Lo sviluppo negli anni della tecnologia dei materiali plastici ha favorito un importante utilizzo delle materie plastiche in agricoltura. Una tecnologia che è stato di aiuto per gli agricoltori al fine di migliorare ed aumentare le rese e la qualità delle loro produzioni. Oltre a consentire la crescita di ortaggi e frutta indipendentemente dalla stagione, i film plastici di copertura delle serre permettono solitamente di offrire prodotti di qualità superiore e più sani rispetto a quelli cresciuti in campo aperto.
Le serre sono sistemi agricoli complessi, al cui interno vanno attentamente controllati temperatura e umidità, nelle serre più tecnologiche anche il contenuto di anidride carbonica e l’intensità e la durata della luce.
In particolare per la luce, l’incidenza della radiazione solare fotosinteticamente attiva (ossia compresa tra 400 e 700 nm) ha evidentemente un’importanza determinante per le rese e la qualità delle produzioni e, pertanto, deve essere massimizzata attraverso la scelta di un materiale di copertura che assicuri la maggiore trasparenza possibile.
| Tab. 1 - Caratteristiche tecniche di alcuni dei più comuni materiali utilizzati per la copertura delle serre | ||
| Materiali | PAR* | Peso (kg/m2) |
| Vetro | ||
| Vetro, 3 mm | 89- 91% | 7.83 |
| Doppio vetro, 3 mm | 79% | 15 |
| Plastiche rigide | ||
| Polimetilmetacrilato (PMMA) | 86% | 5 |
| Policarbonato (PC) | 78% | 1.2-1.5 |
| Film Plastici | ||
| Polietilene (PE lunga durata) | 90% | 0.16 |
| PE impermeabile infrarosso | 85-90% | 0.17 |
| PE lunga durata doppio strato | 81% | 0.34 |
| Etilene Vinil Acetato (EVA) | 91% | 0.17 |
| Cloruro di Polivinile (PVC) | 92% | 0.21 |
| *PAR= trasmissione % della radiazione (400-700 mm) sulla fotosintesi | ||
I materiali
Un’ampia gamma di film plastici viene utilizzata in agricoltura protetta, tra cui necessita ricordare il Poliolefine (PO), (una classe di macromolecole composte da monomeri di olefine, derivate dalla polimerizzazione di petrolio o gas naturale). Il PO è un polimero di cui fanno parte i più conosciuti e diffusi Polietilene (PE) e Polipropilene (PP conosciuto come MOPLEN).
Molto conosciuto il Cloruro di Polivinile (PVC - polimero del Cloruro di Vinile) ed un interessante copolimero denominato Etilene Vinil Acetato (EVA - polimero di Etilene e Acetato di Vinile), meno utilizzato il Policarbonato (PC) ed il Polimetilmetacrilato (PMMA).
Secondo stime del 2010, la diffusione dell’agricoltura protetta nel bacino mediterraneo raggiunge i 400.000 ha (se consideriamo anche i piccoli tunnel), ed è concentrata soprattutto in Spagna, Italia, Francia, Grecia, Turchia ed Egitto.
Rispetto ai materiali di copertura, la quantità di film plastici utilizzati per l’agricoltura protetta in Europa è stimata in circa 450.000 tonn, di cui il polietilene a bassa densità (LDPE) costituisce il principale polimero commercializzato, mentre il copolimero EVA (Etilvinilacetato) e il PVC (Cloruro di polivinile) hanno una diffusione minore.
Nell’Europa a 27 le serre permanenti raggiungono una superficie di 140.000 ettari. Per i volumi economici, l’agricoltura protetta in Italia fattura oltre 3 miliardi di euro in termini di produzione lorda vendibile, mentre, a livello europeo, l’industria delle serre fattura non meno di 2 miliardi di euro in termini di strutture, impianti, componentistica ed assistenza.
I parametri microclimatici modificati dalle coperture che influenzano maggiormente sulla fisiologia delle piante sono la temperatura, la radiazione, l’umidità dell’aria, il vento e la concentrazione di CO2 nell’aria interna. La radiazione solare è fondamentale per lo svolgimento della fotosintesi. La radiazione solare che arriva sulla terra varia in funzione della latitudine, dell’altitudine, dell’esposizione, della località e della nuvolosità.
Sulla base dello spettro della radiazione solare, essa si suddivide in:
- radiazione ultravioletta (U.V.) tra 290-380 nm
- radiazioni foto sinteticamente attiva (PAR) tra 400-700 nm;
- radiazione nell’infrarosso vicino (NIR) tra 700-3.000 nm.
(tabella 2 - classificazione della radiazione solare sulla base delle lunghezze d’onda (λ))
| Tab. 2 – Classificazione della radiazione solare | |
| Luce naturale del sole | λ (nm) |
| Ultravioletto | 290 - 380 |
| Violetto | 380 - 440 |
| Blu | 440 - 495 |
| Verde | 495 - 570 |
| Giallo | 570 - 595 |
| Arancio | 595 - 625 |
| Rosso | 625 - 700 |
| Infrarosso vicino (NIR) | 700 – 3.000 |
| Infrarosso lontano (FAR) | 3.000 - 100.000 |
Le piante utilizzano la luce PAR* (con lunghezze d’onda comprese tra 400 e 700 nm) come fonte di energia per realizzare il processo della fotosintesi con il quale formano carboidrati a partire da anidride carbonica (CO2) ed acqua (H2O). La luce rossa (650-700 nm) e la luce blu (440-490 nm) costituiscono le lunghezze d’onda più efficienti per il processo fotosintetico operato dalle piante. Mediamente la radiazione solare globale che arriva sulla terra a mezzogiorno in una giornata di sole, corrisponde approssimativamente 1.800-2.000 μmoli/m2 per secondo. (tabella 3 – Livelli di luce raccomandati per diverse specie vegetali coltivate in serra).
* PAR (Photosynthetic Active Radiation, corrisponde a circa 300-400 μ moli/m2/sec).
La luce è l’energia per la fotosintesi, e di conseguenza una gestione oculata del sistema serra deve tendere a massimizzarne la funzione della serra come collettore di luce solare.
| Tab. 3 - Livelli di luce raccomandati per diverse specie coltivate | |
| Colture agricole | μmoli/m2/sec |
| Piante da foglia ornamentali | 150 - 250 |
| Crisantemo | 250 - 450 |
| Garofano | 250 - 450 |
| Geranio | 250 - 450 |
| Poinsettia | 250 - 450 |
| Lattuga | 250 - 450 |
| Cetriolo | 250 - 450 |
| Fragola | 250 - 450 |
| Rosa | 450 - 750 |
| Pomodoro | 450 - 750 |
| 1 μmoli/m2/sec = 6x1017 fotoni/m2/sec | |
In generale, la luce che penetra nella serra è condizionata dai seguenti fattori:
1) tipologia di costruzione e di copertura;
2) orientamento della serra;
3) angolo di inclinazione della copertura/falda rispetto ai raggi solari.
Infine è opportuno sottolineare che per consentire una buona penetrazione della luce, la pendenza del tetto delle serre debbono avere un angolo di inclinazione non inferiore a 35°- 40°.
Orientamento ed esposizione
Una buona penetrazione della luce in serra, si ottiene, oltre che prestando attenzione all’orientamento della serra ed all’esposizione della coltura alla luce, anche attraverso una attenta selezione dei materiali di copertura e una sua buona manutenzione e, in caso di nuove costruzioni, alla scelta della struttura serra cosiddetta “Leggera” nel senso che si deve cercare di minimizzare al massimo la creazione di ombre da parte delle strutture portanti.
La serra peraltro, ed il conseguente film plastico di copertura, debbono avere una buona trasparenza ed una buona capacità di diffondere i raggi solari in tutte le direzioni. Infatti è stato dimostrato che, a parità di trasmissività, coperture a luce diffusa consentono, soprattutto nelle colture a sviluppo verticale, aumenti nelle rese interessanti, fino al 10% ed oltre: i raggi diffusi, infatti, possono raggiungere le foglie degli strati inferiori degli steli, che con l’irraggiamento diretto rimangono in ombra in quanto schermate dalle foglie apicali.
Tutto ciò dando per scontata, ovviamente in inverno, la capacità che il materiale deve avere di aumentare la temperatura all’interno dell’ambiente protetto, ossia di favorire l’effetto serra, (quando la temperatura fuori è troppo bassa), al fine di diminuire i consumi energetici. In estate, viceversa, quando la temperatura è molto elevata, la copertura dovrebbe essere in grado di ridurre l’innalzamento delle temperature.
Nel primo caso si può far ricorso a polimeri quali l’etilenvinilacetato (EVA), l’etilenbutilacrilato (EBA), il polivinilcloruro (PVC), il tetrafluoroetilene (ETFE); nel secondo, in estate, possono essere utilizzati film dotati di effetto termico speciale, ottenuto mediante l’impiego di coloranti (rosso, blu, verde ecc.) o mediante la dispersione nel materiale plastico di pigmenti d’interferenza, microbolle di gas o microsfere cave di vetro, che inducono anche un effetto diffusivo.
Un materiale plastico di copertura, già esistente sul mercato, molto interessante per risolvere molte delle esigenze sopra elencate, è l’ETFE (purtroppo ancora troppo costoso). È un materiale con alta trasmissività, addirittura superiore al vetro, non solo nel PAR, ma anche nell’UV, (assai importante per la qualità delle produzioni). Possiede la cosiddetta proprietà “Anti-Dust”, (cioè polveri e smog difficilmente si attaccano) e può avere anche proprietà diffusive e “anti-condensa” permanenti. Mantiene le proprietà ottiche e meccaniche per molti anni (15-20), quindi in serre tecnologiche potrebbe sostituire egregiamente il vetro e ripagare facilmente il maggior investimento.
Nuove proposte
Materiali innovativi di particolare interesse sono quelli che vengono comunemente definiti intelligenti, o “smart” in quanto fotoselettivi, ossia capaci di filtrare selettivamente la luce solare mediante film colorati. Ad essi si è rivolta l’attenzione degli addetti ai lavori, i quali ne evidenziano l’efficacia in termini di fotosintesi e fotomorfogenesi delle colture, ma anche di riduzione dell’input energetico delle serre, nonché di un contributo legato al fatto che possono fornire un controllo ai patogeni, “funghi, acari ed insetti patogeni”. Ad esempio, sono interessanti i risultati ottenuti in Israele nella lotta contro la mosca bianca e tripidi grazie all’utilizzo di film di copertura che bloccano i raggi UV, con i quali gli insetti si orientano.
I materiali intelligenti sono materiali che rispondono a stimoli esterni e, come conseguenza, sono in grado di modificare le loro proprietà in modo utile per svolgere particolari funzioni. Una classe di materiali intelligenti è quella dei polimeri fotosensibili: questi materiali plastici presentano la caratteristica di modificare le proprietà della propria superficie quando sono illuminati, da luce normale.
Sul mercato sono disponibili dei film a multi strati, cosiddetti film barriera VIF (virtually impermeable films) utilizzati per l’applicazione dei fumiganti grazie alle loro capacità di trattenere sostanze chimiche gassose (fumiganti) iniettate nei terreni per sterilizzarli. Tale capacità è nota come permeabilità, si misura in g/mq all’ora, e rappresenta la quantità di sostanza gassosa che passa attraverso il film. Sono disponibili anche altri film innovativi a 5 ed anche a 7 strati che permettono non solo una maggiore trasparenza UV, ma anche un migliore controllo della temperatura e delle proprietà anti-goccia grazie al posizionamento di precisione di polimeri e additivi ad alte prestazioni all’interno della struttura del film stesso.
Una possibilità che la ricerca nel campo dei film plastici sta mettendo a punto negli ultimi anni, è la realizzazione di polimeri auto-pulenti, in grado di ridurre il depositarsi sulla copertura di polvere che, così come la condensa, può essere la causa di una sensibile diminuzione percentuale di luce che raggiunge le colture e, di conseguenza, le loro rese.
Tale caratteristica viene conferita ai materiali attraverso un trattamento con nanoparticelle che consente al film di imitare il cosiddetto “effetto loto”, (osservata principalmente nei fiori di loto ma la si ritrova anche nelle foglie di cavolo) vale a dire l’effetto di cui sono dotate queste foglie e che le rende idrofobiche: in questo modo la pioggia rotola e rimuove facilmente la polvere accumulata.
La scelta
La conoscenza e la disponibilità di questi nuovi materiali plastici, pone il serricoltore di fronte ad una delle classiche scelte: serra in vetro o film plastico?
Attualmente, per certi produttori, una serra in vetro non è migliore di una in plastica, i tempi sono cambiati grazie agli innovativi materiali polimeri disponibili. Dagli anni 60-70 in poi, le innovazioni tecnologie dei film plastici ad elevata trasmissione luminosa e durata nel tempo, hanno permesso l’utilizzo di film di polietilene per coprire le serre. Oggi oltre l’80-90% delle serre nel mondo sono coperte con film plastici; sono state costruite maggiormente nei paesi del Sud, utilizzando strutture a bassa tecnologia. Le serre copertura in vetro invece, vengono utilizzate di più nei paesi del nord Europa, con strutture ad elevata tecnologia.
Le moderne serre con film plastico sono una reale alternativa alle serre in vetro. Le serre più moderne hanno dei maggiori volumi e consentono di ottenere buone produzioni grazie alla migliore trasmissione della luce dei materiali e della struttura serra, oltre a permettere di risparmiare energia grazie proprio al notevole volume ed al conseguente volano termico interno. Inoltre le serre con film plastico offrono il vantaggio della luce diffusa, a fronte di un piccolo investimento economico. Uno svantaggio dei materiali plastici, è che la copertura deve essere sostituita ogni 3 o 5 anni o poco più.
L’articolo è pubblicato su Colture Protette n. 7/2019
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