La luce è essenziale per la vita. Ogni organismo vivente ha sviluppato un rapporto unico con lo spettro luminoso, e questo è particolarmente evidente quando confrontiamo le esigenze delle piante con quelle degli esseri umani. Mentre gli umani possono vedere solo una piccola porzione dello spettro elettromagnetico, le piante sono in grado di assorbire ed utilizzare una gamma molto più ampia di lunghezze d'onda.
Che cos'è Lo Spettro Luminoso?
Lo spettro luminoso è l'insieme delle diverse lunghezze d'onda della luce, alcune delle quali sono visibili all'occhio umano e altre no. Lo spettro visibile, quello che possiamo percepire, varia dalle lunghezze d'onda corte del blu ai rossi più lunghi, passando per il verde, il giallo e l'arancione. Al di fuori di questo range, abbiamo la luce ultravioletta (UV) su un'estremità e l'infrarosso (IR) sull'altra.
Le diverse lunghezze d'onda hanno effetti diversi sugli organismi viventi. Ad esempio, alcune lunghezze d'onda UV sono essenziali per la sintesi della vitamina D. L'infrarosso, d'altra parte, viene utilizzato in varie applicazioni per il sorting della frutta e dei sementi e nel riciclaggio dei materiali con sistemi di visione.
Lo spettro visibile per l'occhio umano
L'occhio umano può percepire la luce solo all'interno di una piccola porzione dello spettro elettromagnetico che chiamiamo luce "visibile". Questa gamma va approssimativamente da 380 nanometri (nm) a 740 nm.
La luce naturale è fondamentale per il benessere umano. Non solo ci permette di vedere, ma regola anche i nostri ritmi circadiani, influenzando il sonno, l'umore e persino la produttività. La mancanza di esposizione alla luce solare naturale può portare a disturbi dell'umore come la depressione stagionale e può disturbare il sonno, portando a una condizione nota come insonnia da ritardo di fase.
La sensibilità massima dell’occhio umano si ha intorno ai 555 nm, che corrisponde alla lunghezza d'onda del colore verde-giallo che non a caso corrisponde all’emissione del nostro sole che emette la maggior parte della sua energia proprio in questa regione dello spettro.
Per quantificare la luce visibile utilizziamo unità come i lumen, che misurano il flusso luminoso, e i lux che misurano l'illuminamento, ovvero la quantità di luce che colpisce una determintata superficie . Queste scale sono tarate specificamente sulla sensibilità dell'occhio umano.
Lo spettro necessario per la fotosintesi
Le piante, a differenza degli umani, utilizzano la luce principalmente per la fotosintesi, un processo chimico che converte la luce solare, l'anidride carbonica e l'acqua in glucosio e ossigeno. Questo processo è cruciale per la sopravvivenza delle piante e, in definitiva, per tutta la vita sulla Terra, poiché produce l'ossigeno che tutti gli organismi aerobici necessitano per vivere. Per questo scopo, assorbono energia principalmente nelle regioni blu e rosse dello spettro.
I pigmenti chiave che catturano la luce sono la clorofilla a, clorofilla b e i carotenoidi. Ognuno di essi ha dei picchi di assorbimento in specifiche lunghezze d'onda:
- Clorofilla-a: 430 nm e 662 nm (blu e rosso)
- Clorofilla-b: 453 nm e 642 nm (blu e rosso)
- Carotenoidi: 420 nm e 485 nm (blu)
Per promuovere la crescita ottimale delle piante, specialmente in ambienti controllati come le serre, le vertical farm, fotobioreattori, fitrotroni, ecc… con produzioni fuori suolo o in idroponica , è essenziale fornire uno spettro di luce adeguato. La luce blu è spesso utilizzata per promuovere la fase vegetativa delle piante, stimolando forti radici e foglie sane, mantenendo la compattezza della pianta. La luce rossa, d'altra parte, è più efficace durante la fase di fioritura e fruttificazione.
Per misurare la luce utile alle piante, si utilizzano scale diverse rispetto all'occhio umano. Una delle più importanti è il PAR (Photosynthetically Active Radiation), che conta i fotoni nella banda da 400 a 700 nm, la regione realmente sfruttata dalle piante per la fotosintesi. Il parametro chiave è il PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density), che quantifica il flusso di fotoni PAR che raggiunge effettivamente la pianta, per unità di superficie e tempo. Si misura in micromoli di fotoni per secondo per metro quadro (μmol/s/m2).
Ottimizzare lo spettro per la crescita delle piante
Poiché lo spettro ideale per gli umani e per le piante è completamente diverso, le lampade tradizionali progettate per l'illuminazione industriale e domestica (ad incandescenza, fluorescenza, ioduri, al sodio, ecc…) non sono per nulla adatte per la coltivazione indoor.
Ottimizzare lo spettro per la crescita delle piante
Le normali lampade per illuminazione domestica non sono ideali per le piante. Prima dei LED si usavano soprattutto:
- Lampade per piante fluorescenti: emettono prevalentemente luce verde (500-600nm), che viene in gran parte riflessa dalle foglie. Mancano le componenti blu e rosse fondamentali per la fotosintesi.
- Lampade per piante agli ioduri metallici: producono uno spettro ampio ma carente nelle bande chiave per la clorofilla, ovvero 450nm (blu) e 660nm (rosso).
- Lampade HPS (sodio ad alta pressione): usate fino ad oggi nelle produzioni indoor vegetative ed orto-floro-vivaistiche solo in quanto sono le lampade a più alta efficienza per la sensibilità dell’occhio umano: in realtà emettono molti fotoni al di fuori dei picchi di assorbimento della clorofilla a 430nm e 662nm. Mancano quasi totalmente i colori blu e rosso estremo, fondamentali per una crescita rigogliosa.
Tutte le lampade sopra indicate non permettono di modulare l’intensità della luce, tanto meno di modificare il loro stesso spettro di emissione. In definitiva hanno uno spettro STATICO, non modificabile, tempi di accensione lunghi ed un alto consumo energetico.
I benefici delle lampade per piante a LED
Le lampade per piante a LED consentono di customizzare lo spettro luminoso per ottimizzare ogni fase di crescita:
- Luce blu (415-470nm): stimola fotosintesi e sviluppo radici. Utile in particolare nelle prime fasi di crescita della pianta.
- Luce rossa (640-670nm): favorisce germinazione, accrescimento fusti e fioritura. I 660nm sono la chiave per la fioritura e la produzione di frutta.
- Luce far red (730-740nm): Controlla l'orologio interno della pianta e può essere utilizzato come trigger alla fine di ogni ciclo di luce per promuovere la fioritura nelle piante a giorno corto
Inoltre le lampade a LED, a differenza delle altre tipologie, permettono di ottenere uno spettro DINAMICO, ovvero regolare sia l’intensità della luminosità che di modulare lo spettro luminoso nel corso della giornata, o nel periodo di crescita vegetativa, presentando od eliminando determinate lunghezze d’onda che possono essere necessarie o meno a seconda del prodotto coltivato, rendendole particolarmente idonee nella produzione delle piante e fiori.
I vantaggi dello spettro dinamico nelle lampade per piante a LED
La possibilità di variare lo spettro luminoso nell'arco della giornata è un enorme vantaggio dei LED. Si può simulare il naturale ciclo giorno/notte variando proporzioni di rosso e blu. La mattina e il pomeriggio si può enfatizzare il blu, mentre il rosso nelle ore centrali. Il tutto con la stessa lampada!
Si possono riprodurre i cambiamenti stagionali della luce, aumentando la componente rossa in autunno e inverno. Infine, modulando opportunamente le lunghezze d'onda nelle diverse fasi si può ottimizzare al massimo la resa delle colture.
La rivoluzione dei LED in agricoltura
Per coloro che cercano soluzioni all'avanguardia nell'illuminazione per coltivazioni indoor, C-Led si pone all'avanguardia con una vasta gamma di prodotti LED progettati appositamente per ottimizzare la crescita delle piante. La loro serie di lampade a LED offre uno spettro luminoso su misura, consentendo la regolazione dinamica della luce durante tutte le fasi della crescita delle piante. Grazie alla capacità di personalizzare lo spettro luminoso con precisione e di adattarlo ai ritmi naturali delle piante, i prodotti C-Led offrono un vantaggio distintivo rispetto alle soluzioni tradizionali.
Con le lampade per piante C-Led, gli utenti possono sfruttare le potenzialità della luce blu per promuovere le prime fasi di crescita, ottimizzare il periodo di fioritura con la luce rossa e persino simulare il ciclo naturale delle stagioni. L'adattabilità e l'efficienza energetica di queste lampade a LED rendono il processo di coltivazione indoor più sostenibile ed efficace.
Inoltre, la tecnologia avanzata delle lampade C-Led garantisce una durata nettamente superiore e una maggiore efficienza rispetto alle opzioni convenzionali. Scegliendo C-Led, gli agricoltori e gli imprenditori, possono contare su un sistema di illuminazione intelligente che massimizza la resa delle colture e assicura una qualità costante, con un ritorno del proprio investimento in tempi ridotti.
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