¿Cómo afecta la interceptación de la luz al rendimiento y la calidad de la fruta, particularmente si los árboles se cultivan bajo paneles solares? Los investigadores de AgVic están utilizando tecnología de detección y rango de luz (tecnología LiDAR) para averiguarlo. Hoy en día, la detección y rango de luz (LiDAR) se utiliza comúnmente para detectar la distancia a un objeto.
En horticultura, podemos usar un escáner LiDAR para crear un gemelo digital del dosel del huerto con la ubicación exacta de cada hoja y pieza de fruta, y luego estimar la distribución de la luz a través del dosel desde la posición del sol en el cielo.
La interceptación de la luz y sus efectos en el rendimiento y la calidad de la fruta se están midiendo como parte del proyecto PIPS 4 Profit Pear production systems for future climates (AP22002). Aprovechando la oportunidad de trabajar con el equipo del proyecto de Agriculture Victoria, el estudiante visitante de la Universidad de Pisa, Lorenzo Bonzi, utilizó la tecnología LiDAR para escanear el experimento de agrivoltaicos en la Tatura SmartFarm y estimar los efectos de los paneles solares del experimento en la distribución de la luz a través del dosel de los árboles.
La agricultura agrivoltaica es la práctica de cultivar bajo paneles solares. En los huertos de manzanas y peras, la agrivoltaica tiene el potencial de mejorar la calidad de la fruta y el rendimiento comercializable al proteger los árboles y la fruta de daños mientras se genera electricidad.
El experimento agrivoltaico en la Tatura SmartFarm se está llevando a cabo en un bloque de peras ruborizadas ANP-0118 (comercializadas como Lanya™) de 10 años de antigüedad.
Los árboles están injertados en patrón BP1 y entrenados en una espaldera abierta de Tatura, con un espaciamiento de 1 metro entre árboles y 4.5 metros entre filas, respectivamente, y las filas están orientadas de norte a sur. Los paneles solares estáticos están montados en estructuras elevadas que abarcan 10 árboles.
Hay tres réplicas de tres tratamientos: control (es decir, sin paneles solares), matrices de paneles orientadas al oeste con un ángulo de 45° desde el plano horizontal (45W) y matrices de paneles orientadas al oeste con un ángulo de 5° desde el plano horizontal (5W) (ver Figura 1).
Figura 1: El experimento de agrivoltaicos en la Tatura SmartFarm. Hay tres tratamientos que consisten en un control (es decir, sin paneles solares), paneles orientados al oeste con un ángulo de 45° desde el plano horizontal, y paneles orientados al oeste con un ángulo de 5° desde el plano horizontal.
Se escaneó una réplica de cada uno de los tres tratamientos utilizando un LiDAR estacionario (BLK360 G1, Leica Geosystems Ag, Heerbrugg, Suiza, ver Figura 2) montado a 1,5 m del nivel del suelo en un trípode equipado con un indicador de nivel horizontal. A esta altura, el escáner estaba aproximadamente a mitad de la altura del árbol para interceptar toda la estructura del árbol y los paneles.
Para obtener la mejor resolución de imagen, el LiDAR se operó en condiciones de cielo nublado para evitar la luz solar directa y el brillo excesivo. Los escaneos se realizaron en los lados este y oeste de la fila. Se obtuvieron dos escaneos por lado para cada tratamiento.
Los escaneos adquiridos se subieron a una computadora y se procesaron fusionando las imágenes para crear una representación de ‘nube de puntos’ de los árboles, los paneles solares y la infraestructura de soporte. Luego, los archivos de la nube de puntos se subieron al software de código abierto CloudCompare (v. 2.13 alpha, Grenoble, Francia), para determinar la distribución de la luz en el dosel a lo largo de la temporada de crecimiento.
Figura 2: El escáner LiDAR utilizado para capturar datos de 'nube de puntos' de los perales en el experimento de agrivoltaicos.
La distribución de la luz en el dosel para los tratamientos de control, 45W y 5W se muestra en la Figura 3. La iluminación del dosel fue mayor en el tratamiento de control, seguida por el tratamiento 45W y luego fue menor en el tratamiento 5W. La iluminación promedio en la sección superior del dosel en el tratamiento de control fue de aproximadamente un 58% de la luz solar no obstruida en comparación con aproximadamente un 35% y un 22% en los tratamientos 45W y 5W, respectivamente.
En la sección inferior del dosel, la iluminación promedio fue mucho menor, aproximadamente un 8%, un 6% y un 1% en los tratamientos de control, 45W y 5W, respectivamente. Esto probablemente afectaría la fotosíntesis de las hojas, ya que más hojas estaban por debajo de la saturación de luz en los tratamientos agrivoltaicos.
Independientemente del tratamiento agrivoltaico, la iluminación de las hojas fue mayor en el exterior en comparación con el interior de la forma en V, aunque el rango fue mayor en el interior. Esto podría tener impactos significativos en la consistencia del desarrollo del color del rubor en la fruta y la formación de yemas florales.
Figura 3: Distribución de la luz en el dosel en el experimento de agrivoltaicos en la Tatura SmartFarm, mostrando la iluminación en el control (izquierda), el tratamiento 45W (centro) y el tratamiento 5W (derecha). Los datos en esta figura fueron generados a partir de un escáner LiDAR combinado con un modelo de posición del sol.
Se tomaron mediciones adicionales del tamaño de la fruta y del color de la piel en diferentes zonas verticales, y se compararán con las estimaciones del entorno lumínico. Anticipamos que esto comenzará a construir una relación funcional entre la luz y el color.
En particular, los paneles solares sombrean completamente la fruta en ciertos momentos del día, independiente de la altura de la fruta en el dosel. Esto no solo influirá fuertemente en la cantidad absoluta de luz solar disponible para el desarrollo del color de la fruta, sino que también para la fotosíntesis de las hojas.
Los efectos perjudiciales del sombreado excesivo causado por los paneles solares en la pigmentación roja de la fruta y en la floración de retorno, pueden aprovecharse a favor de los cultivadores si los paneles solares se instalan sobre cultivares de peras (o manzanas) con requisitos de mercado para cáscara verde.
Alternativamente, se podría utilizar tecnología de paneles solares foto-selectivos que transmitan longitudes de onda de luz solar críticas para el rendimiento y la calidad de la fruta, o incluso paneles maniobrables que se posicionen para exponer o proteger la fruta según el clima y la fenología.
De cualquier manera, las nubes de puntos obtenidas con escáneres LiDAR permiten modelar las respuestas lumínicas de los cultivares de manzanas y peras bajo diferentes configuraciones agrivoltaicas y de mallas para huertos, y pueden proporcionar información valiosa y objetiva sobre la utilidad del cultivo protegido para mejorar los beneficios de los productores.
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