Nell’areale mediterraneo, in serra, il pomodoro da mensa è spesso coltivato in due cicli di coltivazione brevi. Le interruzioni avvengono in estate, per evitare parzialmente le elevate temperature, e in inverno, per evitare, almeno in parte, il freddo e la scarsa luce solare. In questo studio il pomodoro è stato coltivato nel periodo autunno–invernale. Abbiamo impiegato Led interlight monocromatici rosso + blu (R+B) e rosso + blu + rosso lontano (R+B+Fr). Abbiamo poi eseguito un confronto con la coltivazione senza illuminazione supplementare (Nl).
L’applicazione dei Led ha permesso di mantenere su valori accettabili il daily light integral fornito alle piante, evitando che la radiazione luminosa fosse un fattore limitante per la produzione di pomodoro. La radiazione supplementare ha permesso di incrementare la produzione di circa il +25% rispetto alle condizioni di luce naturale. Tuttavia, gli effetti della radiazione Fr supplementare sono stati diluiti dalla componente presente nella luce solare. In sintesi, l’illuminazione supplementare Led risulta essere un valido strumento per sopperire alla ridotta disponibilità di radiazione naturale nel periodo invernale.
I periodi di coltivazione
Il pomodoro da mensa è generalmente coltivato in suolo sotto serra in due cicli di coltivazione brevi in un anno. Al contrario, chi utilizza sistemi di coltivazione senza suolo e/o dispone di sistemi di riscaldamento, opta per un ciclo annuale lungo. Nel Nord Europa il trapianto delle piantine di pomodoro avviene a dicembre, in modo da raccogliere i frutti tra marzo e novembre. Nell’areale mediterraneo gli agricoltori preferiscono trapiantare ad estate inoltrata, in modo da produrre pomodori da settembre a giugno.
Oltre che per questioni prettamente commerciali, la differenziazione dei cicli produttivi nei diversi areali è da attribuire alle differenze climatiche. Nel Nord Europa evitano di coltivare pomodoro quando le temperature sono più basse e il daily ligth integral (dli) è insufficiente. D'altro canto, nelle regioni mediterranee evitiamo di produrre nei mesi più caldi, in quanto l’elevata temperatura e l’umidità relativa compromettono l’allegagione e l’accrescimento delle piante. Tuttavia, anche nelle regioni con clima mediterraneo, durante il periodo autunno-primaverile, il fotoperiodo e l’intensità della radiazione solare non permettono di raggiungere ottimali valori di dli.
Per evitare di produrre in piena estate (periodo più caldo) e in pieno inverno (bassa intensità luminosa e fotoperiodo), spesso i produttori di pomodoro coltivano questa specie in due differenti cicli brevi annuali (autunnale e primaverile). Questa scelta incrementa i costi di produzione, in quanto è necessario effettuare due trapianti, e riduce il periodo di raccolta. Per questo motivo è preferibile effettuare un unico ciclo di coltivazione e migliorare le performance produttive della pianta nel periodo invernale, attraverso l’applicazione dell’illuminazione supplementare.
Lampade Hps e Led
Ancora oggi, la tecnologia di illuminazione supplementare più diffusa nelle coltivazioni in serra del Nord Europa è la tecnologia Hps (High-pressure sodium). L’applicazione di queste lampade nell’areale mediterraneo non ha mai goduto di largo consenso da parte degli agricoltori. Infatti, le lampade Hps hanno una bassa efficienza di conversione dell’energia elettrica in radiazione fotosinteticamente attiva e riscaldano l’ambiente circostante generando gradienti di temperatura nella serra.
Nell’ultimo decennio lo sviluppo della tecnologia Led (Light-emitting diodes) sta suscitando notevole interesse da parte dei serricoltori, anche in ambiente mediterraneo. I vantaggi del Led sono nell’elevata efficienza d’uso dell’energia elettrica, nel non dissipare energia sotto forma di calore e nella loro personalizzabilizzazione in termini sia di intensità luminosa sia di spettro di emissione.
Relativamente alla scelta dello spettro luminoso, precedenti studi hanno dimostrato che i picchi di efficienza fotosintetica sono quelli aventi lunghezze d’onda nel campo del blu (B, 440 nm) e del rosso (R, 620 e 670 nm). Inoltre, altri studi dimostrano che applicando la radiazione del rosso lontano (Fr, 750 nm), su una base di radiazione supplementare R+B, il contenuto di sostanza secca dei frutti aumenta, grazie a una maggiore ripartizione della sostanza secca totale verso i frutti.
L’obiettivo del nostro lavoro è stato quello di studiare gli effetti di due spettri di illuminazione supplementare (R+B vs R+B+Fr), applicati attraverso Led interlight, sulla coltivazione di pomodoro durante un ciclo autunno–invernale.
Le caratteristiche della sperimentazione
La prova sperimentale è stata condotta in una serra di polimetacrilato, presso l’azienda sperimentale La Noria dell’Ispa-Cnr di Bari in agro di Mola di Bari. Le piante di pomodoro sono state coltivate su lastre di lana di roccia (trapiantate il 9 settembre 2019), con distribuzione della soluzione nutritiva (Sn) per micro-irrigazione e gestione della stessa in ciclo chiuso.
Il disegno sperimentale ha previsto l’utilizzo di undici canaline (lunghezza 6 m, larghezza 0,26 m, pendenza dell’1% e distanza interfilare di 1,2 m) su ciascuna delle quali sono state allevate sedici piante (quattro piante per ogni lastra lunga 1 metro). Nove canaline sono state considerate come unità sperimentali elementari, mentre le due esterne sono state considerate come canaline di bordo insieme alla prima e all’ultima pianta di ogni canalina.
Le piante sono state allevate in verticale e cimate dopo la fioritura del settimo palco. Le operazioni colturali svolte sono state: tutoraggio, sfemminellatura e rimozione delle foglie basali senescenti. La temperatura interna della serra è stata regolata per mezzo delle finestrature di gronda e laterali. Infine, l’impollinazione è stata garantita dall’immissione in serra di bombi.
La gestione della soluzione nutritiva
La Sn è stata fornita per mezzo di drip autocompensanti con portata di 4 l/ora. Tre differenti Sn sono state utilizzate in base allo stadio fenologico delle piante.
La composizione della Sn (in mg/l) dal trapianto fino al terzo palco in fioritura è stata:
- 134 N-NO3,
- 10 N-NH4,
- 161 K,
- 50 P,
- 25 Mg,
- 124 Ca,
- 33 S.
La composizione fino al quinto palco in fioritura è stata:
- 150 N-NO3,
- 18 N-NH4,
- 249 K,
- 39 P,
- 27 Mg,
- 118 Ca,
- 26 Cl,
- 48 S.
Poi, fino alla fine del ciclo:
- 124 N-NO3,
- 5 N-NH4,
- 300 K,
- 41 P,
- 12 Mg,
- 94 Ca,
- 19 Cl,
- 47 S.
Infine, per i micronutrienti la concentrazione è stata sempre la stessa, in accordo con Hoagland e Arnon (1950).
Il numero e la durata degli interventi irrigui sono stati gestiti tramite timer in modo da evitare stress idrici. Durante il ciclo di coltivazione la Sn circolante non è mai stata scaricata e ogni due giorni sono stati misurati i valori di pH ed Ec della Sn prima e dopo il reintegro.
I trattamenti di luce supplementare
I trattamenti luminosi sono stati realizzati con moduli Led interlight (“GreenHouse Interlight” prodotti da C-Led, Imola, Bo) posizionati 25 cm sotto l’apice meristematico. Il photosynthetic photon flux density (Ppfd) garantito a 30 cm di distanza dalle lampade è stato di 170 µmol/m2 al secondo. Sono stati confrontati due spettri di illuminazione supplementare: R (660 nm) + B (440 nm) e R + B + Fr (730 nm), mentre la sola applicazione di luce solare (Nl) è stata utilizzata come controllo.
I trattamenti luminosi sono stati applicati fin dal trapianto e gestiti in maniera automatica da un sistema composto da Cr1000 data logger e quantum sensor. Il sistema è stato impostato in modo da garantire 16 ore di fotoperiodo e un Ppfd a livello della canopy mai inferiore a 170 µmol/m2 al secondo durante il giorno.
Rilievi, disegno e analisi
Sono stati effettuati quattro rilievi distruttivi sulle piante, 67, 88, 110 e 137 giorni dopo il trapianto (Dat), per misurare il numero e il peso fresco e secco di foglie, frutti e stelo. La raccolta è avvenuta tra il 7 dicembre 2019 e il 6 febbraio 2020. I frutti sono stati raccolti singolarmente alla “rottura del colore” e divisi in frutti commercializzabili (“extra”, “I categoria” e “II categoria”) e non commercializzabili, in base al Regolamento Ue n. 790/2000 del 14 aprile 2000.
Alla fine del ciclo di coltivazione, i pomodori immaturi presenti sulla pianta sono stati contati, pesati e considerati come “produzione potenziale”. Infine, solo per i pomodori di categoria ed “extra” è stata fatta la determinazione della sostanza secca e dei solidi solubili totali.
I trattamenti di luce supplementare sono stati disposti in un blocco sperimentale con tre ripetizioni. I dati sono stati elaborati attraverso l’analisi della varianza e la separazione tra le medie è stata eseguita con la tecnica dei contrasti ortogonali: NL vs SL e R+B vs R+B+Fr.
Gestione della radiazione supplementare con il Dli
Attraverso l’utilizzo della radiazione supplementare è stato possibile mantenere stabile la quantità di radiazione fotosinteticamente utile. Al ridursi del Dli della luce solare (Nl), è aumentato il Dli della luce supplementare (Sl), consentendo di stabilizzare il valore di Dli totale, con il valore più alto registrato 28 Dat e il valore più basso registrato 31 Dat.
All’accorciarsi del fotoperiodo naturale, tra settembre e dicembre, il numero di ore di accensione giornaliera dei Led è aumentato fino a 14,2 ± 1,3 ore tra 83 e 113 Dat, ed è stato in questo periodo che l’impianto ha assorbito una quantità di energia elettrica maggiore, rispetto ad altre fasi della coltivazione.
L’utilizzo del Cr1000 data logger e del quantum sensor nel sistema di automazione di gestione della luce supplementare ha quindi permesso di stabilizzare il Dli fornito alle piante, evitando che il Dli naturalmente presente in questo periodo, potesse essere un fattore limitante per la produzione. Infatti, in periodi particolarmente bui, ad esempio tra 83 e 137 Dat, circa l’85% del Dli totale è stato fornito dalla luce supplementare.
Se confrontiamo i valori ottimali di Dli per il pomodoro presenti in blibliografia con i valori di Dli della luce solare registrati durante la prova sperimentale, ci rendiamo conto del perché la radiazione solare anche alle nostre latitudini, durante il periodo autunno-invernale, è un fattore limitante per la coltivazione del pomodoro. Inoltre, anche il materiale di copertura ricopre un ruolo fondamentale, che necessita di essere preso in considerazione per futuri studi.
La crescita delle piante
I trattamenti di luce supplementare non hanno avuto impatti significativi sul peso fresco di frutti e foglie, mentre il contenuto di sostanza secca delle foglie è stato del 9% più alto per le piante coltivate con Led rispetto al controllo e del 6% più alto per il trattamento R+B rispetto a R+B+Fr. Questi dati ci dimostrano come l’applicazione dell’illuminazione supplementare non ha contribuito alla traslocazione di un maggior quantitativo di acqua su stelo e foglie e che, allo stesso tempo, con l’utilizzo dei Led è aumentato il contenuto di sostanza secca, espresso in g/100 g di peso fresco, a livello delle foglie.
La resa produttiva
Considerando la produzione, in generale sono emerse differenze tra il controllo e i Led, mentre nessuna differenza significativa è emersa tra i due spettri luminosi, suggerendo che l’applicazione della radiazione supplementare Fr, per la coltivazione in serra del pomodoro in ambiente mediterraneo, non è necessaria per incrementare le performance produttive della coltura.
Nel dettaglio, le piante coltivate con Led hanno ottenuto una produzione di 2,37 kg/pianta, circa il 25% in più rispetto al controllo. Anche in termini di numero di frutti raccolti le piante coltivate con luce supplementare hanno prodotto circa il 20% dei frutti in più rispetto al controllo, mentre nessuna differenza significativa è stata riscontrata sul peso medio dei frutti (84,4 g in media).
Anche considerando la produzione potenziale (frutti immaturi presenti sulla pianta alla fine della prova), le piante coltivate con i Led avevano circa il 24% di produzione in più rispetto al controllo. Inoltre, considerando il grafico della produzione cumulata, si nota in maniera evidente come l’influenza della luce supplementare sulla produzione si è manifestata maggiormente sulle ultime tre raccolte. Infine, il contenuto di solidi solubili totali e quello della sostanza secca dei frutti non sono stati differenti nei diversi trattamenti, anche se entrambi sono aumentati nel tempo.
Le conclusioni dello studio
I risultati ottenuti confermano che l’applicazione delle lampade Led durante un ciclo autunno-invernale consente di incrementare la produzione del pomodoro da mensa in serra. Questo è dovuto a una maggiore differenziazione di frutti, piuttosto che a un aumento del peso medio degli stessi.
Inoltre, l’apporto di radiazione supplementare Fr su una base di R+B non ha apportato vantaggi alla coltivazione, in contrasto con i risultati ottenuti da studi effettuati nel Nord Europa. Infatti, sebbene sia stato accertato che la radiazione Fr è necessaria per incrementare l’efficienza fotosintetica, Zhen e Bugbee (2020) affermano che solo una piccola percentuale di Fr è necessaria su una base di luce R+B, per cui la nostra ipotesi è che nell’areale mediterraneo la quantità di radiazione Fr presente nella luce naturale diluisce gli effetti della radiazione Fr fornita come luce supplementare.
