La luce è essenziale per la vita della pianta. Le piante trasformano la luce in zuccheri, di cui hanno bisogno per la crescita e la fioritura. Le coltivazioni indoor hanno bisogno di luce artificiale, che non è sempre sufficiente, ma molto presto ci potrebbero essere novità a riguardo…
Siamo sull’orlo di una rivoluzione tecnologica relativamente al modo in cui forniamo la luce necessaria alle nostre coltivazioni interne. I fornitori promettono modalità più efficienti di fruizione dell’elettricità; inoltre nuove lampadine colorate e luci a LED si stanno immettendo con successo sul mercato. La domanda da porsi è: queste promesse sono realistiche? I coltivatori hanno le capacità per trarne vantaggio?
Piante e luce: come funziona questa interazione
La luce è una forma di radiazione e, come tale, può essere divisa in diverse categorie di lunghezze d’onda: luce visibile, radiazione invisibile, infrarosso vicino e infrarosso.
Per le piante, la luce è essenziale nel senso più ampio del termine. Senza di essa, nessuno dei suoi processi vitali sarebbe possibile:
- La pianta usa luce, acqua e CO2 per formare carboidrati e ossigeno (fotosintesi)
- Il colore (lunghezza d’onda) e la quantità di luce determinano la forma della pianta (fototropismo)
- Una pianta “sa”, basandosi sulla lunghezza del giorno, quando produrre gli ormoni della fioritura e i fiori (fotoperiodismo)
Che cos’è la fotosintesi?
Quando la luce raggiunge le foglie della pianta, viene assorbita dalle cellule che contengono clorofilla. Le due forme più importanti di clorofilla, clorofilla a e clorofilla b, sono più sensibili alla luce blu e quella rossa (vedi figura 1).
Teoricamente questi due colori di luce da soli sarebbero sufficienti a permettere alla pianta di fare la fotosintesi, ma in realtà ogni lunghezza d'onda dello spettro luminoso ha la propria funzione per la pianta. Di solito la luce verde, e talvolta quella gialla, è parzialmente riflessa, motivo per cui la maggior parte delle piante appaiono verdi all'occhio umano.
Fototropismo
Il modo in cui la pianta cresce non è solo determinato dai suoi geni, ma dipende anche dalle lunghezze d'onda della luce a cui è esposta, sia la luce visibile che quella invisibile.
La luce UV-a (315-380 nanometri) e la luce UV-b (280-315 nm) hanno un effetto positivo sulla crescita di nuovi rami e hanno un effetto simile sulle piante come la luce blu, sebbene ci siano alcune differenze. Troppi UV-c (<280 nm) possono danneggiare la pianta.
La luce rossa (700-800 nm) penetra più profondamente nella coltivazione rispetto ad altre lunghezze d'onda, con conseguente crescita e estensione di una pianta o in parti di una pianta verso la sorgente luminosa.
Fotoperiodismo
Molte piante da fiore usano una proteina fotorecettrice per percepire i cambiamenti stagionali di notte, o il fotoperiodismo, che ricevono come segnali per fiorire. Queste piante vengono classificate come piante a giorno lungo o piante a giorno corto, sebbene il vero meccanismo regolatore sia regolato dalle ore di oscurità e non dalla lunghezza del giorno.
Una pianta a giorno lungo richiede un numero inferiore di ore di buio nell’arco delle 24 ore per indurre la fioritura; queste piante solitamente fioriscono durante la fine della primavera o l’inizio dell’estate. Le piante a giorno corto fioriscono quando la notte è più lunga rispetto alla durata necessaria. Richiedono un periodo sufficiente di buio affinché i fiori inizino a sbocciare, ma la durata specifica del buio richiesto differisce tra le varie specie. Le piante a giorno neutro fioriscono indipendentemente dalla durata della notte.
Nuovi sviluppi per quanto riguarda l’illuminazione
Ora che sappiamo meglio cosa sia la luce e quanto sia importante per la crescita e la fioritura delle piante, possiamo dare un’occhiata alle nuove tecnologie di illuminazione che sono emerse negli ultimi anni.
Attualmente la tipologia più comune di illuminazione fotosintetica nell’orticoltura è rappresentata dalle lampade a scarica ad alta intensità (HID) che contengono un misto di gas e metalli all’interno di un tubo di vetro. Quando l’elettricità passa tra gli elettrodi alla fine del tubo, il miscuglio di gas e metalli si riscalda ed emette luce. Le lampade HID possono essere sia al sodio ad alta pressione (luce gialla) o ad alogenuri metallici (luce bianca). A volte viene installata una combinazione di entrambi i tipi di lampadina per dare uno spettro più uniforme, mentre i riflettori vengono usati per direzionare la luce verso le piante (Vedi figura 2).
Le lampadine migliori
Fino a poco tempo fa, le lampadine fluorescenti per la coltivazione (figura 3) avevano una produzione limitata in quanto troppo grandi e ingombranti per essere usate nell’illuminazione delle colture quindi il loro impiego si limitava a far nascere le piantine.
La situazione ora è diversa con l’arrivo di nuove luci fluorescenti compatte o CFL e luci fluorescenti ad ampio spettro T5. Queste lampadine che danno una luce migliore stanno diventando sempre più diffuse sia per la riproduzione, che per la coltivazione della pianta, poiché sono efficienti dal punto di vista energetico ed estremamente efficaci, soprattutto quando vengono utilizzate in grandi quantità.
Anche se non così efficienti come le luci HID, le fluorescenti hanno migliori proprietà di resa cromatica e producono molto meno calore rispetto alle luci HID. Questo permette loro di essere collocate più vicino alle piante aumentando notevolmente la loro efficacia.
Lampade a LED e la loro efficacia sulla coltivazione
L'applicazione di diodi ad emissione di luce (LED, vedi figura 4) come potenziale fonte per l’assimilazione di luce negli impianti per la coltivazione di piante apre potenzialmente una serie di nuove possibilità. I LED producono luce in una gamma di lunghezze d'onda molto stretta e non emettono direttamente radiazioni di calore.
Il calore prodotto dai LED grazie alla loro limitata efficienza di conversione energetica può essere estratto tramite raffreddamento convettivo. Di conseguenza, i LED possono essere applicati in luoghi relativamente bui vicino alla coltivazione, al fine di aumentare la fotosintesi della foglia in luoghi in cui l’assimilazione di luce normalmente non penetra. In teoria questo tipo di illuminazione interna alla coltivazione potrebbe aumentare significativamente la fotosintesi delle colture.
Attualmente la maggior parte dei LED disponibili in commercio emettono solo luce rossa e blu. Sebbene si tratti di lunghezze d'onda che le piante usano per la loro fotosintesi, queste devono essere utilizzate solo in combinazione con altre forme di illuminazione, come illuminazione supplementare o illuminazione orientabile. Sebbene i nuovi sistemi LED coprano uno spettro molto più ampio, questi sono per lo più ancora in fase sperimentale.
Illuminazione al plasma
Le lampade al plasma producono uno spettro di luce simile a quello del sole e sono quindi talvolta definite luce solare artificiale. Le lampade al plasma utilizzano una piccola quantità di zolfo che viene riscaldato da un magnetron, facendo emettere la luce dal plasma.
In laboratorio, rispetto alle piante coltivate sotto tubi fluorescenti e lampade al sodio ad alta pressione, le piante coltivate con la luce artificiale sono caratterizzate da piccioli più lunghi, un maggiore tasso di dispiegamento delle foglie e un minore investimento in massa foglia rispetto all’area fogliare. Ciò significa che le piante crescono più grandi e accumulano più materia secca, anche se la fotosintesi per area fogliare non è maggiore.
La differenza principale relativamente alla risposta delle piante allo spettro di luce solare artificiale rispetto alle fonti di luce della coltivazione protetta, ampiamente utilizzata, evidenzia l'importanza di uno spettro più naturale, se l'obiettivo è quello di produrre piante in condizioni paragonabili a quelle delle coltivazioni nei campi.
Conclusioni
Una pianta necessita di lunghezze d’onda di luce specifiche a seconda della fase di crescita in cui essa si trova. La luce a LED, quella al plasma e soprattutto le lampadine colorate, richiedono un ulteriore sviluppo prima che possano essere trasformate in prodotti per la coltivazione. Le luci a LED sono già disponibili come illuminazione supplementare o orientabile, ma spetta al coltivatore valutare le necessità delle proprie piante in quella particolare fase.
