Applied research and experimental development of a new generation of plastic nets for crop protection

The types of net available on the market for climatic and biological crop control are not currently the subject of a specific design phase preparatory to their realisation. They are produced solely based on general indications, which at present do not contemplate the engineering of their design factors, such as chemical formulation, geometric and radiometric characteristics. The project activities were aimed at making the product “customised” based on operating conditions. In fact, the use of plastic nets to cover greenhouses plays a fundamental role in crop protection. Selective filtering of solar radiation can improve specific crop growth characteristics (e.g., photosynthesis). The right choice of roofing material can also contribute significantly to the reduction of energy and water consumption within a crop protection setup. An appropriate design of the characteristics of such artefacts can, on the other hand, allow for better landscaping within the agricultural territory, with effects on the visual quality of the rural landscape. The objective was, therefore, to perform scientific research, towards the definition of products capable of determining a selective filtering of solar radiation, as well as incoming air, contributing to the proactive and effective regulation of the microclimate in confined environments for plant breeding. The objective of the research activity included the experimental development of a new generation of plastic nets for crop protection, conceived, designed and manufactured to be fully efficient in terms of performance. Therefore, the concept of greenhouse crop protection, considered as a mere passive defence, is gradually being surpassed: no longer an “against” or “protective” shelter, but rather a smart “for” or “proactive” structure. The plastic materials used to cover a greenhouse in order to protect crops can play a crucial role on the quality of the light that hits the crops, controlling the radiation in different ways, especially within the PAR wave bands. Roofing materials and shading strategies can be appropriately selected and implemented in many mild climate areas, as well as in warm regions where spring/summer solar radiation levels are often too high. In order to study the effect of shading, field trials were carried out in the present research, by covering several smallscale tunnels with a plastic film and protecting them with an outer plastic net, fixed at a different distance from the plastic film for each tunnel. Air and soil temperatures covered by the black mulch layer were measured, together with solar radiation. The results confirmed that the thickness of the air gap between the shading net and the plastic film plays a role on the internal microclimate, which can improve the thermal efficiency of the greenhouse and its overall thermodynamic behaviour in different ways. Field trials verified the “bio-stimulating” effect that the net has on protected crops, with an important focus on the water savings generated by their use. The research activities, which have been performed, have been both scientific and, mainly, of industrial development, that was the objective of the PON R&I 2014/2020 grant.

Le tipologie di reti correntemente presenti in commercio per il controllo climatico e biologico delle coltivazioni, non sono attualmente oggetto di una specifica fase progettuale propedeutica alla loro realizzazione. Esse vengono prodotte sulla sola base di indicazioni di carattere generale, che al momento non ne contemplano una ingegnerizzazione dei relativi fattori progettuali, quali la formulazione chimica, le caratteristiche geometriche e radiometriche, ecc. Le attività del presente Dottorato di Ricerca sono state mirate a rendere il prodotto “customizzato” “personalizzato” sulla base delle condizioni operative. L’utilizzo di reti plastiche per la copertura delle serre gioca infatti un ruolo fondamentale nella protezione delle colture. Un'azione selettiva di filtraggio della radiazione solare può, ad esempio, migliorare alcune caratteristiche specifiche di crescita delle colture (ad esempio, la fotosintesi). La giusta scelta di un materiale di copertura può, inoltre, contribuire significativamente alla riduzione dei consumi energetici ed idrici all'interno di un apprestamento per la protezione delle coltivazioni. Un’appropriata progettazione delle caratteristiche di tali manufatti può consentire, d’altra parte, una migliore capacità di inserimento paesaggistico all’interno del territorio agricolo, con effetti sulla qualità visuale del paesaggio rurale. L’obiettivo è stato, pertanto, quello di approfondire la ricerca scientifica verso la definizione di prodotti capaci di determinare un filtraggio selettivo della radiazione solare, oltre che dell’aria in ingresso, contribuendo a regolare in maniera proattiva ed efficace il microclima negli ambienti confinati per l’allevamento vegetale. L’obiettivo dell’attività di ricerca ha incluso anche lo sviluppo sperimentale di una nuova generazione di reti plastiche per la protezione delle colture, concepite, progettate e realizzate in modo da risultare pienamente efficienti dal punto di vista prestazionale. In tale maniera, il concetto di protezione delle colture in serra, concepito come una mera difesa passiva, può venire gradualmente superato: non più un riparo "contro" o "di protezione", piuttosto una struttura intelligente "a favore" o "proattiva". I materiali plastici utilizzati per coprire una serra allo scopo di proteggere le colture possono svolgere un ruolo cruciale sulla qualità della luce che colpisce le colture, controllando la radiazione in diversi modi, soprattutto nelle lunghezze d'onda del PAR (Photosynthetically Active Radiation). I materiali di copertura e le strategie di ombreggiamento possono essere opportunamente selezionati e implementati in molte aree a clima mite, così come nelle regioni calde, dove i livelli di radiazione solare primaverile/estiva sono spesso troppo elevati. Per studiare l'effetto dell'ombreggiamento, nella presente ricerca sono state eseguite alcune prove in campo, coprendo diversi tunnel in scala ridotta con un film plastico e proteggendoli con una rete esterna in plastica, fissata a una distanza diversa dal film plastico per ciascun tunnel. Sono state misurate le temperature dell'aria e del suolo ricoperto da uno strato di tessuto pacciamante nero, nonché la radiazione solare. I risultati hanno confermato che lo spessore dell’intercapedine tra la rete ombreggiante e il film plastico ha un ruolo sul microclima interno, che può migliorare in modo diverso l'efficienza termica della serra e il suo comportamento termodinamico complessivo. Le prove in campo hanno verificato l'effetto "biostimolante" che la rete ha sulle colture protette, insieme ad un focus importante sul risparmio idrico generato dal loro utilizzo. Le attività di ricerca condotte sono state sia di carattere scientifico, che soprattutto di sviluppo industriale, obiettivo della borsa PON Ricerca & Innovazione – 2014/2020.