Utilizzando supplementare e unico

Questa serie di articoli proviene dal progetto di ricerca multistato sulla gestione delle risorse nella produzione di serre commerciali.

Un rinnovato interesse per l’agricoltura urbana e in ambiente controllato (CEA) è accompagnato dal crescente interesse per il cibo prodotto localmente e in modo sostenibile. I consumatori chiedono sempre più spesso che i loro prodotti siano privi di sostanze chimiche e vogliono sapere dove e come sono stati coltivati. Chiaramente, produrre raccolti in ambienti urbani presenta vantaggi chiave come la vicinanza al mercato, una maggiore durata di conservazione e la conoscenza dei consumatori sulle pratiche di produzione. Tuttavia, ci sono anche sfide importanti come la disponibilità di terreni adatti esenti da materiali pericolosi, valori immobiliari elevati e tasse, permessi e regolamenti, la ricerca di manodopera qualificata e la concorrenza di prodotti coltivati ​​in campo più economici. Il vantaggio del CEA è che la maggior parte delle condizioni ambientali possono essere attentamente controllate, il che consente la produzione tutto l'anno e garantisce quasi i massimi rendimenti potenziali. Le tipiche strutture di coltivazione vanno dagli alti tunnel alle serre (Fig. 1), nonché edifici riconvertiti (Figura 2) o contenitori di spedizione (Figura 3) che consentono a pochissima o nessuna luce solare di raggiungere le piante.

A seconda della latitudine e della stagione particolare, è probabile che l’illuminazione elettrica sia necessaria per integrare la luce solare naturalmente disponibile per aumentare i rendimenti, per prolungare la durata del giorno o per fungere da unica fonte di luce. Poiché l’occhio umano non è particolarmente bravo a valutare le differenze nell’intensità della luce e poiché gli esseri umani in genere possono operare bene con intensità di luce relativamente basse, non apprezziamo la quantità di luce fotosintetica di cui hanno bisogno le piante per crescere e svilupparsi. In effetti, le piante hanno bisogno di molta più luce di quanto la persona media potrebbe prevedere. Pertanto, l’illuminazione delle piante è una componente fondamentale degli ambienti di produzione agricola urbana.

Nel CEA vengono comunemente utilizzati tre diversi tipi di lampade elettriche: fluorescenti (FL), a scarica ad alta intensità (HID) e diodi emettitori di luce (LED). Le lampade HID possono essere ulteriormente suddivise in lampade al sodio ad alta pressione (HPS) e lampade ad alogenuri metallici (MH). Le lampade FL e HID sono disponibili in diverse dimensioni e potenze, ma una volta installate producono luce con uno spettro cromatico fisso. In media, le lampade FL convertono circa il 20% dell'energia elettrica fornita in radiazione fotosinteticamente attiva (PAR; discussa di seguito) che le piante utilizzano per la fotosintesi. Sono spesso utilizzati in camere di crescita o di germinazione progettate per la produzione di piantine o la coltura di tessuti. L'efficienza di conversione aumenta fino a circa il 30% per le lampade HID. Lo spettro cromatico della luce prodotta dalle lampade MH contiene un po' più di blu rispetto alle lampade HPS e vengono spesso utilizzate nei garden center in modo che le piante appaiano più fedeli al colore. Le lampade HPS hanno uno spettro luminoso efficace per favorire la fioritura delle piante a giorno lungo e la fotosintesi.

I recenti progressi tecnologici hanno reso le lampade LED ad alta intensità più attraenti come fonti di illuminazione fotosintetica: possono essere progettate per produrre uno spettro di colori specifico oppure consentono di regolare lo spettro in base alle esigenze della pianta. A differenza delle lampade HID, le lampade a LED producono poco calore radiante, quindi possono essere posizionate molto più vicino alla chioma della pianta senza danneggiare il tessuto fogliare (Figura 4 ). Tuttavia, le lampade a LED producono ancora calore (convettivo) che deve essere rimosso per garantire un funzionamento efficiente e la massima durata. Le lampade LED progettate specificatamente per applicazioni di crescita delle piante hanno recentemente superato l'efficienza di conversione delle lampade HPS a doppia estremità e si prevede che raggiungeranno efficienze di conversione ancora più elevate in futuro. La maggior parte delle lampade LED ad alta intensità per applicazioni orticole contengono diodi rossi e blu e possono contenere diodi bianchi per consentire agli esseri umani di vedere il vero colore delle piante.

PAR si riferisce alla banda della luce (tra 400 e 700 nm) utilizzata dalle piante per la fotosintesi. La quantità di PAR che una pianta riceve fino a un livello specie-specifico aumenterà i tassi di fotosintesi e alla fine porterà a una migliore crescita, qualità e resa. Circa il 45% dell'energia solare rientra nella banda d'onda PAR compresa tra 400 e 700 nm. L'energia al di fuori della regione PAR è meno attiva dal punto di vista fotosintetico ma può influenzare le risposte della pianta come il colore delle foglie/fiori (ovvero, la radiazione UV può promuovere la concentrazione di antociani), l'allungamento dello stelo (rapporto tra luce rossa: luce rossa lontana e radiazione blu), la fioritura , e può anche aumentare la temperatura della pianta (radiazione infrarossa).