Favorire la fotosintesi: illuminazione e altro

[Umberm 5,044]

Come alcuni sanno da un po' di tempo sto cercando di approfondire l'argomento "illuminazione" per ottenere le informazioni necessarie ad ottimizzare l'illuminazione nelle nostre light box.

Dopo numerose ore di approfondimento (non dico quante altrimenti mi prendete per matto!) sono arrivato ad approfondire l'argomento "fotosintesi", dando delle risposte, in verità tutte già note e ampiamente descritte nel Forum, su cosa è meglio usare.

Visto che non ci sono novità potrei pensare di aver fatto un lavoro inutile, ma è stato interessante e stimolante farlo. Sperando di non annoiarvi troppo ve lo propongo.

La funzione della luce è ovviamente quella di favorire la fotosintesi clorofilliana. Lo scopo è quindi quello di portare al massimo possibile il tasso di fotosintesi .

L’efficienza della fotosintesi è influenzata da vari fattori:

1) Intensità della luce

2) Temperatura ambientale

3) Quantità di CO2 (anidride carbonica) presente nell’aria

4) Ore di esposizione alla luce

5) Quantità di acqua e nutrienti disponibili per la pianta

6) Colore della luce

7) Specificità della pianta

 

E’ possibile che altri fattori influenzino il processo (la mia è stata solo una ricerca documentale su internet e non un lavoro scientifico sperimentale) ma di certo quelli elencati sono i fattori principali.

Se volete dare un’occhiata alle fonti cercate “Rate of Photosynthesis” su Google, e se cliccate su immagini, vi appariranno qualche centinaio di grafici, la cui consultazione, dei grafici e dei siti dai quali sono tratti, da i risultati che potrete leggere di seguito.

 

Fornisco quindi i risultati della mia ricerca sui punti sopraelencati

 

Intensità della luce

La fotosintesi migliora con l’aumentare della luce ma, attenzione, oltre un certo limite non migliora più. Questo limite è estremamente variabile da pianta a pianta e non è affatto detto che tra una specie e l’altra non ci siano differenze anche molto sostanziali. La maggior parte dei dati che ho trovato parlano di un limite tra i 10.000 e i 15.000 lux, ma ho trovato che nelle Orchidee tale limite, dipendendo dalla specie di Orchidea, varia da 5.000 a 50.000 lux!!!

Questo potrebbe essere valido anche per i Pepper, per cui, in assenza di test specifici sulle nostre piantine è impossibile pronunciarsi con un limite massimo ragionevole oltre il quale “sprechiamo” inutilmente la luce fornita.

Sono comunque abbastanza convinto, per una serie di ragionamenti “sull’abbronzatura” della piante e sulla buona crescita delle stesse, che per i Pepper, in generale e con probabilissime eccezioni, questo limite sia intorno ai 15.000-20.000 lux.

Si tenga presente che essendo la curva di efficienza asintotica se il massimo fosse, ad esempio 15.000 lux già intorno ai 10.000 lux saremmo circa al 90% del risultato massimo possibile.

Quindi quando dimensioniamo l’intensità della luce della nostra light box mi sento di dire che è inutilmente dispendioso far si che eroghi più di 20.000 lux. Ricordo però che stiamo parlando dei lux che arrivano effettivamente alla pianta e non del valore teorico “senza dispersioni” che possiamo facilmente calcolare dividendo i lumen per la superfice della nostra light box.

Temperatura ambientale

Temperature troppo basse e troppo alte inibiscono la fotosintesi. Ovviamente quanto alte e quanto basse dipende da ogni singola specie. In generale la maggior parte delle piante hanno il picco di maggior efficienza della fotosintesi tra i 25° e i 30°. Sopra i 40 e sotto i 10 la fotosintesi è una eccezione che mi sento di escludere che riguardi il genere capsicum.

Pur senza certezze date da studi specifici mi sento però di dire che tenere le piantine in crescita tra i 25 e i 30 gradi consente di avere ottimi risultati. Ok, questo lo sapevano tutti da tempo, lo ammetto non è una grande scoperta!

Quantità di CO2 (anidride carbonica) presente nell’aria

In breve si può dire che una maggior quantità di anidride carbonica consente una miglior fotosintesi. Ovviamente non è assolutamente il caso di influenzare questo elemento anche perché la quantità di CO2 normalmente presente nell’aria da comunque buoni risultati… come battuta posso dire che se qualcuno ha voglia di mettersi a parlare con le sue piantine (e quindi di alitare CO2 su di esse!) non fa altre che far loro del bene!

Ore di esposizione alla luce

Solo per evitare che qualcuno possa pensare che dare luce 24 ore al giorno faccia bene alla pianta ricordo che la fotosintesi necessita di due fasi: la fase di luce dove avviene il processo di fotosintesi e la fase di buio dove i componenti ottenuti vengono “fissati” alla pianta. In assenza della fase di buio a lungo andare è come… tenere la pianta sempre al buio e quindi farla morire!

Anche qui, come per tutto, le ore sono variabili da una pianta all'altra ma si può dire che 14-16 ore di luce sono ottimali.

Quantità di acqua e nutrienti disponibili per la pianta

E’ ovvio che per realizzarsi la fotosintesi la pianta deve essere nutrita. Su questo è bene quindi leggere i topic riguardanti irrigazione, fertilizzazione e terricci.

Colore della luce

Questo è il punto più complesso e che destava in me più curiosità.

Il discorso si basa sulle frequenze della luce (quindi sul colore della luce) che stimolano la fotosintesi.

Di fatto, ancora una volta NON esiste una risposta, ogni pianta ha i suoi colori di luce preferiti per il proprio sviluppo e non è affatto detto che tutto il genere capsicum si comporti allo stesso modo.

Ogni pianta infatti ha un proprio diagramma PUR (Photosynthetically usable radiation).

Il PUR è la frazione, dello spettro fotosintetico disponibile, che i pigmenti della pianta riescono ad assorbire e quindi sfruttare per la propria crescita.

Oltre questo ho appreso un’altra interessantissima cosa: a parità di la temperatura di colore, le lampade possono avere una efficienza anche molto diversa tra una e l’altra!

Infatti la temperatura di colore è ottenuta da una somma di spettri luminosi ma la stessa temperatura è ottenibile sommando spettri diversi.

Mi spiego con un esempio: se dobbiamo ottenere il numero 10 possiamo ottenerlo sommando 5 + 5 ma anche 6 + 4 ma anche 3+3+4 o ancora 1+2+3+4 e così via per numerosissime combinazioni (in realtà infinite non considerando solo i numeri naturali).

Ottenere quel “10” è quello che fanno anche i produttori di lampade. Se questo è ottenuto con più spettro blu e meno giallo, ma più rosso … non possiamo saperlo se non con studi specifici sulla lampada in questione.

Quindi per avere certezze dovremmo innanzitutto procurarci il PUR della pianta che vogliamo illuminare (e non è banale!) poi analizzare lo spettro della lampada che vorremmo usare e quindi verificare la corrispondenza dei diagrammi… e anche ammesso di riuscire a procurarsi il PUR e lo spettro della lampada il confronto non sarebbe affatto facile.

Quindi direi che è , se pur teoricamente possibile, di fatto impossibile stabilire qual è il miglior colore della luce per le nostre piante.

Nella pratica quindi suggerisco di non cambiare assolutamente le nostre abitudini e di continuare ad usare i nostri cari 6400°-6500° K che sono “praticamente” testati da tempo.

E anche qui già lo sapevamo, non è una grande scoperta!

Se poi qualcuno avesse tempo, soldi e piante da buttare (per modo di dire) una prova con temperatura più alta a parità di tutte le altre condizioni sarebbe interessante in quanto sembra che molte piante gradiscano gli spettri blu e per arrivare a temperature di colore più elevate aggiungere spettri blu è la cosa più naturale… ma queste sono solo disquisizioni di tipo intuitivo, senza nessun fondamento né documentale né, tanto meno strumentale.

Quindi sommando il punto 1 a questo punto potrei concludere: diamo 20.000 lux a 6.500°K e non avremo di certo problemi!

Specificità della pianta

Come ovvio dai punti precedenti ogni pianta è diversa dall’altra e aggiungo che anche nella stessa specie possono esserci differenze tra una piantina e l’altra, come è ovvio in natura.

Se così non fosse tutti i Bih Jolokia sarebbero uguali tra loro e sappiamo bene che non è vero.

Quindi, ancora di più, se ci orientiamo su una “media ragionevole” non sbagliamo di sicuro anche se ci potrà sempre capitare la pianta eccezionale con risultati stratosferici o la pianta che non si sviluppa bene o che addirittura muore. In fondo coltivare è bello anche per questo!

[cuoco1986 242]

Molto interessante

[Ara Pacis 810]

grazie Umberto!!!

dopo lo leggo per bene.

[Vincer 4,834]

Bravo Umberto...ottimo ed utile...

 

Ciao

Vincenzo

[Umberm 5,044]

Grazie a voi per la pazienza di aver letto e per gli apprezzamenti!

[ZAPPALAND 806]

ottimo lavoro... sottoscrivo e leggerò con calma: è proprio quello che mi sono sempre chiesto... meriti un like !!

[Fabione 4]

Ottimo!!!! Interessante e istruttivo!

[Borto76 195]

domanda "stupida" :

se io ho due lampade con temperatura di colore differenti ( ad esempio una a 14000k ed una a 4000k ) nella ligt box ci sarà una media , cioè 9000k oppure ci saranno 2 zone con 2 temperature differenti ?

[Umberm 5,044]

La domanda è tutt'altro che stupida.

Numerose informazioni le ho ricavate leggendo i forum degli Acquariofili.

A differenza nostra, che usiamo le luci per un paio di mesi l'anno o poco più, gli Acquari senza luci non vivono mai, da qui la necessità di ottimizzare l'illuminazione e una attenzione e una conoscenza decisamente sviluppata sull'argomento luce, su quei Forum.

Tra le lampade per aquario esistono addirittura lampade a doppia temperatura di colore!

(link ad un esempio per capire di cosa si parla: http://www.aquariumline.com/catalog/haquoss-moonwhite-lampada-energy-saving-watt-blue-bianca-1200025000degk-attacco-classica-lampadina-pi-10539.html

Questo perché, come dicevo, il problema della temperatura di colore non è tanto sul risultato finale (quindi sulla media) ma sulla composizione degli spettri, quindi sulle singole componenti.

Quindi è decisamente possibile (anzi probabile) che mettendo un neon a 4.000 e un neon a 12.000 il risultato sia straordinario perché è possibile che si coprano una quantità maggiori di spettri luminosi, andando a soddisfare meglio le esigenze delle piante. Ma è altrettanto possibile che il risultato sia opposto, e ciò che siano utilizzati spettri meno utili per le piante.

Non ci sono studi specifici sui Pepper (o almeno non li ho trovati io) quindi non si può sapere quali sono gli spettri più graditi, per questo la conclusione è quella di andare sul sicuro e continuare ad usare le lampade che hanno dato i migliori risultati "sul campo" e cioè le classiche 6.500° K

Sono convinto che se a qualcuno convenisse investire sulle lampade per la coltivazione dei Pepper si potrebbero produrre delle lampade ottimizzate per i nostri scopi, che magari potrebbero avere 2 o più temperature di colore unite insieme nello stesso sistema di illuminazione.

 

Quindi per rispondere alla tua domanda ci sarà forse anche una media di temperatura di colore, ma ciò che conta è che si saranno un maggior numero di spettri di colore. Non sappiamo se più o meno efficienti.

 

Visto che ho parlato di acquari chiudo riassumendo che una discussione di un forum:

Un membro del Forum che voleva sviluppare maggiormente la parte vegetativa del suo acquario marino ha acquistato dei neon a 20.000° K.

Li ha dovuti smontare dopo poco tempo perché l'acquario era stato letteralmente ricoperto dalle alghe!

Ovviamente questo non vuol dire che tutta la vegetazione si sviluppa a dismisura con i neon a 20.000° K ma solo che quelle alghe si sviluppano a dismisura con quei neon a 20.000° K.

[Borto76 195]

interessante , la domanda te la ponevo proprio perchè so che negli acquari c'è la tendenza a mettere lampade con spettri luminosi differenti per cercare di coprire il più possibile le esigenze di pesci e piante, nei lignt box essendoci solo piante dovremmo solamente "stare attenti" a quelle, ma le lampade per le piante generalmente hanno temperature di colore più basse, attorno ai 2700k, almeno in acquario...........

[Umberm 5,044]

In realtà dipende dagli acquari. Gli acquari "dolci" vengono illuminati con temperature di colore più basse, ( ma anche sino a 9.000k) mentre gli acquari marini vengono illuminati con temperature di colore più alte, sino a 25.000 K.

In generale hai ragione: loro spessissimo utilizzano diverse luci per coprire più esigenze, dei pesci e delle diverse piante che mettono nelle vasche.

[Borto76 195]

il prossimo anno se riesco ad organizzarmi provo io a creare 2 light box con spettri differenti, ora monto 2 neon 4200k da acquari e 2 cfl da 4000k ma non avendo paragoni non posso dire se effettivamente funzionano

[Lonewolf 18,621]

Topic molto interessante, se Umberm e' d'accordo finisce dritto nelle Guide

 

C'e' un punto che vorrei chiarire meglio circa il "nutrimento" delle piante.

 

Tra le caratteristiche di un terriccio e' spesso citata la % di sostanza organica o carbonio organico o simili.

Il carbonio e' ovviamente uno dei piu' importanti elementi per la "costruzione" delle piante (e in genere di tutti i viventi), quindi viene spontaneo pensare che piu' la % e' alta nel terriccio, meglio e' ...

Di fatto pero' le piante non assorbono carbonio dalle radici (che io sappia), ma utilizzano quello atmosferico, precisamente assorbendo CO₂ e trasformandola in zuccheri semplici e ossigeno tramite la fotosintesi.

 

La domanda sorge quindi spontanea: a che serve il Carbonio nel terriccio?

Considerando che e' possibile coltivare anche in acqua o "aria" somministrando solo acqua, macro (N, P, K), meso (Ca, Mg) e micro-elementi, sembrerebbe del tutto inutile ...

 

Probabilmente mi sfugge qualcosa ...

 

Cercando una risposta, ho trovato questo pdf che mi sembra davvero ben realizzato e, sia pur in modo elementare, riassume un po' tutto quel che c'e' da sapere sulla nutrizione e crescita delle piante ... utile per chi a scuola, nell'ora di Scienze, era "distratto"

[Lonewolf 18,621]

Circa all'ipotesi che alcune specie di Capsicum possano preferire (o almeno tollerare) un livello molto basso di luminosita', posso citare il caso del Capsicum pereirae che in natura vive in un microclima molto particolare in cui l'umidita' e' sempre elevatissima e la luce e' estremamente ridotta (forse il 10% rispetto all'ambiente circostante), a causa della vegetazione d'alto fusto soprastante e della particolare conformazione del terreno (valle profonda e stretta, chiusa da rocce verticali da un lato)

In occasione di tutte le mie visite a quell'ambiente, "fuori" splendeva il sole, ma nelle "grutas humidas" era quasi notte e sembrava piovesse.

[Umberm 5,044]

Topic molto interessante, se Umberm e' d'accordo finisce dritto nelle Guide

Ovviamente ne sarei onorato!

 

La domanda sorge quindi spontanea: a che serve il Carbonio nel terriccio?

Considerando che e' possibile coltivare anche in acqua o "aria" somministrando solo acqua, macro (N, P, K), meso (Ca, Mg) e micro-elementi, sembrerebbe del tutto inutile ...

Sui nutrienti non ho studiato così tanto...

Tuttavia da wikipedia ho prelevato questa tabella:

 

Che non fa che confermare il fatto che il carbonio non viene assorbito dal terreno.

Da una rapida lettura della voce dalla quale ho prelevato la tabella http://it.wikipedia.org/wiki/Propriet%C3%A0_chimiche_del_terreno

mi sembra di capire che le funzioni del carbonio nei terricci siano 2:

fornire azoto a lungo termine

moderare l'acidificazione del terreno (formazione di bicarbonato)

Ma qui mi fermo... magari qualcuno che ne sa di più può confermare / smentire / integrare....

 

Riguardo al pdf infine devo dire che spiega molto meglio di come ho fatto io, grazie anche alla grafica, (paragrafo 7) come sono solo alcune frequenze (quindi colori) della luce ad interessare la fotosintesi!

[Borto76 195]

sarebbe bello sapere se anche lo spettro non visibile all'occhio umano ( infrarossi/ ultravioletti ) incide sullo sviluppo delle piante

[Umberm 5,044]

In generale no, solo lo spettro visibile incide sulla crescita delle piante.

L'ultravioletto ha radiazioni troppo forti e l'infrarosso troppo deboli.

Ovviamente possono esistere alcuni organismi vegetali che fanno eccezione ma in generale i picchi di assorbimento sono in frequenze visibili all'occhio umano.

[xtend 377]

complimenti per la ricerca

[olinto 110]

Veramente interessante, bella ricerca, utile per tutti!!

 

Saluti

Alessandro

[Borto76 195]

Altra domanda : c'è un rapporto tra lux e ore d'esposizione alla luce ? Cioè con più lux una pianta può aver bisogno di meno ore di luce oppure le ore di luce devono essere le stesse ? escludendo il fatto che il top sia luce solare per 12/16 h , 8 h di sole ( o di lampade "super") sono meglio che 16 di lampade che garantiscono la vita delle piante ma non sono a livelli di eccellenza ? in pratica la pianta ha bisogno di un tempo minimo di esposizione alla luce oppure lux e ore di esposizione possono essere inversamente proporzionali ? entro dei parametri razionali intendo non 70000000000 di lux per 1 ora e 23 h di buio

[Lonewolf 18,621]

Ai fini della sintesi di sostanza organica quel che conta e' la quantita' totale di energia, quindi un tempo di esposizione piu' lungo puo' compensare una intensita' minore.

Tuttavia con intensita' minore entrano in gioco altri fattori; per esempio le piante (che non sanno quante ore di luce avranno a disposizione) cercano sempre di ottimizzare la fotosintesi e di avvicinarsi alla fonte di luce; per questo "filano" e crescono troppo e piu' deboli.

[Umberm 5,044]

Oltre a quanto scritto da Claudio aggiungo che i parametri di ottimizzazione della fotosintesi arrivano tutti abbastanza facilmente "al massimo", nel senso che, come detto 50.000 lux non migliorano la fotosintesi rispetto a 30.000. (cifre ragionevolmente valide per i Capsicum ma non necessariamente per tutte le specie vegetali).

Così anche i nutrienti del terreno: un terreno "troppo" ricco di nutrienti non migliora (anzi peggiora!) rispetto ad uno equilibrato.

 

Difficilissimo rispondere con precisione alla tua domanda. Anche qui servirebbero studi specifici sull'insieme considerato luce-ambiente-pianta.

 

La pianta nel fotoperiodo produce glucosio (e altro) e nel periodo buio fissa gli elementi prodotti e li "elabora" consentendo la crescita di foglie, radici, fiori etc.

 

Quindi, banalizzando, la fase è immagazzinamento - trasformazione.

Per accumulare però esemplifichiamo: è più o meno come se ci fosse un imbuto che consente di riempire il "magazzino" di sostanze da trasformare.

In un imbuto possiamo mettere poco liquido e ne scenderà poco (poca energia, piante che filano, non crescono, soffrono) Ma possiamo provare a buttare quanto liquido vogliamo nell'imbuto, il limite di riempimento non aumenterà più della portata dell'imbuto.

Portata di liquido da immettere, capacità del "magazzino", portata dell'imbuto non sono affatto facili da "fissare".

 

Quindi, ancora una volta, vince la pratica:

circa 20.000 lux, temperatura di colore di 6.500° K, temperatura ambiente tra 25° e 30°, terriccio equilibrato, umidità senza esagerazioni, 12/16 ore di luce e 8/12 di buio garantiscono ottimi risultati.

Sarebbe bello avere la possibilità di sperimentare cose diverse, prima o poi lo faremo!

 

Spero di non aver confuso le idee più di quanto ho chiarito.

[guly 14]

avevamo scritto, su un thread, info relative al colore/spettro della luce. ad esempio, la luce tendente al rosso favorisce la fioritura/riproduzione mentre quella tendente al blu favorisce la parte vegetativa(clorofilla).

 

non ricordo quali fossero esattamente gli spettri, e ad onor del vero ricordo di essere stato l'unico a provare sul campo (senza dare risultati fotografici, quindi potreste anche dire che i miei test siano privi di utilita', e sarei d'accordo con voi ) e qualche differenza la notai.

 

altri hanno studiato qualcosa su questo argomento?

se fosse vero che blu = vegatativita' allora i nostri 6400K usati per i primi mesi di vita sarebbero meglio sostituibili con qualcosa di piu' alto

[Lonewolf 18,621]

In generale rilevo che utilizzando neon a 6500°K si possono ottenere indoor buoni risultati per ogni fase: vegetativa, fioritura, fruttificazione.

Forse variando l'illuminazione e magari anche la concimazione, i risultati potrebbero essere migliori e meglio "guidati", ma alla fine per noi l'indoor e' solo una fase temporanea in attesa del sole vero e della coltivazione all'aperto.

Non credo valga la pena di spingere al limite la coltivazione indoor ... anche perche' se tutto funziona a perfezione, le piante crescono troppo e diventano ingestibili (a meno di avere una serra)

[Borto76 195]

risposte esaurienti e comprensibili , è sempre un piacere avere vostre spiegazioni