Sistemi orticoli e floricoli

Sistemi orticoli e floricolture protette

Le colture protette sono un comparto molto attivo e tecnologicamente avanzato per le produzioni orticole, floricole e vivaistiche. 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. Consente inoltre di svincolare la produzione dagli agenti atmosferici, offrendo la possibilità di controllare la temperatura, la luce e la disponibilità di nutrienti e acqua. Queste strutture sono fondamentali nei periodi critici dell'anno, come l'inverno, permettono infatti di ottenere una produzione in periodi in cui il prezzo del prodotto è più elevato. Il maggiore reddito è garantito dalla possibilità di ottenere colture anticipate e posticipate.

Materiali delle strutture protette

Le strutture protette possono essere sia in materiale plastico che in vetro. Nel materiale plastico si comprendono non solo le serre ma anche i tunnel. Spagna e Italia sono i paesi europei che più utilizzano i tunnel plastici, siccome questi sono molto utilizzati nei climi caldi. Sono ben adatti a colture a basso reddito, come alcune orticole. In paesi dal clima più freddo sono maggiormente utilizzate strutture in vetro, siccome queste consentono di aumentare l'effetto serra, trattenendo una maggiore quantità di radiazione infrarossa.

La resa ottenuta in serra è sempre superiore rispetto a quella in pieno campo perché i fattori di stress hanno un'incidenza minore, essi infatti possono essere controllati. Per facilitare le alte rese è comunque necessario scegliere colture vocate alla produzione in serra. Si tratta solitamente di specie più esigenti, ma anche più produttive. A differenza di quanto avviene in campo, le cultivar per la produzione in serra hanno bassa tolleranza allo stress, ma conseguentemente maggiore potenzialità produttiva. Il controllo dell'ambiente di crescita consente infatti il controllo e la riduzione dei cosiddetti fitness costs, ovvero perdite di produzione dovute a stress biotici e abiotici.

Vantaggi delle serre

Riassumendo, la serra è uno strumento per poter produrre soprattutto nel periodo invernale. Consente infatti di ottenere produzioni extra-stagionali ma necessita di cultivar molto esigenti dal punto di vista ambientale. La gestione della coltivazione è in questo caso più complessa rispetto al pieno campo, soprattutto a causa del controllo climatico, per la necessità di personale tecnico specializzato e per l'eventualità di sistemi di coltivazione fuori suolo.

Per quanto riguarda il controllo climatico, si fa affidamento su due tecniche in particolare: concimazione luminosa e arricchimento (concimazione con CO₂). La concimazione luminosa sfrutta la tecnologia LED. Si tratta di fornire intensità luminose in determinati intervalli o su singole lunghezze d'onda. Si esegue solitamente in inverno e in casi di necessità impellenti (le aziende usano poco questa tecnica perché costosa).

I sistemi di coltivazione fuori suolo (idroponici) sono vulnerabili (è necessario prestare molta attenzione alle fitopatie, le quali, con questa tecnica si propagano velocemente). Necessitano inoltre di analisi chimiche con tempi molto ristretti per valutare il materiale nutritivo e la qualità dell'acqua.

Tipologie di colture e localizzazione

I prodotti coltivati in serra, per giustificare l'investimento, devono essere colture ad alto reddito come: fiori recisi, piante da fiore, bedding plants (piante per aiuole), ortaggi, baby leaf e propagazione di piante ornamentali. Le colture protette occupano una superficie mondiale di circa 2 milioni di ettari, dei quali 31.000 in Italia, principalmente localizzati in Sicilia, a causa delle minori esigenze energetiche associate al riscaldamento.

Alcune aree serricole: Ragusa, Almeria (Spagna), Olanda. Ad Almeria viene utilizzata acqua marina desalinizzata, mentre in Olanda le serre che svolgono idroponica sono quasi tutte a ciclo chiuso, ovvero la soluzione nutritiva viene costantemente raccolta e riutilizzata nell'impianto, non può essere infatti rilasciata nell'ambiente.

La serra si caratterizza per una produzione intensiva con un forte potenziale inquinante; tuttavia, tutti i fattori possono essere monitorati e controllati, permettendo di ridurre al minimo gli impatti. Il processo produttivo necessita di una serie di input quali: fertilizzanti, acqua, fitofarmaci, CO₂ (per l'arricchimento dell'ambiente interno, soprattutto in inverno, a causa del blocco della fotosintesi), substrati colturali, carburanti, semi e piante. Gli input sono processati e forniscono una serie di output quali: perdita fertilizzanti, perdita di acqua, substrati esausti (se di origine artificiale devono essere smaltiti o riutilizzati nell'edilizia), residui di fertilizzanti con potenziale effetto inquinante.

Normativa agroambientale

La normativa agroambientale prevede la riduzione del consumo idrico e dei fertilizzanti in ortofloricoltura. In particolare, problematica dei nitrati, soggetti all'omonima direttiva 676/91. La serra permette la coltivazione in ambienti non ottimali, quindi valorizza il tessuto economico locale anche se svantaggiato. La serra può essere definita come costruzione che protegge ed isola le coltivazioni dall'ambiente esterno, dotata d'illuminazione, sistemi per il controllo della temperatura e dell'umidità, in modo da favorire la crescita e la produzione.

Definizione di Gorini

Gorini nel 1962 definisce la serra come: “una costruzione in legno o ferro o altro materiale, coperta con vetri, generalmente riscaldata, talora illuminata artificialmente, dove possono essere coltivati ortaggi primaticci, fiori, piante verdi, in epoche in cui la temperatura e la luce della località in cui vengono coltivati sarebbero insufficiente per la crescita e la fruttificazione”.

Classificazione delle serre

Le serre possono essere classificate in base all'epoca di produzione (semi forzata o forzata) o in funzione della presenza di riscaldamento (fredda o calda). La serra costituisce un vero e proprio agro-ecosistema, la struttura infatti confina un ambiente (incluso il terreno) dove si ricreano artificialmente condizioni idonee alla coltivazione. Questa struttura può isolare passivamente questo agroecosistema o può essere dotata di sistemi di climatizzazione attiva dell'ambiente stesso.

Fattori che influenzano la produzione

• Costi dovuti al riscaldamento/raffreddamento, manodopera, terreno e tasse;
• Qualità del prodotto dovuta al fotoperiodo, intensità di luce, temperatura;
• Distribuzione del prodotto quindi la sua logistica.

Spesso, se la filiera non è controllata, si rischia di avere perdite elevate (temperature troppo alte conducono a una cattiva conservazione dei meloni). Stessa considerazione va fatta per il trasporto a cui il prodotto sarà sottoposto, se questo è navale (tempo di percorrenza lungo ma economico), aereo (più veloce ma molto difficoltoso per gli sbalzi termici), su rotaia (economico dove applicabile, tempo intermedio) o su strada.

Costi di produzione in serra

Nella coltivazione in serra i maggiori costi di produzione sono ascrivibili a: costruzioni e materiali, energia e costo per la climatizzazione, costo del lavoro e costo dei materiali per le materie prime. Una limitata disponibilità energetica impone la scelta accurata dei materiali e forme delle strutture, di sistemi automatici per il controllo della crescita delle piante.

Fattori decisionali per la coltura in serra

• Globalizzazione del mercato, i prodotti sono trasferibili mediante appropriate tecnologie post-raccolta in tutto il mondo;
• Adozione di tecniche eco-compatibili;
• Punto di vista alimentare (ortaggi) e il loro ruolo nella dieta;
• Problema della qualità e disponibilità dell'acqua.

Struttura delle serre

La serra serve per creare un ambiente interno idoneo alle colture; l'obiettivo è quello di lasciare passare la radiazione incidente e di trattenere il più possibile la radiazione riemessa dal terreno o dalla vegetazione sotto forma di infrarosso lungo. In questo modo è possibile ottenere un riscaldamento passivo dell'ambiente grazie all'effetto serra. La serra si caratterizza quindi per un bilancio energetico che trasferisce un flusso di calore sensibile sotto forma di infrarosso corto, e riemette calore sensibile attraverso l'infrarosso lungo e calore latente attraverso il vapore acqueo. Parte della radiazione incontra una prima riflessione dipendente dal materiale e viene subito persa.

La struttura è l'elemento portante della serra, essa è di dimensioni variabili. La struttura è pensata in funzione della distribuzione del calore all'interno. Viene ricercata la maggiore uniformità interna possibile tra temperatura e luce. Standard europeo En 13031-1:

• Durata minima (15, 10 o 5 anni);
• Tolleranza dei materiali strutturali allo spostamento;
• Le serre si distinguono in due classi A e B (si differenziano per caratteristiche strutturali e diverse casistiche di rischio previste).

Ogni classe ha il proprio stato limite (definiti come situazioni statiche), che si divide in “stato limite di servizio” (non ci sono problemi per le persone interne) e “stato limite ultimo” (si riferisce alla struttura che potrebbe perdere di funzionalità).

Classificazione delle serre per classe

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 tutte 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.

Si possono avere o meno le fondazioni (bisogna avere comunque l'autorizzazione del comune), anche per una semplice colata di cemento perimetrale dentro il quale viene fissato il telaio. Molto comune è la serra a padiglione, simmetrica (da 250 m² fino anche a 1000 m² per ogni tunnel). Per terreni in pendenza si possono usare serre asimmetriche per avere una maggiore esposizione alla luce solare.

Parametri dimensionali della serra

• Larghezza o navata,
• Interasse,
• Pendenza.

Il suolo nella serra può essere semplice terreno lavorato, oppure terreno costipato e utilizzato come pavimento per la coltivazione in idroponica o su bancali, a tal fine molto interessante la ghiaia che consente un buon drenaggio e quindi recupero dell'acqua. Può essere utilizzato in alternativa il cemento poroso ma bisogna pianificare lo smaltimento dell'acqua in eccesso.

Strutture delle serre

• Struttura in legno: economica ma poco utilizzata. Ha una durata limitata e provoca ombreggiamento perché di dimensioni elevate.
• Struttura in acciaio: struttura molto solida, necessita di manutenzione costante.
• Struttura in alluminio: presenta pochi problemi di corrosione ed è più economico dell’acciaio. Riflette meglio la luce ma ha problemi per il mantenimento del calore siccome conduce molto calore. Pertanto queste strutture devono essere opportunamente isolate.

Tipologie di serre

• Serra con parete costituita da un muro in comune con un edificio: la pendenza del tetto è in una sola direzione, ed è difficilmente meccanizzabile, generalmente facenti parte dei garden center.
• Per prodotti ad alto reddito si usano serre a padiglione con due livelli di aperture (tra le più costose). Queste consentono di ottenere il massimo rendimento. Generano infatti un ambiente ottimale per la coltivazione di molte specie ed un facile controllo degli insetti mediante l'apposizione di reti alle finestre o all'entrata. All'interno di questa tipologia di serre è accentuato l'effetto camino che, sfruttando le aperture laterali, crea un flusso di aria.
• Serre a padiglione con tetto semicircolare: più economica rispetto alla precedente. Il suolo va utilizzato al meglio, più cicli si fanno, maggiore è il guadagno. Permettono un controllo degli insetti più semplice, difficoltosa la movimentazione delle piante e la lavorazione dell'interno.
• Serre a più campate: presentano il problema di accumulo di neve tra le giunzioni delle campate, ma hanno un minor consumo di combustibile per il riscaldamento. Lo spazio interno è molto ampio. Difficile il controllo degli insetti. Difficile il controllo delle piante sensibili al fotoperiodo, nelle specie floricole.
• Serre a tunnel: molto impiegate per la coltivazione di ortaggi di IV gamma. Queste possono essere montate su piedritti per aumentarne la superficie. Attenzione al carico per neve nelle zone di giunzione tra un modulo e l'altro. Attenzione alla lavorazione in prossimità delle fasce laterali. Necessitano infatti di macchine idonee per la coltivazione laterale. Gli archi possono essere fissati o meno alle fondazioni, con cadenza regolare, e rivestiti da un materiale plastico (perdita caratteristiche ottiche dei film). Tra un tunnel e l'altro è presente un fosso di scolo dell'acqua che viene allontanata.
• Serra con tetto mobile: buona parte del tetto si apre verso l'alto. Deve essere adeguatamente dimensionato. La copertura può essere fatta in vetro o altro materiale plastico. Interessante per la possibilità di usufruire di ventilazione naturale, inoltre è possibile usufruire delle piogge per l'apporto idrico. Questa tipologia di serra massimizza la radiazione in ingresso durante il giorno anche se il tralicciato può comportare un maggior ombreggiamento. Le piante risultano più compatte per la radiazione diretta.
• Serre mobili su binari: permettono di lavorare il terreno con normali trattrici od operatrici ingombranti. È possibile lavorare il terreno con qualsiasi macchina agricola per poi spostare la serra sul terreno appena lavorato, questa tipologia di serra facilita le operazioni di raccolta e in generale tutte le operazioni colturali.

Le dimensioni aziendali determinano la scelta delle serre e le rispettive dimensioni. Esistono diversi indici dimensionali che consentono di stabilire il più corretto dimensionamento.

• Sv/Sc: rapporto tra superficie vetrata e superficie coperta della serra stessa; è un indice di dispersione termica, il rapporto sarà più alto nel caso di una serra più piccola, la quale avrà maggiori dispersioni di energia.
• V/Sc: volume da riscaldare su superficie coperta, è molto influenzato dall'altezza del colmo.

Orientamento e progettazione delle serre

Orientamento della serra: per captare una maggior quantità di luce durante il periodo invernale è bene scegliere un orientamento Est-Ovest. Con questa disposizione si ha infatti il massimo in termini di trasmissione della luce rispetto all'asse Nord-Sud, considerando la totale assenza di ostacoli come colline o edifici. Anche la pendenza influisce sull'intercettazione luminosa, l'optimum per le serre a padiglione è aggiungere 20° alla latitudine del luogo sull'inclinazione della falda.

Angolo di incidenza: 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. Questo influisce sulla trasmittanza della luce attraverso le pareti, per avere la massima radiazione bisogna diminuire il più possibile quest'angolo. All'aumentare dell'angolo di incidenza diminuisce la trasmissione della luce, un alto angolo di incidenza significa una trasmissione molto bassa. Siccome d'inverno abbiamo una bassa intensità di luce, per assicurare la massima intensità di luce all'interno della serra bisogna aumentare la pendenza del tetto.

Conoscere i dati climatici dell'area: fotoperiodo in funzione della latitudine e del giorno dell'anno, esistono numerose fonti d'informazione che restituiscono l'inclinazione del sole e consentono di determinare l'angolo di incidenza migliore per un determinato areale.

Spazio tra le serre: se si sbaglia nel dimensionamento della distanza minima, potrebbe esservi ombreggiamento tra una serra e l'altra. Per un corretto dimensionamento è necessario individuare la distanza tra il punto più alto della serra e la proiezione massima dell'ombra. Questo è possibile rapportando l'altezza al colmo Hc con la tangente dell'angolo del sole.

Serre fotovoltaiche

Serre fotovoltaiche: si sono diffuse a seguito degli incentivi statali per aumentare l'approvvigionamento energetico mediante fonti rinnovabili. All'interno, la radiazione ridotta pone serie problematiche. In taluni casi si può ovviare tramite il dimezzamento delle piante coltivate (ad esempio nel pomodoro 1,5 piante/m²).

Radiazione solare globale: in taluni casi la radiazione globale potrebbe essere troppo elevata, e si opera quindi tramite l'applicazione di vernici schermanti o si ricopre la serra di materiale tipo calce. La radiazione solare in serre fotovoltaiche risulta ridotta, e questo può essere sfruttato a vantaggio nella produzione di piante sciafile. Le serre fotovoltaiche presentano inoltre un accumulo di risorse radiative dimezzato rispetto alle serre tradizionali, e quindi pari al 33% circa del valore complessivo giunto al suolo.

Climatizzazione in serra

L'obiettivo è quello di 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. Nei mesi invernali si cerca di massimizzare la luce in ingresso e di isolare la struttura per ridurre le dispersioni termiche, mentre nei mesi estivi l'obiettivo è ridurre la luce entrante in serra (in funzione delle esigenze delle colture) e allontanare il calore in eccesso.

Per climatizzare bisogna conoscere parametri tecnici e ambientali:

• La radiazione solare della zona espressa in MJ/m², che contribuisce al riscaldamento della serra.