Sistemi ortofloricoli - Colture protette e bilancio termico

Colture protette

Obiettivi

Ottimizzazione delle condizioni ambientali: con le colture protette possiamo controllare le condizioni climatiche all'interno della serra e permettere alla pianta di avere temperatura e radiazione ottimale, determinando quindi una resa maggiore e una produzione quasi tutto l'anno.

Riduzione dei rischi delle avversità biotiche e abiotiche. E quindi: massimizzare la produzione (densità di impianto più alta) e migliorare le caratteristiche qualitative del prodotto.

Specie coltivate in colture protette

• Ortaggi da frutto o da foglia
• Frutta (banana, uva da tavola, fragola, pesche)
• Fiori e fronde recise
• Piante in vaso
• Materiale di propagazione (semenziali, talee, piante ex vitro…)

Tipologie di colture protette

• Colture forzate (serre o tunnel): possono essere anche i piccoli tunnel per le fragole.
• Colture semiforzate (serre o tunnel): anche le piantine di pomodoro che sono di pieno campo, le copriamo per le prime 3-4 settimane, per permettere alla pianta di guadagnare 3-4 gradi, importanti durante l'inizio dello sviluppo vegetativo e dopo possiamo aprire e la coltura può continuare con le temperature normali (aprile-maggio).
• Colture difese (pacciamatura, frangivento, copertura con agrotessili): è vero che l'obiettivo principale della pacciamatura è quello di inibire la presenza delle erbe infestanti, ma anche di mantenere l'umidità del terreno, che ovviamente dipende dal colore e dallo spessore incrementando la temperatura di 1-3 gradi. Lo spessore del telo pacciamante è completamente diverso da quello delle serre. Lo spessore del telo delle serre è 200-300 micron, mentre quello pacciamante è molto più sottile: 30-50-60 micron.

Gli apprestamenti protettivi

• Ombrai
• Piccoli tunnel (caso della fragola: non possiamo camminare normalmente)
• Serre tunnel
• Serre fredde
• Serre riscaldate

Criteri di classificazione delle colture in serra

Idroponica con serre riscaldate. Calendari di coltivazione: un esempio di programmazione della produzione del melone realizzata ricorrendo a diversi sistemi di protezione. Le aree in verde identificano il periodo di coltivazione (dal trapianto alla fine della raccolta, realizzata nei periodi contrassegnati dall'asterisco).

WUE: efficienza di uso dell'acqua (litri/kg pomodoro); come può variare questo rapporto anche senza le pratiche agricole? Solo cambiando da una serra all'altra. Serre che si trovano in Israele con irrigazione a goccia (punto più basso) a quelle olandesi (col punto più alto) poiché abbiamo la realizzazione di cicli chiusi, controllo ambientale della temperatura più la radiazione artificiale.

Nelle colture protette, sono due i fattori fondamentali: temperatura e radiazione; dopo viene l'umidità, la velocità del vento (2-3m/s). Ad esempio nel caso del sistema di ventilazione statico è bassissima, al massimo 10-15 m/s col sistema di raffrescamento dinamico. IMPORTANTE: c'è una correlazione. I due fattori importantissimi in serra sono temperatura e radiazione, e come indica il grafico sono positivamente correlati, cioè quando scende uno scende anche l'altro. Possiamo vedere a 32° i livelli di W/m² e la concentrazione in CO₂ come scendono nello stesso tempo. I fattori fondamentali per la crescita e lo sviluppo sotto serra che ci permettono di ottimizzare per ottenere questa resa e l'efficienza di uso dell'acqua: sono questi due fattori, e li si interviene normalmente quando si parla di controllo ambientale. In pieno campo sono 3 fattori principali: biologici, ambientali e tecnico-colturali; questi 3 vengono applicati in serra per ottimizzare resa e qualità, mentre in pieno campo solo due possono essere controllati.

Per ricapitolare

• Maggiore sicurezza nel conseguimento delle produzioni soggette a rischio di meteore
• Vantaggi economici e di mercato conseguenti allo spostamento dei calendari di produzione
• Maggiori rese produttive e qualità del prodotto per le migliori condizioni colturali
• Maggiori possibilità di programmazione colturale
• Minore domanda di alcuni prodotti (fiori recisi e piante ornamentali) nel periodo estivo
• Miglioramento delle tecniche e tecnologie di conservazione dei prodotti e dei sistemi di trasporto, refrigerazione post-raccolta.
• Sviluppo economico di aree marginali povere (es. Ragusa, Almeria).

Bilancio

In agricoltura uno degli aspetti più importanti è la conversione di energia solare in valore economico. Rese del pomodoro 70-80 kg/m² sono valori riscontrabili solo in Olanda grazie alle colture protette, serre di vetro con trasmissione della radiazione al 90% se non oltre, uso di portainnesti (fattore biologico, maxi fort e multifort – vigorosi possono arrivare anche a 12 mesi, ma si arriva a 11 mesi in modo che l'ultimo mese venga utilizzato per la pulizia della serra e ripartire), intervengono con fattore ambientale poiché la temperatura è controllata, radiazione artificiale e iniezione di CO₂ fino a 1000 ppm; fattore tecnico colturale usano sempre fuorisuolo a ciclo chiuso con riscaldamento della soluzione nutritiva in modo che le radici hanno sempre una temperatura di 20° ottimale per l'assimilazione. Hanno combinato questi 3 fattori per arrivare al triplo della nostra produzione che è di 10 kg/m² in pieno campo.

Come funziona una serra?

La radiazione solare in parte viene riflessa dalla copertura (vetro, policarbonato, polietilene e dalla sua età che rimane sulla serra per 2-3 anni per degradazione delle proprietà fisiche) e una parte entra all'interno della serra; le radiazioni infrarosse emesse si diffondono tra le superfici (suolo, copertura vegetale) ma non possono passare attraverso le pareti (vetro, plastica) e quindi il calore viene intrappolato all'interno.

Abbiamo il flusso di calore sensibile (InfraRed corto), la cosa più importante del materiale della copertura che può trasmettere al massimo l'infrarosso corto per permettere a questo flusso di calore di entrare all'interno della serra. Il flusso di calore sensibile viene riflesso grazie alla copertura vegetale e alla superficie del terreno e viene catturato all'interno della serra (flusso di calore sensibile lungo) con un aumento della temperatura, questo dipende anche dalle caratteristiche dei materiali che andiamo a usare per la costituzione della serra. L'energia in eccesso viene eliminata con la ventilazione (statica o dinamica), cosa molto importante sono le aperture laterali delle serre che non devono essere meno del 20% della superficie della serra, è fondamentale per avere un'ottimizzazione delle condizioni ambientali all'interno della serra. “Effetto serra” consiste nell'aumento della T° dell'aria interna alla serra a opera delle radiazioni infrarosse medie e lunghe emesse da terreno, coltura, manufatti vari che a loro volta erano stati riscaldati dalla radiazione solare. È reso possibile dalle caratteristiche del materiale che deve essere trasparente all'infrarosso corto della radiazione solare e “opaco” alla radiazione emessa dai corpi presenti all'interno della serra.

Il PAR è la radiazione fotosinteticamente attiva, da 400 a 700 um. L'effetto-serra dipende da due processi:

1. L'intrappolamento dell'energia solare, grazie ai materiali di copertura trasparenti alla radiazione visibile, ma più opachi a IR lungo. In pratica, l'IR corto entra in serra attraverso il materiale di copertura, viene assorbito dai vari corpi all'interno della serra (struttura, attrezzature, piante, terreno) e riemesso come IR lungo, al quale gran parte dei materiali di copertura sono impermeabili (in realtà è assorbito da questi e riemesso in parte all'esterno ed in parte all'interno).
2. Il ridotto trasferimento per convezione di energia (calore) e di massa (vapore acqueo) in seguito alla riduzione della velocità del vento. La serra è un ambiente confinato, con scambi, in particolare di massa, relativamente ridotti con l'esterno (0.2-4.0 ricambi per ora, a seconda dell'ermeticità della serra), che limitano il trasferimento di calore verso l'esterno.

Conseguenze dell'effetto serra sono tanto maggiori quanto maggiore è il rendimento termico e la coibentazione della serra sono alcune importanti modifiche micro- e meso-climatiche. L'effetto-serra può non essere sufficiente a mantenere una determinata temperatura interna, rendendo così necessario il riscaldamento. Cosa molto importante è tener conto del Δt: differenza della temperatura tra l'interno e l'esterno.

Due casi estremi: Olanda e Sicilia: in Olanda il Δt è enorme all'interno della serra per il pomodoro dobbiamo arrivare a 19-20° e la temperatura esterna è 0/-1° con il Δt molto elevato. Mentre in Sicilia è più basso e quindi il riscaldamento è molto limitato. Noi facciamo di tutto per diminuire questa differenza tra temperatura interna ed esterna con altre pratiche agricole.

Movimento del calore e del vapore d'acqua

La traspirazione della coltura è il fenomeno più importante da prendere in considerazione nel controllo climatico, che in gran parte è finalizzato alla regolazione della temperatura. Il processo di traspirazione rappresenta il sistema naturale di raffreddamento della serra (l'energia radiante si trasforma in calore latente invece che in calore sensibile). Un inefficiente controllo della traspirazione della coltura può determinare una condizione di grave stress idrico e nutrizionale (es. carenze di calcio) per la coltura. Il problema principale del pomodoro è il marciume apicale dovuto alla presenza di calcio che è presente nel suolo ma la sua traslocazione è molto lenta. Possiamo risolvere con trattamenti di nitrato di calcio (fogliare). Nel fuorisuolo con la soluzione nutritiva è più semplice con una soluzione nutritiva dominante calcio (50-60%) abbassando il marciume apicale che ha un effetto negativo sulla qualità e quantità.

Calore: in fisica, è una forma di energia che si trasferisce tra due corpi, o tra due parti di uno stesso corpo, che si trovano in condizioni termiche diverse. Il calore è energia in transito: fluisce sempre. La trasmissione del calore avviene da punti a temperatura maggiore verso punti a temperatura minore, finché non si raggiunge l'equilibrio termico secondo tre meccanismi:

• Conduzione: trasporto da una superficie (parete) ad un fluido (aria esterna) in movimento, o viceversa.
• Convezione: trasporto di calore e vapore acqueo con il movimento dell'aria in direzione del flusso;
• Irraggiamento: trasporto di energia (soltanto energia, perché questo tipo di trasporto non si applica alla massa) sotto forma di radiazione elettromagnetica.

La fascia dove si sono sviluppate la maggior parte delle colture protette sono localizzate a 35-40° Nord, perché migliori sono le condizioni climatiche esterne, più semplice e sicuro è l'utilizzo delle colture protette per controllarle e diffonderle, perché in questa fascia abbiamo Rs (radiazione solare) = 250 MJ/m², Soleggiamento > 50%, tm (massima) > 10°C tmin > 5°C. (IMPORTANTE)

Una problematica fondamentale sono le temperature massime troppo alte, per questo occorre anche un sistema di raffrescamento. In Olanda con temperature medie di 0-5-10° adottano il riscaldamento, in Almeria invece il problema sono le alte temperature 28-30° e fanno ricorso al raffrescamento.

Floricultura e colture protette

Anche nel settore della floricoltura, le colture protette sono molto importanti per la produzione di:

• Produzione piante in vaso da fiore
• Produzione di fiori recisi
• Produzione piante ornamentali in vaso
• Produzione di fronde
• Produzione di materiale di propagazione

Ambiente di coltivazione: da ottimizzare con la scelta del fattore biologico, parametri ambientali (radiazione e temperatura), e tutte le tecniche agricole. Per la serra ideale, come nel caso del substrato, non esiste; dobbiamo sempre vedere la coltura scelta, il sistema di irrigazione, ma soprattutto aspetti sociali, economici, legislativi anche se non tanto importanti. La serra ideale deve “interpretare” le interazioni con l'ambiente.

Le strutture

• Serre tunnel
• Serre per l'arboricoltura
• Sistemi avanzati per la produzione e raccolta
• Ambienti estremi (deserti, polo nord/sud)
• Serre per la produzione di alimenti funzionali

Positive stress: è uno stress positivo, molto importante in orticoltura. Estrazioni dal carciofo per la realizzazione di prodotti farmaceutici. Cosa importante: distanza tra nord-sud, la distanza del mercato nel nord è corta nel sud è più grande, la tecnologia è molto alta nel nord, nel sud è media. I costi di investimento sono alti al nord (150 euro/m²), bassi al sud (10-15 euro/m²), richiesta di energia alta al nord poiché la radiazione è un fattore limitante e quindi si deve intervenire con la luce artificiale mentre al sud la richiesta di energia è inferiore; i costi della manodopera sono altissimi al nord.

Tipologie di colture forzate

• Basso livello tecnologico (costo investimento = 20-25 €/m² per ortaggi e floricole da fiore reciso, ovviamente su suolo e non fuorisuolo)
• Medio livello tecnologico (costo investimento = 25-80 €/m² per ortaggi e floricole da fiore reciso e da vaso fiorito e ornamentali, qui stiamo parlando di sistema di ventilazione fuori suolo a ciclo aperto)
• Alto livello tecnologico (costo investimento = 80-170 €/m² per vivaismo e floricole da vaso fiorito e ornamentali, possiamo avere controllo ambientale elevato e un sistema fuorisuolo).

Almeria (Spagna) –> colture protette > 30000 ha, a causa dell'alto livello di salinità dell'acqua hanno attuato un sistema di osmosi inversa. Raccolgono acqua piovana. Le serre spagnole sono di tipo PARRAL (IMPORTANTE), cioè tendoni. Sistema molto economico, con aperture laterali del 30-40% della superficie per l'elevata temperatura perché sono serre enormi di 500 m². Specializzate per solanacee e cucurbitacee, al primo posto c'è il peperone seguito dal pomodoro.

Pomodoro ciliegino con 30-50 kg/m² e con sistema a manichetta su suolo. A prescindere dalla coltura, la maggior parte degli ortaggi sono innestati. Altro sistema per il pomodoro anche su lana di roccia, con i cubetti e le lastre, anche con un sistema di riscaldamento basale (> investimento per produrre di più). Normalmente sono coltivati a due steli perché innestati su portainnesti vigorosi e la durata del ciclo è leggermente inferiore a quello olandese (9-10 mesi). In Marocco stessa tipologia di serre Parral. Come detto precedentemente, uno dei principali problemi dell'Almeria è la salinità dell'acqua e hanno attuato l'osmosi inversa con una produzione di 120.000 m³/giorno, servendo una superficie di 5.000 ha col prezzo dell'acqua che è diminuito da 0.8 a 0.53 euro/m³.

Latina: serre a basso costo con aperture del 30%; anguria e melone in serra, ma anche ortaggi da foglie e brassicacee che esportano in Austria e Germania. Due estremi assoluti: Olanda – Cina. In Cina hanno le serre ancora in uso...