La luce perfetta

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Serra di coltivazione dell'Azienda La Noria, in cui operano il gruppo di ricerca del professor Santamaria e l'Ispa Cnr di Bari.
L’illuminazione artificiale a LED consente di “personalizzare” gli spettri di luce in base al tipo di coltura e migliora l’efficienza energetica rispetto ai sistemi di illuminazione tradizionali

La tecnologia dell’illuminazione artificiale a LED (Light Emitting Diode) sta guadagnando sempre più terreno all’interno delle serre (soprattutto in quelle con coltivazioni fuori suolo, perché capaci di un “ritorno” più veloce del relativo investimento). Tale tecnologia, infatti, consente la “personalizzazione” degli spettri di luce in base al tipo di coltura e, allo stesso tempo, migliora l’efficienza energetica rispetto ai sistemi di illuminazione tradizionali. Evidenza dell’importanza di tale tecnologia è che le serre di ultima generazione vengono progettate per aiutare la crescita naturale per 365 giorni all’anno utilizzando luci a LED.
Per il pomodoro in serra
Per valutare sperimentalmente la bontà delle luci a LED nelle condizioni ambientali pugliesi, il Dipartimento di scienze agro-ambientali e territoriali (Disaat) dell’Università di Bari (gruppo di ricerca del professor Pietro Santamaria, docente di Orticoltura), insieme con il Department of Plant Sciences, Horticulture and Product Physiology group (supervisor prof. Ep Heuvelink), dell’Università di Wageningen (Paesi Bassi) e l’Azienda agricola F.lli Lapietra s.s. di Monopoli (Ba), ha avviato, nell’ambito del Programma operativo nazionale Fse-Fesr Ricerca e Innovazione 2014-2020, Azione I.1 “Dottorati innovativi a caratterizzazione industriale” - XXXIII Ciclo - a.a. 2017/2018 - Dottorato “Biodiversità, Agricoltura e Ambiente”, il tema di ricerca “L’applicazione di LEDs (Light Emitting Diodes) e del principio della concentrazione delle asportazioni per migliorare la produzione del pomodoro in serra”.
L’obiettivo del dottorato a caratterizzazione industriale (il dottorando è Onofrio Davide Palmitessa, laureato in Medicina delle Piante), spiega Santamaria, è far interagire l’attività di ricerca svolta presso le Università con i bisogni delle aziende, in modo che la ricerca possa avere ricadute più rapide ed efficaci nell’attività produttiva.
«Uno dei principali problemi che le aziende produttrici di pomodoro da mensa di alta qualità affrontano è la difficoltà di essere presenti sul mercato dodici mesi l’anno con un prodotto sempre di alta qualità, non riducendone la quantità, al fine di fidelizzare i clienti al proprio brand.

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Misurazione della temperatura fogliare con termocamera Fluor-CAM (Az. Sper. La Noria).

Per rendere standard la produzione del pomodoro in serra, sia in quantità sia in qualità, l’azienda F.lli Lapietra (selezionata negli ultimi quattro anni tra i migliori produttori mondiali di pomodoro) ha implementato importanti innovazioni tecnologiche: l’utilizzo della tecnica di coltivazione idroponica su lana di roccia, il riscaldamento con cogenerazione, la concimazione carbonica, il controllo climatico e la lotta biologica ai parassiti. Ma tutto questo non basta! Infatti la luce, che è il fattore ambientale principale affinché le piante possano fotosintetizzare, rappresenta, specialmente nel periodo invernale, anche alle latitudini della regione Puglia, un fattore limitante la produzione di pomodoro. Tale limite porta le aziende pugliesi a vivere uno svantaggio competitivo nei confronti delle aziende del Nord Europa, che da anni, ormai, utilizzano l’illuminazione artificiale per la coltivazione del pomodoro e di altre specie orticole e ornamentali».
Continua evoluzione
A tale scenario bisogna aggiungere la continua evoluzione della tecnologia dell’illuminazione artificiale. «Attualmente le lampade più utilizzate per l’illuminazione artificiale all’interno delle serre sono le lampade HPS, che emettono la maggior parte della loro radiazione nello spettro del giallo-arancione, hanno una bassa efficienza d’uso dell’energia elettrica e rilasciano calore nell’ambiente. Tali caratteristiche hanno fatto desistere aziende come quella dei F.lli Lapietra a investire nella tecnologia delle lampade HPS, poiché il bilancio costi/benefici calcolato per l’investimento non è positivo. Però da qualche anno – aggiunge Santamaria – una nuova tecnologia di illuminazione artificiale delle serre sta mettendo in discussione il dominio del mercato da parte delle lampade HPS. È la tecnologia LED, che permette di regolare lo spettro di emissione e l’intensità della luce e ha un più efficiente uso della corrente elettrica e una minore dispersione di calore».
Collaborazioni
Per studiare le risposte che la nuova tecnologia di illuminazione genera sulle piante coltivate, il gruppo di ricerca di Santamaria (con i docenti guida Francesco Serio e Angelo Signore) ha avviato una collaborazione con l’azienda F.lli Lapietra, interessata a investire in tale tecnologia, e con il gruppo di ricerca di Heuvelink, che già da qualche anno studia le risposte indotte dai LED sulla fisiologia delle piante orticole. E Palmitessa, oltre a essere impegnato nel dottorato presso l’Università di Bari, è coinvolto anche nel progetto di ricerca “LED it be!” di Heuvelink, che, sviluppato insieme con alcune multinazionali operanti nell’orticoltura in serra, sta studiando le risposte fisiologiche di alcune varietà di pomodoro a due diverse condizioni di illuminazione artificiale (lampade HPS e a LED).
«La ricerca relativa al dottorato industriale seguito da Palmitessa riguarda la sperimentazione di lampade a LED su pomodoro coltivato fuori suolo presso l’Azienda sperimentale La Noria dell’Ispa Cnr a Mola di Bari. Stiamo utilizzando lampade inter-lighting C-LED con una combinazione di luce blu (450 nm) e luce rossa (660 nm) e di luce blu, rossa e infrarossa (730 nm).

 

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Serra di coltivazione di pomodoro dell’Azienda agricola F.lli Lapietra di Monopoli (Ba).

L’accensione delle lampade per l’illuminazione supplementare avviene in modo automatico quando l’irradianza scende a livelli inferiori a 170 µmol m-2 s-1. Verifichiamo le risposte fotosintetiche della coltura alla luce e il profilo di qualità delle bacche (solidi solubili, acidità titolabile, vitamina C, carotenoidi e sapidità)».
Nel corso del primo anno di dottorato il gruppo di ricerca di Santamaria ha avviato una collaborazione con l’azienda C-LED, facente parte del Gruppo multibusiness Cefla di Imola (Bo), che produce tecnologie e soluzioni a LED innovative. Azienda che, come osserva il suo presidente, Alessandro Pasini, «desidera essere un punto di riferimento della progettazione e realizzazione di applicazioni che sfruttino la tecnologia a LED, rigorosamente made in Italy, sia nel settore tradizionale dell’illuminazione sia in agricoltura dove le tecnologie diventeranno sempre più importanti».
Ogni pianta ha specifiche esigenze di intensità e tipologie di luce, evidenzia Mattia Accorsi, Senior Biologist di Cefla. «C-LED studia quali siano i corretti ingredienti per ogni tipo di pianta in ciascuna sua fase, in modo da ottenerne sempre le massime prestazioni. Forte di un gruppo di ricerca di grande esperienza, C-LED si affianca costantemente a scienziati e ricercatori, provenienti da università e centri specialistici, che la supportano nello sviluppo di prodotti sempre all’avanguardia, in grado di funzionare in sinergia con l’ambiente. Perciò siamo in grado di differenziare gli spettri per ottenere il massimo da ogni coltura, in serra e indoor».
Per le coltivazioni in serra
Riguardo alle coltivazioni in serra le lampade C-LED sono ideate – unendo più fattori: spettro della luce, intensità luminosa, fotoperiodo, uniformità e posizionamento – per aiutare i coltivatori ad aumentare le rese annuali, prolungando la stagionalità delle colture estive e garantendo una produzione anche nel periodo invernale, sottolinea Accorsi.
«Con le nostre lampade è possibile aumentare la resa produttiva e migliorare le caratteristiche nutraceutiche del raccolto, che, quindi, oltre a incrementare la produzione annuale, può vantare ottime qualità nutritive essendo ricco di vitamine e antiossidanti, sostanze benefiche per la salute umana. Studi condotti presso enti di ricerca nazionali e internazionali ci hanno permesso di sviluppare lampade per garantire la giusta quantità e tipologia di luce per ogni specie vegetale (spettro pianta-specifico). Tali soluzioni possono trovare utilizzo sia in serre tradizionali in cui le piante vengono coltivate a terra sia in serre ad alta tecnologia con sistemi di coltivazione fuori suolo a più cicli annuali. C-LED propone sistemi di illuminazione top-lighting, inter-lighting e barre specifiche per sistemi produttivi indoor come plant-factory multilayer (multilivello) o vertical-farm, con spettri customizzabili (cioè adattabili alla pianta) al fine di ottimizzare le performance produttive delle piante. Le lampade C-LED offrono molteplici tipologie di spettri luminosi per andare incontro a diverse soluzioni e contesti applicativi per serre a produzione intensiva, come: piante da foglia (lattuga, essenze aromatiche, basilico, ecc.), piante da frutto (pomodoro, ecc.), piante ornamentali e da fiore (Spathiphyllum, rose, ecc.), piccoli frutti (more, lamponi, ecc.)».
Le lampade top-lighting C-LED (le “classiche” lampade che emettono luce dall’alto) sostituiscono le convenzionali tecnologie di illuminazione per le serre (HPS) con vantaggi dai punti di vista agronomico ed energetico: personalizzazione della qualità della luce per rispondere alle diverse esigenze produttive; facilità di installazione e adattabilità a ogni tipologia di serra; design studiato per favorire il passaggio della luce solare; minor consumo energetico rispetto alle lampade top-lighting convenzionali; lunga durata e bassi costi di manutenzione.

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Poiché le lampade a LED emettono luce fredda, vengono poste molto vicine alle piante, che utilizzano al 100% l’emissione luminosa richiesta senza subire da esse alcun danno.

«Le lampade inter-lighting C-LED, utilizzate nella sperimentazione presso l’azienda La Noria, rappresentano – sostiene Accorsi – una delle migliori espressioni tecnologiche per l’illuminazione growing (cioè durante la fase di crescita) in serra del pomodoro e delle piante a portamento verticale in generale, in particolare nelle coltivazioni fuori suolo, che garantiscono più facilmente il rientro dal notevole investimento da sopportare. I principali benefici offerti dalle lampade inter-lighting sono: incremento della resa produttiva, piante più sane e quindi con una maggior resistenza a patologie, meno malformazioni di foglie e frutti grazie a uno studio specifico condotto sullo spettro luminoso sulla base del contenuto della luce blu, incremento della fioritura, del numero di frutti e del raccolto (come per il pomodoro). Infine, supportati sempre da ricerche scientifiche e ingegneristiche, abbiamo individuato la giusta inclinazione della luce (30°), massimizzando così la quantità di luce intercettata dalle piante».
Negli ultimi anni
Anche nelle coltivazioni indoor la giusta luce fa la differenza, sottolinea Accorsi facendo alcuni esempi. «Negli ultimi anni sono state fatte importanti innovazioni nell’illuminazione nel settore della micropropagazione. La luce offerta da C-LED ottimizza lo sviluppo dei tessuti vegetali nelle diverse fasi fino all’ottenimento di piante sane e robuste in grado di affrontare con maggior vigoria il trapianto in serra o in campo. Nel Vertical farming C-LED ha sviluppato un sistema di illuminazione dedicata per affrontare la sfida della coltivazione in strutture verticali, che è attualmente testata con efficacia in ambienti accademici. Inoltre i microgreens illuminati con la giusta dose di luce LED, in termini di intensità e spettri luminosi, riescono ad accentuare gli aromi rispetto alle medesime piante adulte. Infine, C-LED sviluppa lampade specifiche per la coltivazione indoor, in contesti di coltivazione a più strati (Plant factory), senza l’intervento di luce naturale, per ottimizzare una crescita efficace nelle diverse fasi di allevamento».

La luce perfetta - Ultima modifica: 2019-02-07T11:44:40+00:00 da Lucia Berti

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