Nanotecnología: llegando a un invernadero cerca de usted

Se instalan películas de puntos cuánticos luminiscentes de color naranja UbiGro-Inner 600 sobre pepinos en este invernadero en Leamington, Canadá. Fotos: UbiQD, Inc.

Entre la nanotecnología, la inteligencia artificial (IA) y la avalancha interminable de aplicaciones diseñadas para ayudar a entender los datos, puede parecer que la tecnología se está apoderando del mundo, incluso en el invernadero.

Sin embargo, están sucediendo algunas cosas interesantes en el nanoespacio y podrían proporcionar una ventaja competitiva para su operación. He aquí un vistazo a algunos usos emergentes de la nanotecnología en el invernadero.

Si bien puede parecer nueva, la nanotecnología como ciencia existe desde hace algún tiempo. Según la Iniciativa Nacional de Nanotecnología (NNI), la nanotecnología moderna comenzó a principios de la década de 1980 e incluye “ciencia, ingeniería y tecnología realizadas a nanoescala, que oscila entre 1 y 100 nanómetros”. Los nanómetros se abrevian como "nm". A modo de referencia, NNI explica que una hoja de periódico tiene un grosor de unos 100.000 nm.

Los fertilizantes, los tratamientos contra plagas y las soluciones de micronutrientes son caros y nadie quiere desperdiciarlos. Las nanopartículas agrícolas se centran en aplicaciones para una mejor biodisponibilidad y una absorción más eficiente por parte de las plantas.

Uno de los usos crecientes son los nanofertilizantes. Los nanofertilizantes no son sólo pequeños trozos de fertilizante normal. Piense en lugar de un camión de reparto de tamaño nanométrico para aumentar la eficiencia de la absorción de nutrientes. Aunque pequeña, en el ámbito de 10 a 100 nm, una nanopartícula sigue siendo cientos de veces más grande que un ion de calcio u otro nutriente. Las cargas electrostáticas atraen estos iones a la nanopartícula, cargándola de hecho.

El Dr. Landon Bunderson, director científico de Aqua-Yield, explica que las nanopartículas "aprovechan el mecanismo ya existente de endocitosis para entregar mayores cargas útiles a la célula". Es un método que tienen las plantas para hacer pasar partículas más grandes a través de la pared celular, partículas que son demasiado grandes para atravesar la membrana celular por otros métodos. Cuando el nanofertilizante atraviesa la pared celular, esta partícula sobrealimentada que contiene nutrientes está disponible para la planta.

Las nanopartículas no se limitan a los fertilizantes: pueden usarse para mejorar la administración de insecticidas, fungicidas y otros tratamientos. Iniciadores de raíces, calcio, potasio, cualquiera que sea el material, Bunderson dice que las nanopartículas pueden ayudar.

Una mejor entrega de nutrientes y mayores tasas de absorción generan beneficios, que incluyen una mayor masa de raíces, un menor uso de fertilizantes y aditivos, mayores rendimientos y tiempos de ciclo de cultivo más rápidos. Las nanopartículas se pueden utilizar en todas las fases de crecimiento, desde ayudar en la germinación y el establecimiento hasta el acabado, y son rentables.

"Todo el mundo tiene un problema de absorción", dice Bunderson, aunque los productores no suelen plantearlo de esa manera. Hacer llegar nutrientes y tratamientos al tejido vegetal es un problema de absorción. Con la capacidad de integrarse perfectamente en los sistemas de aplicaciones actuales, los usuarios de nanopartículas están obteniendo excelentes resultados.

Los productores pueden mezclar nanopartículas con sus sistemas de fertirrigación existentes. A medida que se observen los resultados, ajuste las tasas de aplicación para reflejar las nuevas eficiencias.

Las nanoburbujas están aquí y pueden hacer más que aumentar el oxígeno disuelto. Las nanoburbujas aumentan y estabilizan el oxígeno disponible para las plantas en la rizosfera, lo que da como resultado sistemas de raíces más robustos y plantas más sanas, pero ese no es su único beneficio. El aumento de oxígeno en la zona de la raíz cambia el ambiente hacia una situación aeróbica y favorece a las bacterias beneficiosas sobre las dañinas.

Davey Rock es el Gerente de Desarrollo Comercial de Moleaer para el Medio Oeste de EE. UU. Dice que una razón común por la que los productores incluyen nanoburbujas en su sistema es para mitigar la biopelícula y reducir el mantenimiento de la línea. Las nanoburbujas, debido a su fuerte carga negativa y su superficie dura y estable, son una forma eficiente y segura de minimizar los problemas de biopelículas en su operación.

Rock explica que las nanoburbujas también son oxidantes y liberan un radical hidroxi cuando explotan. En un estudio de caso, los niveles de Pythium se redujeron en un 81 % en comparación con el agua no tratada en el mismo lugar. Mayores rendimientos, tiempos de ciclo de cultivo más rápidos y menos problemas de enfermedades hacen que valga la pena estudiar las nanoburbujas.

Nuestro sol produce luz en muchas longitudes de onda, pero como saben los productores, no todas son igualmente eficientes para la fotosíntesis.

UbiGro es una empresa que produce una película flexible que utiliza nanotecnología para alterar la luz solar entrante, absorbiendo un fotón ultravioleta o azul y emitiendo un fotón naranja/rojo en su lugar. El proceso se llama fotoluminiscencia y la película brilla con la luz del sol, preservando el brillo y la intensidad del sol en el invernadero en lugar de filtrarlo o bloquearlo. El Dr. Damon Hebert es el Director de Investigación Agrícola de UbiGro.

"Podemos hacerlo mejor que la luz solar en términos de espectro", afirma.

Utilizando una tecnología llamada puntos cuánticos, que también se encuentra en otras aplicaciones como televisores de alta gama, la película reemite luz en longitudes de onda más eficientes y la difunde, creando un entorno más eficiente para que crezcan las plantas.

La película de puntos cuánticos mejora la luz existente y aumenta la eficiencia, pero no la aprovecha más. La película es una tecnología pasiva: no se conecta nada a la pared. Aproximadamente la mitad de los clientes también utilizan iluminación artificial, dice Hebert, para aumentar la duración del día o la cantidad total de luz disponible, lo que se conoce como Daily Light Integral (DLI).

"El resultado final es impulsar un aumento del rendimiento", afirma Hebert. "Hemos visto aumentos de rendimiento de +5% a +25% en una amplia variedad de cultivos, con tiempos de recuperación de menos de dos años para vegetales de alto valor y una o dos cosechas para cultivos medicinales de alto valor".

Estas películas están diseñadas para su instalación en estructuras existentes, desde casas circulares de baja tecnología hasta grandes invernaderos diseñados. Se han probado en una amplia variedad de cultivos en todo el mundo, incluidos cannabis, fresas, lechuga, tomates y microverduras. La nanotecnología puede parecer una tecnología fantástica sólo para los mayores productores, pero eso está lejos de la verdad. Los nanofertilizantes, nanoburbujas y nanopelículas son escalables y utilizables por pequeños y grandes productores. Con los crecientes costos de los insumos y la energía, un poco más de eficiencia es más que bienvenido.

Andy Wilcox es un floricultor y escritor independiente apasionado por la salud del suelo, los pequeños productores, la silvicultura y la horticultura. Él y su socio dirigen Stone's Throw Flowers y ofrecen arreglos florales cortados a clientes minoristas y mayoristas. Andy es un miembro activo de la Coalición de Agricultores Veteranos de Wisconsin. Vea todas las historias del autor aquí.