Changing eating habits, with a growing preference for a healthy and vegetarian/vegan diet, has led to an increase in demand for fresh cut vegetables and products. The production of IV range vegetables, which includes minimally processed fresh vegetables ready for consumption, is growing globally, with a strong development in Asia and Latin America, while in Europe, the fourth-range product market sees the United Kingdom, Italy, and France among the top producers. Associated with this, population growth, especially in cities, plays a significant role in the urban food system. As arable land is becoming increasingly scarce in urban and peri-urban areas, food needs must be met by seeking new arable land or alternative solutions. Controlled-environment horticulture and vertical farming are promising cultivation methods to increase crop productivity and quality and ensure food security, especially in regions with adverse environmental conditions. The use of LED lights for lighting in such systems is advantageous, as it allows you to control the intensity and quality of light, affecting plant growth and the quality of the final product. Lettuce (Lactuca sativa L.) is a widely consumed vegetable that is well suited to indoor off-soil cultivation systems. Another type of vegetable that is well suited to indoor cultivation are microgreens. These are increasingly in demand on the market for their excellent nutritional profile. Harvested and consumed at a very young stage, they are in fact an interesting source of vitamins, antioxidants and mineral elements. For both of the above mentioned vegetables, the use of different light spectra in indoor cultivation affects both their growth and quality aspects. The study that was conducted aimed to evaluate how the use of different light spectra, in particular a mixture of wavelengths of red and blue LED light in two different ratios, and a treatment with only white light, affect the growth and quality characteristics of baby leaf lettuce plants and watercress microgreens (Lepidium sativum L.), both grown outside the soil, within a small indoor farm (Microtype: <3 m3 volume). Two light treatments with red and blue light were tested: the first cultivation shelf (Shelf 1) of the structure was characterized by a spectral composition of blue 13%, green 15%, red 61% and red far 11%, while the second (Shelf 2) from light blue 24%, green 12%, red 56% and red away 8%. The PPFD was 255 μmol m-2 s-1, with a photoperiod of 14 hours. Young plants were surveyed to monitor growth and qualitative analyses were carried out to assess the effects on compounds of interest, including antioxidants, nitrates and total chlorophyll. From the results obtained it was possible to observe how the use of a light spectrum with a higher concentration of red light (Shelf 1), causes on plants of lettuce a greater development of the plants and lower values of the SPAD index, but does not significantly affect the quality characteristics and nutritional aspects. The tests conducted on cress microgreens, however, have shown that the use of red/blue light is more suitable to determine a good height of the seedlings and a greater yield, compared to the use of white LED light alone. Finally, the results were mixed regarding the qualitative aspects of microgreens, showing a variable response of plants to different light treatments.
Il cambiamento delle abitudini alimentari, con una crescente preferenza per una dieta sana e vegetariana/vegana, ha determinato un aumento della domanda di ortaggi e prodotti freschi già tagliati. La produzione di ortaggi di IV gamma, che comprende ortaggi freschi minimamente lavorati pronti al consumo, è in crescita a livello globale, con un forte sviluppo in Asia e America latina, mentre, in Europa, il mercato dei prodotti di IV gamma vede tra i primi produttori il Regno Unito, l’Italia e la Francia. Associato a questo, la crescita della popolazione, soprattutto nelle città, gioca un ruolo significativo nel sistema alimentare urbano. Poiché i terreni coltivabili sono sempre più scarsi nei centri urbani e nelle aree peri-urbane, il fabbisogno alimentare deve essere soddisfatto ricercando nuove aree coltivabili o soluzioni alternative. L’orticoltura in ambiente controllato e il vertical farming sono metodi di coltivazione promettenti per aumentare la produttività e la qualità delle colture e garantire la sicurezza alimentare, specialmente in regioni con condizioni ambientali avverse. L’utilizzo di luci LED per l’illuminazione, in tali sistemi, risulta essere vantaggioso, in quanto consente di controllare l’intensità e la qualità della luce, influenzando la crescita delle piante e la qualità del prodotto finale. Un ortaggio largamente consumato e che ben si adatta ai sistemi di coltivazione fuori suolo indoor è rappresentato dalla lattuga (Lactuca sativa L.). Un’altra tipologia di ortaggi che ben si presta alla coltivazione indoor sono i microgreens. Questi risultano essere sempre più richiesti dal mercato anche per l’ottimo profilo nutrizionale che presentano. Raccolti e consumati in uno stadio molto giovanile, sono infatti un’interessante fonte di vitamine, antiossidanti ed elementi minerali. Per entrambi gli ortaggi sopra citati, l’utilizzo di differenti spettri luminosi nella coltivazione indoor risulta influenzare sia la loro crescita che gli aspetti qualitativi. Lo studio che è stato condotto si prefiggeva di valutare come l’utilizzo di differenti spettri luminosi, in particolare una miscela di lunghezze d’onda di luce LED rossa e blu in due differenti rapporti, e un trattamento con sola luce bianca, influiscano sulla crescita e sulle caratteristiche qualitative di piante di lattuga baby leaf e di microgreens di crescione (Lepidium sativum L.), entrambi coltivati in fuori suolo, all’interno di una small indoor farm (Microtype: <3 m3 di volume). Sono stati testati due trattamenti luminosi con luce rossa e blu: il primo ripiano di coltivazione (Shelf 1) della struttura era caratterizzato da una composizione spettrale di blu 13%, verde 15%, rosso 61% e rosso lontano 11%, mentre il secondo ripiano (Shelf 2) da luce blu 24%, verde 12%, rosso 56% e rosso lontano 8%. Il PPFD era di 255 µmol m-2 s-1, con un fotoperiodo di 14 ore. Sulle giovani piante sono stati effettuati rilievi per monitorare l’accrescimento e sono state eseguite analisi qualitative per valutare gli effetti su composti di interesse, tra cui antiossidanti, nitrati e clorofille totali. Dai risultati ottenuti è stato possibile osservare come l’utilizzo di uno spettro luminoso con una concentrazione più elevata di luce rossa (Shelf 1), determina su piante di lattuga un maggiore sviluppo delle piante e valori dell’indice SPAD minori, ma non influisce significativamente sulle caratteristiche qualitative e sugli aspetti nutrizionali. Le prove condotte sui microgreens di crescione, invece, hanno dimostrato come l’utilizzo di luce rossa/blu sia più idonea nel determinare una buona altezza delle plantule e una resa maggiore, rispetto all’utilizzo della sola luce LED bianca. Risultati contrastanti, infine, si sono ottenuti riguardo agli aspetti qualitativi dei microgreens, evidenziando una risposta variabile delle piante ai differenti trattamenti luminosi.
Ottimizzazione della luce per la coltivazione di ortaggi a foglia in vertical farming
TESTA, MICHELE
2023/2024
Abstract
Il cambiamento delle abitudini alimentari, con una crescente preferenza per una dieta sana e vegetariana/vegana, ha determinato un aumento della domanda di ortaggi e prodotti freschi già tagliati. La produzione di ortaggi di IV gamma, che comprende ortaggi freschi minimamente lavorati pronti al consumo, è in crescita a livello globale, con un forte sviluppo in Asia e America latina, mentre, in Europa, il mercato dei prodotti di IV gamma vede tra i primi produttori il Regno Unito, l’Italia e la Francia. Associato a questo, la crescita della popolazione, soprattutto nelle città, gioca un ruolo significativo nel sistema alimentare urbano. Poiché i terreni coltivabili sono sempre più scarsi nei centri urbani e nelle aree peri-urbane, il fabbisogno alimentare deve essere soddisfatto ricercando nuove aree coltivabili o soluzioni alternative. L’orticoltura in ambiente controllato e il vertical farming sono metodi di coltivazione promettenti per aumentare la produttività e la qualità delle colture e garantire la sicurezza alimentare, specialmente in regioni con condizioni ambientali avverse. L’utilizzo di luci LED per l’illuminazione, in tali sistemi, risulta essere vantaggioso, in quanto consente di controllare l’intensità e la qualità della luce, influenzando la crescita delle piante e la qualità del prodotto finale. Un ortaggio largamente consumato e che ben si adatta ai sistemi di coltivazione fuori suolo indoor è rappresentato dalla lattuga (Lactuca sativa L.). Un’altra tipologia di ortaggi che ben si presta alla coltivazione indoor sono i microgreens. Questi risultano essere sempre più richiesti dal mercato anche per l’ottimo profilo nutrizionale che presentano. Raccolti e consumati in uno stadio molto giovanile, sono infatti un’interessante fonte di vitamine, antiossidanti ed elementi minerali. Per entrambi gli ortaggi sopra citati, l’utilizzo di differenti spettri luminosi nella coltivazione indoor risulta influenzare sia la loro crescita che gli aspetti qualitativi. Lo studio che è stato condotto si prefiggeva di valutare come l’utilizzo di differenti spettri luminosi, in particolare una miscela di lunghezze d’onda di luce LED rossa e blu in due differenti rapporti, e un trattamento con sola luce bianca, influiscano sulla crescita e sulle caratteristiche qualitative di piante di lattuga baby leaf e di microgreens di crescione (Lepidium sativum L.), entrambi coltivati in fuori suolo, all’interno di una small indoor farm (Microtype: <3 m3 di volume). Sono stati testati due trattamenti luminosi con luce rossa e blu: il primo ripiano di coltivazione (Shelf 1) della struttura era caratterizzato da una composizione spettrale di blu 13%, verde 15%, rosso 61% e rosso lontano 11%, mentre il secondo ripiano (Shelf 2) da luce blu 24%, verde 12%, rosso 56% e rosso lontano 8%. Il PPFD era di 255 µmol m-2 s-1, con un fotoperiodo di 14 ore. Sulle giovani piante sono stati effettuati rilievi per monitorare l’accrescimento e sono state eseguite analisi qualitative per valutare gli effetti su composti di interesse, tra cui antiossidanti, nitrati e clorofille totali. Dai risultati ottenuti è stato possibile osservare come l’utilizzo di uno spettro luminoso con una concentrazione più elevata di luce rossa (Shelf 1), determina su piante di lattuga un maggiore sviluppo delle piante e valori dell’indice SPAD minori, ma non influisce significativamente sulle caratteristiche qualitative e sugli aspetti nutrizionali. Le prove condotte sui microgreens di crescione, invece, hanno dimostrato come l’utilizzo di luce rossa/blu sia più idonea nel determinare una buona altezza delle plantule e una resa maggiore, rispetto all’utilizzo della sola luce LED bianca. Risultati contrastanti, infine, si sono ottenuti riguardo agli aspetti qualitativi dei microgreens, evidenziando una risposta variabile delle piante ai differenti trattamenti luminosi.| File | Dimensione | Formato | |
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https://hdl.handle.net/20.500.14240/167340