Voutsinos O., Mastoraki M., Ntatsi G., Liakopoulos G., Savvas D.
Comparative Assessment of Hydroponic Lettuce Production Either under Artificial Lighting , or in a Mediterranean Greenhouse during Wintertime
Agriculture 2021, 11, 503; doi: 10.3390/agriculture11060503
Il vertical farming è una tecnica di coltivazione in ambiente chiuso con l’utilizzo di tecnologie di illuminazione supplementare. Recentemente, con lo sviluppo della tecnologia LEDs, che agevola la gestione climatica di ambienti di coltivazione chiusi e permette un risparmio energetico ed economico notevole rispetto alle precedenti tecnologie di illuminazione artificiale, la superficie dedicata a vertical farming sta notevolmente incrementando. Il successo della produzione in ambiente indoor deriva anche dalla riduzione di suolo disponibile per le coltivazioni, a causa dell’eccessiva cementificazione e dell’esigenza dei consumatori di acquistare prodotti freschi e salubri. Infatti, le vertical farming nascono principalmente in contesti urbani e grazie alla possibilità di ottimizzare il clima nell’ambiente di coltivazione è possibile ottenere ortaggi da foglia a basso contenuto di nitrati. Lo sviluppo del vertical farming in ambiente Mediterraneo è visto ancora con scetticismo in quanto si ritiene che la quantità di radiazione presente, anche nel periodo invernale, è sufficiente per coltivare con successo gli ortaggi da foglia. Tra gli ortaggi maggiormente coltivati in vertical farming c’è la lattuga, in quanto occupa poco spazio, ha un ciclo breve di coltivazione ed è ricca di sostanze nutraceutiche (vitamina A, C, E, K, polifenoli e antiossidanti). Tuttavia, in condizioni di bassa radiazione luminosa e/o concimazioni azotate abbondanti, la lattuga può accumulare nitrati nelle foglie, che possono costituire un problema per la salute umana. Tra i fattori ambientali, l’intensità luminosa è quella che influisce maggiormente sull’accumulo nei nitrati nei tessuti fogliari; per questo, anche in ambiente mediterraneo, nel periodo invernale potrebbe essere necessario incrementare l’intensità luminosa della radiazione naturale per ridurre l’accumulo di nitrati nelle foglie di lattuga.
Durante questa attività sperimentale, una varietà di lattuga (Lactuca sativa L. cv Glory) è stata coltivata tra novembre 2017 e dicembre 2017 in vertical farming ed in serra (senza illuminazione supplementare) in ambiente mediterraneo ad una densità di 30 piante/m2. In condizioni indoor sono stati utilizzati due livelli di intensità luminosa (310 µmol m−2 s−1 (HLI) vs 188 µmol m−2 s−1 (LLI)) prodotta da moduli LEDs a spettro bianco, mentre l’intensità luminosa media in serra è stata di 144 µmol m−2 s−1; per tutti i trattamenti è stato garantito un fotoperiodo di 12 ore. I rilievi effettuati sono stati i seguenti: concentrazione di nitrati nelle foglie; morfologia delle foglie; attività fotosintetica delle stesse. Sia in serra che in vertical farming la tecnica di coltivazione senza suolo utilizzata è stata l’NFT (nutrienti film technique), con conducibilità elettrica della soluzione nutritiva impostata a 2,4 dS/m1 e pH compreso tra 5,5–6,5.
La quantità di biomassa prodotta per ogni singola pianta è stata circa il doppio per le piante coltivate in vertical farming con alta intensità luminosa (HLI) rispetto agli altri due trattamenti. Anche la quantità di radici prodotte per singola pianta nel trattamento HLI è stata rispettivamente due e tre volte maggiore rispetto al trattamento LLI e alle piante coltivate in serra; anche il numero di foglie prodotte per pianta e l’area fogliare sono stati maggiori nel trattamento HLI rispetto agli altri due trattamenti. Sebbene le piante coltivate in vertical farming con bassa intensità luminosa hanno ottenuto produzioni comparabili con quelle prodotte in serra, la morfologia “a vortice” del cespo di lattuga ottenuta in condizioni di LLI ha reso le lattughe non commercializzabili e probabilmente questo è stato un effetto causato dalla non ottimale distribuzione della radiazione luminosa in questo trattamento. Inoltre, è bene sottolineare che durante questa attività sperimentale le piante coltivate in vertical farming sono state illuminate con LEDs bianchi mentre le piante coltivate in serra sono state illuminate dalla radiazione solare, che ha uno spettro differente rispetto ai LEDs bianchi, e questo ha anche inciso sugli effetti osservati.
L’accumulo dei nitrati nelle foglie è stato circa tre volte più alto nelle piante coltivate in serra rispetto al trattamento HLI e circa due volte maggiore rispetto al trattamento LLI; questo è dovuto alla maggiore attività dell’enzima nitrato reduttasi, responsabile dell’assimilazione dei nitrati a livello cellulare e strettamente influenzato dall’intensità della radiazione luminosa. Tuttavia, sebbene le lattughe coltivate in vertical farming con LLI e le lattughe coltivate in serra abbiano ricevuto un’intensità di radiazione quasi simile, le prime hanno accumulato meno nitrati rispetto alle seconde e questo potrebbe essere dovuto ad una maggiore presenza di radiazione blu nei LEDs, che ha ulteriormente incrementato la sintesi della nitrato reduttasi. Quindi, consumando 100 grammi di lattuga al giorno, la dose accettabile giornaliera (ADI) di nitrati sarebbe rispettata se si consumassero le lattughe coltivate in vertical farming, mentre sarebbe superata di circa del 63% qualora venissero consumate le lattughe prodotte in serra.
Inoltre, in base ai risultati ottenuti dalla fluorescenza, le piante coltivate con HLI hanno utilizzato più efficientemente la radiazione fotosinteticamente attiva, rispetto agli altri due trattamenti; questi risultati sono stati confermati dall’analisi degli scambi gassosi, dalla quale è emerso che il tasso fotosintetico netto è stato più alto nelle piante del trattamento HLI rispetto agli altri due trattamenti. Tuttavia, misurando l’efficienza fotosintetica delle piante di lattuga a differenti intensità luminose è emerso che le piante coltivate in serra hanno sviluppato un maggior adattamento (acclimatazione) a differenti intensità luminose e questo è dovuto al fatto che le piante coltivate in condizione di luce naturale hanno ricevuto picchi di intensità luminosa fino a 500 µmol m−2 s−1, mentre le piante coltivate in vertical farming sono state coltivate con intensità luminosa stabile. La conduttanza stomatica, invece, è risultata essere più bassa per le piante coltivate in serra, in quanto il livello di umidità relativa in questo ambiente di coltivazione è stato più basso rispetto al vertical farming e questo aspetto sottolinea un altro vantaggio delle coltivazioni indoor rispetto alla serra, ossia la possibilità di modificare il clima dell’ambiente di coltivazione in funzione delle richieste della coltura. Grazie alla più elevata umidità relativa ottenuta in vertical farming, le piante di lattuga hanno traspirato meno e l’efficienza d’uso dell’acqua è aumentata; tuttavia, bisogna stare attenti con il controllo dell’umidità relativa, in quanto riducendo l’attività traspiratoria della pianta si può andare incontro ad alterazioni fisiologiche, come la carenza di calcio nei tessuti apicali (tip burn).
HTML e PDF: https://www.mdpi.com/2077-0472/11/6/503