Sono numerosi i fattori da cui dipendono l'intensità e l'efficacia della fotosintesi: temperatura, intensità luminosa, umidità, disponibilità di elementi nutrienti per le piante, concentrazione di CO2. Nelle serre il fattore limitante la fotosintesi è, nella maggior parte dei casi, la concentrazione della CO2. In una serra di tipo moderno, in mancanza di una adeguata ventilazione (soprattutto nel periodo autunno-inverno) già dopo poche ore di esposizione alla luce solare la concentrazione di Anidride Carbonica può raggiungere le 120–150 ppm contro le 300–350 ppm presenti in atmosfera. A questi valori di concentrazione viene ridotta al minimo la fotosintesi con conseguente arresto della reazione di sintesi degli zuccheri da parte delle piante.
Per questo motivo è possibile incrementare la produttività della serra aumentando il tenore dell'anidride carbonica a un livello superiore di quello presente in atmosfera in modo da ottimizzare il rendimento della fotosintesi.
La tecnica di arricchimento delle serre con anidride carbonica ha lo scopo di:
- compensare le fluttuazioni di concentrazione della CO2 dovute all'utilizzo da parte delle piante e alla naturale variabilità atmosferica;
- incrementare la concentrazione della CO2 all'interno della serra al fine di ottimizzare e accelerare la reazione di fotosintesi.
I vantaggi derivanti dalla cosiddetta concimazione carbonica nell'atmosfera delle serre dipendono dalle varietà e dalle specie coltivate. L'arricchimento dell'atmosfera all'interno della serra con anidride carbonica è consigliato durante tutto il periodo dell'anno. Il suo utilizzo deve essere collegato con la possibilità di tenere le finestre di colmo totalmente o parzialmente chiuse. In questo modo si potrà ottimizzare il consumo specifico dell'anidride carbonica.
Ne consegue che in Italia, paese a clima temperato, l'utilizzo sarà tipicamente stagionale (stagione fredda da ottobre - novembre fino a marzo-aprile). Il periodo durante il quale viene incrementata la concentrazione della CO2 corrisponde generalmente con quello delle ore diurne. Un sensore di luminosità interrompe il dosaggio della CO2 quando l'intensità luminosa risulta essere al di sotto del valore limite per la fotosintesi (ad es. giornate particolarmente nuvolose). Qualche volta è raccomandato che l'arricchimento cominci da tre quarti d'ora a un'ora dopo l'alba e che venga interrotto circa un'ora prima del tramonto.
Possono essere usati differenti sistemi per la distribuzione della CO2
- Distribuzione in ogni linea di piante della serra
- Distribuzione periferica nella serra
Per la regolazione della concentrazione della Anidride Carbonica all'interno della serra si ricorre ai seguenti metodi:
a) Dosaggio temporizzato
L'uso di un timer permette l'erogazione della CO2 nella serra durante quelle ore del giorno in cui la CO2 ha il maggior effetto sull'incremento della coltivazione.
b) Diffusione in funzione dell'intensità della luce
L'elettrovalvola può essere collegata ad un sistema di controllo che dosa o interrompe l'erogazione della CO2 in funzione del segnale di una sonda di luminosità.
c) Analisi, controllo e regolazione della CO2
Air Liquide ha sviluppato, in collaborazione con aziende operanti nel settore della serricoltura, una serie di sistemi completi e funzionali per il monitoraggio e la regolazione della concentrazione dell'anidride carbonica nelle serre. Questi prevedono l'utilizzo di un analizzatore della concentrazione della CO2 all'interno della serre come sistema di controllo per il dosaggio del gas. Il campione dell'atmosfera da analizzare può essere prelevato e inviato alla cella di misura dell'analizzatore tramite tubazioni di aspirazione (sistema scanner) o in alternativa la sonda stessa può essere collocata direttamente all'interno della serra. Il sistema inoltre può essere corredato anche da un'ulteriore serie di sonde per controllare e regolare il dosaggio della CO2 in funzione dei seguenti parametri:
- Luminosità
- Temperatura
- % di apertura delle finestre di colmo
- Umidità
Fra i risultati conseguiti: aumento di produzione fino al 40%, migliore qualità, riduzione del periodo di coltivazione fino a 20 giorni.
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