La luce è un fattore fondamentale per la vita e la crescita delle piante, soprattutto nelle serre. Ottimizzare l’utilizzo della luce per piante nelle serre è essenziale, non solo per ottenere maggiore qualità ma anche per produrre ortaggi con proprietà salutari, grazie ad alcuni composti prodotti dalle piante. Sotto certi aspetti, la luce può essere considerata quasi un fattore produttivo per le piante, che in pieno campo non si ha l’abitudine di prendere in considerazione. Tuttavia, per le colture protette in serra, la luce può essere un fattore determinante per massimizzare la produzione e la qualità. Vediamo perché in questo articolo!
l'Importanza della luce per la fotosintesi
La luce fornisce l’energia per la reazione della fotosintesi. Per crescere, le piante hanno bisogno – oltre ai nutrienti, azoto, fosforo, potassio, ecc. – per circa il 90-95% di idrogeno, carbonio e ossigeno, elementi che entrano nella reazione della fotosintesi. La luce per le piante è indispensabile per fornire l’energia necessaria alla reazione della fotosintesi al fine di produrre glucosio.
In sostanza, attraverso il processo chimico della fotosintesi le piante convertono l’anidride carbonica (CO2) e l’acqua (H2O) in materiale vegetale, grazie all’impiego dell’energia luminosa che proviene dal sole. In questo modo, l’energia si conserva sotto forma di sostanza organica (glucosio). Infatti, durante il processo di fotosintesi clorofilliana, vengono assorbite 6 molecole di CO2 e 6 molecole di H2O, con la conseguente produzione di una molecola di glucosio e 6 molecole di ossigeno. Il materiale vegetale prodotto viene quindi utilizzato, tramite combustione o digestione, dalla pianta e dagli animali per le loro esigenze energetiche. Le piante con il processo chimico della respirazione producono l’energia di cui hanno necessità per tutte le attività che sono indispensabili per i processi di crescita, sviluppo e produzione di biomassa degli organismi vegetali. Anidride carbonica e acqua ricompaiono poi in questi processi.
In modo semplice e generico possiamo scrivere la reazione della fotosintesi con la seguente equazione:
6CO2 + 6H2O + Luce → C6H12O6 + 6O2
Come tutti gli esseri viventi, anche le piante respirano: il processo è esattamente l’opposto a quello della fotosintesi clorofilliana, dove da una mole di Glucosio e 6 moli di ossigeno si libera dell’energia, che è quella che serve alla pianta. Come “residuo” abbiamo 6 moli di anidride carbonica e 6 moli di acqua. Il glucosio è il prodotto della reazione fotosintetica, mentre l’ossigeno sarebbe un prodotto di scarto; tuttavia, esso è fondamentale per la vita sulla terra.
Luce naturale e lunghezze d’onda
Nelle lunghezze d’onda del visibile, la luce per le piante si rivela fattore essenziale. La luce, che può provenire dal sole o da una lampada in serra, dal punto di vista fisico risponde alla teoria elettromagnetica ondulatoria, oppure alla teoria corpuscolare (la radiazione elettromagnetica come sequenza di pacchetti di energia chiamati fotoni). Nel primo caso, il livello di energia della luce è funzione della sua lunghezza d’onda: più corta è la lunghezza d’onda più alto è il livello di energia.
Nella tabella di seguito viene riportata la suddivisione della luce sulla base delle diverse lunghezze d’onda. Le piante utilizzano la luce con lunghezze d’onda comprese tra 400 e 700 nanometri come fonte di energia per realizzare il loro processo di fotosintesi. La luce rossa (650-700 nm) e la luce blu (460-480 nm) costituiscono le lunghezze d’onda più efficienti per il processo fotosintetico.
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Lunghezze d'onda della luce solare |
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Luce naturale del sole |
λ (nm) |
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Ultravioletto |
290 - 380 |
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Violetto |
380 - 440 |
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Blu |
440 - 495 |
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Verde |
495 - 570 |
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Giallo |
570 - 595 |
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Arancio |
595 - 625 |
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Rosso |
625 - 700 |
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Infrarosso vicino (NIR) |
700 – 3.000 |
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Infrarosso lontano (FAR) |
3.000 - 100.000 |
La luce del sole che arriva sulla Terra corrisponde mediamente a 1.800-2.000 μmoli/m2 per secondo. La Photosynthetic Active Radiation (PAR), o luce fotosinteticamente attiva, ha un valore di lunghezza d’onda pari a 400-700 nm e corrisponde a circa 300-400 μ moli/m2/sec.
Ottimizzare l’uso della luce nelle serre
Per le colture in serra, è importante avere una oculata gestione del sistema serra (struttura e copertura) al fine di ottimizzare al massimo l’utilizzo della luce che vi entra. Solo per la copertura e la struttura si ha una perdita di trasmissività di circa il 30-40% della luce totale presente all’esterno. L’agricoltura protetta sfrutta l’effetto serra per far sì che i processi di crescita delle piante siano accelerati, grazie al fatto che in serra, rispetto a quanto avviene all’esterno, si mantiene una temperatura media ottimale per le piante. Ciò è possibile intrappolando la luce – o meglio, l’energia del sole – e impedendo che l’aria riscaldata si mescoli con l’ambiente esterno e con gli strati più freddi dell’atmosfera alta. In primavera inoltrata o in estate, con giornate di sole intenso, può accadere che le temperature in serra siano troppo alte e, quindi, diventa necessario abbassarle attraverso la ventilazione: si procede, dunque, a un certo numero di ricambi d’aria orari oppure alla riduzione dell’energia radiante del sole attraverso l’ombreggiamento.
Oltre al fatto di prestare la massima attenzione a come le piante vengono esposte alla luce, è assolutamente necessario passare attraverso una attenta scelta del materiale di copertura e una sua buona manutenzione e pulizia. In caso di nuove costruzioni, non si deve tralasciare anche la scelta di strutture leggere che minimizzino la formazione di ombre.
Nelle serre più moderne e tecnologicamente avanzate, dopo aver fornito acqua e nutrienti alle piante con la fertirrigazione, bisogna mantenere una temperatura adeguata. In inverno si interviene con il riscaldamento ma, per evitare la perdita di calore, si tengono le serre chiuse. Con la chiusura della serra si ha una forte diminuzione di anidride carbonica, che può arrivare ad una concentrazione così bassa da bloccare il processo fotosintetico. Se la CO2 diventa il fattore limitante per la produzione, diventa conseguentemente anche inutile fertirrigare e riscaldare. Per questo, si applica la concimazione carbonica, ossia si immette all’interno della serra della CO2 artificiale, proveniente da bombole o dalla combustione del metano utilizzato per il riscaldamento.
A questo punto si controllano tutti i fattori per la produzione: il fattore limitante diventa la luce. Infatti, in inverno le giornate sono corte e spesso il tempo è nuvoloso. Livelli così bassi di luce o radiazione solare sono una forte limitazione alla crescita delle piante che, nei fatti, hanno tutto il necessario per crescere. Diventa quindi necessario fornire luce per piante in maniera artificiale, attraverso lampade al sodio o con le più moderne lampade LED.
Quanta luce somministrare alle piante e quando?
Negli ultimi anni l’applicazione di luce per piante artificiale in aggiunta a quella solare è una tecnica molto applicata in Olanda, che sta avendo un certo interesse anche in Italia. Oltre al vantaggio sopra citato, con le lampade si rende possibile la produzione a ciclo continuo e con una qualità più costante nel corso dell’anno; in pratica con la luce artificiale migliora il potere contrattuale del produttore.
La luce artificiale incrementa la produzione e offre maggiori possibilità di pianificarla. È innegabile, però, che il motivo principale dell’espansione dell’applicazione di luce artificiale sono stati gli stimoli politici alla cogenerazione, cioè l’istallazione di macchine a produzione combinata di elettricità e calore, con cui di fatto il serricoltore è un produttore di energia elettrica che dispone gratis dei due sottoprodotti, calore e anidride carbonica.
Una applicazione pratica in Italia si può trovare in produzioni di alto valore, come per esempio i vivai per la produzione di piantine – sia orticole che floricole – in cui c’è la necessità di produrre anche in periodi a bassa luminosità. Per esempio, per produrre piantine di pomodoro pronte per la vendita si devono cumulare almeno 250-300 mol/m2 di luce. Per ogni 8 ore di accensione di un sistema di lampade da 150 μmol/m2∙s (sodio a alta pressione o LED) si accorcia di un giorno il periodo necessario a produrre piantine con semina in novembre, ma solo di una frazione minore quando la semina è a marzo. Naturalmente, sta all’imprenditore valutare costi e benefici; di sicuro però, in casi simili vale la pena di procedere a un’analisi economica.
Uno studio: applicazione della luce LED a spettro rosso per ridurre i nitrati nella rucola
L’Università degli studi Bari e l’Università degli studi di Ghent, in Belgio, hanno avviato di recente uno studio condotto su un ortaggio specifico: la rucola. I ricercatori hanno effettuato delle prove, applicando delle luci LED per abbassare il contenuto dei nitrati nella rucola che, specie quando selvatica, è un’iper-accumulatrice di questi ioni. Si sono quindi applicate le luci LED nello spettro blu e nello spettro rosso e i risultati hanno dimostrato che il LED rosso è molto promettente al fine di ridurre i nitrati. Lo spettro rosso riesce a raggiungere la soglia dei 4.200 mg/kg di prodotto fresco, contro il 7.100 mg/kg del LED blu. La ricerca, inoltre, ha anche dimostrato che luce rossa induce, sempre su rucola, a produrre più glucosinati (sostanze utili per la salute e capaci di contrastare in via preventiva malattie di tipo degenerativo, come il cancro). I risultati della ricerca sono stati appena pubblicati sulla rivista “Frontiers in Plant Science”.
Questo progetto si inserisce nelle norme PAC (Politica Agricola Comune) che puntano, entro il 2030, a ridurre del 50% l’uso degli agrofarmaci in agricoltura e del 20% quello dei fertilizzanti.
Conclusione
La luce per le piante è un aspetto da tenere sempre bene in considerazione. Se all’aperto i raggi del sole svolgono la loro funzione e aiutano naturalmente lo sviluppo della pianta, nelle serre spesso si deve pensare a un’integrazione tra la luce artificiale e quella solare, per massimizzare la produzione.
Un buon uso della luce all’interno delle serre deve però sempre accompagnarsi a un processo precedente di lavorazione del terreno da svolgere in maniera ottimale: ciò è possibile con macchinari appositi, compatti ed efficienti, che possano essere utilizzati senza difficoltà anche all’interno di spazi limitati come le serre.
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