Un grupo de investigadores de la Universidad Nacional de Cuyo (UNCuyo), de Mendoza, Argentina, liderado por la doctora en Ciencias Biológicas mendocina Liliana Estela Martínez, diseñó un innovador sistema de calefacción directa que permite sostener y controlar una temperatura constante en viñedos, escalando desde la temperatura ambiente hasta aumentos entre 1,55 °C como el incremento más pequeño registrado y 2,81 °C como el mayor (la hipótesis científica de máxima es que la temperatura global a fines del siglo XXI podría aumentar 2,5° C si es que no se logra limitar la emisión de los gases de efecto invernadero que provocarían esa situación). Esta técnica constituye una valiosa herramienta para investigar la influencia del cambio climático en la fisiología de la vid y desarrollar soluciones que garanticen la sostenibilidad de la industria. El avance científico de los investigadores mendocinos fue reconocido a nivel global y publicado recientemente en la revista técnica OenoOne de la Sociedad Internacional de Viticultura y Enología (IVES por sus siglas en inglés).
El cambio climático representa un desafío global que afecta de manera directa a la vitivinicultura. El aumento de las temperaturas modifica el ciclo de la vid, acelera la madurez de las uvas y pone en riesgo la calidad y el rendimiento de los cultivos. Estos cambios también incrementan la probabilidad de heladas tardías, proliferación de plagas y enfermedades, y afectan la biodiversidad del ecosistema vitivinícola. La adaptación a estas nuevas condiciones es crucial para mantener la producción de vinos de alta calidad y conservar la tipicidad regional de los mismos.
Según las proyecciones del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC), las temperaturas en Mendoza, Argentina, podrían aumentar entre 1,5 °C y 2,5 °C para finales del siglo XXI. Estos cambios podrían alterar significativamente la zonificación vitícola regional y afectar la idoneidad de ciertas áreas para el cultivo de la vid.
Ante este escenario, un grupo de investigadores de la Universidad Nacional de Cuyo (UNCuyo) ha desarrollado un innovador sistema de calefacción directa y activa diseñado para un control preciso de la temperatura en viñedos. Este sistema sirve como una herramienta valiosa para investigar la influencia del cambio climático en la fisiología de la vid y, en consecuencia, las características del vino resultante, y abre nuevas posibilidades para implementar estrategias de adaptación eficaces en la viticultura.
El grupo de investigadores mendocinos está conformado por Liliana Estela Martínez (Cátedra de Fisiología Vegetal de la Facultad de Ciencias Agrarias (FCA) de la Universidad Nacional de Cuyo (UNCuyo) y Laboratorio de Fisiología Vegetal y Microbiología IBAM-UNCuyo); Miguel Ángel Cirrincione (Cátedra de Fisiología Vegetal y Microbiología FCA-UNCuyo); Celeste Arancibia (Cátedra de Fisiología Vegetal FCA-UNCuyo y Laboratorio de Biología Molecular IBAM-UNCuyo); Deolindo L. E. Domínguez (Cátedra de Fisiología Vegetal y Microbiología FCA-UNCuyo y Laboratorio de Fisiología Vegetal IBAM-UNCuyo); y Emiliano Jesús Malovini (Tecnosiembra® Vivero Hortícola y Cátedra de Fruticultura FCA-UNCuyo).
Viñedo y ubicación
El ensayo se llevó a cabo durante las temporadas 2019-2020 y 2020-2021 en un campo experimental y docente de la Cátedra de Fisiología Vegetal, Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional de Cuyo (–33.00661833267618, –68.87290612494968) en la provincia de Mendoza, Argentina.
El experimento se realizó en un viñedo de 12 años con tres variedades de V. vinifera L. enraizadas propias (Bonarda, Malbec y Syrah), entrenadas en cordones bilaterales (2,2 m × 1,2 m) y sistema de enrejado de posicionamiento vertical de brotes (VSP). Este viñedo se encuentra sobre un Entisol (suelo no estructurado) de textura franco-arcillosa (aproximadamente 1 m de profundidad), las vides están protegidas contra granizo (sistema Grembiule) y son regadas por goteo (2,2 mm h⁻¹).
Las plantas se podaron en mayo y no se aplicó poda después de la brotación. Cada tratamiento se aplicó en tres filas del viñedo, con ocho plantas por fila. En el viñedo experimental, las variedades no se plantaron de manera consecutiva. La primera y última planta de cada fila se dejaron como plantas de reserva, asegurando dos plantas de la misma variedad por fila.
Dado que el propósito de este estudio es demostrar la eficacia del sistema de calefacción introducido, sólo se presentan los datos para la variedad Bonarda. Los datos de las variedades restantes, junto con variables adicionales de fisiología, fenología, calidad de bayas y vino, serán abordados en trabajos posteriores.
Desempeño del sistema
Las imágenes que ilustran diferentes etapas del sistema de calefacción en el viñedo se presentan en la Figura 1. La instalación consistió en tres tanques eléctricos de agua caliente (modelo Ecotermo Elec 125; 220 V; 9 A; 3000 W; 125 L) dentro de un cobertizo. Estos tanques suministraron agua caliente (60 ± 1 °C) a través de tuberías a una velocidad estimada de 9,2 m/s hacia los doseles del viñedo, que luego regresaba a los tanques en un circuito cerrado. En detalle, cada tanque estaba conectado a una bomba de circulación (modelo Grundfos UPS 15-60; 230 V; 100 W; Máx: 0.3 MPa; tasa de flujo de 3 m³/h), que forzaba el paso del agua a través de las tuberías. De esta forma, el agua caliente se bombeaba desde los tanques hacia el viñedo y regresaba a los tanques para ser recirculada (Figura 2).
Otro tanque, ubicado en el techo del cobertizo, servía como tanque de expansión. Las tuberías de termofusión de polipropileno aisladas térmicamente (3/4 pulgadas; TF) transportaban el agua caliente desde los tanques, saliendo del cobertizo a través de una salida en la pared. Una vez fuera, se enterraban inmediatamente a una profundidad de 0.3 m (Figura 1A y Figura 3).
Después de distancias de 6, 12 y 18 m bajo el suelo (medidas desde el cobertizo hasta las filas), afloraban al principio de cada una de las tres filas calefaccionadas. Luego se conectaban a una tubería flexible de polietileno (3/4 pulgadas; 19 mm de diámetro interno; PE) utilizando un accesorio de PVC.
Posteriormente, las tuberías PE se fijaban a la estructura VSP usando alambre metálico (Figura 1B y Figura 4). De esta forma, las tuberías PE formaban una estructura en forma de serpentina que iba de un extremo al otro de la parcela. Este conjunto estaba compuesto por diez bobinas de PE, cada una separada por 0,15 m, lo que resultaba en una longitud total de 97,35 metros lineales.
Al final del recorrido (ubicado al principio de la parcela, cerca de la parte superior del dosel), las tuberías PE se conectaban (con un accesorio de PVC) a otra tubería TF (que se enterraba inmediatamente) para facilitar el retorno del agua a los tanques (Figura 1A y Figura 4). El agua caliente de los tanques ingresaba al inicio de la «serpentina PE» a una altura de 0,3 m. A medida que el agua caliente circulaba dentro del dosel, la energía liberada elevaba la temperatura del aire circundante. Finalmente, esta agua fluía de regreso desde el final de la «serpentina PE» (a 1,65 m de altura) hacia las tuberías TF, y luego de vuelta a los tanques de agua, reiniciando el ciclo.
Resultados y discusión
En general, los métodos de calefacción pasiva crean un microclima más cálido alrededor de las vides utilizando el calor solar. Sin embargo, su efectividad depende del clima, se limita a los días soleados, excluye las noches y, a veces, solo calienta áreas específicas de la vid. En contraste, los sistemas de calefacción activa ofrecen una mayor precisión para simular aumentos de temperatura ambiental. Permiten experimentos controlados para una mejor comprensión de las respuestas de la vid. Con intensidad y duración ajustables, capaces de calentar durante el día y la noche, en cualquier momento de la temporada, y de calentar toda la planta, estos sistemas identifican respuestas tempranas al estrés térmico, fisiología y fenología. Este enfoque integral proporciona datos valiosos para la toma de decisiones y contribuye a la investigación sobre el cambio climático en la viticultura.
Al probar nuestro sistema de calefacción activa, durante las dos temporadas analizadas, el tratamiento calefaccionado condujo efectivamente a un aumento significativo en la temperatura general del dosel (Figura 5). Al considerar los datos de ambas temporadas, el incremento promedio de temperatura fue de 2.5 ± 0.12 °C, con diferencias mensuales promedio que oscilaban entre 1,55 °C como el incremento más pequeño registrado y 2,81 °C como el mayor. Las variaciones de temperatura observadas entre las temporadas coincidieron con las fluctuaciones ambientales interanuales típicas descritas en la Tabla 1.
Las temperaturas más altas registradas en la primera temporada, evidentes tanto en el tratamiento control como en el tratamiento con calefacción, se pueden atribuir a las condiciones ambientales predominantes, caracterizadas por una mayor radiación, lo que indica una temporada más cálida. Además, se notaron variaciones en la humedad relativa y las precipitaciones entre las temporadas.
El aumento de temperatura generado por el sistema también ha demostrado ser independiente de la radiación. Fue capaz de calentar el aire tanto si estaba soleado como nublado. Un ejemplo de esto se ilustra en la Figura 6, donde la diferencia de temperatura entre el tratamiento calefaccionado y el control se mantuvo, independientemente de si la radiación era alta o baja (en un día nublado). Estos hallazgos resaltan el rendimiento confiable del sistema a lo largo de toda la temporada de crecimiento, independientemente de las condiciones atmosféricas predominantes.
El rendimiento uniforme de calefacción del sistema se evidenció por la ausencia de gradientes de temperatura tanto verticales como horizontales. La Figura 7 (panel izquierdo) mostró valores de temperatura similares para los sensores ubicados en los extremos (norte y sur) de las filas en ambos tratamientos (Valor P del tratamiento calefaccionado = 0.329 y Valor P del tratamiento control = 0.735). De manera similar, el panel derecho de la figura mostró valores de temperatura comparables dentro de los doseles a alturas de 1 y 1.5 m para ambos tratamientos (Valor P del tratamiento calefaccionado = 0.9269 y Valor P del tratamiento control = 0.6856). No se observaron diferencias estadísticamente significativas entre las distintas alturas de instalación de los sensores (Valor P > 0.05).
Se observó una diferencia significativa en la temperatura media diurna entre los tratamientos (control = 25.36 °C y calefaccionado = 27.25 °C; Valor P = 0.0003). De manera similar, esta diferencia también fue evidente en la temperatura media nocturna (control = 16.15 °C y calefaccionado = 20.68 °C; Valor P = < 0.0001) (Figura 8a). Se encontraron resultados similares cuando se graficó la temperatura por hora (Valores P para todas las horas < 0.05) (Figura 8b). La variación en el incremento de temperatura entre el día y la noche se puede explicar por el hecho de que un cuerpo radiante tanto absorbe como emite radiación. El flujo de calor neto es directamente proporcional a la diferencia de temperatura entre el cuerpo y su entorno. Además, durante el día, la turbulencia atmosférica causa la mezcla de la radiación, mientras que, por la noche, la atmósfera se estabiliza debido a la estratificación, lo que resulta en una mayor diferencia de temperatura entre las parcelas de control y las calefaccionadas.
En términos de fenología, las plantas calefaccionadas en ambas temporadas mostraron un adelanto de 16 días en la fecha de brotación y 14 y 13 días en la época de cosecha en 2020 y 2021, respectivamente (Tabla 2). Esto es probablemente una respuesta a la actividad enzimática aumentada en el tratamiento calefaccionado. Tal respuesta al aumento de temperatura es común y ha sido ampliamente reportada (por ejemplo, Keller et al., 2004; Keller et al., 2010; Tomasi et al., 2011; Sadras y Moran, 2013).
Comparaciones de las fechas de brotación para Bonarda y otras variedades entre 2020 y 2023 en diversas regiones de la provincia de Mendoza, así como para la cuajadura de Syrah, mostraron un adelanto de 2 a 3 días (IDR, 2023). Esto podría atribuirse al aumento de temperatura continuo debido al cambio climático. También observamos un leve alargamiento del ciclo de brotación a madurez bajo condiciones de temperatura elevada (con el adelanto de la brotación siendo mayor que el de la madurez), lo cual difiere de las tendencias actuales del cambio climático en Europa, donde la temporada de crecimiento tiende a acortarse y la madurez avanza más que la brotación (García de Cortázar-Atauri et al., 2017). Esto es probablemente debido al clima continental de Mendoza, que contrasta con la influencia marítima en las regiones vitivinícolas europeas.
En nuestra área, los aumentos de temperatura acelerarían la brotación, haciendo que las plantas sean más susceptibles a las heladas tardías. El sistema de calefacción presente podría servir para probar la efectividad de métodos de protección contra heladas, como el riego por microaspersión. Además, este adelanto en la brotación debido a la simulación de una primavera cálida podría permitir la evaluación de métodos de protección contra heladas en dos etapas fenológicas diferentes (tratamiento calefaccionado y control). Esta evaluación consideraría su impacto tanto en los aspectos vegetativos como reproductivos. Además, la simulación de una temporada más cálida proporcionada por nuestro sistema de calefacción podría permitir probar la implementación de ciertas prácticas culturales, como una poda final tardía (Poni et al., 2022), para desplazar la maduración hacia un periodo más fresco del año.
El éxito reproductivo de la vid varía considerablemente, lo que crea desafíos para mantener un rendimiento estable y una buena calidad de la fruta (Keller et al., 2010). Factores poco comprendidos afectan la efectividad de las prácticas vitícolas, lo que lleva a predicciones poco fiables con consecuencias económicas. El aumento de temperatura en nuestra región agrava la falta de comprensión de estos factores cruciales desconocidos que podrían mejorar la fiabilidad de la producción de uvas.
En la primera temporada experimental, el tratamiento calefaccionado redujo el rendimiento en un 42 %, y en la segunda temporada en un 40 %, en comparación con la situación de control (Figura 9). Esto fue un reflejo de la reducción en la cuajadura de frutos bajo condiciones de temperatura elevada, lo que resultó en un número significativamente menor de bayas por racimo en la cosecha (datos no mostrados). Estos resultados, en un escenario de aumento de temperatura, coinciden con los pronósticos de otros estudios realizados en diferentes áreas (Agosta et al., 2012; Bindi et al., 1996; Lereboullet et al., 2014; Fraga et al., 2016; Fraga et al., 2018; Santos et al., 2023).
Sin embargo, algunos investigadores han reportado ningún efecto o incluso un aumento en el rendimiento bajo temperaturas elevadas (por ejemplo, Sadras y Soar, 2009; Sadras et al., 2017; Moran et al., 2019). Estas discrepancias con nuestros resultados pueden atribuirse a variaciones en las metodologías o a otros factores ambientales y culturales que no se tuvieron en cuenta. Esto también resalta la importancia de confiar en enfoques activos y más realistas de sistemas de calefacción.
En términos de contenido de sólidos solubles totales, se incrementó significativamente un 9 % y un 5 % en la primera y segunda temporada, respectivamente, con el tratamiento calefaccionado (Figura 9). En temporadas con altas temperaturas promedio, las uvas han mostrado mayores contenidos de sólidos solubles totales (Urhausen et al., 2011; Vršič y Vodovnik, 2012). Sin embargo, en experimentos donde la temperatura ambiente se elevó, el efecto de este tratamiento sobre los sólidos solubles no fue consistente a lo largo de las temporadas del estudio ni entre las variedades probadas.
A veces los sólidos solubles totales aumentaron, disminuyeron o permanecieron neutrales cuando se elevó la temperatura (Yamane et al., 2006; Sadras et al., 2013; Greer y Weedon, 2014). Además, Greer y Weedon (2014) cuestionan si el fenómeno de maduración de las bayas de vid depende de la temperatura. En general, las respuestas diversas probablemente se deben a la genética y las condiciones ambientales, como el método de calefacción y el momento del tratamiento. Además, estudiar el impacto de la temperatura sobre variables relacionadas con el rendimiento, como la cuajadura de frutos, la expansión de las bayas o la viabilidad del polen, sería muy revelador. Actualmente, estamos evaluando la calidad de las bayas y del vino de Bonarda, así como de Malbec y Syrah, bajo el aumento de temperatura.
Al finalizar las mediciones en ambas temporadas, los brotes fueron un 91 % más largos bajo el tratamiento calefaccionado en comparación con los que estuvieron bajo las condiciones de control (Figura 10). Esta notable disparidad en la longitud fue el resultado de una mejora sustancial en el crecimiento observada de setiembre a diciembre.
Varios otros estudios también han reportado un aumento en la longitud de los brotes de vid con un incremento de temperatura (por ejemplo, Keller et al., 2004; Keller y Tarara, 2010; Kadir et al., 2005), lo cual es una respuesta normal, ya que muchos procesos biológicos involucrados en el crecimiento se ven potenciados por la temperatura dentro de ciertos umbrales viables.
La temperatura elevada probablemente aceleró procesos fisiológicos clave, como la división celular y la elongación, durante este período crítico de crecimiento. Los brotes más largos también produjeron más biomasa (datos no mostrados), lo que potencialmente suministró fotosintatos adicionales y explica los niveles elevados de sólidos solubles totales en el tratamiento calefaccionado.
Conclusiones
Entre los principales hallazgos, se observó que las plantas sometidas al tratamiento térmico adelantaron sus fechas de brotación y cosecha. Además, se detectó un mayor crecimiento vegetativo, con brotes apicales más largos y un aumento en el contenido de sólidos solubles totales en las uvas. También se registró una disminución en el rendimiento debido a un menor cuajado de frutos en condiciones de temperatura elevada. Estos resultados ilustran el robusto desempeño del sistema durante todo el período de crecimiento, independientemente de las fluctuaciones en las condiciones atmosféricas.
Este innovador sistema de calefacción representa un avance significativo en la investigación sobre las respuestas de la vid al cambio climático. Al permitir un control preciso y directo del aumento de temperatura, los investigadores pueden evaluar cómo estos cambios impactan en la fisiología de la vid y en la calidad del vino.
También abre la puerta a la implementación de estrategias de adaptación efectivas en los viñedos, prometiendo un futuro más resiliente y adaptable para el cultivo de la vid. Un ejemplo puede ser la simulación de una primavera más cálida que podría utilizarse para probar métodos de protección contra heladas en distintos estados fenológicos. Asimismo, permite evaluar prácticas culturales como la poda tardía, que podría trasladar la maduración de las uvas a un período más fresco del año.
Además, el sistema presenta ventajas prácticas: es compatible con las técnicas de manejo habituales del viñedo, como poda, riego y raleo, y no interfiere con la distribución de precipitaciones.
La metodología presentada también es una plataforma para investigaciones futuras más complejas, como el estudio de los efectos combinados del cambio térmico e hídrico en el viñedo. La posibilidad de replicar condiciones de olas de calor y ajustar la temperatura en diferentes zonas de las plantas amplía las aplicaciones de este sistema en la investigación vitivinícola. La adaptación al cambio climático es un desafío ineludible para la vitivinicultura.
