La luce è forse la considerazione più importante per ottimizzare la crescita delle piante in una serra o in una fattoria verticale. Esistono diversi miti che circondano gli spettri di luce specifici utilizzati per le colture in crescita e, più specificamente, l'uso della luce bianca, verde o ad ampio spettro. Questo articolo è il secondo di una serie di interviste con Esther de Beer di Signify, manager del team di specialisti delle piante di Philips Horticulture. In questa intervista abbiamo posto la domanda: hai bisogno di una luce 'bianca' per coltivare raccolti migliori?

Interessato alla prima intervista con Esther, dove risponde alla domanda se la luce verde penetra più in profondità nella chioma? Leggilo qui.

Quando si parla di luce per le piante, spesso distinguiamo quattro colori di base: blu (400-499 nm), verde (500-599 nm), rosso (600-699 nm) e rosso lontano (700-799 nm). La luce viola è in realtà una combinazione di luce rossa e blu. Fondamentalmente, otterrai una luce bianca quando aggiungi abbastanza luce verde a questa luce rossa/blu. Pertanto, ci concentreremo sulla domanda se hai bisogno verde Luce per coltivare raccolti migliori.

Nel primo colloquio si spiega che la luce blu, rossa e verde viene assorbita allo stesso modo da una chioma vegetale e solo la luce rossa lontana viene assorbita significativamente meno. Ma tutti questi colori sono usati allo stesso modo per la crescita?

All'inizio degli anni '70 McCree misurò l'efficienza fotosintetica in funzione della lunghezza d'onda per un gran numero di piante. Questi dati mostrano un'ampia comunanza tra le piante ed è stata calcolata in media quella che ora è nota come "curva McCree", vedere la figura 1 di seguito. 

Figura 1 - Curva di McCree: l'efficienza fotosintetica della luce in funzione della lunghezza d'onda

Ciò mostra che la luce verde viene utilizzata per la fotosintesi, ma con un'efficienza inferiore rispetto alla luce rossa. Da questo primo lavoro, molti ricercatori hanno trovato risultati simili. [Hogewoning 2012, Paradiso 2011]

Per la crescita complessiva delle piante, non è importante solo il processo di fotosintesi, ma anche altri processi che, ad esempio, influenzano la forma della coltura. Pertanto, per applicazioni pratiche è importante valutare la crescita totale delle colture piuttosto che limitarsi a ingrandire la fotosintesi.

Abbiamo scoperto che diverse colture hanno un peso fresco significativamente più elevato quando vengono effettivamente coltivate senza luce verde. Per altre colture, invece, la quantità di luce verde non ha alcun effetto sul peso fresco. Inoltre, abbiamo scoperto che per orientare la forma del ritaglio, la luce blu e rossa lontana sono molto più efficaci del verde. Consentitemi di condividere alcuni esempi della nostra ricerca.

Al Philips GrowWise Center, abbiamo condotto una prova in cui abbiamo coltivato otto varietà di lattuga RijkZwaan Salanova sotto spettri di luce con lo 0 e il 20% di luce verde, ma con lo stesso flusso di fotoni e la stessa percentuale di luce blu. Il grafico seguente mostra il peso relativo fresco di queste colture, confrontando la crescita sotto entrambi gli spettri con lo 0% di luce verde e il 20% di luce verde. 

Figura 2 Peso fresco significativamente più alto per le varietà di lattuga se coltivate senza semaforo verde

Come puoi vedere in questo grafico, non tutte le varietà di lattuga reagiscono allo stesso modo. Ci sono due varietà (RZ1 e RZ2) che crescono leggermente meglio sotto lo spettro con il 20% di verde. Tuttavia, la maggior parte delle varietà ha un peso fresco significativamente più alto (anche fino al 20% in più di peso fresco per RZ8) se coltivate senza luce verde.

Il piccolo effetto che la luce verde ha sulla crescita di una coltura è confermato da un ampio studio accademico di Snowden, che ha confrontato la crescita di 7 diverse specie vegetali sotto 8 diverse composizioni spettrali: "In contrasto con gli effetti significativi della luce blu, l'aumento della luce verde con incrementi dallo 0 al 30% ha avuto un effetto relativamente piccolo sulla crescita, sull'area fogliare e sull'assimilazione netta a PPF basso o alto". [Snowden 2016]

Un secondo esempio tratto dalla nostra stessa ricerca è relativo alla cannabis medicinale. In questo studio, due diverse coltivazioni sono state coltivate sotto tre diversi spettri di luce con 0%, 6% e 36% di verde allo stesso livello di luce supplementare (600 µmol/m2²/S). Qui non abbiamo solo esaminato il peso dei fiori, ma anche la qualità dei raccolti.

Il grafico a destra nella Figura 3 sottostante mostra il peso del fiore secco per due diverse coltivazioni, mentre il grafico a sinistra mostra la percentuale di composti attivi, che sono il fattore chiave nel determinare la qualità del prodotto per la cannabis medicinale. 

Figura 3 Percentuale di cannabinoidi (a sinistra) e peso del fiore secco (a destra) in funzione della percentuale di luce verde (0 – 6 – 36%) per due cultivar di cannabis.

Il grafico a destra mostra che il peso secco rimane lo stesso per tutti e tre gli spettri, confermando ancora una volta che la quantità di luce verde ha scarso effetto sulla crescita. Tuttavia, i composti attivi si riducono sostanzialmente quando aumenta il contenuto verde. Poiché queste colture vengono coltivate appositamente per i loro composti medicinali, ciò porta a una preferenza per gli spettri luminosi che contengono poco o nessun verde.

Per riassumere: nei nostri studi scopriamo che colture diverse richiedono spettri di luce diversi per una crescita ottimale. Tuttavia, nella maggior parte dei casi non vi è alcun vantaggio nell'aggiungere più di una piccola percentuale di verde; sia per la resa che per la qualità del raccolto.

Ciò ha bisogno di ulteriori chiarimenti; tutti i risultati di cui sopra descrivono l'uso della luce da parte del raccolto, confrontando i raccolti allo stesso flusso di fotoni. Tuttavia, non tengono conto di quanta energia elettrica è necessaria per creare questa luce. Poiché ci sono grandi differenze di efficacia (mmol/Joule), questo ovviamente ha un enorme impatto sul consumo totale di energia. 

I LED rossi forniscono molti più fotoni per Watt elettrico (μmol/W) rispetto ai LED blu e verdi.

La nostra ricerca mostra che uno spettro con circa il 6% di luce verde è sufficiente per un buon riconoscimento del colore da parte delle persone ed è il 30% più efficiente dal punto di vista energetico rispetto a uno spettro "simile al sole", che contiene circa il 40% di luce verde.    

In Signify, vogliamo fornire ai nostri clienti finali la soluzione d'illuminazione ottimale per coltivare i loro raccolti nel modo più sostenibile. La luce verde è molto meno efficiente dei LED blu e rossi. Solo una quantità limitata di verde può essere considerata per la maggior parte delle applicazioni d'illuminazione poiché è necessaria solo una piccola quantità di luce verde per un buon riconoscimento del colore da parte delle persone e poiché le colture non necessitano di una quantità elevata di luce verde per crescere bene.

Riferimenti:

Hogewoning SW, Wientjes E., Douwstra P., Trouwborst G., Van Ieperen W., Croce R. e Harbinson J., 2012.
Dinamica della resa quantistica fotosintetica: dai fotosistemi alle foglie. La cellula vegetale 24: 1921-1935.
Paradiso, R., Meinen, E., Snel, JFH, De Visser, PHB, Van Ieperen, W., Hogewoning, SW, Marcelis, LFM, 2011.
Dipendenza spettrale della fotosintesi e dell'assorbimento della luce nelle singole foglie e nella chioma della rosa. Scientia Horticulturae 127: 548-554.
McCree, KJ, 1972.
Lo spettro d'azione, l'assorbimento e la resa quantistica della fotosintesi nelle colture. Meteorologia agricola 9: 191-216.
Snowden, MC, Cope, KR, Bugbee, B., 2016
Sensibilità di sette specie diverse alla luce blu e verde: interazioni con il flusso di fotoni. Plos One 11 (10): e0163121. Doi: 10.1371/journal.pone.0163121