scienza & tecnica
Risultati della ricerca e prospettive future in florovivaismo e orticoltura
Spray biodegradabili per pacciamatura
❱
di
B arbara Immirzi, Mario Malinconico, Gabriella Santagata
Istituto di Chimica e Tecnologia dei Polimeri (ICTP), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), via Campi Flegrei 34, Pozzuoli (NA)
L’agricoltura moderna è caratterizzata dall’ingente utilizzo dei materiali plastici per la protezione delle colture, i cui vantaggi sono largamente noti. Questa importante evoluzione è però
penalizzata dal diffuso problema dei rifiuti post-utilizzo che, spesso, non seguono un adeguato processo di trattamento (raccolta, smaltimento e/o recupero). Un’alternativa ecologicamente valida per ridurre drasticamente il degrado ambientale in atto è rappresentata dall’impiego
di film biodegradabili che, opportunamente trattati, subiscono l’azione della flora batterica
del terreno che li trasforma in biomassa, acqua, metano o anidride carbonica.
N
egli ultimi anni le produzioni
orto-floro-frutticole e vivaistiche hanno fatto registrare notevoli incrementi quantitativi e qualitativi in virtù della diffusa pratica di
protezione delle colture, tecnica agronomica che per la sua applicazione si
avvale dell’impiego di materiali plastici, in particolare di laminati plastici di
spessore sottile, detti film, trasparenti,
neri o colorati.
I vantaggi conseguibili con l’uso delle plastiche sono riconducibili, principalmente, alla precocità del raccolto,
all’incremento della qualità del prodotto, alla riduzione dei consumi idrici e
di fitofarmaci ed all’ampliamento del
periodo di disponibilità del prodotto
sul mercato. In particolare le coperture
Relazione presentata al Convegno-Incontro tecnico “Le tecniche, le innovazioni, i prodotti e le applicazioni dei manufatti film plastici nel settore delle colture
protette e della pacciamatura in ortoflorovivaismo”, svoltosi a Padova il 10 Settembre 2010 nell’ambito della manifestazione fieristica “Flormart” ed organizzato dal dott. agr. Silvio Fritegotto.
❚ Il Floricultore
foto 1
foto 2
I film plastici per pacciamatura vengono generalmente utilizzati per una stagione colturale,
in quanto, essendo a diretto contatto con il suolo, sono contaminati da impurità legate alla
polvere ed ai residui dei prodotti chimici usati. Per questo motivo le operazioni di raccolta
e di riciclo di questi film risultano molto difficili e il loro destino, il più delle volte, è l’incauto abbandono sui terreni stessi oppure in discariche abusive o, peggio ancora, l’avventata
combustione con conseguente immissione di sostanze tossiche nell’aria o nel terreno.
di serre e tunnel proteggono le colture
dagli agenti atmosferici determinando
benefiche variazioni microclimatiche
all’interno del volume protetto (effetto serra). I film plastici utilizzati per la
pacciamatura del suolo consentono il
controllo delle erbe infestanti e dei patogeni, la riduzione dei consumi idrici
e dei pesticidi e la protezione dall’erosione della superficie coltivata; essi
inoltre, diminuendo il compattamento
del terreno, impediscono la formazione della cosiddetta crosta superficiale
foto 3
Al termine del loro utilizzo i film biodegradabili, fresati ed interrati, subiscono
l’azione della flora batterica del terreno che
li trasforma in biomassa, acqua, metano o
anidride carbonica.
n. 3
❚ marzo 2011
29
Scienza & tecnica
foto 4
foto 5
e consentono di controllare l’umidità e
la temperatura del suolo (1).
L’introduzione di plastiche d’origine
petrolifera nella pratica della pacciamatura ha rappresentato un radicale
cambiamento per l’agricoltura moderna. Le eccellenti prestazioni meccaniche, termo-ottiche ed agronomiche di
questi film, la loro resistenza alla degradazione microbica, la facile processabilità e il loro basso costo hanno incoraggiato la grande diffusione nelle
pratiche agronomiche (2).
D’altra parte il periodico e frequente
ricambio dei film plastici di copertura
e di pacciamatura al termine del loro
utilizzo genera un ingente ammontare di rifiuti plastici agricoli post utilizzo. Il problema assume particolare importanza dal punto di vista ambientale, poiché si genera un flusso di rifiuti
plastici che spesso non procede verso
un razionale processo di trattamento:
raccolta, smaltimento e/o recupero; in
particolare, i film utilizzati per la pacciamatura del suolo, utilizzati generalmente per una stagione colturale, essendo a diretto contatto con il suolo,
sono contaminati da impurità legate
alla polvere ed ai residui dei prodotti chimici usati normalmente in agricoltura, per questo motivo le operazioni di raccolta e di riciclo di questi film
risultano molto difficili. Il loro destino
(foto 1 e 2), dunque, è l’incauto abbandono sui terreni stessi oppure in discariche abusive o, peggio ancora, l’avventata combustione con conseguente immissione di sostanze tossiche nell’aria
o nel terreno (3).
30
Marzo 2011
❚ n. 3
Un’alternativa ecologicamente valida all’utilizzo delle plastiche tradizionali è rappresentata
dall’impiego di film biodegradabili a base di polimeri naturali ottenuti da fonti rinnovabili e
facilmente reperibili, quali i polisaccaridi. Questi ultimi vengono spruzzati direttamente al
suolo in una formulazione acquosa. Una volta evaporato il solvente, si crea una geo-membrana protettiva con funzione pacciamante.
Un’alternativa ecologicamente valida per ridurre drasticamente il degrado ambientale generato dall’irresponsabile utilizzo delle plastiche tradizionali nel settore agricolo, è rappresentata dall’impiego di film biodegradabili.
Al termine del loro utilizzo i film biodegradabili opportunamente fresati ed
interrati (foto 3), subiscono l’azione
della flora batterica del terreno che li
trasforma in biomassa, acqua, metano
o anidride carbonica (4).
❱❱ la sPERIMENTAZIONE DEgli
SPRAY per PACCIAMATURA
Il nostro gruppo di ricerca (Istituto
di Chimica e Tecnologia dei Polimeri
(ICTP) del CNR – NdR) è da tempo impegnato nello studio, caratterizzazione e sperimentazione di materiali pacciamanti innovativi, a base di polimeri naturali ottenuti da fonti rinnovabili
e facilmente reperibili, quali i polisaccaridi. La maggior parte di essi, quali
chitosano, acido alginico, agar, galattomannani, interagiscono fisicamente
con l’acqua generando spesso strutture
tridimensionali, idrogeli che, a causa
di peculiari proprietà chimico-fisiche
dei polimeri stessi, (processo di reticolazione, retrogradazione, variazioni di
pH), danno luogo a film stabili all’acqua
e dunque utilizzabili nel settore agricolo per le comuni attività pacciamanti.
L’applicazione di questi film al suolo è
realizzata seguendo una metodologia
eco-sostenibile ed assolutamente innovativa: la metodologia spray (foto 3, 4
e 5). Essa consiste nello spruzzare direttamente sul terreno un’emulsione
acquosa a base di polisaccaridi, i quali,
in seguito all’evaporazione del solvente, generano una geo-membrana protettiva; quest’ultima, dopo aver svolto
la sua funzione pacciamante, è fresata
ed interrata per essere facilmente metabolizzata dalla flora batterica presente nel terreno (5).
La metodologia spray è ben nota agli
operatori del settore, i quali la utilizzano comunemente per fornire al terreno sostanze nutritive, pesticidi, fitofarmaci ecc. I vantaggi sperimentali della pacciamatura spray sono molteplici:
oltre ad evitare problematiche di postconsumo, essa agevola notevolmente il
lavoro svolto dall’agricoltore; nella formulazione acquosa a matrice polisaccaridica, infatti, è possibile includere
sostanze necessarie all’ottimizzazione
della produzione agricola. L’introduzione di plasticizzanti e fibre naturali
consente di migliorare le prestazioni
meccaniche della geo-membrana, assicurando, quindi, una resistenza ed
emi-vita compatibili con le richieste
agronomiche; inoltre, l’aggiunta di filler, pigmenti naturali e principi attivi
antibatterici, antifungini e fotostabilizzanti implementa il potere pacciamante 
Il Floricultore
❚
Scienza & tecnica
foto 7
Applicazione dell’emulsione pacciamante su piante di Polygala in
vaso. La realizzazione del coating è eseguita con un comune
aerografo.
foto 6
 delle pellicole nonché le prestazioni
agronomiche dei prodotti colturali.
❱❱ IL CHITOSANO
Tra i polisaccaridi selezionati e testati dal nostro gruppo di ricerca (6) in
questo articolo focalizziamo l’attenzione sulle formulazioni acquose spray a
base di chitosano.
Il chitosano è un polisaccaride
estratto dalla chitina, che dopo la cellulosa, è il polisaccaride più diffuso in
natura. Essa è presente nell’esoscheletro di crostacei ed insetti. Essendo un
polisaccaride policationico, il chitosano ha un ampio spettro di applicazioni. In agricoltura è comunemente usato come bio-stimolante nella crescita
delle piante, come agente antibatterico e biofungicida per la tutela di piante
e vegetali. Ha ottime capacità filmogene, è insolubile in acqua e solubile nel-
Nella formulazione acquosa a matrice
polisaccaridica è possibile includere sostanze necessarie all’ottimizzazione della
produzione agricola.
Spray
No Spray
34
Marzo 2011
❚ n. 3
foto 8
la maggior parte di solventi acidi organici. L’insieme di queste proprietà rendono il chitosano un candidato ideale
per la realizzazione di film pacciamanti da utilizzare nel settore agricolo in
particolare quello orto-floro-vivaistico
di interesse (7).
Per la preparazione delle emulsioni,
il chitosano è stato previamente sciolto
in una soluzione acquosa a bassa concentrazione di acido acetico; la scelta
dell’acido acetico non è casuale; la sua
azione diserbante, infatti, è ben nota
in agricoltura. Alla soluzione polisaccaridica sono stati aggiunti glicerolo,
come plasticizzante naturale, fibre di
cellulosa come rinforzo meccanico e
carbon black come filler pigmentante
in grado di conferire colore scuro alla
soluzione.
La soluzione preparata è stata testata
sia in serra nell’ambito di colture orto-
foto 9
floro-frutticole, sia in vaso per la produzione di fiori, sia in pieno campo nel
settore viticolo. In questi ultimi due
casi l’estirpazione delle erbe infestanti
nelle zone circostanti la pianta, è totalmente affidata al lavoro manuale; non
è praticabile, infatti, la classica pacciamatura con teli termoplastici. L’utilizzo della metodologia spray potrebbe
dunque ridurre drasticamente l’impiego di risorse umane destinate all’azione di diserbo.
❱❱ I RISULTATI DELLE PROVE
Di seguito sono riportati alcuni
esempi di applicazione delle vernici
biodegradabili in vaso, sotto serra ed in
campo: piante di Polygala myrtifolia,
(foto 6 e 7), piante di Ortensia ‘Dieneman’ (foto 8 e 9), colture ornamentali di girasole (foto 10), pianta di vite in
pieno campo (foto 11 e 12), colture di
fragole (foto 13 e 14).
In particolare, le foto 6 e 7 illustrano la fase di applicazione dell’emulsione su piante di Polygala; la realizzazione del coating è eseguita con un comune aerografo.
Le foto 8 e 9, inerenti al trattamento effettuato su piante di Ortensia, evidenziano l’effetto diserbante esercitato
dallo spray pacciamante dopo 60 giorni di applicazione; è interessante notare l’integrità del film, il quale, non subendo stress meccanico, risulta intatto
sulla superficie per l’intera durata del
trattamento; è altresì evidente la consistente presenza di erbe infestanti sulla
pianta non trattata.
La foto 10 si riferisce ad una recente sperimentazione in serra eseguita su
tese di terreno predisposte a colture di
girasole, nell’ambito di un progetto nazionale attualmente in corso. In questo
caso sono state messe a confronto pacciamature eseguite con film di origine
petrolifera, film termoplastici biodegradabili e geo-membrane spray. L’esito della prova ha evidenziato, per la
pacciamatura spray, una riduzione nella crescita di erbe infestanti confrontabile con quella ottenuta utilizzando
i film termoplastici tradizionali e biodegradabili. Durante la crescita delle
piante, inoltre, la geo-membrana non
ha presentato segni evidenti di lacerazione, evidenziando, quindi, una buona resistenza meccanica ed un’emivita compatibile con il periodo colturale.
Ulteriori indagini si stanno svolgenIl Floricultore
❚
foto 10
foto 11
li differenze nella crescita di erbe infestanti se non in corrispondenza di fratture superficiali.
Le foto 13 e 14 si riferiscono ad
una sperimentazione eseguita su colture di fragole. Per valutare le prestazioni meccaniche e per eseguire analisi morfologiche delle geo-membrane,
sono stati effettuati prelievi periodici di
campioni naturalmente invecchiati sul
terreno. Test di penetrazione (fig. 15)
hanno evidenziato una drastica dimi-
nuzione dello sforzo a rottura in funzione del tempo di invecchiamento dei
film; il dilavamento del plasticizzante unito al processo di biodegradazione, sono responsabili dell’irrigidimento del materiale. Questo risultato sperimentale è confermato dall’analisi morfologica eseguita su campioni non invecchiati (foto 16a) e su campioni lasciati invecchiare al suolo per 90 giorni
(foto 16b); per quest’ultimi si evidenzia una perdita sostanziale della resi- 
foto 12
foto 13
do per valutare le prestazioni termiche degli spray e le proprietà radiometriche in termini di riflessività e trasmissività nel solare e nell’infrarosso;
prove preliminari eseguite sullo spray
a base di chitosano additivato con fibre di cellulosa hanno evidenziato una
maggiore trasmissività nel solare ed
una minore trasmissività nell’infrarosso. Questo risultato è in accordo anche
con le migliori prestazioni termiche
registrate dallo stesso materiale (dati
non pubblicati).
Le foto 11 e 12 si riferiscono ad un
trattamento spray effettuato su piante
di vite nella zona adiacente alla radice. Anche in questo caso l’estirpazione
delle malerbe è inevitabilmente affidata al lavoro manuale; l’utilizzo di una
pacciamatura spray potrebbe contribuire efficacemente alla riduzione della mano d’opera; è interessante evidenziare che, dopo un mese di applicazione dello spray, non si notano sostanzia-
❚ Il Floricultore
foto 14
La pacciamatura
mediante metodologia spray potrebbe ridurre drasticamente l’impiego di
risorse umane destinate all’azione di
diserbo.
fig. 15
foto 16a
foto 16b
n. 3
❚ marzo 2011
35
Scienza & tecnica
È auspicabile che la pacciamatura spray
possa riscontrare risonanza sempre
maggiore. Allo stato attuale le migliori prestazioni, in termini di proprietà meccaniche e di rese agronomiche,
si sono riscontrate su colture protette
in serra, sia in vaso che in piena terra,
dove gli stress meccanici sono ridotti
ed i parametri micro e macro climatici
sono stabili e monitorati.
 na polimerica, in seguito all’attacco dei
batteri presenti nel terreno; le fibre di
cellulosa, più cristalline, presentano
una cinetica di biodegradazione sicuramente più lenta, garantendo in questo
modo, la loro permanenza sul terreno
per tempi più prolungati (8).
In figura 17 sono riportati i risultati agronomici relativi alla coltura di
fragole espressi come produzione di
fragole per ettaro di terreno coltivato in funzione delle diverse pacciamature utilizzate: chitosano-fibra-carbon
black (Ch/F/CB), chitosano-carbon
black (Ch/CB), polietilene nero (PE
Black). Dall’istogramma è evidente che
l’utilizzo dello spray a base di chitosano, fibre di cellulosa e carbon black esibisce i migliori risultati sia rispetto alla
pacciamatura spray in assenza di fibre,
sia rispetto alla pacciamatura classica
eseguita con film di polietilene. Tale
risultato sperimentale – osservato anche in precedenti coltivazioni orto-florovivaistiche – sembra suggerire che la
geo-membrana, oltre ad espletare la
sua azione di copertura, agisce come
supporto nutrizionale per il terreno,
implementando sia la crescita che la
produzione della pianta in esame; inoltre la presenza delle fibre migliora la
prestazione meccanica della geo-membrana sul terreno, prolungandone la
durata; questo risultato sembra essere
strettamente correlato alla resa agronomica che ne risulta positivamente
influenzata, come si evince dai dati riportati in fig. 17.
❱❱ CONCLUSIONI
Da quanto riportato si evince che
36
Marzo 2011
❚ n. 3
fig. 17
l’utilizzo di polimeri di origine naturale e la loro applicazione in attività
di pacciamatura colturale attraverso
la metodologia spray, rappresenta una
valida alternativa all’uso di plastiche di
origine petrolifera non biodegradabili.
Studi fito-tossicologici eseguiti su terreni trattati con le pacciamature preparate e testate dal nostro gruppo di ricerca, non evidenziano patologie; tale
risultato supporta ulteriormente l’ecosostenibilità ambientale dei polimeri
selezionati e delle formulazioni usate.
L’impatto ambientale è dunque nullo e
la metodologia spray, pur essendo innovativa come tecnica pacciamante, è
assolutamente conforme alle comuni
pratiche agricole utilizzate dagli operatori del settore.
È ovviamente auspicabile che la
pacciamatura spray possa riscontrare
risonanza sempre maggiore; allo stato attuale le migliori prestazioni, in
termini di proprietà meccaniche e di
rese agronomiche, si sono riscontrate su colture eseguite sotto serra, sia
in vaso che in campo, dove gli stress
meccanici sono ridotti ed i parametri
micro e macro climatici sono stabili e
monitorati.
Dal punto di vista delle proprietà
chimico-fisiche dei materiali è evidente che le geo-membrane non possono
essere confrontate con i film termoplastici: non è possibile infatti comparare
proprietà di film preformati con quelle di vernici adese al suolo! Per questo
motivo è auspicabile che normative future possano essere modulate considerando lo stato fisico del materiale: vernice e non film plastico.
BIBLIOGRAFIA DI RIFERIMENTO
(1) Langdale, G.W., West L.T., Bruce R.R.,
Miller W.P., Thomas A.W. (1992). Restoration of eroded soil with conservation tillage. Soil Technol. 5, 81±90.
(2) Lamont W. J. (1999). The use of different colored mulches for yield and
earliness. Proceedings of the New
England Vegetable and Berry Growers
Conference and Trade Show, Sturbridge, Mass. p. 299-302.
(3) Espi E., Salmeron A., Fontecha A.,
Garcıa Y., Real A.I. (2006). Plastic films
for agricultural applications. Journal of
Plastic Film & Sheeting, 22(2), 85–102.
(4) Malinconico M., Immirzi B., Santagata
G., Schettini E., Vox G., Scarascia
Mugnozza G. (2008). An overview on
innovative biodegradable materials
for agricultural applications. Progress
in Polymer Degradation and Stability,
chapter 3.
(5) B. Immirzi, M. Malinconico, G. Santagata, D. Trautz (2007). Characterization
of cellulose fibres and galactomannans
based composites for new mulching
spray technology. Acta Horticulturae, n.
801; Proceedings of the International
Symposium on High Technology for
Greenhouse System Management:
Greensys 2007, vol 1.
(6) Progetto LIFE 03ENV/IT/000377. Biodegradable Coverages for Sustainable
Agriculture. BIO.CO.AGRI.
(7) Bautista-Baños S., Hernandez-Lopez
M., Bosquez-Molina E., Wilson C.L.
(2003). Effects of chitosan and plant
extracts on growth of Colletotrichum
gloeosporioides, anthracnose levels
and quality of papaya fruit. Crop Protect. 22 1087–1092.
(8) Immirzi B., Santagata G., Vox G.,
Schettini E. (2009). Preparation,
characterization and field testing of a
biodegradable sodium alginate-based
spray mulching. Biosystems Engineering, 102, 461–472.
Il Floricultore
❚