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I vantaggi della concimazione carbonica in ambiente mediterraneo

concentrazione di anidride carbonica (CO2) all’interno dell’ambiente serra può rappresentare, al pari di altri fattori quali luce, temperatura, nutrienti, un fattore limitante per la produttività, sia in termini di quantità, sia in qualità delle colture, siano esse orticole o ornamentali. Nei paesi a clima mediterraneo, caratterizzati da elevate temperature estive, la ventilazione assume un ruolo fondamentale nella gestione della temperatura e dell’umidità dell’aria. Non solo: la progettazione di adeguate aperture, e quindi del giusto flusso di ventilazione, influenza anche la concentrazione dell’anidride carbonica all’interno della serra stessa e quindi l’attività fotosintetica.

La compensazione della massa. L’assimilazione di CO2  si riflette in una naturale deplezione della stessa. La depressione di COche può verificarsi all’interno dell’ambiente serra, genera un flusso attraverso le aperture dall’esterno verso l’interno che, per la legge della compensazione della massa, sarà uguale al flusso di assimilazione (Stanghellini e Heuvelink, 2007). Molti studi hanno dimostrato come spesso le concentrazioni diurne registrate nelle serre siano in realtà tra 100 e 250 ppm (Goldsberry, 1986; De Pascale et al., 2006; Kläring et al., 2007; Jin et al., 2009) con conseguente riduzione dell’attività fotosintetica, soprattutto in assenza di un’adeguata progettazione dei sistemi di apertura e ventilazione.

Evapotraspirazione e fotosintesi. In particolare, il flusso di COtra ambiente interno alla serra e coltura, e quindi l’entità del fenomeno di depressione e relativo flusso da esterno verso l’interno, dipenderà da assimilazione per attività fotosintetica, CO2 rilasciata da attività respiratorie varie all’interno della serra stessa e dal rilascio d’acqua per evapotraspirazione. Il flusso di COtra ambiente e coltura sarà influenzato dalle condizioni da fenomeni atmosferici, come la radiazione solare disponibile, nonché dallo stadio fenologico della coltura, dalla cultivar impiegata o da fattori umani come interventi di irrigazione, potature o impiego di regolatori di crescita (Straten e Henten, 2010).

Ruolo del vento e della luce. Un’adeguata progettazione della serra, in funzione di clima e venti dominanti, è fondamentale per la riduzione del fenomeno di deplezione della CO2.  Ci sono, però, alcuni limiti da considerare:
I) la concentrazione massima che si ottiene non supera i 350 ppm, cioè il valore della concentrazione atmosferica (Jin et al., 2009).
II) Il controllo dei valori effettivi della concentrazione di CO2  in serra è complesso e comunque non è possibile garantire un costante mantenimento delle concentrazioni desiderate. Il flusso di COtra interno ed esterno è, infatti, condizionato da fattori quali velocità del vento e temperatura interna della serra (Straten e Henten, 2010).
III) Difficilmente impiegabile in inverno, salvo in giornate particolarmente calde, altrimenti il beneficio legato all’incremento di COverrebbe annullato da un eccessivo abbassamento della temperatura (Kläring et al., 2007; Jin et al., 2009).

Tecniche di concimazione carbonica. È stato stimato che per la maggior parte delle colture, i valori ottimali di concentrazione della CO2, al fine di un incremento significativo di produttività, sono da individuarsi tra 700 e 1000 ppm (Stanghellini e Heuvelink, 2007; Jin et al., 2009). È stato stimato, per esempio,  che un incremento da 350 ppm (più o meno pari alla concentrazione atmosferica della COstessa) a 450 ppm può risultare in un aumento di produttività del 13% (Stanghellini e Heuvelink, 2007).
In tal senso alcune possibili tecniche di concimazione carbonica impiegabili per garantire alla pianta un’adeguata e continua concentrazione di CO2 sono: I) iniezione diretta di CO2; II) recupero della CO2 prodotta dagli impianti di riscaldamento (nei Paesi a clima mediterraneo tale tecnica, per quanto altamente sostenibile sia da un punto di vista economico, sia ambientale, può trovare impiego solo nei mesi più freddi); III) produzione e successiva iniezione di COtramite reazione chimica tra acido solforico e bicarbonato di ammonio (Linker et al., 1999), oppure IV) produzione e successiva iniezione di CO2 tramite compostaggio di letame animale (Jin et al., 2009) o altri residui.

Quantità utilizzabile. La valutazione di concentrazioni più o meno elevate di CO2 da impiegare dipenderà dal tipo di coltura e dalla stagione. In generale, laddove sia possibile intervenire con tecniche di arricchimento di CO2, la concentrazione da raggiungere può essere individuata nel punto di massima pendenza della curva di risposta della fotosintesi alla concentrazione fogliare interna di CO2. Per la maggior parte delle colture la produttività è significativamente incrementata impiegando valori, come già ricordato, tra 700 e 1000 ppm, ma nel caso di colture ad alto reddito possono essere impiegati anche valori superiore (1000-1500 ppm). L’impiego di tali concentrazioni di CO2, non comporta per gli operatori alcun fenomeno di tossicità.
In realtà questi valori sono impiegabili soprattutto in sistemi di serra semi-chiusi o chiusi, sullo stile olandese, non utilizzati normalmente in Paesi a clima mediterraneo, o comunque nei mesi più freddi quando è ridotta la necessità di ventilazione tramite apertura di finestre laterali o tetto.

Pratica sconsigliata nei mesi caldi. In estate, con serre semi-aperte, quindi dotate di sistemi di ventilazione, l’impiego di elevate concentrazioni di CO2, molto superiore a quella esterna, rappresenta, invece, uno spreco. Il naturale flusso da esterno a interno di CO2 verrebbe, infatti, a invertirsi per mancanza di compensazione nel flusso di assimilazione. L’impiego di tecniche di arricchimento, in aggiunta al flusso di CO2 dall’esterno per ventilazione, in tali mesi, è consigliabile solo per il mantenimento di valori simili a quelli atmosferici, laddove il sistema di ventilazione risulti poco efficiente, sia per motivi di progettazione che per i limiti legati a questa tecnica già menzionati.

L’esempio del crisantemo. L’impiego di arricchimento carbonico è comunque consigliabile, trattandosi di una tecnica piuttosto onerosa sia in termini economici che ambientali, in caso di colture ad alto reddito caratterizzate da  serre ad elevati input energetici, in quanto necessario intervenire anche su altri fattori limitanti, soprattutto nei mesi invernali, quali radiazione luminosa e temperatura.
Un esempio interessante è rappresentato da coltura a ciclo programmato e continuo di crisantemo da vaso e/o fiore reciso, dove, nei mesi invernali, è necessario sia l’adozione di un impianto di illuminazione (si tratta infatti di una coltura brevidiurna per cui la fioritura in inverno sarebbe indotta precocemente rispetto allo sviluppo della pianta), sia il mantenimento di temperature piuttosto elevate (intorno almeno ai 15°C).

Vantaggi, ma non per tutte le cultivar. L’adozione di concimazione carbonica ad elevate concentrazioni, insieme a temperature elevate e disponibilità di luce, comporta come vantaggio un notevole incremento dell’attività fotosintetica con conseguente incremento della produttività in termini di standard qualitativi e allineamento della durata del ciclo colturale a quello primaverile-estivo (normalmente più breve) con quindi maggior numero di rotazione della coltura che si riflette in un incremento della produttività in termini quantitativi.
Come ricordato, i risultati della concimazione carbonica sono spesso influenzati non solo dallo stadio fenologico, ma anche dalla cultivar impiegata e non sempre hanno un riscontro in termini di produttività, come dimostrato proprio da uno studio condotto su diverse cultivar di crisantemo (Fanourakis et al., 2011), e che quindi il suo impiego dovrebbe essere sempre supportato da analisi sull’attività fotosintetica della cultivar stessa, con particolare riferimento alle già citate curve di risposta alla concentrazione interna di CO2.

 

Bibliografia

Goldsberry K.L., 1986. COfertilization of carnation and some other flower crops. In: H.Z. Enoch, B.A. Kimball (eds), Carbon dioxide enrichment of greenhouse crop II. Physiology, yield and economics. RCR press, Boca Raton: 117-140.
De Pascale S., Maggio A., Barbieri G., 2006. La sostenibilità delle colture protette in ambiente mediterraneo: limiti e propspettive. Italus Hortus 13 (1): 33-48.
Fanourakis D., Heuvelink E., Maaswinkel R.,  Carvalho S.M.P., 2011. Genotypic Variation of Cut Chrysanthemum Response to High CO2 Concentration: Growth, Time to Flowering and Visual Quality.  Proc. IS on High Technology for Greenhouse Systems - GreenSys2009. Ed.: M. Dorais. Acta Hort. 893, ISHS 2011: 839-848.
Jin C., Du S., Wang Y., Condon J., Lin X.,  Zhang Y., 2009. Carbon dioxide enrichment by composting in greenhouses and its effect on vegetable production. J. Plant Nutr. Soil Sci., 172: 418–424. doi: 10.1002/jpln.200700220.
Kläring H.P., Hauschild C., Heißner A., Bar-Yosef B., 2007. Model-based control of COconcentration in greenhouses at ambient levels increases cucumber yield. Agricultural and Forest Meteorology 143: 208–216.
Linker R., Gutman P. O., Seginer I., 1999. Robust controllers for simultaneous control of temperature and CO2 concentration in greenhouses. Control Eng. Pract. 7, 851–862.
Stanghellini C., Heuvelink Ep., 2007. Coltura e clima: effetto microclimatico dell’ambiente serra. Italus Hortus 14 (1): 37-49. 
Straten G. van, Henten,  E.J. van, 2010. Optimal greenhouse cultivation control: survey and perspectives. Proceedings of the Agricontrol, IFAC, 6-8 Dec. 2010, Kyoto, Japan. - Kyoto, Japan : , 2010.

 

La pratica comporta un incremento dell’attività fotosintetica con ripercussioni sulla produttività in termini di standard qualitativi. Necessarie valutazioni tecniche accurate

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