Spettro luminoso e sua influenza sulla crescita delle piante: all’aperto, in serra e indoor

La coltivazione delle piante può assumere molte forme, dalla tradizionale coltivazione outdoor, passando per le serre, fino alla coltivazione indoor sotto illuminazione artificiale. Ognuno di questi metodi offre vantaggi unici, ma presenta anche alcuni svantaggi. Nell’articolo di oggi analizzeremo le differenze nello spettro luminoso durante la coltivazione all’aperto, in serra e indoor sotto lampade LED per la coltivazione.

Le piante percepiscono la luce grazie a sensori luminosi chiamati fotorecettori. La maggior parte di essi ha il compito di catturare i fotoni della luce e trasformarli in energia durante il processo di fotosintesi. Le piante sono però dotate anche di fotorecettori specializzati, che funzionano in modo diverso dagli altri, non partecipano sempre alla fotosintesi e alcuni di essi catturano persino la luce al di fuori dello spettro luminoso visibile. Questi fotorecettori sono importanti per le piante perché influenzano i processi circadiani, i segnali dello sviluppo, la regolazione genica e molto altro.

Diversi colori della luce

Per comprendere lo spettro luminoso è importante rendersi conto che la luce è una radiazione elettromagnetica, che può essere descritta contemporaneamente come particella (fotone) e come onda. I singoli tipi di radiazione elettromagnetica vengono classificati in base alla lunghezza d’onda e alla frequenza corrispondente. Il termine „spettro“ si riferiva originariamente allo spettro dei colori visibile all’occhio umano (i colori dell’arcobaleno), ma con il tempo sono stati scoperti anche altri tipi di radiazione che le persone non percepiscono con la vista.

Luce visibile: La parte visibile dello spettro luminoso, con lunghezze d’onda comprese tra 400 e 800 nanometri. I singoli colori dello spettro luminoso vengono chiamati colori spettrali (rosso, arancione, giallo, verde, azzurro, blu, viola).

Radiazione fotosinteticamente attiva: La PAR (photosynthetic active radiation) si sovrappone alla luce visibile e indica l’intervallo di lunghezze d’onda della luce (da 400 a 700 nanometri) che le piante utilizzano per la fotosintesi. La maggior parte delle lampade LED per la coltivazione comprende soltanto le lunghezze d’onda fotosinteticamente attive.

UV: La radiazione ultravioletta (400-10 nanometri) è pericolosa sia per le persone sia per le piante, danneggia il DNA e può causare lo sviluppo di tumori. La maggior parte delle radiazioni UV viene bloccata dall’atmosfera terrestre, ma una piccola quantità raggiunge la superficie.

Radiazione infrarossa: La radiazione infrarossa ha una lunghezza d’onda compresa tra 760 nanometri e 1 nanometro e si suddivide ulteriormente in infrarosso vicino (near-IR), infrarosso medio (mid-IR) e infrarosso lontano (far-IR).

Raggi X: Le radiazioni X, con lunghezze d’onda comprese tra 10 e 0,1 nanometri, vengono utilizzate nella pratica grazie alla loro capacità di attraversare diversi materiali (radiografia, TC). Non hanno rilevanza per la coltivazione delle piante.

Radiazione gamma: Radiazione radioattiva che si forma durante i processi nucleari. Non ha rilevanza per la coltivazione delle piante.

Coltivazione all’aperto: tutti i colori della luce

Probabilmente nessuno si sorprenderà se diciamo che la luce solare naturale è la più complessa e copre lo spettro più ampio possibile. Le piante coltivate all’aperto ricevono non solo la parte visibile dello spettro luminoso, compresa la radiazione fotosinteticamente attiva, ma anche radiazioni infrarosse, UV e altri tipi di radiazione. Sebbene gli effetti delle lunghezze d’onda della luce estremamente corte o estremamente lunghe non siano ancora ben documentati in relazione alle piante, alcune lunghezze d’onda invisibili, come gli UV e la radiazione rosso lontano, possono essere fondamentali per le piante, anche se non influenzano la fotosintesi.

Serre: assenza di radiazioni UV

Le serre possono essere realizzate con diversi tipi di vetro o persino di plastica, che possono avere effetti differenti sulla luce che attraversa il materiale. In generale, tuttavia, il vetro lascia passare la maggior parte dello spettro luminoso, ma blocca naturalmente una parte significativa delle radiazioni UV e delle radiazioni con lunghezze d’onda inferiori. In questo senso, le serre possono essere considerate semitrasparenti e l’assenza di luce UV può influire sulle piante, ad esempio sulla produzione di terpeni o di sostanze attive.

È noto che in alcune piante la radiazione UV stimola la produzione di metaboliti secondari. Esistono teorie secondo cui tali piante producono una quantità maggiore di queste sostanze perché agiscono come una protezione naturale contro l’effetto distruttivo dei raggi UV sul DNA. Inoltre, è stato scoperto l’insolito fotorecettore UVR8, che viene attivato direttamente dalla radiazione UV-B e percepisce la luce con una lunghezza d’onda di 280-320 nanometri. Questo fotorecettore è composto da due molecole di UVR8, che dopo l’esposizione ai raggi UV-B si separano e diventano monomeri, modificandone la funzione e provocando cambiamenti, tra cui una maggiore resistenza allo stress, modifiche nella funzione dei geni e un’influenza sullo sviluppo della pianta.

L’assenza di radiazioni UV non mette in pericolo la vita delle piante, ma può influire significativamente sul modo in cui affrontano lo stress e attraversano le singole fasi della vita. Per questi motivi, alcuni coltivatori utilizzano nelle serre e nella coltivazione indoor lampade speciali per la coltivazione, che arricchiscono lo spettro luminoso con radiazioni UV-A e UV-B.

Indoor: PAR su misura per le piante

La maggior parte delle moderne lampade LED per la coltivazione emette uno spettro luminoso standardizzato, con lunghezze d’onda corrispondenti alla radiazione PAR (400–700 nanometri). Questo intervallo dello spettro è ampiamente sufficiente per permettere alle piante di prosperare sotto l’illuminazione artificiale e, in determinate circostanze, consente loro di crescere più rapidamente rispetto alla coltivazione all’aperto o in serra. D’altra parte, lo spettro delle lampade LED per la coltivazione è privo non solo di radiazioni UV, ma anche di luce infrarossa.

La quantità di luce infrarossa che raggiunge le piante coltivate all’aperto o in serra cambia durante il giorno e nel corso dell’anno, a seconda del percorso del sole nel cielo, poiché cambia l’angolo con cui la luce attraversa l’atmosfera. Le piante sfruttano questo fattore per regolare i propri ritmi circadiani e, grazie a fotorecettori specializzati chiamati fitocromi, riescono a riconoscere, ad esempio, quando è il momento di iniziare a fiorire. Per questo motivo, durante la coltivazione indoor sotto illuminazione artificiale, le piante possono iniziare a fiorire un po’ più lentamente (passando a 12/12) rispetto a quanto accadrebbe all’aperto. Come nel caso delle radiazioni UV, anche lo spettro infrarosso può essere integrato nella grow room o nella serra tramite un’illuminazione supplementare con spettro infrarosso.

Legga anche: Coltivazione indoor: come passare alla fioritura