SPECIE DA TAPPETO ERBOSO ALLEVATE IN CONDIZIONE DI LUCE ARTIFICIALE DA SORGENTE LED

Testo completo

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UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI PISA

DIPARTIMENTO DI SCIENZE AGRARIE, ALIMNETARI E

AGRO-AMBIENTALI

Corso di Laurea "Progettazione e Gestione del Verde Urbano e del Paesaggio"

Tesi di Laurea

SPECIE DA TAPPETO ERBOSO ALLEVATE IN

CONDIZIONE DI LUCE ARTIFICIALE DA SORGENTE

LED

TESI SPERIMENTALE

Turfgrasses grown under led lights

Relatore:

Prof. Marco VOLTERRANI

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Riassunto:

I tappeti erbosi sportivi, in particolare quelli dei campi di calcio, soffrono per l'ombreggiamento dovuto alle strutture architettoniche degli stadi. Questa loro condizione, unita al loro intenso utilizzo nel periodo invernale determina delle alterazioni che influiscono negativamente sulle prestazioni del tappeto erboso. Le società calcistiche si stanno dotando di impianti di illuminazione artificiali per apportare il quantitativo necessario di luce per garantire una corretta crescita del tappeto erboso. La ricerca svolta ha testato quattro specie microterme (Lolium perenne, Lolium

multiflorum, Poa trivialis e Festuca arundinacea) esposte a due lampade a LED con

diiferenti spettri d'emissione. Una lampada con LED bianchi, l'altra formata da strisce di LED multicolori: blu, deep blu, rossi, e far-red. Nella parte sperimentale si è provveduto ad effettuare misurazioni degli accrescimenti compiuti da ogni specie. E' stata altresì effettuata una misurazione della fluorescenza della clorofilla per verificare la risposta della pianta ad eventuali fattori di stress per i sistemi fotosintetici. Infine è stata effettuata una valutazione visiva del colore e della qualità delle piante per avere un riscontro sintetico del loro stato di salute.

Le misurazioni svolte hanno determinato una differenza minima tra le due lampade, perlomeno in termini di accrescimento, risultando leggermente superiori per la lampada a LED bianchi.

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Abstract:

Sports turfgrass, especially those in football fields, suffer from shading due to the architectural structures of stadia. This condition, coupled with their intense use during the winter period, results in alterations that adversely affect the performance of the turf. Football clubs adopt artificial lighting systems to provide the plants with the required amount of light that ensures proper growth of the turf. The research carried out, tested four species of cool season turfgrasses (Lolium perenne, Lolium multiflorum, Poa

trivialis and Festuca arundinacea) exposed to two LED lamps with different light

emission spectra. One with white LEDs, the other with multicolored LEDs.

In the experimental section, measurements of the growth of each species were carried out. A chlorophyll fluorescence measurement was performed to verify the response of the plant photosystems to light stress. A visual evaluation of color and quality of plants was also carried out in order to have a synthetic value of their health status.

Results have highlighted a minimal difference between the two lamps, at least in terms of growth, this resulting slightly higher for the White LED lamp.

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Prefazione

Il presente lavoro ha voluto dar seguito ad altri e più importanti studi relativi all'illuminazione artificiale utilizzata nei campi sportivi per ovviare ai problemi di ombreggiamento. Gli impianti attualmente impiegati utilizzano luci HPS (High

Pressure Sodium) ma stanno prendendo sempre più piede impianti dotati di tecnologie

LED. Numerosi studi similari sono già stati effettuati riguardo l'utilizzo dei LED in camere di crescita su specie orticole: spinaci, pomodori, ecc. ma, come evidenziato, ogni specie ha una reazione diversa, in termini di quantità e qualità della luce.

Partendo da questi presupposti si è cercato di comparare gli effetti di due lampade a LED con caratteristiche diverse per spettro PAR e intensità luminosa, su quattro specie tipiche dei tappeti erbosi. La prova è stata incentrata prevalentemente sulla raccolta dei dati di accrescimento delle specie.

Lo scopo che si è cercato di raggiungere è stato quello di verificare quale, delle lampade testate, desse risultati migliori.

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Sommario

Introduzione 10

1 Le specie da tappeto erboso 11

1.1 Festuca arundinacea 12

1.2 Poa trivialis 13

1.3 Lolium multiflorum 13

1.4 Lolium perenne 14

2 Qualità del tappeto erboso 15

3 La luce 16

3.1 Luce e fotosintesi 20

3.2 Fluorescenza della clorofilla 25

3.3 Effetto Emerson 27

4 Tappeti erbosi in ombra 29

5 L'impiego della luce artificiale 32

5.1 Tecnologia LED: funzione fisica e utilizzo 33

5.2 Sistemi di illuminazione artificiali 37

6 Obiettivo 41

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7.1 Misurazioni 44

7.2 Risultati 45

7.2.1 Altezze cumulate 45

7.2.2. Fluorescenza della clorofilla 46

7.2.3 Colore e qualità 48

8 Discussione 50

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Indice della illustrazioni e dei grafici

Tabella 1: Classificazione della radiazione solare e della luce visibile (tratta da

CAMPIOTTI et al., 2009) 17

Figura 1: Distribuzione della luce 18

Figura 2: Complessi di raccolta della luce (tratta da GIOVANARDI 2015) 20

Figura 3: Assorbimento dei pigmenti nelle varie lunghezze d'onda 23

Figura 4: Effetto Emerson 28

Figura 5: Andamento delle ore di ombra allo stadio di Palermo (tratto da MATTINA,

2016) 30

Figura 6: Andamento delle ore di ombra diviso per fasce (tratto da MATTINA, 2016) 30

Figura 7: DLI suddiviso per fasce nello stadio di Palermo (tratto da MATTINA, 2016) 31

Figura 8: Spaccato di un LED (tratto da CAMPIOTTI et al., 2009) 34

Figura 9: Sovrapposizione spettro emesso dai LED e spettro di assorbimento della

clorofilla (tratta da CAMPIOTTI et al., 2009) 37 Figura 10: Differenza tra piante in ombra e piante con supplemento di luce da impianti

artificiali (tratto da COLE, 2009) 38 Figura 11: Tappeto erboso in ombra (tratto da COLE, 2009) 39

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Figura 12: Tappeto erboso con supplemento di luce artifciale (tratto da COLE, 2009) 39

Figura 13: Impianto di illuminazione artificiale (tratto da HPL.com) 40

Tabella 2: Altezze cumulate 46

Tabella 3: Media e scarto quadratico medio della fluorescenza della clorofilla delle

varie specie 47

Tabella 4: Colore medio nel periodo di prova 48

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Introduzione

I tappeti erbosi rivestono diverse funzioni e quindi devono possedere caratteristiche diverse. Troviamo i tappeti erbosi ornamentali nelle ville, nei giardini e nei parchi pubblici. Quelli funzionali possono avere utilizzi diversi, possono, per esempio, essere utilizzati per il rivestimento di scarpate con scopo antierosivo.

Tra le altre funzioni una parte importante la rivestono i tappeti erbosi sportivi, che ritroviamo in tutti i campi da gioco che prevedono una superficie erbosa: campi da golf, ippodromi, campi di calcio, di tennis ecc. Si tratta di superfici fortemente sollecitate dalle attività che vi si svolgono, ma che devono contemporaneamente rispondere ad elevati standard di qualità per garantire determinate performance di giocabilità. Le pratiche agronomiche utilizzate per mantenere il campo di gioco in perfette condizioni possono scontrarsi con le necessità di fruibilità dello spettacolo da parte del pubblico. Negli stadi, la conformazione degli stessi, unita allo sviluppo in altezza delle strutture degli spalti, determinano un impatto negativo sull'illuminazione del tappeto erboso. Può accadere che il tappeto erboso si ritrovi per gran parte del tempo in ombra. Ne è un esempio lo stadio San Siro di Milano che è stato oggetto di critiche da parte della UEFA proprio per le cattive condizioni del campo determinate dalla costruzione del terzo anello di tribune per i Mondiali di Italia 90 (Anon. Il Post 2016). Stessi problemi al Red Bull Arena nel New Jersey, USA, dove si allena la squadra di calcio dei New York Red

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Bulls. La costruzione di un tabellone per il punteggio e l'ampliamento dei posti a sedere ha portato ad avere maggiore ombreggiatura sul campo (Anon. Sportsturf 2011).

Tale situazione è aggravata dal fatto che i campionati di calcio si tengono durante la stagione invernale quando l'intensità di luce nell'emisfero settentrionale è già bassa. L'obiettivo del presente studio è stato quello di comparare la crescita di quattro diverse specie sottoposte a due diversi tipi di lampade a LED: uno completamente a luce bianca, l'altra comprendente quattro diverse componenti: blu scuro, blu, rosso e infrarosso.

1. Le specie da tappeto erboso

Le specie che vanno a costituire i tappeti erbosi si dividono in due grandi gruppi: microterme e macroterme. Le prime sono più adatte a crescere in climi a carattere prevalentemente freddo-umido; le seconde provengono da regioni a clima caldo, sia umide che aride. Le microterme presentano, rispetto alle macroterme, particolari caratteristiche: una migliore resistenza al freddo, apparato radicale più superficiale, minor resistenza alla siccità, alle alte temperature e al logorio. L'Italia si trova in una zona di transizione, per cui sia le piante macroterme che quelle microterme possono essere impiegate per la realizzazione di tappeti erbosi e spesso vengono impiegate in consociazioni temporanee e/o permanenti.

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resistenza al logorio, velocità di recupero e resistenza al taglio.

Di seguito la descrizione delle caratteristiche di alcune specie, con particolare riguardo a quelle utilizzate nel presente studio.

1.1 Festuca arundinacea (tall fescue)

Specie perenne originaria del Nord Europa diffusasi in ampie face climatiche.

Pianta con tessitura molto grossolana, bassa densità. Prefogliazione arrotolata, portamento cespitoso, apparato radicale esteso e profondo.

Specie perenne nelle zone di transizione, predilige terreni di fine tessitura, con elevati livelli di sostanza organica e pH compreso tra 5,5 e 6,5. Buona resistenza alle alte temperature, alla siccità, al logorio e al ristagno idrico. Medio-buono l'adattamento alle zone ombreggiate e media la tolleranza alla salinità del terreno. La resistenza alle basse temperature è

media e a causa del portamento cespitoso, il potenziale di recupero è scarso. Persistente anche in caso di scarsa manutenzione. E' una delle specie più adatta al clima italiano. L'accrescimento verticale dei culmi è molto rapido e rapida è la velocità di insediamento. Viene spesso seminata in miscugli con Poa pratensis, Lolium perenne e Festuca rubra.

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campi di rugby), aree ricreazionali e funzionali. Le migliori performance si hanno con semina in purezza (Panella et al., 2000).

1.2 Poa trivialis (Rough bluegrass)

Originaria del Nord Europa e del continente asiatico, poi diffusa nel resto del mondo. Prefogliazione ripiegata, lamina fine, di colore verde pallido.

Habitus di crescita stolonifero. Apparato radicale superficiale. Eccellente resistenza all'ombreggiamento e alle basse temperature, ma insufficiente la resistenza alle alte temperature e alla siccità. Potenziale di recupero medio e scarsa resistenza al logorio.

Specie non utilizzata in aree a traffico intenso, viene utilizzata anche su campi da golf (tee e rough) in zone con ombreggiamento ed elevata umidità.

Utilizzata in trasemine invernali con Lolium perenne su Cynodon spp. (Panella et al., 2000).

1.3 Lolium multiflorum (Italian ryegrass)

Originaria delle zone meridionali dell'Europa e nel bacino del mediterraneo.

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Prefogliazione arrotolata, portamento cespitoso, apparato radicale poco profondo. E' una specie annuale/biennale.

Estrema rapidità di insediamento, medio adattamento ad ambienti ombreggiati e salinità dei terreni. Tolleranza al calpestio buona. Tollera ristagni idrici, soffre la siccità (Panella

et al., 2000). Utilizzata prevelentemente nelle trasemine su Cynodon spp. per la sua

rapida affermazione ed accrescimento (VOLTERRANI, 2014).

1.4 Lolium perenne (Perennial ryegrass)

Si ritrova nelle fasce temperate del continente euroasiatico ma introdotta in varie parti del mondo per il suo grande impiego nella formazione di tappeti erbosi.

Pianta di media tessitura che forma tappeti di buona densità, di colore verde scuro e habitus di crescita cespitoso. L'apparato radicale si rinnova ogni anno. Germinazione molto rapida e velocità di insediamento altrettanto rapida. Buona resistenza al logorio, media tolleranza all'ombreggiamento ed alla salinità del terreno.

Scarsa resistenza agli estremi termici e alla siccità. Componente tradizionale con Poa

pratensis e Festuca rubra, normalmente impiegati in tappeti erbosi per uso sportivo,

giardini ornamentali e prati di vario genere. Viene utilizzato per le trasemine invernali su macroterme (Panella et al., 2000).

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2. Qualità del tappeto erboso

La qualità del tappeto erboso in ambito sportivo assume notevole importanza, sia a livello estetico che di giocabilità. Se da un lato il tappeto erboso deve presentarsi di colore verde uniforme, denso, fitto e privo di spazi vuoti, dall'altro deve assicurare all'atleta la giocabilità e la sicurezza in termini di infortuni. L'estetica ci indicherà lo stato di salute del tappeto erboso, infatti il colore, la percentuale di copertura e la presenza di specie infestanti e/o attacchi fungini, sono tutti parametri che incidono sull'apprezzamento del tappeto erboso agli occhi di chi lo guarda dagli spalti e in tv. Il colore dipende dalla specie e dalla varietà impiegata, infatti in commercio esistono cultivar dal verde chiaro al verde scuro, ma anche dallo stato di salute del tappeto erboso. Piantine stressate tendono a diminuire il livello di clorofilla, virando il colore dal verde al giallo. La percentuale di copertura dipenderà invece dalla dose di semina e dall'habitus vegetativo della pianta; le piante cespitose necessitano di accestire, ovvero formare un numero di culmi superiori a uno partendo da un solo seme; le piante stolonifere e/o rizomatose di sviluppare fusti metamorfosati, da cui si svilupperanno altri culmi. L'estetica del tappeto erboso può essere valutata tramite delle constatazioni visive su una scala di punteggio, metodo National Turfgrass Evaluation Program; un esempio potrebbe essere quello della "qualità visiva" su una scala da 1 a 9, dove 1 è un tappeto erboso con colore giallo/marrone e 9 per un verde intenso (MATTINA, 2016).

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3. La luce

Nei campi sportivi vengono adottate tutte le tecniche necessarie per un corretto sviluppo del tappeto erboso: irrigazioni, concimazioni, controllo delle infestanti, controllo delle avversità biotiche. Un fattore però è di difficile controllo: la luce. La luce (proveniente dal sole o da una lampada) sotto l’aspetto fisico può essere interpretata mediante la teoria elettromagnetica ondulatoria, tramite grandezze radiometriche (la radiazione elettromagnetica come propagazione nello spazio delle oscillazioni di un campo elettromagnetico e dell’energia che a queste è associata), oppure mediante la teoria corpuscolare, tramite grandezze fotometriche (la radiazione elettromagnetica come sequenza di pacchetti di energia chiamati fotoni).

Nel primo caso, il livello di energia della luce è funzione della sua lunghezza d’onda: più corta è la lunghezza d’onda e più alto è il livello di energia. La tabella 1 riporta la classificazione della luce sulla base delle diversa lunghezza d’onda (CAMPIOTTI et al.,

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Tabella 1: Classificazione della radiazione solare e della luce visibile in funzione della lunghezza d'onda (tratta da Campiotti et al., 2009)

Luce naturale del

giorno λ (nm) Ultravioletto 290 - 380 Violetto 380-440 Blu 440 - 495 Verde 495 - 570 Giallo 570 - 595 Arancio 595 - 625 Rosso 625 - 700

Infrarosso vicino (NIR) 700 - 3.000 Infrarosso lontano (FIR) 3.000 - 100.000

Le grandezze fotometriche sono relative alla sensibilità visiva suscitata dalla luce nell’occhio umano. Dato che le piante riflettono, e quindi non utilizzano, le frequenze che suscitano la visione, è più opportuno utilizzare le grandezze radiometriche che misurano l’energia elettromagnetica su tutto lo spettro.

La frazione di luce che le piante usano per la fotosintesi è detta PAR (Photosynthetically Active Radiation) ed è uno spettro di luce diverso da quello visibile dall'occhio umano, perchè le piante utilizzano l’intervallo compreso tra 400 e 700 nm.

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La quantità di luce che colpisce la pianta, cioè il flusso di fotoni al secondo, viene definita dal PPF (Photosynthetic Photon Flux) ovvero il numero dei fotoni che colpiscono la pianta al secondo. Dal momento che il numero dei fotoni è grandissimo, si utilizza come unità di misura la mole (mol), per cui 1 mol di fotoni è pari a 6,0221415 × 1023 fotoni. Per comodità si divide questo numero per 1 milione ottenendo così i

micromoli (μmol), quindi1 μmol è pari a 6,0221415 × 1017 fotoni.

L'unità di misura utilizzata è in mol sec-1 o suoi multipli e sottomultipli.

La definizione sopra citata ci fornisce un'idea della quantità di fotoni emessa da una sorgente luminosa, ma per conoscere il numero di fotoni che raggiungono la superficie della pianta si utilizza il PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density) che equivale al numero

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di fotoni per unità di tempo che raggiunge l'unità di superficie della pianta. Si esprime in μmols-1 m-2.

La radiazione solare globale che arriva sulla terra a mezzogiorno in una giornata di sole corrisponde approssimativamente a 2.500 μmoli m-2 sec-1 (LIGHT MATTERS, PART 1).

Il Daily Light Integral (DLI) indica la quantità di luce, espressa in moli per metro quadrato al giorno, e rappresenta la sommatoria delle micromoli per metro quadrato al secondo del PAR registrate nelle 24 ore. Il DLI varia in funzione della stagione, della latitudine e delle condizioni meteo. In ogni caso, a parità di tutte le condizioni, un fattore da tenere in considerazione è la presenza di zone d'ombra. Recenti studi dimostrano che c'è notevole differenza anche tra le varietà appartenenti alla stessa specie: la "TifEagle" bermudagrass necessita di 32,6 moli m-2 d-1per avere un putting green con una qualità accettabile, mentre le bermudagrass "Floradwarf" e "Tifdwarf" richiedono 38,6 moli m-2 d-1 per una buona copertura, come riportato da MATTINA (2016).

Secondo RICHARDSON (2016) il quantitativo di DLI per Lolium perenne, tagliato

all'altezza di 1 pollice, è pari a 16 mol (ma può arrivare a 28 mol se il prato viene utilizzato intensamente). Per le microterme è compreso tra i 21 ed i 41 mol d-1 (Johnsen, 2010).

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3.1 Luce e fotosintesi

La luce è un fattore ambientale di importanza fondamentale per le piante e svolge molteplici ruoli nel metabolismo vegetale. E' fondamentale per il processo fotosintetico, cioè quel processo fotobiochimico che utilizza energia per produrre ATP e NADPH utilizzati nell'assemblaggio di atomi di carbonio in molecole organiche, secondo la nota formula:

6 CO

2

+ 6 H

2

O + luce → C

6

H

12

O

6

+ 6 O

2

L'intero processo avviene nei cloroplasti. Se la luce è troppo debole la fotosintesi non lavora efficacemente e si hanno sintomi di eziolamento (Daarko et al., 2014).

La luce ha anche un altro effetto sui vegetali: stimola diversi eventi importanti nella crescita e nello sviluppo della pianta. Tra gli altri, è infatti responsabile della fotomorfogenesi, il processo mediante il quale la luce regola la crescita e lo sviluppo delle piante attraverso fotorecettori molecolari

Figura 2: Complessi di raccolta della luce (tratta da GIOVANARDI 2015)

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(principalmente fitocromo, criptocromo, zeaxantina) indipendenti dall'attività fotosintetica (GIOVANARDI, 2015). L’energia luminosa viene convogliata verso le

clorofille dei centri di reazione del PSII (P680) e del PSI (P700) presenti nei tilacoidi, dove risiedono i complessi di raccolta della luce. In queste sedi il pigmento fondamentale è la Clorofilla a (Chl a) che assorbe la luce rossa e blu, riflettendo le altre lunghezze d’onda.

I restanti pigmenti accessori (nelle piante terrestri e nelle alghe verdi) sono la Clorofilla

b (Chl b) e i carotenoidi che assorbono le lunghezze d’onda non assorbite dalla Chl a,

aumentando lo spettro fotosintetico. La Chl b trasferisce l’energia assorbita alla Chl a per risonanza; i carotenoidi, invece trasferiscono solo il 10% dell’energia alle clorofille, assumendo maggiormente un ruolo dissipativo dell’energia in eccesso (GIOVANARDI,

2015).

Parlare di luce riguardo il mondo vegetale significa distinguerne le sue caratteristiche principali:

1. fotoperiodo. 2. intensità luminosa. 3. qualità della luce.

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Per intensità luminosa si intende la quantità di energia luminosa che raggiunge la coltura. L’intensità di luce si misura come quantità di energia radiante che le colture intercettano, ovvero il flusso radiante per unità di superficie, che viene definito irradianza o flusso quantico fotonico e si esprime come μmol s-1 m-2. In generale, maggiore è l’irradianza migliore è lo sviluppo dei germogli, ma oltre una certa quantità di luce fornita, i germogli subiscono un calo della crescita con chiari segni di senescenza e ingiallimento delle foglie. La soglia limite dipende comunque dal tipo di specie trattata e dallo stadio del ciclo di propagazione. Si suppone che un’irradianza minore sia utile nelle fasi di impianto e moltiplicazione, mentre un’irradianza maggiore sia preferibile per la radicazione della pianta.

Per qualità della luce si intende l’effetto della luce sull’accrescimento delle piante, ed è uno degli aspetti meno conosciuti ed i riferimenti bibliografici a riguardo sono scarsi (CAMPIOTTI et al., 2009).

Le piante utilizzano la luce con lunghezze d’onda comprese tra 400 e 700 nm come fonte di energia per realizzare il processo della fotosintesi, con il quale formano carboidrati a partire da anidride carbonica (CO2) e acqua (H2O).

La luce rossa (650-700 nm) e la luce blu (460-480 nm) costituiscono le lunghezze d’onda più efficienti per il processo di produzione di energia chimica (carboidrati e zuccheri) operato dalle piante attraverso la fotosintesi (CAMPIOTTI et al., 2009).

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Mentre l’intervallo di valori di lunghezza d’onda della luce nel campo del visibile dell’occhio umano varia da 400 nm a 800 nm, per le risposte fotomorfogeniche il range di valori è maggiore e varia da 200 nm a 800 nm. Questa differenza è dovuta alla presenza, all’interno delle piante, di particolari molecole dette fotorecettori in grado di catturare la radiazione luminosa a lunghezze d’onda diverse rispetto al campo del visibile. In generale, i fotorecettori delle piante vengono così suddivisi:

1) fotorecettori fotosintetici, localizzati nei tilacoidi dei cloroplasti e responsabili

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2) fotosensori, specifici pigmenti responsabili delle risposte fotomorfogeniche.

Per le colture in camera di crescita sono i fotosensori ad essere importanti; tuttavia non si può parlare di un unico fotorecettore ma esso varia col variare dello spettro di emissione della luce. I fotorecettori conosciuti oggi sono:

• Fitocromo, capace di assorbire lunghezze d’onda comprese tra 280 nm e 800 nm;

• Fotorecettori Blu/UV-A, tra cui il criptocromo, che assorbono radiazioni inferiori a 500 nm;

• Fotorecettori UV-B, in grado di assorbire nell’ultravioletto con un picco oscillante intorno ai 290 nm e insensibili a lunghezze d’onda superiori a 350nm. (CAMPIOTTI et al., 2009)

Numerosi autori (CAMPIOTTI et al., 2009) (MASSA et al., 2008) hanno verificato che luci

di diverse qualità possono influenzare le diverse risposte fisiologiche e morfologiche delle piante allevate in camera di crescita. In seguito alla scoperta dei fotorecettori,

fitocromo e criptocromo, per la luce rossa e blu, gli studi relativi agli effetti indotti da

queste due diverse qualità di luce hanno rilevato aspetti interessanti. Le risposte fotomorfogeniche delle colture sono diverse tra loro e a volte contraddittorie; molto dipende dalla specie studiata e dalle condizioni ambientali e nutrizionali della coltura (CAMPIOTTI et al., 2009). Secondo MASSA et al. (2008) le diverse lunghezze d'onda

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influenzano diversi aspetti: il Rosso Lontano stimola la fioritura e lo sviluppo degli internodi, l'infrarosso produce una maggiore fogliazione ed una crescita ridotta, la luce blu influenza il fototropismo e l'apertura degli stomi.

L'associazione di luce blu e luce rossa, fa sì che si ottenga una luce rosa, che ostacola l'identificazione di possibili malattie o sofferenze alle piante. Esperimenti condotti con un supplemento di luce verde in impianti dotati di luce blu e rossa hanno evidenziato, in piante di lattuga, un maggior peso, sia fresco che secco, ed una maggiore superficie fogliare. Gli stessi esperimenti hanno stabilito che una percentuale di luce verde superiore al 50 % causava una riduzione nella crescita, mentre un supplemento di luce verde fino al 24 % favoriva la crescita di alcune specie (MASSA et al., 2008).

Secondo CAMPIOTTI et al. (2009) la luce gialla (580-600 nm) pare sopprimere

l’accrescimento della lattuga, impedendo la formazione della clorofilla o dei cloroplasti. Mentre i risultati degli studi sulla luce verde (500-580 nm) sarebbero tuttora controversi poiché considerati in alcuni come inibitori al pari della luce gialla, in altri come stimolanti per la crescita.

3.2 Fluorescenza della clorofilla

La luce raggiunge la superficie delle foglie (o di altri recettori fotosintetici come fusti, fiori, frutti verdi, licheni, alghe, batteri fotosintetici ecc.) sotto forma di fasci di fotoni

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clorofilla. Questi pigmenti sono organizzati nei complessi antenna per massimizzare l’efficienza della raccolta della luce. L’energia assorbita viene trasferita verso i centri di reazione dei fotosistemi (PSII e PSI), e utilizzata per alimentare le reazioni fotochimiche. Una parte di questa energia non raggiunge il centro di reazione ed è dissipata sotto forma di calore dall’antenna stessa. Un’altra parte, pur raggiungendo il centro di reazione, viene riemessa sotto forma di fluorescenza. La fluorescenza rappresenta pertanto una forma di dissipazione dell’energia, secondo l’equazione:

Energia assorbita = attività fotochimica + perdita per calore + perdita per fluorescenza

La quantità di energia dissipata in forma di fluorescenza durante la fotosintesi è minima, va dal 3% al 5%. La fluorescenza rimane su livelli modesti quando la fotosintesi si svolge regolarmente e senza problemi.

Tramite l’analisi della fluorescenza della clorofilla si possono ottenere informazioni sull’efficienza degli apparati fotosintetici, che consentono di valutare lo stato fisiologico dei campioni esaminati.

La fluorescenza attiva della clorofilla viene misurata con tecniche semplici, non invasive e veloci (a seconda della metodologia usata una misurazione può durare da qualche secondo a diversi minuti).

La misura della fluorescenza è una tecnica molto sensibile, in grado di rilevare i cambiamenti dello stato bioenergetico nelle piante fornendo, direttamente o

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indirettamente, informazioni su tutti i momenti della fase luminosa della fotosintesi: la fotolisi dell’acqua, il trasporto di elettroni, la formazione di un gradiente di pH nelle membrane dei tilacoidi e la sintesi di ATP. In tal modo è possibile misurare le risposte degli organismi esaminati ai cambiamenti dei parametri ambientali (radiazioni luminose e UV, temperature, stato idrico, inquinamento ambientale …) e di conseguenza l’insorgere di condizioni di stress e i meccanismi di acclimatazione.

La fluorescenza è quindi una tecnica ampiamente impiegata nella fisiologia dello stress (BUSSOTTI et al., 2012)

3.3 Effetto Emerson

L’effetto di potenziamento noto come “Effetto Emerson” è collegato al processo di fotosintesi delle piante e stabilisce che le due tipologie di reazioni fotochimiche PSI e PSII coinvolte nella fotosintesi, se combinate nel modo corretto, sono in grado di incrementarne l’efficienza.

Emerson misurò attraverso un esperimento il processo di fotosintesi, utilizzando sia luce rossa che il far-red (IR) e scoprì come la combinazione di queste due lunghezze d’onda fosse in grado di accelerare il processo di fotosintesi. Inoltre, Emerson osservò che il raccolto ottenuto utilizzando entrambe le lunghezze d’onda contemporaneamente, fosse notevolmente più abbondante rispetto a quello ottenuto dalla somma dei due raccolti

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utilizzando rosso e far-red (IR) separatamente.

La maniera migliore di raggiungere l’effetto Emerson è quella di utilizzare la lunghezza d’onda dell’infrarosso superiore ai 700 nm al fine di accelerare l’interazione dell’energia molecolare.

Nel processo di fotosintesi sono coinvolti due differenti punti focali, uno relativo all’evento guidato dalla lunghezza d’onda del rosso (660 nm) e l’altro dalla luce del

far-red (infrarosso oltre i 680 nm). La fotosintesi riscontrerà livelli ottimali quando le due Figura 4: Effetto Emerson

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combinazioni vengano utilizzate contemporaneamente o in rapidissima successione. Questi due eventi fotochimici operano in serie al fine di portare a termine la fotosintesi in maniera ottimale.

Questi processi spesso dipendono dallo spettro utilizzato e dalla periodicità dell’esposizione rispetto al ciclo nella sua totalità; alcuni di questi processi biochimici vengono influenzati appunto, dalle lunghezze d’onda del rosso e del far-red (IR) nelle regioni che vanno da 660 nm a 730 nm. (MAAS, 2015)

4. Tappeti erbosi in ombra

I tappeti erbosi possono trovarsi in situazioni ombreggiate: a causa di alberature, presenza di edifici, ecc. In particolare negli stadi, le gradinate proiettano la loro ombra per lunghe parti della giornata impedendo il necessario apporto di luce.

Ne è un esempio il lavoro di MATTINA (2016) che, riguardo il quantitativo di luce misurato

per lo stadio di Palermo, mostra come la fascia del campo di calcio più sofferente nei riguardi della mancanza di luce sia quella prospiciente la tribuna, a seguire quella del centrocampo ed infine la parte verso le gradinate.

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Figura 5: Andamento delle ore di ombra allo stadio di Palermo (tratto da MATTINA, 2016)

Figura 6: Andamento delle ore di ombra diviso per fasce allo stadio di Palermo (tratto da MATTINA, 2016)

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In pieno sole l'apporto di luce è pari a 2.000 μmoli m-2 sec-1; questo apporto può diminuire drasticamente e, se raggiunge il 50 % del valore precedente, può portare al manifestarsi di problemi fisiologici, che determinano un rapido declino se scendono a meno del 70 % (VOLTERRANI, 2014). In particolare al solstizio estivo si ha un'intensità di 50-60 moli m-2d-1.

Le microterme cominciano ad evidenziare una crescita ridotta con intensità minori di 15 - 18 moli m-2 d-1 e subiscono un rapido declino (fino alla morte della pianta) sotto i 7,5

molim-2d-1(VOLTERRANI, 2014). Valori confermati nello studio di MATTINA (2016) per lo

stadio di Palermo.

Figura 7: DLI suddiviso per fasce nello stadio di Palermo (tratto da MATTINA,

(32)

Un ombreggiamento intenso porta a modifiche fisiologiche e morfologiche nelle piante: diminuzione dell'attività fotosintetica, cui corrisponde un calo nella sintesi dei carboidrati e quindi nella crescita sia della parte aerea che radicale, con formazione di foglie più lunghe e fini (PANELLA et al., 2000); una riduzione della densità delle piante costituenti il tappeto

erboso, un maggiore contenuto di umidità nei tessuti, un basso punto di compensazione della luce, un basso livello di saturazione della luce, un alto contenuto in clorofilla (MATTINA, 2016).

I tappeti erbosi ombreggiati si presentano quindi più delicati, meno resistenti a eccessi idrici e termici, poco adatti a sopportare un traffico intenso e più suscettibili ad attacchi parassitari. Poiché l'assenza di luce è incompatibile con la vita delle piante, qualora l'ombreggiamento risulti troppo forte si può giungere alla perdita del tappeto erboso. (PANELLA et al., 2000).

5. L'impiego della luce artificiale

Le luci artificiali hanno trovato un largo impiego in camere di crescita nel campo orticolo per ottenere una produzione continua per tutta la durata dell'anno (HUNTER et al., 2009). Nelle camere di crescita sono state utilizzate di volta in volta, diverse tipi di lampade.

Lampade fluorescenti: utilizzate particolarmente quelle aventi uno spettro nel blu e nel

(33)

con il passare del tempo.

Lampade ad altà intensità di scarica (HID): (alogenuri di metalli e vapori di sodio ad

alta pressione) sono caratterizzate da alta efficienza di radiazione fotosinteticamente attiva (PAR). Gli inconvenienti sono dovuti alla necessità di un potente flusso di energia per l'accensione, alle alte temperature di esercizio e uno spettro distribuito nel giallo-verde, ultravioletto e infrarosso (DARKO et al., 2014).

5.1 Tecnologia LED: funzione fisica ed utilizzo.

Negli ultimi anni stiamo assistendo sempre più all'introduzione, nel campo illuminotecnico, delle lampade a LED (Light Emitting Diode).

Queste sono uno speciale tipo di diodi a giunzione p-n, formati da un sottile strato di materiale semiconduttore drogato. I semiconduttori sono formati da GaAs (arseniuro di gallio), GaP (fosfuro di gallio), GaAsP (fosfuro arseniuro di gallio), SiC (carburo di silicio) e GaInN (nitruro di gallio e indio). L'esatta scelta dei semiconduttori determina la lunghezza d'onda dell'emissione di picco dei fotoni, l'efficienza nella conversione elettro-ottica e quindi l'intensità luminosa in uscita (CAMPIOTTI et al., 2009).

A seconda del drogante utilizzato si ottengono i seguenti colori • AlGaAs - rosso ed infrarosso

(34)

• GaAsP - rosso, rosso-arancione, arancione, e giallo • GaN - verde e blu

• GaP - rosso, giallo e verde • ZnSe - blu

• InGaN - blu-verde, blu

• InGaAlP - rosso-arancione, arancione, giallo e verde

• SiC come substrato - blu • Diamante (C) - ultravioletto • Silicio (Si) come substrato - blu • Zaffiro (Al2O3) come substrato - blu (CAMPIOTTI et al., 2009).

Quando viene applicato un potenziale elettrico ad un cristallo (semiconduttore) questo comincia ad emettere luce. Contrariamente a quanto ci si aspetta la luce si dirige solo in una particolare direzione a secondo della sua struttura, che, opportunamente modellata, può far convergere la luce in una particolare direzione. Il LED è sempre inserito in un involucro di plastica che funge, non soltanto da protezione al circuito elettronico, ma anche da lente.

Non tutta l'energia è convertita in luce: parte di questa è convertita in calore. Comunque, in contrasto con le luci HPS (High Pressure Sodium) non si tratta di calore emesso per

Figura 8: Spaccato di un LED (tratto da LEDS, ABRIGHTFUTURE?)

(35)

irraggiamento, ma di calore che si trasmette per conduzione. Per questo le lampade a LED devono essere raffreddate continuamente.

Di contro i LED trasmettono poco calore alle colture sottostanti.

I vantaggi dei LED rispetto ad altre fonti di luce elettrica, oltre a un minore ingombro rispetto alle lampade, includono una durata superiore e maggiore sicurezza e affidabilità. I dispositivi LED attualmente disponibili presentano efficienze elettriche di conversione che si avvicinano alle fonti tradizionali più usate per irradiazione della pianta con una produzione spettrale ottimale vicino a quella della fotosintesi (efficienza PAR 80-100%).

Dal punto di vista applicativo i LED sono ad oggi molto utilizzati quando l'impianto di illuminazione deve avere le seguenti caratteristiche:

• miniaturizzazione • colori saturi

• effetti dinamici (variazione di colore RGB) • lunga durata e robustezza

• valorizzazione di forme e volumi

In generale, i vantaggi dei LED dal punto di vista illuminotecnico sono: • durata di funzionamento (LED ad alta emissione arrivano a circa 50.000 ore) • assenza di costi di manutenzione

(36)

• luce pulita perché priva di componenti IR e UV • facilità di realizzazione di ottiche efficienti in plastica • flessibilità di installazione del punto luce

• possibilità di un forte effetto spot (sorgente quasi puntiforme)

• funzionamento in sicurezza perché a bassissima tensione (normalmente tra i 3 e i 24 VDC, Volt di corrente continua)

• accensione a freddo (fino a -40°C) senza problemi • insensibilità a umidità e vibrazioni

• assenza di mercurio

• durata non influenzata dal numero di accensioni/spegnimenti

I LED hanno un tempo di vita medio nell’intervallo compreso tra 100.000 e 1.000.000 di ore, che rappresenta un tempo di vita molto elevato a differenza delle 1.000 ore di una lampada a incandescenza.

Un vantaggio importante del sistema di irradiazione LED si riferisce al picco di produzione spettrale che può essere quasi coincidente con l’intervallo della gamma di lunghezze d’onda di azione fotosintetica massima delle piante (rosso e blu) e quindi consente una più elevata utilizzazione in termini di efficienza fotosintetica dei “fotoni” emessi dai sistemi LED rispetto a quella di lampade con produzione spettrale diffusa per tutta la gamma delle lunghezze d’onda fotosinteticamente attive (ill. 9) (CAMPIOTTI et al., 2009).

(37)

Diversi studi hanno infatti evidenziato come la combinazione di luce blu e rossa permetta un'attività più intensa rispetto a quella sotto luce monocromatica (DARKO et al.,

2014).

5.2 Sistemi di illuminazione artificiali

I campi di calcio, specie quelli posti alle latitudini più alte, sono sottoposti a limitazioni dovute alla scarsa illuminazione naturale, aggravata dalla presenza delle gradinate e da un intenso utilizzo dei tappeti erbosi.

Calore, aria, umidità, nutrimento e luce sono i cinque fattori essenziali richiesti per sostener e la vita. Se uno di questi cinque è limitato, la crescita e lo sviluppo di piante erbacee sarà limitato. Il calore può essere controllato attraverso l'utilizzo di impianti di

Figura 9: Sovrapposizione spettro emesso dai LED e spettro di assorbimento della clorofilla (tratta da CAMPIOTTI et al.,

(38)

riscaldamento sotterranei, mentre l'aria non è un fattore limitante, ma incrementare il movimento dell'aria negli stadi, potrebbe aiutare nel controllo delle malattie. Con i moderni impianti di irrigazione, la mancanza di acqua non è un problema, ed i sistemi di drenaggio ovviano ai pericoli di un eccesso di acqua. L'unico fattore che, all'interno di uno stadio, limita la crescita di un buon tappeto erboso resta un'adeguata quantità di luce.

La conoscenza acquisita nelle camere di crescita è stata applicata all'illuminazione per gli stadi. Le luci utilizzate allo scopo sono state inizialmente la lampade a incandescenza, seguite da quelle fluorescenti. Negli stadi attualmente sono utilizzate le lampade a vapori di sodio ad alta pressione, anche se l'interesse verso i LED si sta

Figura 10: Differenza tra piante in ombra e piante con supplemento di luce da impianti aritificiali (tratto da COLE, 2009).

(39)

ampliando per i motivi anzidetti.

L'utilizzo di impianti di illuminazione, se da un lato ha portato a netti miglioramenti del tappeto erboso, ha anche causato una serie di problematiche tecniche.

Le lampade devono essere collocate alla giusta altezza, in modo da fornire il quantitativo necessario di luce senza causare problemi di surriscaldamento del tappeto erboso.

Gli impianti hanno bisogno di essere stoccati ma le loro dimensioni possono creare problemi di immagazzinamento. Per questo sono state create unità più piccole che possono essere connesse in modo da formare un'unica unità più grande.

Gli impianti devono essere spostati lungo il campo per fornire il necessario quantitativo di luce a tutte le aree del campo di gioco. Questo richiede personale per lo spostamento nelle ore notturne.

Figura 11: Tappeto erboso in ombra (tratto da COLE, 2009)

Figura 12: Tappeto erboso con supplemento di luce artifciale (tratto da COLE, 2009)

(40)

questione da tenere di conto. Per questo si stanno cercando alternative in termini di efficienza (COLE, 2009).

Lo stadio Meazza di Milano si è già dotato di tale tipo di impianto sin dal 2012: sessanta lampade da 1.000 Watt a circa 2 metri di altezza. (SANTUCCI, 2012)

Una questione sollevata da HUNTER et al. (2009), riguarda il tempo di esposizione alla

luce artificiale. Attualmente le società sportive tendono a fornire illuminazione artificiale per almeno 3 giorni consecutivi senza tenere di conto delle conseguenze sulla fisiologia delle piante. Secondo HUNTER il fotoperiodo al quale esporre il tappeto erboso

si può ridurre a 12 ore totali: 8 di luce naturale e 4 di illuminazione suppletiva artificiale, contribuendo a diminuire i costi di esercizio sostenuti dalle società e, come, ricorda COLE, a tenere di conto dei problemi di natura ambientale sull'utilizzo

dell'energia elettrica.

Figura 13: Impianto di illuminazione artificiale (tratto da HPL.com)

(41)

6. Obiettivo

Scopo del presente studio è stato quello di porre a confronto due sorgenti di luce a LED con differenti spettri di emissione e valutare il loro effetto su quattro diverse specie da tappeto erboso. La valutazione degli effetti è stata fatta attraverso la misura degli accrescimenti, della fluorescenza della clorofilla e mediante un riscontro sul colore e sulla qualità delle piante.

7. Materiali e Metodi

La prova si è svolta nel periodo dal 2 febbraio al 15 maggio 2017.

Il materiale vegetale era costituito da quattro specie graminacee microterme

frequentemente utilizzate come essenze per superfici sportive dedicate al calcio ed in particolare

• Lolium perenne cv Platinum • Lolium multiflorum cv Axcella • Poa trivialis cv Sabrena • Festuca arundinacea cv Essential

La semina è avvenuta in serra in unità sperimentali costituite da vaschette composte da 9 alveoli riempiti con torba. Per ogni specie sono state preparate 6 unità per un totale di

(42)

portatiin ambiente controllato all'interno di una camera di crescita con una temperatura costante di 23°C e un valore di umidità relativa pari al 40%. Dopo il trasferimento in cella climatica le piante sono state soggette ad un periodo di acclimatamento con luce bianca per due settimane. Durante tutto il periodo di prova le piante sono state concimate una volta a settimana alternando un concime liquido con titolo 5-5-5 ed un concime liquido con titolo 15-5-5. Il concime è stato applicato con la subirrigazione. Il taglio è stato mantenuto all’altezza di 3 cm con tagli settimanali.

Le piante sono state disposte in zone distinte della cella climatica: uno illuminato dalla lampada a LED a luce bianca, (di seguito denominata Bianca) e l'altro dalla lampada a LED multicolore (di seguito denominata Fito). La lampada Bianca dispone di 252 LED con un colore bianco neutro a 4.000° K, per una potenza di 108 W. La lampada FITO emette luce in quattro lunghezze d'onda, distribuite nelle seguenti proporzioni: 14 led

deep blu, 7 led blu, 28 led rosso, 14 led deep red per un totale di 63 LED ed una potenza

di 120 W.

In corrispondenza di ogni lampada sono stati creati tre diversi piani di appoggio delle piante in modo che le piante disposte sul piano più prossimo ai LED fossero sottoposte, ad una luce più intensa. Si distinguono una:

• Intensità Alta, con piante poste a 41 cm dalla sorgente di luce (di seguito denominata Alta),

(43)

denominata Media),

• Intensità Bassa, con piante poste a 86 cm dalla sorgente di luce (di seguito denominata Bassa).

Per ogni specie e per ogni intensità della radiazione sono state previste 3 replicazioni. E' stata misurata l'intensità della radiazione, tramite Apogee Quantum Meter MQ-200. Per le 2 lampade e per i 3 piani alla sommità delle piante sono stati ottenuti i seguenti valori:

---Fito Alta: 148 μmoli m-2 sec-1

Fito Media: 82 μmoli m-2 sec-1 Fito Bassa: 42 μmoli m-2 sec-1 Bianca Alta: 283 μmoli m-2 sec-1 Bianca Media: 158 μmoli m-2 sec-1 Bianca Bassa: 69 μmoli m-2 sec-1

---Fotoperiodo 12 ore in accordo con HUNTER et al. (2009).

(44)

7.1 Misurazioni

Per la valutazione dell’accrescimento delle piante settimanalmente è stata effettuata la misurazione delle altezze con un erbometro e successivamente le piante sono state tagliate all’altezza di 3 cm. Le crescite settimanali sono state sommate per ottenere la

crescita cumulata nel periodo di prova.

Settimanalmente sono stati determinati con stima soggettiva la qualità (scala da 1 a 9 con 1 qualità molto scadente) ed il colore (con scala da 1 a 9, con 1 colore verde molto chiaro) dei tappeti erbosi. Il rilievo ha avuto una cadenza di 14 gg, anche in questo caso con l'assunzione di tre ripetizioni.

E' stata effettuata una misurazione della fluorescenza della clorofilla tramite strumento portatile Mini - PAM della WALZ. L'efficienza potenziale del sistema PSII è stato calcolato su foglie adattate al buio come Fv/Fm = (Fm-Fo)/Fm, dove Fo e Fm sono

rispettivamente il minimo ed il massimo emesso nel campo della fluorescenza dalle foglie nello stato di adattamento al buio (MOLES et al., 2016). Teoricamente il valore di

Fv/Fm può variare da 0 a 1, ma il valore ottimale di questo parametro è intorno a 0,80. La

diminuzione di questo valore, che avviene a seguito dell’azione di vari fattori stressanti, indica un danno o una ridotta efficienza del centro di reazione del PSII (BUSSOTTI et al.,

2012).

(45)

'-F')/Fm' dove Fm' è la massima fluorescenza ottenuta con tutti i centri di reazione del PSII

nello stato ridotto ottenuti inviando un fascio di luce saturante e F' è la fluorescenza nello stato attuale dei centri di reazione del PSII durante l'illuminazione attinica (MOLES et al., 2016).

La misurazione del fotosistema II è fondamentale per verificare la gestione dell'energia dei cloroplasti. Infatti la stima della sua attività riflette lo stato di salute delle piante durante eventi stressanti (MOLES et al., 2016) e in questo caso si è voluto verificare la

risposta delle piante alle intensità di luce imposte, distinte per tipologia di LED.

7.2 Risultati

7.2.1. Altezza cumulata

I risultati (tab. 2) sono stati alquanto difformi. Lolium perenne si è avvantaggiato enormemente della luce BIANCA, tranne che nel punto di intensità di luce Bassa. Andamento esattamente opposto è stato riscontrato con Lolium multiflorum che ha raggiunto alti accrescimenti con luce FITO, tranne che nel piano più basso dove si è avvantaggiata della luce BIANCA.

Le altre due specie, Festuca arundinacea e Poa trivialis hanno comunque raggiunto valori più alti con luce BIANCA ma con uno scarto minimo rispetto alla luce Fito.

(46)

Tabella 2: Altezze cumulate

Crescita cumulata in 6 settimane

___________________________ Specie _____________________________

Tipo LED PPFD Lolium

multiflorum Festuca arundinacea Poa trivialis Lolium perenne (µmol m-2 sec-1) ____________________________ (mm) ______________________________ Bianca Alta 283 15 19 19 18 Bianca Media 158 16 19 8 14 Bianca Bassa 69 13 9 3 3 Fito Alta 148 20 17 13 15 Fito Media 82 15 15 5 9 Fito Bassa 42 10 10 3 6 DMS (0.05) 5,6 7,5 2,3 10,3

Le medie ottenute per intensità di luce per tipo di lampada è simile nei tre casi.

7.2.2. Fluorescenza della clorofilla

I valori ottenuti (tab. 3) consentono di affermare che, al momento della misurazione,

Lolium multiflorum con luce Bianca Alta, Lolium perenne con luce FITO Alta e Media,

e luce Bianca Bassa, hanno cominciato ad avere danni più consistenti al sistema fotosintetico PSII.

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Tabella 3: Media e scarto quadratico medio della fluorescenza della clorofilla delle varie specie

Mean Standard deviation

L. multiflorum FITO A 0,604 0,783 0,02227106 0,02775488 FITO M 0,437 0,739 0,07476853 0,03100538 FITO B 0,623 0,740 0,0175 0,08655827 BIANCA A 0,350 0,715 0,04618441 0,05965735 BIANCA M 0,217 0,745 0,04033609 0,05337915 BIANCA B 0,325 0,766 0,06261257 0,01014889 F. arundinacea FITO A 0,659 0,790 0,00953939 0,0080829 FITO M 0,596 0,781 0,036 0,008 FITO B 0,594 0,787 0,0185 0,03407834 BIANCA A 0,503 0,766 0,03353108 0,03625374 BIANCA M 0,473 0,797 0,02274496 0,02030599 BIANCA B 0,431 0,742 0,04129568 0,01997498 P. trivialis FITO A 0,641 0,791 0,05762233 0,02050203 FITO M 0,577 0,756 0,05086256 0,01357694 FITO B 0,568 0,763 0,07616648 0,05758472 BIANCA A 0,502 0,750 0,05850641 0,03815757 BIANCA M 0,497 0,770 0,04923752 0,00929157 BIANCA B 0,362 0,750 0,10888679 0,06656576 L. Perenne FITO A 0,392 0,707 0,3915 0,707 FITO M 0,457 0,712 0,457 0,712 FITO B 0,520 0,735 0,52 0,73466667 BIANCA A 0,429 0,761 0,42933333 0,76133333 BIANCA M 0,390 0,750 0,38966667 0,75033333 BIANCA B 0,312 0,702 0,31166667 0,70166667 ΦPSII Fv/ Fm S.D. ΦPSII S.D. Fv/ Fm ΦPSII Fv/ Fm S.D. ΦPSII S.D. Fv/ Fm ΦPSII Fv/ Fm S.D. ΦPSII S.D. Fv/ Fm ΦPSII Fv/ Fm S.D. ΦPSII S.D. Fv/ Fm

(48)

7.2.3. Colore e qualità

Sono infine stati presi i valori di colore e qualità riferite alle piante. I valori hanno fatto riferimento ad una scala da 1 a 9 per entrambe le caratteristiche, nella quale 1 è il valore peggiore e 9 il valore migliore in termini sia di colore che di qualità.

Tabella 4: colore medio nel periodo di prova

Colore medio

____________________________ Specie ______________________________

Tipo LED PPFD multiflorumLolium arundinaceaFestuca Poa

trivialis

Lolium perenne

(µmol m-2 sec-1) ______________________ (punteggio 1-9) ______________________

Bianca Alta 283 1,7 9,0 5,0 4,3 Bianca Media 158 1,3 8,3 4,3 4,3 Bianca Bassa 69 3,7 6,7 5,0 4,3 Fito Alta 148 2,0 8,3 4,3 3,7 Fito Media 82 2,0 8,0 3,3 5,0 Fito Bassa 42 3,3 7,3 4,3 4,7 DMS (0.05) 1,2 0,9 ns ns

(49)

Tabella 5: Qualità media nel periodo di prova

Qualità media

____________________________ Specie ______________________________

Tipo LED PPFD Lolium

multiflorum Festuca arundinacea Poa trivialis Lolium perenne

(µmol m-2 sec-1) ______________________ (punteggio 1-9) ______________________

Bianca Alta 283 3,7 9,0 7,0 6,0 Bianca Media 158 3,0 7,0 6,0 5,7 Bianca Bassa 69 4,0 6,0 5,0 4,3 Fito Alta 148 4,0 8,0 7,0 5,7 Fito Media 82 3,3 7,0 6,3 6,0 Fito Bassa 42 4,0 6,0 5,3 4,7 DMS (0.05) ns 0,9 1,2 0,9

Tra tutte le specie Festuca arundinacea ha presentato i valori migliori (tab.5), anche in termini di colore (tab. 4), soprattutto sotto la lampada Bianca. Andamento analogo ha presentato Poa trivialis. Valori più bassi di qualità si sono ottenuti per Lolium perenne.

Lolium multiflorum ha ottenuto il peggior risultato con piante di colore verde pallido,

quasi giallo, con pochissime foglie. L'analisi ha confermato il fenomeno già in parte annunciato nella misurazione della fluorescenza: le piante di Lolium multiflorum apparivano in condizioni migliori negli strati più bassi.

(50)

8. Discussione

Il presente studio ha avuto il valore di una prova preliminare per durata, condizioni di crescita e per i parametri considerati.

Visti i risultati ottenuti è possibile affermare che entrambe le lampade hanno ottenuto risultati simili, con prestazioni leggermente superiori della lampada Bianca. Questo risultato, con i limiti anzidetti, è in linea con quanto già sperimentato da BULA et al.

(1991). Bula effettuò un confronto tra una lampada fluorescente a luce bianca-fredda e un sistema a LED rossi con un aggiunta di luce fluorescente blu, su piante di Lattuga (Lactuca sativa). L'esperimento, durò 21 giorni con un PPF di 325 μmoli m-2 sec-1 ed un fotoperiodo di 16 h. Al termine, lunghezza del fusto, peso fresco e peso secco erano simili tra le due situazioni.

Nella presente ricerca, le condizioni di disponibilità di luce alla quale sono state allevate le piante sono state tali da indurre un importante fattore di stress. Va considerato che gli studi di HUNTER et al. (2009) sono stati condotti con un PPFD di 162 μmoli m-2 sec-1 al

livello del tappeto erboso, anche se altri esperimenti, citati sempre da Hunter, riportano livelli oscillanti tra 260 μmoli m-2 sec-1 e 180 μmoli m-2 sec-1.

(51)

lampada a LED Bianca a Intensità Alta, ai 69 μmoli m-2 sec-1 della lampada a LED Fito a Intensità Bassa. Le intensità applicate sono state ben al di sotto dei valori riportati in letteratura. Le specie considerate hanno avuto comportamenti differenti in considerazione delle loro caratteristiche.

Festuca arundinacea ha confermato la sua spiccata tolleranza all'ombreggiamento,

resistendo a condizioni di luce minime dove ha presentato una densità ridotta ma ha conservato il suo colore. E' stata la specie che ha registrato i più elevati valori di accrescimento. Ovviamente gli accrescimenti sono diminuiti con il diminuire dell'intensità luminosa, ma in maniera molto graduale: ad intensità bassissime ha comunque presentato degli accrescimenti di un certo valore, forse dovuti alla sua tendenza ad accumulare le sostanze di riserva all'interno dei fusti.

Poa trivialis ha avuto un comportamento simile: I suoi accrescimenti sono stati

decrescenti proporzionalmente al diminuire dell'intensità luminosa al pari di F.

arundinacea, anche se ha mostrato un calo dei valori più repentino. Si può desumere

che P. trivialis necessiti di valori di intensità luminosa superiori ai 158 μmoli m-2 sec-1.

Lolium perenne ha presentato valori bassissimi di accrescimento sotto la luce Fito e nel

contempo il suo fotosistema II ha cominciato a subire dei danneggiamenti gravi. Probabilmente lo spettro di luce emanato dalla lampada Fito non è congeniale a questa specie. Il comportamento sotto lampada a LED Bianca sembra confermare quanto

(52)

trovato da COCKERHAM et al. (2002) che la soglia minima per il L. Perenne è al disopra

di 20 moli m-2 d-1.

Lolium multiflorum è stata la specie che ha sofferto maggiormente dall'esperimento con

diverse fallanze e che ha dato risultati di difficile interpretazione. Al contrario di L.

perenne la pianta è rimasta danneggiata dall'esposizione a valori molto alti di intensità

luminosa sotto la lampada a LED Bianca. Le piante hanno presentato una lieve ripresa, con foglie più verdi alle intensità luminose più basse, ma ugualmente la crescita era molto stentata.

Un dato importante che emerge e di cui tenere conto, è riferito alla quantità di luce emessa dalle due lampade. In termini di PPFD si può ragionevolmente dire che la lampada FITO ha ottenuto gli stessi risultati della lampada Bianca, ma con un livello di intensità luminosa, rispetto a quest'ultima, pari a circa la metà. Questa considerazione, da non sottovalutare, può assumere importanti conseguenze nella produzione e commercializzazione delle lampade a LED composte da diodi con diverse lunghezze d'onda.

Si rimanda a studi futuri per un approfondimento delle potenzialità delle luci LED, ed in particolare di quelle multicolori nel campo dell'illuminazione dei tappeti erbosi, in modo da determinare, per ogni singola specie, l'intensità luminosa e la qualità di spettro di assorbimento più adatta per il suo sviluppo.

(53)

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