COLTURE IDROPONICHE PER PRODUZIONI AGRICOLE SPECIALIZZATE

By on 20 febbraio 2015

Il termine Idroponica è stato re-inventato a metà del ventesimo secolo, ma il concetto di piante che crescono senza terra risale al tempo preistorico: i mitici giardini pensili di Babilonia, le inondazioni del Nilo e dei giardini galleggianti di Città del Messico sono tutti esempi di sistemi idroponici. La storia, come sempre, ha trasformato il cerchio e l’età della coltura idroponica è tornata in vigore nei nostri tempi.

Per coltivazione idroponica (dal greco ύδωρ, acqua, + πόνος, lavoro) s’intende una delle tecniche di coltivazione fuori suolo: nate per studi di fisiologia vegetale, sono oggi usate per produrre pomodori, cetrioli, meloni, peperoni, melanzane, lattuga e fragole. La tecnica colturale è semplice ma comporta alcune difficoltà sia economiche che tecniche poiché richiede una maggiore competenza dell’agricoltore.

Le coltivazioni idroponiche, cosidette fuori suolo, pur essendo molto studiate negli istituti di ricerca, sono attualmente limitate ad alcune esperienze aziendali, a motivo soprattutto degli elevati costi impiantistici che comportano e della specializzazione del personale richiesta. In Olanda il 90% delle colture orticole sotto serra vengono gestite con sistemi “senza suolo”, mentre tale superficie in Italia è molto ridotta. Nel nord Italia si riscontrano pochi impianti notevolmente specializzati, mentre la gran parte della coltivazione di prodotti orticoli, anche destinati alla cosiddetta “quarta gamma“, viene condotta direttamente su terreno.  Tuttavia negli ultimi anni sono nate esperienze aziendali innovative che hanno adattato i sistemi idroponici riducendone i costi d’impianto, ad esempio attraverso la coltivazione con il cosiddetto “floating system”.

 

Come funziona la coltivazione idroponica

Le piante sono coltivate in un substrato inerte sterile di crescita, come la lana di roccia, argilla, perlite, vermiculite e alimentate con una miscela di acqua e nutrienti. Il principio è fondamentalmente questo: le piante coltivate in terreno devono sviluppare continuamente il loro apparato radicale in cerca di acqua e sostanze nutritive, ed impiegano così la maggior parte di energia per lo sviluppo radicale, limitando per contro la crescita superiore. Nella coltura idroponica, invece,  acqua, nutrienti ed aria sono somministrata direttamente alla pianta, liberandola da spese energetiche superflue e dandole così un miglior equilibrio tra radici e busto, con un risultato più veloce in termini di crescita ed una resa ottimale.

Altrimenti conosciuta con il termine di idrocoltura,questo tipo di coltura consente produzioni controllate sia dal punto di vista qualitativo che igienico-sanitario durante tutto l’anno.

Le componenti di questa tecnica sono tre: il substrato, la soluzione nutritiva e l’impianto di distribuzione. Il substrato di solito è formato da sabbia, ghiaia, scorze di pino, argilla e lana di roccia e può essere artificiale o naturale. La soluzione nutritiva è molto importante per questa tecnica poiché richiede la ricerca accurata degli elementi nutritivi da somministrare alle culture. L’impianto di distribuzione è composto da vasche impermeabilizzate piene di substrato e attraverso delle tubazioni collegate a una pompa viene somministrata la soluzione nutritiva necessaria ad apportare tutti gli elementi indispensabili alla normale nutrizione minerale.

 

Vantaggi rispetto alla coltivazione tradizionale

La coltivazione fuori suolo presenta degli evidenti vantaggi in situazioni ambientali dove il substrato non è in condizione di far crescere la coltura in modo ottimale, come ad esempio roccia o terreni eccessivamente sabbiosi.

Un altro vantaggio di questo tipo di coltivazione è il minor utilizzo di acqua per ottenere il medesimo risultato, indicativamente di un decimo rispetto alla coltura in terra, rendendo questo sistema particolarmente utile in quelle situazioni ambientali dove la scarsità di acqua rende difficile o addirittura impossibile la coltivazione di ortaggi.

Da non sottovalutare l’aspetto ambientale visto che l’utilizzo dei fertilizzanti è mirato e non ci sono dispersioni nel terreno; l’utilizzo di diserbanti è assente, mentre l’utilizzo di antiparassitari è decisamente ridotto.

Attualmente sono disponibili in commercio dei fertilizzanti biologici che danno la possibilità, utilizzando un impianto idroponico, di ottenere un prodotto biologico (ma non certificato in base al Regolamento (CE) N. 834/2007).

In termini qualitativi il prodotto mostra uniformità di dimensione e caratteristiche oltre che qualità organolettiche costanti in tutta la produzione, qualità richieste dalla distribuzione organizzata ai produttori di frutta e ortaggi.

 

Presupposti della tecnica

Il ruolo del terreno nei confronti delle piante si può ricondurre fondamentalmente a tre funzioni:

  • Fisico-meccanica: il terreno permette l’ancoraggio delle piante proteggendo l’apparato radicale dagli agenti atmosferici che possono interferire con la sua vitalità (umidità atmosferica, illuminazione, insolazione).
  • Trofica: il terreno è l’ambiente fisico che in condizioni naturali fornisce alla pianta quasi tutti gli elementi minerali di cui ha bisogno attraverso l’assorbimento radicale.
  • Ecologica: la porzione disuolo che circonda le radici delle piante è la parte del terreno che ha rapporti più o meno diretti con l’apparato radicale della pianta. Tali rapporti sono la risultante di un sistema complesso di antagonismi (tra cui le interazioni con fitofagi, parassiti, fitopatogeni, o, più semplicemente, la competizione con altri vegetali che occupano la stessa nicchia ecologica) e sinergismi (ad es. le interazioni con simbionti mutualistici e con gli agenti di stimolazioni).

La tecnica colturale convenzionale può ottimizzare solo in parte le funzioni del terreno:

  • Le lavorazioni e l’apporto di ammendanti possono migliorare lo stato di sofficità del terreno favorendo l’approfondimento delle radici. L’impiego di tutori, pali e fili di sostegno migliora l’ancoraggio delle piante.
  • L’apporto di fertilizzanti (concimi, ammendanti, correttivi) e l’irrigazione sono operazioni che, adeguatamente integrate in una tecnica che ne sfrutti le sinergie, migliorano le condizioni trofiche del terreno. Tali interventi possono però essere in parte vanificati dalla complessità del sistema-terreno, che manifesta sempre una reazione omeostatica attiva o passiva a questi interventi: le perdite temporanee o definitive di acqua ed elementi minerali causate da fattori atmosferici (evaporazione), meccanici (permeabilità, porosità) e fisico-chimici. Tali fattori sono di difficile controllo e la difficoltà di ottimizzazione è aggravata dal fatto che concimazione e irrigazione sono interventi discontinui e che non si adattano con la dinamica dei fabbisogni delle piante nelle diverse fasi del ciclo vitale della pianta.
  • La tecnica coltura convenzionale ha un notevole impatto sull’ecosistema

Le coltivazioni fuori-suolo si basano in sostanza su una riduzione delle variabili in gioco e, soprattutto, delle reciproche interferenze sostituendo al terreno un ambiente fisico in cui i parametri sono di più facile controllo. Nel caso della coltivazione idroponica la soluzione di concetto si concretizza nei seguenti quattro punti:

  1. La funzione di protezionedelle radici nei confronti degli agenti atmosferici è svolta da un substrato solido inerte e tendenzialmente asettico. Il substrato non ha alcuna funzione di ancoraggio. Il requisito di base è quello di un grado di porosità sufficiente a permettere la circolazione della soluzione nutritiva e ospitare i capillizi radicali. Il volume a disposizione per ogni pianta perde importanza in quanto la concentrazione della soluzione nutritiva crea in uno spazio ridotto le condizioni ottimali per l’assorbimento radicale. In altri termini, la pianta non ha bisogno di espandere l’apparato radicale perché viene meno la funzione di ancoraggio e trova nelle immediate vicinanze l’acqua e i sali minerali di cui ha bisogno.
  2. La funzione di ancoraggioviene sostituita, se necessario, da un sistema di fili che tengono sospese le piante mantenendole in situ. In altri termini, l’ancoraggio della pianta è garantito fissandone l’apparato aereo ad un sistema di sospensione.
  3. La funzione troficadel terreno è surrogata integralmente dall’apporto di una soluzione nutritiva per mezzo di un impianto di fertirrigazione, nel quale l’acqua irrigua è utilizzata come vettore dei sali minerali. Il substrato deve essere chimicamente inerte al fine di evitare interferenze di fattori chimici (es. scambio ionico e pH) con i parametri controllati attraverso la fertirrigazione.
  4. La funzione ecologicadel terreno è completamente annullata dall’idroponia: il substrato che surroga il terreno è del tutto inerte dal punto di vista biologico e il mezzo ospita esclusivamente le radici delle piante allevate. Rispetto alle tecniche convenzionali, l’idroponica manifesta da questo punto di vista significativi vantaggi in quanto si rimuove all’origine il contatto con gli agenti patogeni del terreno, motivo per cui le piante allevate in coltura idroponica manifestano in genere un migliore rigoglio vegetativo e offrono produzioni più elevate non solo per il controllo dello stato nutrizionale ma anche per il migliore stato sanitario.

 

Parametri di controllo

I parametri di controllo essenziali sono quattro:

  • pH: è fondamentale per mantenere lo stato di solubilità degli elementi e ottimizzare i processi di scambio fra le radici e la soluzione nutritiva.
  • Conducibilità elettrica: è il parametro con cui si controlla la concentrazione della soluzione nutritiva.
  • Portata, tempi e cicli di erogazione: sono i parametri con cui si controlla nel complesso la nutrizione minerale attraverso il ricambio della soluzione a contatto con le radici. Erogazioni troppo frequenti e volumi troppo alti (in relazione alla portata e alla durata delle erogazioni) innalzano i costi economici ed ambientali in quanto l’eccesso di soluzione si perde con il drenaggio a meno che l’impianto non sia provvisto di un sistema di riciclo della soluzione in eccesso. Erogazioni diradate e volumi troppo bassi riducono le rese produttive perché lo stato nutrizionale delle piante non è ottimale.
  • Composizione chimica della soluzione: è il parametro con cui si controlla il bilancio nutrizionale delle piante comparato nei vari elementi nutritivi. Dal momento che le piante necessitano di rapporti di concimazione differenti in relazione alla specie, al tipo di produzione e al rapporto resa quantitativa e qualitativa del prodotto, la composizione della soluzione è fondamentale per il raggiungimento degli obiettivi.

 

Il floating system (dal termine inglese to float, galleggiare) è una tecnica di coltivazione idroponica innovativa per ortaggi ‘arricchiti’.

Si tratta di un innovativo metodo di coltivazione che permette di migliorare il valore nutrizionale del prodotto, un sistema di produzione in mezzo liquido statico in cui le piante sono allevate in pannelli di polistirolo provvisti di fessure che vengono riempiti con modesti quantitativi di substrato inerte(vermiculite, perlite etc.) o in contenitori alveolati (numero e dimensione degli alveoli variano a seconda della specie coltivata), galleggianti in vasche impermeabilizzate di 30-40 cm di profondità, riempite con soluzione nutritiva.

L’impiego del floating system, inizialmente messo a punto per la produzione del tabacco, si è sviluppato rapidamente al livello mondiale su altre specie ortive da taglio (lattughino, spinacio, cicoria, valerianella), da cespo (lattughe, scarola, radicchio), da radice(ravanello) ed aromatiche (basilico, rucola, erba cipollina, prezzemolo, menta, salvia, aneto, borragine).

Questo sistema di coltivazione senza suolo si è dimostrato particolarmente indicato per la coltivazione di ortaggi per la IV gamma, perché é economico (per costi di realizzazione e di gestione assai contenuti), è capace di assicurare livelli produttivi elevati e consente di ottenere un prodotto caratterizzato da buone caratteristiche qualitative, pulito e privo di residui di terreno.

Questa tecnica è stata valorizzata anche dalla Fao (Organizzazione delle Nazioni Unite per l’alimentazione e l’agricoltura), che l’ha portata all’attenzione internazionale mediante l’esposizione di piccole unità di coltivazione, di livello domestico, al World Food Summit del 2002 a Roma. L’idea consiste nella promozione, nell’ambito del progetto Food for the Cities, della coltivazione di ortaggi in piccole unità sufficienti a conseguire l’obiettivo di garantire la disponibilità quotidiana di ortaggi freschi, sani e ad alto valore nutrizionale per il consumo familiare e per offrire una minima fonte di reddito proveniente dalla vendita nel vicinato (www. fao. org/fcit/upa_en. asp).

Nella coltivazione in floating system, oltre ai parametri di produzione, accrescimento e qualità, è stata valutata anche la possibilità di migliorare il valore nutrizionale mediante tecniche di arricchimento del prodotto con sostanze nutritive “amiche della salute” (ferro, selenio, acidi grassi w–3). Questo rappresenta un aspetto di qualità degli ortaggi da foglia destinati alla IV gamma ancora poco esplorato.

La capacità di accumulo di microelementi negli ortaggi è senza dubbio minore che in altri alimenti (patata, cereali), ma ottenere un incremento consistente del contenuto di alcuni minerali è comunque vantaggioso, soprattutto se si confronta la biodisponibilità degli elementi apportati dai vegetali rispetto agli integratori minerali.

Una serie di prove sperimentali condotte in serra presso l’Azienda sperimentale “La Noria” dell’Istituto di Scienze delle Produzioni Alimentari (ISPA) del CNR di Bari, ha riguardato 4 specie: spinacio, lattuga mini-romana, valerianella e portulaca, allevate in floating system, applicando trattamenti finalizzati all’arricchimento del prodotto edule alla raccolta.

In particolare, in spinacio e lattuga mini-romana sono stati applicati, rispettivamente, 40 e 60 mg/L di Fe+3 da ammonio ferro citrato (AFC), confrontati con la soluzione nutritiva (SN) di controllo contenente 2 mg/L di Fe+3; in valerianella sono stati somministrati 0 e 3 mg/L di Se da Na2SeO4; in portulaca sono stati applicati tre rapporti NH4:NO3 (0: 100, 50: 50, 100: 0) nella SN per verificarne l’influenza sull’accumulo di acido ?-linolenico nei germogli.

Nelle foglie di lattuga il ferro è aumentato da 3, 2 a 4, 3 mg/100 g di p. f. , e la produzione è aumentata del 18% con la sommini strazione di ferro, raggiungendo 3, 7 kg/m2. Nello spinacio, a fronte di una produzione media di 1, 8 kg/m2, è stata rilevata la varia zione del ferro accumulato nelle foglie (lamina+piccioli) del 30% fino al valore di 2 mg/100 g p. f.

L’applicazione di AFC alla SN non ha determinato la comparsa di sintomi di tossicità nelle piante nonostante il trattamento sia durato 11 e 28 giorni, rispettivamente in lattuga e spinacio.

La valerianella ha prodotto in media 3 kg/m2, l’accumulo di selenio nelle foglie è stato di ben 31 volte rispetto al testimone non trattato, raggiungendo il valore di 193 mg/100 g di p. f. Per quanto riguarda la portulaca, tra i rapporti NH4:NO3 studiati, le risposte più interessanti d’arricchimento in acido ?-linolenico nei germogli sono stati osservati con la somministrazione di N-NH4 nella SN (130 mg/100 g di p. f. ) rispetto alla nutrizione esclusivamente nitrica (69 mg).

Ma i migliori risultati produttivi sono stati ottenuti quando l’azoto è stato distribuito in forma esclusivamente nitrica (9, 2 vs. 8, 1 kg/m2 della forma ammoniacale).

Nel complesso, il contenuto di ferro di 4, 3 mg/100 g di p. f. della lattuga corrisponde al 30% dell’RDA indicata per il ferro, mentre sarebbe necessario ridurre l’accumulo di selenio in valeria nella poiché il suo contenuto è risultato quasi 3 volte il valore dell’RDA.

Solo per l’acido a-linolenico il contenuto determinato in portulaca, sul germoglio intero e non sulle sole foglie, rappresenta il 10% della quantità indicata dall’RDA, che però si riferisce ad acidi grassi w-3 in genere.

Nell’ambito di un programma di incentivazione dei consumi di ortaggi, considerati come alimenti ricchi di microelementi e sostanze protettive della salute umana, l’offerta di un prodotto arricchitorappresenterebbe un ulteriore incentivo al consumo. Tanto più se si considera la maggiore biodisponibilità di tali elementi quando provengono da fonti vegetali e la minore densità energetica degli ortaggi.

L’incentivo al consumo di ortaggi arricchiti sarebbe ancora più elevato se le loro proprietà fossero evidenziate da un’etichetta nutrizionale. La possibilità di presentare sul mercato un ortaggio con etichetta nutrizionale è legata al suo confezionamento, analogamente a patate e cipolle o ad ortaggi di IV gamma.

L’AEROPONICA

Aeroponica è la crescita di una piante senza terra o acqua. A differenza della coltura idroponica, non c’è un gocciolio o inondazione di soluzione nutritiva sulla pianta o substrato. Il principio base che utilizza la coltura aeroponica per il giardinaggio indoor è la coltivazione di piante in luoghi chiusi, spruzzando e nebulizzando sulle radici una soluzione ricca di fertilizzanti per aeroponica. Ciò consente di coltivare senza preoccuparsi di malattie o parassiti presenti nelle coltivazioni in terra all’aperto. La coltivazione aeroponica è favorita da molti coltivatori rispetto all’ idroponica perché l’aerazione supplementare della soluzione dovuta alla nebulizzazione tende ad ossigenare maggiormente la pianta. Crescono più velocemente, e meno agenti patogeni si possono formare, consentendo alle piante di crescere più sane.

Usi della Aeroponica. Aeroponica è un tipo di giardinaggio che rimuove molti degli svantaggi della coltivazione outdoor e coltivazione idroponica. L’uso dell’aeroponica è adatto alla maggior parte di piante, fiori, e fornisce un ambiente controllato. Il metodo è utilizzato dai coltivatori che hanno bisogno di uno stretto controllo sui propri impianti, e da persone che vogliono eliminare la necessità di usare pesticidi. Aeroponica consente inoltre la coltivazione naturale biologica e senza malattie.

Pro e contro della Aeroponica. Aeroponica è un metodo utile di crescita che ha portato a molti progressi nella scienza. Richiede molta precisione, però, e la messa a punto corretta può essere molto costosa. Il risultato finale può essere molto vantaggioso, visto che questo metodo di giardinaggio permette una maggiore densità di piante e una resa maggiore in un tempo minore. Ci sono un certo numero di diversi tipi di sistemi, tra cui bassa pressione, alta pressione, e di tipo commerciale, permettendo ai coltivatori di scegliere quelle che è giusto per loro.