Cecilia Stanghellini, Wageningen UR Greenhouse Horticulture

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1 La modellistica del clima in serra applicata alla gestione sostenibile delle colture Cecilia Stanghellini, Olanda Colture protette = modificazione dell ambiente aereo Agricoltura = modificazione dell ambiente radicale Orticoltura protetta = miglioramento anche della zona foliare cecilia.stanghellini@wur.nl Le proprietà della struttura (e la sua gestione) determinano le condizioni all interno Pisa, La coltura protetta aumenta la produttività: Come funziona una serra? Riparando la coltura da condizioni distruttive o sub-ottimali Pioggia e/o grandine Gelo Vento Bruciature Insetti nocivi E mantenendo una media piú alta che in campo calore fotosíntesi + calore interna morfogenesi; colore; insetti;... Come funziona una serra? apparente del cielo Bilancio d energia e la in una serra non ventilata apparente del cielo quando sia necessario (e economico): perdite radiative riscaldamento; fertilizzazione carbonica, luce... interna radiazione solare interna C I sun = perdite radiative + perdita di calore dalla copertura ± calore & radiazione dal/al suolo rilascio di calore dal suolo Pisa, 27 Novembre 21 1

2 Bilancio d energia e la in una serra ventilata radiazione solare apparente del cielo energia contenuta nel vapore (calore latente) calore sensibile dell aria interna I sun = perdite radiative + perdita di calore dalla copertura ± calore & radiazione dal/al suolo + energia rimossa dalla ventilazione C W/m Il diavolo è nei dettagli... 2 W/(m 2 o C) H C T g T ambient (T H ( u) T g T a a ) greenhouse (T g ) heat loss C wind velocity (m/s) approximate, single glass a Heat exchange with soil soil T T g soil Modelli del clima in serra: bisogna mettercela la coltura? Scambio di energia e massa di una foglia Ambient air boundary layer Radia zione stomatal resistance E χs r s χ r b a leaf tissue www heat, H boundary layer resistance Ts Ta H ρac p r b WWWW E ora di uno strato vegetato: Il diavolo è nei dettagli...: le resistenze Water vapour E Net radiation R n Big leaf Sensible heat exchange H R n - H - LE = R n of a turbid medium Heat & mass transfer exchange area is 2LAI Boundary layer: Determinata dalla teoria dello scmbio di calore Aumenta con la dimensione delle foglie Diminuisce con la velocità del vento Relativamente costante e alta in serra Stomata: Non abbiamo ancora modelli esplicativi Il valore minimo è specie-specifico Aumenta al diminuire della luce La dinamica è importante per periodi inferiori a un giorno Pisa, 27 Novembre 21 2

3 Cecilia Stanghellini, Modelli climatici: Esempio: un azienda in Marocco La base è sempre il bilancio di massa ed energia Fondamentale la scelta/determinazione dei parametri Indispensabile quantificare l effetto della coltura sulla suddivisione dell energia in sensibile/latente Assorbimento e conversione della radiazione Controllo stomatico del rapporto sensibile/latente Esistono solo modelli empirici Clima in Agadir (Marocco) Produttivitá g/m2 1 totale Sunshine Temperature oc : 2 1: export 8 2 mean MAX hours Oct Dec Sep Nov Jul Aug Jun Apr May Jan Feb Mar Oct Dec Sep May Nov : Jul Aug Jun 2: Apr 4: Jan 1 Feb 6 MJ/m2/d 1 Mar ciliegino 6: mean MIN 3oN 8: 4 Si puó 2 far di meglio? 32 Innovazione = valutazione intelligente di costi e benefici ciliegino kg/m2 Morocco Quanto costa una. g/mj Sicilia IT South particolare tecnologia Questo è facile 3. g/mj 8 Quanto fa risparmiare e/o aumentare il raccolto Quantità Primizia Qualità Minori rischi di patologie radiazione solare (MJ/m2) Pisa, 27 Novembre 21 3

4 Il nostro metodo: Struttura passiva migliore possibile Clima umiditá riscaldamento iniezione di CO 2 radiazione solare cooling vento luce artiiciale Mezzi attivi Modello del clima in serra Inputs necessari Raccolto Raccolto invernale Struttura della serra Struttura passiva Capacitá migliore di ventilazione possibile Gestione della ventilazione Proprietà radiative della copertura Isolamento (compresi schermi) Modello della coltura Produzione Caso reale Caso di riferimento (gestione standard, assenza di patologie) Ventilazione migliorata Senza imbiancamento Schermo energetico di notte Innovazione = valutazione intelligente di costi e benefici Quanto costa una particolare tecnologia Questo è facile Quanto fa risparmiare e/o aumentare il raccolto Quantità+14.3 kg Qualità di cui 2 in inverno Primizia Minori rischi di patologie... kg/m Miglior possibile struttura passiva 8 Morocco IT Sicily South Produttivitá truss ciliegino cherry tomato CO 2 3. g/mj. g/mj ventilazione controllata ventilazione controllata + riscaldamento sun radiazione radiation solare (MJ/m (MJ/m 2 ) 2 ) Cambia emisfero e continente... Le serre Pisa, 27 Novembre 21 4

5 Temperatura e ciclo produttivo a Quillota 4 kg/m2 raccolta di pomodoro rotondo mean MAX ciclo precoce ciclo estivo ciclo estivo mean MIN ene feb mar apr may jun jul aug sep oct nov dec 32 o 6 S.8 Si puó far.4 di meglio? ciclo precoce ciclo estivo La struttura passiva migliore possibile kg/m ciclotemprano precoce ciclode estivo verano Marruecos Marocco 8 g/mj 7 g/mj 6 g/mj Raccolto Caso reale (due cicli) 2 Trapianto 1 Giugno; espianto 31 Maggio 4 Caso di riferimento (un ciclo) 34 Ventilazione regolabile radiazione solare (MJ/m 2 ) Schermo energetico e ventilazione regolabile 39 Il nostro metodo: Valore della gestione attiva del clima Clima umiditá riscaldamento iniezione di CO 2 radiazione solare cooling vento luce artiiciale Modello del clima in serra Mezzi attivi Inputs necessari raccolto Risorse necessarie Struttura passiva migliore possibile 39 Riscaldamento 3 33 kwh/m 2 y Struttura della serra Struttura passiva Capacitá migliore di ventilazione possibile Gestione della ventilazione Proprietà radiative della copertura Isolamento (compresi schermi) Modello della coltura Produzione CO 2 dai fumi del boiler 63 Con schermo energetico 63 Riscaldamento e CO 2 pura 6 3 kwh/m 2 y 44 kg/m kwh/m 2 y 4 kg/m 2 33 kwh/m2 y 7 kg/m 2 Pisa, 27 Novembre 21

6 Conclusioni kg/m 2 4 ciclotemprano precoce ciclode estivo verano 14 g/mj +CO 2 ventilazione regolabile + schermo + riscaldamento I modelli del clima in serra son basati sul principio di conservazione di energia e massa in ogni elemento della serra I parametri vanno scelti/determinati accuratamente 3 L effetto della coltura nella ripartizione di energia sensibile/latente non può essere ignorato Purtroppo per questo abbiamo solo modelli empirici Miglior 2 serra passiva 1 7 g/mj La combinazione di modelli del clima e modelli di produzione permette di selezionare la struttura (in senso lato) pi u adeguata a date condizioni climatiche e di mercato e permette di valutare a priori l effetto e i costi di tecnologie per il controllo attivo del clima radiazione solare (MJ/m 2 ) Conclusioni Join the 216 Wageningen Summer School on Greenhouse Horticulture The best crash course ever on greenhouse horticulture Physiology of greenhouse crops Nutrition of greenhouse crops Technology of greenhouses A review of other topics Production of plantlets Crop protection Farm management Wageningen, Holland, 22 Aug-2 Sep 216 Pisa, 27 Novembre 21 6