Sistemi Orticoli e Floricoli

Introduzione alle colture protette e struttura della serra

Scopo delle colture protette

- Le colture protette sono un comparto molto attivo e tecnologicamente avanzato per le produzioni orticole, floricole e vivaistiche. Occupano una superficie mondiale di circa 2 milioni di ettari. In Italia, la superficie a serra è di 31.000-35.000 ha.

- La serra fornisce un ambiente di coltivazione che può essere controllato durante tutto l’anno: permette di svincolare la produzione dagli agenti atmosferici, possibilità di controllare la temperatura, la luce, la disponibilità di acqua e gli elementi nutritivi.

- Sistema produttivo molto vicino al concetto di produzione industriale. Elevato reddito garantito dalle colture anticipate o posticipate. Tunnel plastici in Europa (74.000 ha) per colture a basso reddito come alcune orticole. Stima effettuata sulla base della plastica venduta. I film plastici sono utilizzati nei climi caldi.

- Serra-vetro (41.000 ha) strutture utilizzate negli ambienti a clima rigido per aumentare l’effetto serra.

Produzione in serra

- Produzione in serra è sempre maggiore di quella in pieno campo (scelta di specie più esigenti ma anche più produttive).

- La serra è uno strumento per poter produrre soprattutto nel periodo invernale. Periodo di crescita più lungo, possibile sfruttare la produzione extra-stagionale. Uso di cultivar più produttive ma più esigenti dal punto di vista ambientale. La gestione della coltivazione è più complessa rispetto al pieno campo (controllo climatico, illuminazione supplementare e fotoperiodica, concimazione con CO₂ personale tecnico specializzato).

- Sistemi di coltivazione fuori suolo (idroponici).

- Tipologia di produzione in serra: Fiori recisi (in particolare rosa), Piante da fiore, Ortaggi (melone, pomodoro, fragola), Baby leaf (produzione di 4 gamma), Propagazione piante ornamentali.

- Serra = rapporto INPUT/OUTPUT. Produzione intensiva con forte potenziale inquinante. Tutti i fattori possono essere monitorati e controllati. Input: fertilizzanti, acqua, pesticidi, CO₂, substrati, fuel, piante. Output: fertilizzante percolato, acqua lisciviata, detriti vegetali, substrati usati, rifiuti di plastica, pesticidi, gas di combustione.

- Diminuire l’impatto ambientale delle serre e materiali che si possano riutilizzare. Es: uso di substrati riciclabili come torba o fibra di cocco, recupero della soluzione nutritiva (per coltivazioni in campo) e dell’acqua piovana.

- Tutela della salute e dell’ambiente: [Direttiva 91/676/CEE del Consiglio, del 12 Dicembre 1991] Normativa agroambientale: riduzione del consumo idrico e dei fertilizzanti in ortofloricoltura (in particolare controllo dei nitrati negli ortaggi a foglia). Coltivazioni in ambienti agricoli poveri e Sterilizzazione del terreno e limitazione dei fumiganti.

- Serra: costruzione che protegge ed isola le coltivazioni dall’ambiente esterno, dotata di illuminazione e sistemi per il controllo della temperatura e dell’umidità in modo da favorire la crescita e la produzione.

Classificazione delle serre

- In base all’epoca di produzione: Semi-forzata (produzione anticipata di ortaggi e fiori) e Forzata (produzione fuori stagione).

- In funzione del riscaldamento: Serra fredda (senza riscaldamento) e Serra calda (con riscaldamento).

Agro-ecosistema della serra

- Sistema di protezione: caratteristiche strutturali, materiali di copertura e controllo dei fattori microclimatici.

- Terreno e substrato: Preparazione, fertirrigazione, pacciamatura e solarizzazione.

- Coltura: Successione colturale, programmazione, controllo accrescimento, raccolta prodotti.

- Organismi della coltura: utili, nocivi, antagonisti.

Fattori che influenzano la produzione

• Costi di produzione: Riscaldamento, Raffreddamento, Manodopera, Terreno, Tasse.
• Qualità del prodotto: Fotoperiodo, Intensità di Luce, Temperatura.
• Distribuzione dei prodotti e logistica:
  • Nave: Tempo di percorrenza lungo ma economico.
  • Gomma dove applicabile, più veloce e a costo intermedio.
  • Treno economico dove applicabile, tempo intermedio.
  • Aereo: Più veloce ma con controllo ambientale problematico.

Punti chiave della coltivazione in serra

- I maggiori costi di produzione sono ascrivibili a: Costruzioni e materiali; Energia e costo per la climatizzazione; Costo del lavoro, Costo dei materiali per le materie prime.

- Limitata disponibilità energetica impone: Scelta accurata dei materiali e forme delle strutture; Sistemi automatici per il controllo della crescita delle piante.

Strategie e prospettive che determinano la scelta di coltivare in serra anziché nel terreno

- Globalizzazione del mercato, i prodotti sono trasferibili con tecnologie post-raccolta in tutto il mondo.

- Adozioni tecniche eco-compatibili.

- Punto di vista alimentare (ortaggi) e il loro ruolo nella dieta.

- Problema della qualità e disponibilità dell’acqua.

Struttura della serra

- La funzione della serra è quella di lasciare passare la radiazione solare incidente ed essere opaca a quella riemessa dal terreno o dalla vegetazione (radiazioni caloriche, radiazioni nell’infrarosso lungo), generando l’effetto serra. Ossia riscaldamento passivo dell’ambiente protetto per la produzione anche fuori stagione.

- Ottimo ambiente di coltivazione per molte specie. Facile controllo degli insetti mediante reti alle finestre o all’entrata. Costi di costruzione più elevate.

- Non si avrà mai in serra una trasmissione della luce al 100%. Solo in campo si può avere. (Il vetro circa 90%) - Bilancio energetico della serra: Gestire l’umidità in modo omogeneo per avere una crescita omogenea delle piante.

- Tipologie di serre: tendenzialmente soluzioni modulari montati uno di seguito all’altro.

- Più le serre sono grandi e più accessori possono essere aggiunti. Tuttavia, queste strutture accessorie riducono l’entrata di luce all’interno della serra.

Le diverse tipologie di serre

- Serra con parete costituita da un muro in comune con un edificio.

- Pendenza del tetto in una sola direzione, la radiazione viene utilizzata parzialmente.

- Difficilmente meccanizzabile, generalmente sono parte di un garden center (sostano piante per la vendita).

- Quando fa freddo si apre prima la parte bassa della serra. Durante l’estate si apre prima in alto.

- Serra a padiglione con tetto semicircolare: Ambiente interno ottimo per determinate colture ma poco spazio per le operazioni (lungo i bordi). Controllo insetti più semplice e costi di costruzione meno elevati. Difficoltoso la movimentazione delle piante e la lavorazione dell’interno della serra. Illuminazione interna è buona anche durante l’inverno.

- Serre a più campate: Problema di accumulo di neve, Minor consumo di combustibile per il riscaldamento. Spazio interno molto ampio ed è facile controllare le persone che vi lavorano. Difficile il controllo degli insetti e delle piante sensibili al fotoperiodo, nelle specie floricole.

- Serre a tetto mobile/apribile: Buona parte del tetto si apre verso l’alto. Deve essere adeguatamente dimensionato. La copertura può essere fatta in vetro o altro materiale plastico. Interesse per la ventilazione naturale. Possibile usufruire delle piogge per l’apporto idrico. Vantaggi: Piante più compatte per la radiazione diretta, minor ombreggiamento, ridotto sviluppo di malattie, ridotta infestazione d’insetti, potenzialmente meno lavoro.

- Serra mobile: Permette di lavorare il terreno con normali trattrici o macchine operatrici ingombranti. Facilita le operazioni di raccolta e migliora tutte le operazioni colturali. Classificazione Cen nel gruppo B. Può essere dotata di aperture laterali a scorrimento.

- Serre-Tunnel: Tubi curvati nel terreno possono rappresentare le uniche fondazioni. Tipologia usata per la produzione di ortaggi destinati alla IV gamma: Prodotto pulito, Cicli colturali intensi, Raccolta molto precoce e dettata dalle esigenze di mercato.

Suolo nella serra

- Elemento di supporto o semplicemente terreno (problemi di costipamento e sviluppo di infestanti). Ghiaia è la più usata, perché permette un buon drenaggio e impedisce lo sviluppo delle infestanti. Il cemento è una ottima scelta ma bisogna pianificare lo smaltimento dell’acqua in eccesso.

Materiali usati per la realizzazione di serre

• Legno: colorato e soggetto a costante manutenzione per migliorare la riflessione o il passaggio della luce. Deve essere trattato per evitare che marcisca.
• Acciaio: forte, verniciare ad intervalli regolari.
• Alluminio: pochi problemi di corrosione, riflette meglio la luce, non deve essere verniciato. Conduce molto il calore pertanto le strutture devono essere opportunamente isolate per evitare perdite di calore.

La sicurezza nelle serre

- [Standard europeo En 13031 -1] Durata minima (15, 10 o 5 anni) Tolleranza dei materiali strutturali allo spostamento. Le serre si differenziano per caratteristiche strutturali e diverse casistiche di rischio previste: Classe A e B. Ogni classe ha il proprio stato limite (definiti come situazioni statiche), che si divide in “stato limite di servizio” e “stato limite ultimo” (sicurezza dell’operatore a lavorare nella serra).

- Serre di classe A: Sono serre il cui rivestimento non tollera lo spostamento dei telai, in tutto o in parte. Il progetto della struttura deve prevedere una durata minima di 10 o 15 anni, per cui la serra rientrerà nella classe A10 o A15. Devono essere progettate considerando tutti e due gli stati limite.

- Serre di classe B: Queste invece sono serre il cui rivestimento tollera lo spostamento dei telai e che possono essere progettate considerando soltanto gli stati limite ultimi. La durata minima di queste strutture può essere di 5, 10 o 15 anni, per cui si avranno serre di classe B5, B10 o B15.

- Esempi di prezzo: serre semplici 50 €/m², serre tecnologicamente avanzate oltre i 450 €/m².

- La serra è caratterizzata da: fondamenta, suolo, struttura e diverse tipologie di campate.

Dimensioni e orientamento della serra

Sv/Sc è un indice di dispersione termica, il rapporto Sv/Sc è più alto nel caso della serra più piccola. Questa avrà pertanto maggiori dispersioni di energia. V/Sc è un indice in relazione al volume da riscaldare, influenzato dall’altezza di colmo.

Orientamento della serra

- La scelta dell’orientamento ha lo scopo di captare la maggiore quantità di luce possibile durante l’inverno. I raggi del sole dovrebbero formare con la superficie della copertura della serra un angolo compreso tra i 45 e i 90°. In inverno il migliore orientamento è Est-Ovest, soprattutto d’inverno.

- Nelle serre a padiglione anche l’inclinazione influisce sulla intercettazione della luce, l’optimum è aggiungere 20° alla latitudine del luogo. Questo significa che d’inverno i raggi del sole sono perpendicolari alla falda.

Angolo di incidenza e trasmissione della luce

- La maggiore captazione si ottiene con l’angolo d’incidenza pari a 0. Ossia la radiazione incidente coincide con la perpendicolare alla falda della serra. Influisce sulla trasmittanza della luce attraverso le pareti. Per avere la massima radiazione bisogna diminuire l’angolo.

- All’aumentare dell’angolo d’incidenza diminuisce la trasmissione della luce. Un alto angolo d’incidenza = trasmissione molto bassa.

- In inverno si ha bassa intensità di luce: per assicurarne elevata intensità all’interno della serra si aumenta la pendenza del tetto.

Le serre fotovoltaiche

- Si sono diffuse a seguito degli incentivi statali per aumentare l’approvvigionamento energetico mediante fonti rinnovabili. Oggi non più molto diffuse.

La climatizzazione della serra

Introduzione

- Rendere l’ambiente il più compatibile possibile con le esigenze delle piante, attraverso la regolazione della temperatura, dell’umidità relativa, dell’intensità di luce e del ricambio dell’aria.

- Mesi invernali: si cerca di massimizzare la luce che entra in serra e di isolare la struttura per ridurre le dispersioni termiche. È necessario conoscere i parametri tecnici ed ambientali: Dispersioni termiche della serra (stato di conservazione e materiali usati), Andamento della temperatura (diurna e notturna) della zona, Conoscere i fabbisogni delle colture (optimum e limiti critici), Radiazione solare della zona (MJ/m²).

- Mesi estivi: l’obiettivo è ridurre la luce entrante in serra (in funzione delle esigenze delle colture) per allontanare il calore in eccesso.

- Effetto serra:

• Radiazione solare
• Radiazione solare riflessa
• Radiazione solare trasmessa
• Radiazione emessa dal terreno
• Radiazione riflessa nella serra
• Radiazione dispersa all’esterno

Trasmissione del calore

• Conduzione: è tipica dei solidi, ma attiva anche nei liquidi e nei gas; se una sostanza è inequalmente riscaldata, il calore si trasmette attraverso la sostanza dalla parte calda alla parte fredda.
• Convezione: è il modo in cui si trasmette il calore nei fluidi. Alcune particelle sono riscaldate e si muovono all'interno della massa più fredda, creando correnti che trasferiscono il calore.
• Irraggiamento: il calore, nello spazio privo di supporto fisico, è una radiazione che si trasmette in modo analogo alla luce. Ad esempio, il sole, lontano nello spazio, ci invia il suo calore per irraggiamento. Quanto più lo spazio è vuoto, tanto meglio si trasmette la radiazione termica.

Dispersioni

- Il riscaldamento è la componente più importante della climatizzazione. Esistono diverse dispersioni:

• Per conduzione-convezione: si verificano tra le pareti e il tetto. Queste perdite sono proporzionali alla differenza di temperatura tra l’interno e l’esterno.
• Per irraggiamento: sono essenzialmente riconducibili a perdite per l’uscita dalla serra di radiazioni caloriche (infrarosso lungo) emesse dal suolo e dai vegetali indicativamente del 10-15%.
• Ricambio d’aria.

Apporto energetico solare

• Dipende dall’orientamento della serra e dal materiale di copertura.
• Coefficiente di trasparenza del materiale.
• Angolo di incidenza.
• Intensità della radiazione incidente: dipende da latitudine, stagione, condizione e stato atmosfera.

Bilancio termico

- La redazione del bilancio termico può essere fatta prima della costruzione della serra per razionalizzare la scelta dei materiali in funzione delle colture. Per le serre già in essere serve per stimare le dispersioni durante l’anno e il costo del riscaldamento per una data coltura. Il bilancio si effettua considerando la «serra chiusa».

Il bilancio è definito da: Q = apporto di energia (solare e artificiale)

Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄

• Q₁ = dispersioni attraverso le pareti e tetto per conduzione e convezione (75%)
• Q₂ = dispersioni attraverso le pareti e tetto per irraggiamento (10-15%)
• Q₃ = dispersioni per conduzione-convezione per il pavimento
• Q₄ = dispersione per ricambio aria (scambio aria tra gli infissi). Il ricambio d’aria nella serra genera perdite di calore.

Bilancio Termico di un Generatore di Calore

- La potenza utile della caldaia deve essere in grado di eguagliare il massimo fabbisogno termico dell’azienda.

Parametri che caratterizzano i combustibili

• Potere calorifico superiore: è la quantità di calore che si rende disponibile per effetto della combustione completa in condizioni costanti e riportando i prodotti della combustione alla temperatura iniziale del combustibile e del comburente. Viene espresso in MJ/kg o kcal/kg nel caso dei combustibili solidi e liquidi e in MJ/m³ o kcal/m³ nel caso dei combustibili gassosi.
• Potere calorifico inferiore: Questo valore può essere determinato sottraendo al potere calorifico superiore il calore di condensazione del vapore di acqua formatosi durante la combustione. Il calore associato alla formazione del vapore di acqua durante il processo di combustione non viene recuperato (si tratta del fumo bianco che si vede uscire dal camino); per questo motivo, conviene sempre fare riferimento al potere calorifico inferiore piuttosto che a quello superiore.

Generatori di calore

- Nei più moderni il rendimento oscilla tra l’86 ed il 92%.

- Caldaia a biomassa: Energia rinnovabile e spesso più economico. Immissione di CO₂ sostenibile.

Materiali di copertura

- I materiali di copertura servono per coibentare la serra, lasciando passare le radiazioni solari necessarie per la crescita della piante e trattenendo quelle necessarie per il riscaldamento. La scelta dipende dai seguenti fattori:

• Trasmissione del calore
• Costo economico (compromesso costo/durata)
• Trasparenza alle radiazioni PAR
• Trasparenza all’infrarosso corto
• Opacità all’infrarosso lungo
• Bassa dilatazione termica

Permeabilità alla luce

- I materiali investiti dalla luce possono consentire o meno il passaggio in misura variabile, e le caratteristiche sono:

• Opacità: capacità di un materiale di non lasciarsi attraversare dalla luce.
• Trasparenza: capacità di un corpo di lasciarsi attraversare dalla luce.
• Sostanze translucide: si lasciano attraversare, ma non permettono la visione.

Vetro

- Vantaggi:

• Elevata trasmissione delle radiazioni
• Inerzia nei confronti dei fitofarmaci
• Bassa trasmissione all’infrarosso lungo: 1%
• Basso coefficiente di dilatazione lineare