Illuminazione per la lattuga oltre i tassi di crescita

La lattuga è la verdura a foglia più coltivata negli Stati Uniti. Mentre la maggior parte della lattuga viene coltivata nei campi, la produzione è in aumento nelle serre e nelle fattorie verticali dell’agricoltura ad ambiente controllato (CEA). In effetti, secondo il censimento delle specialità orticole dell’USDA del 2019, la lattuga è ora la seconda più grande coltura di ortaggi in serra negli Stati Uniti, dopo i pomodori. La produzione invernale in serra nella metà settentrionale degli Stati Uniti dipende dall’illuminazione supplementare per aumentare la resa. La quantità di luce (luce giornaliera integrale) e la qualità (spettro o colore della luce) influiscono su diversi aspetti del raccolto di lattuga, tra cui la resa (peso fresco tipicamente vendibile), il colore/pigmentazione delle foglie e il contenuto nutrizionale. Dal punto di vista nutrizionale, la lattuga è un'importante fonte di vitamina K, xantofille (una classe di carotenoidi importanti per la salute degli occhi), antociani, acido folico e ferro.

L’energia per il riscaldamento e l’illuminazione delle serre rappresenta in genere il secondo costo di produzione più grande. Tradizionalmente, le luci a scarica ad alta intensità (HID) vengono utilizzate nelle serre di lattuga per integrare la luce nelle giornate invernali nuvolose e con scarsa illuminazione. Il sodio ad alta pressione (HPS) e l'alogenuro metallico ceramico (CMH) sono due tipi di HID. Queste luci sono relativamente durature e poco costose in anticipo, ma sono meno efficienti dal punto di vista energetico perché gran parte dell'energia viene convertita in calore e potrebbe essere necessario un raffreddamento aggiuntivo per compensare il calore extra. Un altro svantaggio degli apparecchi HID è che l'intensità della luce e lo spettro luminoso non possono essere regolati. I diodi emettitori di luce (LED) stanno vedendo una crescente adozione principalmente perché riducono i costi energetici ma anche per la flessibilità che offrono in termini di intensità e spettro. Per la lattuga a foglia rossa, è noto che per la colorazione rossa è necessaria la luce blu (che deriva dagli antociani, un importante pigmento e antiossidante). Poiché le luci HPS sono basse nello spettro blu, la lattuga rossa spesso manca di una colorazione profonda in inverno, quando la luce naturale (compreso il blu) è bassa. Lo spettro luminoso può essere utilizzato per regolare il pigmento e il contenuto nutrizionale della lattuga. Tuttavia, mancano informazioni sulle diverse fonti di illuminazione supplementare in termini di effetti sul contenuto di nutrienti e sulla resa della lattuga. L’illuminazione supplementare può anche avere un impatto sull’uso dell’acqua da parte delle piante, che incide sulla programmazione dell’irrigazione e sulla necessità di deumidificare lo spazio di coltivazione. Abbiamo condotto uno studio in serra confrontando le luci tradizionali (HPS e CMH) con due tipi di LED (bianco ad ampio spettro e rosso:blu).

L'esperimento è stato condotto in una serra nel centro di New York da dicembre a metà marzo. Per questo studio sono state utilizzate due cultivar di lattuga, "Rex" (un tipo comune per la coltura idroponica) e "Rouxai" (una varietà di foglie di quercia rossa). I semi sono stati avviati in cubetti di lana di roccia per una settimana e poi trapiantati in sistemi idroponici di mini colture in acque profonde (DWC) sotto trattamenti di illuminazione per quattro settimane. L'aria è stata pompata nella soluzione nutritiva per fornire ossigeno alla zona radicale. Nella stessa serra sono stati allestiti quattro trattamenti di illuminazione: HPS, CMH, LED rosso:blu (70% rosso e 30% blu) e LED bianco (36% rosso, 27% blu e 45% verde). Tutti i trattamenti sono stati regolati per avere la stessa intensità di 150 μmol·m-2·s-1 e ogni giorno il numero di ore di luce supplementare è stato regolato mediante controllo computerizzato per ottenere un integrale di luce giornaliero (DLI) di 17 mol·m- 2·d-1 sotto ogni trattamento. Ciascun trattamento di illuminazione è stato implementato su due panchine posizionate in modo casuale nella serra e l'esperimento è stato condotto su tre cicli colturali con trattamenti di illuminazione randomizzati prima di ogni nuovo ciclo. La serra aveva setpoint di temperatura giorno/notte di 77/68° F. Le piantine sono state coltivate per una settimana in un ambiente comune e poi trapiantate e coltivate per quattro settimane sotto i trattamenti di illuminazione. Il consumo di acqua è stato registrato tre volte a settimana. Dopo quattro settimane di trattamento con luce, nove piante per ciascuna cultivar per area di trattamento sono state raccolte in modo distruttivo e sono stati raccolti dati sull'altezza, la larghezza e il peso della pianta fresca. Tre delle nove piante sono state congelate e analizzate per pigmenti e sostanze nutritive (clorofilla, xantofilla, antociani e contenuto di elementi minerali). Il resto dei campioni è stato utilizzato per la raccolta dei dati sulla superficie fogliare e sul peso secco.