía-Monasterio1,2

1 LPF-TAGRALIA, Department of Rural Engineering, Technical University of Madrid, Av. Complutense s/n, Madrid, 28040. Email: [email protected]

2 CEI Campus Moncloa, UCM-UPM, Madrid, Spain. 3 Department of Theoretical Physics II, Complutense University of Madrid, Av Complutense s/n, Madrid, 28040. Abstract

In this work we present a numerical analysis of the performance of a passive search strategy for localizing plant diseases in a crop plantation where the effect of wind is negligible. The method consists of a set of cooperative passive sensors which decode the information contained in the concentration of Volatile Organic Compounds (VOCs) emitted by plants to detect the source of a disease outbreak in a crop field. The sensors work cooperatively and they provide an estimation of the location of the infectious focus using either Bayesian or classical inference rules. We show that the key parameters affecting the efficiency of the localization method are the rate of detection, the number of chemical sensors and their distance from the source. This method is extensible to more general media, and it constitutes a more economic alternative to the traditional image-based methods and active search strategies, which become unfeasible under the presence of obstacles.

Keywords: Precision agriculture and information technology, Modeling and numerical methods, Sensors, control and automation

Localización de brotes de enfermedad en cultivos mediante el empleo de una red de sensores pasivos.

Resumen

En este trabajo presentamos un análisis numérico para caracterizar una estrategia de búsqueda pasiva encaminada a localizar brotes de enfermedad en cultivos con poca presencia de viento. El método consiste en un conjunto de sensores pasivos cooperativos que decodifican la información contenida en la concentración de Compuestos Orgánicos Volatiles (COVs) emitidos por las plantas para detectar indicios de enfermedad en un campo de cultivo. Los sensores trabajan de manera cooperativa, realizando una estimación de la posición del foco de infección mediante el uso de reglas de inferencia Bayesiana o bien mediante el uso de reglas de inferencia clásica. Mostramos como la eficiencia del método de localización depende en gran medida del ritmo de detección de volátiles, del número de detectores en la red y de su distancia a la fuente. El método propuesto es extendible a cualquier tipo de medio y constituye una alternativa económica a los métodos tradicionales de análisis de imágenes y a las búsquedas activas, que resultan inviables en medios que presentan obstáculos.

Palabras clave: Agricultura de precisión y tecnología de la información, Modelización y métodos numéricos, sensores, Control y automatización

Introduction

Plant diseases are undoubtedly one of the major factors which limit the productivity and quality of agriculture. It is estimated that over 16% of global food production is lost every year due to plant diseases (Oerke 2006), and multimillionaire economic losses are derived from their occurrence -- for example, only in the United States, plant pathogens cause about 33 billion dollars of losses every year (Sankaran et al 2010). In order to control plant diseases and to reduce their impact on food production, correct and successful diagnosis methods are essential.

848

In this work we propose a chemical non-invasive method for plant disease localization. The method is based on a set of cooperative passive odor sensors which use the information contained in the volatile organic compounds emitted by the plants to discern signs of the development of a disease (Zhang et al 2010). Under the assumption of an odor transport model, the sensors can infer the position of the odor focus by means of different inference techniques. Sensors work in collaboration, and either by triangulation or by sharing information in a collective probability map of the source location (belief function), they achieve the goal of identifying the position of the source.

Our results show the dependence of the efficiency of the method with respect to the mean rate of detection. We conclude that the average localization time varies with the rate in which the sensors acquire information and therefore, with the number of sensors and their proximity to the odor source. Finally, some applications based on the idea of passive sensor's conFiguretions are presented at the end of the paper.


Odor propagation model

We follow in this section the approach given in Vergassola 2007 (Supplementary Information) to describe the transport process of the volatile compounds. An odor plume is modeled as the solution of an advection-diffusion equation, where we assume that a source located at r0 emits molecules of finite lifetime � at a rate � in a turbulent environment. These molecules propagate with isotropic effective diffusivity � and are advected by a mean current or wind � blowing (without loss of generality) in the negative �-direction. In this kind of medium, the mean rate of encounters �(�|��) experienced by a spherical odor detector of radius . is given by the expression:

�(�|��) = �ln�λ a! " #−$�−�0%�2� &� '|� − ��|* - (1)

where &�(/) is the modified Bessel function of the second kind and * is the correlation length

* = f ��1 + �:�4� g

� :! (2),

which can be interpreted as the mean length traveled by an odor particle before decaying. Intermittence is achieved in the model by simulating a Poisson process with mean �(�|��)Δ; at each position of the search domain.

Frequentist approach

The first method of identification consists in estimating the distance from each sensor to the source using a classical (frequentist) inference approach and then performing a triangulation between three or more sensors to obtain the position of the emitting source. Bearing into account that the statistical distribution of detections follows a Poisson distribution, the estimation of the mean rate of detections is given by:

849

− ij :! km ≤ �(�pqrp��|��) ≤ + ij :! km (3)

where is the Maximum Likelihood estimator of the Poisson parameter (mean value of the detections). The distance to the source |� − ��| is then obtained from this estimation by inverting numerically the relation (1) with � = 0 using Newton's method:

|�pqrp�� − ��| = * ∗ &�P� '�(�pqrp��|��)� log *.- (4)

The error committed in this estimation, assuming there is no uncertainty in the parameters of the medium, is the following:

Δ|�pqrp�� − ��| = *� ij :! km log *. 1&� v|�pqrp�� − ��|* w (5).

�

Bayesian approach

This method uses Bayesian inference to construct a belief function where the sensors collectively assign to each point of the crop field the probability that the source is located there. This probability measure shared by all the sensors is updated using the relation (Masson et al (2009)):

FG4NGpx = FGpx(��) ∏ z#−~(��|��)NG~��$~(��|��)%�r�W� OG4NG (6)

where � is the number of hits experienced by the �th sensor between ; and ; + �; and OG4NG is the normalizing constant, with � equal to the number of passive sensors. The prior distribution is assumed to be uniform (there is no prior knowledge about the source position) and the localization process ends when the Shannon entropy associated to the belief function vanishes, reflecting an absolute certainty about the position of the source. In practical terms, we will need to impose a threshold for the minimum value of the entropy to consider the search successful, and it is obvious that this threshold is directly related to the precision of the localization.

Figure 1: Identification techniques. Left panel: Frequentist approach. Right panel: Bayesian approach. Sensors are located at the boundaries of the crop field. Plume model parameters: � = 0, � = 2500, � = 1, � = 1. Source is located at (0,0).

850

Results and Discussions

Frequentist approach

Table 1 summarizes the results obtained using the classical inference approach. The estimated distance from each sensor to the source converges rapidly to the real value, but the uncertainty in the radial distribution decreases slowly and therefore large times are required to achieve sufficient precision in the determination of the source's location.

Table 1. Frequentist approach. Elapsed time in order to obtain a relative error �|�P��||�P��| < 0.1 taking e =0.0025. Detection Time decreases with the distance from the sensors to the source as ;�.� ∼ |� − ��|� :! .

|� − ��| Localization time 10 13 ∙ 10� 20 32 ∙ 10� 30 60 ∙ 10� 40 102 ∙ 10� 50 167 ∙ 10�

Bayesian approach

Similar results can be obtained using the inference approach, with the added value that in this case, the entropy values constitute a proper measure for quantifying the precision of the triangulation. Fig.2 reflects the performance of the method when the localization criterion is given by �S < 0.05. Efficiency, as measured by the average time for localization, decays as a power law with the mean rate of detection. This rate increases linearly with the number of gas sensors and decreases exponentially with the distance to the source. As a result, higher rates of detection are translated into a more efficient localization process. Table 2 also shows that increasing the size of the lattice step allows to obtain shorter detection times at the expense of increasing the uncertainty about the position of the source.

Table 2. Localization time of the Bayesian approach as a function of the discretization. Six odor sensors are distributed in a circle of radius 100 at the vertices of a regular hexagon. The search domain is a square lattice of

size 100 with lattice step ∆ and the source is located in its center. Detection time decreases with the size of the lattice step as a power law with exponent -2

Lattice step ∆ Localization time 2 (113 ± 56) ∙ 10� 5 (19 ± 12) ∙ 10� 10 (46 ± 28) ∙ 10: 25 (77 ± 47) ∙ 10

851

Some applications

Finally, we present two methods based on the application of a passive sensor conFiguretion. The first one uses an array of passive sensors distributed over the entire crop field (see Fig. 3). As we increase the number of sensors and reduce the separation between them, the reduction of entropy will be more effective, as shown in Table 3. Moreover, this array could be used for the detection of multiple sources simultaneously by suitably distributing the sensors over the search domain.

The second method is a multiscale approach, aimed at bringing the sensors closer to the source in a number of steps. This method can be considered an active search, and it improves considerably the efficiency of the identification process. The method basically consists of bringing closer an initial conFiguretion of sensors with the purpose of increasing the rate of detection, avoiding the slow, logarithmic decrease in entropy (see Fig. 3). The sensors are allowed to jump and reduce the search window once the probability belief function is concentrated on a certain smaller region around the true location of the source. Every such jump amounts in fact to an effective reduction of the search domain, which leads to a drastic reduction of localization times.

Figure 2: Bayes approach. Left panel: Efficiency. Rigth panel: Rate of detection as a function of the distance of the sensors to the source. The plume model parameters take the values: = 1, � = 1.00, � = 0, � = 2500 and . = 1.

Figure 3: Applications. Left panel: Hexagonal network of sensors. Rigth panel: Multiscale approach. The plume model parameters are: � = 0, � = 2500, � = 1, � = 1. Source is located at (0,0).

852

Table 3. Comparison between passive algorithms and active infotaxis strategy (Masson et al., 2009, Vergassola et al., 2007). Parameters take the values: � = 1, � = 1.00, � = 0, � = 2500 and . = 1.

Separation between sensors in the hexagonal network is * 2! . Jumps in the multiscale approach are produced when 90% of the probability map is concentrated in a region of the crop field.

Network of sensors Multiscale approach Active infotaxis Localization time (735 ± 130) ∙ 10 (129 ± 56) ∙ 10 (17 ± 10) ∙ 10

Conclusions

In this work we have explored the problem of localization of diseases in crops with a network of passive (immobile) sensors. We have shown that using a set of cooperative sensors distributed along the boundary of the field it is possible to locate the focus of a disease, even though the efficiency of the localization is very sensitive to the rate of odor detections. We have observed that the Bayesian and frequentist approaches to resolve the source position from the information given by the sensors lead to similar results. These results show a natural tradeoff between the desired resolution of the source position and the detection time needs to achieve such a precision. We have given estimates of the dependence of these quantities with the model parameters. Much better results (shorter localization times) are achieved by a multi-scale approach where the sensors are allowed to move at given times and thus approach the source. Our results suggest that this kind of passive localization methods constitute an alternative to traditional active searches in the case of constrained environments where robotic agents cannot move freely due to the presence of obstacles. Other advantages of these methods are its relatively low cost and the fact that localization can be achieved by sensors placed a certain distance away from the source.

Acknowledgements

This work has been supported by Grant n. 245986 of the EU-project Robots Fleets for Highly Agriculture and Forestry Management. JDR was also supported by a PICATA predoctoral fellowship of the Moncloa Campus of International Excellence (UCM-UPM). DGU was supported in part by Dirección General de Investigación, Ministerio de Ciencia e Innovación of Spain, under grants MTM2012-31714 and FIS2012-38949-C03-01.

References

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diseases. Computers and Electronics in Agriculture 72(1): 1-13. Vergassola, M., Villermaux, E., Shraiman, B. (2007). ‘Infotaxis’ as a strategy for searching without gradients.

Nature 445(7126): 406-409. Zhang, Z., Li, G. (2010). A review of advances and new developments in the analysis of biological volatile

organic compounds. Microchemical Journal 95(2): 127-139.

853

A novel method to examine the abrasive and impact stress behavior of agricultural blades

A. Jahr, H. Sim, A. Batos, G. Molla, V. Berk, J. D. Villena Martínez

University of Applied Sciences Düsseldorf, FMDauto – Institute for Product Development and Innovation,

Josef-Gockeln-Straße 9, 40474 Düsseldorf, Germany, e-mail: [email protected] Abstract

Cutting of stalk material is a core process within the whole harvesting period. During the entire harvesting, every stalk is cut at least one time. For other agricultural processes, such as grain crop harvesting or mulching of brownfields, cutting processes belong also to the main techniques. They have a significant influence on the efficiency and profitability of agricultural machines. Minimizing wear has a high level of importance regarding an environmental friendly and resource efficient agriculture. Wear during agricultural cutting processes is mainly caused due to abrasion and impact stress. Blunt and deformed blades affect the energy efficiency and the cutting quality. The increase of fuel consumption and frequent machine breakdowns with an involvement of high labor and material costs generate considerable economic losses. A consequent, methodical optimization of the wear behavior of the blades can offer a high saving potential of ecological and economic resources. The blade geometry, base material and heat respectively surface treatment substantially determine the wear resistance. Under technological and economic considerations these parameters have to be optimized. Therefore, a test method has been developed at the FMDauto in cooperation with the Ennepetaler Schneid- und Mähtechnik (ESM) GmbH & Co KG. The test bench enables to test different blades of agricultural machines under standardized and repeatable conditions. This paper presents the test bench and the results of several wear tests. The examinations of the abrasive wear and the impact stress on cutter blades are shown. Algorithms developed at FMDauto are used to analyze the results. It is carried out that further developments of the analyzing methods to describe the sharpness and disruptions of cutter blades are reasonable.

Keywords: Cutting, abrasive wear, impact stress

Un modelo innovador para examinar el comportamiento ante impactos

y abrasión en cuchillas agrícolas. Resumen

El corte del material del tallo es un proceso central en todo el periodo de la recolección. Durante toda la siega, cada tallo es cortado al menos una vez. Para otros procesos agrícolas, como la cosecha de cereal o el abono de terrenos en desuso, los procesos de corte también forman parte de las técnicas principales. Estas tienen una influencia significativa en la eficiencia y rentabilidad de la maquinaria agrícola. Minimizar el desgaste tiene un alto nivel de importancia en una agricultura respetuosa con el medio ambiente y eficiente en recursos. El desgaste durante los procesos de corte agrícolas es causado principalmente por abrasión e impactos. Cuchillas romas y desafiladas afectan a la eficiencia energética y a la calidad del corte. El incremento en el consumo de combustible, así como en la frecuencia de averías que conllevan altos costes materiales y de mano de obra, generan considerables pérdidas económicas. Como consecuencia, una optimización metódica del comportamiento ante el desgaste puede ofrecer un alto potencial de ahorro en recursos económicos y ecológicos. La geometría de la cuchilla, el material base y los respectivos tratamientos térmico y superficiales determinan sustancialmente la resistencia al desgaste. Bajo criterios tecnológicos y económicos estos parámetros han sido optimizados. Por consiguiente, un método de testeo ha sido desarrollado en FMDauto en cooperación con Ennepetaler Schneid- und Mähtechnik (ESM) GmbH & Co KG. El banco de pruebas permite ensayar diferentes cuchillas de máquinas agrícolas bajo condiciones normalizadas y reproducibles. Este documento presenta el banco de pruebas y los resultados de varios ensayos de desgaste. Se muestra el examen del desgaste abrasivo y

854

de los impactos en cuchillas. Algoritmos desarrollados en FMDauto son usados para analizar los resultados. Se han desarrollado métodos de análisis para describir si el estado del filo y las alteraciones de los filos de las herramientas de corte son razonables.

Palabras clave: Corte, desgaste abrasivo, impactos.

Introduction

Machinery for agricultural and forestry industry is becoming larger and correspondingly handles greater areas and volumes in a shorter period of time. An effective and efficient usage of the increasing driving power is demanded. Thereby, the durability of the wearing parts, particularly of the cutting tools, is one of the key factors. Understandably the changing and maintenance time have to be minimized to use the expensive machines economically. Costs caused by friction, wear and corrosion in the industrialized countries are considered by the BMFT (1983), the German Federal Ministry for Research and Technology (today BMBF), to 4.5% of the Gross Domestic Product. BROCKLEY (1984) amounts the yearly losses by wear in Canada to 4.5 billion €. According to CZICHOS (2010) abrasion is the main damage mechanism and allocates 76.3% of the damage in the Canadian agriculture and forestry. Cutting tools for agriculture and forestry are exposed to a particular kind of stress profile. They cut relative soft stalk material but at the same time encounter hard particles like sand and gravel. A too hard and brittle basic material of the blade can lead to the risk of a blade breakage and a following necessity of replacement. In flail mowers, cutter blades operate on ground level and therefore encounter sand and gravel. On soil conditions with a lot of foreign particles the normal life cycle of 80 to 100 operation hours can be reduced to just 30. A flail-shaft with a width of 3.6 m contains 54 blade groups. Each change of a blade group takes 20 s and costs around 18 €. This leads to a total immobilization time of approximately 20 min and material costs of 800 €. For a self-propelled field chaff cutter it takes about 45 min to dismantle only the attachment. Three man-hours are required to change the 40 blades, each fixed with 5 screws.

For the aspired increase of durability, a suitable test method is demanded. Because of the varying conditions of different fields with different cuttings, soil and weather conditions, field tests are not repeatable and cannot provide comparable results. On the other hand wear pattern as similar as possible to those in the field are required. In most of the common test methods standardized specimens are applied as likewise in the dry sand/rubber wheel abrasion test according to ASTM G65 (2004, 2010). The standard test specimen is pressed against a rotating rubber wheel at a specified force and between the test specimen and the rubber wheel quartz sand is introduced. FEHRMANN (2008) presents a method to determine wear on cutter blades by using quartz sandblasting.

The up to now existing test methods either do not consider the effects of the blade geometry or reproduce wear at low velocities. The blade geometry changes during operation and affects the flow and particle circulation around the blade. Accordingly, different parts of the blades are exposed to wear to varying extends. The blade geometry also has to be considered in regard to different heat treatments and coatings. The area around the blade point cannot be tempered well because of its thinness. To gain a self-sharpening effect, coatings on different locations of the blade can be tested. By applying high velocities during the tests, a realistic reproduction of the impact stress as under field conditions is enabled. Thus, none of the existing test methods satisfies the demanded requirement to determine the wear and impact stress behavior of cutter blades under realistic conditions.


To meet the specified requirements, a new test bench has been developed (Fig. 1). Two cutter blades rotate at a constant and defined speed in a slurry pot. The pot contains the abrasive medium. The cutter blades are attached to a rotating shaft which is driven by an electrical engine. The abrasive medium consists of sand, gravel and water in a specific proportion and with a certain particle size distribution.

855

The particle shape and size distribution of the sand and gravel are standardized. Different test parameters were varied during calibration tests to ensure a high abrasiveness for the entire test duration, so that the effects of the abrasive particle size change during the tests are minimized. The mixture to examine the impact stress behavior consists of gravel with bigger particle sizes. The particle shape and size distribution of the bigger sized gravels for the impact stress tests are also standardized.

The standardized composition of the slurry, a defined rotating speed and an accurate test duration time guarantee, that each test is exactly reproducible. Thus, the wear resistance of different cutter blade types can be compared.

b)

a) c) d) Figure 1. Test bench for determining the wear resistance of cutter blades

a) CAD model, b) slurry pot, c) analyzing unit, d) photography The tests were executed with cutter blades provided by the company ESM – Ennepetaler Schneid- und Mähtechnik GmbH & Co KG. A standard blade made of conventional tempered spring steel and a blade of the same basic material but additionally induction hardened are tested. To examine the wear, the cutting edge profile is analyzed on four specific spots of the blade. The spots are at equal distance to each other. The cutting edge profile is measured with a laser-profile-scanner (MICRO EPSILON SCANCONTROL 2700-25(500)) and result in a point cloud. Additionally, a 3D measuring device from GFMesstechnik (GFM MIKROCAD LITE) is used. The 3D sensor projects fringe patterns consisting of parallel stripes onto the object surface. A camera records the perspective deformation and the height values for any single surface point are gained from the gray value slopes of the phase shifted fringe patterns (Fig. 2 a). Phase measuring fringe projection is a standard solution for cutting edge measurement in the industry. It is fast, exact and insensitive to rough working conditions, vibration and extraneous light. By measuring the 3D geometry the edge contour line is determined automatically by the software. The software determines the minimum, maximum, mean and deviance of the radius, angle, chamfer width, form deviation, asymmetry (K-Factor), and chipping. The whole measuring field is captured in one single turn and the software aligns the data automatically so that an exact sample positioning is not necessarily needed. To analyze the wear resistance of different blades, several methods and thus various values are used: Roughness values Ra and Rmax (for the chipping alongside the knife point), K-Factor, cutting edge radius and material loss.

By means of the K-factor model, described by TIKAL (2009), defined rounding on cutting edges can be characterized. This method is originally designed to analyze blades used during metal-cutting manufacturing processes. The first step used to determine the K-factor is to tangentially extend the

856

flanks of the blade (Fig. 2 c). Afterwards, the distances between the break-off points and the intersection point of the extensions, Sα and Sγ, have to be determined. This finally leads to the K-factor, defined as K = Sγ / Sα. The sharpness of the cutting edge can also be indicated by means of the distance between the maximum of the cutting edge profile and the intersection point of the tangential extensions, Δr.

According to JAHR (2012), describing the abrasive wear by approximating the cutting edge contour by a minimum circumscribed circle is another possible method (Fig. 2 b). In this case the determined radius R specifies the sharpness of the blade. Other methods are measuring the weight loss ΔM, the width difference ΔW and determining the surface abrasion ΔA by comparing the cutting edge profiles of a new and a worn cutter blade (Fig. 2 d).

To examine the impact stress behavior the chipping alongside the knife point is determined by the roughness values Ra and Rmax. The initial profile alongside the blade point is high pass filtered in order to get the roughness profile without the form deviation (Fig. 3). Ra is the arithmetic average of the absolute values of the roughness profile ordinates. The average roughness is the area between the roughness profile and its mean line. Rmax is the absolute roughness depth of the sample.

��

a) b)

�γ��α� Δ�

��

��

��

��

�

��γ�

�α�

��

� ��

��

c) d) Figure 2. Phase measuring fringe projection and analyzing methods a) Phase measuring fringe projection, b) Chipping alongside the knife point

c) K-Factor according to TIKAL (2009) & Circle-Fit, d) surface abrasion

Results

The results obtained by the test bench are shown in Fig. 3 and Table 1. The initial cutting edge profiles show ideal sharp cutting edges with small cutting edge radius. The increase of the radius R of the induction hardened blade in comparison to the standard blade is considerably smaller. Also the loss of mass Δm, the surface abrasion ΔA and the decrease of the blade width ΔW confirm a significant

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better wear resistance of the induction hardened blade. With regard to the impact stress behavior, the standard blade has a bigger absolute roughness depth Rmax. This is maybe a result of the higher surface hardness of the induction hardened blade that leads to a bigger resistance to deformation. Despite of the higher surface hardness no blade breakage or significant disruptions can be observed.

2 3 4 5

94

95

96

97

98

99

100

101

mm

mm

2 3 4 5 mm

94

95

96

97

98

99

100

101

mm

b)

a) c) d)

100

50

0

-50

-100

z [

μm

]

x [mm]1 2 3 4

initial roughness profile

high-pass filtered roughness profile

100

50

0

-50

z [μ

m]

x [mm]1 2 3 4

initial roughness profile

high-pass filtered roughness profile

e) f)

Figure 3. Test results Results of various analyzing methods (abrasion test): a) Standard blade, d) Induction hardened blade

Cutting edges (impact stress test results): b) Standard blade, c) Induction hardened blade Roughness profiles for chipping alongside the knife point of the cutting edges (after impact stress test):

e) Standard blade, f) Induction hardened blade

Table 1. Test results

Characteristic Standard blade Induction hardened blade

New Worn New Worn K-Faktor [ ] 1.1076 1.336 1.04 0.493

Δr [mm] 0.528 4.696 0.505 4.211 ΔA [mm²] 14.917 4.252 Δm [mg] 6.0 3.2 R [mm] 0.114 1.697 0.0976 1.127

ΔW [mm²] 6.35 3.59 Ra [μm] 3.0 8.2 4.4 8.4

Rmax [μm] 12.4 42.8 16.1 32.1

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Conclusions

The wear patterns obtained by the test bench are fairly similar to those in the field. The presented test method provides repeatable and comparable results in a short period of time. By applying the presented test method, the material hardness range for agricultural cutting tools can be determined in which the material is hard enough against abrasion but at the same time not too brittle against impact stress.

The challenge is to analyze and characterize wear clearly. To determine the impact stress behavior, the deformation, disruption and the jaggedness of the cutting edge have to be described clearly. Different measuring devices use the same characteristics, but the results are highly dependent on the calculating algorithms. This is attributed to the fact that there are no standards. An ideal characterization method would determine wear in one specific value. A product developer could use the presented test method with the measuring device and the associated software to find the appropriate parameters for cutter blades. The parameters include the blade material, material treatment, coating and the blade geometry. The institute FMDauto is further working on an analyzing method based on an ellipse-fit algorithm to determine the energy efficiency and the edge-holding property of agricultural cutting tools.

Acknowledgement

Supported by: Federal Ministry of Economics and Technology on the basis of a decision by the German Bundestag and the Fachhochschule Düsseldorf – University of Applied Sciences

References

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Brockley, C. A. (1984). Economic losses due to friction and wear – Research and development strategies. National Research Council of Canada.

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ASTM Standard G65, 2004 (2010). Standard Test Method for Measuring Abrasion Using the Dry Sand/Rubber Wheel Apparatus. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2010, DOI:10.1520/G0065-04R10, www.astm.org.

Fehrmann, J., Bernhardt, G., Flanhardt, M., & Acimas, A. (2008). Standzeiterhöhung der Werkzeuge bei der Strohzerkleinerung durch Optimieren von Werkzeugform, Werkstoff und Materialbehandlungs-verfahren. High Tech für die nachhaltige Landwirtschaft. 63. VDI-MEG Tagung Landtechnik-Agricultural Engineering AgEng, 425-433.

Tikal, F. (2009). Schneidkantenpräparation – Ziele, Verfahren und Messmethoden: Berichte aus Industrie und Forschung. Kassel University Press. http://kobra.bibliothek.uni-kassel.de/bitstream/urn:nbn:de:hebis:34-2009092830369/1/TikalSchneidkantenpraeparation.pdf [20-04-2012]

Jahr, A., Batos, A., Sim, H., Villena Martínez, J. D. (2012). A new approach for measuring the wear resistance of cutter blades. International conference of agricultural engineering, CIGR-AgEng2012 Papers Book. http://cigr.ageng2012.org/images/fotosg/tabla_137_C0740.pdf [03-09-2012]

Jahr, A., Batos, A., Sim, H., Villena Martínez, J. D., Zepke, S. (2012). Eine neuartige Methode zur Bestimmung der Verschleißfestigkeit von Häckslermessern – A novel method for determining the wear resistance of cutter blades. 70. Internationale Tagung Landtechnik, Karlsruhe, 06.-07. November 2012, VDI-Berichte Nr. 2173, VDI Verlag GmbH

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Uso de mezclas de torta de semillas y cáscaras de chañar (Geoffroea

decorticans) como fertilizante orgánico para producción de tomates de invernadero

Claudia Santibáñez 1, María Teresa Varnero2 e Ian Homer2

1 Universidad Mayor, Facultad de Ciencias Silvoagropecuarias, Camino La Pirámide 5750, Huechurana,

Santiago, Chile. [email protected] 2 Universidad de Chile, Facultad de Ciencias Agronómicas, Santa Rosa 11315, La Pintana, Santiago, Chile.

Resumen

La disposición de la torta de semillas en uno de los mayores problemas que enfrentan los productores de biodiesel en el mundo. Se estima que 1 tonelada de biodiesel producido, genera 2.5 a 3 toneladas de torta de semilla. La expansión de la producción de biodiesel hace necesario encontrar aplicaciones sustentables para os subproductos y residuos generados por esta industria. Esto podría resultar en beneficios tanto económicos como ambientales para el proceso. La torta de semillas y cáscaras de chañar son subproductos generados durante el proceso del nuevo cultivo oleaginoso Geoffroea decorticans para producción de biodiesel. El desarrollo de usos comerciales de estos residuos orgánicos incrementaría la rentabilidad de este cultivo. Las semillas de chañar contienen niveles de nutrientes que pueden constituir un excelente fertilizante orgánico para plantas que se cultivan en contenedores. Por otra parte, las cáscaras de chañar tienen el potencial de mejorar la aireación y porosidad del suelo. Este estudio de invernadero tiene como objetivo encontrar mezclas óptimas de torta de semillas y cáscaras de chañar como sustrato orgánico para el crecimiento de tomate. Las plántulas de tomate (Solanum lycopersicum) se hicieron crecer en macetas rellenas con suelo y una mezcla de residuos orgánicos incorporados en dosis (v/v) de: 0 + 10%, 2.5 + 7.5%, 5.0 + 5.0%, 7.5 + 2.5% y 10.0 + 0% de torta de semillas y cáscaras, respectivamente. A los 90 días de la siembra, se evaluó el crecimiento de las plantas y el contenido foliar de nutrientes. Las mezclas de torta de semillas y cáscaras de chañar promovieron significativamente el crecimiento de las plantas hasta la dosis de 7.5% de torta de semillas. Dosis mayores a 7.5% generaron una reducción del crecimiento vegetal. Con dosis de 7.5% de torta de semillas y 2.5% de cáscaras, el peso seco de las plantas, producción total de tomates por planta y el número de frutos por plantas fue equivalente al del control fertilizado químicamente. No hubo diferencias significativas por tratamiento en términos del peso promedio de los frutos. Las mezclas orgánicas tuvieron efectos significativos sobre las propiedades físicas (densidad aparente, porcentaje de porosidad total) y sobre las propiedades químicas (pH, C.E) de las mezclas en macetas proporcionales al incremento en la dosis de torta de semillas. La torta de semillas constituye un buen fertilizante orgánico, debido a sus altos contenidos de N y P. Sin embargo, en las condiciones del estudio, la incorporación de cáscaras no fue relevante. Los resultados de este estudio demuestran que la torta de semillas de chañar podría constituir un fertilizante orgánico útil para tomates cultivados en macetas.

Palabras clave: fertilizante orgánico, torta de semillas de chañar

Blends of chañar (Geoffroea decorticans) seedcake and husks as an organic fertilizer for greenhouse tomatoes

Abstract

Disposal of seedcake is one of the major problems being faced by biodiesel producers across the world. A 1 ton per day biodiesel plant produces 2.5 to 3 tons of seedcake. The expansion of biodiesel production makes necessary to find sustainable applications for the byproducts and residues. This could entail economical and environmental improvements for the process. Chañar seedcake and husks are by-products generated during the processing of the new oilseed crop Geoffroea decorticans for biodiesel production. Developing commercial uses for these organic residues would increase the profitability of this crop. Chañar seedcake contains levels of nutrients which should make it an excellent organic fertilizer for container-grown plants. On the other hand, chañar husks have the potential to improve soil aeration and porosity. This greenhouse study aimed to find

860

optimized blends of chañar husks and seedcake as organic fertilizer for growth of tomato plants. Tomato (Solanum lycopersicum L.) plants were grown in potting mix supplemented with soil and organic by-products mixed in doses (v:v) of 0 + 10%, 2.5 + 7.5%, 5.0 + 5.0%, 7.5 + 2.5% and 10.0 + 0% of seedcake and husks, respectively. At 90 days after sowing, data was taken on plant growth and shoot nutrients content. Blends of chañar seedcake and husks used as fertilizer promoted substantial plant growth up to the dose of 7.5% of seedcake. Doses higher than 7.5% caused reduction in plant growth. Other macronutrients were not influenced. At rates of 7.5% of seedcake and 2.5% of husks, plant weight, total tomato yield per plant and number of fruit per plant were equal to that of the chemically fertilized control. There were no differences among treatments for average fruit weight. The organic blends had significant effects on the physical properties (bulk density, total porosity percentage) and on chemical properties (pH, EC) of the potting mixes with increasing rates of seedcake. Chañar seedcake is a good organic fertilizer, due to its high N and P contents, but blending with husks is not very necessary. From these results it appears that chañar seedcake may be a useful organic fertilizer for container-grown tomatoes. Keywords: Organic fertilizer, chañar seedcake


El chañar (Geoffroea decorticans) pertenece a la familia de las Leguminosae, corresponde a un arbusto o árbol pequeño de las regiones semiáridas del Gran Chaco (Lewis et al., 1990; Cabrera, 1994) y se extiende desde Paraguay, la zona sur de Perú y Bolivia, norte de Chile, sur de Uruguay and gran parte de Argentina (límite sur: provincia de Río Negro province) (Maestri et al., 2001). La corteza, flores y hojas tienen diversas aplicaciones en medicina popular y proporciona una buena fuente de alimentos para animales en comunidades rurales (Maestri et al., 2001). La fruta contiene una semilla oleaginosa que se encuentra dentro de una cascara leñosa. Debido al alto contenido de aceite de la semilla de chañar y por presentar un perfil de ácidos grasos similar al de otros aceites utilizados para la producción de biodiesel, esta especie se vislumbra como un cultivo promisorio para la producción de biodiesel en zonas semiáridas (Santibáñez, 2011; Santibáñez et al., 2012) . Sin embargo, para obtener una producción sustentable de biodiesel, es necesario identificar posibles usos benéficos de los subproductos masivos generados en el proceso.

La producción de cultivos hortícolas en contenedores se ha incrementado significativamente en las últimas décadas, por lo cual existe una demanda importante de nuevos sustratos para utilizarse en este tipo de producción. En el proceso de producción de biodiesel a partir de chañar se generan dos subproductos principales: las cáscaras leñosas producidas cuando se separan de las semillas y la torta de semillas, producida cuando se extrae el aceite de la semilla mediante prensado. La valoración de estos subproductos podría constituir un fertilizante orgánico o mejorador de suelos de bajo costo para su utilización en la producción hortícola en contenedores. El objetivo de este estudio fue evaluar el uso de mezclas de torta de semillas y cáscaras de chañar (Geoffroea decorticans) como fertilizante orgánico para producción de tomates de invernadero.

Material y Métodos

Se realizó un estudio de invernadero con macetas con una disposición completamente al azar con 5 réplicas. Las semillas de tomate se plantaron en un medio de control y se dejaron crecer durante 20 días. Posteriormente, las plántulas de tomate se trasplantaron individualmente a las macetas correspondientes. Cada unidad experimental se componía de una plántula de tomate creciendo en macetas de 3 L rellenas con 90% de un suelo franco arenoso y 10% (v:v) de los subproductos de chañar mezclado en función del tratamiento correspondiente. La torta de semillas y las cáscaras de chañar se combinaron en mezclas que correspondían a un 10% del volumen del sustrato, con incrementos de 2.5%, tal como se muestra: 0 + 10%, 2.5 + 7.5% + 5.0 + 5.0%, 7.5 + 2.5% y 10.0 + 0% de torta de semilla y cáscara de chañar, respectivamente. Se dispuso un tratamiento adicional que consistía una maceta con suelo fertilizado químicamente con Osmocote® 14-14-14. Las macetas se dispusieron en una sala de invernadero con condiciones controladas (23°C, fotoperiodo 12h luz/12h

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oscuridad). Se registró el número de frutos por planta, peso total de frutos por planta y peso promedio de los frutos. La cosecha de frutos se realizó según lo descrito por Jones (2008). Al final del ensayo, el contenido foliar de clorofila se determinó en extractos de acetona mediante espectrofotometría a 646 y 664 nm (Harbone, 1984). Subsecuentemente, se cosechó la parte aérea de las plantas y se secaron (45°C, 72 h) para determinar la producción de biomasa seca. El nitrógeno foliar se determinó mediante el método de micro Kjeldahl con analizador Kjeltec Auto 1030 después de la digestión de las muestras en H2SO4 con un catalizador de selenio.


Composición química de los residuos orgánicos y suelo utilizados en el ensayo

Se realizó un analisis de la composición química de la torta de semillas, cáscaras y suelo utilizado en el ensayo, lo cuales se muestran en la Tabla 1. La torta de semillas podría constituir un buen biofertilizante orgánico, debido a sus altos contenidos de nitrógeno y fósforo. Sin embargo, la cáscara no constituye un aporte significativo de macronutrientes.

Tabla 1. Composición química de los residuos orgánicos y suelos utilizados como medio de crecimiento

Nutriente Torta de semillas (g kg-1)

Cáscaras (g kg-1)

Suelo (g kg-1)

Nitrógeno 75.2 15.6 18.9 Fósforo 30.5 2.5 4.8 Potasio 6.4 44.2 53.8

Características físicas y químicas del medio de crecimiento (sustratos)

En la Tabla 2 se muestran diversas propiedades físicas y químicas de los distintos medios de crecimiento utilizados. La densidad aparente no se vio afectada por la aplicación de mezclas orgánicas con respecto al control, excepto en el tratamiento con mayor dosis de cáscara, en el cual la densidad aparente fue significativamente menor. El pH mostró una leve tendencia a disminuir a medida que se aumentaba la dosis de torta de semillas. Estos valores se mantuvieron dentro de rangos clasificados como ligeramente a moderadamente ácidos. En tanto que la conductividad eléctrica aumentó a medida que aumentaba la dosis de torta de semilla, sin embargo, los valores se mantuvieron dentro de rangos considerados no salinos. El porcentaje de porosidad aumentó (y por ende el porcentaje de sólidos disminuyó) a medida que aumentaba el porcentaje de cáscara. Pese a que no existen estándares universalmente aceptados para establecer la calidad de sustratos de macetas, generalmente se aceptan como valores deseables para densidad aparente (0.20 – 0.75 g cm-3), pH (5.2 – 6.3), CE (≤ 10 dS m-1) y porosidad total (50-85%) (Noguera et al., 2003; Sanchez-Monedero et al., 2004; Bilderback et al., 2005; Chong, 2005). Todos los tratamientos de este estudio cumplieron estos criterios, con excepción del tratamiento control.

Tabla 2. Propiedades físicas y químicas de los distintos medios de crecimiento

Medio de crecimiento (% torta de semilla/%

cáscara)

Densidad aparente (g cm-3)

pH CE (dS m-1)

Porosidad total (%)

Control 0.86a 6.12a 0.89a 68.8a 0/10 0.65 b 6.11a 0.86a 79.3 d

2.5/7.5 0.70a 5.86ab 0.95a 76.5 c 5.0/5.0 0.72a 5.64 b 1.08 b 73.4 b 7.5/2.5 0.75a 5.49 b 1.10 bc 71.2ab

10/0 0.77a 5.35 c 1.14 c 69.8a Letras distintas en la misma columna indican diferencias significativas para esa variable entre tratamientos (α = 0.05).

862

Crecimiento de tomate y producción de frutos

Diversos estudios previos han encontrado que la producción de tomates en invernadero es menor cuando se utilizan fertilizantes orgánicos que con fertilizantes inorgánicos (Heeb et al., 2005; Heeb et al., 2006). En general, los fertilizantes orgánicos liberan más lentamente los nutrientes que los fertilizantes inorgánicos. El nitrógeno aportando por un fertilizante orgánico, tal como la torta de semillas utilizada en este experimento, es liberado por la descomposición microbiana del nitrógeno orgánico, por ejemplo en forma de aminoácidos que se descomponen a amonio (NH4

+), que puede ser directamente asimilado por las plantas o ser posteriormente transformado a nitrato (NO3

-).

Los valores de peso seco de las plantas, número de frutos por planta, peso total de frutos por planta y peso promedio de frutos por planta se presentan en la Tabla 3.

Las mezclas de torta de semillas y cáscaras de chañar promovieron significativamente el crecimiento de las plantas hasta la dosis de 7.5% de torta de semillas. Dosis mayores a 7.5% generaron una reducción del crecimiento vegetal. Con dosis de 7.5% de torta de semillas y 2.5% de cáscaras, la altura de las plantas (datos no mostrados), producción total de tomates por planta y el número de frutos por plantas fue equivalente al del control fertilizado químicamente. No hubo diferencias significativas por tratamiento en términos del peso promedio de los frutos.

Tabla 3. Peso seco de plantas y peso de los frutos de tomate

Medio de crecimiento (% torta de semilla/%

cáscara)

Peso seco de las plantas

(vástagos) (g)

Número de frutos/ planta

Peso total de frutos/planta

(g)

Peso promedio frutos/planta

(g) Control 31.8a 53.5a 364.9a 6.82

0/10 15.7 c 23.2 c 157.1 d 6.77 2.5/7.5 23.4 b 30.8 b 213.4 c 6.93 5.0/5.0 26.6 b 46.8 b 325.3 b 6.95 7.5/2.5 30.4a 52.2a 354.9ab 6.80 10/0 27.8 b 50.4ab 336.7ab 6.68

Letras distintas en la misma columna indican diferencias significativas para esa variable entre tratamientos (α = 0.05).

Conclusiones

Las mezclas de torta de semillas y cáscaras de chañar promovieron significativamente la producción de biomasa seca de las plantas de tomate hasta la dosis de 7.5% de torta de semillas. Dosis mayores a 7.5% generaron una reducción del crecimiento vegetal. Con dosis de 7.5% de torta de semillas y 2.5% de cáscaras, el peso seco de las plantas, producción total de tomates por planta y el número de frutos por plantas fue equivalente al del control fertilizado químicamente. Sin embargo, no hubo diferencias significativas por tratamiento en términos del peso promedio de los frutos. Las mezclas orgánicas tuvieron efectos significativos sobre las propiedades físicas (densidad aparente, porcentaje de porosidad total) y sobre las propiedades químicas (pH, C.E) de las mezclas en macetas relacionados al incremento en la dosis de torta de semillas. La torta de semillas constituye un buen fertilizante orgánico, probablemente debido a sus altos contenidos de N y P. Sin embargo, la incorporación de cáscaras en estas condiciones de estudio, no fue necesaria, aunque colaboro en los aspectos físicos del sustrato. Los resultados de este estudio demuestran que la torta de semillas de chañar podría constituir un fertilizante orgánico útil para tomates cultivados en macetas.

Agradecimientos

Los autores agradecen a la Comisión Nacional de Investigación Científica y Tecnológica (CONICYT) por el financiamiento de este estudio (Proyecto FONDECYT No. 11085043).

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Bibliografía

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864

Metodología para la Gestión de Obras de Paso en una Red de Caminos Rurales de Extremadura.

A. Rodríguez1, M. Moya 1 y F. Ayuga2

1 Universidad de Extremadura, Centro Universitario de Plasencia, Avda. Virgen del Puerto nº 2, 10600 Plasencia

(Cáceres): [email protected] 2Universidad Politécnica de Madrid, E.T.S.I. Agrónomos, Ciudad Universitaria, s/n, 28040 Madrid

Resumen

Extremadura dispone de más de 40000 kilómetros de vías rurales, siendo desde el año 2001 la primera red catalogada e inventariada de España. En los últimos años el tráfico rodado en estos caminos se ha intensificado y diversificado enormemente, encontrándose las administraciones en la exigencia de realizar de manera sistemática unas labores de conservación y mantenimiento que garanticen unos niveles mínimos de seguridad vial. Un elemento esencial de este sistema viario son las obras de paso, estructuras que han evolucionado enormemente tanto desde el punto de vista del diseño como en la aplicación de nuevos materiales, siendo una constante la preocupación por su mantenimiento. La restauración de cualquier obra de fábrica presenta cierta carestía y supone un gran esfuerzo económico para los municipios, especialmente para los de menor entidad. Por tanto la finalidad de este trabajo es establecer una guía metodológica que sirva para gestionar las obras de paso en vías rurales y proporcionar a las administraciones locales una herramienta eficaz para la planificación de futuras labores de mantenimiento. Esta metodología será validada posteriormente con la determinación del estado de conservación de las obras de paso existentes en una muestra de caminos rurales de Extremadura.

Palabras clave: camino rural, obra de paso, mantenimiento, gestión, metodología.

Methodology for management of bridges in rural road network of Extremadura

Abstract

Extremadura has more than 40000 kilometers of rural roads, being the first network cataloged an inventoried in Spain since 2001. In recent years traffic on these roads has intensified and diversified enormously, with administrations in the requirement of doing systematically some tasks of conservation and maintenance to ensure minimum levels of road safety. An essential element for this road system are the bridges, structures which have evolved greatly both from the point of view of the design and the application of new materials, being their remains constant concern. The restoration of any factory work presents certain overpricing and is a great economic effort for the town halls, especially for the small ones. Therefore the purpose of this works is to establish a methodological guide that serves to manage the bridges in rural roads and provide local governments with an effective tool for the planning of future maintenance work. This methodology will be validated subsequently determining the bridge condition in a sample of low-volume roads of Extremadura.

Keywords: rural road, bridge, maintenance, management, methodology


La longitud de la red de caminos o vías rurales es superior a la red de carreteras tanto en Extremadura como en España. En el entorno económico y social extremeño, esta red permite la comunicación de infinidad de pequeños núcleos poblacionales, y también da servicio a un gran número de actividades que no serían posibles sin la misma, desde las puramente económicas como son la explotación de bosques o terrenos agrícolas, hasta otras más relacionadas con el ocio rural.

Para que un camino rural cumpla correctamente con la función para la que ha sido construido es indispensable que todos sus elementos se encuentren en un correcto estado de conservación, siendo las

865

obras de paso por su importancia estructural elementos esenciales, permitiendo salvar los diferentes obstáculos que presenta la orografía para posteriormente continuar el camino. Estas estructuras se deterioran continuamente por la acción combinada de efectos internos y externos: carbonatación, sobrecarga, impacto de vehículos, erosión, socavación, efectos sísmicos, etc., pudiendo inhabilitarlas para la función que tienen encomendada y en algunos casos alcanzar el estado de ruina, con los consiguientes costes materiales, sociales, económicos e incluso humanos que esto puede suponer. El principal problema es que la reparación periódica de este tipo de infraestructuras presenta cierta carestía y los ayuntamientos se decantan por destinar los escasos fondos económicos de los que disponen a realizar reparaciones básicas superficiales. Pero más allá de las carencias económicas y de los elevados costos de mantenimiento, existen otras problemáticas que es preciso señalar:

� Los esfuerzos de las administraciones estatales y autonómicas han estado encaminados principalmente en lograr redes viales troncales en las que se mueven altos volúmenes de tráfico, dejando el viario rural relegado a lo que pudieran hacer las administraciones locales.

� Faltan planes debidamente explícitos de desarrollo y mantenimiento de caminos rurales.

� Ausencia en la mayoría de las Comunidades autónomas de un inventario vial rural debidamente sistematizado y cartografiado, y a su vez de información acerca del tránsito y de las necesidades reales de la red vial rural.

� Carencia de financiación estable para el mejoramiento y conservación de caminos rurales.

A pesar de todo, se han llevado algunas iniciativas que han tratado de pone en marcha planes de gestión de caminos rurales en diversos países, si bien generalmente éstos se han limitado a las condiciones locales (Skrinskas y Domatas, 2006; De Solminihac et al., 2007).

El procedimiento generalmente extendido para vigilar la condición de una obra de paso es por medio de inspecciones a intervalos regulares que desde la objetividad evalúe el estado reciente de las mismas y su grado de funcionalidad para mantener el servicio que presta a los usuarios de la red viaria. En lo que se refiere a la inspección de caminos rurales apenas existe bibliografía específica, sin embargo cabe destacar la metodología específica propuesta por Gallego et al. (2008a), y que será de aplicación en este estudio. El desarrollo de la misma dio paso a la propuesta de un sistema de gestión de los caminos rurales en España (Moya et al., 2011).

La Ley 12/2001, de 15 de noviembre, de Caminos Públicos de Extremadura, supone el instrumento de partida fundamental para llevar a cabo estas inspecciones periódicas y por consiguiente un sistema de gestión de obras de paso eficiente. Este documento además de inventariar y cartografiar la red viaria rural recoge otros datos como longitud de cada tramo de camino, anchura, elementos singulares existentes, etc., determinantes para facilitar la labor de campo.

Metodología

La bibliografía consultada demuestra la gran semejanza entre los sistemas de gestión de puentes utilizados en diferentes países del mundo. Sin embargo todos ellos son aplicados generalmente a las estructuras de carreteras convencionales, sin encontrarse planes específicos de actuación para caminos rurales. Por tanto el primer paso será adaptar la metodología de trabajo de estos sistemas de gestión a las características propias del viario rural. Partiendo de esta idea el sistema que se propone pretende ser una guía que requiera de medios materiales simples, económicos y de fácil gestión permitiendo a las administraciones locales:

1. El inventario exhaustivo de las obras de paso que permitan su precisa identificación.

2. Evaluar el estado en el que se encuentran estableciendo un índice de deterioro o estado de conservación.

866

3. Priorizar las operaciones de mantenimiento y reparación a desarrollar, teniendo en cuenta además del índice de deterioro factores como posibilidad de itinerarios alternativos, importancia del itinerario donde se encuentre la estructura, valor patrimonial, etc.

4. Búsqueda de equilibrio entre las diferentes variables: coste de reparación, magnitud de los daños, accesibilidad de la reparación, etc., optando por la alternativa de reparación que mejor las conjugue.

5. Control y seguimiento de las actuaciones realizadas, que permita valorar la eficacia de estas.

En el siguiente esquema (fig. 1) se refleja en resumen el plan de conservación para obras de paso en caminos rurales y se procede a explicar cada una de las fases.

CO NSERVACIÓ N DE O BRAS DE PASO EN CAM INO S RURALES DE EXTREM ADURA

SISTEM A DE G ESTIÓ N DE O BRAS DE PASO

INVENTARIOM A NT E NIM IE NT O RUT INA RIO

INSPECCIO NES BÁSICAS

(Cada 15 m eses)

INSPECCIO NES ESPECIALES

(Requ iere in fo rm es técn ico s y p ro yecto s)

Inspección visual de los daños M ÁS

sign ificativos

De cauce. Riesgo de erosión y socavación.

Tram o de cam ino de in fluencia d irecta en la obra

Proyecto de actuación

Proyecto de rehabilitación

Adaptación presupuestaria

Establecer lím ite de aceptac ión de l grado de

de te rioro de la es truc turaEVALUACIÓ N ESTADO DETERIO RO

INSPECCIO NES PRINCIPALES(Cada 5 año s)

IDENT IF ICACIÓN Y CLASIF ICACIÓN DE LAS EST RUCT URAS

De daños de la estructura

Si la estructura sobrepasa e l lím ite de grado de deterioro aceptado

M A NT E NIM IE NT O E X T RA ORDINA RIO

OPT

IMIZ

ACIÓ

N

RECURSOS DISPO NIBLES

PLAN DE M EDIDAS

RESTAURACIÓN

SEG UIM IENTO DE LAS ACTUACIO NES

Fig. 1. Plan de gestión de obras de paso en caminos rurales

Por lo tanto podemos resumir la metodología de inspección y estudio en las siguientes fases:

867

� Fase 1: Inventario de las obras de paso � Fase 2. Inspección de daños de la propia estructura. � Fase 3: Inspección del Cauce (en caso de que la estructura salve alguno). � Fase 4. Inspección de los tramos de camino de aproximación y salida a la estructura. � Fase 5: Proposición de acciones de mantenimiento en función de los datos obtenidos.

Inventario

El objetivo fundamental de este proceso es obtener información fidedigna y homogénea de las obras de paso que componen la red. Para poder saber el estado de deterioro en el que se encuentran las estructuras, es necesario conocer previamente cuáles y cómo son dichas obras, y dónde se ubican. Los datos de inventario se recogerán en:

� Una ficha de localización y datos generales que recoge los datos básicos de la obra.

� Fichas complementarias descriptivas de los diferentes elementos de la estructura.

La ficha de datos generales recoge, además del código de la estructura e información complementaria para su localización (coordenadas U.T.M., camino soportado por la obra, municipio, etc.), la tipología estructural. Se incluyen también datos característicos de la obra tales como número de vanos, luces extremas, etc.

Inspección de daños de la estructura. Índice de deterioro

La bibliografía consultada refleja la existencia de multitud de indicadores utilizados por las diferentes administraciones de países europeos y americanos no siendo ninguno de ellos totalmente objetivo. Aunque los procedimientos para la evaluación de la condición de la estructura difieren entre sí con respecto al método de cálculo, los pasos para alcanzar el resultado final son muy similares. En este caso se adaptará la metodología propuesta por la agencia de carreteras de Australia (Austroads, 2004), utilizada en numerosos países europeos con excelentes resultados y de fácil aplicación, calculándose el Índice de Deterioro (ID) de la siguiente forma:

1. Se determina el Índice de Deterioro del Elemento (IDE) para cada elemento.

2. Cuando un puente presente diversos elementos del mismo tipo, por ejemplo varias pilas, se deberá seleccionar como índice representativo de ese tipo de elementos al peor calificado de ellos.

3. El Índice de Deterioro del puente (IDP) se calcula ponderando los índices de cada elemento según su importancia en la estabilidad y seguridad de la estructura. Se utilizarán los pesos ponderados en función de cada elemento.

4. Cada peso ponderado de elemento se multiplica por un factor determinado por el material que compone el elemento. El factor refleja la vulnerabilidad del material y el tipo de falla que puede presentar un elemento de ese material.

La fórmula utilizada para calcular el Índice de Deterioro del Puente es la siguiente:

IDP = (�IDEi x Wi x Mi) / (�Wi x Mi)

Donde:

IDE: Índice de Deterioro del Elemento.

868

Wi: Peso ponderado del elemento dentro de la estructura, que tomará valores de 1 a 4 en función de la importancia del elemento estructural dentro del conjunto de la estructura. A mayor importancia estructural mayor peso tendrá el elemento.

Mi: Factor debido al material del elemento, que tomará los siguientes valores:

� Hormigón pretensado: 1.

� Hormigón armado: 2.

� Acero: 3.

� Madera: 4.

� Otros: 5

Riesgo de Erosión y Socavación

Los procesos de socavación en la subestructura de las obras de paso tienen su origen en las características de los cauces que salvan, siendo algunas tipologías estructurales más vulnerables que otras. Para poder tener este conocimiento que permita evaluar la vulnerabilidad de una estructura frente a la socavación es necesario describir, mediante una serie de parámetros, por un lado el cauce y, por otro, los elementos de la subestructura del puente.

El estudio de la erosión y de la socavación de forma exhaustiva en puentes es un proceso complejo que requiere de la utilización de medios auxiliares para la recogida de datos en inspecciones subacuáticas, datos hidrológicos y de complejos programas informáticos para el procesamiento de la información. Este no es el objetivo de una inspección principal cuyo fin es recoger aquellos daños o datos de forma visual, que permitan realizar un diagnóstico inicial del riesgo de socavación. Por ello la metodología empleada para el estudio del riesgo de erosión y socavación en puentes que atraviesan cauces toma como referencia la metodología establecida por Témez (1988). El índice de riesgo hidráulico (IRH) se obtendrá de la suma del Índice de Erosión (IE) y el Índice de Socavabilidad (IS).

IRH = IE + IS

Estos dos últimos índices tendrán un valor comprendido entre 0 y 10, por lo que el IR tendrá un valor comprendido entre 0 y 20, siendo mayor la puntuación asignada a los puentes que tengan menor riesgo de erosión y socavación.

Inspección del tramo de camino de aproximación y salida a la obra

Para poder evaluar la obra de paso en su conjunto será necesario un estudio o inspección de los tramos de vía de aproximación y salida a la estructura. El estado de conservación de estos tramos nos dará información acerca de los daños que la estructura pueda presentar a corto y medio plazo. Como se ha comentado anteriormente apenas existe base metodológica de inspección de caminos rurales, sin embargo existe bibliografía específica de aplicación en caminos en España. Por su adecuación, se ha adoptado la metodología propuesta por Gallego et al. (2008a) para su aplicación en la inspección de obras de paso en caminos rurales a tenor de los buenos resultados obtenidos (Gallego et al., 2008b). Dado que dicha metodología aconseja inspeccionar subunidades de vía próximas a los 20 metros se ha optado por someter a inspección los 10 metros anteriores y posteriores de entrada y salida de la obra de paso en cuestión, además del tramo de camino que soporte la propia estructura.

Esta guía establece los elementos y factores del camino que deben ser inspeccionados y tenidos en cuenta y los datos a recoger en las diferentes fichas de campo. Una vez realizada la inspección y recogida la información necesaria se debe evaluar la condición del camino mediante la obtención del RCI (Índice de Condición de Carretera) que se obtiene sumando los índices de condición ponderados de cada elemento inspeccionado, que son:

869

� Índice de Conservación del Pavimento (PCI)

� Índice de Conservación de Cunetas (DCI)

� Índice de Conservación de Obras de Fábrica (CCI)

� Índice de Conservación de la Morfología (MCI)

� Índice de Conservación de Desmontes y Terraplenes (CFCI)

� Índice de Conservación de Señales de Tráfico (RSCI)

Siendo el Índice de Condición del Camino (RCI):

RCI = 0,3PCI + 0,25DCI + 0,2CCI + 0,15MCI + 0,05CFCI + 0,05RSCI

Resultados

La metodología propuesta será aplicada próximamente a una muestra de caminos rurales de la Comunidad Autónoma de Extremadura que será elegida para su validación. Dicha muestra será representativa de los caminos existentes y gracias a ella se deducirá la idoneidad de la metodología aquí propuesta.

Conclusiones

A pesar de la similitud constructiva de las obras de paso de todas las redes viarias, los caminos rurales presentan una serie de características propias que exigen de unas pautas específicas de conservación de todos sus elementos. Las obras de paso son generalmente el elemento más vulnerable de los caminos y mantenerlas en una buena condición de funcionalidad es complicado por la variedad de tipos de estructura, materiales y deterioros que presentan. Debido a que actualmente las administraciones locales no disponen de planes específicos de gestión de obras de paso en caminos rurales, el objetivo de este trabajo es proponer una metodología de gestión e inspección de estas estructuras que sirva como herramienta para una mejor planificación de las futuras labores de conservación.

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870

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Comparação de dois sistemas de produção de morango, em substrato e em solo, tendo em vista a obtenção de frutos no outono

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Comparison of two strawberry production systems, soilless and soil, for autumn production

Abstract

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Material e Métodos

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Resultados e Discussão

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873

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Tabela 1. Influência do sistema de produção (SP) e da cultivar (C) no número de coroas, de inflorescências, de flores e estolhos e na área foliar

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874

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Conclusões

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�Agradecimentos

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876

Contribución a la agricultura de precisión usando los sensores de flujo de savia y humedad de la hoja en la red de sensores inalámbrica.

Latifa. El maazouzi1, Sandra. Castro1, Noelia. Gil1, Jorge. Alvarez1, Javier. Pesado1, José. A. Lamas1, Eva. Pescador1, Belén. Ahuir1, Lourdes. Sanchez1, Iago. Barros1, Iván.

Campos1

1Intellectia Bank, S.A. - Polígono San Cibrao das Viñas - Calle 6, número 26 - 32901 - San Cibrao das Viñas --

Ourense. e-mail: [email protected]

Resumen

Utilizar las redes inalámbricas de sensores en la industria agrícola ofrece muchos beneficios a los

agricultores, lo que afecta tanto a la calidad de los cultivos y los costos generales de operación. WSN

permite un control más preciso de la cosecha o la fruta durante su desarrollo. Esto permite que el

agricultor conozca el estado del producto en todo momento, lo que facilita la toma de decisiones. Las

redes inalámbricas de sensores se componen de dispositivos distribuidos en un entorno con el fin de

supervisarlo y gestionarlo. Mediante el uso de tecnologías apropiadas, tales actividades se realizan de

forma automática. Con el fin de lograr estos objetivos, se utilizan algoritmos específicos y protocolos

de comunicación basados en Arduino, módulo Xbee, protocolo ZigBee y sensores. Estos sensores

pueden ser programados para registrar medidas como la temperatura, la humedad, etc. Todos los datos

que se recogen a partir de los sensores, se transmiten de manera inalámbrica al servidor y se

transfieren al usuario a través de Internet. En este trabajo se presenta un estudio y la funcionalidad de

un sensor de humedad de la hoja y un sensor de flujo de savia para plantas de tallos pequeños. Estos

sensores están configurados y programados para ser integrados en una red de sensores inalámbrica

mediante un nodo sensor basado a microprocesador y Arduino software. Tener una información en

tiempo real sobre la humedad de la hoja y la circulación del flujo de savia en los tallos de las plantas

ayuda a lograr un riego inteligente. La optimización del riego permite aportar a cada planta la cantidad

de agua necesaria, reduciendo los costes, gracias a la medida de flujo de savia. Esta monitorización de

la planta permite una mejora en la calidad del producto. Las características eléctricas, los resultados de

la medición y la calibración se detallan en este artículo.

Palabras clave: agricultura de precisión, WSN, sensor de flujo de savia, sensor de humedad de la hoja,

arduino

Contribution to precision agriculture using sap flow sensors and leaf wetness in wireless sensor network. Abstract Using wireless sensor networks within the agricultural industry provides many benefits to the farmer,

impacting both the quality of the crops and the overall operating costs. WSN enable more accurate

monitoring of the crop or fruit during its development. This allows the farmer to know the state of the

product at all times, easing the decision process with regards to harvest times. The Wireless Sensor

Networks consists of devices spread in an environment in order to monitor and manage it, based on the

specific physical phenomena “sensors”. By using appropriate technology such activities are done

automatically. In order to achieve these goals, specific algorithms and communication protocols are

used such as Arduino hardware and software, Xbee module and Zigbee protocols and sensors. These

sensors can be programmed to record measures like temperature and humidity, moisture...etc. All the

data which are collected from the sensors, using a wireless network based on ZigBee are transferred to

the user through internet. In this paper we present a study and functionality of a dielectric leaf wetness

877

sensor used to monitor a leaf moisture, and a sap flow sensor for sap flow measurement in plants

stems. These sensors are configured and programmed to be integrated in a Wireless sensors network

using a sensors node and a software arduino. Having a real time information on the plant moisture and

sap flow in plant stems helps to achieve an intelligent irrigation. Each plant can receive the exact

amount of water it needs, effectively reducing cost by irrigation optimization measuring the sap flow

in plants, and improving the quality of the resulting product by the prediction of plants diseases

monitoring the leaf moisture. Electric characteristics and measurement results will be detailed in this

paper.

Keywords: precision agriculture, WSN, sap flow sensor, dielectric leaf wetness sensor, arduino

Introducción

La Agricultura de Precisión plantea la utilización de modernas herramientas capaces de facilitar la

obtención y análisis de datos georreferenciados, mejorando el diagnóstico, la toma de decisiones y la

eficiencia en el uso de insumos. De este modo se plantean innumerables “herramientas” para alcanzar

dicho objetivo, tales como sensores, GPS (Global Positioning System), robots autómatas, etc. Manejar

variaciones en la productividad dentro del lote y maximizar los rendimientos han sido siempre los

deseos de los productores. Hoy en día la tecnología ha alcanzado un nivel que le permite al productor

medir, analizar y manejar la variabilidad dentro de los lotes que era conocida de una manera limitada

previamente, pero que nunca antes se pudo manejar. En lo referente a agricultura de precisión, el

método más práctico es el sensado de los parámetros que afectan directamente el producto y a la

obtención de dichos datos de manera inalámbrica para su análisis y toma de decisión. En este artículo,

presentamos un estudio del funcionamiento de sensores de humedad de hoja y de flujo de savia como

herramientas que a ayudan a la predicción de enfermedades de las plantas y a la optimización del

crecimiento (Jay W. Pscheidt, 2003). Estos sensores están configurados y programados para ser

integrados en una red de sensores inalámbrica mediante un nodo sensor basado en un microprocesador

y Arduino software. La red inalámbrica de sensores permite obtener una información en tiempo real

sobre la humedad de la hoja y la circulación del flujo de savia en los tallos de las plantas además de

otros parámetros(Frederick C. Meinzer y Shelley A. James,2004 ; D.M. Smith y S.J. Allen1,1996;

Eastham, J. y Gray, S, 1998; J. E. Fernández y S. R. Green, 2007; Richard G. Allena y Luis S.

Pereirab, 2011), lo que facilita la toma de decisiones. En la primera sección se presentan las

características de los sensores, el método de medición de los parámetros y el esquema de la

configuración de la red inalámbrica de sensores. Los resultados de la calibración y de la medición se

detallan en la última sección de este artículo. En base a estas medidas se extrae un modelo matemático

en función de la variación de los parámetros eléctricos detectados por los sensores.

Material y Métodos.

Los sensores que se presentan en este trabajo están configurados usando Arduino software (lenguaje

de programación C++) y hardware (nodo de sensores compuesto por un microprocesador con

capacidad de procesamiento, memoria, interfaz de comunicación y sensores). Estos sensores están

integrados en una red inalámbrica que está desarrollando la empresa Intellectia Bank S.A., para

monitorización de parámetros con diferentes aplicaciones. En este trabajo nos limitamos a estudiar los

sensores que afectan directamente al flujo de savia y a la prevención de enfermedades en plantas

(sensor de humedad del suelo).

La configuración de la red de sensores esta detallada en Fig.1. La red de sensores es un sistema

formado por nodos que incorporan a su capacidad de comunicación, la capacidad de sensar alguna

variable física. Dicha variable física luego se convierte en un dato digital y se envía, ya sea a otro nodo

o a un nodo central para procesarla y convertirla en información útil que se puede ver a través de una

plataforma de monitorización personalizada.

878

Muchas enfermedades fúngicas y bacterianas afectan a las plantas cuando la humedad superficial de

la hoja supera ciertas límites. Se han desarrollado infinidad de métodos contra la aparición de plagas.

Sin embargo, gracias a la aparición de nuevas tecnologías y sensores, la prevención de plagas resulta

cada día más sencilla. Por ejemplo, un sensor de humedad de hoja (Fig.2) determina la presencia y la

duración de la humedad del dosel, proporcionando la capacidad para pronosticar enfermedades y

proteger las plantas. Debido a que el sensor de humedad de hoja mide la constante dieléctrica, se

puede detectar la presencia de agua o hielo en cualquier parte de la superficie del sensor (Campbell

Scientific, 2009). Los sensores de humedad de hoja se usan para determinar el momento óptimo para la

siembra de cultivos, así como para controlar el posible crecimiento de hongos en la superficie de las

hojas.

Fig.1. Arquitectura de la red inalámbrica de sensores.

El sensor SF-4 (Fig.2) está diseñados para monitorizar los cambios relativos del de flujo de savia en

tallo pequeños. El método de medición de flujo de savia Realizado en SF-4 se basa sobre el uso de un

calentador miniaturizado. Un par de sondas de temperatura miniaturizados se encuentran

equidistantes del calentador. La tensión de salida del sensor es proporcional a la diferencia de

temperatura entre las dos sondas. En caso de ausencia de flujo, la distribución de temperatura a lo

largo del tallo es simétrico, en este caso la diferencia de temperatura entre las dos sondas es igual a

cero( T2-T1 = 0). Cuando savia se mueve a lo largo del tallo, la diferencia de temperatura entre las dos

sondas es superior a cero (T2-T1> 0), y la tensión de salida es proporcional a esta diferencia de

temperatura. Vout = k.(T2-T1) (1)

Resultados y Discusión.

Resultados 1

Para extraer la humedad de la hoja en función de la variación de la tensión de salida, procedemos a la

calibración del sensor midiendo la humedad superficial del sensor a medida que se varía el volumen

del agua que cubre la superficie del sensor. En la Fig.3, se muestra la grafica de la variación de la

tensión de salida medida en función del volumen del agua que cubre la superficie del sensor (línea de

puntos de color azul).

Para extraer una formula de la humedad de la hoja en función de la tensión de salida, se utiliza un

programa matemático de optimización (Matlab). En Fig,3, se muestra la grafica del modelo estimado

del volumen de agua superficial en función de la tensión de salida. Como se ve en esta grafica las

curva de la medidas y la curva optimizada están ajustadas.

El modelo matemático del volumen de agua que cubre la superficie del sensor (Vagua) en función de

la tensión de salida (Vout) se muestra en la siguiente función:

879

tan( )Vagua a Vout bλ= ⋅ − ⋅ + . (2)

Siendo, 2.2.21, 1.1925, 0.5642a bλ = = − = −

El 100% de la humedad de la hoja (la superficie del sensor totalmente cubierta de agua), corresponde

al volumen de agua superficial (4.5 ml), usando Eq(2), la humedad de la hoja se calcula directamente a

partir de la tensión de salida del sensor:

( )(%) tan( ) 100 / 4.5H a Vout bλ= ⋅ − ⋅ + ⋅ (3)

Fig.2. Sensores usados en este estudio.

Resultados 2

En la Fig.4 (línea de puntos azules), se muestran los resultados de la calibración del sensor del flujo de

savia, la tasa del flujo de savia en función de la tensión de salida del sensor. Como se constata en esta

gráfica, la tasa del flujo de savia aumenta con la tensión de salida. Para extraer una fórmula

matemática de la variación de la tasa del flujo de savia en función de la tensión de salida basándonos

en las medidas, usamos un código de optimización utilizando Matlab (Eq(4)). Los resultados de esta

optimización están ilustrados en la Fig.6 (línea roja).

Las dos gráficas están ajustadas, quiere decir que la fórmula de la tasa del flujo de savia en función de

la tensión de salida coincide con los resultados de las medidas:

/ tan( )flujodesavia outTasa A V b Vout cλ= − ⋅ − ⋅ + (4)

1.0589, 0.4119, 3.4606, 1.1376A b cλ = = = − = −

0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.60

0.5

1

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3

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ml)

Las medidas

Modelo Matematico

Fig.3. Medidas y modelo matemático del volumen de agua superficial en función de la tensión de salida.

880

La fig.5, presenta las medidas de la tensión de salida del sensor del flujo de savia de una planta. Las

medidas están tomadas entre las 12:00 y 13:33, en un sitio cerrado poco luminoso. La humedad del

suelo de la planta también está medida para poder ver la evolución de la tasa del flujo de savia en

función de la humedad del suelo. Como muestra la gráfica, para una humedad del suelo del 27%,

medimos la tensión de salida, y después de 6 minutos aumentamos la humedad del suelo y observamos

que la tensión de salida, y por consecuencia, la tasa de flujo de savia, aumenta cuando la humedad del

suelo asciende desde 27% a 50%. La tensión de salida o la tasa de flujo de savia se encuentran en un

nivel alto mientras que la humedad del suelo permanece constante (nivel superior a 50%). La aparición

de los picos en la tensión de salida cuando la humedad del suelo es constante se debe a la variación de

la radiación solar.

0 .5 1 1 .5 2 2 .5 3-2

0

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4

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jo d

e s

avia

(m

l/h)

L as m e d id as

M o d e lo m ate m atic o

Fig.4. Medidas y el modelo matemático de la tasa de flujo de savia en función de la tensión de salida.

Fig.5. Medidas de la tensión de salida del sensor del flujo de savia en función de la humedad del suelo y tiempo.

881

Conclusiones.

En este artículo presentamos unos sensores con gran importancia para la agricultura de precisión. Cada

planta puede recibir la cantidad exacta de agua que necesita, reduciendo el coste y optimizando el

riego por la medición de la circulación de la savia de las plantas. También se puede mejorar la calidad

del producto por la predicción de las enfermedades de las plantas monitorizando la humedad

superficial de la hoja. En este artículo se presentan los resultados de la calibración de los sensores

utilizado, Gracias a la modelización matemática de estas medidas, se pueden extraer las fórmulas del

parámetro a medir (tasa del flujo de savia o el porcentaje de la humedad de la hoja) en función de la

tensión de salida de cada sensor. En nuestro sistema, se mide la tensión de salida de los sensores,

usando estas fórmulas se calculan los parámetros de medición a través del microprocesador. Todos los

datos se muestras a través de una plataforma personalizada para cada usuario final.

Agradecimientos

Para el desarrollo de este proyecto, la empresa líder INTELLECTIA BANK cuenta con el apoyo por

un lado de la Universidad de Vigo, para la parte técnica y con el Ministerio de Industria, Energía y

Turismo, para la parte de financiación, a través del Plan Avanza2, en el marco de la Acción

Estratégica de Telecomunicaciones y Sociedad de la Información, dentro del Plan Nacional de

investigación científica, Desarrollo e Innovación Tecnológica, 2008-2011 con el código TSI-080500-

2011-96.

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882

Efecto del manejo ecológico y convencional sobre la producción y calidad en el tomate de industria

I. Lahoz 1, C. Campillo2, J.A. González2, J. Cebolla3, S. Roselló4 y J.I. Macua1

1 Instituto Navarro de Tecnologías e Infraestructuras Agroalimentarias (INTIA), Avda. Serapio Huici, 20-22.

31060 Villava (Navarra), [email protected] 2 Centro de Investigación. Finca La Orden-Valdesequera, Ctra. A-V, km 372, 06187 Guadajira (Badajoz)

3 Centro de Conservación y Mejora de la Agrodiversidad Valenciana, Camino de Vera s/n, 46022 Valencia 4 Departamento de Ciencias Agrarias y del Medio Natural, Universitat Jaume I, Campus de RiuSec, 12071

Castellón

Resumen

La demanda de productos respetuosos con el medio ambiente en países europeos como Alemania, Holanda, Francia e Inglaterra donde los consumidores están dispuestos a pagar más por productos ecológicos con reputación de ser más sanos y sabrosos, ha propiciado el crecimiento de la superficie bajo la normativa de producción de agricultura ecológica. No obstante, para que se confirmen estas expectativas es necesario constatar si realmente los alimentos ecológicos tienen mayor calidad que los producidos por métodos agrícolas convencionales. El objetivo de este trabajo es analizar la influencia del sistema de cultivo, ecológico frente a convencional, en la producción y en los principales componentes responsables de la calidad del tomate destinado a un proceso de transformación industrial en dos de las zonas de producción de tomate de industria más importantes en España, Extremadura y Navarra. Para desarrollar los objetivos de este estudio, se realizó un ensayo de 8 variedades de tomate de industria, con 3 repeticiones y 2 sistemas de cultivo (ecológico y convencional), en las localidades de Cadreita (Navarra) y Badajoz (Extremadura). Se observa que en las dos localidades, las mayores producciones se obtuvieron en el sistema convencional con producciones en todas las variedades por encima de la media de producción de la zona; sin embargo en el caso de las variedades en ecológico, sólo algunas variedades consiguieron superar la línea de producción media. Las diferencias de producción entre los dos sistemas de cultivo fueron más acusadas en Extremadura que en Navarra, casi el doble de producción en el sistema convencional respecto al cultivo ecológico. En Extremadura, las variedades que más producción obtuvieron en cultivo convencional fueron H-7204 y H-9036, muy por encima de la producción obtenida por la variedad control más utilizada por los agricultores de la zona, H-9661. En el caso de ecológico las variedades más productivas no coinciden con lo obtenido en convencional siendo las más productivas H-7204 y H-9997. En Navarra, H-9036 ha sido la variedad más productiva en los dos manejos, ecológico y convencional, seguida por ISI-24424 y H-9997 en sistema convencional y por H-7204, CXD-277 y H-9997en ecológico. Con respecto a los parámetros de calidad, se observa como las variedades tuvieron un menor contenido en grado brix en el sistema convencional respecto al ecológico. Este dato puede estar relacionado con la diferencia de producción entre los dos sistemas.

Palabras clave: cultivo orgánico, brix, Solanum lycopersicum

The effect of organic and conventional methods on yield and quality in processing tomatoes

Abstract

The demand for environmentally-friendly in European countries such as Germany, Holland, France and England, where consumers are willing to pay more for organic products, which have a reputation for being healthier and tastier, has prompted an increase in the number of hectares cultivated in accordance with the rules of organic agricultural production. Nevertheless, in order for these expectations to be met, it is first necessary to verify whether or not organic products are in fact of a higher quality than those produced using conventional agricultural methods. The aim of this study was to analyse the influence of organic cultivation methods in

883

comparison with conventional ones on the yield and main components responsible for quality in tomatoes grown for the processing industry in two of the most important processing tomato producing areas of Spain, Extremadura and Navarra. To this end, a test was carried out using 8 varieties of processing tomato, with 3 repetitions and 2 cultivation systems (organic and conventional) in the towns of Cadreita (Navarra) and Badajoz (Extremadura). In both locations, the highest yields were obtained using the conventional system, with results for all varieties being above the mean for the areas in question. However, in the case of the organic growing system, only in some varieties did the yields obtained exceed the mean. Differences in yield between the two growing systems were greater in Extremadura than in Navarra, with the conventional system resulting in yields almost twice as high as those obtained using organic methods. In Extremadura, the varieties with the highest yields in the conventional system were H-7204 and H-9036, both of which obtained much better results than those obtained by the control variety most commonly used by farmers in the H-9661 area. As regards the organic system, the varieties with the highest yields were different from the best performing ones in the conventional system, with H-7204 and H-9997 obtaining the best results. In Navarra, H-9036 gave the highest yields in both systems (organic and conventional), followed by ISI-24424 and H-9997 in the conventional system and H-7204, CXD-277 and H-9997 in the organic system. In relation to quality parameters, the varieties had a higher level of acidity and a lower content of degrees brix in the conventional system than in the organic one. This result may be related to the differences in yield and water content in the fruit observed between the two systems.

Keywords: organic farming, brix, Solanum Lycopersicum


El tomate de industria constituye un sector estratégico de la horticultura española. En Extremadura, en la campaña 2012, se han cultivado 17.250 hectáreas, localizadas mayoritariamente en los regadíos de las Vegas del Guadiana, con una producción de 1.403.500 t (MAGRAMA, 2012), la mayor parte destinada a la elaboración de tomate concentrado y en menor medida a triturado, cubiteado y deshidratado. En Navarra hasta hace unos años el tomate pelado entero tenia gran importancia, pero en la actualidad ha descendido de forma notable este tipo de elaboración sustituyéndose por tomate troceado o cubiteado que junto con el triturado ocupan la mayor parte de los transformados. En al año 2012 se cultivaron 1.681 hectáreas, con una producción de 141.554 t (Gobierno de Navarra, 2012).

En una horticultura cada vez más tecnificada y competitiva es necesaria la optimización de las condiciones de producción, ajustándose a las demandas de una sociedad cada vez más exigente con la calidad de los productos ofertados y a unas condiciones de producción más respetuosas con el medio ambiente. Esta demanda de productos respetuosos con el medio ambiente ha propiciado el crecimiento de la superficie bajo la normativa de producción de agricultura ecológica. El mercado de este tipo de productos ecológicos es cada vez mayor, sobre todo en países europeos como Alemania, Holanda, Francia e Inglaterra donde los consumidores están dispuestos a pagar más por productos ecológicos con reputación de ser más sanos y sabrosos. Esto unido al interés creciente que muestra el consumidor español por este tipo de productos, hace que la horticultura ecológica tenga un futuro prometedor y con altas expectativas de crecimiento en los próximos años. No obstante, para que se confirmen estas expectativas es necesario constatar si realmente los alimentos ecológicos tienen mayor calidad organoléptica y funcional que los producidos por métodos agrícolas convencionales ya que existen estudios al respecto que resultan contradictorios. Por ello, en el presente trabajo nos hemos planteado llevar a cabo la comparación entre los dos sistemas de producción en tomate de industria.

Material y Métodos

Se han comparado 8 variedades de tomate de industria (Tabla 1) en dos sistemas de cultivo, convencional y ecológico y en dos localizaciones (Extremadura y Navarra). Se han considerado como testigos la variedad más utilizada en Navarra, H-9036, y en Extremadura, H-9661.

Los ensayos se han realizado durante la campaña 2012 en el centro de Investigación Finca “La Orden-Valdesequera” en Badajoz y en la finca Experimental de INTIA en Cadreita (Navarra) (cultivo

884

convencional) y en una parcela de la empresa de producción ecológica GUMENDI en la localidad navarra de Lodosa, con características edafoclimáticas muy similares a Cadreita.

En Navarra, el cultivo se plantó el 10 de mayo sobre acolchado plástico de polietileno de 15 µ a una densidad de plantación de 35.714 plantas.ha-1 (1,6 x 0,35 m, 2 plantas por cepellón, 17.857 cepellones.ha-1) en sistema convencional. En ecológico, la plantación se realizó el 4 de mayo con plástico biodegradable Mater-Bi de 15 µ de espesor y la misma densidad de plantación que en el sistema de cultivo anterior.

En Extremadura la fecha de plantación en ambos tipos de cultivo fue el 24 de abril a una densidad de 33.333 plantas.ha-1 (1,5 x 0,2 m). En las dos localidades se utilizó riego por goteo, determinándose las necesidades hídricas en función de la evapotranspiración del cultivo.

Se siguieron las prácticas habituales de cultivo convencional y ecológico en cuanto a fertilización y tratamientos fitosanitarios según la zona de cultivo.

Se realizó una única recolección por variedad, en función de su grado de maduración, controlándose la producción comercial. En Badajoz, se recogieron en la misma fecha, 21 de agosto, todas las variedades en sistema convencional, y en ecológico en dos fechas, 6 y 10 de agosto. En Navarra se recolectó entre los días 21 y 29 de agosto, tanto en sistema ecológico como en convencional. También se determinaron los parámetros de calidad: color “a” y “b” en la escala Hunter, el contenido en sólidos solubles expresado en ºBrix a 20ºC y el contenido en licopeno, según el método descrito por García-Plazaola y Becerril (1999).

El diseño experimental fue en bloques al azar con tres repeticiones. Como análisis estadístico se realizó un análisis general de varianza y las diferencias significativas fueron calculadas usando el test de Duncan (P<0,05).


En las dos localidades, en todas las variedades, se han obtenido mayores producciones en sistema convencional que ecológico. Además, las diferencias de producción entre los dos sistemas de cultivo fueron más acusadas en Extremadura que en Navarra, ya que en la mayoría de cultivares se obtuvo más del doble de producción en el sistema convencional que en cultivo ecológico (Figura 1 y 2).

Si se comparan la dos localidades, todos los cultivares dieron mayor producción en Navarra que en Extremadura, a excepción de H-7204 en manejo convencional. Esto puede ser debido en parte a las diferentes técnicas de cultivo en las dos zonas, con utilización de acolchado plástico en Navarra.

En Navarra se han observado diferencias significativas de producción entre variedades en los dos sistemas de cultivo, siendo la producción del testigo H-9036 significativamente superior al de resto de variedades, tanto en convencional (208,1 t.ha-1) como en ecológico (151,5 t.ha-1), seguida por H-9997 (181,8 t.ha-1) e ISI-24424 (180,6 t.ha-1) en sistema convencional y por H-7204 (128,6 t.ha-1), CXD-277 (119,6 t.ha-1) y H-9997 (118,9 t.ha-1) en ecológico (Figura 1). H-7204 y CXD-277 han sido las variedades con menores diferencias de producción entre los dos sistemas, ya que han sido las menos productivas en sistema convencional y las más productivas en ecológico después de H-9036 (Figura 1).

En Extremadura, sólo se han observado diferencias significativas de producción entre variedades en sistema convencional pero no en ecológico debido a la mayor variabilidad en los resultados. Los cultivares que más producción obtuvieron en cultivo convencional fueron H-9036 (202,8 t.ha-1) y H-7204 (196,9 t.ha-1), por encima de la producción obtenida por la variedad control más utilizada por los agricultores de la zona, H-9661 (162,3 t.ha-1). En el caso de ecológico las variedades más productivas no coinciden con lo obtenido en convencional, siendo H-7204 (88,1 t.ha-1) y H-9997 (89,5 t.ha-1) (Figura 2).

885

020406080

100120140160180200220

H-9036 (Testigo)

H-9997 ISI-24424 AG-5 H-9661 (Testigo)

Kalvert H-7204 CXD-277

t.ha-1 Convencional Ecológico

ab b

c c cdd d

a

bc bcd

d

bcd

cdb bc

020406080

100120140160180200220

H-9036 (Testigo)

H-9997 ISI-24424 AG-5 H-9661 (Testigo)

Kalvert H-7204 CXD-277

t.ha-1 Convencional Ecológico

a

cc

c bcc

ab

c

Figura 1. Producción comercial (t.ha-1) de las variedades ensayadas en los dos sistemas de

cultivo en Navarra

Figura 2. Producción comercial (t.ha-1) de las variedades ensayadas en los dos sistemas de

cultivo en Extremadura

Dentro de las características de calidad industrial, el contenido en sólidos solubles (ºBrix) es el índice que más influye sobre el rendimiento del procesado, ya que el objetivo del proceso de transformación es incrementar el nivel de sólidos solubles hasta los límites requeridos por la legislación. La industria agroalimentaria suele exigir un mínimo de 4,5, valor superado por la mayoría de las variedades estudiadas en manejo ecológico en las dos zonas y en convencional en Navarra. En ambas localidades se ha obtenido mayor contenido en sólidos solubles o ºBrix en ecológico que en convencional pero sólo en Extremadura las diferencias entre sistemas de cultivo son significativas (Tabla 1). Esto puede estar relacionado con la mayor producción obtenida en manejo convencional, ya que según Young et al. (1993), al aumentar el rendimiento en fruto el contenido en sólidos solubles tiende a disminuir.

Tabla 1. Sólidos solubles (ºBrix) de las diferentes variedades en función del sistema de cultivo y localidad

Casa Extremadura Navarra Variedad comercial Convencional Ecológico Convencional Ecológico CXD-277 Campbell's 5,10 ± 0,17ª 5,53 ± 0,03ª 5,28 ± 0,21ab 5,58 ± 0,27ª

AG-5 Agraz 4,07 ± 0,09cd 4,53 ± 0,06b 4,22 ± 0,06d 4,60 ± 0,21b H-9661 (T) Heinz 4,22 ± 0,19cd 4,58 ± 0,29b 4,68 ± 0,21cd 4,57 ± 0,07b

H-7204 Heinz 4,55 ± 0,13bc 5,47 ± 0,03ª 5,43 ± 0,19ª 5,65 ± 0,20ª H-9997 Heinz 4,33 ± 0,09bcd 4,78 ± 0,25b 4,87 ± 0,17bc 4,78 ± 0,16b

H-9036 (T) Heinz 4,25 ± 0,16cd 4,38 ± 0,09b 4,80 ± 0,10c 4,58 ± 0,07b ISI-24424 ISI-Diamond 3,88 ± 0,11d 4,48 ± 0,10b 4,43 ± 0,03cd 4,80 ± 0,19b

Kalvert Esasem-Isa 4,78 ± 0,20ab 4,75 ± 0,13b 5,38 ± 0,11a 5,10 ± 0,08ab 4,40 ± 0,14b 4,81 ± 0,12a 4,89 ± 0,14 4,96 ± 0,16

Cifras seguidas por letras distintas difieren significativamente (p<0,05), (T)-Testigo

Además, los resultados obtenidos confirman algunos estudios que han sugerido que en el cultivo ecológico se pueden obtener mayores contenidos en sólidos solubles (Chassy et al., 2006; Barret et al., 2007; Rickman Pieper y Barret, 2008).

Un factor determinante en la aceptación comercial de la pasta de tomate es su color, que en el caso de los tomates rojos depende básicamente del licopeno (Dumas et al., 2003). Las valores en sistema ecológico han presentado mayor intensidad de color de fruto, medido como ratio a/b, que en cultivo convencional, correspondiendo a los dos testigos H-9036 y H-9661 los frutos con menor intensidad de rojo en las dos localidades y sistemas de cultivo (Tabla 2).

En Extremadura, Kalvert, H-9997, CDX-277 e ISI-24424 han sido las variedades con frutos de mayor tonalidad de color rojo en los dos manejos de cultivo, a las que hay que añadir AG-5 en el caso de Navarra (Tabla 2).

El contenido en licopeno afecta a la calidad nutritiva y funcional del tomate. No se han observado diferencias significativas entre sistemas de cultivo en ninguna de las localidades, pero sí entre

886

variedades. No obstante, si se considera la media del conjunto de variedades, el contenido en licopeno ha sido ligeramente superior en manejo ecológico, 12,60 mg/100 g y 18,08 mg/100 g en Extremadura y Navarra respectivamente, que en convencional, 12,26 mg/100 g en la primera zona y 17,37 mg/100 g en la segunda.

En ambas localidades y manejos, Kalvert, AG-5 e ISI-24424 han obtenido el mayor nivel de este antioxidante mientras que el testigo H-9036, la más productiva, ha sido la variedad con menor contenido en licopeno. H-7204 ha sido la variedad con el comportamiento más diferente entre localidades, alto nivel de licopeno en Navarra y bajo en Extremadura (Figura 3 y 4).

Tabla 2. Color (a/b)(escala Hunter) de las diferentes variedades en función del sistema de cultivo y localidad

Extremadura Navarra Variedad Convencional Ecológico Convencional CXD-277 2,44 ± 0,01ª 2,35 ± 0,05ab 2,58 ± 0,02c

AG-5 2,40 ± 0,03ª 2,07 ± 0,05abc 2,69 ± 0,01ab H-9661 (Testigo) 2,07 ± 0,08b 1,93 ± 0,08cd 2,09 ± 0,01f

H-7204 2,33 ± 0,06ª 2,00 ± 0,32bc 2,51 ± 0,02d H-9997 2,41 ± 0,02ª 2,39 ± 0,02ab 2,71 ± 0,01ª

H-9036 (Testigo) 2,17 ± 0,06b 1,60 ± 0,02d 2,31 ± 0,01e ISI-24424 2,41 ± 0,03ª 2,29 ± 0,09abc 2,66 ± 0,01b

Kalvert 2,45 ± 0,01a 2,44 ± 0,02a 2,60 ± 0,01c Media 2,34 ± 0,04a 2,13 ± 0,08b 2,52 ± 0,01

Cifras seguidas por letras distintas difieren significativamente (p<0,05)

En todas las variedades, el nivel de licopeno ha sido superior en Cadreita que en Badajoz, determinando la influencia del ambiente en dicho componente ya la biosíntesis de licopeno está afectada fundamentalmente por la temperatura del aire y la radiación solar (Saavedra et al., 2006). El exceso de temperatura, por encima de 30ºC (Gautier et al., 2008) y de radiación global solar, más de 650 w/m (Adegoroye y Jolliffe, 1987), provocan un decrecimiento en el ritmo de la síntesis y acumulación de licopeno en los frutos de tomate.

0

5

10

15

20

25

30

CXD-277 AG-5 H-9661 (Testigo)

H-7204 H-9997 H-9036 (Testigo)

ISI-24424 Kalvert

Convencional EcológicoLicopeno (mg/100 g)

a

bcbc

bc ab

a

bc

c

0

5

10

15

20

25

30

CXD-277 AG-5 H-9661 (Testigo)

H-7204 H-9997 H-9036 (Testigo)

ISI-24424 Kalvert

Convencional EcológicoLicopeno (mg/100 g)

bc

bcbcbcbc

a

b

cbbb

abab

aba

a

Figura 3. Contenido en licopeno de las diferentes

variedades ensayadas en los dos sistemas de cultivo en Navarra

Figura 4. Contenido en licopeno de las diferentes variedades ensayadas en los dos sistemas de

cultivo en Extremadura Aunque no existe una correlación alta entre contenido en licopeno y color, aspecto señalado por López et al. (2001) en contra de Perkins-Veazie et al. (2006) y Brandt et al. (2006), que afirman que se puede llegar a predecir el contenido en licopeno por medio del valor de color, se observa que los testigos, con menor intensidad de color rojo, también presentan el menor nivel de este antioxidante, especialmente H-9036, y que las variedades de mayor tonalidad de color rojo suelen tener alto valor de licopeno. Excepto en cultivo convencional en Navarra, en el resto de situaciones se han observado diferencias significativas entre variedades, con grandes diferencias en contenido en licopeno entre ellas (Figura 3 y 4), que nos indica la gran influencia del genotipo en el nivel del mismo, aspecto señalado por Macua et al. (2011).

887

Conclusiones

El sistema de cultivo tiene gran influencia en la producción comercial de las variedades de tomate de industria, con mayores producciones en todas las variedades estudiadas en sistema convencional, incluso en alguna de ellas con el doble de producción en este sistema respecto al ecológico. Con respecto a los parámetros de calidad, se observa como las variedades tuvieron un menor contenido en grado brix en el sistema convencional que en ecológico. Este dato puede estar relacionado con la diferencia de producción, a favor del convencional, entre los dos sistemas. Gran influencia del genotipo y del ambiente en el contenido en licopeno del fruto, pero no del sistema de cultivo, sin diferencias significativas entre cultivo ecológico y convencional.

Agradecimientos

Este trabajo está financiado por el proyecto INIA RTA2011-00062

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888

CROP-SCAN® un sistema de teledetección implementado para su uso en cultivos leñosos.

C. Marín, M. de la Riva, A. Botta y R. Brossa

Departamento I+D. División Fisiología Vegetal. BIOIBERICA, S.A Pol. Ind. Mas Puigvert. Ctra. N-II, Km.

680,6. 08389 Palafolls (Barcelona): [email protected]

Resumen

Crop-Scan® es un servicio de diagnosis de estrés en los cultivos basado en imágenes por teledetección obtenidas con cámaras térmica y multiespectral en aviones tripulados. Dicha tecnología permite integrar en un mapa, con una óptima resolución espacial y temporal, diferentes parámetros fisiológicos que aportan datos representativos del estado y desarrollo del cultivo en cada parte de la parcela examinada. Crop-Scan® está implementado para trabajar en cultivos leñosos, como frutales, cítricos, viña y olivar. A partir del procesamiento de las imágenes obtenidas por los sensores térmicos y espectrales se obtienen los datos presentados en forma de mapas de contenido clorofílico, temperatura, índice de área foliar e índice PRI. Dichos parámetros permiten una detección precoz del estrés vegetal, antes de poder apreciar los síntomas visuales a resolución del ojo humano. El análisis de cada uno de los indicadores y la combinación de los mismos entre sí ofrece una interpretación rápida y fiable del estado de cada árbol/planta a nivel individual de la parcela. El objetivo final es aportar una herramienta que ayude a diseñar actuaciones concretas y eficientes para paliar las situaciones de estrés que afecten a los diferentes árboles, y así mejorar la cantidad y calidad de la producción. Además, otra de las ventajas de este servicio es la optimización del uso de los diferentes insumos agrícolas como el agua, los fertilizantes y los productos fitosanitarios, consiguiendo una auténtica agricultura de precisión y más sostenible con el medio ambiente. En esta presentación se describe la tecnología aplicada, el procedimiento de trabajo y los distintos parámetros obtenidos. También se aportan algunas de las experiencias de los trabajos realizados con este servicio. Palabras clave: estrés vegetal, teledetección, diagnosis, agricultura de precisión, sensores.

CROP-SCAN®: a remote sensing system implemented for use in woody crops.

Crop-Scan® is a diagnosis service of crop stress, based on aerial images obtained by remote sensing with thermal and multispectral cameras in manned aircraft. This technology allows integrating on a map, with an optimized spatial and temporal resolution, different physiological parameters that provide representative data of the condition and development of the crop in each part of the assessed plot. Crop-Scan® is implemented to work on woody crops, as fruit trees, citrus, vineyard and olive crops. After processing the images obtained by thermal and spectral sensors, data is presented in the form of maps of chlorophyll content, temperature, leaf area index (LAI) and photochemical reflectance index (PRI). Such parameters allow detection of early plant stress, before being able to appreciate the visual symptoms to resolution of the human eye. The analysis of each of the indicators and the combination of them together give a fast and reliable interpretation of the condition of each individual tree/plant of the plot. The ultimate goal is to provide a tool that will help to design concrete and efficient actions to alleviate stressful situations that affect the different trees, and thus improve yield and quality of crops. Moreover, another advantage of this service is a more optimal use of the different agricultural inputs such as water, fertilizers and plant protection products, getting a real precision and sustainable agriculture. This presentation describes the applied technology, the working procedure and the different obtained parameters. Finally, several of the field experiences developed with this service are provided. Key words: plant stress, remote sensing, diagnosis, precision agriculture, sensors.

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Introducción

Una de las señas de identidad de nuestra agricultura mediterránea es su necesidad de obtener cosechas de muy alta calidad debido a su vocación exportadora. El avance de la agricultura de precisión en los últimos años ha impulsado la mejora de las producciones agrícolas, permitiendo optimizar el uso eficiente y sostenible de los insumos agrícolas (Seelan et al. 2003). Las tecnologías utilizadas para medir los diferentes procesos fisiológicos en los cultivos tienen unas características comunes que son: unidad de muestreo pequeña, necesidad de mucho tiempo para la realización de las medidas y un coste muy elevado para su uso en las plantaciones comerciales. El objetivo del producto de teledetección que aquí se describe (Crop-Scan®) es suprimir estas características limitantes; mostrar todas y cada una de las plantas de la finca estudiada de forma rápida, con resultados de gran exactitud y que estén disponibles para el usuario del sistema en 48-72 horas después de realizado el vuelo/toma de imágenes.

Este nuevo sistema de teledetección utiliza varios índices descritos y reconocidos científicamente para interpretar el estado fisiológico del cultivo. La temperatura foliar es reconocida como un indicador del estrés hídrico (Idso et al., 1981), y nos proporciona información sobre ello el índice normalizado CWSI (Crop Water Stress Index). La relación TCARI/OSAVI permite obtener datos de la variación del contenido clorofílico de la hoja (Haboudane et al., 2002). La relación entre las bandas de rojo e infrarrojo cercano (índice NDVI- Normalized Difference Vegetation Index) son un test del vigor de la vegetación de gran exactitud corrigiendo los efectos que el suelo pudiera producir. El PRI (Photochemical Reflectance Index) es un índice de estrés temprano basado en el ciclo de las xantofilas, además de manifestar estrés hídrico, este índice está relacionado con el contenido de azúcar en los frutos (Stagakis et al., 2012).

Material y Métodos

El sistema de adquisición de imágenes consta de los siguientes equipos:

Cámara multiespectral Quest (USA) de 5 canales monolentes y 3 CCDs que permite capturar información fuera del espectro visible aportando dos bandas cerca del infrarrojo cercano. Debido a su arquitectura no es necesario realizar una alineación entre bandas, ya que todas se toman desde el mismo objetivo, proyectando la imagen sobre diferentes sensores haciendo uso de prismas.

Cámara térmica Flir (Suecia) de visualización y medida de temperatura sin contacto por infrarrojos.

IMU (unidad inercial miniaturizada) tipo MEMS, dispone de localización basada en GPS y barómetro, lo que nos permite disponer de la posición de disparo de cada una de las imágenes para realizar el mosaico de todas las imágenes.

Radome, estructura que ensambla todos los equipos para su funcionamiento conjunto, consta de silent blocks para evitar las vibraciones.

Trimble, sistema independiente de navegación para el avión para garantizar el solape óptimo de las imágenes.

SSD, sistema para evitar pérdida de datos durante vibraciones y garantizar una adquisición estable.

Tras cada vuelo las imágenes se procesan en laboratorio para los productos requeridos. Las imágenes obtenidas con la cámara multiespectral se calibran radiométricamente usando coeficientes de calibración obtenidos en laboratorio mediante esfera integrante, y se corrigen atmosféricamente mediante modelo atmosférico de transferencia radiativa y medidas de fotómetro, obteniendo reflectancia de superficie en cada banda espectral. Las imágenes de radiancia obtenidas con la cámara térmica se procesan a temperatura de superficie mediante un modelo que requiere el contenido de vapor de agua, la temperatura del aire y la distancia al objeto entre otros. También se realiza la validación de los datos obtenidos mediante tomas de datos en tierra con diferentes instrumentos,

890

demostrando que los parámetros de reflectancia de superficie y de temperatura de superficie que se obtienen tienen errores RMSE inferiores al 2% para la reflectancia y 1º kelvin para la temperatura.

Figura 1. Validación de la reflectancia obtenida desde cámara multiespectral en comparación

con medidas de campo ASD en el momento del vuelo, mostrando errores inferiores al 2%.

Figura 2. Validación de la temperatura obtenida en vuelo con la cámara térmica comparada con las medidas con pistola térmica en campo en el

momento del vuelo mostrando errores inferiores a 1 K RMSE.

Los niveles de procesamiento desde la obtención de las imágenes son: Nivel 1 de imágenes brutas con valores digitales. Nivel 2 radiancia en el sensor. Nivel 3 reflectancia/temperatura de la superficie. Nivel 4 mosaico de reflectancia/temperatura georeferenciado. Nivel 5 índices de reflectancia (NDVI, TCARI/OSAVI, PRI). Los parámetros de reflectancia y temperatura de superficie se han validado en diversas campañas con vuelos realizados sobre cultivos y vegetación natural, demostrando la viabilidad de detección de estrés pre-visual (antes de que los síntomas sean visibles) tanto debido a estrés hídrico como a nutricional. Las imágenes procesadas de reflectancia se utilizan para calcular índices de vegetación. Los índices estructurales-espectrales obtenidos a partir de los mosaicos de reflectancia son los que se entregan al usuario final del Crop-Scan®:

NDVI: índice relacionado con el índice de área foliar (LAI), densidad de la vegetación, crecimiento, defoliación ocasionada por estrés biótico o abiótico.

TCARI/OSAVI: el dato de este índice es inversamente proporcional al contenido clorofílico, y por lo tanto indicador del estrés nutricional y situaciones de clorosis en la vegetación.

PRI: índice de reflectancia fotoquímico, es una medida de reflectancia vegetal que mide la sensibilidad de los pigmentos fotosintéticos llamados xantofilas. Están directamente relacionados con la luz fotosintética de la planta y su absorción para la fotosíntesis. Ha demostrado su interés hídrico pre-visual y procesos de tipo fotosintético. Para su creación se usan las bandas 530 y 570 del espectro.

Temperatura: la térmica puede obtener los datos en ºCelsius o ºKelvin*100.

Con Crop-Scan® se pueden obtener varios productos para cada índice: a) Producto en escala de árbol, donde todos los datos se relacionan con la copa del árbol pudiendo ver el valor de cada uno de forma individual. b) Producto de copa continua, donde los datos de copa se interpolan para una visualización con una mejor variabilidad espacial. c) Producto de bloque, donde los datos se relacionan con bloques dados previamente por el agricultor de sus parcelas, y en el cual se calcula el promedio de los valores que tienen las copas de cada bloque. d) Producto de variabilidad de bloque, donde puede verse la variabilidad de ese índice dentro de cada bloque, así podremos ver si los bloques en los que se ha dividido la finca son uniformes o presentan zonas muy diferenciadas. Los productos se entregan en un soporte sobre Google Earth manejándose por parte del usuario de la misma manera que se visualiza y trabaja dicho programa (desplazamientos, zoom, etc.).

891


Bioiberica, S.A. lleva varios años colaborando con el IAS-CSIC de Córdoba en el desarrollo y puesta a punto de este sistema de detección del estrés en cubiertas vegetales, habiéndose realizado múltiples vuelos de validación en los tres últimos años, sobre diversos cultivos de varias áreas geográficas del territorio nacional.

Mostramos a continuación resultados obtenidos en un vuelo realizado en primavera sobre una finca de cítricos (naranjas y mandarinas) de la provincia de Huelva. La finca en cuestión utiliza las técnicas más avanzadas a disposición de técnicos y agricultores: analíticas foliares, sondas de humedad del suelo, medidas puntuales de la conductancia estomática, etc., y las producciones que obtienen año tras año se pueden definir como muy buenas tanto en cantidad como en calidad y precocidad. Para el ejemplo mencionado los resultados de la temperatura foliar obtenidos mediante Crop-Scan® muestran diferencias significativas entre los diferentes árboles de la parcela (Fig. 3), al poderse obtener el mosaico térmico detallado y separado para cada árbol. Las imágenes también pueden ser procesadas para que el mosaico sea visualizado de forma continua (Fig. 4), lo que permite analizar una determinada finca por zonas, de una forma más general que por cada individuo.

Figura 3. Escala de rango de temperaturas y valores del producto de temperatura foliar en escala de copa de árbol para la finca de cítricos determinada mediante Crop-Scan® en una de las validaciones.

Figura 4. Detalle del producto térmico en continuo. Aplicase la misma leyenda de valores que en la Fig. 4

La detección de árboles con diferencias de temperatura foliar del orden de 3 grados puede conllevar diferencias de producción predecibles que motiven la modificación de las actuaciones en el cultivo y optimizar así los rendimientos.

892

Por otra parte, los resultados obtenidos del índice NDVI permiten también ver diferencias de cierta importancia no apreciables a simple vista. Al igual que en el mosaico térmico, los resultados se pueden observar detallados para cada árbol de la parcela (Fig 5 A). Para una determinada zona de la finca analizada, el NDVI mostró evidentes diferencias entre los individuos de la parcela, mientras que el contenido clorofílico se mostró más homogéneo (Fig 5 B), indicando que el estado nutricional de los individuos es bueno y homogéneo en la parcela y que, por lo tanto, las limitaciones productivas individuales halladas debían explicarse por diferencias en la cantidad de masa foliar o por diferente disponibilidad hídrica entre ellos.

A) B)

Figura 5. Detalle de los productos NDVI (izq.) y Contenido clorofílico (dcha.) a escala de árbol, con su leyenda de los rangos representados.

Las representaciones de los diferentes índices se pueden realizar también por bloques (correspondientes a diferentes fincas adyacentes) sobre el mapa (Fig.6 y 7). De esa manera se representa un valor promedio para cada parcela que posibilita la comparación entre ellas a una escala aún mayor. En el ejemplo (Fig. 6) se observan dos parcelas a y b que, siendo gemelas en cuanto a variedad y manejo de cultivo, muestran diferencias importantes entre sus promedios de contenido clorofílico, mostrándose un mayor contenido en la parcela a que en la parcela b. En el caso mostrado, se hallan también diferencias en el índice PRI (Fig. 7) que nos indican que la zona con menor eficiencia fotoquímica o PRI más alto (parcela a) corresponde, en este caso, con la de un mayor contenido clorofílico.

Figura 6. Parcelas de distintas variedades (a y b misma variedad, c otra y d otra variedad) con el contenido clorofílico en el producto de bloque. Las dos parcelas de la izquierda (a y b), siendo la misma

variedad, muestran valores diferentes.

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Figura 7. Índice PRI en bloques en parcelas de distintas variedades (a y b misma variedad, c otra y d otra variedad). Las dos parcelas de la izquierda (a y b), siendo la misma variedad, muestran valores diferentes.

Conclusiones

Crop-Scan® es un servicio apto para la moderna agricultura de precisión que permite optimizar el uso de los factores de producción y el rendimiento de los cultivos. Sus características en los parámetros estudiados sobre la totalidad de la finca, fiabilidad, exactitud y rapidez de entrega de resultados hacen de este servicio de teledetección un gran aliado para la agricultura más exigente y sostenible.

Agradecimientos

Parte del desarrollo de esta tecnología se ha realizado en el marco de un proyecto PETRI (PET2005-0616), financiado por el Ministerio de Educación y Ciencia, con la participación del Instituto de Agricultura Sostenible (IAS-CSIC) de Córdoba. Los autores agradecen a Pablo J. Zarco-Tejada y a su equipo del IAS-CSIC, por su dedicación y soporte al desarrollo de la tecnología que posibilita que el servicio Crop-Scan® sea una realidad.

Bibliografía

Haboudane, D. Miller, J. R., Tremblay, N., Zarco-Tejada, P. J. and Dextraze, L. (2002). Integrated narrow-band vegetation indices for prediction of crop chlorophyll content for application to precision agriculture. Remote Sensing Environment 81, 416–426

Idso, S., Jackson, R., Pinter, P. J. J., Reginato, R., and Hatfield, J. (1981). Normalizing the stressdegree- day parameter for environmental variability. Agricultural Meteorology 24, 45−55.

Stagakis, S., González-Dugo, V., Cid, P., Guillén-Climent, M.L. and Zarco-Tejada, P.J. (2012). Monitoring water stress and fruit quality in an orange orchard under regulated deficit irrigation using narrow-band structural and physiological remote sensing indices. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 7, 47-61.

Seelan, S.K., Laguette, S., Casady, G.M. and Seielstad, G.A. (2003). Remote sensing applications for precision agriculture: A learning community approach. Remote Sensing of Environment 88, 157-169.

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Programación de riegos utilizando el Año Meteorológico Típico

A., Domínguez1, A., Martínez-Romero1, J.M., Tarjuelo1, J.A., de Juan1, R., López-Urrea2, K.N., Leite3

1Centro Regional de Estudios del Agua (CREA), Universidad de Castilla-La Mancha, Ctra. de Las Peñas, km 3,2, 02071 Albacete (Spain): [email protected]

2Instituto Técnico Agronómico Provincial (ITAP), c/Gregorio Arcos, s/n Apdo. 451, 02080, Albacete, Spain 3Travessa Dom Jose Lourenç o, 130, 60450-245 Fortaleza, CE, Brazil

Resumen

El Año Meteorológico Típico (TMY) se utiliza generalmente para el dimensionamiento de sistemas de control climático industrial, siendo utilizado en la agricultura para el diseño de invernaderos. El objetivo es adaptar esta metodología para emplearla en el asesoramiento de riegos, en este caso de la Indicación Geográfica Protegida “Ajo Morado de Las Pedroñeras” (PGIAMP) (España). Un TMY está formado por 12 meses de años individuales, estadísticamente seleccionados para reproducir las condiciones típicas de la zona de unos determinados índices. Los pesos (WS) asignados a cada índice (evapotranspiración de referencia (ETo), precipitación (P), temperatura mínima (Tmin) y máxima (Tmax)) fueron determinados comparando los TMYs obtenidos para cuatro combinaciones diferentes de pesos con los TMYs de referencia (obtenidos asignando a cada índice el máximo peso). Para el desarrollo de los TMYs se utilizaron los datos climáticos de 2001-2011 de 18 estaciones ubicadas en PGIAMP. Para reducir el número de TMYs necesarios, los datos medios anuales de Tmedia, ETo y P fueron estadísticamente analizados mediante el test de Duncan, obteniendo tres grupos de estaciones. P muestra la mayor variabilidad, siendo el índice más relevante. Los WS determinados para ETo, P, Tmin, y Tmax fueron 30/100, 60/100, 5/100 y 5/100, respectivamente. Los tres TMYs obtenidos se compararon con la media anual de Tmax y Tmin, y con el acumulado anual de P y ETo de cada estación individual para cada año de la serie, encontrando que los resultados están dentro de un rango aceptable, determinado por la desviación estándar de los datos anuales. El uso de TMY puede ser interesante en la gestión de zonas regables. Las series climáticas generadas pueden ser utilizadas para estimar las necesidades medias anuales de los cultivos o el rendimiento esperado bajo diferentes escenarios de riego deficitario. La principal ventaja frente a un año medio es utilizar datos diarios no modificados, lo que implica mayor variabilidad y perfecta correlación entre variables.

Palabras clave: Datos climáticos, Productividad del agua, Servicio de Asesoramiento al Regante

Irrigation scheduling using the Typical Meteorological Year methodology

Abstract

Typical Meteorological Year (TMY) is widely used for designing climate control systems, and its use in agriculture is limited to greenhouses. The aim is to adapt the TMY methodology for irrigation schedule advisory, in this case in the Protected Geographical Indication “Ajo Morado de Las Pedroñeras” (PGIAMP) (Spain). A TMY consists of 12 months selected from individual years and concatenated to form a complete year. The months selected were chosen from statistics determined by the following indices commonly used for irrigation scheduling: reference evapotranspiration (ETo), rainfall (P), and minimum (Tmin) and maximum temperature (Tmax). For adapting this methodology to irrigation schedule, the weighted sum (WS) for each index was determined comparing the TMYs obtained through four different weight combinations with the reference TMYs (calculated assigning to each factor the maximum weight). The 11 years of daily climatic data (2001-2011) for TMY development were from the 18 weather stations in PGIAMP. For decreasing the number of required TMYs annual data (average temperature (Tave), accumulated ETo and P) were statistically analyzed with a Duncan test to group stations. The Duncan test grouped the weather stations in three groups. Rainfall is the parameter with the greatest variability. The WS values determined for ETo, P, Tmin, and Tmax were 30/100, 60/100, 5/100, and 5/100, respectively. The three TMYs data series generated were compared with the annual average of Tmax and Tmin, and with the annual accumulated P and ETo of each individual weather station for the series studied, falling within an acceptable range determined by the standard deviation of the annual data. The use of the TMY

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methodology is of interest when managing irrigated areas. The climatic series generated may be used for estimating the average annual water requirements of crops or the expected yield under different water deficit scenarios. The main advantage of this methodology is the use of unmodified daily data compared with an average climatic year, which implies greater variability and a perfect correlation among variables.

Keywords: Climatic data, Water productivity, Irrigation Advisory Service

Introduction

The efficient use of water and energy in agriculture is gaining importance. The combination of regulated deficit irrigation with representative climatic data may be of interest for advising farmers on the most suitable irrigation strategies. Typical Meteorological Year (TMY) (Hall et al., 1978) may be useful in forecasting irrigation schedules because the variability of the climatic series generated by this methodology is higher than the common average climatic series used for this application (Fernández et al., 2012). TMY is not necessarily a good indicator of conditions over the next year or extreme conditions. Rather, it represents conditions considered typical over a long time period (Marion and Urban, 1995). TMY is widely used for designing climate control systems, and its use in agriculture is limited to designing greenhouses (Marbis, 2001). Therefore, an adaptation of this methodology is required for the irrigation schedule forecasting. This work aims to adapt the TMY methodology for irrigation schedule forecasting in the Protected Geographical Indication “Ajo Morado de Las Pedroñeras” (PGIAMP) (Spain).

Material and Methods

PGI is a quality distinction granted by the European Union that ties the quality of products to their geographical location. The PGIAMP consists of 5,500 ha (50% dedicated to garlic) of irrigated land distributed throughout 26,200 km2 (PGIAMP, 2012) (Fig. 1). The use of irrigation in CLM is due to low annual precipitation (around 400 mm year-1) (CES, 2006) and high reference evapotranspiration (ETo) (1,100 mm), characterizing the area as semi-arid (Domínguez and de Juan, 2008).

TOLEDO

GUADALAJARA

CUENCA

ALBACETE

CIUDADREAL

Tajo river

Júcar river

Segura river

Guadiana river

Western

Mancha

Campo de

Montiel

Eastern

Mancha

Irrigated lands

CASTILLA-LA MANCHA

SPAIN

FRANCE

PO

RT

UG

AL

bjdl

e

og

i

k

np

s

c

fh

m

q

r

a

Weather station Group I

Province boundary

Aquifer boundary

PGI area

x

Weather station Group II

Weather station Group IIIxx

Figure 1. Distribution of the irrigated lands in Castilla-La Mancha (PNR, 2008), the Protected Geographical Indication (PGI) “Ajo morado de Las Pedroñeras” area, and the wheather stations

used in this study, where a: Las Tiesas; b: Albacete; c: Alcázar de San Juan; d: Argamasilla de Alba; e: Barajas de Melo; f: El Picazo; g: El Sanchón; h: Herencia; i: Juanaco; j: La Gineta; k: La Puebla de Almoradiel; l: Manzanares; m: Mora; n: Motilleja; o: Pedernoso; p: Tarazona de la Mancha; q:

Villahermosa-Tajoneras; r: Villanueva de la Jara; s: Villarrubia de Santiago.

A TMY consists of 12 months selected from individual years and concatenated to form a complete year. This methodology was proposed for computer simulations of solar energy conversion systems

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and building systems, so the 12 “typical” months selected were chosen from statistics determined by using nine elements: maximum and minimum temperature (Tmax and Tmin), maximum and minimum relative humidity, net and global radiation, wind speed and direction, and rainfall (P) (Hall et al., 1978). However, for the irrigation scheduling the following indices were selected:

- ETo and P (mm), due to their importance on the irrigation requirements.

- Tmin and Tmax (ºC), due to their effects on ETo and GDD over time.

The eleven years of daily climatic data (2001-2011) for TMY development were from the 18 weather stations in the IAS network of CLM (Fig. 1) (“a” does not belong to this network and was not included in the TMY calculation). There were many weather stations, so to reduce the amount of information, annual data (average temperature (Tave), accumulated ETo, and accumulated P) were statistically analyzed with a Duncan test to group stations and decrease the number of required TMYs (one per group of weather stations). This solution also increased the number of data in the long-term series. Another relevant difference with Hall et al. (1978) is the use of daily data instead of hourly data. The procedure for selecting the 12 typical months consists of 5 steps (Marion and Urban, 1995):

a) For each month of the TMY, five candidate months with cumulative distribution functions (CDF) for the daily indices that are closest to the long-term CDF are selected. Candidate monthly CDFs are compared to the long-term CDF by using the Finkelstein-Schafer (FS) statistics (Finkelstein and Schafer, 1971) for each index.

n

jj=1

1FS = δ

n

n11

j=1nn

n

jδδj 1

jδ (1)

where δj is absolute difference between the long-term CDF and the candidate month CDF at xj and n is number of daily readings in a month.

b) Because some of the indices are considered more important than others, a weighted sum (WS) of the FS statistics is used to select the 5 months that have the lowest WS.

j jWS = w FSj jw FSj (2)

where wj is the weighting for the index and FSj are the statistics for the index.

This methodology was not designed for irrigation scheduling, so a procedure for determining the weight of each index was required. The TMYs obtained through four different weight combinations were compared with the reference TMYs (calculated assigning to each analyzed factor the maximum weight). Because ETo and P are more relevant for irrigation scheduling than T, combinations 2, 3, and 4 decrease the weight of this factor and increase the weight of the other two (Table 1).

c) The 5 candidate months are ranked with respect to closeness of the month to the long-term mean.

d) The persistence of these indices is evaluated by determining the frequency and run length above and below fixed long-term percentiles. The highest ranked candidate month from step c that meets the persistence criteria is used in the TMY.

The selected persistence criteria for the 4 selected indices were as follows. Tmin, Tmax and ETo: the frequency and run length above the 67th percentile (consecutive warm days) and below the 33rd percentile (consecutive cool days) were determined. If one of the 5 candidate months had the highest number of consecutive warm or cool days, that month was replaced with the next month in the ranking; P: rainfall lower than 1 mm was dismissed in the daily series for calculation of the FS index. Months with a daily rainfall higher than the maximum daily rainfall calculated for a return period of 2

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years in the area (38.4 mm) (Fomento, 1999), and those with a number of rainfall days not included in the range between the 25th and the 75th percentile, were also replaced (this range is wider than the one used for ETo, due to the variability of P is higher).

e) The 12 selected months were concatenated to make a complete year.

Table 1. Weighting schemes for the TMY.

Weight Index ETo P Tmin Tmax Reference (ETo) 100/100 0/100 0/100 0/100 Reference (P) 0/100 100/100 0/100 0/100 Reference (Tmin) 0/100 0/100 100/100 0/100 Reference (Tmax) 0/100 0/100 0/100 100/100 Combination 1 25/100 25/100 25/100 25/100 Combination 2 35/100 35/100 15/100 15/100 Combination 3 60/100 30/100 5/100 5/100 Combination 4 30/100 60/100 5/100 5/100

Results and Discussion

The Duncan test grouped the weather stations of the PGIAMP in three groups (Fig. 1). Rainfall is the parameter with the greatest variability (expressed in terms of average WS for the combination of months with the best fit with the cumulative distribution function), while ETo, Tmin, and Tmax show much lower values (Table 2). This implies that ETo and T conditions are very similar from year to year, and many months have a cumulative distribution similar to the cumulative distribution of the long-term series. Furthermore, when comparing the ratio between the average WS of each Reference index with the average WS of the different weight combinations (Table 1), Combination 4 reaches the most balanced result, and for that reason was selected (Table 2).

Table 2. Determination of the most suitable weights for the calculation of one TMY focused on irrigation schedule forecasting.

Index Weather stations

group WS

(Reference)

Ratio: WS (Combination)/WS (Reference) Combination

1 2 3 4

ETo

I 0.034 1.476 1.277 1.043 1.218

II 0.031 1.871 1.537 1.077 1.780

III 0.031 1.530 1.448 1.063 1.160

P

I 0.297 1.146 1.150 1.147 1.139

II 0.341 1.011 1.008 1.017 1.012

III 0.341 1.000 1.000 0.997 0.992

Tmax

I 0.034 1.502 1.777 2.375 1.907

II 0.032 1.575 2.037 2.852 2.456

III 0.051 1.000 1.006 1.257 1.131

Tmin

I 0.032 1.455 1.566 2.119 2.089

II 0.036 1.530 1.639 3.015 1.873

III 0.049 1.000 1.067 1.458 1.189

Note: The results per each group of weather stations and index were organized using a grey scale. Darker grey indicates greater differences between values placed in the same line in the table.

The three TMYs selected used the weights of “Combination 4” (Tables 3). For TMY I, TMY II, and TMY III, each month was selected from 44, 66, and 88 potential months, respectively.

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Table 3. Typical meteorological years for groups I, II, and III.

Weather stations Month

TMY I (k, n, p, and s)

TMY II (c, f, h, m, q, and r)

TMY III (b, d, e, g, i, j, l, and o)

Aws Year WS Aws Year WS Aws Year WS January p 2002 0.215 m 2003 0.210 l 2008 0.211 February k 2009 0.202 q 2011 0.202 i 2009 0.200* March s 2006 0.191 q 2006 0.179 o 2006 0.190 April n 2003 0.195 r 2010 0.192 i 2003 0.192 May p 2007 0.201* r 2007* 0.206 d 2002 0.197 June n 2011 0.242* m 2011 0.242 e 2011 0.239 July s 2001 0.294* f 2009 0.324 l 2009 0.275 August k 2010 0.273 m 2010 0.283 b 2011 0.275 September s 2002 0.242 r 2003 0.234 j 2006 0.239* October s 2005 0.194* f 2002 0.205 j 2005 0.197 November p 2005 0.211 c 2001 0.216* j 2005 0.214 December k 2008 0.205 h 2003 0.212 e 2008 0.210

Aws: acronym of the weather station (Fig. 1); Year: year of the series that contains the month with the lowest WS that meets the persistence criteria; WS: weighted sums of the month with the lowest value; *: the month with the lowest WS was replaced because it did not meet the persistence criteria.

As an example, four CDFs for Tmin, Tmax, P, and ETo for June from TMY I have been analyzed (Fig. 2). This TMY was selected because it has the least data available, and because the month of June with the lowest WS (p-2002) was replaced by the second in the ranking (n-2011) (Table 3). The long-term series (2001-2011) and the month with the highest WS (p-2010) have been also represented. As expected, the CDF of p-2002 is closest to the CDF of the long-term series and p-2010 is the furthest (Fig. 2). Despite the high weight index assigned to P (Table 1), the p-2002 series contains the highest rainfall of the long-term series (132 mm) (Fig. 2c). So, this month does not meet the persistence criteria of the maximum allowable daily rainfall (38.4 mm), and was replaced by n-2011 (Fig. 2).

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Long-Term Selected Lowest WS Highest WS

Figure. 2. Cumulative distribution functions (CDF) (Long-Term (2001-2011), Selected (n-2011), Lowest WS (p-2002), and Highest WS (p-2010)) from TMY I for June: (a) minimum temperature (Tmin),

(b) maximum temperature (Tmax), (c) rainfall (P), and (d) reference evapotranspiration (ETo).

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The data series generated for the three TMYs were compared with the annual average of Tmax and Tmin, and with the annual accumulated P and ETo of each individual weather station for the series studied (2001-2011). The values of the TMYs fall within an acceptable range, determined by the standard deviation of the annual data. Just Tmax in s, and Tmin in p and d weather stations show values out of range, but this is due to the low standard deviation of these parameters. Therefore, the values assigned to each individual weather station are very similar to the average data, validating the use of TMY for groups of weather stations in order to simplify the advisory of irrigation strategies in large areas. Furthermore, despite the significant differences obtained by Duncan’s test, the average annual climatic conditions in the area are very similar, with Tmax around 21 ºC, Tmin around 7 ºC, accumulated P around 375 mm, and between 1100 and 1300 mm of accumulated ETo.

Conclusions

The use of the modified TMY methodology is of interest when managing irrigated areas. The climatic series generated may be used for estimating the average annual water requirements of crops or the expected yield under different water deficit scenarios. The main advantage of TMY is the use of unmodified daily data, which implies greater variability and a perfect correlation between variables.

Acknowledgements

Authors wish to dedicate this work to their beloved friend, teacher, and college J. Arturo de Juan, who passed away during the preparation of this paper (R.I.P). This work has been developed within the framework of two European projects funded by EC: FLOW-AID “Farm Level Optimal Water Management: Assistant for Irrigation under Deficit” Nº 036958 (GOCE), and DeSURVEY “A Surveillance System for Assessing and Monitoring of Desertification” (SUSTDEV-CT-2004-003950-2). Authors also acknowledge the financial support of the projects AGL2009-13124 (Science and Innovation Ministry, Spain) and PPII-0319-8732 (Education and Science Council, JCCM, Spain).

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La Asociación de Antiguos Alumnos de Ingeniería Forestal de la Universidad de Extremadura (AAAIFUEX): Creación y Retos

M. Moya1, M.L. López1, A. Solla1, F.L. Moreno1 y J.R. Villar

1

1 Universidad de Extremadura, Centro Universitario de Plasencia, Avda. Virgen del Puerto nº 2, 10600 Plasencia (Cáceres): [email protected]

Resumen

En este trabajo se exponen los pasos que se han dado para la creación de la Asociación de Antiguos Alumnos de Ingeniería Forestal de la Universidad de Extremadura (AAAIFUEX). Su constitución se ha debido al vacío que se producía cuando muchos de los alumnos finalizaban sus estudios de Ingeniería Técnica Forestal y perdían contacto con la titulación, llevándose consigo la experiencia que iban adquiriendo posteriormente y sus circunstancias personales, información muy valiosa que podía contribuir a mejorar la oferta formativa de la titulación. La recuperación de ese contacto con muchos de los antiguos alumnos de la titulación y la creación de AAAIFUEX va a permitir la difusión y el intercambio de información de los agentes implicados (antiguos alumnos, empresas e instituciones y Universidad) a través de plataformas virtuales y redes sociales de uso común en la actualidad. Dada la buena acogida que ha tenido esta iniciativa tanto entre los antiguos alumnos como entre las empresas e instituciones del sector, se ha elaborado una encuesta para cada uno de esos colectivos. Dicha encuesta se ha mostrado como un método adecuado para recopilar información útil de cara a conocer las carencias más importantes con el fin de incorporar las mejoras docentes e innovadoras que se precisen en la titulación para afrontar el futuro más cercano.

Palabras clave: Asociación, Antiguos alumnos, Encuesta, Difusión, Innovación

The Alumni Association of Forest Engineering of the University of Extremadura (AAAIFUEX): Creation and Challenges

Abstract

In this work the steps followed in order to create the Alumni Association of Forest Engineering of the University of Extremadura (AAAIFUEX) are exposed. Its creation was due to the lack detected when many of the students ended their studies of Forest Science, losing the contact with the Degree. Thus, the experience they acquired and their personal circumstances could not be known. This information could allow improving the training of the Degree. Recovering this contact with many of these Alumni and creating AAAIFUEX will allow the dissemination and exchange of information among the stakeholders (Alumni, Companies and Institutions and University) through virtual platforms and social networks commonly used today. Considering the good reception of this initiative both between Alumni and Companies and Institutions, a survey was conducted for each of these groups. It was checked that this survey was a suitable method to collect useful information for detecting the main lacks of the Degree. That way, the innovative and teaching improvements required will be incorporated at the Degree in order to face the nearest future.

Keywords: Association, Alumni, Survey, Dissemination, Innovation


Un total de 275 alumnos han finalizado sus estudios de Ingeniería Técnica Forestal, actual Grado en Ingeniería Forestal y del Medio Natural de la Universidad de Extremadura (en adelante UEX) desde la creación de ésta en 1.999 en el Centro Universitario de Plasencia. Aunque muchos de ellos se han mantenido en contacto con la titulación, otros muchos se desvincularon de la misma desde la finalización de los mismos. Los antiguos alumnos suponen una fuente de información muy valiosa que

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no debe menospreciarse de cara a la toma de decisiones que contribuyan a mejorar la formación universitaria. Poder conocer las dificultades que han debido atravesar los antiguos alumnos para poder insertarse laboralmente, las carencias formativas que poseían, etc., son aspectos importantes. De hecho, en algunos países, como Canadá, se han puesto en marcha programas de seguimiento de la inserción profesional de Graduados en Ingeniería (Ingram et al., 2013). Por este motivo, se ha decidido crear la Asociación de Antiguos Alumnos de Ingeniería Forestal de la Universidad de Extremadura (AAAIFUEX), como forma de recuperar el contacto perdido con muchos de los antiguos alumnos. Gracias a ellos es posible detectar las principales carencias, fortalezas y oportunidades de la titulación, así como conocer la formación que demandan en ellos los profesionales del sector, las principales dificultades con las que se tropiezan en el momento de buscar un empleo, etc., con el fin de mejorar la formación que se ofrece en la titulación. Este aspecto es fundamental pues según Jorgensen y Valderrama (2012), el perfil del futuro profesional y las competencias adquiridas por éste en las Escuelas de ingeniería se plasman en un curriculum vitae valorando la formación recibida y los cursos científicos realizados.

Por lo tanto, AAAIFUEX se concibe como una iniciativa con la que se pretende favorecer la difusión y el intercambio de información entre todos los agentes implicados: antiguos alumnos, empresas e instituciones y Universidad. Poder conocer las experiencias curriculares y extracurriculares vividas por quienes un día fueron alumnos de ingeniería puede ser determinante para el desarrollo ético de los estudiantes (Finelli et al., 2012). Por ello, para conseguir todos estos objetivos se ha habilitado una página web y se han creado espacios en redes sociales de uso común en la actualidad como son Facebook y Twitter en los que antiguos alumnos, empresas y profesores de la titulación intercambien información favoreciendo la inserción laboral de los primeros, su formación y la ética profesional que debe imperar siempre.

Material y Métodos

Gracias a los contactos que se han establecido con los antiguos alumnos de I.T. Forestal, un total de 175 de los 275 alumnos que han finalizado sus estudios en Plasencia, ha sido posible difundir la idea de la creación de AAAIFUEX, la cual ha sido bien acogida de manera unánime. A partir de ahí se ha procedido a constituir la Junta Directiva de la Asociación, depositando los documentos oficiales requeridos para ello en el Registro de Asociaciones de la Junta de Extremadura. Paralelamente se ha puesto en marcha una página web cuyo objetivo es sentar las bases para la difusión y el intercambio de información entre los antiguos alumnos, las empresas e instituciones relacionadas con el sector forestal y la Titulación. Además, se han creado espacios en dos redes sociales de amplia aceptación en la actualidad como son Facebook y Twitter. Finalmente, se han elaborado dos cuestionarios, uno para los antiguos alumnos, el otro para las empresas e instituciones del sector, con los que se pretende recabar información útil de cara a facilitar la toma de decisiones que se ha de adoptar en un futuro inmediato con el fin de afrontar los nuevos retos que plantea el Espacio Europeo de Educación Superior (EEES). Con los resultados que se obtengan se intentarán introducir mejoras docentes innovadoras de cara a mejorar la formación global que se ofrece desde la Titulación con el fin de adaptar ésta a los nuevos tiempos que se vislumbran.


Página web y Redes Sociales

Como se puede observar en la Figura 1, se ha habilitado una página web de AAAIFUEX con el fin de que quien lo desee pueda consultar todas las novedades que se produzcan en torno a la asociación, se pueda inscribir en la misma (siempre y cuando reúna los requisitos exigidos para ello), acceda a ofertas de empleo, etc. La dirección es la siguiente: http://www.eweb.unex.es/eweb/aaaifuex.

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Figura 1. Página web de AAAIFUEX

Del mismo modo, se han creado cuentas de usuario en dos de las redes sociales de uso más extendido en la actualidad, como son Facebook y Twitter (@aaaifuex.com). La Figura 2 muestra el espacio creado en Facebook para la Asociación.

Figura 2. Espacio creado en Facebook para AAAIFUEX.

Resultados de las encuestas a Antiguos Alumnos

Un total de 55 de los 175 ex-alumnos con los que se mantiene contacto han rellenado el cuestionario que se les ha hecho llegar a través del correo electrónico. Los resultados más relevantes son:

El 76% de los encuestados tiene una edad comprendida entre los 25 y los 35 años, siendo el 56% de ellos hombres y el 44% restante, mujeres. El 84% (46 personas) accedieron a la titulación a través de Selectividad, el 11% (6 personas) lo hicieron desde Módulos Forestales y sólo un 5% (3 personas) lo hicieron por otras vías (otras licenciaturas o FP). De todos ellos, el 67% (37 alumnos) disfrutaron de alguna beca de estudio, mientras que el 33% restante (18 alumnos) no tuvieron beca alguna.

Con respecto al tiempo necesario para la finalización de los estudios (Figura 3), la mayoría de los encuestados precisaron de 4 años para su culminación (17 alumnos), seguidos de aquéllos que necesitaron de 6 años (11) y quienes precisaron de 5 años (10). El hecho de que algunos hayan necesitado 9 o más años para terminar sus estudios se ha debido a la compaginación de éstos con sus obligaciones profesionales, al tratarse de una época en la que algunos alumnos comenzaban a trabajar antes de finalizar éstos, lo motivó un retraso en la finalización de los mismos. De los resultados se deduce que el tiempo medio para la finalización de los estudios de I.T. Forestal se sitúa en 5,64 años.

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Figura 3. Tiempo medio de permanencia para la realización de los estudios de I.T. Forestal en la UEX.

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Por su parte, la Figura 4 ilustra las preferencias manifestadas por los alumnos en lo que se refiere a la importancia que atribuyen a las asignaturas que cursaron durante sus estudios de cara a afrontar su actividad profesional con éxito posteriormente. Como se puede observar, Ordenación de Montes, Selvicultura y Proyectos son las consideradas como más importantes de forma mayoritaria.

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Asignaturas importantes

Figura 4. Importancia de las asignaturas de cara al ejercico profesional.

Con respecto a las principales carencias detectadas, la Figura 5 muestra los resultados obtenidos. Claramente se deduce que los alumnos demandan aumentar significativamente las prácticas de campo y el uso de aplicaciones informáticas en determinadas asignaturas. Con la implantación del nuevo Plan de Estudios algunas de estas carencias han podido ser subsanadas.

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Carencias detectadas

Figura 5. Principales carencias detectadas en la formación de los alumnos.

Al analizar el tiempo medio de espera hasta encontrar el primer empleo, fueron muchos (22% de los alumnos) quienes tuvieron la oportunidad de acceder a éste antes incluso de finalizar sus estudios, en tanto que un 13% lo logró al mes siguiente de finalizar éstos. Obviamente, este dato se debía a que en el momento de la apertura de la titulación el mercado laboral demandaba este perfil en Extremadura. Sin embargo, en la actualidad estos tiempos se están alargando bastante más por la situación económica por la que estamos atravesando.

En cuanto a los trabajos que acometen, un 20% de los encuestados declara dedicarse a realizar proyectos o partes de éstos, mientras que un 11% hace estudios de impacto ambiental y un 9% se dedica a obras, licitaciones, incendios y ordenaciones cinegéticas fundamentalmente. Entre los que trabajan en un ámbito distinto al forestal, un 15% son formadores y un 9% se dedica a trabajos relacionados con la agronomía y la obra civil. De manera abrumadora, el 71% de los encuestados trabaja en Extremadura mientras que sólo el 29% restante lo hace fuera de esta Comunidad Autónoma.

904

La formación también ocupa un papel destacado. Así, el 51% de los encuestados declara haber realizado algún curso de formación, priorizando en su elección alguno de los cursos ofertados por el Servicio Extremeño Público de Empleo (SEXPE), con el 35% de los votos, seguidos de los cursos de Perfeccionamiento de la UEX (31%) y otros cursos (22%) entre los que cabe citar la formación como técnico superior de riesgos laborales, especialista en SIG u otras aplicaciones informáticas o técnico en incendios forestales.

Finalmente, el 80% de los entrevistados no se ha autoempleado nunca (bien como autónomo, bien constituyendo su propia empresa). Sin embargo, ante la difícil situación económica actual, el 58% de ellos se plantea alguna forma de autoempleo si bien el 40% desconoce los pasos que han de seguir para lograrlo.

Resultados de las encuestas a Empresas e Instituciones

A continuación se recogen los principales resultados obtenidos de las 11 encuestas recogidas entre el total de 78 empresas con las que se ha contactado. Lógicamente, los resultados son susceptibles de sufrir variaciones significativas en caso de aumentar el número de encuestas recabadas finalmente, trabajo que continuará realizándose en los próximos meses.

El 36% de las empresas posee una antigüedad inferior a los 5 años, en tanto que el 27% se sitúa entre los 15 y los 20 años de antigüedad y un 18% existe desde hace más de 20 años. Con respecto a la tipología de los trabajos desarrollados, la Figura 6 muestra que mayoritariamente se dedican a realizar trabajos forestales (6 empresas) y jardinería (5 empresas).

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Figura 6. Tipología de los trabajos desarrolladas por las empresas consultadas.

En cuanto al perfil profesional demandado, destacan fundamentalmente las necesidades en Ingenieros Técnicos (7 empresas) e Ingenieros Superiores (6 empresas).

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Figura 7. Perfil profesional demandado por las empresas del sector.

Con respecto a las competencias transversales adquiridas por los alumnos y que son apreciadas por las empresas de cara al correcto ejercicio profesional, la figura 8 muestra las preferencias manifestadas:

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Figura 8. Competencias transversales demandas por las empresas en los alumnos.

Como se puede observar, todas coinciden unánimemente en señalar a los conocimientos en ciertas aplicaciones informáticas como lo más importante, seguida después por la corrección en la escritura, la expresión, el trabajo en equipo o la capacidad de liderazgo. Sin embargo, llama la atención la escasa importancia que atribuyen al dominio de idiomas distintos al materno, posiblemente debido al ámbito en el cual se desenvuelven la mayoría de ellas, ceñido principalmente a Extremadura. Además, el 73% han contratado alguna vez algún I.T. Forestal formado en Plasencia, detectando la mitad de las empresas alguna carencia en ellos, fundamentalmente les gustaría que tuvieran más conocimiento sobre la actividad empresarial, el proceso de licitación, legislación específica y el funcionamiento de la Administración Autonómica, mientras que la otra mitad no detecta carencia alguna. En relación con la Universidad, 8 de las 11 empresas ya tienen suscrito un convenio de colaboración educativa con la UEX y las 3 que no lo tienen han manifestado su deseo de suscribirlo. Todas ellas, unánimemente, desean incorporar alumnos en prácticas y están en contacto con la Titulación de manera más o menos frecuente.

Conclusiones

� Las plataformas digitales pueden erigirse en una buena manera de facilitar la difusión y el intercambio de información entre los Antiguos Alumnos, las Empresas e Instituciones del Sector Forestal y la Universidad.

� En líneas generales se puede decir que hay una coincidencia entre las principales carencias detectadas por las empresas del sector y las declaradas por los Antiguos Alumnos.

� La metodología utilizada en este estudio es útil de cara a innovar e introducir cambios en la docencia que contribuyan a mejorar la formación ofrecida a los alumnos.

Agradecimientos

Al Servicio de Orientación y Formación Docente (SOFD) de la Universidad de Extremadura, por financiar el proyecto con Ref. B1_2013_89.

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Producción eléctrica de módulos fotovoltaicos flexibles integrados en la cubierta de un invernadero tipo raspa y amagado

M. Pérez-García1, F.J. Cabrera1, J. Pérez-Alonso2 y A.J. Callejón-Ferre2

1 CIESOL Centro de Investigaciones en Energía Solar. Centro Mixto UAL-CIEMAT. Universidad de Almería, Almería 04120, España. Campus de Excelencia Internacional Agroalimentario (ceiA3). e-mail: [email protected]

2 Departamento de Ingeniería. Universidad de Almería. Almería 04120, España. Campus de Excelencia Internacional Agroalimentario (ceiA3).

Resumen

En este trabajo se presentan los resultados de la evaluación de la producción eléctrica de un sistema fotovoltaico integrado en la cubierta de un invernadero piloto situado en la Finca Experimental de la Fundación UAL-ANECOOP de la Universidad de Almería (36°51'56''N, 2°17'2''O). Dicho sistema fotovoltaico experimental está constituido por 24 módulos flexibles opacos de lámina delgada convenientemente dispuestos en los faldones de la cubierta de un invernadero tipo raspa y amagado de 1024 m2 con cubierta de polietileno térmico de 200 µm de espesor y cultivo de tomate Daniela (Solanum lycopersycum L.) en un sustrato arenoso con densidad de plantación de 0,75 plantas/m2. Como punto de partida del trabajo, se ha realizado un análisis de potencial de producción eléctrica para la configuración de cubierta seleccionada basándose en datos de incidencia de radiación global en el emplazamiento de la instalación piloto mediante simulación dinámica a través de la herramienta PVsyst y se han analizado de forma suplementaria aspectos específicos a considerar en el diseño de este tipo de sistemas como la inclinación y orientación resultantes de los módulos y las especificaciones de los mismos con implicación en su integración estructural en este tipo de invernaderos, los de mayor implantación en la provincia de Almería. La valoración experimental del sistema piloto se ha realizado a partir de los datos recogidos a lo largo de 2 campañas de cultivo por un sistema de monitorización específico. Las conclusiones del trabajo permiten establecer un valor de producción eléctrica anual en términos de superficie total de cultivo para el sistema estudiado en el orden de 8 kWh/m2.

Palabras clave: Energía solar; Invernaderos; Producción eléctrica.

Electricity production of flexible photovoltaic modules integrated on the roof of a “raspa y amagado” type greenhouse

Abstract

This paper presents the results of the evaluation of the electricity production of a photovoltaic system integrated into the cover of a pilot greenhouse located at the experimental facilities of the Foundation ANECOOP UAL of the University of Almería (36°51'56''N, 2°17'2''N). This experimental system consists of 24 thin film opaque and flexible photovoltaic modules arranged in the roof of a greenhouse type "raspa y amagado" of 1024 m2 with a cover of thermal polyethylene coated thickness of 200 microns and culture Daniela tomato (Solanum lycopersycum L.) with planting density of 0.75 plants/m2. As a starting point of the work, it has been carried out an analysis of the potential of electricity production for the selected greenhouse based on incidence of global radiation at the site of the pilot installation through dynamic simulation with PVsyst. We have also analyzed other variables for the design such as the tilt and orientation of the modules and their specifications aimed to ease the integration with the selected structure, the most widespread in the province of Almería. The experimental evaluation of the pilot system has been performed from data collected along two crop campaigns by a specific monitoring system. The conclusions of this paper can set a value of annual electricity production in terms of total area under cultivation for the studied system in the order of 8 kWh/m2.

Keywords: Solar energy; Greenhouses; Electricity production.

907

Introducción

Si bien el concepto de agricultura intensiva acoge sistemas de cultivo y modos de producción diversos, existe el consenso de que se trata de un tipo de agricultura caracterizado por un alto grado de tecnificación y, consecuentemente, supeditado a la existencia de un suministro estable y sostenible de energía, tanto para usos térmicos como para usos eléctricos. En este contexto, la integración en la cubierta de invernaderos de módulos fotovoltaicos constituye una opción de gran interés ya que puede permitir una operación autónoma de los sistemas en explotaciones aisladas de las redes de distribución (Qoaider and Steinbrecht, 2010) como, en escenarios de intercambio de energía con dichas redes, aprovechar esquemas de remuneración del tipo feed in tariff (Badcock and Lenzen, 2010) y, especialmente y dada la relevancia que van a tener en los próximos años, favorecer la implantación de proyectos de autoconsumo eléctrico o esquemas de distribución basados en redes inteligentes y sistemas de generación distribuida (Haas et al., 2011). En España los pasos en este sentido se iniciaron con la aprobación del Real Decreto 1699/2011, de 18 de noviembre, por el que se regula la conexión a red de instalaciones de producción de energía eléctrica de pequeña potencia.

Aun pudiendo justificarse en los términos anteriores, la premisa básica para la integración de este tipo de módulos en las cubiertas de los invernaderos debe ser no afectar a la función básica de los mismos, esto es, el cultivo. Así, en este tipo de proyectos junto a los aspectos estrictamente operacionales como la capacidad de producción eléctrica y la integración estructural han de tenerse en cuenta aspectos específicos como el eventual bloqueo a la entrada de radiación solar en el interior de los invernaderos o la compatibilidad de este tipo de instalaciones con las operaciones de mantenimiento y renovación de las cubiertas (Ureña-Sánchez et al., 2012).

La literatura científica recoge diversas valoraciones de producción de sistemas fotovoltaicos en invernaderos basadas en aprovechamientos tanto eléctricos como térmicos mediante módulos híbridos en integraciones directas en cubierta y en envolventes concentradoras de tipo Fresnel o cilíndricas (Pérez-García et al., 2012). Por otro lado, a partir de fuentes no indexadas puede comprobarse también la existencia de una gran cantidad de experiencias recientes de diversa índole a nivel comercial principalmente en España, Italia y Francia, algunas de ellas con capacidades de producción muy elevadas, caracterizadas por la utilización de módulos cristalinos rígidos sobre estructuras instaladas ad hoc y altos niveles de bloqueo sobre los cultivos. Adicionalmente, existen actuaciones específicas promovidas y financiadas por organismos oficiales de innovación, en especial el Centro para el Desarrollo Tecnológico e Industrial, para desarrollos de productos y estructuras por parte de empresas, cuya naturaleza impide contar con información adicional hasta la finalización de las condiciones de confidencialidad establecidas en cada caso y de las que se han tenido referencia para este trabajo de hasta un total de 4.

En cualquier caso, a partir de los 3 tipos de fuentes consultadas se constata que la integración de módulos fotovoltaicos se realiza a través de estructuras y diseños de invernadero específicos. Sin embargo, la enorme extensión de superficie ocupada en la provincia de Almería por invernaderos tradicionales de tipo “raspa y amagado”, determina que a pesar de la transición iniciada hacia nuevas configuraciones mecánica y funcionalmente más interesantes, la implantación de sistemas fotovoltaicos en el sector de los invernaderos en la provincia de Almería debe pasar por soluciones adaptables a estructuras pre-existentes.

Este trabajo presenta los resultados de la evaluación de la producción eléctrica obtenidos en una instalación piloto realizada en un invernadero tipo raspa y amagado situado en la Finca Experimental de la Fundación UAL-ANECOOP. Las premisas de diseño de dicha instalación han sido, en primer lugar, el aprovechamiento e integración en la estructura de partida, lo que ha determinado la utilización de módulos fotovoltaicos de lámina delgada de silicio amorfo, cuyas propiedades específicas a efectos de integración en invernaderos son un menor peso y su flexibilidad mecánica y, en segundo lugar, una disposición espacial orientada a la minimización de los bloqueos de radiación solar en el interior del invernadero.

908

Material y Métodos

La instalación piloto estudiada se encuentra en un invernadero de 1024 m2 de la Finca Experimental de la Fundación UAL-ANECOOP de la Universidad de Almería (36°51'56''N, 2°17'2''O). Con tipología “raspa y amagado” y cubierta de polietileno térmico de 200 µm de espesor con un cultivo de tomate Daniela (Solanum lycopersycum L.) en un sustrato arenoso con densidad de plantación de 0,75 plantas/m2. En el mismo se ha dispuesto 3 zonas diferenciadas; dos secciones contiguas, T1 y T2 de 192 m2 cada una y una tercera sección testigo T0 (Figura 1). Sobre las cubiertas de las zonas T1 y T2 se ha instalado un conjunto de módulos fotovoltaicos flexibles fijados externamente con el mismo ángulo de inclinación que las propias cubiertas del invernadero, a través de una malla de alambre auxiliar. En la sección T1 se han instalado 12 módulos FUJI FPV 1092 (Fuji Electric Systems Co., Ltd., Japón) con potencia máxima de 96 W en una distribución espacial a tresbolillo y en T2 se han instalado 12 módulos idénticos, pero en este caso apareados para constituir también una distribución dispersa a tresbolillo de 6 unidades. El objetivo en este caso es contar con dos niveles distintos de uniformidad de sombreo provocados por la instalación de los módulos, junto a una zona testigo sin bloqueos en cubierta. En ambas zonas de ensayo el porcentaje de ocupación de cubierta es del 9,79%. Los módulos se conectaron en paralelo al inversor SB2500 (SMA Solar Technology AG, Alemania).

Figura 1: Vista en planta (izquierda) y en sección de la disposición de módulos en el invernadero

experimental (Pérez-Alonso et al., 2012).

El período analizado comprende dos campañas de cultivo completas y la monitorización continua de la producción eléctrica se realizó mediante una unidad Sunny Boy Control+. Los datos experimentales incluyen registros cada cinco minutos de energía acumulada, tanto en CC y CA, frecuencia de red, intensidad, tensión y otras características de operación del sistema. Los datos meteorológicos, recogidos por la estación instalada en la esquina noroeste del invernadero, permiten la obtención de la radiación solar global recibida sobre los módulos, instantánea y diaria, Esol [kWh/(m2día)], a partir de la lectura directa de radiación solar sobre superficie horizontal mediante el modelo de estimación de tipo anisótropo HDKR (Duffie and Beckman, 2013; Reindl et al., 1990). El análisis de la producción total de electricidad se ha realizado basándose en la producción diaria inyectada a la red EAC(d) expresada en kWh/día. Dicha producción eléctrica diaria EAC(d) o anual EAC(a) es normalizada, a la superficie ocupada por el invernadero en su conjunto, a efectos de valoraciones comparativas tanto de la electricidad generada como del nivel de cobertura de consumos específicos, Ecuación (1).

Ysup(a-d) =EAC(a-d)/Ainv (1)

El rendimiento en términos de cultivo se hace a través de los parámetros producción total, producción comercial, peso y tamaño medio de fruto. Simultáneamente se han monitorizado la CE y pH de la solución del suelo y parámetros medioambientales para cada tratamiento. La especificidad y extensión de este análisis hace que se trate en un trabajo diferenciado.

De forma simultánea al diseño del dispositivo experimental y al desarrollo de las campañas de medida, se ha realizado un estudio de simulación a través del software PVsyst v5.59 (www.pvsyst.com) desarrollado por el Grupo de Energía del Instituto de Ciencias del Medioambiente de la Universidad

909

de Ginebra. Este software permite el dimensionado y análisis de sistemas fotovoltaicos tanto en aplicaciones autónomas como en conexión a red e incluye una extensa base de datos de elementos y sistemas. La simulación se realiza sobre una base de cálculo que tiene en cuenta la dinámica instantánea de los procesos de generación, datos de radiación contrastados procedentes de diversas fuentes incluyendo el carácter anisótropo de la radiación difusa (Hay and Davies, 1980), y permite obtener un amplio abanico de variables de salida de las que se ha seleccionado, para hacerla coincidir con la principal variable medida en el dispositivo experimental, la producción diaria inyectada a la red EAC(d). Adicionalmente se ha incluido en el análisis el cálculo del denominado Performance Ratio, PR [-], definido en la Ecuación (2) y que representa la eficiencia de conversión en energía útil de la energía producida por los módulos fotovoltaicos. Este parámetro incluye todos los efectos intermedios asociados a la conversión CC/CA, ensuciamiento y degradación de módulos, pérdidas por cableado, etc. El mismo, al igual que el resto de parámetros se puede analizar a escala diaria, mensual y anual.

PR =[EAC/Pnom]/[Esol/Esol(STC)] (2)

Los casos de análisis se han basado en que la integración de los sistemas se va a realizar sobre invernaderos tipo “raspa y amagado”. Estudios previos recogen que la superficie media de los invernaderos de Almería es de 0,73±0,45 ha y la superficie cubierta con estructuras tipo ‘parral’ representa un 98,8% de la superficie total (Céspedes et al., 2010). Los parrales con techo plano alcanzan una altura en cumbrera de 2,7±0,5 m (ocupan el 33% de la superficie) y los parrales de tipo “raspa y amagado” simétricos, orientados ya sea N-S (55% de la superficie) o E-O (5% de la superficie) presentan una altura media en cumbrera de 3,8±0,5 m y una pendiente media de 16,8±5,3º (Cabrera, 2010). Aunque, como muestra el ejemplo recogido en la imagen de la Figura 2 correspondiente al núcleo de San Agustín (36°42'47"N, 2°41'40"O), junto a áreas homogéneas en orientación es fácil encontrar zonas altamente heterogéneas en las que es difícil establecer una orientación preponderante o promedio.

Figura 2: Muestra de líneas de orientación en invernaderos en el Poniente Almeriense (Google Maps).


En primer lugar se presentan los resultados de producción del sistema experimental (Figura 3). Las producciones diarias observadas conducen a un valor acumulado durante la campaña 1 de Ysup= 5,6 kWh/m2 para el total de meses de campaña agrícola y de Ysup(a)= 8,25 kWh/m2 para el total anual, teniendo en cuenta que los meses en los que el invernadero está inactivo son los de máxima radiación solar. Estos mismos parámetros para la campaña 2 son de 4,4 y 6,4 kWh/m2 respectivamente.

Poniente Almeriense. Andalucía

© 2013 Google - Cnes/Spot Image, DigitalGlobe, Instituto de Cartografía de Andalucía

910

Figura 3: Valores promedio y desviaciones estándar de los valores observados de producción eléctrica

diaria para cada mes durante las campañas 1 (izquierda) y 2 (derecha).

El rendimiento general de conversión a corriente inyectada a red (performance ratio) observado durante el periodo completo de estudio ha sido de PR = 0,77 ± 0,06 [-].

En cuanto a la cobertura del consumo propio del invernadero, valorado en 770 kWh por campaña (Ureña-Sánchez et al., 2012), la instalación estudiada, a pesar de representar una tasa de ocupación de la cubierta en el orden del 10 %, cubre dicho consumo en un factor de entre 2 y 3, según campaña. En este sentido, para el caso de invernaderos, el factor de cobertura de consumo ha de aplicarse con un carácter más amplio que en el caso de industrias y edificios ya que en condiciones de operación normales, los receptores de carga en invernaderos se reducen al uso motores de accionamiento de ventanas y bombas de riego con consumos normalizados que difícilmente superan los 3 kWh/m2 anuales. Se estima que la incorporación de sistemas de ventilación y otros equipamientos específicos y, especialmente, la consideración de un esquema de microgeneración y redes distribuidas con la inclusión en el balance de industrias y centrales de manipulado en el entorno de los propios invernaderos hará que las coberturas obtenidas sean más equilibradas.

En cuanto a los resultados de la evaluación de la producción global para distintas modalidades de adaptación a la cubierta, se han realizado simulaciones con los datos climatológicos específicos del emplazamiento y de la propia instalación para un invernadero “raspa y amagado” simétrico, con pendiente de cubierta de 10º, y las siguientes variantes de integración para invernaderos con orientación E-O; (1) integración completa en cubierta sur, (2) integración en faldones sur y norte. Y con orientación N-S, (3) integración en faldones este y oeste (Figura 4).

Figura 4: Valores estimados de producción eléctrica diaria para el sistema bajo estudio y diferentes variantes de integración en cubiertas de invernadero raspa y amagado (pendiente de cubierta 10º).

De este análisis se concluye que, para la pendiente analizada, una distribución uniforme de módulos a ambos lados de cubierta tiene como repercusión que los valores de producción eléctrica no se ven afectados por la orientación y son prácticamente los mismos para orientaciones S-N y E-O en todos los meses del año. Sin embargo, la integración exclusiva en cubiertas sur tiene como efecto un incremento de la producción eléctrica, especialmente evidente en los meses de campaña agrícola y algo inferior en los meses de verano. Este hecho está directamente relacionado con la evolución estacional de la incidencia de radiación para las superficies consideradas. Desde el punto de vista de diseño de

02468

10121416

Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun

EA

C(d

)[k

Wh/

día]

0

2

4

6

8

10

12

14

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

EA

C(d

)[k

Wh/

día]

Módulos en cubierta SMódulos en cubiertas S-NMódulos en cubiertas E-O

911

sistemas, la conclusión es que debe establecerse un compromiso entre el agrupamiento en la cubierta sur, favorable en términos de producción eléctrica, y la aparición de sombreados interiores más extensos debido precisamente a este agrupamiento. Una distribución dispersa a ambos lados de cubierta como la adoptada en este trabajo disminuye este efecto extensión de zonas sombreadas y, de acuerdo a las simulaciones realizadas, solo reduce la producción anual de electricidad en un 7 %.

En cuanto a la adecuación de las simulaciones realizadas a los resultados experimentales obtenidos, el valor de RMSE (Root Mean Square Error) alcanzado para los valores diarios es del 4%, de lo que se concluye que la herramienta PVsyst reproduce de forma correcta el comportamiento de la instalación.

Conclusiones La integración de sistemas fotovoltaicos en cubiertas de invernaderos tipo “raspa y amagado” constituye, independientemente de aportaciones posteriores en términos de nuevas estructuras y sistemas, un campo de trabajo con un alto potencial de desarrollo en la provincia de Almería, especialmente en un esquema de intercambio a red en el que se incluya un balance completo que considere consumos no exclusivamente ligados a la producción agrícola dada la capacidad de generación existente. Desde el punto de vista operacional, a la hora de realizar proyectos concretos, la tecnología fotovoltaica actual permite contar con sistemas fiables y de funcionamiento y prestaciones indiferenciados con relación a otro tipo de aplicaciones fotovoltaicas, siendo inmediatamente trasladables las herramientas de cálculo y dimensionado existentes.

Agradecimientos Los autores desean expresar su agradecimiento a la Consejería de Innovación, Ciencia y Empresa de la Junta de Andalucía, y al Ministerio de Economía y Competitividad de España por financiar el presente trabajo mediante los proyectos de investigación P08-AGR-04231 y DPI2010-21589-C05-04 respectivamente, así como a los fondos FEDER. Asimismo, también expresan su agradecimiento a la Fundación Finca Experimental UAL-ANECOOP por permitir la construcción del invernadero experimental en la Finca Experimental de la Universidad de Almería (UAL).

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912

El uso de la Web 2.0 por las empresas hortofrutícolas murcianas

E. López 1, N. Arcas y F. Alcón

1 Universidad Politécnica de Cartagena. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica. Departamento de Economía de la Empresa. Cátedra Cajamar de Cooperativismo Agroalimentario. Paseo Alfonso XIII, 48. C.P.

30203, Cartagena, e-mail: [email protected]

Resumen

La producción hortofrutícola es uno de los pilares de crecimiento del sector agroalimentario español y, en particular, de la Región de Murcia. Esta situación obliga a las empresas hortofrutícolas a reorientar continuamente sus acciones para mantenerse en los mercados sin perder posiciones frente a sus competidores. En este sentido, la adopción de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC), como las herramientas Web 2.0., se presentan como una herramienta interesante para mejorar la competitividad de estas empresas. La Web 2.0 se distingue, entre otros aspectos, por su flexibilidad y capacidad para realizar distintas tareas con rapidez e interconectividad, agilizando los procesos de toma de decisiones y la formulación de nuevas estrategias empresariales. Además, la adopción de esta tecnología facilita las relaciones de las empresas con sus distintos grupos de interés (socios, proveedores, clientes, etc.), lo que podría verse favorecido por la calidad del sitio Web. En este contexto, el objetivo de este trabajo es conocer el nivel de uso de la Web 2.0 por las empresas hortofrutícolas murcianas, y analizar la calidad de su sitio Web. Los resultados serán de gran utilidad a los agentes implicados en el sector para intercambiar información y diseñar estrategias de uso de estas nuevas tecnologías dirigidas a garantizar su éxito.

Palabras clave: Agroalimentario, hortofrutícola, TIC.

The use of Web 2.0 in horticultural companies of Murcia

Abstract Fruit and vegetable production is a mainstay of Spanish food sector growth and, in particular, of the Region of Murcia. This situation forces horticultural companies to focus continuously their actions for keeping in the markets without losing position over its competitors. In this sense, the adoption of Information Communication Technologies (ICT), such as Web 2.0 tools, by horticultural companies is presented as an interesting tool to improve their competitiveness. The Web 2.0 is characterized for its flexibility and ability to perform tasks with speed and interconnectivity, expediting decision-making processes and developing new business strategies. Moreover, the adoption of these technologies will facilitate the relationships between stakeholders which could be enhanced by the quality of the website. In this context, the aim of this work focuses on knowing the level of use of Web 2.0 by companies horticultural of Murcia, and analyzing the quality of their websites. The results will be useful to stakeholders in the sector to exchange information and develop strategies for using these new technologies to guarantee their success.

Keywords: Agrifood, horticultural, ICT.

Introducción

En los últimos años, el uso de TIC, y en particular de Internet, ha calado con fuerza en el ámbito empresarial provocando cambios en la cultura corporativa y en los procesos tradicionales de toma de decisiones y formulación de estrategias. Se ha pasado del uso de la Web no interactiva, donde los usuarios se limitaban a la visualización y consumo de información, a la denominada Web 2.0, en la que la interacción, la posibilidad de compartir información, la interoperabilidad, la colaboración, etc., hacen que los usuarios sean sujetos activos en la generación de esta red (Mozas y Bernal, 2012).

Sin embargo, no se puede decir que este cambio suceda por igual entre los distintos sectores de la actividad empresarial. Por ello, esta situación representa un verdadero desafío para las empresas a la

913

hora de innovar e intentar redefinir las relaciones con sus grupos de interés y mantener así su competitividad.

A partir de lo expuesto, el objetivo de este trabajo se centra en conocer el nivel de uso de la Web 2.0 por las empresas hortofrutícolas murcianas y la calidad de sus sitios Web. Para el logro de este objetivo se han analizado las páginas Web de 110 empresas hortofrutícolas en la Región de Murcia. Dada la importancia de esta actividad como uno de los pilares de crecimiento del sector agroalimentario de la Región de Murcia, se espera que los resultados serán de gran utilidad a los agentes implicados en el sector para intercambiar información y diseñar estrategias de uso de estas nuevas tecnologías dirigidas a garantizar su éxito.

Marco conceptual de la calidad del sitio Web

La evaluación de la calidad de sitios Web ha sido analizada según el estándar ISO/IEC 9126 de 1991, que prescribe seis características (usabilidad, confiabilidad, eficiencia, portabilidad, mantenibilidad, funcionalidad) describiendo, con mínimo solapamiento, la calidad del software. Además, esta norma informa acerca del conjunto de aspectos de calidad para cada característica en particular (Covella, 2005).

Este estándar se ha convertido en la base más importante para determinar los criterios de calidad de los sitios Web. Sin embargo, las características prescritas en él no son suficientes para evaluar la calidad de los sitios Web en relación con sus contenidos. Por ello, se han desarrollado distintas guías metodológicas para el desarrollo de criterios de evaluación de la calidad de sitios Web, no existiendo un consenso generalizado para su uso y aplicación. Así, tal y como se puede apreciar en la Tabla 1, distintos autores han interpretado y desarrollado una herramienta de evaluación de acuerdo con sus preferencias, juicios y experiencias.

Tabla 1. Herramientas diseñadas para evaluar la calidad de los sitios Web

Herramienta Descripción Criterio de evaluación Autores

WebQUAL Evalúa la calidad de los sitios Web de comercio electrónico

� Usabilidad � Empatía � Diseño � Calidad de la Información � Interacción de calidad

Barnes y Vidgen

(2005)

E-S-QUAL Evalúa la calidad de los servicios ofrecidos a través de sitios Web

� Empatía � Fiabilidad � Capacidad de respuesta � Seguridad � Elementos tangibles

Parasuraman y Zeithaml (2005)

LibQUAL Evalúa las opiniones de los usuarios de sitios Web de bibliotecas

� Facilidad de uso � Facilidad de acceso

Cobertura de la información

Association of Research Libraries (ARL) (2012)

E-CALIDAD Evalúa la calidad de los servicios electrónicos en el sector bancario

� Disponibilidad de la Información � Credibilidad de la información � Facilidad de uso � Privacidad/seguridad � Estilo gráfico

Barrutia et al. (2007)

E-GOVERNMENT Evalúa las percepciones de los usuarios de sitios Web de Gobierno

� Calidad del contenido � Vinculación del sitio con el

usuario � Fiabilidad de la información � Facilidad de uso � Posibilidad de interacción

Sukasame (2004)

914

A partir de estos antecedentes, en este trabajo se propone un marco para la evaluación de la calidad de los sitios Web de las empresas hortofrutícolas murcianas basado en tres dimensiones: calidad del sistema, calidad de la información y calidad del servicio. Las tres dimensiones utilizadas se definen de la siguiente forma:

Calidad del sistema

Medida de la funcionalidad de un sitio Web, compuesta por cuatro indicadores: la facilidad de uso, la capacidad de respuesta, la facilidad de acceso (Chua et al., 2012; Delone y McLean, 2003; Lee et al., 2010) y el diseño (Parasuraman et al., 2005).

Calidad de la información

Medida en que el sitio Web proporciona información de utilidad a los usuarios (Halaris et al., 2007). Se describe en términos de cuatro indicadores: la precisión, la fiabilidad, la cobertura y la facilidad de uso (Chua et al., 2012).

Calidad del servicio

Se refiere a la brecha entre las perspectivas de los usuarios y la calidad del servicio ofrecido a través del sitio Web. Se centra en cuatro indicadores: la empatía, la interactividad, la interactividad del sitio, y el atractivo estético (Chua et al., 2012).

En total se proponen doce indicadores de evaluación de calidad, agrupados en función de las tres dimensiones de calidad propuestas. Estos indicadores serán utilizados, junto con otras características de las empresas hortofrutícolas, para dar respuesta a los objetivos planteados en esta investigación.

Metodología

Universo de estudio

Para seleccionar el universo de estudio se identificaron el total de empresas hortofrutícolas de la Región de Murcia que cuentan con un sitio Web. Esta información se obtuvo mediante el acceso al directorio empresarial de FECOAM (Federación de Cooperativas Agrarias de Murcia), y a la base de datos SABI (Sistema de Análisis de Balances Ibéricos).

Toma de datos

Para la obtención de los datos se diseñó un cuestionario que en una primera etapa se utilizó para identificar las características o servicios Web 1.0 y 2.0 ofrecidos en los sitios Web de las empresas hortofrutícolas murcianas. Posteriormente, en una segunda etapa, se evaluaron las tres dimensiones de calidad propuestas en este trabajo revisando cada uno de los contenidos y servicios ofrecidos. En concreto, los doce indicadores agrupados en función de las tres dimensiones de calidad se midieron en una escala Likert de 1 a 7, de acuerdo a las percepciones de uso de cada sitio, en la que 1 correspondía con “muy en desacuerdo” y 7 con “muy de acuerdo”. Las características del muestreo vienen recogidas en las Tablas 2 y 3, destacando que el universo de estudio ha sido considerado de forma íntegra.

Tabla 2. Ficha técnica del estudio

Características Descripción

Universo de estudio 110 empresas hortofrutícolas de la Región de Murcia

Representatividad 100% de las empresas hortofrutícolas con sitio Web y,

13% del total de empresas hortofrutícolas de la región (Código NACE 4631)

Procedimiento de evaluación Encuesta cumplimentada en dos etapas

Escala utilizada Likert de 1 a 7

915

Tabla 3. Caracterización del universo de estudio por tamaño de empresa

Tamaño Facturación Porcentaje

Microempresas (menos de 2 millones de euros) 17%

Pequeñas (más de 2 y menos de 10 millones de euros) 36%

Medianas (10 y menos de 50 millones de euros) 43%

Grandes empresas (más de 50 millones de euros) 4%

Resultados

El análisis de la frecuencia de uso de distintas aplicaciones o servicios disponibles en los sitios Web puede apreciarse en el Gráfico 1. De su análisis se desprende la existencia de dos niveles o categorías de usuarios. En concreto, las empresas que utilizan al menos un servicio Web 2.0 (redes sociales, blogs, servicios de alojamiento de vídeos, etc.) para el acceso e intercambio de información en red para compartir y publicar información y contenidos en línea, fueron consideradas usuarios “avanzados” (30%), mientras que el resto (70%) se consideraron usuarios “básicos”.

La mayoría de las empresas del universo de estudio continúan percibiendo el uso de un sitio Web como un instrumento de comunicación con el cliente de carácter informativo, utilizándolo únicamente para proporcionar información general acerca de su empresa, sus actividades y sus productos.

El 86% de las empresas centran su atención en ofrecer como atractivo principal de su sitio algún tipo de reclamo, entre los que destacan: las galerías multimedia, apartados y boletines de noticias, visitas virtuales, enlaces de interés, descarga de documentos, folletos publicitarios, recetarios de cocina, sorteos, información relacionada con sistemas de control de calidad, denominaciones de origen, certificaciones, memorias de responsabilidad social, etc.

El 61% de las empresas, además de utilizar algún tipo de reclamo para captar la atención de los clientes potenciales, ofrecen información disponible en al menos dos idiomas.

Por otra parte, el 21% de las empresas evaluadas utilizan su sitio Web principalmente con carácter relacional. Estas empresas utilizan en mayor medida la Intranet como un medio de acceso e intercambio de información entre sus grupo de interés. También, aunque en menor medida, las empresas evaluadas hacen uso de las redes sociales para compartir información y contenidos en línea a través de Twitter, Facebook y YouTube.

En cuanto al impacto del comercio electrónico en las empresas hortofrutícolas murcianas se puede apreciar que es bastante escaso. Tan sólo un 5% de las empresas lo utilizan en su sitio Web como un instrumento de venta.

�

Gráfico 1. Uso de aplicaciones Web

Para evaluar el grado de calidad de los sitios Web (Calidad Global) se calculó la media de las valoraciones dadas a cada uno de los 12 indicadores que componen las tres dimensiones de calidad

99%86% 86%

51%61%

21%

9% 6% 5%14%

8% 6%

% d

e im

plan

taci

ón

916

propuestas (calidad del sistema, calidad de la información y calidad del servicio). De acuerdo con las valoraciones obtenidas (Gráfico 2), la apreciación de la Calidad Global de los sitios Web de las empresas hortofrutícolas es intermedia, ya que su valoración media fue de 3,50 (DS=1,10) en una escala de 1 a 7.

Gráfico 2. Grado de calidad percibido

Con la intención de conocer en qué medida las distintas evaluaciones de la calidad mejoran al realizar un uso más avanzado de un sitio Web, se compararon las dimensiones de calidad con las categorías de usuarios básicos y avanzados. Con este análisis se confirma que existe una relación directa entre aquellas empresas que ofrecen en sus sitios Web servicios 2.0 (usuarios avanzados) y la mayor percepción de calidad del sitio (Gráfico 3).

Gráfico 3. Calidad del sitio Web y nivel de uso

De igual forma, al realizar un análisis comparativo entre la Calidad del sitio Web y el tamaño de las empresas, se aprecia que ambas variables están relacionadas, de forma que las empresas de mayor dimensión presentan sitios Web de mayor calidad (Gráfico 4). Es decir, el tamaño de la empresa no sólo se relaciona de forma positiva con la adopción de sitios Web, como revelan otros trabajos (Juliá et al. (2006), también lo hace con las calidad de los mismos.

�

Gráfico 4. Calidad del sitio Web y tamaño de las empresas

3,274,02

3,20 3,50

0

1

2

3

4

5

6

Calidad del sistema Calidad de la información Calidad del servicio Calidad total

2,983,75

2,88 3,204,04

4,764,08 4,29

0

1

2

3

4

5

6

Calidad del sistema Calidad de la información Calidad del servicio Calidad global

Uso básico Uso avanzado

2,92 3,40 2,86 3,053,27 4,053,24 3,573,36

4,223,38 3,604,00

5,103,50 4,05

0

1

2

3

4

5

6

7

Calidad del sistema Calidad de la información Calidad del servicio Calidad global

Micro Pequeña Mediana Grande

917

Conclusiones

Tras analizar la adopción y la calidad de los servicios Web 2.0 en las empresas hortofrutícolas de la Región de Murcia se ha apreciado que difícilmente podrán percibir las verdaderas ventajas de contar con estos servicios dado que hacen un uso muy básico de los mismos. No obstante, se asume que el conjunto minoritario de empresas que realizan un uso más avanzado de su sitio Web han logrado percibir las ventajas de carácter relacional que les proporciona el uso de herramientas Web 2.0.

Los niveles de calidad de los sitios Web son susceptibles de mejora especialmente en el caso de las micro, pequeñas y medianas empresas. Además, el hecho de que exista una relación directa entre la calidad percibida de un sitio Web y el nivel de uso (básico o avanzado), permite intuir el potencial de la Web 2.0 en la medida que su uso conlleva una mayor valoración de la calidad percibida del sitio Web.

Dada la naturaleza de esta investigación, los resultados no se pueden extrapolar a todas las empresas hortofrutícolas del sector agrario. Sin embargo, por la importancia de la región de Murcia en el conjunto del sector agrario español, este análisis puede ser considerado de carácter exploratorio con vistas a posteriores investigaciones.

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918

Sistemas de comunicación empleados en la gestión de la energía en industrias agroalimentarias

Moreno, J.A. 1; Molina, J.M. 1; Fernández, A.1; González, A.1; Bueno, MV.2; Ruiz Canales, A.3

1 Grupo de Investigación en Ingeniería Agromótica y del Mar. Universidad Politécnica de Cartagena (Murcia): [email protected]

2 Grupo de Investigación en Ingeniería Telemática. Universidad Politécnica de Cartagena (Murcia). 3 Escuela Politécnica Superior de Orihuela. Universidad Miguel Hernández. Orihuela (Alicante).

Resumen

Hoy en día, el uso de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TICs) en todo tipo de escenarios es indiscutible; su uso se extiende, desde la educación y el ocio, hasta la industria o la investigación. Uno de los mayores potenciales del uso de las TICs es el obtener información en tiempo real de todo lo que acontece a nuestro alrededor. En la Industria Agroalimentaria hay una necesidad real de obtener información en tiempo real sobre lo que ocurre en el entorno (consumos total de energía, consumo en iluminación, etc.) con el fin de tener una capacidad de gestión más ágil. En estos escenarios es clave el uso de las TICs.

Tradicionalmente la recogida de la información en la Industria Agroalimentaria se ha realizado por personas, a través de registros, y se ha constituido en archivos. Posteriormente se han informatizado dichos archivos posibilitando el almacenado y análisis de información más rápido. Incluso los equipos actuales almacenan dicha información para su posterior volcado en ordenadores. Pero esa información es imprescindible tenerla disponible en tiempo real si se quiere ser competitivo.

Actualmente las TICs permiten la comunicación entre un equipo en funcionamiento de una empresa agroalimentaria y el ordenador central de la organización. Incluso si el equipo a seguir no tiene posibilidad de comunicarse directamente con la entidad central se pueden añadir elementos externos (sensores, autómatas,…) que nos aporten la información necesaria y almacenarla temporalmente para un posterior volcado.

El objetivo de este trabajo es utilizar las TICs para poder realizar la comunicación entre distintos equipos en funcionamiento de una empresa agroalimentaria y su posterior monitorización para la obtención de datos de interés que permitan gestionar y mejorar la eficiencia energética de la empresa. Para llevar a cabo este trabajo es necesario utilizar el hardware y software adecuado (Remota, SCADA, tarjetas de comunicación, sensores y sistemas de comunicación).

Palabras clave: Eficiencia Energética, Gestión, Sensores,TIC

Communication systems employed for energy management in agrofood industries

Abstract

Currently there is no doubt of the importance of the Information and Communications Technologies (ICTs), and their use extends from education and entertainment to the industry or research. One of the greatest potential uses of ICTs is to collect real time information of everything is happening. In the food industry (FI) there is a real need of getting information about the state of the systems continuously (energy total consumption, lightning consumption, etc.), in order to have a more flexible management capability. Therefore, it seems obvious the need of using ICTs in this field.

Traditionally, in FI, the information of interest is collected by hand, people recording data, and storing them in registers and stores files. Later, these files are computerized, to enable a faster storage and data analysis. Even today, there are FI systems that are able to store the information of interest, for later data dump on a main storage system. However, to be competitive in FI, it is often necessary to have the information available in real time in the main system.

Today, ICTs enable communication between different systems of a food company (e.g. cold storage system, air conditioner equipment, etc.) and its main computer. Even if any of them has any problem to communicate

919

directly with the central entity, external elements (sensors, controllers, etc.) could be added to these systems for temporally saving the data.

The goal of this work is to use ICTs with different purposes: to allow communication among different systems working in a food company and to monitor them for collecting data of interest in order to manage and improve the energy efficiency of the company. To carry out this work specific hardware and software must be used (Remote, SCADA, communication cards, sensors and communication systems)

Keywords: Energy Efficiency, Management, Sensors, ICT

1. Introducción

En la Industria Agroalimentaria empieza a ser necesaria la monitorización de los sistemas en tiempo real para poder controlar el consumo energético (agua, electricidad, etc.) de las instalaciones. El fin de estos sistemas es gestionar eficientemente la energía consumida por las instalaciones agroalimentarias, al igual que edificios de viviendas, oficinas, etc. (Kim et. al, 2013). Para ello es necesario el uso de las TICs.

Un sistema de gestión de la energía de una empresa agroalimentaria en tiempo real se basa en la entrada de datos a través de diferentes vías: parametrización, analizador o sensores. Mediante el empleo de modernos modelos para indicar el óptimo de consumo energético y el control para la gestión óptima de la energía consumida en cada instante se consigue una reducción del consumo. Simultáneamente la información aparece en la pantalla de un PC-remota que mediante un sistema SCADA de forma que sea amigable tanto la presentación de la información así como los resultados obtenidos (Figura 1).

Figura 1. Flujo de datos del sistema de gestión de energía en una empresa agroalimentaria

En este trabajo se presenta un sistema de comunicaciones innovador para la monitorización y control en tiempo real de la eficiencia energética en una instalación industrial agroalimentaria desarrollado por investigadores del Departamento de Ingeniería Agromótica y del Mar de la Universidad Politécnica de Cartagena y en colaboración con las empresas Telenatura EBT y Atram Energética. Los datos son monitorizados por equipos instalados en las dependencias a controlar. Estos equipos se comunican continuamente con un sistema central que recopila la información y detecta alarmas para poder reaccionar y tomar decisiones ante consumos elevados de energía (Moreno et al., 2013).

Figura 2. Sistema de control energético en industria agroalimentaria

920

2. Sistema de comunicaciones

En la Figura 2 se muestra un esquema general del sistema de control energético diseñado para monitorizar el consumo eléctrico de una instalación agroalimentaria genérica que consta de instalaciones de frío y cámara, de aire comprimido, aire acondicionado y la red de alumbrado general. Todos estos sistemas se denominan Centros Consumidores de Energía (CCE). Los CCE se comunican con una Entidad Central (EC), normalmente instalada en el servidor principal de la empresa. La entidad central se encarga de recopilar los datos, almacenarlos, comparar los consumos recibidos con los máximos permitidos, generar alarmas si fuera necesario, etc. Además, se puede acceder a la EC para obtener gráficas temporales de consumo de los distintos CCE. El intercambio de datos entre los distintos CCE y la EC se realiza a través de un sistema de comunicaciones básico, basado en tres elementos: transmisor-canal-receptor. En la Figura 3 se muestra un esquema del hardware utilizado en cada uno de los elementos de la comunicación.

Figura 3. Diagrama de un sistema de comunicaciones en una industria agroalimentaria

Este sistema de comunicaciones consta de un hardware que se describe en la Tabla 1.

Tabla 1. Descripción hardware del sistema de comunicaciones implementado

Hardware Modelo/Descripción Duplicador de señal analógica Krenel KR - 42 2 X 420 AISI Analizador de redes Siemens Sentron modelos: PAC3100/PAC4200 Remota cRIO®, Placa base con procesador integrado, Mini PC

Conversor de señal a Modbus Conversor de señal: Señal analógica (4-20 mA) a Modbus (ICP COM M-7017); Modbus a USB (EKM RS-485 a USB Converter).

Sensor Elemento que aporta información sobre lo que ocurre en el entorno industrial de forma localizada: sonda de temperatura, luxómetro, presostatos, etc.

Actuador Relé programable, autómata programable, etc.

2.1 Protocolo de comunicación Modbus y selección de maestro.

Los CCE y el EC se intercambian información mediante el protocolo de comunicaciones Modbus según Ruiz y Molina (2010). Este protocolo permite velocidades de transmisión de hasta 19.200 baudios y distancias de comunicación de hasta 1.200 metros sin repetidor. Modbus es un protocolo maestro-esclavo (en nuestro caso el EC). En este trabajo se ha utilizado Modbus RTU. El formato de las tramas de Modbus RTU es muy sencillo en su concepción como se ve en Figura 3. Los campos de las tramas son: número de esclavo; tipo de operación (lectura/escritura); datos, que suele contener parámetros y campo checksum para control de errores.

921

Figura 3. Formato trama Modbus RTU

Se ensayaron 3 opciones de maestro: A) cRIO 9076, B) Placa base y C) MiniPC:

Opción A) Se utilizó para el EC el controlador programable con funcionalidad de maestro cRIO 9076 (National Instruments, 2011). En los CCE se utilizaron los analizadores de redes con funcionalidad esclavo tipo Siemens Sentron modelos PAC3100 y PAC4200 (Siemens Sentron, 2008). Éstos se sitúan en los cuadros eléctricos de los CCE, como se aprecia en la Figura 5.

Figura 4. Arquitectura maestro-esclavo del sistema de control energético y opción de maestro.

La Figura 4 muestra un sencillo ejemplo de la arquitectura de comunicación llevada a cabo con los dispositivos maestro-esclavo utilizados en este ensayo. Nótese que el cRIO se conecta con el PC de la EC a través de una conexión Ethernet. Desde el PC se realiza la monitorización y control de los CCE.

Opción B) Con esta misma estructura de comunicaciones se realizaron pruebas sustituyendo el cRIO por una placa base y procesador de 1000 MHz así como 256 Mb de memoria RAM. Todo ello insertado en un cuadro eléctrico como se aprecia en la Figura 5.

Opción C) Finalmente se probó un ordenador independiente: Mini PC Foxconn n-T-A3550 nano PC.

Figura 5. Instalación de sistema de comunicaciones en cuadro eléctrico.

2.2 Tests de comunicación CCE-EC

Para comprobar la comunicación con los analizadores de redes de los CCE y la correcta recepción de datos se realizaron pruebas donde el PC del sistema hacía de maestro, monitorizando la propia corriente de alimentación de los analizadores. Se hizo uso de un ejemplo de maestro Modbus que incorpora el software de programación gráfica LabVIEW® (National Instruments, 2011). Este ejemplo permite leer y modificar un número de registros del esclavo indicado y desde la dirección de registro

922

indicada, con otros parámetros de entrada como la velocidad de transmisión, paridad, etc. etc. En la Figura 6 se muestra como los datos obtenidos en el maestro son los registrados en el esclavo.

Figura 6. Monitorización PAC3100. Valores de los registros, su equivalente en precisión simple y valor mostrado por el medidor.

También se comprobó el funcionamiento del cRIO. Para ello se cargó en su memoria una modificación del programa, que volcaba los datos de las salidas de tensión a una gráfica que evolucionara en tiempo de ejecución. Los resultados del experimento se muestran en la Figura 7.

Figura 7. Test CompactRio. Valores de los registros leídos y gráfica de evolución temporal.

2.3 Interfaz gráfica de la EC

El objetivo final es que desde la EC se pueda acceder a los datos de los CCE a través de una interfaz sencilla y amigable. Esto se ha conseguido utilizando LabVIEW®. Para poder llevar a cabo la correcta comunicación con los CCE se ha añadido a LabVIEW® la librería Modbus según se puede ver en Molina y Jiménez (2010).

3. Resultados y discusión

De las tres opciones de maestro implementadas en el sistema de comunicación, el uso del cRIO como controlador programable es la que presenta mayor robustez industrial. Por el contrario su programación es laboriosa y su coste encarece el precio del sistema. Para versiones más actualizadas del sistema habría que emplear alternativas a este tipo de controladores programables. El uso de la placa base y un procesador de 1000 MHz así como 256 Mb de memoria RAM presentan ciertas ventajas: durante un tiempo presenta buenos resultados, es económico y su programación mediante LabVIEW® agiliza el avance en la configuración del sistema. La mayor desventaja es que hay más facilidad de que se produzca una avería y funcione inadecuadamente por las interferencias eléctricas producidas por las conducciones eléctricas así como por calentamiento de la placa. Por

923

último, el uso alternativo de un mini PC presenta las ventajas de la placa base con el procesador pero con mayor versatilidad en la instalación, además de evitar las interferencias producidas por las conducciones eléctricas al estar instalado fuera del cuadro. Dicho mini PC lleva ventilación forzada interior lo que evita el deterioro del maestro. Una idea análoga fue desarrollada por otros autores (Erol-Kantarci y Mouftah, 2011) en un equipo para la gestión de la energía instalado a una vivienda. Se llevaba al resto de viviendas de una comunidad de vecinos consumidores del mismo transformador la comunicación de los elementos y el control del consumo con la ayuda de una red inteligente de comunicación.

4. Conclusiones

El sistema descrito en esta comunicación ha funcionado adecuadamente en diferentes instalaciones de industrias agroalimentarias y se presenta como una herramienta para la mejora de la eficiencia energética en este sector.

Mediante el desarrollo tecnológico descrito se puede conseguir un sistema de comunicaciones relativamente económico con una serie de mejoras fundamentalmente en el sistema.

Este sistema además permite que se puedan aprovechar las señales de equipos ya instalados mediante la implementación de duplicadores de señal. De este modo se consiguen datos adicionales que mejoran el proceso de toma de datos y análisis.

Un mini PC resulta más adecuado para la gestión de las comunicaciones en un sistema de gestión energética integral en tiempo real como el descrito. Ésta es la opción más competitiva de las tres probadas.

Agradecimientos

Los autores de este trabajo agradecen el esfuerzo realizado por las empresas Telenatura EBT y Atram Energética en la financiación de este desarrollo tecnológico y a la Universidad Politécnica de Cartagena que ha facilitado la infraestructura en tecnología Agromótica de que dispone.

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924

Desarrollo y evaluación de un modelo de balance de energía dinámico para un invernadero multitúnel con ventilación natural

F.D. Molina-Aiz

1, D.L. Valera, A. López y P. Marín

1 Centro de Investigación en Biotecnología Agroalimentaria BITAL. Universidad de Almería. Ctra. de

Sacramento, s/n. 04120 Almería, España. e-mail: [email protected]

Resumen

En este trabajo se ha desarrollado un modelo que permite predecir la temperatura dentro de un invernadero Ti a

partir de las variables climáticas exteriores y de las consignas del sistema de ventilación. Para ello se estiman los

componentes del balance de energía mediante diferentes fórmulas teóricas y los parámetros característicos del

invernadero. Utilizando la ecuación del balance de energía y la temperatura interior estimada Ti,j para cada

instante tj se calcula un aporte de calor en el aire del invernadero ΔQj como la diferencia entre la energía ganada

y perdida por la masa de aire del invernadero. A partir de este valor se determina la temperatura del instante

siguiente tj+1=tj+Δt. El calentamiento o enfriamiento del aire en el instante tj se calcula como

ΔTj=ΔQj·Δt/(Vinv·ρa·cpa), siendo Vinv el volumen del invernadero, ρa la densidad del aire a la temperatura interior

y cpa el calor específico a presión constante del aire. El modelo desarrollado ha sido evaluado comparando los

valores estimados de la temperatura interior con los medidos experimentalmente en un invernadero multitúnel

con ventanas laterales y cenitales equipadas con mallas anti-insectos situado en Almería y con un cultivo de

tomate en su interior. Las mayores diferencias entre las temperaturas simuladas y medidas se producen en las

horas centrales del día, cuando se alcanzan las máximas temperaturas y las ventanas están completamente

abiertas. Durante el día la pérdida de calor a través del sistema de ventilación llega a suponer hasta un 70% del

calor aportado por la radiación solar. Se ha obtenido una buena correlación entre los valores medidos y

simulados de la temperatura dentro del invernadero, con un error medio cuadrático (RMSE) de la temperatura

interior inferior al 10% para periodos de una semana.

Palabras clave: balance de energía, invernaderos, temperatura del aire, ventilación, control climático.

Development and evaluation of a dynamic energy balance model to predict inside air temperature in a naturally ventilated multispan greenhouse

Abstract

In this work, a model has been developed to predict the temperature inside a greenhouse Ti using the outside

climatic variables and the setting values of the ventilation system as input parameters. The different components

of the energy balance are calculated by means of different theoretical equations and the characteristic parameters

of the greenhouse. By means of the energy balance equation and the estimated inside temperature Ti,j for each

time step tj a supply of heat is calculated in the air of the greenhouse ΔQj as the difference among the energy

gained and lost by air inside the greenhouse. Starting from this value, the temperature of the following time steps

tj+1=tj+Δt is calculated. The heating or cooling of the air at time tj is calculated as ΔTj=ΔQj·Δt/(Vinv·ρa·cpa), being

Vinv the volume of the greenhouse, ρa the air density and cpa the specific heat of air at constant pressure. The

developed model has been evaluated comparing the calculated values of inside temperature with the measured

values in a multi-span greenhouse with side and roof vents equipped with insect-proof screens, located in

Almería (Spain) and with a tomato crop inside. Greater differences between calculated and measured

temperatures take place at noontime, when the maximum temperatures are reached and the openings are fully

opened. Along the day, the heat loss through the ventilation system can reach until 70% from the solar radiation.

Good agreement has been obtained between predicted and measured values of the air temperature inside the

greenhouse, with Root Mean Square Error (RMSE) for inside air temperature lower than 10% for a week.

Keywords: energy balance, greenhouse, air temperature, ventilation, climate control

925

Introducción

El sector hortofrutícola de Almería, basado fundamentalmente en los cultivos en invernadero, ha

contribuido de forma sustancial a la mejora de la economía de la provincia en las últimas décadas

(Downward y Taylor, 2007; Wolosin, 2008). La producción hortícola en 2010 alcanzó los 1572

millones de euros, lo que suponía un 12.4% del PIB de la provincia (12695 millones de euros). Del

mismo modo el sector agrícola proporcionó trabajo a unas 64700 personas en el año 2011, lo que

supone un 18% de la población activa de la provincia y más de una cuarta parte de la población

ocupada (Jiménez-Guerrero, Gázquez-Abad y Linares-Agüera, 2012).

El valor de la producción de hortalizas se ha incrementado, de 72.5 millones de euros en 1976 a 1508

millones de euros en 2011 (Jiménez-Guerrero, Gázquez-Abad y Linares-Agüera, 2012), un 6.1% más

que en el ejercicio precedente (Cabrera-Sánchez y Uclés-Aguilera, 2012). Actualmente, la única vía

posible a medio plazo para seguir incrementando la producción de los invernaderos es aumentar la

productividad por unidad de superficie a través de una mejora de los sistemas y técnicas de cultivo.

Dentro del manejo de los cultivos en invernadero es fundamental un control adecuado de las

condiciones microclimáticas en las que se desarrollan las plantas. Hoy día se dispone de una amplia

gama de sistemas de control climático como calefacción por aire o por agua y sistemas de

refrigeración mediante evaporación de agua (nebulización o paneles evaporativos). Sin embargo, en la

particulares condiciones climáticas de Almería, con una elevada radiación solar a lo largo del año,

altas temperaturas en primavera-verano y suaves en otoño-invierno y un régimen de vientos

permanentes a lo largo del año, la ventilación natural sigue siendo el principal sistema para controlar

el clima en los invernaderos.

El microclima de los invernaderos que es susceptible de ser descrito mediante las leyes físicas del

movimiento de los fluidos, de los procesos de transferencia de masa y de calor, se puede modelizar

para evaluar estrategias tanto de diseño como de control climático (Norton et al., 2007). La principal

ventaja del desarrollo de modelos matemáticos para invernaderos es que permiten cuantificar las

necesidades de climatización en el invernadero y como consecuencia contribuir al desarrollo de

estrategias de optimización encaminadas a mejorar la productividad (Schauberger, Piringer y Petz,

2000; Norton et al., 2007).

Los modelos aplicados a los invernaderos pueden dividirse en dos tipos de categorías según sean

estáticos o dinámicos (Kano y Sadler, 1985), utilizándose generalmente los primeros para el diseño de

invernaderos y sistemas de climatización, y los segundos para la gestión del microclima. Dentro de los

modelos clásicos del primer tipo se encuentran los de balance de energía estacionarios (Seginer et al., 1994) en los que se utiliza un número reducido de parámetros. Como resultado, la correlación entre los

datos y las predicciones de estos modelos no es tan buena como la que se podría obtener con modelos

que tuvieran un mayor número de parámetros. Los modelos orientados al control climático de los

invernaderos pueden ser divididos a su vez en modelos físicos o fenomenológicos, empíricos o de caja

negra y semi-empíricos (Krauss, Depecker y Kindagen, 1997). Algunos modelos físicos basados en

balances de energía dinámicos pueden llegar a tener un número muy elevado de variables y

parámetros (Vanthoor et al., 2011), lo que dificulta su aplicación práctica.

Dentro de este contexto se ha realizado el presente trabajo de investigación con el objetivo

fundamental de desarrollar un modelo de control climático de tipo dinámico basado en el balance de

energía que permita simular la temperatura dentro de un invernadero a lo largo de un mes a partir de

las variables climáticas exteriores (radiación solar, velocidad y dirección del viento, temperatura y

humedad del aire exterior).

926

Material y Métodos

Dispositivo experimental

Para la validación del modelo de control climático se ha utilizado un invernadero de tipo multitunel

situado en el Campo de Prácticas “Eduardo J. Fernández Rodríguez” de la Universidad de Almería

[Centro de Innovación y Tecnología (CIT) Fundación UAL-ANECOOP], siendo su situación:

Longitud: 2º 17' O, Latitud: 36º 51' N y Altitud: 90 m (Fig. 1). El invernadero de 24×45 m (1080 m2)

está constituido por tres módulos de 8 m de anchura con ventanas cenitales en todos ellos y con

ventanas laterales en los costados Norte y Sur.

Figura 1. Imagen del invernadero utilizado para la validación del modelo, situado en las instalaciones del CIT Fundación UAL-ANECOOP.

La medida de los parámetros climáticos en el exterior se ha realizado mediante una estación

meteorológica fija colocada a 10 m de altura y 15 m de distancia del lateral norte del invernadero. El

registro de datos de los sensores instalados en la estación se ha realizado mediante un controlador de

clima MultiMa (Hortimax S.L., El Ejido). Esta estación meteorológica incluye una caja de medida

BUTRON II (Hortimax S.L.) equipada con un sensor de temperatura Pt1000 IEC 751 clase B (Vaisala

Oyj, Helsinki, Finlandia) con un intervalo de medida de -10°C a 60 °C y una precisión de ±0.6 °C.

Además, dispone de un sensor de humedad capacitivo HUMICAP® 180R (Vaisala Oyj) con un

intervalo de medida de 0% a 100% y una precisión de ±3%. La velocidad y dirección del viento se

midió con un equipo Meteostation II (Hortimax S.L.) que incorpora un anemómetro de cazoletas con

un intervalo de medida de 0 a 40 m·s–1

, una precisión de ±5% y una resolución de 0.01 m·s–1

. La

dirección del viento se midió con una veleta (precisión ±5° y resolución 1°). La radiación solar se

midió con un equipo Kipp Solari (Hortimax S.L.), con un intervalo de medida de 0 a 2000 W·m–2

, una

precisión de ±20 W·m–2

y una resolución de 1 W·m–2

.

En el interior del invernadero se dispone de dos cajas de medición Ektron-IIc (Hortimax S.L.) en el

lado Este y Ektron III (Hortimax S.L.) en el lado Oeste. En la caja Ektron-IIc se dispone de las mismas

sondas de temperatura y humedad que en la caja exterior, junto con una sonda de concentración de

CO2 sensor CARBOCAP® GMM222 (Vaisala Oyj) con una precisión de ±2% de la lectura y un rango

de medida de 0-2000 ppm.

En la caja Ektron III hay instalada una sonda EE07-04-PFT6HC01L01 (E+E Elektronik Ges.m.b.H,

Engerwitzdorf, Austria) con sensor de temperatura Pt-1000 clase A con una precisión de ±0.1ºC a

20ºC y un rango de medida de –40ºC a 80ºC y un sensor capacitivo de humedad SMD HC105 con una

precisión de ±2% (rango de medida: 0% a 100%).

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ra t

i [º

C]

Hora

Desarrollo del modelo

Existen diversos modelos simplificados del balance de energía (Walker, 1965; Kindelan, 1980;

Arinze, Schoenau y Besant, 1984; Boulard y Baille, 1993; Al-Jamal, 1994; Baille, 1996). Para el

modelado dinámico del clima del invernadero se ha considerado el volumen de aire Vinv delimitado por

las paredes y el suelo, en el que se calcula cada Δt=5 minutos la ecuación del balance de energía para

determinar la temperatura media dentro del invernadero Ti:

sueevpvencc QQQQ··· −−−−= ni

paainv Rdt

dTcV ρ [W] (1)

Siendo ρρρρa la densidad del aire a la temperatura interior y cpa el calor específico del aire a presión

constante. Los diferentes términos que intervienen en el balance energético del invernadero son la

radiación neta Rn, las perdidas por convección y conducción a través de la cubierta del invernadero

Qcc, el calor perdido por renovación de aire mediante ventilación e infiltración Qven, la transferencia de

calor latente debido a la evapotranspiración del cultivo Qevp y el calor perdido por conducción en el

suelo Qsue. Mediante la Ec. (1) del balance de energía y la temperatura interior estimada Ti,j para cada

instante tj se calcula un aporte de calor en el aire del invernadero ΔQj como la diferencia entre la

energía ganada y perdida por la masa de aire del invernadero:

)(Q)(Q)(Q)(Q)( ,sue,evp,ven,cc, jijijijijinj TTTTTRQ −−−−=Δ [W] (2)

El calentamiento o enfriamiento del aire en el instante tj se calcula en función del balance de energía

en ese instante como ΔTj=ΔQj·Δt/(Vinv·ρa·cpa). A partir de este valor se determina la temperatura Ti,j+1

en el instante siguiente tj+1=tj+Δt. Para evitar las variaciones bruscas entre un valor de temperatura y el

siguiente que provoca el cálculo del flujo de calor por ventilación a partir de la velocidad instantánea

del viento (influida por la turbulencia) se introduce un factor de amortiguación o relajación ξ en el

cálculo de la temperatura interior. Así, la nueva temperatura Ti,j+1 se calcula como un porcentaje ξ del

valor anterior y un porcentaje 1 – ξ del valor calculado en función del calentamiento o enfriamiento

del aire, es decir Ti,j+1=(1–ξ)·(Ti,j+ΔTj)+ξ·Ti,j.


El modelo desarrollado se ha evaluado comparando los valores estimados de la temperatura interior

con los medidos experimentalmente en el invernadero multitúnel con un cultivo de tomate en su

interior. Las mayores diferencias entre las temperaturas simuladas y medidas se producen en las horas

centrales del día (Fig. 2), cuando se alcanzan las máximas temperaturas y las ventanas están

completamente abiertas.

Figura 2. Temperaturas del aire exterior (–––), medida en el interior del invernadero experimental (---) y simulada (–––) para los días 1/4/2012 al 8/4/2012.

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400

450

0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00

Flu

jos

de

ca

lor

Q [

W]

Hora

Durante las horas centrales del día el flujo de calor debido a la ventilación Qven es aproximadamente el

40% de la radiación interior y la evapotranspiración del cultivo de tomate supone aproximadamente un

30% de la energía radiativa (Fig. 3). La pérdida de calor a través del sistema de ventilación puede

llegar a suponer en ciertos momentos del día hasta un 70% del calor aportado por la radiación solar,

por lo que es fundamental una correcta modelación del flujo energético a través de las ventanas del

invernadero. En nuestro caso se han utilizado los valores del coeficiente de efecto eólico obtenidos en

el invernadero experimental por López (2011) mediante medidas del caudal de ventilación con

anemómetros sónicos.

Figura 3. Valores simulados de los diferentes términos del balance de energía para los días 1/4/2012 al 8/4/2012: radiación solar en el interior del invernadero Rn (––), calor perdido por convección y conducción a través de la cubierta del invernadero Qcc (––), calor evacuado por renovación de aire mediante ventilación e infiltración Qven (---), calor latente debido a la evapotranspiración del cultivo Qevp (––) y calor perdido por conducción a través del suelo Qsue (––).

La capacidad del modelo se ha evaluado cuantitativamente utilizando la desviación media cuadrática

(Mean Squared Deviation, MSD) que permite cuantificar la desviación de los valores calculados por el

modelo con respecto a los medidos experimentalmente (Kobayashi y Salam, 2000; Gauch, Hwang y

Fick, 2003). En nuestro caso el valor de MSD se utiliza para calcular el error medio cuadrático relativo

(Relative Root Mean Square Error, RRMSE) como:

( )�=

−⋅=n

jedida

medidaiRMSE TT

nTR

1

2

jsimulada, i,j,mi,

,

1100 [%] (3)

Donde Ti,medida es la media de la temperatura medida dentro del invernadero por los sensores sobre el

tiempo total de simulación, n es el número de medidas, Ti,simulada,j es la temperatura interior simulada

en el instante j y Ti,medida,j es el valor medido en el instante j.

Este estadístico permite determinar el error como un porcentaje de los valores medios de temperatura,

oscilando entre el 6.1% y el 8.3% para periodos de simulación de una semana en abril de 2012.

Conclusiones

La utilización de un balance de energía simplificado ha permitido simular la temperatura media del

aire dentro de un invernadero multitúnel en condiciones de clima mediterráneo y con un cultivo de

tomate en su interior con un error inferior al 10%.

El principal término del balance de energía es el flujo de calor debido a la ventilación, que supone

alrededor del 40-50% del calor introducido en el invernadero por la radiación solar. Para su correcta

cuantificación es necesario conocer la eficiencia térmica del sistema de ventilación. Este parámetro

929

relaciona la diferencia de temperatura entre el aire que entra del exterior y el que sale del invernadero

por la ventanas (que determina el flujo de calor perdido), con respecto a la diferencia entre la

temperatura del aire medida dentro del invernadero y la medida en el exterior (utilizada para el cálculo

del balance energético del invernadero).

Agradecimientos

Este trabajo ha sido financiado por la Junta de Andalucía y por el Ministerio de Ciencia e Innovación

mediante los proyectos P09-AGR-4593 y AGL2010-22284-C03-01, respectivamente.

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930

Estudio de la eficacia de un sistema de calefacción por combustión indirecta en la distribución de calor en un invernadero

D.L. Valera

1, A. López, F.D. Molina-Aiz y P. Marín

1 Centro de Investigación en Biotecnología Agroalimentaria BITAL. Universidad de Almería. Ctra. de

Sacramento, s/n. 04120 Almería, España. e-mail: [email protected]

Resumen

En este trabajo se ha estudiado la eficacia de un sistema de generación de aire caliente por combustión indirecta

por gasoil (aporte de energía 146 W m-2

) con distribución por mangas de polietileno. Se han analizado la

distribución de temperatura y el patrón del flujo de aire en el interior del invernadero, utilizando 12 anemómetros

sónicos (dos 3D y diez 2D). El seguimiento de la temperatura del cultivo se realizó con una cámara termográfica.

Las mangas de polietileno de distribución del aire estaban colocadas sobre el suelo, con una fila de orificios

equidistantes y de igual diámetro. Este tipo de sistema de calefacción genera una distribución de temperatura

muy poco homogénea en el interior del invernadero. El aire caliente sale por los orificios, impacta con el suelo y

se dirige hacia la parte alta del invernadero. Al no existir ningún elemento auxiliar que haga descender el aire, el

aire caliente se acumula por flotabilidad en la parte alta del invernadero, reduciendo la capacidad del sistema

para aumentar la temperatura del aire en la zona del cultivo. Con este sistema de calefacción, el salto térmico

entre el interior y el exterior del invernadero estuvo por encima de los 7ºC. Para mejorar la uniformidad de la

temperatura en el invernadero, el diámetro de los orificios de salida debería aumentar con la distancia al

calefactor para compensar la caída de presión y de temperatura a lo largo de la manga. Para evitar que el aire

caliente se acumule en la parte alta del invernadero se plantean posibles alternativas: (i) mejorar la orientación de

los orificios de salida; (ii) el uso de ventiladores interiores situados en la parte alta del invernadero que hagan

circular el aire caliente hacia la zona del cultivo; (iii) añadir mangas de distribución transversales para distribuir

el aire entre las líneas de cultivo.

Palabras clave: calefacción de aire, eficiencia, distribución de temperatura, anemometría sónica, invernadero.

Study of the effectiveness of an indirect fired air heating system on heat distribution inside a greenhouse

Abstract

In this work we studied the heating efficiency of a diesel indirect fired air heater (energy supply of 146 W m–2

),

hot air being distributed through perforated polyethylene sleeves. We have analyzed temperature distribution and

the airflow pattern inside a multi-span greenhouse, measured using twelve sonic anemometers (two 3D and ten

2D). The measurement of the evolution of the crop temperature was carried out with a thermographic camera.

The distribution polythene sleeves were placed directly on the floor, with a row of equidistant holes and with

equal diameter. From obtained results, we can conclude that this design generates a low homogeneous

temperature distribution inside the greenhouse. The hot air comes out through the holes, impacts with the floor

and goes up to the high part of the greenhouse. As no auxiliary element exists in the greenhouse that makes air

fall down, buoyancy produces the stagnation of warm air at the top of the greenhouse, reducing the capacity of

the heating system to increase the air temperature in the crop area. With this heating system, temperature

difference between inside and outside was above 7°C. To improve the uniformity of temperature inside the

greenhouse, the output holes diameter should increase with distance from the heater to compensate pressure

losses and temperature reduction throughout the polyethylene sleeves. In order to avoid air stagnation near the

greenhouse cover, some alternatives arise: (i) improvement of holes location; (ii) the use of internal fans located

at the top of the greenhouse to provide effective air movement toward the crop zone; (iii) include transversal

distribution sleeves to supply warm air movement between plants rows.

Keywords: air heating, effectiveness, air temperature distribution, sonic anemometry, greenhouse.

931

Introducción

En la provincia de Almería los invernaderos se caracterizan por ser unas estructuras de bajo coste con

poca incorporación de tecnología avanzada, que permiten mantener condiciones adecuadas para los

cultivos durante la mayor parte del año, pero en condiciones climáticas extremas suelen producirse

daños y pérdidas. Los calefactores son el tipo de calefacción más extendido en la región del

Mediterráneo (Bartzanas, Tchamitchian y Kittas, 2005). La distribución del aire caliente suele

realizarse mediante mangas de polietileno perforadas (Teitel, Barak y Antler, 2009). El estudio de los

diferentes sistemas de calefacción suele centrarse en el análisis del microclima interior mediante el uso

de diferentes sensores de temperatura y humedad (Walker, 1982; Kittas, Katsoulas y Baille, 2003). En

este trabajo se propone una metodología, similar a la propuesta por Tadj et al. (2010), para estudiar la

distribución horizontal de temperatura y el flujo de aire en el interior de un invernadero, con un

sistema de calefacción comercial mediante calefactores como el que los distribuidores instalan dentro

de la provincia de Almería.

Material y Métodos

Para caracterizar el patrón de flujo del aire y la distribución de temperatura dentro del invernadero

(Fig. 1) se realizaron 3 ensayos en los que se midió la velocidad del aire y su temperatura en 16

posiciones en las que se colocaban cuatro dispositivos de medida con tres anemómetros cada uno,

resultando un total de 192 puntos de medida (Fig. 2). Las medias se realizaron en los sectores este

(24×25 m2) de dos invernaderos multitúnel (24×45 m

2) localizados en la Finca “Catedrático Eduardo

Fernández” de la Fundación UAL-ANECOOP (Longitud: 2º 17' O, Latitud: 36º 51' N y Altitud: 90 m)

en la provincia de Almería (Fig. 1). En el interior teníamos un ciclo de cultivo de primavera-verano

(2011) de calabacín (Cucurbita pepo L. cv. Canella).

Figura 1. Situación de los invernaderos experimentales

Durante los ensayos en el invernadero 1 se activaron dos calefactores de gasoil de combustión

indirecta Munters GP 80 (Munters AB, Kista, Suecia) con un consumo máximo de 8.3 kg h-1

y una

potencia neta de 88 kW, se cerraban las ventanas y se extendía a 4.75 m de altura una pantalla térmica

aluminizada Aluminet 50-I (Polysack Plastic Industries, Ltd., Nir Yitzhak, Israel). El aire caliente se

distribuía a través de una manga de polietileno (0.75 m de diámetro) con 9 orificios elípticos en la

parte inferior a 0.22 m del suelo (Figuras 1, 2 y 3). Los orificios dirigen el flujo de aire hacia el suelo

evitando el contacto directo con las plantas. El invernadero 2 (testigo) permaneció con las ventanas

cerradas, sin calefacción y sin malla aluminizada.

La velocidad y temperatura del aire en el invernadero 1 se midió con dos anemómetros sónicos 3D

modelo CSAT3 (Campbell Scientific Spain S.L., Barcelona) con precisión de ±0.04 m s-1

y ±0.026ºC;

y una frecuencia de registro de 10 Hz. La velocidad del aire se midió también con 10 anemómetros

sónicos 2D modelo Windsonic (Gill Instrument LTD, Lymington, Hampshire, Reino Unido) con una

precisión de ±2% y ±3º (frecuencia de registro 1 Hz). En cada posición se registraban datos durante 3

min (López, Valera y Molina-Aiz, 2011).

932

Figura 2. Posiciones de medida con los anemómetros sónicos en el interior del invernadero

Se utilizó una estación meteorológica equipada con una caja de medida BUTRON II (Hortimax S.L.,

Almería, España) con sonda de temperatura Pt1000 (precisión ±0.6ºC) y un sensor capacitivo de

humedad (precisión ±3%). La velocidad y dirección del viento se midió con un equipo Meteostation II

(Hortimax S.L.) con un anemómetro de cazoletas (precisión ±5%) y una veleta (precisión ±5º). La

radiación solar se midió con un piranómetro Kipp Solari (Hortimax S.L.; precisión ±20 W m-2

). La

temperatura y humedad interior, de los dos invernaderos, se midió con dos cajas de medida EKTRON

II-C (Hortimax S.L.) con las mismas sondas que la caja BUTRON II (Fig. 2). Con la temperatura

sónica TS [ºC] (anemómetros sónicos 3D) se obtiene la temperatura del aire TSC [ºC] corrigiendo TS con

la humedad específica del aire q [g g-1

] (Tanny, Haslavsky y Teitel, 2008):

q

TT s

sc51.01+

= (1)

Para estudiar la distribución de temperatura en el invernadero (medidas de temperatura realizadas con

los anemómetros 3D durante diferentes periodos de tiempo) se debe tener en cuenta que las

condiciones climáticas cambian durante los ensayos. Se ha utilizado la diferencia de temperatura de

aire corregida �Tioc [ºC] con el promedio de temperatura interior y exterior (López et al., 2012):

ojijo

iojsco

cjsc

cjio T

TT

TTTTTT −

+

+=−=Δ

,,

,,, (2)

donde Tscc,j es la temperatura sónica del aire corregida con el promedio de temperatura interior y

exterior, Tsc,j es la temperatura sónica corregida (Ecuación 1), To,j y Ti,j son la temperatura media

interior y exterior registrada por la caja de medida fija durante el tiempo de medida de la posición j, y

To y Ti son los valores medios de la temperatura exterior e interior del ensayo. La temperatura del

cultivo se midió cada 5 min con una cámara termográfica ThermoVisionTM A40-M (FLIR Systems

AB, Danderyd, Suecia; rango espectral 7.3–13 Lm; precisión ±2%) (Fig. 3). La emisividad del cultivo

(0.985) fue determinada en López, Valera y Molina-Aiz (2012). La velocidad y temperatura del aire en

los orificios de la manga de polietileno y a la salida del calefactor se midió con un equipo TESTO®

445 (Testo S.A., Cabrils, España) con un anemómetro de bulbo caliente (precisión ±0.03 m s-1

) y una

sonda de temperatura tipo termistor NTC (precisión ±0.4ºC).

933


Las condiciones climáticas exteriores durante los tres ensayos quedan resumidas en la Tabla 1.

Tabla 1. Condiciones climáticas exteriores (media ± desviación estándar) registradas durante los tres ensayos realizados: uo, velocidad del viento [m s-1]. ', dirección del viento [º]; HRo, humedad relativa exterior [%]; To,

temperatura del aire exterior [ºC]. Ro, radiación solar [W m-2].

Fecha Ensayo Hora uo � HRo To Ro

10/02/2011 1 07:50-10:11 2.16±0.96 80±16 81±3 9.5±1.2 59±48

16/02/2011 2 06:49-08:49 1.47±0.57 301±25 46±4 10.5±0.6 6±12

18/02/2011 3 06:55-08:47 1.33±0.69 144±116 46±4 10.6±0.8 5±11

Flujo del aire

La velocidad del aire aumenta conforme disminuye la altura (Tabla 2). Esta diferencia se debe

principalmente a la elevada velocidad del aire u al salir por los orificios de la manga de polietileno

(23.4, 22.9 y 31.8 m s-1

para los ensayos 1, 2 y 3, respectivamente). La variación de la velocidad del

aire con la altura también fue observada por Tadj et al. (2010) con un calefactor a 2.6 m de altura. Los

resultados obtenidos para la proyección vertical v indican que el aire caliente que sale por los orificios

de la manga de polietileno asciende por flotabilidad a escasos metros de distancia de los orificios de

salida (Fig. 3b), el aire caliente se desplaza por encima del cultivo hasta llegar al lateral sur del

invernadero, desciende a la zona baja donde se encuentra el cultivo y vuelve en dirección norte,

dirigiéndose otra vez hacia la manga de polietileno; creando así un ciclo en sentido horario (Fig. 3c).

Con el uso exclusivo de calefactores el aire caliente se acumula en la parte alta del invernadero,

pudiendo alcanzarse diferencias de temperatura entre la parte alta (más caliente) y la parte baja (más

fría) de hasta 10ºC en un invernadero de 4.1 m de altura (Tadj et al., 2010). En nuestro caso no se

realizaron medidas para poder comprobar este aspecto.

Tabla 2. Valores (media ± desviación estándar) de la proyección de la velocidad del aire l en el plano XY [m s-

1] y v en el plano XZ [m s-1] medidas con los anemómetros a tres alturas H [m] durante los tres ensayos.

H Ensayo l v Ensayo l v Ensayo l v

0.8 0.23±0.16 0.18±0.19 0.23±0.17 0.21±0.16 0.24±0.12 0.22±0.15

1.3 1 0.18±0.11 - 2 0.18±0.17 - 3 0.18±0.08 -

1.8 0.14±0.10 - 0.14±0.14 - 0.13±0.07 -

Microclima interior

Los valores de temperatura presentados en la Tabla 3, medidos en la parte baja del invernadero, se

presuponen muy por debajo de la temperatura en la parte alta del invernadero, según las observaciones

de Tadj et al. (2010). Gran parte del calor generado por los calefactores no es aprovechado para

aumentar la temperatura del aire a la altura en la que se encuentran los cultivos. A 2 m de altura,

nuestro sistema de calefacción consigue mantener la temperatura media del invernadero 7.9ºC por

encima de la temperatura del invernadero testigo y 9.0ºC por encima de la temperatura exterior. La

máxima diferencia de temperatura entre el interior del invernadero 1 y el exterior fue de 11.2ºC en el

ensayo 1, ligeramente superior a los 10.2ºC observados en un invernadero con calefactores eléctricos

(Perdigones et al., 2006).

934

Tabla 3. Valores de temperatura registrados (media ± desviación estándar) a 2 m de altura mediante la caja de medida EKTRON II-C en el interior de los invernaderos Ti [°C] y diferencia de temperatura interior-exterior

�Tio [°C]. Medidas realizadas con los anemómetros sónicos tridimensionales a 0.8 m de altura: Tscc,

temperatura sónica del aire corregida con el promedio de temperatura entre el interior y el exterior; �Tioc,

diferencia de temperatura interior-exterior corregida [°C]. Tc, temperatura del cultivo [°C].

Fecha Ensayo Invernadero Ti �Tio Tsc c

�Tioc Tc

10/02/2011 1 1 (calefacción) 20.7±5.5 11.2 20.6±1.8 11.1±1.8 19.9±3.7

2 (testigo) 12.9±2.7 3.4 ----- ----- -----

16/02/2011 2 1 (calefacción) 18.7±2.6 8.2 18.1±2.1 7.6±2.1 17.6±1.6

2 (testigo) 9.9±0.6 -0.6 ----- ----- -----

18/02/2011 3 1 (calefacción) 18.2±2.9 7.6 17.8±2.2 7.2±2.2 18.1±2.1

2 (testigo) 10.9±0.7 0.3 ----- ----- -----

Con tuberías de agua caliente, Kittas, Katsoulas y Baille (2003) observaron una diferencia de

temperatura (interior-exterior) de 10.8ºC (con malla térmica) y 10.0ºC (sin malla), y Bartzanas,

Tchamitchian y Kittas (2005) observaron una diferencia de temperatura (interior-exterior) de 10ºC,

aumentando a 15ºC combinando el sistema con un calefactor. En Almería (España), Baille et al.

(2006) observaron una diferencia de temperatura (interior-exterior) de 7.6ºC en Febrero y 14.1ºC en

marzo en un invernadero con calefactores. En nuestros ensayos, la temperatura media del cultivo

durante los tres casos se mantuvo por encima de 17ºC.

Figura 3. Representación del flujo de aire en el interior del invernadero 1 para el ensayo 1 en el plano XY (a) y en el plano XZ (b). Diagrama propuesto para el patrón del flujo de aire interior (c).

Distribución horizontal de la temperatura interior

Con los resultados mostrados en la figura 4 queda mostrada la gran heterogeneidad de temperatura que

caracteriza a este tipo de sistema de calefacción.

Figura 4. Diferencia de temperatura de aire corregida con el promedio de temperatura entre el interior y el exterior (�Tio

c) en el invernadero 1 con los calefactores (altura 0.8 m). Ensayos 1 (a), 2 (b) y 3 (c)

Se han observado diferencias de temperatura entre el punto más caliente y el punto más frío de 6.5ºC,

8.8ºC y 8.3ºC para los ensayos 1, 2 y 3, respectivamente. Los puntos de menor temperatura se han

observado en la zona central del invernadero, y no en el extremo sur. Se plantean algunas posibles

935

soluciones para mejorar la uniformidad de la temperatura: (i) aumentar el diámetro de los orificios a lo

largo de la manga de distribución o cambiar la distancia entre orificios; (ii) colocar la malla

aluminizada a menor altura; (iii) usar ventiladores interiores, siendo necesario determinar su posición

y orientación más adecuada; (iv) añadir mangas de distribución secundarias paralelas a las líneas del

cultivo.

Conclusiones

El flujo de aire generado por el ventilador axial del calefactor y la manga de polietileno, primero, es

causa de la gran heterogeneidad en la temperatura interior del invernadero y, segundo, no evita que el

aire caliente ascienda por flotabilidad hacia la cubierta del invernadero, de modo que la mayor parte

del calor generado por el calefactor no se utiliza para el calentamiento del aire que envuelve al cultivo.

Para obtener una mayor uniformidad en la salida de calor a lo largo de la manga de distribución se

debería incrementar el diámetro de los orificios, con la longitud de la manga y/o variar la distancia

entre orificios. Para reducir el gradiente vertical de temperatura y evitar que el aire caliente se acumule

en la parte alta del invernadero se debería mejorar la orientación de los orificios de salida. Otras

opciones para mejorar la distribución de temperatura interior podrían ser el uso de ventiladores

interiores, colocar la malla de sombreo a menor altura o añadir mangas de distribución secundarias

entre las líneas de cultivo. Dado el elevado coste del gasoil y los bajos precios de venta del calabacín,

el sistema de calefacción analizado en este trabajo podría ser sólo necesario, con las condiciones

particulares de los invernaderos almerienses, como un sistema preventivo frente a heladas.

Agradecimientos

Este trabajo ha sido financiado por la Junta de Andalucía y por el Ministerio de Ciencia e Innovación

mediante los proyectos P09-AGR-4593 y AGL2010-22284-C03-01, respectivamente.

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936

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Evaluación de la aplicabilidad del año de referencia UNE-EN ISO 15927 a instalaciones fotovoltaicas

J.L. Torres1, M. de Blas1, A. Gorostiaga1 e I. García1

1 Departamento de Proyectos e Ingeniería Rural. Edificio Los Olivos. Universidad Pública de Navarra. 31006 Pamplona.

Email: [email protected] Resumen

El desarrollo y expansión de las tecnologías de aprovechamiento de la energía solar hace necesario disponer de datos meteorológicos representativos de un determinado lugar que permitan predecir el comportamiento energético de estos sistemas a largo plazo. Existen numerosos procedimientos para la composición de Años Meteorológicos Típicos (TMYs). No obstante, el único método normalizado para la construcción de años de referencia es el descrito en la norma UNE-EN ISO 15927-4. Este método está orientado a la construcción de años sintéticos para la estimación de cargas térmicas en la edificación. En este trabajo se evalúa la aplicabilidad del método UNE-EN ISO a instalaciones fotovoltaicas, comprobándose la bondad de los años de referencia obtenidos en la estimación de la energía eléctrica anual producida por un sistema fotovoltaico.

Palabras clave: Fotovoltaica, Año Meteorológico Típico, ISO-15927.

Applicability evaluation of reference year UNE-EN ISO 15927 to photovoltaic systems

Abstract

Development and expansion of solar energy utilization technologies will require representative meteorological data of a specific location to predict the energy performance of these systems in the long term. There are a number of procedures for creating Typical Meteorological Years (TMYs). However, the only standard method for generating reference years is described in UNE-EN ISO 15927-4. This method is focused on the generation of synthetic years for the estimation of thermal loads in buildings. In this paper, the applicability of using this method to estimate the electrical energy produced by a photovoltaic system has been evaluated. The goodness of using the reference years obtained by UNE-EN ISO method in the estimation of annual electricity production of a photovoltaic system has been proved.

Keywords: Photovoltaic, Typical Meteorological Year, ISO-15927

Introducción

El desarrollo y expansión de las tecnologías de aprovechamiento de la energía solar, tanto activo como pasivo, hace necesario disponer de datos meteorológicos representativos de un determinado lugar que permitan predecir el comportamiento energético de estos sistemas a largo plazo. En este sentido, el Año Meteorológico Típico (TMY) proporciona una serie anual de datos considerados representativos del emplazamiento en el que se desea instalar el sistema de aprovechamiento. La ventaja esencial del uso de estos TMYs es que pueden ser generados mediante un tratamiento estadístico, relativamente sencillo, de una serie histórica de datos disponible.

En la bibliografía existen numerosos procedimientos para la construcción de TMYs que consideran diferentes parámetros meteorológicos a los que asignan distinto peso según su objetivo. Metodologías como las propuestas por Klein et al. (1977), Schweitzer (1978), Hall et al. (1978), Andersen et al. (1977), Lund and Eidorff (1980), Pissimanis et al. (1988) o Festa and Ratto (1993), entre otros,

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plantean la composición del TMY mediante la unión de doce meses reales, considerados típicos, seleccionados a partir de la serie histórica de observaciones del emplazamiento.

No obstante, el único método normalizado existente para la construcción de años de referencia es el descrito en la norma UNE-EN ISO 15927-4 (AENOR, 2011). Este método está orientado a la construcción de años sintéticos para la estimación de cargas térmicas en la edificación, en concreto, a la predicción del comportamiento a largo plazo de sistemas solares de agua caliente (SHWS).

En este trabajo se evalúa la adecuación de los años de referencia obtenidos mediante el método UNE-EN ISO a la estimación de la energía eléctrica producida por un sistema fotovoltaico.

Con este fin, se han comparado las producciones de energía eléctrica anuales, mensuales y diarias obtenidas mediante el año de referencia UNE-EN ISO con las obtenidas con el Año Meteorológico para Sistemas Solares (WYSS) propuesto por Gazela and Mathioulakis (2001). Este último emplea únicamente la ganancia solar mensual como parámetro de selección de los meses del año típico.

Datos Meteorológicos

Para la generación del TMY mediante los dos métodos citados en la introducción se ha empleado una serie, de 11 años (1998-2009), de datos meteorológicos horarios procedentes de la estación agroclimática automatizada de Aldeanueva de Ebro. Se trata de una estación meteorológica del Gobierno de La Rioja, gestionada por el Servicio de Información Agroclimática (SIAR) y con acceso público a sus datos.

Las variables meteorológicas consideradas en este trabajo son: las medias de la temperatura del aire y la velocidad del viento medidas a una altura de 2 m sobre el suelo, la humedad relativa del aire y la radiación global sobre el plano horizontal.

Estos datos meteorológicos han sido sometidos a un control de calidad para depurar fundamentalmente los valores extremos y se han localizado observaciones repetidas y datos faltantes. Mientras que el año 2000 ha sido eliminado por completo dada la gran cantidad de datos faltantes que presenta, los huecos aislados del resto de años se han rellenado mediante una interpolación lineal.

Metodología

Como se ha explicado en la introducción, el objetivo de este trabajo es evaluar la aplicabilidad del año de referencia obtenido mediante el método normalizado UNE-EN ISO 15927 a la estimación de la energía eléctrica producida por una instalación fotovoltaica. Para evaluar la bondad de los valores de producción obtenidos, se han comparado con los alcanzados tras la simulación del Año Meteorológico para Sistemas Solares (WYSS), propuesto por Gazela and Mathioulakis (2001), que usa la ganancia solar mensual como único parámetro de selección de los meses típicos que compondrán el TMY.

Se ha elegido el WYSS como año de referencia con el que comparar el método UNE-EN ISO ya que, al tratarse de un método orientado a la producción, minimiza el error en la estimación de la energía generada (Gazela and Mathioulakis, 2001) debido a que basa la selección de los meses que componen el TMY únicamente en la producción eléctrica mensual y no en parámetros meteorológicos. Asimismo se trata de un método de fácil aplicación.

Método UNE-EN ISO 15927 (AENOR, 2011)

Pese a que el método permite el empleo de otros parámetros para desarrollar años de referencia en aplicaciones especiales, recomienda el uso de los siguientes:

Temperatura del aire.

Irradiación solar global sobre una superficie horizontal

950

Humedad relativa

Velocidad del viento a una altura de 10 m sobre el nivel del suelo.

Los tres primeros son considerados como principales, mientras que el cuarto tiene carácter secundario.

El procedimiento está diseñado para construir un año típico, compuesto de 8760 valores horarios, en el que el valor medio de las variables individuales, su función de distribución y las correlaciones entre las diferentes variables, dentro de cada mes, son las más cercanas posibles al correspondiente mes del conjunto de datos a largo plazo.

En el método se recoge la posibilidad de utilizar otras combinaciones de parámetros primarios y secundarios para desarrollar años de referencia con propósitos especiales.

Aunque el método propone la inclusión de un ajuste suavizado entre las ocho horas finales de un mes y las ocho horas iniciales del siguiente, este aspecto no ha sido tenido en consideración en este trabajo por tratarse de horas en que la radiación solar es nula o muy pequeña.

Método WYSS (Gazela and Mathioulakis, 2001)

En el procedimiento original, el único parámetro que se emplea en la selección de los distintos meses que componen el TMY es la ganancia solar mensual. En este trabajo, dicha ganancia solar ha sido sustituida por la producción eléctrica, para adaptarlo a un sistema fotovoltaico. Además, para calcular la producción eléctrica se ha recurrido a un programa de simulación que se aplica a cada uno de los 11 años de la serie histórica de datos. Una vez obtenidas las producciones mensuales, se seleccionan como típicos, dentro de los meses del mismo nombre, aquéllos cuya producción presenta la menor distancia al cuadrado a la producción media histórica de dicho mes.

Por las mismas razones que en el procedimiento UNE-EN ISO, no se ha aplicado ningún proceso de suavizado entre los valores de las variables correspondientes a las horas finales de un mes e iniciales del siguiente.

Características de las instalaciones fotovoltaicas simuladas

La comparación de los dos procedimientos de TMY se ha llevado para dos instalaciones fotovoltaicas diferentes de 5.48 kWp (ver Tabla 1). La primera, denominada Sistema 1, tiene sus módulos fotovoltaicos en una posición fija, mientras que, en la segunda, Sistema 2, los módulos están situados sobre un seguidor solar a dos ejes.

Para realizar las simulaciones se ha empleado el programa PV*Sol que proporciona, para cada año, los 8760 valores horarios de producción eléctrica, a partir de los otros tantos de temperatura, radiación, humedad relativa y velocidad del viento.

Tabla 1. Características técnicas de los sistemas fotovoltaicos

Sistema 1 Sistema 2 Potencia FV instalada [kWp] 5.48 Tipo de célula Si Policristalino Potencia de módulo [Wp] 110 (109.6 calculada) Nº total de módulos 50 Nº de módulos en serie 5 Nº de módulos en paralelo 10 Sistema de seguimiento del sol No Sí (2 ejes) Azimut del captador 0º (S) Variable Inclinación del captador 33º Variable

951

Obtención de las producciones eléctricas de cada uno de los años meteorológicos típicos obtenidos.

Una vez determinados los meses que constituyen los tres TMYs, se construye cada uno de ellos, obteniendo una secuencia 8760 datos horarios de cada una de las cuatro variables meteorológicas consideradas. Utilizando de nuevo el programa PV*Sol se simulan las producciones eléctricas horarias, de cada uno de los dos sistemas fotovoltaicos contemplados, para cada uno de los tres TMYs.


En primer lugar, con el fin de componer el WYSS, se ha simulado cada uno de los 11 años de la serie histórica con cada uno de los dos sistemas establecidos. El tratamiento posterior de los resultados, según el procedimiento descrito permite obtener el WYSS considerando el Sistema 1 (WYSS1) y el Sistema 2 (WYSS2). A la hora de generar el año de referencia mediante el método UNE-EN ISO se han empleado las variables meteorológicas ya reseñadas.

La Tabla 2 recoge los meses típicos obtenidos mediante la aplicación de los dos procedimientos descritos. Entre los tres años meteorológicos típicos obtenidos, solo hay una coincidencia, los tres señalan al mes de mayo de 2006 como el típico. En cambio, la coincidencia es mucho mayor (8 de los 12 meses) entre el WYSS1 y el WYSS2, pero hay que recordar que los dos resultan de la aplicación de un mismo procedimiento a dos sistemas fotovoltaicos distintos.

Tabla 2. Meses típicos seleccionados según el método aplicado.

Meses ISO 15927 WYSS1 WYSS2 Enero 2004 2009 2003

Febrero 2009 2007 2007 Marzo 2006 2006 2006 Abril 1999 2003 2003 Mayo 2004 2003 2005 Junio 2006 2002 2008 Julio 2004 2006 1998

Agosto 2001 2007 2007 Septiembre 2009 2002 2002

Octubre 2002 2004 2004 Noviembre 1998 2008 2008 Diciembre 2008 2009 2009

En la Figura 3a se presentan los valores de producción eléctrica mensual obtenidos tras la simulación de cada TMY para el caso del Sistema 1. Asimismo se han representado los valores mensuales medios de producción eléctrica de la serie histórica. Se puede apreciar cómo las producciones mensuales obtenidas mediante los años WYSS1 y WYSS2 prácticamente coinciden con la curva promedio mientras que las producciones alcanzadas con el año de referencia UNE-EN ISO se desvían sensiblemente de esta última, especialmente en los meses de febrero, septiembre y diciembre.

En la Figura 3b se muestran los resultados de producción mensuales obtenidos para el Sistema 2. La diferencia más significativa que se aprecia respecto a la Figura 3a es el aumento de producción debida a la mayor captación de radiación solar proporcionada por el sistema de seguimiento. Como en el caso anterior, los WYSS1 y WYSS2 se ajustan con bastante fidelidad a la producción promedio mensual mientras que las producciones obtenidas a partir del año UNE-EN ISO se alejan de la curva promedio siguiendo el mismo patrón que en el Sistema 1. Sin embargo en este caso se puede observar una ligera diferencia (mes de julio) entre estos dos, de tal manera que el WYSS2 se comporta mejor que el WYSS1. Esto parece razonable teniendo en cuenta que el año WYSS2 ha sido obtenido a partir de una instalación con seguimiento solar a dos ejes.

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Figura 3. Producción eléctrica mensual según el TMY empleado en la simulación para el Sistema 1 (a) y producción eléctrica mensual según el TMY empleado en la simulación para el Sistema 2 (b).

Los resultados de producción eléctrica anual, mensual y diaria obtenidos se han comparado con las simulaciones llevadas a cabo con cada uno de los 11 años de la serie de observaciones mediante seis indicadores estadísticos:

El indicador F1 es la raíz cuadrática media de la diferencia de las producciones anuales y cuantifica la desviación entre cada uno de los 11 años y el TMY.

Los indicadores F2 y F5 son el error estándar de las estimaciones de producción mensual y diaria respectivamente.

El indicador F3 es la prueba chi cuadrado de las producciones mensuales. Este parámetro tiene especial interés ya que la desviación estándar de las medias de las producciones eléctricas mensuales a largo plazo del mes m actúa como factor de ponderación.

Los indicadores F4 y F6 son la raíz cuadrática media de la producción media mensual y diaria, respectivamente, de los 11 años menos las producciones mensuales y diarias de los TMYs.

Los resultados obtenidos tras el cálculo de los seis indicadores estadísticos para los Sistemas 1 y 2 se presentan en las Tablas 3 y 4, respectivamente.

Tabla 3. Valores de los indicadores calculados para el Sistema 1 (instalación fija).

ISO 15927 WYSS1 Desviación (%) F1 334.16 335.91 -0.52 F2 72.46 58.35 24.18 F3 7.04 0.35 1911.43 F4 45.16 8.06 460.30 F5 58.45 58.51 -0,10 F6 76.58 28.56 168.14

Tanto en el caso del Sistema 1 como en el del Sistema 2, se puede apreciar cómo los años determinados mediante el método UNE-EN ISO se ajustan mejor a la predicción de la producción eléctrica anual de que los WYSS ya que el parámetro F1 presenta un valor inferior. También se

953

aprecia, en los dos casos, un valor inferior de error estándar en la predicción de la producción diaria (F5) para el caso del año UNE-EN ISO.

Tabla 4. Valores de los indicadores calculados para el Sistema 2 (seguimiento solar a dos ejes).

ISO 15927 WYSS1 Desviación1 (%) WYSS2 Desviación2 (%) F1 458.69 464.45 -1.24 462.93 -0.92 F2 102.78 86.25 19.17 85.09 20.79 F3 6.17 0.69 794.20 0.32 1828.13 F4 60.79 18.24 233.28 12.57 383.61 F5 67.71 67.78 -0.10 67.78 -0.10 F6 82.29 52.83 55.76 49.91 64.88

Conclusiones

Si se observan los meses típicos que componen cada uno de los tres TMYs (Tabla 2) se puede apreciar que existen pocas coincidencias y, sin embargo, los tres años típicos presentan buenas, aunque diferentes, aptitudes a la hora de estimar la energía eléctrica producida por el sistema fotovoltaico.

Observando las Figuras 3 y 4 y a la vista de los análisis realizados, se puede confirmar cómo, para la ubicación en la que se ha realizado este trabajo, los años obtenidos mediante el método WYSS minimizan el error a la hora de estimar la energía eléctrica producida diariamente y mensualmente. Por el contrario, los años obtenidos mediante el método UNE-EN ISO, presentan un menor error a la hora de estimar la producción anual de energía eléctrica.

Pese a que el método UNE-EN ISO15927 está orientado a la construcción de años sintéticos para la evaluación de cargas térmicas, ha quedado demostrada su aplicabilidad a sistemas fotovoltaicos cuando se desea estimar la energía eléctrica total anual generada por estos.

Referencias

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954

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Cobertura de solo e épocas de plantio na produção de alface americana em cultivo orgânico

Pablo Forlan. Vargas1, Márcio Antonio Pimenta. Andrade2 e Bruno Santos. Simão2

1 Campus Experimental de Registro, UNESP - Univ Estadual Paulista. Rua Nelson Brihi Badur, 430, Registro-

SP, Brasil. e-mail: [email protected] 2 Fundação de Ensino Superior de Passos – FESP. Av. Juca Stockler, 1130, Passos-MG, Brasil. e-mail:

[email protected] Resumo

No Brasil a alface é a hortaliça folhosa de maior importância econômica. Dentre os grupos desta hortaliça, a do tipo americana vem se destacando por ocupar espaço cada vez mais expressivo junto ao mercado consumidor, principalmente nas redes “fast food”. Com um mercado competitivo, os produtores buscam técnicas que propiciem a produção e comercialização diferenciada, através de um produto com boa aparência e qualidade. Assim, existe grande potencial de mercado entre os produtos orgânicos, visto que essa hortaliça também apresenta crescente aceitação no mercando in natura, sendo consumida preferencialmente crua, na forma de salada A utilização de cobertura de solo vem se destacando na cultura da alface pelas vantagens que traz ao cultivo, principalmente por contribuir na manutenção da umidade e da temperatura. Porém, poucas informações sobre a influência de diferentes tipos de coberturas no cultivo orgânico da alface americana. Deste modo, o presente trabalho teve por objetivo avaliar o cultivo orgânico da alface americana em diferentes tipos de cobertura de solo em diferentes épocas de estabelecimento. O experimento foi instalado na Universidade do Estado de Minas Gerais/Fundação de Ensino Superior de Passos (20° 43′ 13″ Sul, 46° 36′ 36″ Oeste). O delineamento experimental utilizado foi de blocos ao acaso, para cada época de plantio, com quatro repetições. Os tratamentos consistiram nas coberturas de solo: plástico preto, plástico dupla face (preto na parte inferior e branca na parte superior), casca de café, palha de arroz, serragem, capim napier picado, agrotêxtil branco, além de um tratamento controle (sem cobertura). As épocas de estabelecimento foram: 1 de junho e 13 de julho de 2009. A cultivar utilizado foi Lucy Brown. A colheita foi realizada quando as plantas atingiram o desenvolvimento vegetativo máximo, sendo avaliadas: diâmetro de cabeça, altura de plantas (maior folha estendida), massa fresca total, massa fresca comercial e índice de produção comercial. Com os dados médio de cada caráter, aplicou-se o teste F e comparações pelo teste de Tukey ao nível de 5 % de probabilidade. Para complementar o estudo, realizou-se análise conjunta dos experimentos, para identificar uma possível interação entre os fatores estudados (cobertura de solo e épocas). As coberturas de solo plástico preto (419 g planta-1), dupla face (351 g planta-1) e casca de café (406 g planta-1) proporcionaram maiores produções da alface americana.

Palavras chave: Lactuca sativa, mulching, produtividade

Soil cover and planting seasons in iceberg lettuce grow under organic farming

Abstract

In Brazil, the lettuce is a leafy vegetable of greatest economic importance. Among the varieties of this vegetable, the iceberg has been highlighting as it gets an expressive position in the consumer market, mainly for fast food chains. As the competitive market grows, the producers search for techniques that promote a differentiated production and trading process through the good appearance and quality of their products. In this way, the organic products have a great potential as the lettuce has an increasing acceptance in the in natura market, being consumed raw in salad. The soil cover has increasingly been used in lettuce growing as it brings some advantages to the cultivation as humidity and temperature maintenance. However, there is little information about the changes made by different soil cover types over the organic lettuce grow. Therefore, the actual research has as goal to evaluate different types of soil cover in different planting seasons. The trial has been performed at University of Minas Gerais State/ Foundation of Higher Education in Passos (20° 43′ 13″ South, 46° 36′ 36″ West). The experimental design was randomized blocks for each planting season, with four replications. The treatments were based in the soil covers of: black plastic, double sided plastic (black bottom and white top), coffee rusk, rice straw, sawdust, chopped napier grass, white fabric, and a control (without soil

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cover). The planting season were: June 1st and July 13th, 2009 and the used cultivar was Lucy Brown. The lettuce harvesting was performed when the plants reached the maximum plant growth and the evaluated factors were head diameter, plant height (biggest leaf length), total and marketable fresh mass and commercial production index. By the means of each evaluated factor, the F test was applied and comparisons made by Tukey test at 5% probability. An additional study was the joint analysis, which was performed to identify the possible interaction among the studied factors (soil cover and planting season). The covers of black (419 g plant-1), double sided plastic (351 g plant-1) and coffee rusk (406 g plant-1) increased the production of the iceberg lettuce.

Keywords: Lactuca sativa, mulching, productivity

Introdução

Com o aumento do número de redes de lanchonetes do tipo “fast-foods”, vem se destacando um grupo de alface denominada “crisp head lettuce” ou tipo “americana”. Esse destaque se deve, principalmente, às características apresentadas por este grupo. A alface americana se diferencia dos demais grupos por apresentar folhas externas de coloração verde-escura, folhas internas de coloração amarela ou branca, imbricadas, semelhantes ao repolho e crocantes (Yuri et al., 2002). Apresenta também maior vida pós-colheita, possibilitando o transporte a longas distâncias.

Em relação à alface americana destinada a uma rede de lanchonetes, tem-se observado que, produtores do Sul de Minas Gerais realizam a produção baseada, principalmente, no uso excessivo de fertilizantes minerais. Uma das alternativas para contornar esse tipo de problema estaria no uso de compostos orgânicos. Tendo em vista o fato de o sul de Minas Gerais ser grande produtor de café e leite, forneceria com facilidade matérias primas para a confecção de compostos orgânicos de qualidade, tais como casca de grão de café, esterco de curral, capineiras etc.

As altas produtividades alcançadas por uso intensivo de adubos minerais e agrotóxicos têm sido questionadas nos últimos anos, não só pelas contradições econômicas e ecológicas, mas também por desprezar aspectos qualitativos importantes da produção (Santos et. al., 1994). Considerando-se este aspecto e, também em virtude do alto custo de fertilizantes minerais, tem-se cultivado hortaliças com adubos orgânicos de várias origens, visando melhorar as propriedades físicas e químicas do solo.

No entanto, na cultura da alface, independente do sistema adotado (orgânico ou convencional), a produção pode oscilar devido a fatores climáticos como altas temperaturas e excesso de chuvas, onde a produtividade diminui, fazendo com que o abastecimento seja feito com produtos de outras regiões acarretando o aumento do custo para o consumidor final.

A cobertura de solo, na cultura da alface apresenta vantagens, reduzindo a desagregação do solo, incidência de plantas daninhas, contribui para manutenção da temperatura e umidade do solo em níveis adequados para o desenvolvimento das plantas.

Deste modo, o presente trabalho teve por objetivo avaliar o cultivo orgânico da alface americana em diferentes tipos de cobertura de solo em diferentes épocas de estabelecimento. O experimento foi instalado

Material e Métodos

O presente estudo foi realizado na Fazenda Experimental da Faculdade de Engenharia de Passos, na Universidade do Estado de Minas Gerais/Fundação de Ensino Superior de Passos (20° 43′ 13″ Sul, 46° 36′ 36″ Oeste), no município de Passos-MG, com altitude aproximada de 739 m.

O delineamento experimental utilizado foi de blocos ao acaso, para cada época de plantio, com quatro repetições. Os tratamentos consistiram nas coberturas de solo: plástico preto, plástico dupla face (preto na parte inferior e branca na parte superior), casca de café, palha de arroz, serragem, capim napier picado, agrotêxtil branco, além de um tratamento controle (sem cobertura). As épocas de estabelecimento foram no dia 01 de junho de 2009, com transplante no dia 04 de julho de 2009 (EP1) e da segunda época realizada no dia 13 de julho de 2009, sendo essas, transplantadas no dia 15 de

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agosto de 2009 (EP2). A cultivar utilizado foi Lucy Brown, alface líder de mercado e recomendada para condições edafoclimáticas da região do experimento. Cada tratamento foi composto por 28 plantas espaçadas de 35 cm entre si, com a parcela útil constituída das 10 plantas centrais.

A semeadura foi realizada em bandejas de poliestireno expandido com 128 células piramidais e preenchidas com substrato Plantmax HA®. O transplante ocorreu quando as mudas estavam com quatro folhas definitivas, para canteiros de 15 cm de altura e 1,4 m de largura no topo e 1,5 m na base.

Para a adubação de plantio o canteiro recebeu 5 Kg m-2 de esterco de curral curtido, aos 10, 20 e 30 dias após o transplante foram realizadas pulverizações com os produtos orgânicos Crop Set® e Agro Mos®, nas doses de 2,0 L ha-1 e 2,5 L ha-1, respectivamente.

Os demais tratos culturais constituíram de irrigação diária no sistema de gotejo e remoção manual de plantas daninhas quando necessário.

A colheita foi realizada quando as plantas atingiram o desenvolvimento vegetativo máximo, porém, com as folhas tenras e sem indício de pendão floral, sendo avaliadas concomitantemente as seguintes variáveis: diâmetro de cabeça e altura de plantas (maior folha estendida) com auxílio de uma régua graduada (cm); massa fresca total (kg), através da pesagem de toda a planta colhida, com auxílio de uma balança digital; massa fresca comercial (kg), desprezando as folhas baixeiras da alface sem padrão de comercialização e posteriormente pesagem em balança digital; e, índice de produção comercial, obtido pela relação da massa fresca comercial/massa fresca total.

Os dados foram submetidos à análise de variância utilizando o Software SISVAR e as médias comparadas pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade. Para complementar o estudo, realizou-se análise conjunta dos dados a fim de verificar possíveis interações entre as épocas de plantio e as coberturas de solo.


A interação entre épocas de plantio e coberturas de solo referente ao diâmetro de cabeça da alface americana foi significativa. Desdobrando-a (Tabela 1), observa-se que o diâmetro de cabeça foi superior nas mudas transplantadas durante a EP1 (04 de julho) com o solo coberto por plástico preto, agrotéxtil branco e solo sem cobertura. Em relação às transplantadas durante a EP2 (15 de agosto), houve decréscimo no diâmetro de cabeça, tal fato pode ser justificado pela elevação da temperatura durante o ciclo da cultura transplantada nesta época do ano na região de Passos – MG, que apresentou temperatura média de 21ºC, umidade relativa do ar média de 73% e precipitação de 152,6 mm. A temperatura ideal para o seu desenvolvimento de alface tipo americanas está entre 15 e 19ºC, estes valores devem ainda estar conjugados com umidade relativa do ar entre 60 a 80% para um bom desempenho da cultura, porém em determinadas fases de seu ciclo pode apresentar melhor desempenho com valores inferiores a 60%. Não houve diferença de diâmetro de cabeça em relação as épocas de transplante para as demais coberturas de solo. Para as coberturas de solo testadas não houve diferença no diâmetro de cabeça da alface americana transplantadas durante a EP1. Apesar dos tratamentos terem se mostrado semelhantes, observam-se valores maiores nos tratamentos onde houve a cobertura de solo (Tabela1).

Já para as coberturas de solo referentes ao transplante durante a EP2, os diâmetros de cabeça das plantas cultivadas nos solos cobertos com casca de café e plástico dupla face, 15,85 cm e 14,70 cm respectivamente, foram superiores aos diâmetros mensurados nas plantas cultivadas em solo coberto com agrotéxtil branco e solo sem cobertura, que apresentaram diâmetros de 9,34 cm e 10,69 cm, respectivamente. Solos cobertos com plástico preto e palha de arroz foram também superiores ao solo coberto com agrotéxtil branco, porém não diferindo dos demais tratamentos.

O resultado insatisfatório em relação ao diâmetro das plantas cultivadas em solos cobertos com agrotéxtil branco durante a EP2 pode estar relacionado a incapacidade deste material de controlar

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plantas invasoras, em função do agrotéxtil branco permitir a passagem de luz e umidade para o solo, além de exigir mão de obra constante para a capina manual.

Tais resultados corroboram, em parte, com Andrade Júnior et al. (2005), que estudando as cultivares de alface Regina e Elisa em diferentes tipos de cobertura de solo observaram maior diâmetro de cabeça nas plantas em solo coberto com casca de café, quando comparadas ao solo sem cobertura, solo coberto com capim braquiária, casca de arroz seco e plástico preto em Três Corações – MG. Já em Pariquera-Açu – SP, Rodrigues et al. (2009) observaram que para o diâmetro das plantas de alface da cultivar Saia Veia cultivadas em solo coberto com filme plástico dupla face forneceu as maiores médias, diferindo dos solos cobertos com serragem, capim e solo nu, durante os meses de maio a julho, não havendo diferença para a época de março a abril.

Tabela 1. Desdobramento da interação de épocas de transplante x coberturas de solo referente ao diâmetro (cm) de cabeça da alface americana em sistema orgânico de produção.

Coberturas de solo Épocas de transplante

Época 1 Época 2 Plástico preto 17,22 a A* 14,33 ab B Plástico dupla face 15,61 a A 14,70 a A Casca de café 16,10 a A 15,85 a A Palha de arroz 14,02 a A 14,49 ab A Serragem 14,83 a A 13,28 abc A Capim napier picado 15,08 a A 12,58 abc A Agrotêxtil branco 15,52 a A 9,34 c B Sem cobertura 13,71 a A 10,69 bc B Fc 2,784 CV (%) 12,36

*Médias seguidas de mesmas letras minúscula, na coluna, maiúscula na linha, não diferem estatisticamente entre si, pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade.

Na Tabela 2, nota-se que não houve influência da interação na avaliação da altura de plantas, massa fresca total, massa fresca comercial e índice de produtividade comercial. Porém para todas estas variáveis estudadas houve efeito da época de transplante, sendo a EP1 (04 de julho) superior a EP2 (15 de agosto). Estes resultados indicam haver melhores condições para o desenvolvimento da alface americana transplantada na EP1 para as condições em que o experimento foi executado, sob temperatura média de 19,3ºC, umidade relativa do ar de 67,9% e precipitação de 18,2mm, já para a segunda época de transplante (15 de agosto), a cultura pode ter sido afetada pelo excesso de calor e intensidade das chuvas durante o ciclo da cultura, resultando na queda desses parâmetros avaliados, pois segundo Rodrigues et al. (2006) na cultura da alface a produção pode oscilar devido a fatores climáticos como altas temperaturas e precipitação intensa, onde a produtividade diminui, se mostrando como uma folhosa extremante sensível às variações meteorológicas e ao excesso de chuva.

As coberturas de solo não influenciaram a altura de planta, não havendo diferenças significativas entre as coberturas estudadas. Sob esse aspecto, as plantas se colocam praticamente nas mesmas condições de igualdade em termos agronômicos.

A máxima produção de matéria fresca total, 419 g planta-1, e comercial, 382 g planta-1, foi observada nos canteiros cobertos com plástico preto, que diferiram do solo sem cobertura e coberto com agrotéxtil branco, porém não diferiram das demais coberturas. Branquinho et al. (2006) nas condições de Três Corações – MG, obtiveram massa fresca total superior para o solo coberto com plástico preto e plástico branco em relação ao agrotéxtil e solo nu, sendo que o plástico preto sobressaiu aos demais tipos de coberturas testados em relação a massa fresca comercial trabalhando com a cultivar de alface americana Raider. Tosta et al. (2010) também obtiveram médias de massa fresca total e comercial em plantas de alface da cultivar Babá de Verão cultivadas em solos protegidos por plástico preto superiores as cultivadas em solo sem cobertura, para as condições de Cassilândia – MS.

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O plástico dupla face e a casca de café apresentaram-se também superiores ao solo sem cobertura em relação à massa fresca total e comercial das plantas, com superioridade de 154g e 212g para massa fresca total e 148g e 186g para massa fresca comercial, respectivamente.

Resultados semelhantes foram encontrados por Verdial et al. (2000), que observou que a utilização de mulching plástico dupla face proporcionou maior produtividade e melhor qualidade das plantas de alface cultivar Lucy Brown, quanto ao peso médio de cabeça, sendo superior à testemunha. Já Andrade Júnior et al. (2005), no período de primavera verão obtiveram as maiores médias por planta, quando os canteiros foram cobertos com casca de café. Pereira et al. (2000), em Botucatu, com os cultivares Lucy Brown e Verônica, obtiveram maiores resultados de produção nos tratamentos que receberam filmes plásticos como cobertura de solo.

Quanto a utilização de palha de arroz, serragem e capim napier picado, o incremento da massa fresca total e comercial em relação ao solo sem cobertura não foi suficiente para que esses fossem superiores estatisticamente ao solo nu. Ademais, sendo materiais com relação C/N alta, talvez tenham neutralizado parte de N do solo, diminuindo a produção de alface. Apesar destes resultados Carvalho et al. (2005), nas condições de Ji-Paraná –RO, concluíram que a cobertura do solo com palha de arroz, palha de café, Brachiaria brizantha e serragem são práticas indispensáveis para o controle de plantas daninhas e para a manutenção da produtividade da alface cv. Regina 2000.

Observando a Tabela 2, nota-se que o índice de produção comercial não foi significativo para nenhuma cobertura estudada, indicando que não há influência do tipo de cobertura de solo com a quantidade de material descartado para que se obtenha um produto comercializável.

Tabela 2. Médias de altura, massa fresca total, massa fresca comercial e índice de produção comercial de plantas de alface americana em função da época de transplante e tipos de cobertura de solo em sistema

orgânico de produção.

Tratamento Altura de plantas

(cm) Massa Fresca total

(g planta-1)

Massa fresca Comercial (g planta-1)

Índice de produção comercial (%)

Época de transplante Época 1 12,45 a 345 a 325 a 94,19 a Época 2 11,51 b 283 b 240 b 84,60 b Cobertura de solo Plástico preto 13,13 a 419 a 382 a 90,86 a Plástico dupla face 12,09 a 351 ab 322 ab 91,73 a Casca de café 13,02 a 406 ab 360 ab 89,06 a Palha de arroz 11,35 a 302 abc 369 abc 89,20 a Serragem 11,49 a 293 abc 260 abc 88,88 a Capim napier picado 11,74 a 280 abc 255 abc 90,67 a Agrotêxtil branco 11,89 a 268 bc 239 bc 86,09 a Sem cobertura 11,13 a 194 c 174 c 88,65 a Fc Época de transplante 5,170 6,732 16,460 104,210 Cobertura de solo 1,610 4,970 5,340 1,706 CV (%) 13,79 30,13 29,59 4,20

*Médias seguidas de mesmas letras, na coluna, não diferem estatisticamente entre si, pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade.

Conclusão

Nas condições em que o estudo foi conduzido e com base nos resultados obtidos, conclui-se que as coberturas de solo plástico preto, dupla face e casca de café proporcionaram maiores produções da alface americana.

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Agradecimentos

À Fapesp (processo nº 2012/08763-0) pelo auxílio concedido.

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Avaliação do efeito das condições experimentais sobre a capacidade redutora total de extratos de alface através de um desenho experimental

T. Delgado1,2, A. Ferreira1, J.A. Pereira1, P. Baptista1, S. Casal2 e E. Ramalhosa1

1 Mountain Research Centre (CIMO), School of Agriculture – Polytechnic Institute of Bragança, Campus Sta Apolónia, Apartado 1172, 5301-855 Bragança, Portugal, e-mail: [email protected]

2 REQUIMTE/Laboratório de Bromatologia e Hidrologia, Departamento de Ciências Químicas, Faculdade de Farmácia, Universidade do Porto, Rua de Jorge Viterbo Ferreira, nº228, 4050-313 Porto, Portugal

Resumo

No presente trabalho aplicou-se um desenho fatorial a 2 níveis para determinar o efeito de algumas condições operacionais a usar na extração de compostos com atividade antioxidante da alface, sua importância e possíveis interações. De entre os fatores a analisar estudaram-se a temperatura de extração (30 e 60 ºC), o tipo de solvente (metanol e água), o tempo de extração (10 e 30 minutos), o tipo de amostra (desidratada ou fresca) e a relação de amostra versus solvente (1:1 e 1:4, m/v). Avaliou-se a capacidade redutora total (CRT) através do método colorimétrico de Folin-Ciocalteu.

Tendo em conta os gráficos de Pareto e da Probabilidade Normal dos Efeitos Standardizados obtidos verificou-se que entre os fatores e as interações estudadas, o único significativo (p<0.05) foi o tipo de amostra. Verificou-se que o modelo desenvolvido permitiu prever valores de CRT semelhantes aos experimentais, obtendo-se uma relação linear, com um coeficiente de correlação igual a 0.916 e intervalos de confiança para o declive e ordenada na origem entre 0.628 a 1.05 e -0.0199 a 0.110, respetivamente, incluindo os valores um e zero, tal como desejado. Para melhor avaliar o efeito do tipo de amostra sobre a CRT, analisou-se o gráfico dos efeitos principais do qual se verificou que as amostras desidratadas apresentaram uma CRT superior à das amostras frescas. Uma vez que não se observou um decréscimo da CRT de extratos preparados a partir de amostras secas de alface, os resultados do presente estudo forneceram um dado importante a ter em conta em trabalhos futuros, indicando que nas determinações da atividade antioxidante poder-se-á utilizar amostras desidratadas.

Palavras chave: Desenho experimental; Condições de extração; Capacidade Redutora Total; Alface.

Abstract

The main aim of the present work was to use a 2-level factorial design to determine the effect of certain operating conditions in the extraction of compounds with antioxidant activity of lettuce, its importance and possible interactions. The factors studied were the extraction temperature (30 and 60 °C), solvent type (methanol and water), extraction time (10 and 30 minutes), sample type (dried or fresh) and the ratio of sample vs. solvent (1:1 and 1:4, w/v). The total reducing capacity (TRC) was determined by the colorimetric method using the Folin-Ciocalteu reagent.

Taking into account the Pareto and Normal Probability of Standardized Effects charts it was found that among the factors and interactions studied, the only significant (p <0.05) was the sample type. The model developed allowed to predict TRC values similar to the experimental ones, resulting in a linear relationship with a correlation coefficient (r) equal to 0.916 and confidence intervals for the slope and origin ordinate between 0.628 and 1.05, and -0.0199 to 0.110, respectively, including the one and zero values, as desired. To further evaluate the effect of the sample type on the TRC, the main effects graph showed that the dehydrated samples showed a higher TRC than the fresh ones. The absence of TRC decrease in the extracts prepared from dried lettuce samples, provides also an important fact to be taken into account in future studies, indicating that dried samples may be used in antioxidant capacity determinations.

Keywords: Experimental design; Extraction conditions; Total Reducing Capacity; Lettuce.

967

Introdução e Objetivos

É do conhecimento geral que o consumo elevado de frutas e vegetais diminui o risco de desenvolver doenças, nomeadamente doenças cardíacas e cancerígenas. Estas propriedades estão relacionadas com o facto das frutas e vegetais possuírem compostos com atividade biológica, tais como antioxidantes. A alface (Lactuca sativa) é um dos vegetais mais consumidos no mundo, atingindo a produção mundial de 21 milhões de toneladas, segundo dados da FAO. Atualmente a procura por produtos prontos a consumir faz com que saladas preparadas de alface tenham grande procura. Contudo, os industriais que preparam este género de produtos enfrentam o problema dos resíduos, tais como, folhas danificadas, caules, etc. Nesse sentido de forma a encontrar soluções para este problema é de extrema importância desenvolver formas de valorizar estes subprodutos. A produção de extratos com propiedades bioativas interesantes, tais como características antioxidantes, pode ser uma alternativa.

No presente trabalho pretendeu-se utilizar um desenho fatorial a 2 níveis para determinar o efeito de algumas condições de extração (fatores), sua importância e possíveis interações sobre a CRT de extratos de alface.

Material e Métodos

1. Desenho Experimental

A alface utilizada no presente estudo foi uma variedade comercial de folha lisa, adquirida numa superfície comercial. Utilizou-se um desenho fatorial a 2 níveis (-1 e 1) para cada um dos fatores analisados, tendo sido realizadas 16 experiências no total, tal como indicado na tabela 1. Os fatores e os níveis estudados foram: (A) Temperatura de extracção (30 e 60 ºC); (B) Tempo de extração (10 e 60 minutos); (C) Solvente de extração (metanol e água); (D) Tipo de amostra (fresca e seca) e (E) Relação de amostra em termos de matéria fresca versus solvente (1:1 e 1:4; m/v). Adicionalmente, ainda foram avaliadas as seguintes interações entre os factores: AB, AC, BC, BE, CE e DE. O software utilizado foi o MiniTab®.

Tabela 1. Condições experimentais estudadas, expressas em termos de variáveis não codificadas.

Ensaio Temperatura

(ºC) Tempo (min)

Solvente Tipo de amostra

Relação de amostra em termos de matéria fresca

versus solvente 1 30 10 Água Seca 1:1 2 60 10 Água Seca 1:4 3 30 60 Água Seca 1:4 4 60 60 Água Seca 1:1 5 30 10 Metanol Seca 1:4 6 60 10 Metanol Seca 1:1 7 30 60 Metanol Seca 1:1 8 60 60 Metanol Seca 1:4 9 30 10 Água Fresca 1:4

10 60 10 Água Fresca 1:1 11 30 60 Água Fresca 1:1 12 60 60 Água Fresca 1:4 13 30 10 Metanol Fresca 1:1 14 60 10 Metanol Fresca 1:4 15 30 60 Metanol Fresca 1:4 16 60 10 Metanol Fresca 1:1

As amostras desidratadas foram obtidas após secagem de alfaces frescas, em estufa com conveção forçada, a uma temperatura de 60 ºC, até se obter peso constante.

968

2. Condições de Extração

De forma a avaliar a atividade antioxidante, foram preparados extratos de alface segundo a metodologia de Ballard et al. (2009), com algumas modificações. Em pormenor, pesaram-se 25 gramas de amostra fresca ou 1 grama de amostra desidratada e adicionaram-se 25 mL de solvente (água ou metanol) de forma a obter-se a proporção de 1:1, ou 6 gramas de amostra fresca ou 0.25 gramas de amostra desidratada e adicionaram-se 25 mL de solvente de forma a obter-se a proporção de 1:4, respectivamente. De seguida, a extração decorreu a 30 ou a 60 ºC num banho termostatizado, sob agitação, durante 10 ou 60 minutos, tal como indicado pelo desenho experimental (Tabela 1). Após arrefecimento, as soluções foram filtradas para tubos de Falcon e congeladas a -18 ºC até análise. Todas as extracções foram realizadas em triplicado.

3. Capacidade Redutora Total

A Capacidade Redutora Total (CRT) dos extratos de alface foi determinada pelo método colorimétrico de Folin-Ciocalteu, descrito por Singleton and Rossi (1965). Em mais pormenor, a um 1 mL de solução de extracto foi adicionado 1 mL de reagente de Folin Ciocalteu. Após três minutos, foi adicionado 1 mL de solução saturada de Na2CO3 e 7 mL de água destilada. A reação foi mantida no escuro por 90 minutos, sendo depois a absorvância lida a 725 nm (UV-Vis espectrofotómetro Thermo Electron Corporation Genesys 10). Simultaneamente, foram preparadas várias soluções padrão de ácido gálico (0.01 a 0.4 mmol/L) de forma a obter a curva de calibração. Os resultados foram expressos em mg equivalentes de ácido gálico / g alface fresca.


Tendo em conta os gráficos de Pareto e da Probabilidade Normal dos Efeitos Standardizados obtidos (Figura 1) para a CRT, verificou-se que de entre os fatores - A, B, C, D e E - e as interações - AB, AC, BC, BE, CE e DE - estudados, o único significativo (p<0.05) foi o tipo de amostra (D).

Figura 1. Gráficos de Pareto (A) e da Probabilidade Normal dos Efeitos Standardizados (B) para o efeito da CRT.

Observando a Figura 1, verificou-se que os restantes fatores se situaram sobre a linha traçada e grande parte deles se centrou em torno do valor zero, tal como seria esperado para efeitos não importantes. Refira-se que não foi observada qualquer interação significativa, indicando que as diferenças nos fatores não dependem do nível dos restantes.

O modelo desenvolvido para a CRT apresentou a seguinte equação:

CRT= 0,28062+0,04536×A+0,01299×B-0,00418×C-0,08278×D-0,03782×E-0,00041 ×A×B+0,00338×A×C+0,01374×B×C-0,01326×B×E+ 0,02526×C×E-0,05063×D×E

969

, a qual foi utilizada para determinar os valores previstos. Observou-se existir uma relação linear entre os valores previstos e os experimentais (Figura 2), obtendo-se um coeficiente de correlação linear (r) igual a 0.916. Os intervalos de confiança (P=95%) do declive (0.839) e da ordenada na origem (0.0452) variaram entre 0,628 a 1,05 e -0,0199 a 0,110, respetivamente, os quais incluíram os valores um e zero, tal como desejado. Dessa forma os resultados indicaram que o modelo desenvolvido permite prever de forma adequada os resultados experimentais.

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Figura 1 - Relação linear encontrada entre a CRT prevista pelo modelo desenvolvido e os valores obtidos experimentalmente.

Para melhor avaliar o efeito do tipo de amostra sobre a CRT, analisou-se o gráfico dos efeitos principais (Figura 3), o qual permitiu verificar que as amostras desidratadas apresentaram uma CRT superior à das amostras frescas.

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Tipo de AmostraEm frescoDesidratada

Cap

acid

ade

Red

utor

a T

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Figura 3 - Efeito do tipo de amostra sobre a CRT.

Estes resultados são semelhantes aos referidos por Capecka et al. (2005) para orégãos e hortelã-pimenta, os quais observaram um aumento significativo do teor de fenóis totais em amostras secas em relação às frescas. Adicionalmente, estes autores verificaram que o efeito bloqueador do radical livre

970

DPPH foi elevado (> 84%) tanto para amostras secas como frescas. Hossain et al. (2010) também referem que ao analisar alecrim, manjerona e manjericão, o teor de fenóis totais e a atividade antioxidante avaliada pelo ensaio FRAP (poder redutor do ião férrico) aumentava quando as amostras frescas eram secas por liofilização, secagem sob vácuo ou ao ar. Estes mesmos autores indicam que a secagem pode tornar os tecidos vegetais mais quebradiços, o que faz com que haja uma rápida rutura das paredes celulares durante as etapas de trituração e homogeneização do procedimento de extração. A rutura destas células pode causar a libertação de mais compostos fenólicos para a solução de extração. Por outro lado, as amostras frescas podem perder compostos antioxidantes devido à degradação enzimática, uma vez que as enzimas ainda se encontram ativas nas amostras frescas, causando uma diminuição da atividade antioxidante nestas amostras.

Uma vez que não se observou um decréscimo da CRT de extratos preparados a partir de amostras secas de alface, os resultados do presente estudo fornecem um dado importante a ter em conta em trabalhos futuros, indicando que nas determinações da atividade antioxidante poder-se-á utilizar amostras secas. O uso deste tipo de amostras permite o seu armazenamento durante períodos mais longos e de forma mais cómoda em relação ao uso de amostras frescas, devido a ocuparem um menor espaço e de não haver necessidade de se recorrer à refrigeração para sua conservação. Deste modo, sugere-se que em trabalhos posteriores onde se pretenda determinar a atividade antioxidante em alface, se utilizem amostras desidratadas. De facto num processo de secagem lento as plantas que ainda apresentam atividade metabólica vão perdendo a água lentamente, o que pode funcionar como um stress para a planta. As plantas, em geral, produzem compostos fenólicos como resposta a stresses (mecanismo de defesa) (Hossain et al., 2010), compostos estes que podem ter atividade antioxidante.

Outro ponto importante do presente trabalho é o facto de se ter verificado que a forma em que a amostra se encontra pode alterar os resultados obtidos em termos de atividade antioxidante. Este ponto deve ser tido em conta na comparação futura de resultados, pois consoante o estado em que a amostra é utilizada, os resultados poderão ser distintos.

Conclusões

De entre os fatores analisados no presente trabalho, relativos às condições de extração a aplicar na determinação da CRT de extratos de alface, designadamente a temperatura de extração, o tipo de solvente, o tempo de extração, o tipo de amostra e a relação de amostra versus solvente, verificou-se que único fator significativo foi o tipo de amostra. Tendo em conta os efeitos principais, constatou-se que os extratos preparados a partir de amostras desidratadas apresentaram uma CRT superior à dos preparados com amostras frescas.

Agradecimentos

Os autores agradecem à FCT o financiamento do projeto PTDC/AGR-AAM/102447/2008.

Bibliografia

Ballard, T. S., Mallikarjunan, P., Zhou, K., and O’Keefe, S.F. (2009). Optimizing the extraction of phenolic antioxidants from peanut skins using response surface methodology. Journal of Agricultural and Food Chemistry 57, 3064-3072.

Capecka, E., Mareczek, A., and Leja, M. (2005). Antioxidant activity of fresh and dry herbs of some Lamiaceae species. Food Chemistry 93, 223–226.

Hossain, M. B., Barry-Ryan, C., Martin-Diana, A. B., and Brunton N. P. (2010). Effect of drying method on the antioxidant capacity of six Lamiaceae herbs. Food Chemistry 123, 85-91.

Singleton, V. L., and Rossi, J. A. (1965). Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdic-phosphotungstic acid reagents. American Journal of Enology and Viticulture 16, 144-158.

971

Efecto del riego deficitario controlado sobre la producción y calidad en el tomate de industria.

R. Fortes(1)

, M.H. Prieto(1)

,I. Lahoz(2)

, J. I. Macua(2)

, S. Rosello(3)

, J. Cebolla(4)

,C. Campillo(1)

1 Centro de Investigación. Finca La Orden-Valdesequera, Ctra. A-V, km 372, 06187 Guadajira (Badajoz).

[email protected] 2 Instituto Navarro de Tecnologías e Infraestructuras Agroalimentarias (INTIA), Avda. Serapio Huici, 20-22.

31060 Villava (Navarra) 3 Centro de Conservación y Mejora de la Agrodiversidad Valenciana, Camino de Vera s/n, 46022 Valencia

4 Departamento de Ciencias Agrarias y del Medio Natural, Universitat Jaume I, Campus de RiuSec, 12071

Castellón

Resumen

Las normas actuales de uso racional del agua y una escasez generalizada han generado una fuerte necesidad de

crear estrategias orientadas a mejorar la eficiencia de su uso.

El objetivo es evaluar la respuesta de cuatro variedades de tomate de industria en dos localidades diferentes

(Extremadura y Navarra) a un déficit hídrico a partir de la fase de cuajado de frutos como base para el diseño de

estrategias de riego deficitario controlado que optimicen la eficiencia en el uso del agua, a través del estudio de

la producción y calidad de la cosecha.

El ensayo realizado en 2012 tuvo un diseño estadístico en parcelas divididas donde el factor principal fue la

variedad (H9997, H9661, IZI 24424 y H9036) y el factor secundario (dosis de riego; 75%, 50% y 100% ETc)

con cuatro repeticiones. El riego deficitario solo fue aplicado durante la fase fenológica después del cuajado de

todos los frutos, aplicándose antes el tratamiento 100% ETc.

Los resultados muestran que dentro de una misma variedad todos los tratamientos deficitarios obtuvieron

producciones similares al control, solo se observa diferencias en el caso de la variedad H9036 que fue la

variedad más productiva, en este caso una reducción del 50% del agua aplicada si genero un descenso de la

producción. Indicándonos que al resto de las variedades se le aplico una mayor cantidad de agua de la necesaria

y los tratamientos deficitarios no afectaron, ni al desarrollo de la planta ni a la productividad.

En Navarra, en todas las variedades se ha producido un descenso de producción al disminuir la cantidad de agua

aplicada al cultivo respecto al tratamiento control, mayor con la dosis del 50%. No obstante estas diferencias de

producción entre tratamientos sólo han llegado a ser significativas en las variedades H-9036 y H-9661, en las

que una disminución del 50% en el agua de riego contribuye a una reducción importante de cosecha.

En el caso de los parámetros de calidad, en las dos localidades se observa un mayor contenido en solidos

solubles en tratamientos más deficitario en todas las variedades.

Los resultados obtenidos durante este primer año de ensayo indican que en algunas variedades, con una menor

aplicación de agua se ha podido conseguir una producción y desarrollo similar al tratamiento según las

necesidades de la planta, y se ha alcanzado un mayor valor de grado brix.

Palabras clave: Estrés hídrico, Grado brix, Necesidades hídricas, Solanum Lycopersicum L, Uso eficiente del agua

Effect of controlled deficit irrigation on yield and quality on processing tomato.

Abstract

The lack of water and the current rules on water use have generated new strategies to improve water use efficiency. This situation requires

new agricultural techniques aimed to reach a better control into the water use in the agricultural management field. The objective of this work

is to evaluate four cultivar of processing tomato in two different locations (Extremadura and Navarra) through applying controlled deficit

irrigation into the crop ripen phase. This work is aimed to design irrigation strategies to optimize water use, for this the production and yield

quality were studied. H9997, H9661, IZI 24424 and H9036 cultivars were studied in 2012 in Navarra and Extremadura. The statistical design

was split plot where the main factor was the variety and the second factor was the irrigation rate (75%, 50% and 100% ETc) with four

replications. Deficit irrigation (75 and 50% ETc) was only applied during the phonological stage after fruit ripen, in the rest of the crop

stages all water requirements were applied (100% ETc). There is no difference in production between deficit irrigation treatments and

control. In H9036 cultivar, the more productive one, there is a decline of production where we applied only 50% of the crop water needs.

This indicates that controlled deficit irrigation does not have influence on crop development or production in most cases. In Navarra all

cultivars had less production using deficit irrigation, higher in the case where 50% treatment was applied. However these decreases in

production were not significant, except in the case of H-9036 and H-9661 cultivars, where 50% treatment meant a significant production

decline. Degrees brix, main quality factor on processing tomato, were higher applying controlled deficit irrigation in all cultivars. The results

972

show that in some cultivars controlled deficit irrigation improves Brix degrees without a lack of production, and that is possible to maintain

crop production using less water.

Keywords: Water use efficiency, degrees brix, Solanum Lycopersicum L, crop water needs and water stress.


En una horticultura cada vez más tecnificada y competitiva es necesaria la optimización de las

condiciones de producción, ajustándose a las demandas de una sociedad cada vez más exigente con la

calidad de los productos ofertados y a unas condiciones de producción más respetuosas con el medio

ambiente. Mientras que en la década de los 90 la mayor parte de las investigaciones sobre el manejo

del cultivo de tomate de industria se orientaban a optimizar la producción, en los últimos años se han

ido centrando mayoritariamente en la selección de genotipos interesantes (George et al., 2004;

Ramírez Rosales et al., 2004), en la reducción de insumos, la introducción de técnicas más respetuosas

con el medio ambiente tales como el uso más racional de fitosanitarios, fertilizantes y agua de riego

(Dumas et al., 2003) y en el estudio de las características nutricionales y organolépticas de fruto y los

productos elaborados a base de tomate (López y Ruiz, 1999). La escasez de agua y la creciente

competencia por los recursos hídricos entre la agricultura y otros sectores obliga a la adopción de

estrategias de riego, que permitan un ahorro en el agua de riego manteniendo niveles de producción

satisfactorios. El diseño de estrategias de riego deficitario controlado (RDC) en un cultivo, persigue

optimizar el uso del agua induciendo estrés solo en periodos no críticos para la producción y supone

un conocimiento de la respuesta del mismo al déficit hídrico, incluyendo la identificación de los

períodos críticos y el impacto económico de la reducción de la producción.

Existe mucha discrepancia, en cómo afecta el déficit hídrico a diferentes parámetros de calidad del

tomate. Así muchos autores han obtenido un mayor color rojo en tomates bajo estrés hídrico (Brecht et

al 1994; Pulupol, et al., 1996). En relación al contenido de licopeno y carotenoides, Naphade (1993)

indica que el estrés hídrico puede reducir el contenido en licopeno del fruto, sin embargo Serio et al.

(2006) y Favati et al (2009), obtuvieron mayores cantidades de licopeno y b-caroteno con estrategias

de riego deficitario a partir del cambio de coloración de los frutos. Otros estudios indican que el

contenido de licopeno y vitamina C en tomate, aumentan como resultado de un mecanismo de defensa

de la planta al déficit hídrico, aunque la respuesta depende del cultivar estudiado. El objetivo es

evaluar la respuesta de cuatro variedades de tomate de industria en dos localidades diferentes

(Extremadura y Navarra) a un déficit hídrico a partir de la fase de cuajado de frutos como base para el

diseño de estrategias de riego deficitario controlado que optimicen la eficiencia en el uso del agua, a

través del estudio de la producción y calidad de la cosecha.

Material y Métodos

Los ensayos se han realizado durante la campaña 2012 en el centro de Investigación Finca “La Orden-

Valdesequera” en Badajoz y en la finca Experimental de INTIA en Cadreita (Navarra).

En Navarra, el cultivo se plantó el 10 de mayo sobre acolchado plástico de polietileno de 15 I a una

densidad de plantación de 35714 plantas.ha-1 (1,6 x 0,35 m, 2 plantas por cepellón, 17.857

cepellones.ha-1). La plantación se realizó el 4 de mayo con plástico biodegradable Mater-Bi de 15 I de

espesor y la misma densidad de plantación que en el sistema de cultivo anterior.

En Extremadura la fecha de plantación fue el 24 de abril a una densidad de 33333 plantas.ha-1 (1,5 x

0,2 m). En las dos localidades se utilizó riego por goteo con una cinta de riego por cama de cultivo con

goteros de 1.3 l/h y 20 cm de distancia entre goteros.

El diseño estadístico fue de parcelas divididas con 4 repeticiones, donde se establecieron dos factores a

estudiar; (1) la dosis de riego a aplicar 75%, 50% y 100% ETc, el riego deficitario (75% y 50% ETc)

solo fue aplicado durante la fase fenológica después del cuajado de todos los frutos, aplicándose antes

el tratamiento 100% ETc y (2) la variedad (H-9997, H-9661, IZI-24424 y H-9036). Los tratamientos

de riego se aplicaron en función de la evapotranspiración del cultivo (ETc), calculada diariamente a

973

través de la expresión propuesta por Allen et al., (1998) empleando los datos obtenidos en una estación

meteorológica cercana a la parcela de ensayo. Los volúmenes de agua aplicados fueron controlados a

traves de contadores volumétricos instalados en cada uno de los tratamientos.

Se realizó una única recolección por variedad, en función de su grado de maduración, controlándose la

producción comercial sobre la zona central de cada parcela elemental, con una superficie de 12 m2.

Para medir los parámetros de calidad, se cogieron un total de 2 muestras por parcela elemental de 50

frutos rojos cada una, donde se pesó el fruto y posteriormente las muestras fueron trituradas por

separado y se midieron los siguientes parámetros sobre el zumo: Grados Brix (refractómetro) Refracto

30PX - the routine portable refractometer, Color (colorímetro) relación a/b colorímetro Gardner

System/05 y el contenido en licopeno, según el método descrito por García-Plazaola y Becerril (1999).

El análisis estadístico de los datos consistió en una ANOVA. Cuando se detectaron diferencias

significativas se realizó una comparación de medias aplicando el test de Tukey. Los análisis

estadísticos se realizaron con el paquete estadístico SPSS versión 15 para Windows.


Los resultados obtenidos de las variedades ensayadas, muestran en la figura 1 que existió una mayor

producción significativa en las variedades con alto contenido en licopeno (H-9997 y ISI 24424) en

Navarra que en Extremadura, siendo las condiciones climáticas diferentes entre ambas comunidades y

la utilización de acolchado plástico que disminuyó la pudrición de frutos un posible efecto de estas

diferencias de producción. Con respecto a las variedades control, no se encontraron diferencias

significativas entre ambas localizaciones.

Figura 1. Producción comercial de las variedades ensayadas en Navarra y Extremadura

Al realizar la comparación de las distintas variedades con los tratamientos de riego efectuados en

ambas localizaciones (figura 2). En Navarra, en todas las variedades se ha producido un descenso de

producción al disminuir la cantidad de agua aplicada al cultivo respecto al tratamiento control, mayor

con la dosis del 50%. No�obstante estas diferencias de producción entre tratamientos sólo han llegado

a ser significativas en las variedades H-9036 y H-9661, en las que una disminución del 50% en el agua

de riego contribuye a una reducción importante de cosecha tal como indican diferentes autores (Prieto

y Rodriguez, 1994; Harmanto et al., 2005; Campillo 2007). En el caso de Extremadura solo se

observan diferencias en el caso de la variedad H-9036 que fue la variedad más productiva, en este caso

una reducción del 50% del agua aplicada si genero un descenso de la producción. En ambas

localizaciones la variedad productiva fue la que obtuvo una mayor perdida de producción. Estos

resultados nos indican que al resto de las variedades se le aplico una mayor cantidad de agua de la

necesaria, ya que durante esta fase el cultivo no consiguó agotar el agua contenida en el suelo,

974

acumulada durante las dosis de riego aplicadas en las fases anteriores, por debajo del limte de estres y

por este motivo los tratamientos deficitarios no afectaron, ni al desarrollo de la planta ni a la

productividad, resultados similares obtuvieron Patané y Cosentino (2010) en la variedad brigade con

riego a un 50% despues de la floración. Estos resultados indican la necesidad de realizar un ajuste del

coeficiente de cultivo para el periodo de engorde y maduración de frutos, para las distintas variedades.�

En el caso de los parámetros de calidad (tabla 1), en las dos localidades se observa un mayor

contenido en sólidos solubles en tratamientos más deficitario en todas las variedades. En Navarra se

observaron diferencias significativas en todas las variedades excepto en la variedad H-9997. En el

caso de Extremadura no se observaron diferencias significativas en ninguna de las variedades con

respecto a la dosis de riego. Los resultados obtenidos durante este primer año de ensayo indican que en

algunas variedades, con una menor aplicación de agua se ha podido conseguir una producción y

desarrollo similar al tratamiento según las necesidades de la planta, y se ha alcanzado un mayor valor

de grado brix, similares resultados fueron obtenidos por Patane y Cosentino (2010) y Nurundin (2003).

Figura 2. Producción comercial de las variedades ensayadas y dosis de riego en Navarra y Extremadura

En el caso del color a/b en ambas localizaciones la variedad H-9997 fue la variedad con una mayor

cantidad de color. Con respecto a las dosis de riego no se observaron diferencias entre las distintas

dosis de riego en ninguna de las localizaciones, a diferencia de los datos obtenidos por Rudich et al

(1977). En el caso del contenido en licopeno como cabía de esperar las variedades altas en licopeno

obtuvieron un contenido mayor que el resto de variedades, que nos indica la gran influencia del

genotipo, aspecto señalado por Macua et al. (2011). Sin embargo se observa que existe un mayor

contenido de licopeno en Navarra que en Extremadura en todas las variedades, determinando la

influencia del ambiente en dicho componente ya la biosíntesis de licopeno está afectada

fundamentalmente por la temperatura del aire y la radiación solar (Saavedra et al., 2006)diferente en

las dos localizaciones. Aunque no existe una correlación alta entre contenido en licopeno y color,

aspecto señalado por López et al., (2001) en contra de Brandt et al., (2006), que afirman que se puede

llegar a predecir el contenido en licopeno por medio del valor de color, se observa que los testigos, con

menor intensidad de color, también presentan el menor nivel de este antioxidante, especialmente H-

9036, y que las variedades de mayor color suelen tener alto valor de licopeno. Respecto a las dosis de

riego no se observaron diferencias en licopeno en ninguna de las localizaciones a diferencia de lo

obtenido por Matsuzoe et al. (1998) y Dorais et al. (2001) que obtuvieron un mayor contenido en

licopeno con estrés hídrico, solo en el caso de la variedad H-9036 que obtuvo un mayor contenido en

licopeno en el tratamiento más regado.

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50

100

150

200

250

50% 75% 100% 50% 75% 100% 50% 75% 100% 50% 75% 100%

H-9997 ISI-24424 H-9661 H-9036

Pro

ducc

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Navarra

Extremadura

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975

Tabla 1. Parámetros de Calidad (Brix, Color y contenido en Licopeno) de las variedades ensayadas y dosis de riego en Navarra y Extremadura

Dosis

Localización Variedad Riego Brix color a/b Licopeno

NAVARRA H-9997 50% 5.16±0.00 2.70±0.01 185.63±20.76

75% 4.16±0.00 2.69±0.01 179.47±3.96

100% 4.73±0.38 2.64±0.11 178.22±11.98

EXTREMADURA H-9997 50% 4.90±0.24 2.58±0.06 133.81±20.10

75% 4.52±0.09 2.64±0.05 165.49±24.45

100% 4.46±0.04 2.60±0.05 155.11±28.34

NAVARRA ISI-24424 50% 5.68±0.00b 2.64±0.01b 179.47±16.17

75% 4.75±0.00ab 2.54±0.01a 179.59±12.24

100% 4.35±0.30a 2.58±0.01ab 195.94±12.78

EXTREMADURA ISI-24424 50% 5.11±0.31 2.70±0.02b 148.28±31.74

75% 4.44±0.11 2.53±0.05a 165.89±19.61

100% 4.48±0.28 2.52±0.06a 133.05±19.59

NAVARRA H-9661 50% 4.91±0.01b 2.24±0.01a 138.05±17.38

75% 4.20±0.01ab 2.51±0.01ab 124.05±7.86

100% 4.59±0.08b 2.46±0.06b 164.62±22.92

EXTREMADURA H-9661 50% 4.73±0.14 2.39±0.07 149.10±23.03

75% 4.38±0.05 2.37±0.06 127.20±22.70

100% 4.36±0.14 2.31±0.03 129.89±7.06

NAVARRA H-9036 50% 5.92±0.01b 2.53±0.00a 132.82±6.80a

75% 5.00±0.01a 2.38±0.05ab 120.94±8.79a

100% 4.73±0.11a 2.57±0.03b 153.60±5.52ab

EXTREMADURA H-9036 50% 4.59±0.32 2.34±0.07 121.86±1.59

75% 4.36±0.19 2.25±0.05 97.22±10.44

100% 4.19±0.25 2.26±0.04 111.95±4.53

NAVARRA Media 50% 5.41±0.01b 2.52±0.01 158.99±15.28

75% 4.53±0.01a 2.53±0.02 151.01±8.21

100% 4.60±0.22a 2.56±0.05 173.10±13.30

EXTREMADURA Media 50% 4.83±0.25b 2.50±0.05 138.26±19.11

75% 4.42±0.11a 2.45±0.05 138.95±19.30

100% 4.37±0.18a 2.42±0.04 132.50±14.88

H-9997 4.68±0.13 2.67±0.04c 181.11±12.24b

ISI-24424 4.92±0.10 2.58±0.01bc 185.00±13.73b

H-9661 4.57±0.03 2.40±0.03a 142.24±16.05a

NAVARRA H-9036 5.22±0.04 2.49±0.03ab 135.79±7.03a

H-9997 4.63±0.12 2.61±0.05b 151.47±24.29b

ISI-24424 4.68±0.23 2.58±0.04b 149.07±23.65b

H-9661 4.49±0.11 2.35±0.05a 135.40±17.60ab

EXTREMADURA H-9036 4.38±0.25 2.28±0.05a 110.34±5.52a

Conclusiones

El Riego deficitario disminuyo la producción comercial y aumentó el valor de grado brix de las

distintas variedades principalmente en las variedades más productivas.

La diferencia de producción obtenida en el riego deficitario y el riego según las necesidades hídricas

del cultivo puede verse disminuida con un menor aporte de agua y un aumento de los grados brix en el

riego deficitario.

En los datos obtenidos en este primer año de estudio respecto al licopeno, no observan diferencias en

la asimilación de licopeno entre el riego deficitario y el riego según necesidades hídricas.

La estrategia de riego con el tratamiento con mayor estrés (50%Etc) permite un uso más eficiente del

agua y mejorando los parámetros de calidad como el grado brix, muy apreciado por las industrias.

976

Agradecimientos

INIA proyecto RTA2011-00062 cofinanciado por FEDER. Gobierno de Extremadura Proyecto GRU

10130 Cofinanciado por FEDER.

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977

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Evaluación del riego deficitario controlado sobre la calidad y la producción en las distintas fases fenológicas del cultivo de tomate para industria.

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Resumen

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Evaluation of controlled deficit irrigation on yield and quality on processing

tomato in different phases. Abstract

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Keywords:�Water stress, degrees Brix, Solanum lycopersicum L.


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978

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Material y Métodos

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979

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Agua Aplicada

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�Tabla1.�Cantidad de agua aplicada mediante riego y precipitación, necesidades de cultivo y los

porcentajes de agua aplicada respecto a la ETc.

980

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Figura 1. Medida de potencial hídrico en los diferentes tratamientos y fases del cultivo. "�� (��#��($%�� $)%� �� &��(�� &($� �� &$)�� !��'($� �� '$)� �� "�� ($%��$)� �� ($� �� #�� !��

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Figura 2. Evolución del suelo sombreado a lo largo del ciclo del cultivo.

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

30 37 55 61 63 68 75 79 84 86 92 99 106

Dias desde transplante

Po

ten

cial

Híd

rico

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Ho

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T100 T50 T25 F50 F25 C50 C25 R50 R25

Transplante Floración Cuajado Rojo

0

20

40

60

80

100

2 12 19 26 36 47 54 61 71 82 91 98 104

Dias desde transplante

Suelo

Cubie

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)

T100 T25 F25 C25 R25

981

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Tabla 2. Producción de frutos rojos (producción comercial), verdes y pasados y parámetros de calidad (ºBrix y relación de color a/b) para los distintos tratamientos de riego.

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Conclusiones

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982

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Bibliografía

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983

Variabilidad espacial y temporal del vigor vegetativo en viñedo sin restricciones hídricas en la demanda evapotranspirativa

J. Blanco 1, J.M. Terrón1, F.J. Pérez1, F. Galea1, J.A. Salgado1, F.J. Moral2, J.R. Marques da

Silva3 y L.L. Silva3

1 Centro de Investigación “La Orden – Valdesequera”, Gobierno de Extremadura, Autovía A-5 p.k. 372, 06187, Guadajira (Badajoz), [email protected].

2 Universidad de Extremadura, Escuela de Ingenierías Industriales, Avda. de Elvas, s/n, 06071, Badajoz. 3 Universidade de Évora, Instituto de Ciências Agrárias e Ambientais Mediterrânicas (ICAAM), Escola de

Ciências e Tecnologia, Apartado 94, 7002-554, Évora, Portugal. Resumen

Aunque generalmente se asume que la respuesta de un cultivo a la dosis de riego seleccionada es homogénea en la totalidad del área cultivada, en la mayoría de los casos esto no se corresponde con la realidad. En este trabajo se presenta un estudio de la variabilidad espacial y temporal del vigor vegetativo en el cultivo del viñedo, mediante el uso de índices de vegetación (NDVI) y la elaboración de los correspondientes mapas estadísticos. El ensayo ha sido realizado en un viñedo experimental de cultivar Tempranillo (Vitis vinífera L.), donde se compararon cuatro bloques aleatorios con un tratamiento de riego al 100% de la demanda evapotranspirativa (ETc) del cultivo. Durante la fase de maduración, se realizaron semanalmente mapas de índices de vegetación mediante el uso de sensores multiespectrales cercanos, montados sobre vehículos terrestres. Se observó que la respuesta en el desarrollo vegetativo no mantuvo una homogeneidad espacio – temporal en las cuatro zonas de estudio, a pesar de haber recibido las mismas prácticas culturales. La utilización de este tipo de herramientas, sensores de vegetación y estadística inferencial, permite detectar zonas diferenciadas en el desarrollo vegetativo, pudiendo ser utilizado para la toma de decisiones sobre el manejo del cultivo, tales como el escalonamiento de la cosecha o la aplicación, tanto de abonos como de fitosanitarios, en función del factor que produce dicho descenso de vegetación.

Palabras clave: Sensores multiespectrales cercanos NDVI, homogeneidad, viñedo.

Spatio-temporal variability of vegetative vigour in vineyard without water restrictions in the ETc demand

Abstract

Although we generally assume that the crop response to a selected irrigation rate is homogeneous within a cultivated area, in most of the cases this does not reflect the reality. This paper presents a study case on how to determine vegetative growth in vineyard cultivation using vegetation indexes (NDVI) and statistical mapping. The trial was carried out in an experimental Tempranillo (Vitis vinifera L.) vineyard, comparing four random sub-plots watered with 100% of crop evapotranspiration (ETc) demand. During vegetative growth till the ripening phase, weekly vegetation index maps were made using proximal multispectral sensors quad-transported. Non – temporal homogeneity response was observed on the vegetative growth in the four studied areas, despite performing the same cultural practices. The use of vegetation indexes and inferential statistic tools proved to be good in detecting vegetative growth differences and because of that can be used for decision-making on crop development, such as differential harvesting or fertilizers and crop protection application, depending on the factor that causes the decline of vegetation.

Keywords: Proximal multispectral sensors, NDVI, homogeneity, vineyard.


La variabilidad espacial y temporal del vigor vegetativo es uno de los parámetros importantes que pueden ser estudiados a través de la agricultura de precisión, ya que es un indicador del desarrollo de la biomasa vegetativa producida y, en el caso del viñedo, está estrechamente relacionado con el rendimiento productivo y la calidad de la uva (Smart, 1985). Además, permite establecer patrones de

984

desarrollo, predicciones de cosechas y de costes de producción e, incluso, replanteamiento de sectores de riego (Tardáguila et al., 2008; Marques da Silva et al., 2012), lo cual se verá potenciado por la experiencia del agricultor. Así, una mayor variabilidad dentro de un mismo área de cultivo será susceptible de una mayor optimización de los insumos a utilizar y de las decisiones a adoptar.

Uno de los índices más utilizados para la estimación del vigor vegetativo es el NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), el cual permite conocer determinadas condiciones fisiológicas de las plantas (Jensen, 1983); se calcula mediante la Ecuación (1) establecida por Rouse et al. (1974):

NDVI= ( NIR - RED) / ( NIR + RED), (1)

donde NIR y RED son las longitudes de onda reflectadas por la cubierta vegetal y cuantificadas por el sensor en las regiones del infrarrojo (760 – 900 nm) y del rojo visible (630 – 690 nm). En diversos estudios se ha demostrado la correlación de este índice de vegetación con parámetros medidos en el terreno relacionados con el vigor de la viña (Johnson, 2003; Tardáguila et al., 2008).

En los últimos años, el avance tecnológico ha propiciado el desarrollo de equipos multiespectrales cercanos, capaces de medir los mismos datos georreferenciados a nivel de suelo que las imágenes satelitales, permitiendo al agricultor obviar la problemática que conlleva el uso de estos últimos en lo que respecta a la resolución espacial y temporal (Reyniers et al., 2006). En este sentido, los equipos cercanos ofrecen uno de sus puntos fuertes, ya que dicho aspecto puede condicionar no solo los resultados de un estudio, sino también sus conclusiones (Rahman et al., 2003; Lausch et al., 2013).

La metodología descrita en el presente trabajo se apoya en el uso de la reflectancia multiespectral, sin la necesidad de utilizar los métodos de interpolación espacial y temporal más comunes (geoestadística). En su lugar, dicha estimación está basada en la estadística descriptiva e hipótesis de contrastes en distintos grados de resolución espacial, permitiendo comprobar si la elección de un tamaño de pixel o celda concreto, influye en su interpretación dentro de una parcela de cultivo con tratamiento homogéneo. Basado en estas consideraciones, el presente trabajo tiene el objetivo de determinar si la variabilidad espacial y temporal en el desarrollo vegetativo del cultivo del viñedo, puede ser interpretada en diferentes resultados y conclusiones en función de la elección de la profundidad del análisis.

Material y Métodos

Área de ensayo y Diseño experimental

El ensayo fue llevado a cabo durante la campaña 2012 en una parcela perteneciente al Centro de Investigación Agraria “La Orden – Valdesequera”, en Extremadura (38o51Ń; 6o40É). El clima se caracteriza por tener suaves inviernos y veranos calurosos, con temperaturas máximas que a menudo alcanzan los 42 oC. Las precipitaciones son irregulares, con veranos prácticamente secos y una media anual de 450 mm. El área de ensayo se ubica en un viñedo, de 1,8 ha, monovarietal Tempranillo (Vitis vinífera L.), injertado sobre patrón Ritcher-110. Fue plantado en 2001 en espaldera mediante sistema de poda Cordón doble (Royat, con brotes verticales) con 60 cm de altura de tronco y doce yemas por planta (6 pulgares a dos yemas vistas). El cultivo se emplazó en espaldera con dirección Este – Oeste, con una separación de 2,50 m y una distancia entre plantas de 1,20 m. El sistema de riego instalado formado por goteros autocompensantes de 4 l/h cada 60 cm, proporciona el total de la demanda evapotranspirativa del cultivo, la cual fue determinada por un lisímetro de pesada situado en el centro del viñedo con dos cepas (ETc: 776,49 mm; Riego: 749,95 mm; junio – octubre). El resto de prácticas culturales fueron similares a las aceptadas por fincas comerciales de la zona.

El diseño experimental elegido fue de cuatro bloques completamente aleatorizados. Cada bloque estaba formado por 216 cepas en 12 líneas de 18 plantas.

985

Determinaciones del vigor vegetativo (NDVI)

La determinación del índice de vegetación NDVI fue realizada mediante un sensor cercano instalado sobre un vehículo terrestre (quad). Este sensor (OptRx ACS-430, Ag Leader Technology, E.E.U.U.) proporciona directamente el índice de vegetación (NDVI) calculado a partir de los canales ópticos a longitudes de onda de 670 nm y 780 nm, procedentes de la cubierta vegetal del cultivo. La información se recogió mediante un colector de datos tipo PDA, conectado al sensor, mediante el software SMS Mobile 6.0.0.5 (Ag Leader Technology, E.E.U.U.); la posición geográfica fue obtenida por un sistema GPS bi-frecuencia y correcciones diferenciales RTK (JAVAD Maxor GGD, JAVAD GNSS Inc., E.E.U.U.), que permitió reducir la precisión a unos 3 cm de error máximo en planimetría. Para la determinación de la reflectancia de la cubierta vegetal del viñedo se situó el sensor de vegetación a una altura de 90 centímetros sobre el zenit de la misma, desplazándolo sobre cada una de las líneas que forman los bloques. Esta operación se realizó semanalmente desde el 15 de junio hasta el 30 de septiembre, un mes después de la vendimia, momento en que finalizó la campaña de riego.

Tratamiento de los datos espacial y temporalmente distribuidos

El planteamiento desarrollado en el presente trabajo para el análisis de los datos se basó en aplicar la estadística inferencial, mediante análisis descriptivos y contrastes de hipótesis, a una variable espacial y temporalmente distribuida (NDVI), sin la necesidad de utilizar métodos de interpolación comúnmente usados en la geoestadística. Este procedimiento fue estructurado en tres etapas: (a) Importación y preparación de los datos con los valores del índice de vegetación NDVI, muestreados durante el periodo de maduración del cultivo, y tratados en un sistema de información geográfica (SIG); (b) Cartografía de las diferentes repeticiones del ensayo y zonas homogéneas de desarrollo vegetativo, en función de tres niveles de resolución espacial; y (c) estadística inferencial de los conjunto de datos obtenidos. La representación gráfica y el estudio del conjunto de datos espacio – temporales obtenidos en la determinación del índice de vegetación NDVI, se realizó mediante el software ArcGIS v.10.0 (ESRI, E.E.U.U.), el cual contiene las herramientas necesarias para el procesado de los mismos. Por su parte, el análisis inferencial se realizó a través las herramientas necesarias incluidas en el paquete estadístico SPSS v.17 (SPSS, Inc. E.E.U.U.).

Para llevar a cabo el análisis descrito se englobó (a) cada una de las fechas de muestreo en un solo conjunto de datos, a los cuales se le aplicó una proyección UTM (datum ETRS89, Huso 29) y un sistema de eliminación de puntos situados a 0,5 m de la línea de espaldera. Posteriormente, (b) se transformaron los datos vectoriales a entidad raster (point to raster), con valor medio y desviación estándar de NDVI, como atributos de celda, para los tamaños de pixel 2x2 m, 4x4 m y 6x6 m. A partir de estas entidades se diseñaron los mapas de variación espacio-temporal del índice de vegetación NDVI (Figura 1).

Una vez obtenidas las entidades raster, fueron transformadas de nuevo a entidad de punto (raster to point), obteniéndose en sus tablas de atributos asociadas los valores medios de cada una de las celdas. A partir de estas tablas, exportándolas al software Excel (Microsoft Corp. E.E.U.U.), se crearon subconjuntos homogéneos de vigor vegetativo en función del índice NDVI, estableciendo el porcentaje de pixeles o celdas de un rango de valor concreto dentro de cada una de los bloques del diseño experimental y tamaño de celda. Considerando estos bloques aleatorios como unidades independientes con variabilidad intrínseca y, teniendo en cuenta el teorema del límite central, se procedió (c) a valorar las posibles diferencias estadísticas entre los mismos para cada tamaño de celda utilizando contrastes de hipótesis para muestras independientes.


La Tabla 1 muestra los valores medios de NDVI correspondiente a la variación temporal de los bloques de ensayo para cada uno de los tamaños de celda. Se observa que, para todo el conjunto de

986

a) b) c)

Figura 1. Mapas de distribución espacial y temporal del conjunto de datos NDVI, y su desviación estándar, obtenidos durante la campaña 2012 sobre cultivo de viñedo sin

limitaciones hídricas. Tamaño de pixel: a) 2x2 m; b) 4x4 m; c) 6x6 m.

datos espacio – temporales, se producen diferencias significativas (p< 0,05) entre bloques para cada tamaño de celda aunque, por otro lado, estos datos se mantienen similares cuando se comparan los distintos tamaños de celda para un mismo bloque. Aun habiéndose recibido las mismas prácticas culturales y misma dotación de riego en los cuatro bloques, los resultados indican que el menor valor medio de NDVI, en su componente temporal, recae sobre el bloque 4 y el mayor sobre el bloque 1, indicando la influencia de algún factor externo sobre el vigor vegetativo. Los bloques 2 y 3 también muestran un comportamiento diferente respecto de los anteriores bloques, pero similar entre ellos mismos. Se puede deducir, por tanto, que en el conjunto de datos que comprende cada uno de los bloques, la variación temporal global se mantiene independiente del tipo de celda utilizado en el análisis, pero no entre bloques con un mismo tamaño de pixel.

Tabla 1. Promedio espacio – temporal del valor y de la desviación estándar del índice NDVI de las celdas contenidas en cada uno de los bloques de ensayo en los tamaños de celda 2x2 m, 4x4 m y 6x6 m.

Pixel (m) 2x2 4x4 6x6 Bloque NDVI Stdev NDVI Stdev NDVI Stdev Sig. NDVI

1 0,75a 0,070b 0,75a 0,078b 0,75a 0,082b ns 2 0,73b 0,086b 0,73b 0,095b 0,73ab 0,096b ns 3 0,72b 0,087b 0,73b 0,096ab 0,73b 0,102ab ns 4 0,69c 0,090a 0,66c 0,100a 0,69c 0,105a ns

Sig. *** *** *** ** *** * Significación (Sig.); ***: p<0,001;**: p<0,01; *: p<0,05 ns: no significativo; a,b,c: diferencias significativas post-hoc.

987

La Figura 1 muestra la distribución de la variación espacial del conjunto temporal de datos NDVI en la parcela de ensayo en función de los diferentes niveles de tamaño de celda para cada bloque. Se observa, afianzando los resultados aportados en la Tabla 1, como la evolución temporal del NDVI no ha sido similar en todos los bloques de ensayo, con una ligera tendencia de incremento en la variabilidad temporal desde el bloque 1 al bloque 4. Por otro lado, independientemente de si existen diferencias o similitudes en el comportamiento de la variación temporal del NDVI entre bloques, se produce una variabilidad intrínseca dentro de cada uno de ellos, que puede ser contrastada en la Tabla 2. Por lo tanto, no solo se produce una variabilidad temporal sino también espacial en un cultivo en el que las variables ajenas a las condiciones ambientales (suelo y clima) están controladas. Así, el bloque 1 prácticamente se ha comportado de forma homogénea temporalmente en la totalidad de su extensión, mientras que el bloque 4 es el que menor homogeneidad espacio – temporal ha tenido. Los procesos hidrológicos y su relación en la fisiología de las plantas indican que la respuesta de la vegetación es un reflejo de una serie de relaciones agua-suelo-vegetación (Salinas-Zavala et al., 2002), por este motivo, si las prácticas culturales han sido idénticas y la climatología puede asumirse homogénea en todo el área de cultivo, existe la posibilidad de que las propiedades del suelo provoquen una gran influencia en el desarrollo vegetativo del viñedo, no cumpliéndose en todo el área de cultivo las expectativas del agricultor sobre el desarrollo del cultivo.

En relación a la influencia del tamaño de pixel elegido en los análisis de los datos, la Figura 1 muestra una suavización de los valores medios de NDVI a medida que elegimos un tamaño de celda mayor. Estudios realizados mediante técnicas geoestadísticas concluyen experiencias similares, en las que la comparación de diversos métodos de interpolación sobre un mismo área de estudio presentan variabilidad en las estimaciones (Martínez et al., 2007; Vargas et al., 2011).

La Tabla 2 presenta el porcentaje de pixeles de cada uno de los bloques de estudio incluidos en 5 intervalos de valor medio de NDVI para toda la temporada, cuya distribución está representada en la Figura 1. Se observa como el mayor rango de datos se encuentra recogido en los valores de 0,7 a 0,8 unidades de NDVI, seguido del rango de 0,6 a 0,7 unidades. Debido a la suavización de los datos cuando elegimos un mayor tamaño de celda en el análisis espacio – temporal, podemos perder información del comportamiento del vigor vegetativo dentro de un área determinada. En este sentido, puede comprobarse como en el bloque 4, el porcentaje de pixeles que promedian un valor de gran desarrollo vegetativo puede variar en gran medida en función del tamaño de pixel elegido. Así, para un tamaño de pixel de 2x2 m, el valor de NDVI entre 0,7 y 0,8 unidades se sitúa en un 53%, mientras que en un tamaño de pixel de 6x6 m se ha reducido a un 35%, pudiendo dar una idea equivocada de la situación de nuestro cultivo y, por consiguiente, de una mala toma de decisiones.

Conclusiones

Este trabajo ha llevado a cabo una práctica evaluación de la variabilidad espacial y temporal del vigor vegetativo de un cultivo de viñedo. Dicho vigor vegetativo fue estimado a partir de sensores cercanos de vegetación montados sobre vehículos terrestres capaces de obtener el índice de vegetación NDVI de la cubierta vegetal, cuya relación NDVI – vigor vegetativo está ampliamente demostrada. El ensayo sugiere que, bajo las mismas condiciones de cultivo, pueden producirse diferentes grados de desarrollo

Tabla 2. Porcentajes de pixeles correspondientes a la distribución espacial del valor medio de NDVI, durante el periodo de maduración del viñedo, en función del bloque y tamaño de celda. Pixel 2x2 (m) Pixel 4x4 (m) Pixel 6x6 (m)

NDVI Bl. 1 Bl. 2 Bl. 3 Bl. 4 Bl. 1 Bl. 2 Bl. 3 Bl. 4 Bl. 1 Bl. 2 Bl. 3 Bl. 4 < 0,5 0% 1% 1% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0%

0,5 - 0,6 0% 4% 1% 7% 0% 3% 0% 5% 0% 0% 0% 0% 0,6 - 0,7 6% 12% 18% 41% 8% 10% 18% 55% 0% 11% 22% 65% 0,7 - 0,8 89% 82% 78% 53% 92% 88% 83% 40% 100% 89% 78% 35% 0,8 - 0,9 5% 1% 1% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0%

988

vegetativo, tanto en su componente espacial como en la temporal, por lo que producción y calidad de fruto pueden verse afectados si no se tiene en cuenta todas las variables que afectan al mismo, como por ejemplo, las variaciones espaciales en las propiedades del suelo.

Por otro lado, el nivel de detalle utilizado en el análisis de la variación espacio – temporal del desarrollo vegetativo del viñedo, a través del índice NDVI, puede afectar a los resultados obtenidos, y por tanto, a las decisiones que puedan surgir a partir de ellos para el correcto manejo del cultivo.

En general, las diferencias espacio – temporales en la evolución de los valores de NDVI conceden una oportunidad para determinar diferentes zonas de manejo que conllevan diferentes toma de decisiones para incrementar la eficacia de un cultivo.

Agradecimientos

Este trabajo ha sido realizado con la financiación del proyecto RITECA, Red de Investigación Transfronteriza de Extremadura, Centro y Alentejo, cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) a través del Programa Operativo de Cooperación Transfronteriza España – Portugal (POCTEP) 2007 – 2013.

Los autores agradecen la colaboración del equipo de viticultura a través del proyecto INIA RTA2009-00026-C02-02 “Uso del modelo general de cultivo CROPSYST para facilitar recomendaciones en el uso de riego deficitario controlado en plantaciones comerciales en Extremadura”, financiado con Fondos FEDER.

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989

Envasado de cerezas ‘Sweet Heart’ en atmósfera modificada: calidad y compuestos bioactivos

J. Graell, E. Comabella, A. Ortiz

y I. Lara

Universidad de Lleida, Unidad de Poscosecha-XaRTA, Avda. Rovira Roure, 191, 25198 Lleida

[email protected]

Resumen

Para evitar el rápido deterioro de las cerezas en la fase poscosecha es conveniente aplicar tratamientos que frenen

la maduración del fruto, y, en consecuencia, que ayuden a mantener su calidad y contenido en compuestos

bioactivos durante el almacenamiento y distribución comercial. En el presente trabajo se ha pretendido

comprobar la eficacia de la técnica de envasado en atmósfera modificada (AM) usando diversos films plásticos

(Xtend, Long life, polietileno perforado). Para ello, se cosecharon cerezas en un estado de madurez comercial y

se envasaron posteriormente en condiciones de AM. Las diversas muestras se almacenaron a 0 ºC durante 15 y

30 días. Al cabo del almacenamiento frigorífico, y después de 3 días adicionales a 20 ºC, se analizaron en los

frutos diversos parámetros de calidad comercial, organoléptica y nutritiva. Los resultados obtenidos indican que

el envasado en AM permitió, en general, una mejor retención de la calidad comercial. El envasado en Xtend

permitió obtener mayores valores de firmeza de pulpa, contenido de sólidos solubles y color rojo de epidermis,

después de 15 días de almacenamiento; en cambio, no había diferencias después de la vida comercial posterior a

30 días de almacenamiento. Por otra parte, el envasado en AM supuso, al cabo de la vida comercial después de

30 días de almacenamiento, una retención de mayores contenidos de fenoles, antocianos y de la capacidad

antioxidante que en el caso de los frutos control. Finalmente, se constató que la aceptación organoléptica de los

frutos (evaluada mediante un panel de consumidores) fue más alta en las cerezas envasadas en Xtend, después de

15 días de almacenamiento. Además, dicha mayor aceptación organoléptica se asociaba principalmente a una

mayor percepción de los atributos sensoriales de firmeza, dulzor y sabor a cereza en los frutos. Por otra parte, no

se observó en los frutos indicios bioquímicos de procesos de tipo fermentativo (aumento en contenido de etanol

y acetaldehído, y en actividad enzimática PDC y ADH) que pudiesen ser causados por la modificación de la

composición gaseosa en la atmósfera de envasado.

Palabras clave: Cereza, calidad, atmósfera modificada, capacidad antioxidante, aceptación sensorial

Modified atmosphere packaging of ‘Sweet Heart’ cherries: fruit quality and bioactive compounds

Abstract

In order to delay the typically rapid postharvest deterioration of these fruit, it is advisable to implement

technologies allowing for a better preservation of their eating quality and content in health-promoting

compounds during storage and commercial distribution. The purpose of this study was therefore to assess the

suitability of different modified atmosphere (MA) packaging materials on eating and functional quality of sweet

cherry fruit. Fruit were hand-picked at commercial maturity, packed immediately in different MA plastics

(Xtend, Long life and perforated polyethylene) and stored at 0 ºC during 15 or 30 days. Samples were analysed 0

and 3 days thereafter for a number of parameters indicative of commercial, organoleptic and nutritional quality.

Results indicate that MA packaging allowed in general better preservation of commercial quality of fruit.

Firmness, soluble solids content and surface red colour were higher in Xtend packages, after 15 days storage;

however, there hadn’t differences at the end of shelf-life period after 30 days storage. On the other side, MA

packaging led higher content of phenolics, anthocyanins and antioxidant capacity than in unpacked fruit, during

shelf-life period after 30 days storage. Furthermore, Xtend-packed samples also scored higher when sensory

acceptability was assessed by means of a consumer panel, after 15 days storage. Higher acceptability scores were

associated mainly to more intense perception of firmness, sweetness and characteristic flavour. Biochemical

990

analysis showed that lowered O2 concentrations within the packages did not induce any significant onset of

fermentative processes within the fruit (ethanol and acetaldehyde content, and PDC and ADH enzymatic

activity).

Keywords: Sweet cherry, quality, modified atmosphere, antioxidant capacity, sensory acceptability

Introducción

El cultivo de cerezas (Prunus avium L.) ha ido creciendo en importancia en España, alcanzándose

actualmente unos valores de producción anual alrededor de 80.000 t, lo que le sitúan como el quinto

país productor en el ranking mundial. Para evitar el rápido deterioro de las cerezas en la fase

poscosecha es conveniente aplicar tratamientos que frenen la maduración del fruto, y, en

consecuencia, que ayuden a mantener su calidad y contenido en compuestos bioactivos durante el

almacenamiento y distribución comercial. El uso de atmósferas con niveles bajos de O2 y altos de CO2

ha sido una técnica recomendada para mejorar la conservación y prolongar la vida útil de cerezas

(Kader, 2002), si bien los beneficios logrados dependen de varios factores, principalmente de aquellos

referidos a la variedad, madurez del fruto, temperatura, concentraciones de gases y periodo de

almacenamiento. Se puede conseguir generar una atmósfera modificada adecuada envolviendo los

envases de cerezas mediante películas plásticas con determinadas permeabilidades al O2 y CO2,

permitiendo que la propia respiración de los frutos modifique la atmósfera interior del envase (Remón

et al., 2003).

El objetivo del presente trabajo ha consistido en comprobar la eficacia de la técnica de envasado en

atmósfera modificada (AM), usando diversos tipos de film plástico, sobre la calidad comercial y

organoléptica y sobre el contenido de compuestos bioactivos en cerezas ‘Sweet Heart’ a lo largo del

almacenamiento poscosecha.

Material y Métodos

Las cerezas ‘Sweet Heart’ usadas en las experiencias se recolectaron manualmente en una finca

situada en Corbins (Lleida). En el momento de la cosecha, los frutos presentaban una adecuada

madurez comercial: calibre (26,5 mm), firmeza (81,2 unidades Durofel), sólidos solubles (19,07

g100g-1

) y acidez (11,02 gL-1

) A su llegada al almacén, se seleccionaron los frutos por su aspecto y

ausencia de defectos, y se colocaron en diversos envases de madera (2 kg de capacidad). A

continuación se procedió a envolver y sellar dichos envases con tres tipos de films: Xtend, Long life y

Polietileno de baja densidad y microperforado-25 µm (PP), dejando otros envases sin envolver

(Control). Todas las muestras se almacenaron a 0 ºC y 92 % HR. Los frutos fueron analizados al inicio

de la experiencia y al cabo de 15 y 30 días (tras 0 y 3 días a 20 ºC).

Los parámetros de calidad analizados en los frutos fueron: peso (en balanza digital), calibre (con pie

de rey digital), color de la piel (mediante colorímetro triestímulo Minolta CR-200), firmeza (mediante

durómetro Durofel DFT 100), contenido de sólidos solubles (mediante refractómetro digital Atago) y

acidez titulable (por valoración con NaOH 0,1N). Se evaluó también la aceptación sensorial de los

frutos por medio de un test de preferencia con un panel de consumidores (según una escala hedónica

1-9).

Por otra parte, como indicadores del metabolismo fermentativo en los frutos se determinaron los

contenidos de etanol y acetaldehído, mediante cromatógrafo de gases Agilent 6890N, usando detector

FID y columna Carbowax (5%) sobre Carbopack (60/80, 2m × 2mm d.i.). La temperatura del horno,

del inyector y del detector eran 110 ºC, 180 ºC y 220 ºC, respectivamente, usándose N2 como gas

portador (40 ml.min-1

). También se determinaron las actividades enzimáticas de piruvato

descarboxilasa (PDC) y alcohol deshidrogenasa (ADH), realizándose la extracción y el ensayo de

acuerdo a lo descrito en Lara et al. (2006).

991

Se realizó también la determinación del contenido total de polifenoles (Luthria et al., 2006), el

contenido de antocianos (Iglesias et al., 1996) y la medida de la capacidad antioxidante total (de

acuerdo con el método del DPPH, descrito en Oms et al., 2009).

Para el análisis estadístico de los valores experimentales obtenidos se usó el programa SAS v.8.0,

realizándose un ANOVA para analizar la influencia de los factores ensayados y un test LSD (P 7 0.05)

para la comparación de medias. Por otra parte, para visualizar las relaciones entre las muestras y las

variables se realizó un análisis PCA mediante el programa Unscrambler 7.6, así como un análisis

PLSR como modelo para predecir la relación entre las variables.


La atmósfera interior del envase resultó modificada con respecto al aire exterior, alcanzándose después

de 30 días de almacenamiento refrigerado unos niveles de 16,11% O2 y 4,64% CO2 en el caso del film

Xtend, y de 19,62% O2-2,94%CO2 y 20,32%O2-0,32%CO2 (para los films Long life y PP,

respectivamente).

Los frutos correspondientes a los tres tipos de envasado en AM presentaron menores pérdidas de peso

por transpiración que lo frutos control (y una menor deshidratación del pedúnculo), tanto al cabo de 15

y 30 días de almacenamiento refrigerado como tras el periodo de vida comercial a 20 ºC (datos no

mostrados).

El envasado mediante films plásticos (especialmente Xtend) mejoró la retención de firmeza de los

frutos con respecto a los frutos control, tanto después de finalizar un periodo de 15 días como de 30

días en almacenamiento refrigerado (Figura 1). Al cabo de 3 días (a 20 ºC) posteriores a los 15 días de

almacenamiento refrigerado, los frutos envasados en film plástico seguían presentando mayor firmeza,

pero no era así tras el periodo de 30 días de almacenamiento. De forma similar, el tratamiento Xtend

permitió obtener unos mejores resultados que en los frutos control con respecto al mantenimiento del

nivel de sólidos solubles y de la coloración roja en la epidermis (niveles más bajos del tono). En

cambio, la pérdida de acidez a lo largo del almacenamiento no se vio frenada por el envasado en

cualquiera de los films (datos no mostrados). Horvitz et al. (2004) no detectaron efectos similares de la

AM en esta misma variedad, seguramente por el hecho de que el tipo de films ensayados (y su

correspondiente permeabilidad a los gases) fue diferente.

Figura 1. Firmeza de cerezas ‘Sweet Heart’ conservadas mediante envasado en AM, después de 15 y 30 días a 0ºC (más 0 y 3 días de vida comercial a 20ºC). Letras mayúsculas diferentes indican diferencias significativas entre períodos de conservación y de vida comercial; letras minúsculas diferentes indican

diferencias significativas entre tratamientos, para un mismo periodo (P<0,05).

No se observaron aumentos marcados en el contenido de acetaldehído y de etanol ni en las actividades

enzimáticas PDC y ADH a consecuencia del envasado de los frutos en AM (datos no mostrados),

Días a 0ºC + días a 20 ºC

Un

idad

es D

uro

fel

992

seguramente a causa de que los niveles de O2 y CO2 alcanzados en el interior de los envases no fueron

suficientemente restrictivos en el presente estudio para provocar un metabolismo fermentativo en los

tejidos (Tian et al., 2001).

Los contenidos de antocianos y de fenoles totales así como la capacidad antioxidante total en los frutos

son parámetros de interés tanto desde el punto de vista nutricional como en relación a la preservación

de la calidad poscosecha de los mismos. Los valores de capacidad antioxidante total fueron

significativamente superiores en los frutos conservados en AM con respecto a los frutos control,

independientemente del tipo de tratamiento y del periodo considerados (Figura 2). Para

almacenamientos largos (30 dias+3 días a 20ºC) los diferentes envases en AM permitieron una mejor

retención del contenido de fenoles totales con respecto a los frutos control, pero ello no fue así para

almacenamientos cortos (Figura 3); resultados similares se obtenían en relación al contenido de

antocianos. Remón et al. (2003) también observaron valores superiores de antocianos en cerezas

envasadas en AM tras su conservación durante 30 días.

Figura 2. Capacidad antioxidante total (CAT) en cerezas ‘Sweet Heart’ conservadas mediante envasado en AM, después de 15 y 30 días a 0ºC (más 0 y 3 días de vida comercial a 20ºC). Letras mayúsculas

diferentes indican diferencias significativas entre períodos de conservación y de vida comercial; letras minúsculas diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos, para un mismo periodo

(P<0,05).

Figura 3. Contenido total de fenoles en cerezas ‘Sweet Heart’ conservadas mediante envasado en AM, después de 15 y 30 días a 0ºC (más 0 y 3 días de vida comercial a 20ºC). Letras mayúsculas diferentes

indican diferencias significativas entre períodos de conservación y de vida comercial; letras minúsculas diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos, para un mismo periodo (P<0,05).



CA

T (

%)

Fen

ole

s to

tale

s

(Im

ole

s g

PS

-1)

993

Por otra parte, la aceptabilidad organoléptica de las cerezas envasadas con Xtend fue

significativamente superior a la de los frutos control, después de almacenamientos cortos (15 días)

pero no después de almacenamientos largos (30 días) (Figura 4). La percepción sensorial de los

atributos de dulzor y firmeza, así como la ausencia de gustos anómalos, se asociaban a las

puntuaciones más altas de aceptabilidad sensorial (datos no mostrados). Relacionando atributos

sensoriales con los valores de los parámetros de calidad comercial (mediante un modelo PLSR) se

observó que el factor principal para la separación a lo largo de los PC fue el periodo de conservación,

pero también se detectó el efecto del material utilizado en el envasado AM, pues las muestras Xtend se

separan del resto de tratamiento, para un periodo determinado, y presentaban mayores valores de

aceptabilidad (Figura 5A). Las percepciones sensoriales de dulzor, acidez y firmeza se correspondían

bien con las correspondientes medidas instrumentales de sólidos solubles, acidez y firmeza (Figura

5B). El contenido de etanol se asociaba a una mejor percepción del sabor característico del fruto, en

concordancia con su papel precursor de esteres volátiles aromáticos, mientras que los niveles de

acetaldehído se relacionaban estrechamente con la percepción de gustos anómalos.

Figura 4. Aceptabilidad organoléptica (mediante panel de consumidores) en cerezas ‘Sweet Heart’ conservadas mediante envasado en AM, después de 15 y 30 días a 0ºC (más 0 y 3 días de vida comercial a 20ºC). Letras mayúsculas diferentes indican diferencias significativas entre períodos de conservación y de vida comercial; letras minúsculas diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos, para un

mismo periodo (P<0,05).

Conclusiones

La aplicación de un envasado en film Xtend permitió retener mejor la calidad (firmeza, sólidos

solubles, color de epidermis y aceptación organoléptica) en las cerezas ‘Sweet Heart’, después de 15

días de almacenamiento más 3 días de vida comercial. En cambio, no se mantuvieron, en general, estas

mejoras después de 30 días de almacenamiento. Por otra parte, los contenidos de fenoles totales,

antocianos y capacidad antioxidante total fueron superiores en los frutos envasados en AM

(especialmente con Xtend) que en los frutos control, tanto después de 15 como de 30 días de

conservación. Finalmente, cabe señalar que los contenidos de etanol y acetaldehído, así como las

actividades enzimáticas PDC y ADH, no se vieron marcadamente incrementados por el envasado AM.

Agradecimientos

Este trabajo se financió parcialmente a través del Proyecto AGL2010-14801/ALI (MICINN).

Bibliografía

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Esc

ala

hed

ón

ica

(1-9

)

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Figura 5. Diagrama de puntuaciones (A) y pesos (B) correspondientes a un modelo de regresión de cuadrados mínimos

parciales de los atributos sensoriales de cerezas ‘Sweet Heart’ (variables Y) vs. parámetros de calidad estándar y contenidos

de etanol y acetaldehído (variables X).

A

B

995

CONTROLE ESTATÍSTICO DE PROCESSO APLICADO AS PERDAS DA PLATAFORMA NA COLHEITA MECANIZADA DE TOMATE

INDUSTRIAL

Rouverson Pereira da Silva1, Murilo Aparecido Voltarelli2, Cristiano Zerbato2, Vicente Filho Alves Silva2 e Marcelo Tufaile Cassia2

1 Engenheiro Agrícola, Prof. Livre-Docente em Máquinas e Mecanização Agrícola, Univ Estadual Paulista, Via

de Acesso Professor Paulo Donato Castellane, s/n 14.884-900, Jaboticabal, Brasil y e-mail: [email protected]

2 Engenheiro Agronomo, Pós-Graduando em Máquina e Mecanização Agrícola, Univ Estadual Paulista, Via de Acesso Professor Paulo Donato Castellane, s/n 14.884-900, Jaboticabal, Brasil.

Resumo

As perdas decorrentes da colheita mecanizada de tomate industrial ainda não são motivo de pesquisas no Brasil, uma vez que estudos sobre este tema são escassos, ainda mais quando se trata de perdas na plataforma de corte, que podem atingir níveis elevados, podendo reduzir a produtividade das áreas. Objetivou-se neste trabalho avaliar a variabilidade das perdas na plataforma de corte na colheita mecanizada de tomate industrial, por meio de controle estatístico de processo. O experimento foi realizado no município de Miguelópolis – SP, com uma colhedora marca Co.Ri.Ma SRl, motor Iveco com seis cilindros e potência de 129 kW, monofila, com plataforma de corte atingindo o espaçamento de 1,50 m. A máquina operou a 1800 rpm no motor na marcha de trabalho1N. A cultivar utilizada colhida foi a Heis 9553 com espaçamento de 1,25 m entre linhas. O delineamento estatístico utilizado foi inteiramente casualizado, em faixas, constituindo-se 64 repetições em função de dois tratamentos (32 repetições para os frutos verdes e outras 32 para frutos vermelhos). Para a coleta das perdas de frutos decorrentes do mecanismo de corte da plataforma foi utilizada uma armação de 2 m2, retrocedendo a colhedora a uma distancia igual ao seu comprimento. Foi utilizado como ferramenta do controle estatístico de processo para análise da variável, as cartas sequenciais e as cartas de controle para valores individuais e de amplitude móveis (I-MR), compostas pelos limites superior e inferior de controle e média. A perda de frutos na plataforma de corte apresentou instabilidade no decorrer do processo, indicando que há presença de causas especiais, extrínsecas à operação, que aumentam a variabilidade do processo e, portanto, reduzem sua qualidade. Nesta situação foi verificado que os pontos relativos à maior entrada de fluxo vegetal na máquina, foram os pontos em que a variabilidade atingiu os maiores valores. A maior variabilidade e/ou menor qualidade da operação das perdas na plataforma ocorre pela maior entrada de fluxo vegetal no mecanismo de corte da máquina.

Palavras chave: cartas de controle, qualidade, variabilidade, Solanum lycopersicum.

STATISTICAL PROCESS CONTROL APPLIED TO LOSSES OF PLATFORM IN THE INDUSTRIAL TOMATO COMBINE HARVESTING

Abstract

Losses due to mechanized harvesting of industrial tomatoes are not normally surveyed in Brazil, since studies on this topic are scarce, especially when it comes to losses on the cutting platform, which can reach high levels, can reduce productivity the areas. The objective of this study was to evaluate the variability of losses in the cutting platform in mechanical harvesting of industrial tomatoes through statistical process control. The experiment was conducted in the municipality of Miguelópolis - SP, Brazil, with a harvester Co.Ri.Ma SRl, with six cylinders Iveco engine and power of 129 kW, monofilament, with cutting platform with spacing of 1.50 m. The machine operated at 1800 rpm the engine. The cultivar harvested was Heis 9553 with spacing of 1.25 m between rows. The statistical design was randomized, in bands, constituting 32 sampling points. To collect the fruit losses arising from the cutting platform was used a frame of 2 m2, kicking the harvester at a distance equal to its length. Was used as a tool of statistical process control the control charts for individual values and moving ranges (I-

996

MR), composed of the upper and lower limits of control and average. The fruit losses in the cutting platform showed instability in the process, indicating that there is presence of special causes extrinsic to the operation, which increase the variability of the process and therefore reduce its quality. In this situation it was found that the points for greater vegetable flow in the machine were the points at which the variability reached the highest values. The increased variability of the losses occurs on the platform for most vegetal flow on the cutting mechanism machine.

Keywords: control charts, quality, variability, Solanum lycopersicum.

Introdução e Justificativa

A estimativa da produção de tomate industrial no mundo é de 35.142 mil ton, sendo que esta em relação ao ano anterior obteve um incremento de 5,0% e o Brasil representa apenas 4,75% (1.670 mil ton) desta produção (WPTC, 2013).

Neste contexto, a operação da colheita mecanizada de tomate industrial se torna importante, pois quanto menores as perdas decorrentes da mesma, possivelmente poderá haver um leve incremento na produtividade, refletindo futuramente na maior produção total do País. No entanto, estudos sobre as perdas gerais tanto quantitativas como qualitativas, de frutos verdes e/ou vermelhos, durante a colheita mecanizada de tomate industrial são escassos e/ou inexistentes, sendo necessários maiores esforços para tentar amenizar e melhorar tais condições, principalmente quando se trata das perdas decorrentes da plataforma de corte, pois estas podem ocorrer em níveis elevados dependendo das condições da lavoura (maturação, cultivar, dentre outros), facas de corte, velocidade de deslocamento da máquina, experiência do operador em conduzir a máquina, dentre outros.

Aliado a importância das perdas na plataforma de corte na colheita mecanizada de tomate industrial, o uso do controle estatístico de processo nesta operação agrícola pode vir a ser fundamental, pois o mesmo pode nos mostrar uma visão de como o processo está ocorrendo, indicando eventuais falhas e possíveis melhorias para as próximas operações, com o objetivo de aumentar a qualidade das mesmas. Alguns autores têm feito uso do controle estatístico de processo, utilizando as variáveis avaliadas como indicadores de qualidade para identificar causas não aleatórias ou causas especiais decorrentes da instabilidade do processo (Cassia et al., 2013; Chioderoli et al., 2011; Noronha et al., 2011; Toledo et al., 2008).

Diante o exposto, pressupondo-se que exista certa variabilidade nas perdas de frutos na colheita mecanizada de tomate industrial, objetivou-se neste trabalho avaliar a qualidade da operação da colheita mecanizada de tomate industrial, em função das perdas na plataforma de corte de frutos verdes e vermelhos, por meio do controle estatístico de processo.

Material e Métodos

O experimento foi realizado no município de Miguelópolis – SP, com uma colhedora da marca Co.Ri.Ma SRl, motor Iveco com seis cilindros e potência de 129 kW a 2200 rpm, monofila, com plataforma de corte atingindo o espaçamento de 1,50 m. A máquina operou a 1800 rpm no motor na marcha de trabalho1N. A velocidade média de deslocamento da colhedora foi de 5,0 km h-1. A cultivar utilizada para a realização da colheita foi a Heis 9553, com espaçamento de 1,25 m entre linhas. O delineamento estatístico utilizado foi inteiramente casualizado, constituindo-se por dois tratamentos totalizando 64 repetições, sendo 32 para os frutos verdes e outras 32 para frutos vermelhos. Para a coleta das perdas de frutos decorrentes do mecanismo de corte da plataforma (perdas da plataforma de corte – Pp) foi utilizada uma armação de 2 m2, retrocedendo a colhedora a uma distancia igual ao seu comprimento, para que no momento da coleta de perdas não houvesse intervenção de outras partes da máquina. Os resultados foram avaliados por meio do controle estatístico de processo, utilizando-se: os gráficos ou cartas sequenciais, na qual faz uso de valores-padrões (Dellaretti Filho e Drumond, 1994). Esses valores padrões permitem o monitoramento do processo e a identificação do tipo de variação a que o

997

mesmo está submetido ao longo do tempo, podendo se constituir de: agrupamento, tendência, mistura e oscilação.

- Agrupamento: é representado por grupos de pontos em determinadas áreas do gráfico, acima

ou abaixo da mediana; -Tendência: representa uma sequência de sucessivos aumentos ou diminuições nas

observações detectadas quando o número de observações úteis for sucessivo, for superior a sete; - Mistura: trata-se de um padrão que indica a ausência de pontos próximos à linha central, ou

seja, os pontos se alternam acima e abaixo da linha central (mediana), mostrando que há a existência de dois grupos distintos de dados;

- Oscilação: que indica a existência ou não de um padrão regular ocorrendo ao longo do tempo, sendo detectado quando os dados flutuam rapidamente acima ou abaixo da mediana. A verificação da aleatoriedade dos dados foi realizada por meio do teste de probabilidade a 5% e, uma vez que o p-valor para os padrões seja inferior a 0,05, rejeita-se a hipótese nula de não aleatoriedade, em favor da alternativa para o padrão testado. A ocorrência destes padrões pode indicar que o processo se encontra próximo a extrapolar os limites de controle, ou seja, torna-se instável ou que o mesmo já se encontra nesta situação, mas esse tipo de análise deve ser complementada por meio da verificação das cartas de controle, obtendo assim maior precisão do comportamento dos indicadores de qualidade. Foram utilizadas também as cartas de controle do tipo I-MR (valores individuais e amplitude móvel), que possuem linhas centrais (média geral e amplitude média), bem como os limites superior e inferior de controle, definidos como LSC e LIC, calculados com base no desvio-padrão das variáveis (para LSC, média mais três vezes o desvio-padrão, e para LIC, média menos três vezes o desvio, quando maior que zero). Estas cartas foram utilizadas a fim de identificar a não aleatoriedade decorrente do processo, bem como avaliar a qualidade da operação, utilizando-se como indicadores de qualidade as variáveis descritas anteriormente.


Pela análise das cartas e/ou gráficos de valores sequenciais (Figura 1a e 1b) não foi detectado nenhum valor para os padrões cíclicos de agrupamento, mistura, tendência ou oscilação testados para a perda de frutos verdes e vermelhos na plataforma de corte. Situação esta, que pode indicar que o processo esteja ocorrendo de maneira aleatória e sem haver itens de produção não-conformes que possam diminuir a qualidade da operação de colheita. Por outro lado, as cartas de controle tanto para os valores individuais quanto para a variação do processo (amplitude móvel) estão com pontos acima do limite superior de controle, situação esta que indica instabilidade do processo para as perdas de frutos verdes e vermelhos na plataforma de corte (Figura 2a e 2b). Apesar de as cartas de valores sequenciais não detectarem nenhum padrão cíclico no decorrer do processo, quando se analisa os mesmo indicadores de qualidade por meio das cartas de controle a mesma consegue detectar alguns pontos que não atendem a qualidade requerida para a operação de colheita, sendo, portanto necessário à análise conjunta destas duas ferramentas da qualidade para uma melhor compreensão do monitoramento do processo.

998

322824201612841

3000

2500

2000

1500

1000

500

0

Observações

Pp

- F

ruto

s V

erd

e (k

g)

Número de execuções acima da mediana 19Número esperado de execuções 17,0Execuções distantes da mediana 3Valor p-aproximado para agrupamento 0,764Valor p-aproximado para mistura 0,236

Número de execuções acima ou abaixo da mediana 21Número esperado de execuções 21,0Execuções mais distantes acima ou abaixo da mediana 4Valor p-aproximado para tendência 0,500Valor p-aproximado para oscilação 0,500

322824201612841

10000

8000

6000

4000

2000

0

Observações

Pp -

Fru

tos

Ver

mel

hos

(kg)

Número de execuções acima da mediana 18Número esperado de esperado de execuções 17,0Execuções mais distentes da mediana 4Valor p-aproximado para agrupamento 0,640Valor p-aproximado para tendência 0,360

Número de execuções acima ou abaixo da mediana 22Número esperado de execuções 21,0Execuções mais distantes acima ou abaixo da mediana 3Valor p-aproximado para tendência 0,667Valor p-aproximado para oscilação 0,333

Figura 1. Carta de valores de sequenciais para perda de frutos verdes (a) e vermelhos (b) na plataforma

de corte na colheita mecanizada de tomate industrial.

6460565248444036322824201612841

10500

9000

7500

6000

4500

3000

1500

0

Pp

(kg

ha-

)

_X

LSC

LIC

Frutos verdes Frutos vermelhos

6460565248444036322824201612841

8000

6000

4000

2000

0

Am

plit

ude

móv

el

__AM

LSC

LIC

11

1

11

1

(a)

(b)

Observações Figura 2. Cartas de controle para as perdas da plataforma de corte na colheita mecanizada de tomate

industrial. (a) Carta de valores individuais. (b) Carta de amplitude móvel. LSC: limite superior de controle. LIC: Limite inferior de controle. X: média. AM: média da amplitude móvel.

Para tal instabilidade do processo, a possível explicação é decorrente da velocidade de deslocamento da colhedora, pois a mesma em certos momentos da operação acarreta em embuchamentos na plataforma de corte (entrada de maior fluxo de material vegetal na máquina) o que consequentemente tem influência nas perdas de frutos verdes (observação nº 26) e principalmente nas perdas de frutos vermelhos devido ao seu estado de maturação avançado se desprendendo facilmente da planta

(a)

(b)

999

(observações nº 38 e 56), como pode ser observada pela elevada variação do processo apresentada na carta de amplitude móvel. Outro fator que também podemos levar em consideração é que, à medida que a máquina desloca-se na lavoura, as facas de corte alocadas na base posterior da plataforma devem efetuar o corte com a máxima qualidade possível e quando isso não acontece, seja pelo desgastes das mesmas ou pela excessiva quantidade de plantas, pode ocorrer o arraste das plantas proporcionado pelo deslocamento da colhedora, devido ao porte rasteiro da cultura, o que causa intenso deslocamento e vibração nas mesmas sendo também motivo de elevada perdas de frutos vermelhos.

Conclusiones

A maior qualidade e/ou menor variabilidade da operação para as perdas na plataforma encontra-se nos frutos verdes.

As perdas de frutos vermelhos na plataforma de corte são maiores que as de frutos verdes.

A maior variabilidade e/ou menor qualidade da operação das perdas na plataforma ocorre pela maior entrada de fluxo vegetal no mecanismo de corte da máquina.

Bibliografía

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Análisis estadístico de variables climáticas para la predicción de riesgos de ignición en incendios forestales

B. Fontana-Campos1 , E. Ayuga-Téllez2 y M. Jerez de la Vega1

1 Servicio Territorial de medio Ambiente de la Junta de Castilla y León, Pza. Reina Doña Juana, 5 C.P. 40001

Segovia (Segovia) y e-mail: [email protected] y [email protected] 2 Grupo de Investigación EIPIRMA (Edificación Infraestructuras y Proyectos para la Ingeniería Rural y

Medioambienta). Universidad Politécnica de Madrid. Ciudad Universitaria s/n. 28040 – Madrid y e-mail: , [email protected]

Resumen

Castilla y León es la Comunidad Autónoma, con la excepción de Galicia, que presenta mayor número de incendios y mayor superficie desarbolada quemada de España. La provincia de Segovia es una excepción dentro de esta comunidad ya que se sitúa en último lugar en número de incendios por año. El objetivo principal de este estudio es el de construir una herramienta útil para la gestión en la lucha contra incendios en la provincia de Segovia, de tal manera que, empleando datos meteorológicos de un día, se puedan establecer niveles de riesgo de incendios para el día siguiente. Los datos empleados para este trabajo corresponden al periodo de tiempo comprendido entre 2001 y 2010, entre junio y septiembre. Los datos proceden de los partes de incendios proporcionados por el Servicio Territorial de Medio Ambiente de la Junta de Castilla y León en Segovia. Además, se emplearon datos de 77 estaciones meteorológicas, 27 del servicio de Inforriego de la Junta de Castilla y León y 50 de la Agencia Estatal de Meteorología con medidas de temperatura, humedad relativa y velocidad del viento. Los diferentes datos se han uniformizado, obteniendo su localización con coordenadas UTM y con periodicidad horaria. La metodología utilizada para obtener los resultados fue la interpolación de las tres variables meteorológicas y la probabilidad de ignición los días anteriores a los incendios a las 17 horas, mediante herramientas geoestadísticas y modelos de regresión múltiple para predicción climática. En las localizaciones de los incendios se analizaron los datos interpolados para las cuatro variables consideradas. Se consideraron cuatro grupos distintos de días: aquéllos en que el día siguiente no hubo ningún incendio, cuando hubo uno, cuando hubo dos y cuando ocurrieron más de 2 incendios. Se obtuvieron intervalos de confianza para dichas variables en los cuatro grupos de días. Se puede establecer, con un 95% de confianza, que existe riesgo de incendios para el día siguiente cuando la temperatura media a las 17 horas es superior a 27,3ºC y una humedad relativa inferior a 30,5%; a esa hora, la media de temperaturas ha alcanzado incrementos de hasta 6 º C y la media de humedad relativa disminuciones de hasta 9% cuando al día siguiente se produjeron varios incendios, comparado con días en que no los hubo. Respecto a la velocidad del viento y probabilidad de ignición no se pudieron caracterizar diferencias estadísticamente significativas.

Palabras clave: temperatura, humedad relativa, geoestadística, prevención.

Statistical Analysis of Climate Variables for Predicting Risk of Ignition in Forest Fires

Abstract

Castilla y León, with the exception of Galicia, is the Autonomous Community which has the largest number of fires and treeless burned largest area of Spain. The province of Segovia is an exception within this community as it ranks last in number of fires per year. The main objective of this study is to construct a useful management tool in fighting fires in the province of Segovia. Meteorological data from the area on a particular day were used to estimate fire risk levels for the next day. The data used for this study correspond to the time period between 2001 and 2010, between June and September. The data come from the reports of fire provided by the Territorial Service of Environment of Segovia of the Junta de Castilla y Leon. Also, we used data from 77 weather stations, 27 from the Inforriego service of Castilla y Leon and 50 of the State Meteorological Agency with the variables temperature, relative humidity and wind speed. The different data were standardized, obtaining their location with UTM coordinates and in hour intervals. The methodology used to obtain the results was the interpolation of

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the three weather variables and the likelihood of ignition in the days before the fire at 17 hours, using geostatistical tools and multiple regression models for climate prediction. The interpolated data for the four variables considered were analyzed in the locations of fires. We considered four different groups of days: those in which the next day there was no fire, when there was one, when there were two, and when there were more than two fires. The confidence intervals were calculated for these variables in the four day groups. You can set, with 95% confidence, that a risk of fire for the next day when the average temperature at 17 hours is above 27.3° C and a relative humidity of less than 30.5%, at that time. The average temperature difference between the group of days with a fire and the group without fire is + 6° C and the relative humidity decrease a 9%. No statistically significant differences in wind speed and the likelihood of ignition.

Keywords: temperature, relative humidity, geostatistics, prevention


Los incendios forestales son altamente destructivos para la Naturaleza. Un incendio destruye los árboles (Lee et a., 2010), modifica la fauna (Nasi et al., 2002) y daña gravemente el suelo (Almendros y González-Vila, 2012). En ocasiones, las pérdidas incluyen vidas humanas y aquéllas son mayores en los incendios forestales que en los agrícolas (Harris et al., 2011). Por ello, es fundamental evitar en lo posible que se produzca un incendio y, en caso de ocurrir, minimizar su expansión. La determinación de niveles de riesgo con antelación suficiente, es vital en la prevención de incendios y en la organización de su extinción, en caso de producirse. Para combatir de forma eficaz los incendios forestales son necesarios tres importantes aspectos: los estudios científicos, los avances tecnológicos y la gestión de recursos (Taylor y Alexander, 2006). En concreto: el estudio acerca del riesgo de incendio y el comportamiento del fuego, así como su impacto en el entorno; el desarrollo de una infraestructura técnica que permita recopilar, procesar y archivar datos meteorológicos y de incendios, además de la difusión entre los organismos de gestión, de los pronósticos sobre peligro de incendios y comportamiento esperado del fuego. La transferencia de información, la cooperación y la comunicación entre agentes implicados debe evolucionar a medida que cambia el peligro o la expansión del fuego. Los sistemas eficaces de combate del peligro de incendios requieren una fácil asimilación y un sentido de causa común entre científicos y gestores. Por ello, se hace necesario el uso de modelos de predicción sencillos, que no requieran excesiva tecnología y sean fácilmente comprensibles y utilizables.

España es el segundo país de la cuenca mediterránea con mayor número de incendios, aunque la media de la superficie quemada anual es un valor medio (FAO, 2013). Estos datos permiten suponer que la gestión de los técnicos en el combate de los incendios es bastante eficiente.

Castilla y León es la Comunidad Autónoma, con la excepción de Galicia, que presenta mayor número de incendios y mayor superficie desarbolada quemada de España. La provincia de Segovia es una excepción dentro de esta comunidad ya que se sitúa en los últimos lugares en número de incendios por año (datos del Anuario Estadístico de Castilla y León, 2012), tanto en su propia comunidad como en toda España (Cubo María et al., 2012) y esto es debido en parte a que existe una mayor cultura forestal y mejor integración de las actividades agrícolas, ganaderas y forestales; en consecuencia, la intencionalidad cobra menos importancia que en otras provincias. El riesgo local, que integra frecuencia, causalidad y peligrosidad de los incendios, es bajo, y a pesar que la vulnerabilidad, que pondera la importancia de los valores a proteger, es alta, en conjunto el riesgo potencial de la provincia no resulta muy elevado, por lo que aumenta la significación de las variables climáticas en la prevención de incendios.

Las variables climáticas que se emplean con más frecuencia en la determinación de riesgos de incendio son la temperatura del aire y la humedad relativa (Viegas et al., 1999, Arpaci et al. 2013), aunque suelen tenerse en cuenta también variables relacionadas con la ecología y la acción del hombre.

El objetivo principal de este estudio es el de construir una herramienta útil para la gestión en la lucha contra incendios en la provincia de Segovia, de tal manera que, empleando datos meteorológicos

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observados en un día concreto, se puedan establecer niveles de riesgo de incendios para el día siguiente.

Material y Métodos

Los datos empleados para este trabajo corresponden al periodo de tiempo comprendido entre 2001 y 2010, entre junio y septiembre. Los datos proceden de los partes de incendios proporcionados por el Servicio Territorial de Medio Ambiente de la Junta de Castilla y León en Segovia. Además, se emplearon datos de 77 estaciones meteorológicas, 27 del servicio de InfoRiego de la Junta de Castilla y León (http://www.jcyl.es/jcyl/cag/dgdr/riac/index_nn.html) y 50 de la Agencia Estatal de Meteorología (http://www.aemet.es/es/portada) con medidas de temperatura, humedad relativa y velocidad del viento. Los diferentes datos se han uniformizado, obteniendo su localización con coordenadas UTM y con periodicidad horaria.

Figura 1. Localización de las estaciones meteorológicas.

La metodología utilizada fue la interpolación de las variables meteorológicas (Ninyerola et al., 2000, Vicente-Serrano et al., 2003) y la probabilidad de ignición (Chuvieco et al., 2010) empleando como variables independientes la latitud, longitud, altitud, distancia a la costa y orientación y empleando el modelo de regresión múltiple por pasos, basado en el criterio de información de Akaike (Atkinson and Riani, 2008) e incorporando la corrección de residuos mediante el método spline (Balshi et al, 2009).

Figura 2. Obtención del mapa final de temperaturas de la región, obtenido para los días sin incendios.

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Los mapas de interpolación de las variables X (X puede ser la temperatura, humedad relativa, velocidad del viento y la probabilidad de ignición) se emplearon para determinar el valor de las cuatro variables en los puntos donde se produjeron incendios, obteniendo los valores a las 17h del día anterior a la fecha de inicio de los incendios, caracterizándolos como X(1) cuando al día siguiente se produjo un incendio, X(2) cuando se produjeron 2 incendios al día siguiente y X(>2) cuando hubo más de 2 incendios. También se obtuvieron los valores X(0) a las 17h del día anterior a aquellos días en que no se produjo ningún incendio (Fontana-Campos, 2012). Sólo se consideraron los días con fechas equivalentes, en distintos años, para eliminar la influencia de la estación.

Se comprobó la distribución de las variables mediante test de bondad de ajuste de la χ2 (obtenido con la librería MASS de R). Estos datos se compararon con los correspondientes a la fecha, hora y lugar en los que se detecta un incendio. Las comparaciones se realizaron mediante la obtención de intervalos de confianza para valores medios de las diferentes variables, con un nivel de confianza del 95%.


La temperatura en el momento en el que se detecta un incendio sigue una distribución Normal y su valor se estima superior a 15.94º con un nivel de confianza del 95%. Los datos humedad relativa en el momento en el que se detecta un incendio también siguen una distribución Normal y podemos decir con un nivel de confianza del 95% que este dato será inferior a 65.99%. La temperatura a las 17h del día antes de un incendio sigue una distribución Normal y es superior a 19.94º con un nivel de confianza del 95%. Los datos de humedad relativa a las 17h del día antes de un incendio siguen una distribución Normal y podemos afirmar con un nivel de confianza del 95% que este datos será inferior a 52.57%.

Este resultado induce a pensar que las condiciones atmosféricas del día anterior al comienzo de un incendio pueden influir en la ocurrencia del mismo y podría ser un buen indicador para alertar a los responsables del combate de los incendios forestales. Por ello, se ha realizado un estudio más detallado de éstos.

En la tabla 1 se muestran los resultados obtenidos para la estimación de temperaturas (en grados centígrados) y humedades relativas (en tanto por ciento) a las 17 horas de los días anteriores a aquellos caracterizados por la ocurrencia de diferente número de incendios (sin incendios, con ocurrencia de un incendio, cuando en el día hay dos incendios y cuando hay más de dos incendios).

Tabla 1. Valores medios estimados e intervalos de confianza del 95% para la media de temperaturas (en ºC) y humedad relativa (en %).

Variable estimador Sin incendios Un incendio Dos incendios Más de dos

Temperatura (T)

Datos 310 310 156 82 Media 25,5 27,8 29 30,6

Intervalo [25,2;25,8] [27,3;28,2] [28,4;29,5]� [29,9;31,3]

Humedad relativa (H)

Datos 310 310 156 82 Media 33,8 29,1 26,3 22,4

Intervalo [33,1;34,5] [27,8;30,5] [24,6;28,1]� [20,6;24,8]

La media de T(1) es estadísticamente diferente y superiora la media de T(0), al 95% de confianza. Lo mismo sucede con las medias de T(2) frente a T(1) y T(3) frente a T(2).

Los intervalos de confianza para la diferencia de temperaturas medias (con un nivel del 95%) entre T(1) y T(0) está entre 2.0 y 2.6º El intervalo de confianza para la diferencia de medias entre T(2) y T(0), es 3.2 y 3.8º. El intervalo de confianza para la diferencia de medias entre T(3) y T(0), es 4.7 y 5.5º.

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La media de H(1) es estadísticamente diferente e inferior a la media de H(0), al 95% de confianza. Lo mismo sucede con las medias de H(2) frente a H(1) y H(3) frente a H(2).

Los intervalos de confianza para la diferencia de temperaturas medias (con un nivel del 95%) entre H(1) y H(0) está entre 3.9 y 5.5%. El intervalo de confianza para la diferencia de medias entre H(2) y H(0), es 6.5 y 8.5%. El intervalo de confianza para la diferencia de medias entre H(3) y H(0), es 10.3 y 12.5%.

No se pudo comprobar estadísticamente que el número de incendios forestales esté relacionado con la probabilidad de ignición. Este resultado está de acuerdo con el resultado obtenido por Carmona et al. (2012) en el que se observó que ésta probabilidad depende en gran medida de factores humanos. Los resultados del estudio de la variable velocidad del viento son irrelevantes. Este resultado también está de acuerdo con lo observado en otros trabajos como el de Pitman et al. (2007). Aunque, en este caso se observa que la media de dicha variable en incendios grandes (superiores a 10 has) es 10.75 m/s, la cual es sensiblemente superior a la media de dicha variable en el total de incendios forestales estudiados (6.95 m/s). Este resultado podría suponer que la velocidad del viento influye en la superficie quemada, pero no en el riesgo de comienzo de un incendio.

Conclusiones

Los resultados obtenidos muestran que la temperatura media a las 17h del día anterior es, al menos, 2ºC superior al resto, cuando al siguiente hubo algún incendio con un 95% de confianza. La humedad relativa del aire a las 17h del día anterior es, como mucho, un 3,9% inferior al resto, cuando al día siguiente hubo algún incendio, también con un 95% de confianza. Empleando los extremos de los intervalos de confianza, para las variables temperatura y humedad relativa, en caso de ocurrencia de algún incendio, se puede establecer, con un 95% de confianza, que existe riesgo de incendios para el día siguiente cuando la temperatura media a las 17h es superior a 27,3ºC y una humedad relativa inferior a 30,5%. Respecto a la variable velocidad del viento y probabilidad de ignición no se pudieron caracterizar diferencias estadísticamente significativas.

Agradecimientos

A la Agencia Española de Meteorología (AEMET), Delegación Territorial en Castilla y León, Sección de Climatología, por las facilidades de acceso a su base de datos.

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El riego deficitario controlado mantiene la calidad de la nectarina extratemprana mínimamente procesada

N. Falagán1,2*, E. Aguayo1,2, P.A. Gómez2, F. Artés-Hernández1,2, J.M. de la Rosa3, M. Otón2,

F. Artés1,2 y J. Navarro-Rico1,2

1- Grupo Postrecolección y Refrigeración. Dpto. Ingeniería de Alimentos. Universidad Politécnica de Cartagena.

ETSIA-UPCT. Paseo Alfonso XIII, 48. 30203 Cartagena, Murcia, España. Tel. +34968 325750 e-mail: [email protected]

2- Unidad Calidad Alimentaria y Salud. Instituto de Biotecnología Vegetal (IBV-UPCT). Campus Muralla del Mar. 30202 Cartagena, Murcia, España.

3- Grupo Suelo-Agua-Planta. Dpto. Producción Vegetal. ETSIA-UPCT. Resumen

La semiaridez de los agrosistemas mediterráneos requiere implantar estrategias de riego deficitario controlado (RDC). Este trabajo estudia la influencia del RDC sobre la calidad de nectarina extratemprana “Viowhite” mínimamente procesada. Se establecieron tres tipos de riego: Testigo (T), con aporte hídrico del 100% de la evapotranspiración (ETc), Sobrerregado (S), con el 120% de la ETc y RDC, irrigado como el Testigo excepto durante las fases I y II de crecimiento del fruto y la postcosecha, donde se regó al 80 y 60% del Testigo, respectivamente. Los frutos cosechados en su madurez comercial se procesaron en 6-8 rodajas y se envasaron en tarrinas de polipropileno termoselladas, para generar una atmósfera pasiva de 15,5 kPa O2 y 3 kPa CO2, conservándose 8 días a 5ºC. Inicialmente, los sólidos solubles totales de las nectarinas de RDC fueron significativamente mayores que en los frutos T y S (9,97 ± 0,20 vs. 8,57 ºBrix) aunque tras la conservación no se observaron diferencias significativas. El pH (3,32 ± 0,01) y la acidez titulable (0,38 ácido cítrico/100 g pf) fue similar en todos los tratamientos de riego. Tras 8 días, las rodajas del RDC presentaron un valor de vitamina C ligeramente más alto que el resto de tratamientos de riego (15,62 ± 0,60 vs. 14,20 ± 0,11 vit C/100 g pf). No se detectaron bacterias patogénicas y los recuentos psicrófilos fueron < 2 log ufc g-1 para el RDC y entre 2,4 a 2,6 log ufc g-1 en S y T. El pardeamiento y deshidratación redujo, en todos los tratamientos, la calidad sensorial de las rodajas, obteniéndose tras 8 días, valores de 5,17 a 5,50, superiores al límite de comercialización. Como conclusión, la aplicación de RDC permitió un ahorro aproximado de 3.282 m3 de agua en su cultivo, no afectó negativamente a la calidad de las rodajas de nectarina, permitiendo su procesado en fresco y una vida útil de 8 días a 5ºC.

Palabras clave: Prunus persica, procesado en fresco, envasado en atmósfera modificada, calidad sensorial, vitamina C.

Deficit irrigation keeps overall quality of fresh-cut extraearly nectarine

Abstract

Due to aridity and scarce water resources in the Mediterranean agricultural systems cultivation should be based on deficit irrigation strategies (DI). This work studies the effects of DI on minimal processing of white flesh extra early picked ‘Viowhite’ nectarine. Three types of irrigation were established: Control, watered at 100% of crop evapotranspiration (ETc); Overirrigated, watered at 120% of ETc; and DI, watered as Control, except during the phases I and II of fruit growth and after harvesting, when the trees were irrigated at 80 and 60% of Control, respectively. Harvested fruits at commercial ripening stage were cut in 6-8 slices and packaged in

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hermetically sealed polypropylene trays for generating a passive modified atmosphere of around 15.5 kPa O2 and 3 kPa CO2. Trays were stored up to 8 days at 5°C. Initially, the soluble solid content from DI nectarines was significantly higher than in T and S fruits (9.97 ± 0.20 vs. 8.57 Brix) but after storage no significant differences were found. The pH (3.32 ± 0.01) and titratable acidity (0.38 g citric acid/100 f.w.) was similar in all irrigation treatments. After 8 days, the DI slices had a value of vitamin C slightly higher than the other irrigation treatments (15.62 ± 0.60 vs. 14.20 ± 0.11 vit C/100 g f.w.). No pathogenic bacteria were detected and psychrophilic counts were < 2 log cfu g-1 for the DI and between 2.4 to 2.6 log cfu g-1 in S and T treatments. Browning and dehydration was developed in all treatments, reducing the sensorial quality. The final sensorial values ranged from 5.17 to 5.50, above the limit of commercialization. In conclusion, the application of DI enabled savings of approximately 3,282 m3 of water, did not negatively affect the quality of nectarine slices, allowing a fresh-cut product with a shelf life of 8 days at 5 °C.

Keywords: Prunus persica, fresh-cut, modified atmosphere packaging, chemical, microbial and sensory quality, vitamin C.

Introducción

En las áreas mediterráneas españolas el cultivo de frutales de hueso se realiza en régimen de regadío, lo que supone un elevado consumo hídrico, recurso muy escaso que se debe optimizar. En este sentido, el riego deficitario controlado (RDC, Mitchell et al., 1984), es una estrategia de riego tendente a optimizar este uso, reduciendo los aportes hídricos en aquellos momentos fenológicos en los que no se afecte a la producción (periodos no críticos) ni a la calidad del fruto cosechado, cubriéndose las necesidades hídricas del cultivo durante el resto del año. Para este trabajo, se ha seleccionado la nectarina (Prunus persica var. Nectarina) extratemprana “Viowhite 5” por su elevado valor comercial y buen calibre para el mercado europeo y porque el RDC tiene mayor interés en variedades extratempranas, en la poscosecha (un periodo no crítico) las necesidades hídricas suponen en torno al 70% de las totales del año. Además, se ha comprobado que en melocotón, albaricoque, almendra y cítricos (Mitchell et al., 1982; González-Altozano et al., 1999; Pérez-Pastor et al., 2007) una reducción del riego en ciertas etapas del cultivo, no deteriora la calidad del fruto.

Por otra parte, los cambios en los hábitos de vida han hecho que el consumidor demande productos vegetales frescos y saludables cuyo consumo se facilite al no requerir una preparación previa, como sucede con los mínimamente procesados en fresco (Artés et al., 2009).

Por todo ello, el objetivo global de este trabajo fue en estudiar la influencia del RDC sobre la calidad global y contenido en vitamina C de la nectarina mínimamente procesada y conservada 8 días a 5ºC.

Material y Métodos

El cultivo de nectarina “Viowhite 5” se desarrolló en una parcela en plena producción comercial (Molina de Segura, Murcia). En la campaña 2010-2011 se aplicaron tres tratamientos de riego: testigo (T), regado al 100% de la evapotranspiración (ETc) que supondría un consumo de 7.541 m3, sobrerregado (S), con el 120% de la ETc, simulando el riego de un agricultor medio y un RDC (riego durante todo el ciclo como el T excepto durante el crecimiento del fruto y en el período precosecha, donde fue de un 80 y 60% del T, respectivamente, significando 3.282 m3 de ahorro de agua en todo el cultivo). Los frutos de cada tratamiento se trasladaron a la Planta Piloto del Grupo de Postrecolección y Refrigeración de la Universidad Politécnica de Cartagena donde se almacenaron a

1008

0ºC y 95% HR. Al día siguiente, en una cámara desinfectada y climatizada a 8ºC se eliminaron los frutos con defectos y los sanos se lavaron durante 1 min con una disolución de agua con NaClO (150 ppm) a 5ºC, se enjuagaron con agua de la red a 5ºC y se cortaron en 6-8 piezas mediante cuchillas afiladas. Las piezas se envasaron en tarrinas de polipropileno termoselladas en la parte superior con un film de polipropileno biorientado de 35 µ selectivamente permeable a los gases, en las que se conservaron 8 días a 5ºC. Al inicio y tras 5 y 8 días se efectuaron las siguientes determinaciones: Atributos químicos. En el zumo extraído mediante una licuadora (Moulinex, Barcelona, España) de las piezas de cada tratamiento se analizaron los sólidos solubles totales (SST) con un refractómetro (Atago N1, Tokio, Japón), pH (pH-metro Basic 20 Crison, Barcelona, España) y acidez titulable (AT) con un titulador automático (Metrohm716, DMS Titrino, Suiza). Vitamina C. Se siguió el procedimiento descrito por Wright y Kader (1997) basado en el método de Zapata y Dufour (1992) con ligeras modificaciones. Las muestras se analizaron en un HPLC (Series 1100 Agilent Technologies, Waldbronn, Germany). Los resultados obtenidos como suma de ácido ascórbico y dehidroascórbico, se expresaron como mg de ácido ascórbico (AA) por 100 g de peso fresco (pf) Recuentos microbiológicos. Se siguieron métodos estándar de evaluación de la calidad microbiológica como describen Allende y Artés (2003) con pequeñas modificaciones. 25 g de muestra de cada tarrina se homogeneizaron en 75 mL de agua de peptona dentro de una bolsa estéril para stomacher (Colworth Stomacher 400, Steward Laboratory, London, UK) durante 1 min para microorganismos patógenos (Salmonella spp., Listeria monocytogenes y Escherichia coli) y 10 g en 90 mL de agua de peptona para no patógenos (psicrófilos, hongos y levaduras). Se realizaron series de diez diluciones en agua de peptona. Se utilizaron los siguientes medios de cultivo y tiempos de incubación: Agar para métodos estándar (plate count agar) para bacterias aerobias psicrófilas, incubadas a 5°C durante 7 días; Agar de extracto de patata (potato dextrose agar) para hongos y levaduras, incubadas a 25ºC durante 5 y 7 días, respectivamente; medio tryptone bile x-glucuronide para E. coli, incubado a 37ºC durante 24h; Salmosyst broth base para Salmonella spp., incubado durante 24h a 37ºC, a continuación se enriqueció con tabletas de suplemento Salmosyst y de nuevo incubado durante 24h a 37ºC y finalmente sembrado en placa Petri sobre agar Rambach; Listeria broth base para Listeria spp., incubado durante 24h a 37ºC y después sembrado sobre agar Oxford e incubado durante 24h a 37ºC. Los recuentos microbiológicos se expresaron en log ufc/g. Análisis sensorial. Un panel entrenado de 5 personas (3 mujeres y 2 hombres, entre 25 y 65 años) utilizó una escala hedónica de 9 puntos para evaluar la apariencia, olor, sabor y textura: 1 extremadamente malo o, en la textura, muy blanda; 3, me disgusta o textura blanda; 5, ni me gusta ni me disgusta o moderada textura (límite de comercialización); 7, me gusta o buena textura y 9, me gusta de manera insuperable o excelente textura. Análisis estadístico. Para cada tratamiento se calculó la media aritmética y su error estándar.


Atributos químicos.

Al inicio, el contenido en SST de las nectarinas RDC fue significativamente mayor que en los frutos T y S (9,97 ± 0,20 ºBrix vs. 8,59 ± 0,24 y 8,56 ± 0,10 ºBrix, respectivamente). Estos valores son similares a los obtenidos en nectarina “Armking” cultivada en invernadero en Murcia (Artés y Salmerón, 1996) y por debajo de la media comercial de aceptación para fruta de hueso en EEUU, si bien “Viowhite” es un cv extratemprano y es característico del mismo un bajo contenido en SST. El tratamiento de riego que más se acercó a ese rango fue el RDC debido a que la reducción hídrica

1009

contribuyó a incrementar los SST (Mpelasoka et al., 2001; Pérez-Pastor et al., 2007). Con la conservación frigorífica, las nectarinas T y S mantuvieron su contenido inicial en SST mientras que en las RDC descendió ligeramente, obteniéndose al final de la conservación, valores similares en todos los tratamientos (Fig. 1). El pH se mantuvo con un valor medio de 3,32 ± 0,01, sin diferencias entre tratamientos de riego o tiempo de conservación (datos no mostrados). En todos los tratamientos, la AT sufrió una tendencia decreciente desde 0,38 hasta 0,17 mg ácido cítrico/100 g pf, estabilizándose a partir del día 5, sin observarse diferencias entre tratamientos (Fig. 2). Este descenso de la AT, confirma la tendencia reportada anteriormente en la supervivencia comercial de nectarina, melocotón y albaricoque sometidos o no a RDC (Artés y Salmerón, 1996; Gelly et al., 2004; Pérez-Pastor et al, 2007), y se justifica por el consumo de ácidos orgánicos como sustratos respiratorios del fruto.

Figura 1. Evolución del contenido en sólidos solubles totales de la nectarina “Viowhite” mínimamente

procesada en fresco durante 8 días a 5ºC.

Figura 2. Evolución de la acidez titulable de la nectarina “Viowhite” mínimamente procesada en fresco durante 8 días a 5ºC.

Vitamina C.

En la evaluación inicial, los frutos sometidos a S y RDC, presentaron una mayor concentración en vitamina C que los T (14,95 ± 0,84 y 14,39 ± 1,26 vs. 12,68 ± 1,00 mg vit C/100 g pf, respectivamente). Tras 5 días de conservación refrigerada, esta diferencia se hizo más evidente,

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

0 5 8

Sólid

os s

olub

les

(º B

rix)

Días a 5ºC

Testigo Sobrerregado RDC

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45

0 5 8

AT

(m

g d

e ác

. cit

rico

/100

g)

Días a 5ºC


1010

aumentando los valores citados. Sin embargo, al final de la vida útil, la degradación de vitamina C llegó a niveles similares en todos los tratamientos, presentando las rodajas de RDC un valor ligeramente más alto (15,62 ± 0,60 vs. 14,20 ± 0,11 y 14,19 ± 0,08 mg vit C/100 g pf en T y S, respectivamente) (Fig. 3). Estos valores son mayores que los rangos habituales reportados para nectarina de entre 8 y 9 mg vit C/100 g de pf (Cantín et al., 2009; Artés y Salmerón, 1996). Estas diferencias pueden deberse a la diferencia genotípica entre variedades, el grado de madurez del producto y/o método analítico utilizado. Además, el estrés provocado por el déficit hídrico indujo un incremento en el contenido de ácido dehidroascórbico, lo que supone un mayor contenido en el cómputo global de vitamina C, como se observó en los frutos RDC.

Figura 3. Evolución del contenido en vitamina C de la nectarina “Viowhite” mínimamente procesada en

fresco durante 8 días a 5ºC. Revisa datos a 5 días.

Recuentos microbiológicos.

En ningún tratamiento se detectó presencia de Salmonella spp., L. monocytogenes o E. coli, cumpliendo así la normativa de la Unión Europea (Regulation EC 1441/2007). En cuanto a los recuentos de mohos y levaduras a lo largo de la vida útil, resultaron inferiores a 2 log ufc/g en todos los tratamientos. En caso de los psicrófilos, tanto en la evaluación inicial como en el día 5 de análisis, los valores obtenidos fueron inferiores a 2 log ufc/g para todos los casos, pero al finalizar la vida útil tanto en los frutos T como en los S, hubo un ligero crecimiento que no afectó a la calidad microbiológica ya que éstos recuentos fueron muy bajos (Tabla 1). Este mínimo crecimiento en los diferentes grupos microbianos fue debido, sin duda, a la buena manipulación en la cosecha (recolección, carga/descarga y transporte) y a la asepsia mantenida durante el procesado en fresco.

Tabla 1. Crecimiento de microorganismos psicrófilos durante la vida útil de la nectarina “Viowhite” mínimamente procesada en fresco.

Tratamiento DÍAS 0 y 5 DÍA 8

TESTIGO < 2 log ufc/g 2,61 ± 0,14

SOBRERREGADO < 2 log ufc/g 2,36 ± 0,17

RDC < 2 log ufc/g < 2 log ufc/g

0

5

10

15

20

25

30

35

0 5 8

mg

Vit

C/1

00 g

pf

Días a 5ºC


1011

Análisis sensorial.

La calidad global de las nectarinas sometidas a los distintos riegos fue similar en el día 0 (entre 7,64 y 7,79). Conforme se extendía la vida útil, estos valores se redujeron, en particular en los frutos T consecuencia del pardeamiento y la deshidratación en pulpa (5,71 ± 0,36 vs. 6,64 ± 0,44 y 6,00 ± 0,44 para los S y RDC, respectivamente). Estos defectos se hicieron más acusados al final de la conservación, no encontrándose diferencias entre los diversos tratamientos de riego, con valores de 5,17 a 5,50, ligeramente superiores al límite de comercialización (datos no mostrados).

Conclusiones

La aplicación de RDC en nectarina “Viowhite”, con un ahorro aproximado de 3.282 m3 de agua en su cultivo, no afectó negativamente a la calidad del fruto, permitiendo su procesado mínimo en fresco, su conservación durante 8 días a 5ºC y proporcionando unas rodajas con un contenido en vitamina C, ligeramente superior al resto de tratamientos de riego.

Agradecimientos

Se agradece al Ministerio de Ciencia e Innovación-FEDER la financiación (proyecto AGL2010-19201-C04-02-AGR) y la beca predoctoral de N. Falagán, y al Instituto de Biotecnología Vegetal de la UPCT la utilización de algunos equipos.

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1013

Caracterización de la forma del fruto en una colección de berenjena mediante un programa de análisis de imagen

M. Hurtado, S. Vilanova, M. Plazas, P. Gramazio, I. Andújar, F.J. Herraiz y J. Prohens

Instituto de Conservación y Mejora de la Agrodiversidad Valenciana, Universitat Politècnica de València, Camino de Vera 14, 46022 Valencia, e-mail: [email protected]

Resumen

La forma del fruto es un carácter de gran relevancia en la mejora genética de la berenjena (Solanum melongena). Los descriptores morfológicos tradicionales proporcionan una información limitada sobre este carácter complejo. Recientemente, se ha desarrollado una herramienta informática (Tomato Analyzer) para el procesado de imágenes escaneadas de frutos de tomate (S. lycopersicum) cortados. Mediante el Tomato Analyzer es posible obtener datos cuantitativos y objetivos de un considerable número de parámetros relacionados con la forma del fruto. En este trabajo hemos utilizado la herramienta informática Tomato Analyzer para la evaluación de la forma del fruto de una colección de 21 variedades tradicionales de berenjena de cuatro tipos varietales (Redondo, Listada de Gandía, Semilargo, y Largo). Para cada variedad se han caracterizado 20 frutos y para cada uno de ellos se ha tomado el peso, longitud y anchura del fruto y 23 parámetros de forma del fruto obtenidos mediante el Tomato Analyzer. Se han encontrado diferencias significativas entre variedades para todos los caracteres, excepto para la Altura de hombros. También se encuentran diferencias considerables entre grupos varietales para un amplio número de caracteres. Los valores de heredabilidad son relativamente elevados para la mayoría de caracteres, indicando que la selección para forma de fruto será eficiente. El análisis de componentes principales (ACP) muestra que las variedades de cada uno de los cuatro tipos varietales se agrupan conjuntamente en zonas separadas del gráfico ACP. La aplicación del análisis discriminante muestra que un 57.14% de los frutos individuales se asignan correctamente a su variedad y un 21.67% a otras accesiones de su grupo varietal. Estos datos sugieren que para una adecuada caracterización de una accesión deben utilizarse varios frutos. Los resultados obtenidos indican que el programa de análisis de imágenes Tomato Analyzer es de gran utilidad para la caracterización fenotípica de la forma del fruto en germoplasma de berenjena, así como para la selección y mejora genética de este cultivo.

Palabras clave: germoplasma, mejora genética, selección, Solanum melongena, Tomato Analyzer

Characterization for fruit shape in a collection of eggplant by means of an image analysis software

Abstract

Fruit shape is a trait of great relevance in eggplant (Solanum melongena) breeding. Traditional morphological descriptors provide limited information on this complex trait. Recently, a software tool (Tomato Analyzer) for the processing of scanned images of cut tomato (S. lycopersicum) fruits has been developed. By means of Tomato Analyzer it is possible to get quantitative and objective data for a large number of fruit shape traits. Here, we have used the Tomato Analyzer software tool for the evaluation of fruit shape in a collection of 21 traditional varieties of eggplant from four varietal groups (Round, Listada de Gandía, Semi-long, and Long). For each variety 20 fruits, for which the fruit weight, length, and width and 23 fruit shape parameters have been obtained using the Tomato Analyzer, have been characterized. We have found significant differences among varieties for all traits, except for Shoulders height. In addition, considerable differences have been found among varietal groups for many parameters. Heritability values are relatively high for most traits, indicating that selection for fruit shape will be efficient. The principal components analysis (PCA) shows that varieties of each of the four varietal groups plot together in separate areas of the PCA graph. The application of discriminant analysis shows that 57.14% of the individual fruits are correctly assigned to its variety and 21.67% to its varietal group. These data suggest that for an adequate characterization of an accession, several fruits per variety should be used. The results obtained indicate that the Tomato Analyzer image software tool is of great utility for the

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phenotypic characterization of fruit shape in eggplant germplasm, as well as for the selection and breeding of this crop.

Keywords: germplasm, breeding, selection, Solanum melongena, Tomato Analyzer

Introducción

La forma del fruto es un carácter de gran importancia en la mejora genética de la berenjena (Solanum melongena L.) (Daunay, 2008). De hecho, la clasificación de variedades en este cultivo se realiza fundamentalmente por la forma del fruto (Nunome et al., 2001; Daunay, 2008; Marín, 2013). Dentro del material vegetal de berenjenas, comúnmente se consideran los grupos varietales Redondo, Semilargo y Largo (Nunome et al., 2001; Prohens et al., 2005; Tümbilen et al., 2011; Marín, 2013). A éstos se añade el grupo varietal Listada de Gandía, muy importante en nuestro país (Muñoz-Falcón et al., 2008). Cada uno de estos grupos es genéticamente bastante heterogéneo (Prohens et al., 2005; Muñoz-Falcón et al., 2008, 2011), por lo que existen amplias oportunidades de selección entre y dentro de grupo varietal.

Los estudios de caracterización de la forma del fruto en berenjena generalmente se han basado en caracteres sencillos medidos manualmente como pueden ser la longitud o anchura (IBPGR, 1990; Nunome et al., 2001; Doganlar et al., 2002; Prohens et al., 2005). Sin embargo, estos caracteres a pesar de ser fáciles de medir no permiten una caracterización precisa de la forma del fruto, la cual es necesaria para diferentes objetivos, incluyendo la selección y mejora genética de este carácter y la descripción de cultivares y accesiones de germoplasma (Costa et al., 2011). Recientemente, se ha desarrollado un programa de análisis de imagen denominado Tomato Analyzer (Brewer et al., 2006; Gonzalo y van der Knaap, 2008; Rodríguez et al., 2010), que permite determinar un amplio número de caracteres de forma del fruto a partir de imágenes escaneadas de frutos cortados. Aunque este programa originalmente se diseñó para el análisis morfológico y morfométrico de frutos de tomate (S. lycopersicum L.), para lo cual se ha mostrado muy útil (Gonzalo y van der Knaap, 2008; Gonzalo et al., 2009; Mazzucato et al., 2010; Rodríguez et al., 2011), también ha mostrado ser muy útil en la caracterización de la forma del fruto en otras especies, como papaya (Blas et al., 2012). Recientemente, hemos utilizado el programa Tomato Analyzer para estudiar la forma del fruto en familias obtenidas a partir del cruzamiento entre S. melongena y S. aethiopicum L., encontrándose un amplio número de diferencias entre parentales y los respectivos híbridos (Prohens et al., 2012).

En este trabajo llevamos a cabo la caracterización de la forma del fruto en un conjunto de variedades de berenjena de distintos grupos varietales mediante el programa Tomato Analyzer. El objetivo es evaluar la diversidad para forma del fruto en materiales de berenjena, así como la utilidad de este programa de análisis de imagen para la caracterización, selección y mejora genética de la forma del fruto en berenjena.

Material y Métodos

Se utilizaron 21 variedades de berenjena del banco de germoplasma de la Universidad Politécnica de Valencia correspondientes a cuatro grupos varietales: Redondo (4 accesiones), Listada de Gandía (7 accesiones), Semilargo (4 accesiones), y Largo (6 accesiones). Estas variedades se cultivaron al aire libre en 2011 en la Estación Experimental Agraria de Carcaixent (Valencia) utilizando las prácticas habituales para este cultivo.

De cada variedad se recolectaron 20 frutos al azar en el estado de madurez comercial. Para cada uno de los frutos se tomó el peso mediante una balanza y la longitud y anchura con una regla siguiendo los protocolos habituales de caracterización manual (IBPGR, 1990). Una vez tomados dichos datos, los frutos se cortaron longitudinalmente y se escanearon. Las imágenes escaneadas fueron analizadas morfométricamente mediante el programa Tomato Analyzer versión 3.0 (Rodríguez et al., 2010), evaluándose 23 caracteres de forma (Tabla 1).

1015

Para cada carácter se realizó un análisis de la varianza determinándose la significación de las diferencias entre variedades y entre grupos varietales. Se calculó la heredabilidad en sentido amplio (H2) a partir de las estimas de varianza genotípica y fenotípica (Wricke y Weber, 1986). Para los valores medios de cada variedad, se realizó un análisis de componentes principales (ACP) a partir de los datos estandarizados usando distancias euclídeas entre variedades. También se llevó a cabo un análisis discriminante con objeto de verificar la clasificación correcta de frutos individuales a su correspondiente variedad.


Se han encontrado diferencias altamente significativas (P<0.001) entre las 21 variedades de berenjena estudiadas para 24 de los 26 caracteres estudiados (Tabla 1). Para la Excentricidad proximal se encontraron diferencias significativas (P<0.05), mientras que para la Altura de hombros no se detectaron diferencias significativas. Estos resultados muestran la existencia de una alta diversidad dentro de la berenjena para múltiples aspectos de la forma del fruto.

Tabla 1. Media, significación de las diferencias entre variedades y entre grupos de variedades y heredabilidad en sentido amplio (H2) para los caracteres de fruto estudiados y su descripción. Todos los caracteres, excepto los tres primeros (Peso, Anchura, y Longitud) han sido medidos con la herramienta informática Tomato Analyzer (Brewer et al., 2006; Gonzalo y van der Knaap, 2008; Rodríguez et al., 2010).

Carácter Media Diferencias

entre variedadesa

Diferencias entre

gruposa H2

Peso (g) 232 *** ns 0.28 Anchura (cm) 6.71 *** *** 0.66 Longitud (cm) 15.6 *** *** 0.73 Perímetro (cm) 28.3 *** *** 0.58

Área (cm2) 36.8 *** ** 0.29 Anchura a mitad de altura (cm) 4.30 *** *** 0.72

Anchura máxima (cm) 4.99 *** * 0.44 Altura a mitad de anchura (cm) 10.1 *** *** 0.66

Altura máxima (cm) 10.5 *** *** 0.70 Forma del fruto 1 2.27 *** *** 0.78 Forma del fruto 2 2.75 *** *** 0.85

Forma bloque proximal 0.66 *** *** 0.54 Forma bloque distal 0.89 *** *** 0.74

Triangularidad 0.76 *** ns 0.34 Forma elipsoide 0.62 *** *** 0.81 Forma circular 0.82 *** *** 0.70

Forma rectangular 0.47 *** * 0.26 Altura de hombros 0.0054 ns ns 0.01

Forma obovoide 0.30 *** *** 0.65 Forma ovoide 0.0049 *** ns 0.53 Excentricidad 0.77 *** ns 0.13

Excentricidad proximal 0.90 * ns 0.04 Excentricidad distal 0.90 *** *** 0.19

Índice de forma interno 2.76 *** *** 0.85 Índice de área excéntrica 0.44 *** *** 0.64

Esbeltez 24.6 *** *** 0.83 a ***, **, *, ns, indican significativo a un nivel de probabilidad P<0.001, P<0.01, P<0.05 y no significativo, respectivamente

Aunque varios trabajos han estudiado la forma del fruto en berenjena (Nunome et al., 2001; Doganlar et al., 2002; Prohens et al., 2005; Tümbilen et al., 2011), este es el primer trabajo en el que se estudia

1016

de forma detallada la diversidad de la forma del fruto en una colección de germoplasma de berenjena utilizando un programa de análisis de imagen. Los resultados confirman que, al igual que en tomate (Gonzalo y van der Knaap, 2008; Gonzalo et al., 2009; Mazzucato et al., 2010; Rodríguez et al., 2011), el programa informático Tomato Analyzer es una herramienta útil para estudiar la forma del fruto en berenjena.

También hemos encontrado importantes diferencias entre grupos de cultivares para caracteres de forma del fruto (Tabla 1). Los grupos varietales en berenjena se caracterizan por la forma del fruto (Nunome et al., 2001; Prohens et al., 2005; Daunay, 2008; Marín, 2013), por lo que la existencia de diferencias importantes entre grupos varietales es esperable. Así, se encuentran diferencias altamente significativas (P<0.001) entre grupos de cultivares para 17 caracteres, y significativas (P<0.01 o P<0.05) para 3 caracteres. Finalmente, para seis caracteres (Peso, Triangularidad, Altura de hombros, Forma ovoide, Excentricidad, y Excentricidad proximal) no se encuentran diferencias significativas entre grupos varietales (Tabla 1).

La heredabilidad de los caracteres estudiados ha variado entre 0.01 para la Altura de hombros y 0.85 para el Índice de forma interno (Tabla 1). Para 10 caracteres se obtiene valores de heredabilidad altos (≥0.70), indicando que la selección por forma del fruto entre variedades es muy eficaz. Estos resultados contrastan con los obtenidos por Prohens et al. (2012) en generaciones segregantes en familias interespecíficas entre S. melongena y S. aethiopicum L., en que se encuentran bajos valores de heredabilidad, los cuales se atribuyeron al pequeño tamaño de fruto de estas generaciones segregantes interespecíficas.

El ACP muestra que la primera y segunda componentes principales explican, respectivamente, un 64.3% y un 13.1% de la variación total (Figura 1). La primera componente está correlacionada positivamente con caracteres relacionados con anchura de fruto y forma redondeada y negativamente con caracteres de forma alargada. La segunda componente está correlacionada positivamente con tamaño de fruto y negativamente con forma triangular y ovoide.

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Figura 1. Relaciones entre las variedades de berenjena estudiadas basado en 26 caracteres de fruto según

las dos primeras componentes principales. La primera (eje de abscisas, X) y segunda (eje de ordenadas, Y) componentes explican, respectivamente, el 64.3% y 13.1% de la variación total. Los distintos grupos de cultivares se representan por los siguientes símbolos: Redondo (círculo), Listada de Gandía (cuadrado),

Semilargo (triángulo) y Largo (rombo).

1017

La representación de las accesiones en el gráfico ACP muestra que los cuatro grupos varietales se sitúan en diferentes zonas del gráfico, en particular en lo que respecta a la primera componente (Figura 1). Así, las accesiones de tipo Largo y Semilargo presentan valores negativos para esta primera componente, mientras que los grupos varietales Listada de Gandía y Redondo presentan valores positivos. Estos resultados muestran que, al igual que ocurre con la morfología general de la planta usando descriptores estandarizados (Prohens et al., 2005) el análisis ACP de la forma del fruto separa los distintos tipos varietales de este cultivo.

El análisis discriminante revela, que mediante los 26 caracteres estudiados se clasifican correctamente a su accesión un 57.14% de frutos (Tabla 2). En particular, en los tipos Redondo y Largo, se consiguen porcentajes de clasificación correcta muy altos (73.75% y 66.67%, respectivamente). Teniendo en cuenta el alto número de variedades estudiadas y que algunas de ellas son morfológicamente y genéticamente muy similares (Prohens et al., 2005; Muñoz-Falcón et al., 2008) se trata de unos porcentajes de clasificación correcta muy elevados. Si se considera la asignación a otras accesiones del mismo tipo varietal, los valores de clasificación correcta aumentan considerablemente (Tabla 2). Sin embargo, para los grupos Listada de Gandía y Semilargo un número considerable de frutos se clasifican en otros grupos varietales (27.14% y 46.25%, respectivamente). Estos datos indican que existe una considerable variación dentro de accesión para forma del fruto, por lo que para una caracterización correcta de la forma del fruto de una accesión concreta deberían de utilizarse varios frutos.

Tabla 2. Clasificación de los frutos de las accesiones de los distintos grupos varietales según el análisis discriminante, indicando el porcentaje de casos correctamente clasificados en su accesión, los clasificados en

otras accesiones del mismo grupo varietal, y los clasificados en accesiones de otro grupo varietal.

Grupo varietal Correctamente clasificados (%)

Incorrectamente clasificados (%) Mismo grupo varietal Otro grupo varietal

Redondo 73.75 13.75 12.50 Listada de Gandía 48.57 24.29 27.14

Semilargo 41.25 12.50 46.25 Largo 66.67 30.00 3.33 Total 57.14 21.67 21.19

Conclusiones

El uso del programa de análisis de imagen Tomato Analyzer muestra que existe una gran variación para la forma del fruto, la cual se puede caracterizar de forma detallada. Así, se encuentra que incluso dentro de un mismo grupo varietal existen diferencias considerables en la forma. Los valores elevados de heredabilidad obtenidos para muchos caracteres muestran que la selección de la forma del fruto en este cultivo será altamente eficiente. El análisis ACP muestra que, a pesar de existir importantes diferencias dentro de grupo varietal, los grupos varietales se distinguen según la forma del fruto. Por otra parte, el análisis discriminante muestra que se obtienen altos valores de clasificación correcta de frutos individuales. En conjunto los resultados muestran que el análisis de la forma del fruto de berenjena mediante el programa de análisis de imagen Tomato Analyzer puede ser de gran utilidad en la caracterización, selección y mejora genética de la forma del fruto en berenjena.

Agradecimientos

Los trabajos aquí presentados han sido financiados por el Ministerio de Economía y Competitividad (proyecto AGL2012-34213) y por la Universitat Politècnica de Valencia (proyectos SP20120681 y PAID-06-11 Nr. 2082). Se agradece a la Estación Experimental Agraria de Carcaixent (IVIA) y a al Fundación Agroalimed el suministro de los frutos utilizados.

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