Coordinatore: Ferdinando Pimpini
PRINCIPI TECNICO-AGRONOMICI
DELLA FERTIRRIGAZIONE
E DEL FUORI SUOLO
Testi di:
Massimo Enzo, Giorgio Gianquinto, Renzo Lazzarin,
Ferdinando Pimpini, Paolo Sambo
Coordinatore: Ferdinando Pimpini
Autori:
Massimo Enzo - Docente di “Tecniche di Coltivazione delle Specie
Orticole” Università di Padova, Tecnico Esperto in Fertirrigazione e
Fuori Suolo
Giorgio Gianquinto - Prof. Ass. Orticoltura Università di Padova
Renzo Lazzarin - Responsabile Tecnico Centro Sperimentale
Ortofloricolo “Po di Tramontana” - Veneto Agricoltura
Ferdinando Pimpini - Prof. Ord. Orticoltura e Floricoltura
Università di Padova
Paolo Sambo - Ricercatore Università di Padova
Edito da Veneto Agricoltura
Azienda Regionale per i Settori Agricolo Forestale e Agro-alimentare
Sezione Ricerca e Sperimentazione Agraria e Ittica
Agripolis - S.S. Romea, 16 - 35020 Legnaro (PD)
Tel. 049 8293711 - Fax 049 8293815
E-mail: [email protected]
Centro Sperimentale Ortofloricolo “Po di Tramontana”
Via Moceniga, 7 - 45010 Rosolina (RO)
Tel. 0426 664917 - Fax 0426 664916
E-mail: [email protected]
Realizzazione Editoriale:
Veneto Agricoltura
Settore Divulgazione Tecnica e Formazione Professionale
Via Roma, 34 - 35020 Legnaro (Pd)
Tel. 049 8293920 - Fax 049 8293909
E-mail: [email protected]
Coordinamento Editoriale:
Isabella Lavezzo, Carolina Pelella
Volume realizzato nell’ambito del progetto “Il Fuori Suolo: una potente tecnologia in grado
di migliorare l’impatto ambientale e la qualità intrinseca delle produzioni orticole”
Azione Comunitaria Leader II GAL Delta Po
GAL
Delta Po
È consentita la riproduzione di testi, tabelle, grafici, etc., previa autorizzazione
da parte di Veneto Agricoltura, citando gli estremi della pubblicazione.
Finito di stampare nel mese di ottobre 2001
presso Tipografia Garbin - Padova
Indice
Presentazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Premessa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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PARTE PRIMA Descrizione, funzioni e caratteristiche dei mezzi di coltura . . .
Terreno agrario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Granulometria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Struttura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Soluzione circolante e potere adsorbente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Salinità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Acqua nel terreno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Costanti idrologiche e loro determinazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Metodi di misura dell’umidità e del potenziale dell’acqua nel terreno .
Substrati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Requisiti generali di un substrato ideale ed esigenze delle colture . . . . . . . . .
Materiali per la costituzione di un substrato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Terreni e terricci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Terreno agrario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Terra di brughiera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Terra di bosco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Terriccio di bosco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Terriccio di foglie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Materiali organici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Torba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Corteccia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Segatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Trucioli di legno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fibra di cocco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Letame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Paglia, Pula di riso (Lolla), Stocchi e Tutoli di mais . . . . . . . . .
Prodotti ottenuti da compostaggio di matrici organiche
derivate da scarti aziendali o raccolta differenziata di rifiuti
urbani o industriali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Altri materiali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Materiali inorganici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sabbia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pomice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Tufi vulcanici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Lapilli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Vermiculite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Perlite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Argilla espansa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Lana di roccia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zeoliti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Sirlite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Materiali sintetici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Polistirolo espanso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Schiuma di Urea-Formaldeide (Hygromull) . . . . . . . . . . . . . . .
Poliuretano espanso o schiuma poliuretanica . . . . . . . . . . . . . .
Resine a scambio ionico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Preparazione dei miscugli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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63
63
63
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64
64
PARTE SECONDA Aspetti chimici e fisiologici della nutrizione . . . . . . . . . . . . . 69
Elementi di chimica utili per la gestione dell’irrigazione fertilizzante . . . . . . . . . . . . 71
Materia, elementi, composti, atomi e molecole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Moli e peso molare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Elettroliti, ioni e dissociazione ionica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Legami chimici, valenza e numero di ossidazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Soluzioni e loro proprietà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Solubilità e precipitazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
pH e potere tampone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Osmosi, pressione osmotica ed elettroconducibilità . . . . . . . . . . . . . . 83
Composti chimici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
Ossidi e Idrossidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
Anidridi e Acidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Sali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
Sostanze chelanti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
Le reazioni chimiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Reazioni di combinazione o di sintesi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Reazioni di decomposizione o di analisi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Reazioni di sostituzione semplice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
Reazioni di doppia sostituzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
Le reazioni di ossidoriduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
Stechiometria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
Assorbimento di nutrienti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Macroelementi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Azoto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Potassio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Fosforo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
Calcio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
Magnesio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
Zolfo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
Microelementi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Ferro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Cloro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Sodio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Manganese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Boro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Zinco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Rame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
Molibdeno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
Meccanismi di assorbimento, sinergie e antagonismi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
PARTE TERZA Caratteristiche e preparazione della soluzione nutritiva . . . . . .
Soluzioni nutritive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Considerazioni preliminari al calcolo della composizione della soluzione . . .
Successione degli interventi per la formulazione delle soluzioni . . . . . . . . . .
Verifica analitica dell’acqua, del terreno e del substrato . . . . . . . . . . .
105
107
107
108
108
Neutralizzazione dei bicarbonati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Correzione dell’acqua con concimi, acidi e/o basi per la formulazione
delle soluzioni nutritive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Esempio di calcolo della soluzione nutritiva per colture in fuori suolo . . . . . .
Esempio di calcolo della soluzione nutritiva per colture su terreno . . . . . . . .
Verifica dei parametri e calcolo delle soluzioni nutritive concentrate . . . . . . .
Correzioni della soluzione nutritiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Trattamenti disinfettanti alla soluzione nutritiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
110
112
117
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134
136
PARTE QUARTA Descrizione dell’impiantistica e dei principali sistemi di fuori suolo 141
Componenti principali di un impianto di fertirrigazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
Dispositivi di pompaggio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
Condotte principali di adduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
Dispositivi di filtraggio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
Dispositivi di dosaggio del fertilizzante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
Dispositivi di erogazione della soluzione nutritiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
Dispositivi di controllo dei turni irrigui . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
Principali sistemi di coltivazione fuori suolo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
Sistemi di coltivazione senza substrato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
NFT (Nutrient Film Technique) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
Aeroponia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
Floating system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
Sistemi di coltivazione su substrato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
Altri sistemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
GFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
Flusso e riflusso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
Manutenzione degli impianti di fertirrigazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
PARTE QUINTA Modalità e interventi per la gestione della soluzione nutritiva
Modalità e interventi per la gestione della soluzione nutritiva . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aspetti generali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Determinazione della giornata irrigua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Determinazione del numero degli interventi fertirrigui . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Determinazione del volume per intervento fertirriguo . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Influenza del volume, numero di interventi irrigui e giornata irrigua sui
parametri base della soluzione nutritiva e gestione della coltura . . . . . . . . . .
EC elevata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
EC bassa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
pH elevato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
pH basso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Gestione idrico-nutrizionale di una coltura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Osservazione e valutazione delle risposte della pianta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
183
185
185
186
188
191
193
194
195
195
196
196
197
Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
Presentazione
Tra i compiti istituzionali affidati a Veneto Agricoltura, la ricerca e la sperimentazione
occupano un ruolo predominante al fine di fornire l’innovazione dei settori agricolo,
forestale e agro-alimentare del Veneto.
In questi ultimi anni notevole è stato l’impegno profuso in tali settori con progetti
rientranti nell’iniziativa comunitaria “Leader II”, attraverso una stretta
collaborazione con i rispettivi GAL (Gruppi di Azione Locale), di riferimento
territoriale.
Con la pubblicazione “Principi tecnico-agronomici della fertirrigazione e del fuori
suolo”, Veneto Agricoltura intende divulgare le conoscenze e le esperienze acquisite
in uno di tali progetti, per fornire agli operatori del settore un utile strumento di
consultazione per l’adozione di tecniche colturali innovative, soprattutto nei comparti
orticolo e floricolo.
Nell’epoca attuale è infatti molto sentita dai tecnici e dagli imprenditori ortofloricoli
la necessità di qualificare e differenziare le proprie produzioni, contenendone, se
possibile, i costi in un’ottica di salvaguardia dell’ambiente. E’ quindi compito di
Veneto Agricoltura fornire strumenti conoscitivi in grado di accelerare tali processi,
favorendone una tempestiva divulgazione.
Un ringraziamento particolare va a tutti coloro che hanno collaborato, a vario titolo,
nella realizzazione del progetto e nella preparazione della pubblicazione.
Il Direttore Generale
di Veneto Agricoltura
Francesco Farina
L’Amministratore Unico
di Veneto Agricoltura
Giorgio Carollo
7
Premessa
Questo manuale intende colmare una esigenza molto sentita di riunire in un unico
lavoro le principali informazioni necessarie ad una corretta gestione delle tematiche
afferenti alla fertirrigazione e al fuori suolo.
Tali pratiche, in sensibile aumento, si dimostrano perfettamente in linea con le
problematiche di eco-compatibilità delle produzioni ma abbisognano, tuttavia, di
essere condotte con professionalità per esaltarne, al massimo, gli indubbi vantaggi.
La pubblicazione accompagna dunque l’operatore verso la conoscenza dei
fondamenti di queste tecniche con particolare riferimento agli aspetti legati all’azione
dei principi nutritivi e del loro assorbimento da parte delle piante, dell’influenza
determinata dalle caratteristiche dell’acqua di irrigazione e dei substrati di
coltivazione, dei fabbisogni della coltura nelle varie fasi fenologiche, dei rapporti con
i quali devono essere distribuiti i nutrienti.
Le interazioni che scaturiscono dal complesso di tali conoscenze trovano significativi
momenti di sintesi operativa nei capitoli relativi alle soluzioni nutritive e agli
interventi necessari alla gestione delle stesse che consentano di guidare correttamente
il produttore lungo un percorso altrimenti non del tutto agevole.
Riteniamo che il presente elaborato soddisfi appieno le premesse e possa costituire un
valido supporto a quanti intendono orientarsi verso questi approcci innovativi.
Il Direttore della
Sezione Ricerca e Sperimentazione
Giovanni Chillemi
8
INTRODUZIONE
Enzo M., Pimpini F.
La tecnica dell’irrigazione fertilizzante o fertirrigazione si basa sulla miscelazione e
distribuzione di fertilizzanti con le acque di irrigazione.
La fertirrigazione integrale, che prevede la totale esclusione della tradizionale
concimazione chimica, permette di esaltare al massimo il concetto di nutrizione della
pianta anziché di semplice fertilizzazione. Infatti gli apporti di nutrienti nelle varie fasi
fenologiche, accuratamente valutati in base alle effettive necessità della pianta,
consentono di ottimizzare l’assimilazione da parte della specie coltivata. L’efficienza
dell’apporto dei nutrienti è determinata dal corretto equilibrio quanti-qualitativo di
macro e micro-elementi, dall’influenza degli stessi sulla elettroconducibilità, dalla
reazione delle soluzioni nutritive oltre che dalle modalità ed epoche di distribuzione.
L’approccio verso tale pratica di concimazione innovativa non è sempre facile in
quanto vengono rivoluzionati alcuni concetti della tecnica tradizionale. Infatti, nella
concimazione tradizionale, per il calcolo degli elementi nutritivi da distribuire alla
coltura, è necessario considerare la storia agronomica del terreno, la sua dotazione di
nutrienti, i fabbisogni della coltura, gli obiettivi produttivi, le successioni colturali,
nell’ottica di una restituzione al terreno delle quote asportate, al fine di preservarne nel
tempo la fertilità. Questa tecnica, pur essendo fondata su principi agronomicamente
corretti, non tiene in considerazione che gli apporti, non sempre corrisponderanno alle
esigenze effettive della pianta, in quanto la disponibilità degli elementi difficilmente
potrà essere in linea con i ritmi di crescita ed assorbimento della stessa, inoltre non
permette flessibilità nella gestione della nutrizione della pianta.
L’irrigazione fertilizzante, invece, si sottrae a queste problematiche e si pone come
obiettivo la determinazione pressoché giornaliera dei consumi idrici e nutrizionali
e quindi dei relativi apporti da fornire alla pianta, allevata in piena aria o in
ambiente protetto.
9
I presupposti per una corretta
ed efficiente gestione della
fertirrigazione possono essere
individuati nella conoscenza
dei principali principi nutritivi
e del loro assorbimento da
parte delle piante, dei fattori
climatici che influiscono
nell’assorbimento di acqua e
nutrienti, delle caratteristiche
chimiche, fisiche e biologiche Fig. 1 – Fertirrigazione su suolo
dell’acqua di irrigazione, dei
terreni e/o substrati di coltivazione, dei fabbisogni della coltura nelle varie fasi
fenologiche e dei rapporti con i quali devono essere apportati i nutrienti, delle
caratteristiche degli impianti di irrigazione, di miscelazione e distribuzione delle
soluzioni fertilizzanti. Il complesso di tali conoscenze dovrà portare alla formulazione
della più idonea gestione degli interventi e dei relativi volumi per intervento, al fine di
garantire alla pianta condizioni ottimali.
Tra queste, particolare importanza
rivestono la elettroconducibilità e la
reazione della soluzione circolante nel
terreno e/o substrato, strettamente
legate ai sali in essa disciolti e alla
disponibilità idrica. La attenta
osservanza dei presupposti ricordati
consente di realizzare una serie di
vantaggi di ordine tecnico-agronomico
e operativo.
Sotto il profilo tecnico-agronomico si
ricordano: aumentata efficienza dei
fertilizzanti, dovuta alla costante
disponibilità degli elementi nutritivi nel
tempo e nello spazio, riduzione delle
Fig. 2 – Fertirrigazione fuori suolo
(foto Perlite Italiana s.r.l.)
10
perdite per dilavamento ed insolubilizzazione che si traduce in minori quantitativi
impiegati, scarso accumulo di sali o residui salini nel terreno e/o substrato, crescita e
sviluppo più equilibrati della pianta che risulta anche più resistente nei confronti di
fitopatie e fisiopatie, con ovvio miglioramento della produzione che garantisce
costanza dei parametri qualitativi sempre più richiesta dal mercato, gestione più
razionale dell’intervento irriguo, allungamento del ciclo colturale in alcune specie (es.
pomodoro, peperone, zucchino), possibilità di razionalizzare la gestione della
coltivazione integrata, sviluppare e migliorare l’applicazione delle tecniche di fuori
suolo, rapidità nel soddisfare le mutevoli richieste del mercato e nell’applicazione di
nuove tecnologie.
Sotto il profilo operativo è opportuno segnalare il risparmio di manodopera in quanto,
in uno stesso momento, si praticano due interventi colturali con la possibilità della
meccanizzazione integrale, con regolazione automatica della gestione dell’irrigazione e
della fertilizzazione.
Sulla base delle considerazioni sopra riportate, verranno di seguito esaminati gli aspetti
principali per poter giungere ad una corretta formulazione e successiva gestione della
soluzione fertilizzante, da impiegare in terreno (fertirrigazione) o in fuori suolo.
11
12
PARTE PRIMA
Descrizione, funzioni e caratteristiche
dei mezzi di coltura
TERRENO AGRARIO
Gianquinto G., Pimpini F.
Terreni e substrati rappresentano i mezzi che devono garantire l’ancoraggio per
l’apparato radicale e soddisfare, nello stesso tempo, le esigenze idriche e nutrizionali
della pianta.
Al fine di avere una visione sufficientemente dettagliata tra i diversi tipi di terreno
agrario, sembra opportuno esporre sinteticamente alcune delle caratteristiche che li
contraddistinguono.
Granulometria
La tessitura o grana o granulometria indica la costituzione della parte solida di un
terreno espressa come rapporto in peso tra le particelle elementari di diversa grossezza
che lo compongono. La tessitura viene quindi definita sulla base del contenuto in
sabbia, argilla e limo e, dal momento che queste frazioni granolumetriche sono
presenti in proporzioni diverse, i terreni prenderanno denominazioni tali da far
intendere quale/i risultano prevalenti.
Fig. 3 – Tipi diversi di terreno coltivati ad aglio (da sin: sabbioso, torboso, argilloso).
15
Nei terreni leggeri, caratterizzati da elevata dotazione di sabbia, si osservano le perdite
più consistenti di azoto e potassio per dilavamento oltre ad una rapida degradazione e
mineralizzazione della sostanza organica. In quelli pesanti, invece, dove prevalgono
argilla e limo, si riscontra difficoltà di mobilitazione dei nutrienti, in particolare
fosforo e potassio oltre ad umificazione della sostanza organica.
La tessitura del terreno è una caratteristica difficilmente modificabile dall’agricoltore
che può agire soltanto nel caso particolare di terreni che presentano strati caratterizzati
da granulometria diversa che possono essere rimescolati con arature profonde, oppure,
nel caso di superfici modeste, interessate da colture ricche, con apporto e
rimescolamento di sabbia. In ogni caso la conoscenza della tessitura del terreno dovrà
consigliare la più opportuna tecnica agronomica.
Struttura
La struttura indica il modo in cui, singole particelle o aggregati delle stesse, sono
disposti spazialmente. Le diverse tipologie strutturali forniscono indicazioni relative ai
rapporti fra parte solida e porosità e permettono di stabilire, con larga approssimazione,
il grado di fertilità dei terreni, in relazione alla più o meno facile circolazione di aria e
acqua nel loro interno. In un terreno ben strutturato e pertanto con buone attitudini
colturali, il 50% del suo volume è costituito da materiale solido (circa il 97% del suo
peso da sostanze minerali e il resto da sostanze organiche) e l’altro 50% da vani vuoti
(dove si propagano le radici, vivono i microrganismi e avvengono i movimenti liquidi e
gassosi indispensabili per la vita delle piante). In condizioni ottimali di umidità, circa il
50% degli spazi vuoti (micropori) sono occupati dall’acqua e la quota rimanente
(macropori) è disponibile per l’aria. L’assieme di questi spazi vuoti rappresenta la
porosità totale. Alla capacità di campo, il rapporto tra fase liquida e fase gassosa,
ottimale per lo sviluppo e la produttività delle colture, è compreso fra 1.0 e 1.5.
Nel caso sussista la necessità di migliorare la struttura del terreno si possono impiegare
sostanze ammendanti di varia natura che, nei casi più semplici, possono essere
rappresentate da argilla e sabbia (es. colmate nei terreni di bonifica), ma più
frequentemente da materiale organico (es. letame, residui colturali, ecc.). A volte
possono essere impiegati sali di calcio, l’ossido di calcio e le marne calcaree che
favoriscono la cementazione e la coagulazione delle particelle più grossolane e delle
argille (sotto forma di umato di calcio).
16
Soluzione circolante e potere adsorbente
La soluzione circolante nel terreno, se considerata nella sua continua interazione con
la fase solida, riveste un ruolo di fondamentale importanza per la vita della pianta,
poiché in grado di fornire elementi nutritivi in determinati rapporti e concentrazioni
unitamente all’acqua. La soluzione circolante però, per una serie di fattori (pioggia,
irrigazione, lavorazioni, concimazioni, temperatura, attività microbiologica,
assorbimento della pianta), potrebbe trovare modificate, anche in modo drastico, le sue
caratteristiche, tanto da non essere più idonea al rifornimento idrico e nutrizionale. Il
verificarsi di una tale situazione è ovviata dalla presenza della fase solida che è dotata
della importantissima proprietà rappresentata dalla capacità di scambio ionico. Per tale
caratteristica, tra le due fasi del terreno, si ristabilisce continuamente l’equilibrio tra
cationi e anioni, in qualche modo alterato, attraverso i processi che prevedono il
passaggio degli stessi dalla fase liquida alla fase solida (adsorbimento) e viceversa
(desorbimento). La capacità che i terreni possiedono nel fissare determinati ioni,
impedendo la formazione di eccessi di salinità e il dilavamento, è conosciuta con il
nome di potere adsorbente. Questa proprietà è legata alla presenza di colloidi organici
(humus) e minerali (complesso delle argille) in grado di trattenere e cedere determinati
cationi (Na+, NH4+, K+, Fe2+, Ca2+, Mg2+, ecc.) e anioni (PO43-, H2PO4-, Cl-, SO42ecc.); nel primo caso si parla di Capacità di Scambio Cationico (CSC), nel secondo di
Capacità di Scambio Anionico (CSA), entrambe espresse in milliequivalenti fissati da
100 g di terreno (meq per 100 g). In generale, però, si fa riferimento alla sola CSC.
L’adsorbimento anionico riveste importanza agronomica soprattutto per il fosforo, che
può essere o adsorbito o insolubilizzato. Il primo caso si verifica in presenza di
polimeri di ferro e alluminio, di umato di calcio e di argille; il secondo avviene per
combinazione con ferro o alluminio in condizioni di pH acido o con calcio in pH
alcalino. Un altro anione di notevole importanza agronomica è l’ NO3- che però sfugge
al potere adsorbente del terreno.
Alla Capacità di Scambio del terreno è direttamente collegato il potere tampone, che
rappresenta la “resistenza” a rapide variazioni dei valori di pH, di cui si farà
riferimento in seguito.
17
pH
La reazione della soluzione circolante nel terreno o pH influenza sensibilmente le
condizioni di abitabilità e nutrizione e può assumere teoricamente valori che oscillano
da 0 a 14. Nel terreno agrario però i valori estremi non sono praticamente riscontrabili
e la classificazione sulla base dei valori di pH è riportata in tab. 1.
Tab. 1 – Classificazione del terreno agrario sulla base dei valori di pH.
Classificazione
fortemente acidi
acidi
sub-acidi
neutri
sub-basici
basici
alcalini
Valori
< 5.5
5.5 – 6.0
6.0 – 6.8
6.8 – 7.3
7.3 – 8.0
8.0 – 8.5
> 8.5
I valori di pH sono direttamente influenzati da una serie complessa di fattori, legati alla
natura stessa del terreno. In tale contesto si osserva che, quando si opera per modificare
in qualche modo la reazione, questi fattori restano sempre attivi e tendono a riportare la
reazione al valore originario. Questa attività è denominata “potere tampone”. In molti
terreni, è talmente forte da impedire qualunque variazione del pH a medio-lungo
termine. Nel Veneto orientale, ad esempio, il trasporto da parte dei fiumi e la successiva
sedimentazione di materiali derivanti dalla disgregazione delle rocce dolomitiche e
calcaree hanno dato origine alle attuali pianure con terreni di tipo alluvionale. Questi
sono così ricchi di carbonati che nemmeno il totale delle precipitazioni piovose acide
di un secolo sarebbe in grado di mutare la reazione attuale.
Nei confronti del pH, le piante possiedono diversa attitudine intrinseca a vivere in
condizioni diversificate. Ciò consente all’agronomo di poter scegliere le colture più
adatte all’ambiente in cui si trova ad operare e, nel caso si abbia la possibilità di
conoscere la vegetazione spontanea, si può dedurre, con buona approssimazione, il pH
del terreno. Ogni specie vegetale, pertanto, predilige un determinato valore di pH ma,
la maggior parte di esse, è in grado comunque di adattarsi a valori compresi tra 5.5 e
8.2. Per quel che concerne le colture orticole, si può affermare che livelli di pH
compresi tra 6.0 e 7.5 sono i più idonei a garantire crescita e sviluppo equilibrati,
18
mentre nel caso delle ornamentali, vi è un ampio numero di specie che predilige
condizioni di pH acido o fortemente acido (Tab. 2).
Tab. 2 – Valori preferenziali del pH (in acqua) per le principali specie orticole ed ornamentali (da AA.VV.).
pH
Specie
5.5-6.5
5.5-7.0
6.0-7.0
6.0-7.5
6.5-7.5
Orticole:
Anguria, Fragola
Cavolo rapa, Cetriolo, Melanzana, Peperone, Prezzemolo, Zucchino
Carota, Cicorie, Cipolla, Fagiolo, Lattuga, Pomodoro, Ravanello, Spinacio
Cavolfiore, Cavolo cappuccio, Melone, Sedano, Zucca
Asparago, Basilico, Bietola da orto
4.5-5.5
4.5-6.5
5.0-5.5
5.0-6.0
5.0-6.5
5.5-6.0
5.5-6.5
6.0-6.5
6.0-7.0
6.0-7.5
6.5-7.5
Ornamentali:
Erica, Gardenia
Ortensia
Azalea, Rododendro
Bromeliacee, Ficus elastica, Fucsia
Anthurium, Caladium, Dieffenbachia, Orchidee, Philodendron, Pothos
Felci
Cactacee, Ciclamino, Gerbera, Poinsettia, Asparagus plumosus
Geranio (Pelargonium spp.), Saintpaulia
Bouganvillea, Calla, Freesia
Cineraria, Crisantemo, Strelitzia
Asparagus sprengeri, Garofano, Giacinto, Rosa
Interessante appare inoltre ricordare che il pH influenza in modo accentuato la
fertilità chimica del terreno. Nella soluzione circolante, infatti, dalla quale la pianta
assorbe gli elementi nutritivi, si svolgono i principali fenomeni chimici, che possono
portare a gradi diversi di disponibilità dei nutrienti in essa presenti, in relazione ai
valori della sua reazione. A questo proposito, si rimanda alla Fig 4 a.b.c. dove è
riportata la relazione tra i valori di pH ai quali si riscontra un migliore assorbimento
dei principali elementi nutritivi in terreni minerali, substrati organici e nella soluzione
nutritiva (colture fuori suolo).
19
Fig. 4 – Influenza del pH sulla disponibilità dei nutrienti in substrati diversi (A e B) e in soluzione
nutritiva (C).
A) Terreno organico
B) Terreno minerale
C) Soluzione nutritiva
La correzione del pH nei terreni acidi può essere realizzata con l’impiego di: concimi
che non apportino ulteriore acidità al terreno (es. nitrato di calcio, nitrato di sodio,
calciocianamide, urea, nitrato ammonico, scorie di defosforazione, fosfati basici,
salino potassico, ceneri, kainite); calcitazioni con calce viva (ossido di calcio), calce
spenta (idrato di calcio), calcare finemente macinato (carbonato di calcio più o meno
puro), marne calcaree, dolomite (carbonato di calcio e magnesio); irrigazioni per
sommersione, meglio se con acque dure, ricche di carbonati di calcio e di magnesio.
La correzione del pH nei terreni basici, per eccesso di calcare, è piuttosto difficile da
realizzare; il ricorso a correttivi acidi come zolfo e acido solforico risultano efficaci
ma troppo costosi. Nei terreni orticoli di superfici modeste potrebbe essere
interessante l’apporto di torba.
Salinità
La caratterizzazione della salinità del terreno si è basata, per lungo tempo, sulla
determinazione del contenuto salino espresso come percentuale del peso totale. Tale
sistema non sembrava però del tutto esaustivo, in quanto, tra i diversi sali disciolti,
permetteva di distinguere, al massimo, il carbonato di sodio dagli altri.
Indipendentemente da questo inconveniente, sotto il profilo operativo, ciò che
interessa conoscere, non è rappresentato dal contenuto di sali solubili presenti nel
terreno, ma dalla pressione osmotica determinata dagli stessi.
20
Al fine di ovviare a tale imprecisione, pertanto, si fa riferimento alla determinazione
della elettroconducibilità o conducibilità elettrica (EC) dell’estratto saturo del terreno,
indice strettamente correlato con la pressione osmotica.
L’ apparato radicale del vegetale, infatti, assorbe l’acqua e i nutrienti che gli sono
necessari per osmosi dalla soluzione circolante. Tale fenomeno fisico si verifica
tra due soluzioni a diversa concentrazione salina separate da una membrana
semipermeabile assimilabile a quella che avvolge i peli radicali. In tale situazione,
dalla soluzione meno concentrata, il liquido attraverserà questa membrana fino a
portare le due soluzioni alla stessa concentrazione. Le due soluzioni avranno
pertanto raggiunto la stessa pressione osmotica il che equivale a dire la stessa
“salinità”. Pertanto, tanto più elevata sarà la salinità della soluzione circolante del
terreno, tanto più difficoltoso risulterà il passaggio di questa all’interno della
pianta (assorbimento). Nel caso di valori di pressione osmotica eccessivamente
alti, in presenza di temperatura ambiente elevata, si può giungere alla
devitalizzazione della pianta per disidratazione della stessa. Indubbiamente la
misura della EC fornisce un dato più attendibile per la valutazione della salinità
del terreno rispetto alla percentuale in peso dei sali presenti nello stesso. Tale
determinazione non è però da considerare del tutto soddisfacente poiché non
consente di trarre indicazioni sulla qualità dei sali, infatti non è possibile stabilire
se la salinità è data da un sale “utile”, come ad esempio il nitrato di calcio, o
“dannoso” come il cloruro di sodio. E’ chiaro quindi che un valore di
elettroconducibilità pari a 1000 mS cm-1, se fornito prevalentemente da sali di
sodio, conduce ad un giudizio completamente diverso nei confronti dello stesso
valore di EC derivato da altri sali.
La conoscenza della salinità di un terreno rappresenta, pertanto, un elemento
importante per valutare le potenzialità agricole dello stesso e per considerare gli
interventi più opportuni per un possibile miglioramento. Per una più ampia e completa
valutazione di tale problematica è necessario conoscere un altro parametro,
rappresentato dalla Percentuale di Sodio Scambiabile (PSS) [Exchangeable Sodium
Percentage (ESP)] presente nel complesso assorbente del terreno. Tale valore è ricavato
dal rapporto percentuale tra la quantità di Na+ e la CSC. A titolo di esempio si ricorda
che quando la CSC di un terreno è pari a 20 meq e il sodio è presente con 2 meq, la
percentuale di sodio scambiabile è pari a 10. I valori della EC e PSS, unitamente a
quelli di pH consentono di classificare i terreni come riportato nella tab. 3.
21
Tab. 3 – Influenza della salinità e della presenza di sodio nella individuazione di tipologie diverse di
terreno (U.S. Reg. Salinity Lab. Riverside).
Terreni
Alcalini non salini
Salini-alcalini
Salini
EC
(mS cm-1)
< 4
> 4
> 4
PSS
(%)
> 15
> 15
< 15
pH
>
<
<
8.5
8.5
8.5
Il particolare riferimento al sodio viene riportato, in questa sede, per accentuare la
drastica influenza negativa che tale elemento esercita sulla vita della pianta. Infatti è
tossico, interferisce con l’assorbimento di altri ioni, innalza i valori del pH in modo
molto accentuato (> 8.5), provoca deflocculazione dell’argilla, con conseguente
deterioramento della struttura del terreno, che si presenta duro, impermeabile,
asfittico, facendo perdere allo stesso una delle due funzioni fondamentali che è
rappresentata dalla abitabilità. L’accumulo di sali di Na, soprattutto in terreni non
drenati in modo sufficiente e con falda freatica superficiale, porta rapidamente
all’aumento della salinità e, quando la presenza di cationi di Ca e Mg è scarsa, al
problema della salinità si aggiunge quello della alcalinizzazione. Per correggere gli
inconvenienti del Na, tra gli interventi, si possono consigliare abbondanti irrigazioni
per aspersione, con turni larghi, in terreni molto ben drenati.
Appare doveroso ricordare che la presenza di sali solubili nel terreno, provenienti dalla
sua dotazione, dalla falda freatica, dalle acque di irrigazione o dalle concimazioni, è
essenziale per la nutrizione delle piante.
Scarsa presenza di sali solubili denota una insufficiente capacità da parte del terreno di
fornire elementi nutritivi, mentre un contenuto troppo elevato può provocare problemi alla
sopravvivenza delle piante stesse. Infatti, l’abbondante presenza di sali disciolti o
comunque solubili nell’acqua del terreno, provoca un aumento della pressione osmotica
della soluzione che, oltre un certo limite, come poco sopra riportato, determina
l’impossibilità di assorbire acqua e nutrienti da parte delle piante. L’eccesso di sali, oltre
ad agire sull’innalzamento della pressione osmotica della soluzione circolante nel terreno,
provoca anche squilibrio nutrizionale e tossicità di alcuni ioni, in particolare Na, Cl e B.
Per il sodio si è già riferito; nei confronti del Cl vengono riportati effetti fitotossici con
concentrazioni nella soluzione del terreno intorno a 700 mg L-1 nelle specie sensibili
(es. fagiolo) e 2.800-3.500 mg L-1 nelle specie tolleranti (es. spinacio, lattuga, bietola),
per quanto riguarda il boro si rimanda alla tab. 4.
22
Tab. 4 – Tolleranza di alcune colture orticole alla presenza di boro nel terreno o nell’acqua di irrigazione
(da Bianco e Pimpini, 1990 modificata).
Tolleranti
(fino a 4 mg L-1)
Asparago, Bietola da orto,
Cipolla, Cavolo cappuccio,
Lattuga, Carota
Semitolleranti
(fino a 2 mg L-1)
Patata, Pomodoro, Ravanello,
Pisello, Peperone, Zucchino
Sensibili
(fino a 1 mg L-1)
Fagiolo
La diversa tolleranza alla salinità delle specie orticole e ornamentali viene riportata in
tab. 5.
Tab. 5 – Tolleranza di alcune colture orticole e ornamentali alla salinità del terreno: i limiti indicati
rappresentano i livelli di salinità (mS cm-1) a cui non si sono osservate riduzioni di produzione (da AA.VV.).
Sensibili
(1.0 – 1.2)
Orticole:
Carota,
Fagiolo,
Fagiolino,
Fragola,
Pisello,
Cipolla,
Ravanello
Ornamentali:
Felci, Erica,
Orchidee
epifite,
Anthurium,
Camellia,
Gardenia,
Marantha
Moderatamente
sensibili
(1.3 – 2.0)
Leggermente
sensibili
(2.2 – 3.5)
Moderatamente
tolleranti
(4.0 – 5.2)
Tolleranti
Fava, Lattuga,
Peperone,
Spinacio,
Patata, Porro,
Cavolo
cappuccio,
Cavolfiore,
Cavolo rapa,
Sedano
Cocomero,
Melone,
Cetriolo,
Melanzana,
Pomodoro,
Carciofo,
Cavolo broccolo,
Zucca
Bietola da orto,
Zucchino,
Cavoli da foglia
Asparago
Bromeliacee,
Ciclamino,
Aphelandra,
Calceolaria,
Gloxinia,
Petunia,
Poinsettia,
Rosa, Tagete,
Zinnia
Aralia, Edera,
Cineraria,
Crisantemo,
Ficus, Geranio,
Ortensia
(> 5.5)
23
Per la maggior parte delle colture, la EC dell’estratto saturo del substrato, non
dovrebbe superare 1.5-2.5 mS cm-1.
La tolleranza delle singole specie alla salinità varia anche in relazione allo stadio di
accrescimento della pianta e all’equilibrio tra i diversi elementi nutritivi. Durante la
germinazione o la radicazione delle talee, si osserva generalmente la maggiore
sensibilità.
La messa a coltura dei suoli salini è più difficile nei terreni limosi e argillosi che in
quelli sabbiosi. La correzione della salinità, oltre a quanto già riferito per il sodio,
prevede i seguenti interventi: dilavamento, apprestamento di una efficiente rete per lo
sgrondo delle acque con scoline e drenaggio sotterraneo, adozione di appropriate
tecniche colturali.
Per quanto riguarda il dilavamento si possono considerare: irrigazioni per
sommersione, aspersione, infiltrazione laterale da solchi o altro metodo gravitazionale,
con turni ampi e volumi elevati. Oltre a questi interventi, sussiste la possibilità di
distribuire sostanze chimiche (correttivi dell’alcalinità), più o meno costose, in grado
di favorire l’allontanamento del sodio con le acque di scolo, spostandolo dal
complesso adsorbente come ad esempio: acido solforico, cloruro di calcio, solfato di
calcio (gesso), solfo, solfato di ferro, solfato di alluminio. Appare evidente che, in tutti
questi casi, si dovrà sempre operare in terreni dotati di ottima rete scolante.
Sotto il profilo agronomico sarà doveroso impiegare concimi fisiologicamente acidi
(es. solfato ammonico) o a reazione acida (es. perfosfato minerale che, inoltre,
contiene anche intorno al 30% di gesso). Buono sembra anche l’impiego di nitrato
ammonico, per il suo discreto contenuto di gesso. Indipendentemente dal tipo di
concime, interessante potrebbe risultare la concimazione potassica, poiché il potassio
interferisce nell’assorbimento del sodio da parte della pianta. Buona pratica è
rappresentata dall’apporto di materia organica che, una volta mineralizzata, libera
nitrati, solfati e carbonati, in grado di rimuovere il sodio.
24
Acqua nel terreno
Nel terreno, l’acqua si trova allo stato liquido, gassoso e, a volte, anche solido. La
frazione liquida e/o ghiaccio raggiunge facilmente il 30-50% del peso del terreno,
mentre la quantità complessiva di vapore acqueo raramente supera i 5 g m-3. La fase
liquida riveste il ruolo più importante poiché in essa si svolgono gran parte dei
numerosi processi chimici, fisici e biologici più favorevoli alla vita delle piante. Il
complesso di tali fenomeni avviene nel modo migliore quando, in linea di massima, la
macroporosità del terreno è occupata dalla fase aeriforme e la microporosità dalla fase
liquida. L’acqua non è mai pura, ma contiene numerose sostanze, disciolte in
combinazione tale da superare spesso la concentrazione di 25 mg L-1, tra le quali: Na,
Ca, Cl, Mg, K, NH4, HCO3, CO4 ed NO3, oltre a qualche sostanza organica e gassosa
(N2, O2, CO2). La concentrazione della soluzione circolante nel terreno è sottoposta a
variazioni continue nel tempo, provocate dall’apporto di acqua naturale (piogge) o
artificiale (irrigazioni) o dalla evaporazione che tende a concentrare la soluzione e a
trasportare i soluti negli strati più superficiali.
La soluzione circolante non è contenuta nel terreno come in un qualsiasi recipiente,
poiché il terreno può essere considerato un corpo poroso particolare per la presenza di
sostanze colloidali, accompagnate da particelle organiche o inorganiche, la cui
composizione, dimensione e assestamento determinano molte delle sue proprietà. Tali
particelle che costituiscono la cosiddetta matrice possiedono basso grado di solubilità,
ad eccezione di alcune (es. calcite e gesso), generalmente sono idrofile e l’acqua
aderisce ad esse in modo più o meno intenso. L’area della superficie solida a cui
aderisce l’acqua varia molto in relazione alla tessitura; infatti, nel terreno argilloso può
essere circa 1000 volte superiore a quella di un terreno sabbioso.
Le forze di adesione tra la fase liquida e quella solida del terreno influenzano
notevolmente i movimenti e la ritenzione dell’acqua nel suolo. A tali fenomeni
partecipano numerosi fattori legati a:
1) caratteristiche della fase solida e ai tipi di legame chimico tra questa e la fase
liquida;
2) concentrazione salina della soluzione circolante;
3) pressione esercitata dal peso del terreno sovrastante e da altri carichi esistenti in
superficie;
4) forza di gravità.
Nel terreno, quindi, l’acqua è trattenuta contro le forze che tendono ad asportarla, tra
25
le quali la stessa azione delle piante. Pertanto essa si trova in uno stato di tensione. Per
spostare l’acqua da un punto a un altro è quindi necessario vincere le resistenze che si
oppongono a questo spostamento e spendere energia compiendo un lavoro.
Questo lavoro rappresenta il potenziale idrico totale (ψt) che comprende diverse
componenti, tra cui le più importanti sono quelle matriciale, osmotica e gravitazionale:
ψt = ψm + ψo + ψg
Il potenziale matriciale (ψm) è legato a due meccanismi strettamente dipendenti dal
tipo di matrice solida: capillarità e imbibizione colloidale. La componente matriciale
è quindi strettamente condizionata dall’adesione dell’acqua sui solidi e, per quanto
riguarda la manifestazione capillare, è funzione del diametro dei pori più grossi ancora
pieni di acqua. Il potenziale matriciale è tanto più forte quanto più scarsa è la quantità
dell’acqua nel terreno.
Il potenziale osmotico (ψo), che dipende dalla concentrazione della soluzione
circolante, viene identificato con il lavoro che la pianta deve svolgere per assorbire
acqua pura dal terreno. Questo lavoro si rende necessario quando si opera in presenza
di due soluzioni a concentrazione diversa (diversa tensione osmotica), separate da una
membrana semipermeabile, quale può essere considerata quella che avvolge le radici
attive. La perdita di acqua dal terreno per assorbimento radicale provoca, ovviamente,
un aumento della tensione osmotica della soluzione circolante e pertanto, se fattori
esterni (piogge o irrigazioni) non intervengono per ridurre la concentrazione salina, la
pianta, per assorbire acqua, dovrà svolgere un lavoro sempre crescente nel tempo.
La componente gravitazionale è dovuta al peso del liquido e quindi all’attrazione
terrestre, e rappresenta il potenziale gravitazionale (ψg) che è strettamente legato alla
dimensione dei pori (i pori più grossi sono quelli che si svuotano per primi, mano a
mano che si prosciuga il terreno) e al dislivello rispetto al piano di riferimento
(superficie del terreno).
In ogni caso, quando viene misurato il potenziale idrico del terreno si fa sempre
riferimento al potenziale totale (ψt) che viene espresso in kilo o megapascal (kPa,
MPa). Quando l’acqua è in tensione e non si verificano quindi situazioni di saturazione
o sommersione il potenziale risulta negativo, ma normalmente viene espresso in valore
assoluto.
26
Costanti idrologiche e loro determinazione
Da quanto già riferito, l’acqua che penetra nel suolo è trattenuta con tensioni molto
variabili in funzione della sua quantità e del tipo di terreno. Partendo dallo stato di
completa saturazione e sottraendo gradatamente acqua, si verificano alcune situazioni
di equilibrio con le forze di varia natura che tendono ad asportarla. Tali situazioni di
equilibrio sono definite costanti idrologiche e vengono di seguito riportate.
Con riferimento alla fig. 5, si ipotizza che nella fase iniziale tutta la porosità del
terreno sia occupata dall’acqua; in questo caso la tensione dell’acqua alla superficie è
uguale a zero e l’umidità corrispondente rappresenta la capacità idrica massima
(CIM). La sua determinazione può essere praticata essiccando in stufa a 105-110 °C
un campione di questo terreno fino al raggiungimento del peso costante (24-48 ore).
Fig. 5 – Relazione tra umidità e potenziale matriciale in un terreno di media granulometria (curva di
ritenzione idrica).
MPa
pF
-1000
7
-100
6
-10
5
-1.5
-1.0
4.2
4
-0.1
-0.01
3
2.5
2
-0.001
1
-0.0001
0
Umidità (% del peso secco)
0
5
10
a.n.d.
CI
15
20
25
30
a.d.
CA
35
40
45
a.p.
CC
CIM
27
Tale situazione ovviamente non si mantiene nel tempo: infatti, soprattutto se il
sottosuolo è permeabile, una parte dell’acqua si muove in profondità per gravità e in
1-3 giorni, in relazione al tipo di suolo (più veloce in quello sabbioso, più lenta
nell’argilloso), l’acqua contenuta nei macropori viene perduta. Tale quota rappresenta
l’acqua di percolazione (a.p.) o gravitazionale (a.g.). A questo punto, terminata la
percolazione, il terreno è in grado di trattenere una riserva idrica per lungo tempo, che
prende il nome di capacità di campo (CC) o di capacità di ritenzione idrica, indicata
anche come acqua di saturazione capillare. Alla CC la tensione dell’acqua è intorno
a 0.01 – 0.05 MPa (pF(1) 2.0-2.7), a volte si trova riportato 0.03 MPa che corrisponde
a pF 2.5. A tale tensione si riscontrano le condizioni ottimali per l’assorbimento delle
piante e per l’aerazione dell’apparato ipogeo. L’individuazione della CC può essere
effettuata direttamente in campo. Su una superficie di 2 m2 si immette acqua in
eccesso fino a raggiungere la CIM per una profondità di circa 30 cm. Si ricopre il
terreno con un telo di plastica per impedire l’evaporazione. In 1-3 giorni l’a.p. si
allontana e il terreno raggiunge la CC. La verifica viene effettuata mediante
determinazione dell’umidità del terreno tramite prelievi periodici e quando, a parità di
profondità, l’umidità rimane costante per due successivi prelievi, si considera
raggiunta la CC.
Giunti in questa situazione, ulteriori perdite di umidità dal terreno sono dovute
all’evaporazione e all’assorbimento da parte delle piante e, anche in questo caso, man
mano che l’umidità decresce aumenta il valore assoluto del potenziale matriciale, fino
ad un punto in cui la forza di suzione delle piante non è più in grado di vincere la
tensione dell’acqua del terreno. In questo momento l’assorbimento viene interrotto e
se non si interviene tempestivamente le piante, prima appassiscono e poi muoiono. Si
è così raggiunto il coefficiente di appassimento (CA) o punto di avvizzimento o
coefficiente di appassimento permanente che corrisponde ad un ψm da 1.5 a 2.5 MPa,
pari ad un pF di 4.2-4.4. Questi livelli sono suscettibili di variazioni anche sensibili in
relazione alle diverse specie, alla cultivar e allo stadio fenologico; alcune piante
xerofite e alofite possono assorbire acqua fino a valori intorno a 17.5 MPa. La
individuazione del CA avviene generalmente con il metodo fisiologico in grado di
definire informazioni verosimilmente più attendibili nei confronti del metodo fisico.
A tale scopo, il terreno da analizzare viene posto in vasetti impermeabili nei quali,
normalmente, si fanno crescere piante di girasole. Quando le piante hanno raggiunto
(1)
28
pF è il logaritmo in base dieci del valore assoluto del potenziale matriciale espresso in cm.
opportune dimensioni identificabili con altezza di 15-20 cm, si interrompe il
rifornimento idrico e si ricopre il terreno con materiale impermeabile al fine di
impedire l’evaporazione. Le piante pertanto consumeranno l’acqua disponibile,
manifesteranno, in un primo momento, sintomi di appassimento reversibile in
camera umida e al buio che successivamente si trasformeranno in avvizzimento
irreversibile. In questa fase, l’umidità del terreno determinata in stufa fornisce il
valore del CA.
La frazione di acqua contenuta nell’intervallo tra CC e CA rappresenta la cosiddetta
acqua disponibile massima o semplicemente acqua disponibile (a.d.). Da tale
caratteristica dipende, in larga misura, la possibilità del terreno agrario di costituire
riserve idriche più o meno abbondanti e di permettere alle colture di resistere a periodi
più o meno lunghi in cui possono venire a mancare apporti idrici naturali o artificiali
(piogge o irrigazioni). Al di sotto del CA, ulteriore prosciugamento del terreno, può
avvenire soltanto per evaporazione. Ciò comporta la perdita di acqua non disponibile
per le piante (a.n.d.) a causa della tensione troppo elevata. La sottrazione dell’acqua al
terreno continua fino a quando la sua tensione non si mette in equilibrio con la
tensione di vapore atmosferico: raggiunto tale equilibrio l’evaporazione cessa e il
contenuto di acqua presente in questo momento prende il nome di coefficiente
igroscopico (CI) e si raggiunge a tensioni più o meno alte (10 – 100 MPa), in relazione
all’UR dell’aria e alla natura del terreno.
Nella tab. 6 e nella fig. 6 vengono riportati i valori di alcune caratteristiche idrologiche
che permettono interessanti considerazioni agronomiche. Si può infatti osservare che
due terreni con la stessa umidità possono mettere a disposizione delle piante
quantitativi di acqua sensibilmente diversi; una certa quantità di acqua può risultare, al
limite (es. umidità pari al 20% del p.s.), sotto il CA in un terreno e sopra la CC in un
altro. Inoltre, terreni posti alla CC, possiedono riserve idriche massime utilizzabili
(RUm) di consistenza anche molto varia, come appare dai valori corrispondenti al
terreno sabbioso e argilloso. La RUm è più o meno disponibile per le piante in
relazione alla capacità o possibilità delle specie coltivate di approfondire l’apparato
radicale.
29
Tab. 6 – Valori orientativi di alcune caratteristiche idrologiche in quattro tipi di terreno (umidità % del
p.s.) e consistenza delle riserve idriche utilizzabili con terreno alla CC per 0.4 m di profondità (da
AA.VV.).
Terreno
Argilloso astrutturato
Argilloso ben strutturato
Medio impasto
Molto sabbioso
CIM
(%)
60
55
53
43
CC
(%)
45
40
28
13
CA
(%)
30
15
9
4
a.d.
(%)
15
25
19
9
RUm
(m3 ha-1)
720
1200
950
432
Fig. 6 – Relazione tra umidità e potenziale matriciale in diversi tipi di terreno (O = sabbioso, O = medio
impasto, O = argilloso di buona struttura, O = argilloso mal strutturato), curve di ritenzione idrica e
confronto delle diverse caratteristiche idrologiche.
MPa
pF
CI
-1000
7
CA
-100
6
-10
5
-1.5
-1.0
4.2
4
-0.1
-0.03
-0.01
3
2.5
2
CC
-0.001
-0.0001
1
0
0
10
20
a.d. Sabbioso
a.d. Medio impasto
a.d. Arg. ben strutturato
a.d. Arg. mal strutturato
30
30
40
50
Umidità (% del peso secco)
60
Metodi di misura dell’umidità e del potenziale dell’acqua nel
terreno
L’umidità del terreno può essere determinata in vari modi. Il metodo più preciso, come
sopra ricordato, è quello che prevede la determinazione in stufa dell’umidità di un
campione di peso noto. Questo si pone in stufa alla temperatura di 105-110°C, per la
durata di 24-48 ore, in relazione al tipo di terreno, in modo da raggiungere peso
costante. La differenza tra il peso iniziale e dopo essiccamento fornisce il valore della
quantità di acqua in esso contenuta.
Fra i numerosi metodi messi a punto per la determinazione dell’umidità si può inoltre
ricordare il tensiometro, con il quale si determina il potenziale matriciale (Fig. 7).
Pur nelle sue multiformi versioni, il tensiometro è fondamentalmente costituito da una
capsula porosa (normalmente di porcellana) che, tramite un tubo, è collegata ad un
manometro a depressione (vacuometro); il tutto viene riempito con acqua distillata o
acqua previamente bollita per eliminare l’aria in essa contenuta. La capsula viene
collocata nel terreno alla profondità più interessata dagli apparati radicali (10-40 cm),
con particolare attenzione a che questa aderisca
bene alle particelle terrose. Se il terreno non è
saturo (ψt < 0 ), si ha passaggio di acqua dai pori
della capsula al terreno circostante, tanto più
intenso quanto più il terreno è secco. Di
conseguenza all’interno della stessa, si genera
una depressione che viene indicata dal
vacuometro. Il deflusso cessa quando la
depressione all’interno del tensiometro equilibra
la suzione del terreno. Questo strumento, di
facile impiego, non necessita di particolari
tarature e fornisce buoni risultati per la misura
dei valori di tensione non molto elevati (da 0 a
0.08 MPa) che corrispondono all’ottimo
fisiologico dell’umidità. Non permette
determinazioni in terreni più asciutti con
tensioni da 0.1 a 1.5 MPa poiché, in questi casi,
entra aria all’interno della capsula che non può
essere mantenuta sempre a contatto del terreno
Fig. 7 – Tipi diversi di tensiometro.
specialmente quando questo tende a fessurarsi.
31
I tensiometri, pertanto, rappresentano strumenti utili per colture che richiedono
umidità costantemente elevata a livello dell’apparato radicale. Questo strumento deve
essere lasciato in posto per tutta la durata della stagione irrigua e i valori letti al
manometro sono spesso già espressi in umidità.
Nel caso siano necessarie misurazioni di tensioni medie e alte, è più opportuno il
metodo di Bouyoucos o metodo dei blocchetti di resistività o metodo elettrometrico o
metodo della conducibilità elettrica, che consente di risalire al potenziale matriciale
attraverso la misura della resistenza elettrica in un circuito che comprende due
elettrodi opportunamente disposti in blocchetti porosi (Fig. 8). Questi sono
normalmente di gesso, trattato con sostanze particolari (es. nailonplast) per renderlo
più duraturo e per conferirgli uniforme porosità e regolare indurimento della massa;
hanno forma cilindrica o parallelepipeda con un volume di 10-15 cm3. Le
dimensioni approssimative per quelli parallelepipedi sono 2.5-4.0-1.5 cm
rispettivamente per larghezza, lunghezza, altezza, mentre per quelli cilindrici
diametro e altezza sono rispettivamente di 4-5 cm e 1.5 cm. All’interno di ogni
gessetto sono posti due elettrodi (lamelle di acciaio) che possono essere di forma e
dimensioni variabili.
Agli elettrodi vanno saldati due fili conduttori
(es. rame) lunghi circa 1.5 m. L’elemento poroso
viene collocato nel suolo alla profondità
desiderata per il rilevamento in oggetto, ponendo
particolare attenzione nel farlo aderire al terreno
in tutta la sua superficie e con i fili di
collegamento obliqui, al fine di evitare che su di
essi scorra acqua dalla superficie. Si ricopre il
tutto portando alla superficie soltanto le estremità
dei suddetti fili collegati agli elettrodi. Il
blocchetto si inumidisce fino a che il potenziale
matriciale all’interno dello stesso non sarà pari a
quello del terreno. Da quel momento, ogni
variazione del potenziale dell’acqua del terreno,
comporterà un’analoga variazione nel gessetto.
Fig. 8 – Apparecchio di Bouyoucos e
blocchetti porosi, uno dei quali sezionato
per evidenziare gli elettrodi.
32
Il funzionamento dello strumento si basa sul
principio seguente: la resistenza incontrata dalla
corrente elettrica nel passaggio tra i due elettrodi
è tanto minore quanto più elevata è l’umidità del mezzo che li separa. La corrente
elettrica (alternata a bassa frequenza in modo da eliminare gli effetti di polarizzazione
agli elettrodi) è immessa nel circuito, tramite uno strumento portatile, munito di pile e in
grado di misurare anche la resistenza (ohmmetro). Opportune curve di taratura,
specifiche per ciascun tipo di terreno, permetteranno di trasformare i valori di resistenza
in valori di potenziale o, anche, in % di umidità.
Per questo metodo si devono sintetizzare alcune considerazioni:
• in terreni molto argillosi i valori riportati possono non essere precisi poiché, a
tensioni elevate, si formano crepacciature che impediscono al blocchetto di aderire
perfettamente alla massa terrosa;
• il gessetto entra sempre in equilibrio con un certo margine di ritardo (12-24 ore)
rispetto alle variazioni di umidità del suolo; ciò porta ad avere particolare attenzione
soprattutto nei terreni sabbiosi con bassa RU;
• non può essere usato in terreni o con acque irrigue ad elevata conducibilità elettrica
poiché si crea diversa concentrazione salina tra terreno e materiale assorbente;
• per eseguire misurazioni corrette, con umidità del terreno elevate, è opportuno
costruire blocchetti di nylon o fibra di vetro che risentono però, più del gesso,
dell’influenza della salinità della soluzione circolante;
• l’intervallo di tensione in cui i diversi
tipi di blocchetti sono in grado di
fornire le indicazioni migliori è
compreso tra 0.07-0.08 e 1.0 MPa;
esso permette di esplorare un ampio
settore dell’a.d., molto utile per
stabilire il momento di intervento
irriguo.
Al momento attuale, il monitoraggio
dell’umidità del suolo, si realizza anche
con strumentazioni basate sul metodo
TDR (Time Domain Reflectometry),
che considera il rilevamento della
propagazione di segnali elettromagnetici attraverso una linea di
trasmissione parallela (Fig. 9).
Fig. 9 – Apparecchio TDR a propagazione
di segnali elettromagnetici.
33
La misura dell’umidità è effettuata collocando verticalmente nel terreno, alla
profondità voluta (0-15, 0-30, 0-45, 0-60 e 0-75 cm), dei conduttori metallici paralleli
(sonde) che rivestono la funzione di guide d’onda e restano in loco per tutta la durata
della coltura. Al momento dei rilevamenti dell’umidità, con apposita apparecchiatura,
si invia un impulso di tensione che, una volta giunto alla fine della linea, viene riflesso
e ritorna allo strumento di registrazione che determina la velocità di propagazione,
trasformando il valore in umidità. Questo sistema presenta numerose caratteristiche
positive che ne rendono vantaggioso l’impiego in quanto: fornisce misurazioni rapide,
sufficientemente precise e ripetibili; permette l’installazione delle sonde con qualsiasi
orientamento; necessita di calibrazione soltanto in casi particolari (es. suoli molto
argillosi o con elevato contenuto di sostanza organica) e può essere anche
automatizzato. L’aspetto negativo più consistente è rappresentato dal costo elevato.
34
SUBSTRATI
Gianquinto G., Pimpini F.
Fino ad ora sono state illustrate le caratteristiche del terreno agrario che rappresenta
l’ambiente in cui si sviluppa l’apparato radicale delle colture “in campo”.
Nell’attività orto-floricola, quando attuata in contenitore o con sistemi fuori-suolo
(Figg. 10 e 11), il terreno naturale appare tuttavia poco adatto alla coltivazione, a
causa di limitazioni di carattere chimico (reazione, disponibilità di elementi nutritivi,
ecc.) e fisico (struttura, ritenzione idrica, ecc.).
Le piante allevate in contenitore, infatti, sono caratterizzate da un rapporto
chioma/radice non equilibrato e da richieste per acqua, aria e nutrienti molto
maggiori di quanto avviene in pieno campo, dove i ritmi di accrescimento sono più
lenti e le quantità di substrato teoricamente illimitate. Per soddisfare queste
esigenze è necessario ricorrere a
substrati rappresentati da materiali
organici o minerali di vario tipo, che da
soli o in miscuglio assicurino condizioni
chimico-fisiche e nutrizionali ottimali e
stabili nel tempo.
Fig. 10 – Coltivazione di piante ornamentali in
contenitore.
Fig. 11 – Vivaio di piantine di pomodoro allevate
in lana di roccia per coltivazione fuori suolo.
Al momento attuale, i materiali che
possono essere impiegati come substrati
sono assai numerosi e con caratteristiche e
costi molto diversi. Di fatto, non esiste un
substrato o un miscuglio che possa
considerarsi universale, cioè valido per tutte
le specie e in tutte le situazioni di
coltivazione. Si rende necessario, quindi,
esaminare i singoli materiali in modo da
consentire una scelta corretta a seconda
delle diverse condizioni in cui si opera:
ambiente, specie da coltivare e fase di
coltivazione (semina, radicazione delle
talee, allevamento delle piante), sistema di
coltivazione (contenitore, fuori-suolo).
35
Requisiti generali di un substrato ideale ed esigenze
delle colture
I requisiti più importanti che un substrato deve possedere, al fine di consentire alla
pianta di accrescersi nelle migliori condizioni, sono i seguenti:
• costituzione,
• struttura,
• capacità di ritenzione idrica,
• potere assorbente,
• pH,
• contenuto in elementi nutritivi ed EC,
• potere isolante,
• sanità,
• facilità di reperimento e costo.
Costituzione atta a garantire l’ancoraggio dell’apparato radicale e a sostenere le
piante. Alcuni substrati, a causa del loro basso peso specifico apparente (PA, peso
specifico apparente o densità apparente, espresso dal peso secco del substrato per unità
di volume apparente) e della loro incoerenza, come è il caso dei terricci grossolani,
della perlite (ca. 100 kg m-3), del polistirolo in granuli (ca. 35 kg m-3) e della stessa
torba di sfagno non compressa (ca. 60 kg m-3), non si prestano ad essere impiegati da
soli nelle colture in vaso, soprattutto se si tratta di piante a portamento assurgente
accentuato. Il PA ottimale per le colture in contenitore oscilla fra 150 e 500 kg m-3.
Questo è un aspetto di secondaria importanza soltanto nella produzione di piantine da
trapiantare quando la coltivazione viene effettuata in contenitori alveolati.
Struttura caratterizzata da una più accentuata porosità rispetto al normale terreno
agricolo. Il substrato ideale per colture in vaso dovrebbe avere un volume lacunare di
almeno il 75% con percentuali variabili di macro e micropori, in relazione alla specie
coltivata e alle condizioni ambientali e colturali: orientativamente, il 40-60% dovrebbe
essere interessato dalla fase liquida e il restante 15-35% da quella gassosa (porosità
libera). Nella tab. 7 vengono riportate le esigenze per la porosità libera di alcune
specie ornamentali. Nelle colture in contenitore di piccole dimensioni (es. contenitori
alveolati), la porosità totale dovrebbe raggiungere l’85% del volume.
36
Tab. 7 – Esigenze per la porosità libera (% sul volume totale) in alcune specie ornamentali (da AA.VV.).
Elevate (>20%)
Azalea,
Orchidee
epifite
Alte (10-20%)
Antirrhinum,
Begonia, Erica,
Gardenia,
Gloxinia,
Orchidee terrestri,
Podocarpus,
Rododendro,
Saintpaulia
Medie (5-10%)
Camelia,
Crisantemo,
Gladiolo, Ortensia,
Poinsettia
Basse (<5%)
Garofano,
Geranio, Lillium,
Rosa,
Strelitzia
Altro requisito molto importante è che la
struttura si mantenga stabile nel tempo e
resista, quindi, al compattamento ed alla
riduzione di volume in fase di disidratazione
(restringimento); un eccessivo restringimento
del substrato (Fig. 12), infatti, può causare la
rottura delle radici. Un buon materiale
dovrebbe presentare un grado di restringimento
non superiore al 30% del volume.
Capacità di ritenzione idrica tale da
assicurare livelli di umidità del substrato
costanti e ottimali per le colture, senza dover
ricorrere a irrigazioni troppo frequenti. La
capacità di ritenzione idrica non deve essere
Fig. 12 – Restringimento del substrato
comunque eccessiva per non determinare
(torba) in seguito a disidratazione.
problemi di asfissia radicale e di
raffreddamento del mezzo di coltura. Nel caso
delle colture in vaso, bisogna tener presente
che questo parametro varia con l’altezza del contenitore (Fig. 13) e tende ad
aumentare man mano che si riduce lo spessore del substrato (in quanto si riduce
l’acqua di percolazione). Per tale motivo, nei contenitori poco profondi, è
necessario aumentare i componenti drenanti del substrato. La capacità di ritenzione
idrica in contenitore, infatti, corrisponde alla quantità d’acqua che, in un substrato
in precedenza saturato, permane dopo lo sgocciolamento e che è trattenuta ad un pF
37
uguale al log10 della metà dell’altezza in cm della colonna del substrato. Per una
altezza di 10, 20, 30 cm, ad esempio, è data dalla quantità di acqua trattenuta a pF
0.70, 1.00 e 1.18 nell’ordine.
Fig. 13 – Effetto della gravità (altezza del vaso) sulla capacità di ritenzione idrica di un substrato a parità
di volume (da Styer e Koranski, 1997 modificato).
L’acqua disponibile per la pianta è data dalla differenza tra la quantità d’acqua alla
capacità di ritenzione idrica e quella trattenuta a pF 2. Questa dovrebbe essere intorno
al 30-40% del volume apparente e costituita per il 25-30% da acqua facilmente
disponibile (cioè trattenuta fino a valori di pF pari a 1.7) e dal restante 5-10% da acqua
di riserva (cioè trattenuta a valori di pF compresi tra 1.7 e 2.0).
Infine, bisogna considerare che con il procedere dell’accrescimento dell’apparato
radicale viene via via ridotta la porosità libera e vengono modificate le caratteristiche
idrologiche del substrato. Per questo motivo, nelle colture a ciclo lungo, è necessario,
dopo un certo periodo variabile in relazione alla velocità di crescita delle piante (2-6
mesi), effettuare il rinvaso.
Potere adsorbente elevato, evidenziato da una elevata Capacità di Scambio Cationico
(CSC). Questa caratteristica è importante soprattutto quando si usano concimi solidi,
meno quando si applicano fertirrigazioni molto frequenti. In generale, i materiali di
origine organica, al contrario di quelli minerali, presentano una elevata CSC e un alto
potere tampone.
38
pH adatto alle esigenze della specie coltivata. I substrati con pH basso risultano più
adatti alle colture in contenitore, in quanto più facilmente modificabili verso i livelli
desiderati (correzione mediante carbonato di calcio) ed anche perché rispondono alle
esigenze di un più largo numero di specie. Inoltre, durante la coltivazione il pH tende
ad innalzarsi a causa delle irrigazioni con acque dure. Il pH può variare anche in
relazione al tipo di fertilizzante impiegato. Più difficile risulta la correzione di un
substrato alcalino, che può essere realizzata con l’aggiunta di zolfo o concimi
fisiologicamente acidi (solfato di ammonio, solfato di potassio) o costituzionalmente
acidi (perfosfato minerale).
Contenuto in elementi nutritivi equilibrato in dotazione nota e con valori di EC
modesti. In molti casi, viene preferito l’impiego di un substrato povero o chimicamente
inerte al fine di poter aggiungere allo stesso o alla soluzione nutritiva gli elementi
fertilizzanti, in relazione alle esigenze specifiche e alla fase fenologica della pianta.
Oltre al contenuto di nutrienti, particolare attenzione andrà rivolta alla verifica della EC.
Tale intervento permette di rilevare la presenza di ioni che, pur non importanti sotto il
profilo nutrizionale (es. Na), possono rivestire un ruolo determinante nel valutare
l’idoneità di impiego del substrato.
Potere isolante elevato al fine di ridurre le escursioni termiche del substrato. Questa
proprietà è correlata con la capacità di ritenzione idrica, ma può essere influenzata
anche dal colore e dalla conducibilità termica del materiale. E’ noto, infatti, che
l’aumento di temperatura e le escursioni termiche di un substrato sono tanto minori
quanto maggiore è il suo contenuto d’acqua. I substrati organici, inoltre, si scaldano
meno di quelli sabbiosi, poiché possiedono un più elevato calore specifico; altri
prodotti di origine industriale (polistirolo e vermiculite) presentano una modesta
dispersione termica per la bassa conducibilità.
Sanità assicurata da assenza di agenti patogeni (nematodi, funghi, insetti) e di
sostanze potenzialmente fitotossiche (fitofarmaci) e semi di erbe infestanti. Alcuni
materiali derivati da processi industriali (argilla espansa, perlite, lana di roccia,
vermiculite e polistirolo), presentano garanzie di sanità in virtù dei trattamenti
termici subiti durante il ciclo di lavorazione. Per molti substrati di origine naturale
(es. cortecce, terricci di foglie), invece, la possibile presenza di patogeni e/o
sostanze fitotossiche rappresenta un problema reale. A questo proposito gli
interventi più opportuni sono rappresentati dalla sterilizzazione e dal
compostaggio. Attualmente, prima del loro impiego, si ricorre con maggiore
frequenza alla sterilizzazione fisica a mezzo calore piuttosto che ad interventi
39
chimici (fumigazioni, disinfestazioni ecc.), in quanto minori sono i pericoli di
fitotossicità residua e i rischi per l’operatore.
Il substrato, inoltre, deve essere di costo contenuto, di facile reperibilità e
standardizzabile dal punto di vista chimico-fisico, nel tempo e nello spazio.
Come si può vedere, alcuni di questi requisiti rappresentano dei veri e propri vincoli
nella scelta dei substrati, altri possono diventare vincolanti a seconda delle situazioni
contingenti (specie, fase di accrescimento e sua durata, stagione, volume e geometria del
contenitore, tecniche colturali). Di conseguenza, i criteri tecnici di scelta porterebbero a
diversificare notevolmente i substrati per ottimizzare le coltivazioni (in funzione della
specie, dei contenitori, ecc.) ma, per ragioni economiche e di organizzazione del lavoro,
si propende per un assortimento di substrati il più limitato possibile. Soltanto un
compromesso ben ponderato fra queste esigenze contrapposte, tecniche da una parte ed
economiche dall’altra, permette di operare la scelta più conveniente.
Materiali per la costituzione di un substrato
La realizzazione di un substrato può essere effettuata impiegando una gran varietà di
materiali con caratteristiche molto diverse. La scelta può spaziare da prodotti di
origine organica o minerale che sono presenti in natura e che vengono sottoposti o
meno a lavorazioni particolari (es. torba, perlite, vermiculite), ad altri di origine
organica che derivano dall’attività umana (es. scarti o sottoprodotti delle attività
agricola, industriale e urbana), ad altri ancora di origine industriale ottenuti con
processi di sintesi (es. polistirolo). Per certe colture, fino ad un recente passato, si
faceva ricorso anche al solo terreno agrario o naturale (terra di brughiera e terra di
bosco) o terricci (terriccio di bosco e terriccio di foglie) o, più frequentemente, a
miscugli che contenevano tali componenti in rapporti variabili. Al momento attuale,
invece, questi prodotti sono sempre meno utilizzati nelle coltivazioni industriali,
mentre trovano un certo interesse nel settore dell’hobbistica. Il loro attuale scarso
impiego è dovuto principalmente alla non totale assenza di parassiti, soprattutto
fungini, che non consentono di garantire i requisiti di sanità sempre più richiesti ai
mezzi di allevamento. Inoltre la qualità di questi componenti non è stabile nel tempo,
ma soggetta a variazioni legate alle condizioni pedoclimatiche e vegetazionali
presenti nelle zone in cui vengono raccolti. Pertanto, in questa sede, verranno riferite,
sinteticamente, soltanto alcune tra le principali caratteristiche di tali materiali.
40
Terreni e terricci
TERRENO AGRARIO
Il terreno agrario può essere utilizzato quale componente dei mezzi di crescita, purchè
sia ben strutturato e sano. Sono da preferire terreni sciolti o terreni franchi, con basso
tenore in limo. Prima del suo impiego, è necessario sottoporlo a sterilizzazione,
eventuale correzione del pH e deve essere concimato apportando, in particolare,
fosforo e microelementi (es. 1-2 kg m–3 di perfosfato minerale 18-19%). Buona CSC
è garantita dalla presenza di torba e sabbia nel miscuglio.
TERRA DI BRUGHIERA
Le terre di brughiera più adatte si prelevano dallo strato più superficiale di terreno (1020 cm), su altipiani a 600-1500 m s.l.m. e derivano dalla decomposizione di alcune
ericacee, graminacee e felci. Sono generalmente di natura sabbiosa, ricche di sostanza
organica ben umificata (3-10%), povere di calcare (2.0-3.5%) e di elementi nutritivi, a
reazione acida o subacida (pH 3.0-6.0), presentano buona capacità di drenaggio e
discreta capacità di ritenzione idrica. Vengono impiegate in miscugli nella coltivazione
di tutte le specie calcifughe (azalea, camelia, erica, gardenia, ortensia, rododendro)
previa setacciatura.
TERRA DI BOSCO
Questo materiale si preleva al di sotto dello strato di residui vegetali non ancora ben
decomposti in boschi di latifoglie o aghifoglie. La terra di bosco è di colore nero, in
quanto ricca di sostanza organica ben umificata (10-15%), è ben dotata di elementi
nutritivi e possiede una struttura porosa stabile, con buona capacità per l’aria e per
l’acqua. Può essere utilizzata in miscuglio, con torba e letame, per la coltivazione di
aucuba, camelia, ficus, gardenia, ortensia.
TERRICCIO DI BOSCO
Il terriccio di bosco è rappresentato dai residui organici (foglie, cortecce e rami) che si
accumulano col tempo, dai quali viene scartato lo strato più superficiale
indecomposto. Può derivare da sole latifoglie (leccio, olmo, frassino, ecc.) o latifoglie
e conifere (abete, larice, pino). La sostanza organica può variare dal 25% al 40%, il pH
è condizionato dalle specie (es. conifere, pH 5.0-5.5; latifoglie, pH 6.3-7.3). Prima
dell’impiego il materiale va compostato, sfibrato e setacciato.
41
TERRICCIO DI FOGLIE
Deriva dalle foglie di latifoglie (faggio, quercia, castagno, platano, acero, olmo) o di
conifere, fatte fermentare in cumuli al coperto per 2-6 mesi, inumidite e concimate con
solfato o nitrato ammonico (1-2 kg m-3).
Tra le latifoglie, sono da preferire le foglie di faggio poiché: si decompongono
lentamente, presentano il 35-40% di s.o., capacità di ritenzione idrica e porosità libera
rispettivamente pari al 40-50% e 30-35% del volume, pH 5.5-6.0, sufficiente potere
tampone e CSC di 45-55 meq%. Il terriccio di foglie di faggio può essere utilizzato da
solo o in miscugli con torba (rapporto 1:1) per le colture in vaso.
Tra le conifere si impiegano foglie di Pinus picea e di Picea excelsa (abete rosso).
Foglie di altre conifere sono da evitare per la presenza di sostanze resinose in
eccesso.
Alla raccolta, viene prelevato soltanto lo strato di aghi più superficiale, non
decomposto, che viene utilizzato, previo sminuzzamento in pezzetti da 1.0-2.5 cm. Il
terriccio presenta: 35-45% di s.o., porosità libera 50-60% del volume, capacità di
ritenzione idrica 13-17% del volume, CSC 70-80 meq%, pH 4.5-6.7. In miscuglio con
il 30-50% di torba in volume, è particolarmente adatto per l’allevamento di specie
epifite, come le Bromeliacee (Aechmea, Guzmania, Nidularium), di azalee e
rododendri.
Materiali organici
In questa categoria vengono compresi tutti i substrati organici naturali (torbe), oltre ai
residui, scarti e sottoprodotti di natura organica provenienti da attività agricole
(letame, paglie, ecc.) o industriali (sottoprodotti dell’industria del legno, ecc.), oppure
da insediamenti urbani (fanghi di depuratore, ecc.). Questi materiali possono venire
sottoposti o meno a processi particolari di estrazione, maturazione e lavorazione.
TORBA
La torba, impiegata da sola o in combinazione, è il più importante materiale di
origine organica per la preparazione di substrati. Con il termine torba si fa
42
riferimento ad un prodotto derivato da residui di Briofite, Ciperacee e Graminacee
(Sphagnum, Tricophorum, Eriophorum, Calluna, Carex, Phragmites, ecc.) o di altre
specie vegetali, trasformatesi in condizioni di anaerobiosi. La torba si forma, infatti,
in ambienti saturi d’acqua dove, per effetto della mancanza di ossigeno, viene
rallentato o inibito il processo di decomposizione e mineralizzazione della sostanza
organica.
Esistono diversi sistemi per classificare le torbe, basati su:
1) condizioni alle quali è avvenuta la decomposizione del materiale organico (torbe
basse e torbe alte),
2) composizione botanica (torba di Sfagno, di Carice, ecc.),
3) grado di decomposizione (poco-, semi- molto-decomposte),
4) stato nutritivo (torbe oligotrofiche, povere di nutrienti, come le torbe di Sfagno;
mesotrofiche, mediamente dotate di nutrienti, come le torbe di Phragmites;
eutrofiche, ricche di nutrienti, come le torbe di Carice),
5) dimensioni delle particelle. In seguito si farà riferimento solo alla classificazione
di cui al punto 1.
Torbe alte - I più importanti Paesi produttori sono: Germania, Finlandia, Svezia,
Norvegia, Irlanda, Inghilterra, Russia, Paesi del Baltico e Canada. Le torbe alte si
originano in ambienti freddi e molto piovosi, dove l’apporto delle precipitazioni
supera l’evapotraspirazione. L’acqua piovana, priva di sali, viene fortemente trattenuta
in superficie dai muschi e dai residui vegetali, creando, pur in assenza di sommersione,
un ambiente saturo e asfittico. Oltre a diverse specie di Sphagnum che si adattano a
vivere in tali ambienti molto umidi e poveri di elementi nutritivi, possono partecipare
alla formazione della torba anche altre piante poco esigenti (Eriophorum, Vaccinum,
Erica, ecc.).
Nella torbiera alta si distinguono uno strato più profondo molto decomposto, di
colore scuro (torba bruna), ed uno strato più superficiale poco decomposto, di
colore chiaro (torba bionda). Entrambe le torbe sono caratterizzate da buona
stabilità strutturale, disponibilità di elementi nutritivi molto bassa e pH
decisamente acido e le differenze riguardano principalmente la loro struttura, come
appare dalla tab. 8.
43
Tab. 8 – Principali caratteristiche chimico-fisiche delle torbe e della fibra di cocco (da AA.VV.).
Caratteristiche
s.o. (% s.s.)
Ceneri (% s.s.)
Porosità totale (% vol.)
Capacità di ritenzione
idrica (% vol.)
Porosità libera (% vol.)
PA (kg m-3)
CSC (meq%)
N totale (% s.s.)
C/N
Ca (% s.s.)
pH (in H2O)
Torbe alte di sfagno
Bionda
Bruna
94-99
94-99
l-6
1-6
84-97
88-93
Torba bassa
Nera
55-75
23-30
55-83
Fibra
di Cocco
94-98
3-6
94-96
52-82
74-88
65-75
80-85
15-42
60-120
100-150
0.5-2.5
30-80
<0.4
3.0-4.0
6-14
140-200
120-170
0.5-2.5
20-75
<0.4
3.0-5.0
6-8
320-400
80-150
1.5-3.5
10-35
>2
5.5-7.3
10-12
65-110
60-130
0.5-0.6
70-80
–
5.0-6.8
Le torbe brune, con pori molto piccoli, presentano maggiore capacità idrica e minore
porosità libera per l’aria e sono dotate di più elevata CSC e potere tampone. Le
caratteristiche fisiche variano poi in relazione alla granulometria che consente di
assorbire acqua da 4-8 fino a 10-15 volte il proprio peso, come si può riscontrare dalla
tab. 9.
Tab. 9 – Porosità libera e capacità di ritenzione idrica in torba bionda di sfagno a diversa granulometria
(da Tesi 1984).
Granulometria (1)
Grossolana (15-40 mm)
Media (6-15 mm)
Fine (<6 mm)
Porosità libera (% vol.)
25
20
15
Capacità di ritenzione idrica (% vol.)
71
76
81
(1) La percentuale massima di particelle al di sotto di 1 mm è del 30% nella torba grossolana, 40% nella
media, 70% nella fine.
44
La scarsa dotazione di elementi nutritivi e il buon potere adsorbente permettono di
programmare la fertilizzazione di questi substrati senza ricorrere ad analisi
preventive.
Da quanto sinteticamente esposto, appare che le torbe alte presentano le
caratteristiche idonee a soddisfare, in modo quasi ideale, i requisiti richiesti ad un
buon substrato. Possiedono, inoltre, proprietà sostanzialmente costanti ed uniformi e
si prestano, quindi, ad essere sfruttate industrialmente. L’utilizzazione di questi
materiali richiede, però, la correzione del pH con carbonato di calcio in quantità
variabili in relazione al tipo di torba e al livello di pH che si vuol raggiungere. In linea
generale, per una torba di sfagno con pH 3-4, si devono aggiungere 2 kg m-3 di
CaCO3 per aumentare di una unità il pH.
Particolare attenzione dovrà essere rivolta nell’evitare il completo asciugamento del
substrato che è causa di fenomeni di idrorepellenza. E’ da tenere presente, inoltre, che
la torba è soggetta a processi di decomposizione microbiologica che ne alterano, nel
tempo, le originarie caratteristiche strutturali, con aumento della capacità di
ritenzione idrica a scapito della porosità libera.
Torbe basse - Le torbiere basse sono presenti soprattutto nelle zone temperate (Italia,
Francia occidentale, ecc.), nelle quali dominano specie vegetali quali Ciperacee,
Carex, Phragmites, ecc.. Queste torbe si formano in presenza di ristagni di acqua,
come conseguenza di una falda
freatica superficiale o affiorante. La
quota di ossigeno e la concentrazione
di sali e calcare delle acque consente
una più rapida decomposizione e
umificazione delle piante morte,
rispetto a quella che avviene nelle
torbiere alte. Ne deriva una torba di
45
colore molto scuro, dal bruno al nero (torba nera) con maggiore contenuto di sostanze
nutritive, in modo particolare azoto e calcio, pH più elevato, maggiore densità
apparente e porosità libera assai più ridotta (Tab. 8). Inoltre, presentano una certa
fragilità, allo stato secco, e una notevole plasticità, allo stato umido, che conferisce
elevata suscettibilità alla compressione e alla deformazione. Il C/N è generalmente
compreso tra 15 e 40.
Per le loro proprietà fisico-chimiche, le torbe nere sono poco pregiate e non adatte ad
essere impiegate da sole per la formazione del substrato, ma possono essere miscelate
con altri materiali. Tuttavia, a causa della grande eterogeneità per quanto riguarda
la qualità delle acque e le specie che contribuiscono alla formazione della torbiera,
raramente si trovano torbe basse molto omogenee il che pregiudica il loro
sfruttamento su ampie superfici.
CORTECCIA
Le cortecce sono prodotti di scarto della lavorazione del legno di specie
appartenenti ai generi Pinus, Picea, Abies, Pseudotsuga, Fagus, Quercus, ecc. Sono
caratterizzate da un alto grado di variabilità che dipende dal tipo di legno, dalla
specie e dall’età della pianta e dal luogo di origine. La corteccia fresca presenta una
serie di problemi legati principalmente ad un elevato rapporto C/N (fino a 600), alla
scarsa capacità di ritenzione idrica e
alla presenza di tossine (polifenoli,
terpeni, resine, ecc.), per cui
necessita di opportuni processi di
compostaggio e lavorazione, prima di
poter essere impiegata come mezzo
di crescita. Per abbassare il rapporto
46
C/N a livelli pressoché ottimali, è opportuno apportare al cumulo da compostare
1.8-2.0 kg m-3 di azoto sotto forma di urea 46%. Al termine del compostaggio, che
in genere ha una durata non inferiore alle 6 settimane, la corteccia presenta (Tab.
8): buona stabilità strutturale, grande permeabilità e notevole capacità di trattenere
l’acqua, pH compreso tra 6.5 e 7.0 con punte acide fino a pH 5.0 (i valori più bassi
si riscontrano nella corteccia di pino), elevata dotazione in sostanza organica, con
conseguente elevato potere tampone e buona CSC.
Tab. 10 – Principali caratteristiche chimico-fisiche delle cortecce prima e dopo il compostaggio (da
AA.VV.).
Caratteristiche
Cortecce fresche
-3
PA (kg m )
100-250
Porosità totale (% vol.)
80-95
Porosità libera (% vol.)
20-35
Capacità di ritenzione idrica (% vol.) 10-20
s.o. (% s.s.)
90-95
N totale (%)
0.4-0.7
C/N
>75
pH (in H2O)
4.0-5.5
CSC (meq%)
40-50
-1
EC (mS cm )
0.25
Cortecce compostate
320-750
75-90
15-25
25-40
75-85
1.0-1.5
20-25
6.0-7.2
60-75
0.50
Le cortecce vengono usate raramente da sole, più frequentemente in miscugli con
torba e polistirolo (o altri substrati ad elevata capacità drenante), in percentuali
fino al 50% (fino all’80% nelle specie epifite). Molto valido si è rivelato il loro
impiego quale substrato di radicazione. In modo particolare, è la scorza di pino
(macinata in granuli, da 0.5-2 cm di diametro) ad assumere sempre maggiore
importanza per le sue affinità con la torba bionda (pH spiccatamente acido, basso
contenuto di elementi nutritivi, grande permeabilità e buona stabilità strutturale).
SEGATURA
La segatura può essere utilizzata nella costituzione dei substrati ma, come le cortecce,
deve essere previamente compostata per prevenire rischi di fitotossicità, abbassare il
rapporto C/N, elevato nel prodotto di partenza (fino a 1000), migliorare pH e altre
caratteristiche fisiche come riportato nella tab. 11.
47
Tab. 11 – Principali caratteristiche chimico-fisiche delle segature prima e dopo il compostaggio (da
AA.VV.).
Caratteristiche
Segatura fresca
-3
PA (kg m )
120-200
Porosità totale (% vol.)
80-85
Porosità libera (% vol.)
40-45
Capacità di ritenzione idrica (% vol.) 8-12
s.o. (% s.s.)
90-95
C/N
>75
pH (in H2O)
4.5-6.0
CSC (meq%)
55-60
-1
EC (mS cm )
0.3
Segatura compostata
160-270
70-75
25-30
18-32
70-75
20-30
5.5-7.0
60-70
0.6
La segatura con particelle più fini, si decompone più rapidamente e richiede una
aggiunta maggiore di azoto; questo va fornito sotto forma di urea formaldeide in
ragione di 3-7 kg m-3. La qualità e la stabilità della segatura dipendono ovviamente
dalla specie da cui è ottenuta. In generale, quando aggiunta ad un mezzo di crescita ne
migliora la capacità di trattenuta idrica, la porosità e l’aerazione; viene impiegata
raramente da sola.
TRUCIOLI DI LEGNO
Come la segatura, possono entrare nei miscugli dopo idoneo compostaggio finalizzato
ad evitare rischi di fitotossicità e ridurre il rapporto C/N. La qualità e la stabilità di
questo componente dipendono dall’essenza vegetale di origine e in generale sono più
durature di quelle della segatura. Quando aggiunto ad un miscuglio ne migliora le
caratteristiche di drenaggio e di aerazione.
48
FIBRA DI COCCO
A
B
C
D
Fig. 14 – Fasi della lavorazione della fibra di
cocco: dall’alto in basso (A) materiale grezzo in
sfibratura; (B) materiale grezzo in fase di
imbibizione (sinistra, primo piano) e sfibrato in
cumulo per il compostaggio (sullo sfondo); (C)
confezioni di fibra pressata; (D) prodotto
reidratato.
Questo materiale è ottenuto dalla
sgusciatura delle noci di cocco ed è un
sottoprodotto
dell’industria
di
estrazione della fibra (frazioni di fibra
più piccole non adatte ad altri usi),
composto quasi esclusivamente da
lignina. Prima del suo impiego viene
compostato all’aperto per 2-3 anni.
Alla fine del periodo di maturazione
viene disidratato e compresso in
blocchi (volume 10-70 L), balle
(volume 110-230 L) o in dischetti
(diametro 6-7 cm, spessore 2-3 cm).
Prima del suo impiego deve essere
reidratato aggiungendo acqua in
relazione al grado di compressione
del materiale, fino a 2-4 volte il
volume del substrato compresso. E’
importante fare riferimento alla
compressione delle confezioni, in
quanto, intensità di compattamento
superiore a 5-6 unità, causano rottura
delle fibre di lignina con peggioramento
delle caratteristiche fisiche del
materiale che risulta anche meno
durevole. E’ un substrato piuttosto
interessante in quanto possiede
caratteristiche chimico-fisiche del
tutto simili alle torbe bionde (Tab. 8),
con i vantaggi però di avere un pH più
elevato e talvolta prossimo alla
neutralità (pH 5.0-6.8), e di mantenere
più a lungo le caratteristiche
originarie. Altro aspetto interessante è
che non presenta alcuna contro49
indicazione di carattere ambientale, al contrario di quanto avviene con l’utilizzazione
delle torbe (eccessivo sfruttamento delle torbiere) e della lana di roccia (problemi
nello smaltimento). Questo è uno dei motivi per cui viene sempre più preferito
rispetto agli altri due substrati, sia nella composizione di miscugli per colture in
contenitore sia per le coltivazioni fuori suolo. Tuttavia, poiché viene generalmente
commercializzato in diverse classi di qualità, bisogna fare attenzione al prodotto di
bassa qualità perché può presentare eccesso di sali derivante da compostaggio e
lavorazione non corretti.
LETAME
E’ una mescolanza più o meno
fermentata formata dalle deiezioni
solide e liquide degli animali in
stabulazione e dai materiali costituenti
la lettiera. La sua composizione può
variare quindi in relazione al tipo di
allevamento (bovino, equino, etc.) e ai
prodotti utilizzati per la lettiera
(paglia, stocchi di mais, segatura ecc.). Al momento attuale vengono maggiormente
utilizzati letami selezionati umificati, disidratati e pellettati che aggiunti a miscugli,
in ragione del 10-15% del volume, ne migliorano la struttura e la CSC.
Le principali caratteristiche di questi prodotti vengono riportate nella tab. 12.
Tab. 12 – Caratteristiche chimico-fisiche di stallatici
umificati e pellettati (da AA.VV.).
Caratteristiche
Umidità (%)
s.o. (% t.q.)
N (% t.q.)
P2O5 (% t.q.)
K2O (% t.q.)
C/N
pH (in H2O)
CSC (meq%)
50
17-26
38-45
3-4
3-4
3-4
7-8
6.0-7.0
30-50
PAGLIA, PULA DI RISO (LOLLA), STOCCHI E TUTOLI DI MAIS
Tutti questi prodotti, opportunamente sminuzzati, possono essere utilizzati per la
composizione di miscugli (20-30% volume), ma poiché sono caratterizzati da un
elevato rapporto C/N, devono essere compostati prima dell’uso per un periodo
variabile da tre a sei mesi e successivamente sterilizzati per eliminare eventuali
parassiti. Considerando che il rapporto
C/N può arrivare a 400 e che la
decomposizione
avviene
molto
rapidamente, durante il compostaggio
dovranno essere aggiunti 3-4 kg m-3 di
N. Nella tab. 13. viene riportata la
composizione chimica di alcune
paglie.
Tab. 13 – Composizione chimica (%) di alcune paglie (da Bartolini e Petruccelli, 1991).
Componenti
H2O
s.o.
N
Ceneri
P2O5
K2O
PRODOTTI
Cereali
12-21
75-83
0.3-2.0
3-8
0.2-0.3
0.5-1.1
Leguminose
12-22
76-83
1.2-2.0
3-9
0.3-0.4
0.6-1.8
OTTENUTI DA COMPOSTAGGIO DI MATRICI ORGANICHE DERIVATE DA SCARTI
AZIENDALI O RACCOLTA DIFFERENZIATA DI RIFIUTI URBANI O INDUSTRIALI
L’utilizzazione in agricoltura dei rifiuti degli insediamenti urbani e delle attività
industriali può essere praticata dopo la separazione di materiali grossolani (plastiche,
vetro, metalli), processi di ossidazione biologica, stabilizzazione, condizionamento
chimico e disidratazione. Il prodotto così ottenuto, indicato con il termine generico di
“compost”, presenta una elevata capacità di ritenzione idrica (ma una ridotta capacità
51
per l’aria) e un valore fertilizzante discreto, anche se risulta mediamente carente in
potassio. Tuttavia, presenta alcuni inconvenienti, i più importanti dei quali sono
rappresentati dalle caratteristiche chimico-fisiche non costanti, legate alla eterogeneità
e variabilità del materiale trasformato, e dalla presenza di metalli pesanti in elevate
concentrazioni, come evidenziano i valori riportati nelle tabelle 14 e 15.
Tab. 14 – Caratteristiche chimiche di fanghi di acque reflue urbane provenienti da zone diverse (da Accati
Garibaldi e Deambrogio, 1992 modificata).
Zone di
origine
Collegno (TO)
Verzuolo (CN)
Cassano (AL)
Padova (PD)
pH
7.6
5.6
8.1
7.0
C/N N totale
6.7
8.4
4.7
11.6
P
K
(%)
(%)
(%)
5.3
3.1
8.5
2.6
1.74
1.08
1.30
1.65
0.21
0.05
0.30
0.24
Pb
(mg
Kg–1)
380
175
184
197
Cr
(mg
Kg–1)
1184
79
36
94
Cd
(mg Kg–1)
1.5
0.2
0.2
5.8
Tab. 15 – Caratteristiche dei fanghi reflui del depuratore Ca’Nordio (Padova) utilizzati in prove agronomiche
presso la Facoltà di Agraria di Padova nel periodo 1983-1991. Valori espressi sulla sostanza secca.
Caratteristiche
Umidità (%t.q.)
pH
C/N
s.o. (%)
N totale (%)
P totale (%)
K totale (%)
Fe (%)
Mn (mg kg–1)
Cu (mg kg–1)
Zn (mg kg–1)
Cd (mg kg–1)
Cr (mg kg–1)
Ni (mg kg–1)
Pb (mg kg–1)
As (mg kg–1)
Hg (mg kg–1)
52
min
63.4
6.40
8.60
40.9
0.61
0.93
0.20
1.30
202
307
255
2.80
34.0
48.0
76.0
1.40
0.50
Max
74.8
7.80
16.2
61.2
3.70
2.70
0.33
1.81
718
383
2500
11.0
148
113
405
9.80
3.50
L’elevato contenuto in metalli pesanti, dannosi per l’uomo (Cd, Cr, Ni e Pb), rappresenta
sicuramente il limite maggiore per lo smaltimento dei fanghi tal quali, ma l’ostacolo può
essere aggirato diluendo il materiale con residui ligno-cellulosici (soprattutto cortecce)
o altro. Possono essere usate cortecce non molto “pregiate” (es. cortecce di pioppo
dell’industria cartaria) che entrano nella miscela in percentuali variabili in relazione alle
caratteristiche dei componenti (fino al 60-65% del volume). Il miscuglio così ottenuto
viene poi sottoposto ad un processo di compostaggio per una durata di circa 3 mesi e il
prodotto che ne deriva prende il nome di “compost CF”. La percentuale di “compost”
consigliata nella preparazione di un substrato è di circa il 30-50% in volume.
Il “compost” può essere ottenuto anche da residui solidi urbani (RSU), sottoposti a
operazioni di cernita (separazione della frazione organica da quella inorganica con
eliminazione dei pezzi di metallo, vetro, plastica, ecc.), trinciatura e compostaggio,
durante il quale viene ridotta la carica microbica e viene stabilizzato il prodotto.
Questo materiale che prende il nome di “compost RSU” presenta tuttavia vari limiti,
imputabili soprattutto alla salinità e alla reazione.
ALTRI MATERIALI
Il terriccio di cotiche erbose, ricco di sostanza organica, è costituito da cotiche erbose
di vecchi prati in buono stato vegetativo, prelevate in autunno e lasciate decomporre
per qualche tempo.
Lo sfagno essiccato trova impiego come componente nei substrati per la coltivazione
di Orchidee, Bromeliacee e altre piante epifite e nel radicamento di talee. Lo sfagno
verde, invece, si utilizza per ricoprire i tutori di piante volubili munite di radici aeree
(Philodendron, Syngonium, Pothos ecc.).
L’Osmunda e il Polypodium sono due felci le cui radici, mescolate in parti uguali con
lo sfagno, costituiscono un composto molto adatto per la coltivazione delle orchidee e
delle piante epifite. Queste radici fibrose, caratterizzate da lenta decomposizione,
conferiscono al substrato una buona permeabilità, garantendo il mantenimento della
struttura per lungo tempo.
Il compost di lombrico è stato proposto come substrato di coltivazione nella coltura in
contenitore, a seguito dello sviluppo della lombricoltura. La sua utilizzazione non sembra
determinare, nella maggior parte dei casi, vantaggi sostanziali per la crescita delle piante.
Il compost esausto di fungaia presenta un alto contenuto di sostanza organica (3040%), di elementi minerali (K, P), di azoto proteico e di sali solubili. Prima dell’uso
53
il materiale deve essere compostato per
la durata di 2-3 mesi e, se si procede
alla sua pastorizzazione, è necessario
arieggiarlo al fine di eliminare
l’ammoniaca che si è formata durante
tale processo. Può essere addizionato al
miscuglio, in percentuale del 25-30%
del volume.
I sottoprodotti dell’industria enologica (graspi e vinacce) e olearia (sanse) possono
essere utilizzati come componenti dei substrati, previo compostaggio che ne riduce la
salinità e il livello in fitotossine, particolarmente elevato nelle vinacce. Il pH,
specialmente quello delle vinacce, non è uniforme, poiché dipende dalla zona di
coltivazione e dal trattamento a cui queste sono state sottoposte (torchiatura o
distillazione). Entrambi i materiali hanno un peso specifico apparente maggiore di
quello della torba, buona porosità libera (30-32%) e una capacità di ritenzione idrica
pari al 47% e 28%, rispettivamente nelle vinacce e nelle sanse. Le sanse possono
essere utilizzate per fornire un miscuglio insieme ad alghe marine che viene inoculato
con batteri cellulosolitici, ligninolitici e pectinolitici e batteri azotofissatori (cofuna).
Anche i cascami di pelletteria (scarti della lavorazione delle concerie e pelletterie)
possono essere utilizzati come componente di un mezzo di crescita, dopo essere
stati essiccati e macinati. Presentano una reazione intorno alla neutralità, con
elevati contenuti in sali minerali, azoto e
fosforo, ma eccessivi livelli di rame, zinco e
cromo.
Alghe, derivate dalla raccolta lungo le zone
costiere, vengono impiegate in alcune aree
limitate quale substrato per la produzione di
ortaggi fuori suolo. Particolare attenzione
dovrà essere riservata alla eliminazione di
eccessi di salinità.
Il Cellager è un materiale cellulosico leggero
(40 kg m-3) che si rigonfia quando viene
inumidito. Ha elevata capacità per l’acqua, ma
subisce rapida degradazione per opera di
microrganismi cellulosolitici.
54
Fig. 15 – Coltivazioni di pomodoro in
sacchi riempiti di alghe.
Materiali inorganici
In questa categoria vengono compresi materiali naturali (es. sabbia, pomice) e prodotti
minerali che derivano da particolari lavorazioni industriali (es. vermiculite, perlite).
Nella tab. 16 sono riportate le caratteristiche chimico-fisiche più interessanti di alcuni
di questi materiali.
Tab. 16 - Caratteristiche chimico-fisiche di alcuni substrati inorganici e sintetici impiegati in colture in
contenitore e in fuori-suolo (da AA.VV.).
Substrati
PA
(kg m-3)
Porosità
totale
(% vol.)
Sabbia
Pomice
Tufi vulcanici
Vermiculite
Perlite
Argilla espansa
Polistirolo
Lana di roccia
1400-1600
450-670
570-630
80-120
90-130
300-700
6-25
85-90
40-50
55-80
80-90
70-80
50-75
40-50
55
95-97
Porosità Capacità
libera di ritenzione
(%vol.)
idrica
(% vol.)
1-20
20-40
30-50
24-32
75-85
2-5
25-50
30-55
30-60
15-35
30-40
5-10
52
3
10-15
75-80
CSC
EC
(meq%) (mS cm-1)
20-25
3-5
80-150
1.5-3.5
3-12
-
0.10
0.08-0.12
0.05
0.02-0.04
0.02
0.01
0.01
pH
6.4-7.9
6.7-9.3
7.0-8.0
6.0-7.2
6.5-7.5
4.5-9.0
6.1
7.0-7.5
SABBIA
Materiale inorganico di origine naturale, con particelle di diametro compreso tra
0.05 e 2.0 mm, originatosi dal disfacimento di diversi minerali. La composizione
chimica della sabbia (Tab. 16) può variare a seconda della sua origine, ma in
generale risulta costituita per il 98.0-99.5% da silice (SiO2). Il pH può subire
oscillazioni in rapporto ai singoli componenti, ma soprattutto in relazione al
contenuto in calcare. Le sabbie con pH 6.4-7.0 risultano migliori, poiché quelle
ricche di carbonato di calcio determinano l’insolubilizzazione del fosforo e di alcuni
microelementi (es. ferro, manganese). Sono da preferite le sabbie di fiume rispetto
a quelle di duna. Come tutti i substrati di origine minerale, presenta ridotta CSC e
basso potere tampone. La porosità totale varia dal 40% al 50% del volume, ma la
capacità di ritenzione idrica va dal 20% al 40% rispettivamente per le sabbie
55
grossolane (> 0.5 mm) e quelle
più fini (0.05-0.5 mm). Queste
ultime sono quelle più adatte
ad essere utilizzate in ortofloricoltura: possono essere
impiegate da sole nelle semine
e per la radicazione di talee,
oppure in miscuglio (10-30%
in volume) con materiali
organici durante la fase di
coltivazione. Le sabbie grossolane possono venire impiegate qualora sia necessario
aumentare la capacità drenante del substrato.
L’elevato peso della sabbia fornisce una maggiore stabilità ai vasi, soprattutto per
quelle piante che si sviluppano molto in altezza, quando vengono impiegati
componenti con basso PA (torba e
terricci di foglia) e contenitori
molto leggeri (plastica rigida). Può
essere impiegata da sola per
colture in fuori suolo.
POMICE
Fig. 16 – Esempio di coltivazione di pomodoro in
moduli riempiti di sabbia.
56
Silicato di alluminio di origine
vulcanica, molto leggero e poroso,
che contiene piccole quantità di
sodio e potassio e tracce di calcio,
magnesio e ferro. E’ in grado di
trattenere calcio, magnesio, potassio
e fosforo dalle soluzioni nutritive e
di cederli gradualmente alla pianta.
Presenta reazione intorno alla
neutralità, ma alcuni materiali
possono avere pH eccessivamente
elevato, buona porosità libera ma
bassa capacità di ritenzione idrica
(Tab. 16). La struttura tuttavia tende
a degradarsi abbastanza rapidamente, a
causa della facile rottura delle
particelle.
La pomice, aggiunta alla torba, aumenta
il drenaggio e l’aerazione del substrato.
Commercialmente si ritrovano prodotti
di diversa granulometria e, per
l’impiego in orto-floricoltura, vanno
preferiti quelli con particelle da 2 a 10 mm di diametro.
TUFI VULCANICI
I tufi vulcanici (Tab. 16) sono caratterizzati da CSC molto bassa e da pH compreso tra
7 e 8. Presentano inoltre elevati PA e porosità libera, ma capacità di ritenzione idrica
molto ridotta. Le loro proprietà fisiche, tuttavia, dipendono dalle dimensioni delle
particelle. In commercio esistono prodotti a differente granulometria e la frazione
predominante è rappresentata da particelle con diametro compreso tra 2 e 6 mm.
I tufi vulcanici vengono aggiunti alla torba o ad altri materiali organici, per aumentare
la capacità per l’aria e il drenaggio del
substrato.
LAPILLI
Materiali derivati da eruzioni
vulcaniche, con particelle di diametro
vario (compreso per la gran
maggioranza tra 2 e 10 mm), trovano
impiego, come substrati di recente
introduzione, per colture in fuori
suolo. Le caratteristiche del materiale
variano in relazione alla loro
provenienza. Possono presentare peso
apparente compreso tra 850-1100 kg
m-3 e capacità di ritenzione idrica tra
15 e 25% in volume.
Fig. 17 – Coltivazione in fuori suolo di pomodoro
su lapillo.
57
VERMICULITE
Silicato idrato di magnesio alluminio e ferro, che allo stato naturale presenta struttura
a lamelle sottili che trattengono minutissime gocce d’acqua. Questo materiale viene
estratto soprattutto in Sudafrica e negli USA.
La preparazione della vermiculite avviene tramite riscaldamento (750-1000°C),
durante il quale l’acqua trattenuta tra le lamelle viene rapidamente trasformata in
vapore. Il conseguente aumento di pressione provoca la dilatazione delle particelle
(fino a 15-20 volte il loro volume) che assumono una struttura porosa a nido d’ape. Il
prodotto finale risulta sterile e viene suddiviso in quattro classi granulometriche (da
0.75-1.0 a 5-8 mm).
La vermiculite è caratterizzata (Tab. 16) da elevato potere tampone e da valori di CSC
simili a quelli delle migliori torbe ma, rispetto a queste ultime, presenta una più elevata
disponibilità di nutrienti (5-8% di potassio e 9-12% di magnesio). L’elevato potere
adsorbente si manifesta soprattutto nei confronti dell’NH4+, che viene fortemente
trattenuto dalle particelle; l’attività dei batteri nitrificanti, tuttavia, consente il recupero
di parte dell’azoto fissato. Un comportamento simile si ha nei confronti dell’anione
PO4– che viene però fissato in forma irreversibile per oltre il 75%; scarsa capacità
adsorbente si ha invece nei
confronti di Cl–, NO3– e SO4–.
Tali caratteristiche devono
essere attentamente valutate
quando
si
prepara
un
programma di fertilizzazione di
un substrato contenente questo
materiale. La reazione è
debolmente acida o neutra, ma
alcuni tipi possono presentare
un pH debolmente alcalino,
probabilmente per la presenza di
ossidi di Mg; in questo caso il
materiale risulta poco adatto per
la coltivazione.
Per
quanto
riguarda
le
caratteristiche fisiche, possiede
basso PA, elevata porosità totale
58
ed elevata capacità idroassorbente (trattiene quantità di acqua fino a 5 volte il suo
peso). La struttura tuttavia è poco stabile, in quanto presenta una scarsa resistenza alla
compressione e tende a degradarsi con il tempo, favorendo il ristagno dell’acqua. Per
tale ragione è preferibile miscelarla con la perlite o con la torba. Tal quale, può essere
usata nelle semine e per la radicazione di talee oppure per coltivazioni in fuori suolo.
PERLITE
Silicato di alluminio di origine
vulcanica che contiene il 75%
di SiO2 ed il 13% di Al2O3. Il
materiale
grezzo
viene
frantumato, setacciato, compresso e riscaldato a 7001000°C. A queste temperature,
la poca acqua contenuta nel
minerale si trasforma in vapore
espandendo le particelle in
piccoli aggregati grigio-biancastri che, a differenza della vermiculite, presentano una
struttura a celle chiuse. Non contiene alcun nutriente per le piante, ha CSC trascurabile ed
è praticamente neutra (Tab. 16). Il pH, tuttavia, può variare facilmente in rapporto alla
qualità dell’acqua irrigua, poiché il potere tampone del materiale è nullo. Quando viene
utilizzata in alta percentuale nel substrato, è buona norma tenere sotto controllo il pH che
non deve scendere a valori inferiori a 5, per evitare effetti fitotossici dovuti a eccesso di
alluminio. E’ un materiale sterile, molto leggero e che possiede elevata porosità libera
anche dopo l’imbibizione. La struttura a celle chiuse permette di trattenere l’acqua solo
sulla superficie e negli spazi tra gli agglomerati, per cui la capacità di ritenzione idrica è
variabile in relazione alle dimensioni di questi ultimi. Viene commercializzata in diverse
granulometrie ma quella più idonea all’attività orto-floro vivaistica è quella con granuli da
2-5 mm di diametro. Tal quale, può essere usata come substrato nei letti di radicazione,
perché assicura una buona aerazione all’apparato radicale. A causa dell’inerzia chimica,
scarsa consistenza e coesione risulta inadatta come sub-strato di coltivazione. Nei miscugli
con materiali organici, conferisce al substrato maggiore sofficità, permeabilità ed
aerazione, migliorandone le caratteristiche fisiche.
La perlite può essere riutilizzata anche per parecchi anni purché sterilizzata. Quando la
struttura comincia ad alterarsi si osserva un viraggio di colore dal grigio-biancastro al giallo.
59
B
A
D
C
Fig. 18 – Esempi di impiego della perlite in
coltivazioni fuori suolo: pomodoro (A); rosa (B);
gerbera (C); peperone (D).
(Foto Perlite Italiana s.r.l.)
ARGILLA ESPANSA
Si ottiene trattando la polvere di argilla a circa
700°C. In relazione al materiale argilloso
utilizzato, si formano così degli aggregati
stabili che presentano valori variabili per
quanto riguarda: CSC, pH e PA (Tab. 16). Può
essere usata in miscugli con materiali organici
nella quantità di circa 10-35 % del volume, ai quali conferisce maggiore aerazione e
drenaggio. Quella che presenta pH>7 non è adatta all’impiego in orto-floricoltura.
60
LANA DI ROCCIA
Rappresenta il substrato maggiormente
impiegato nelle coltivazioni fuori suolo.
Deriva dalla fusione a 1500-2000°C di
silicati di alluminio, calcio e magnesio e del
carbon coke (Tab. 17). La miscela liquefatta
viene estrusa in fili di 0.05 mm di diametro
e, successivamente alla compressione e
all’aggiunta di particolari resine, il materiale
assume una struttura fibriforme molto
leggera (80 kg m-3) con una elevata porosità
(Tab. 16). La lana di roccia è sterile e
chimicamente inerte e, quando aggiunta ad
un substrato, ne migliora le caratteristiche di
aerazione e drenaggio e permette anche un
ottimo ancoraggio per le radici.
Fig. 19 – Piantina di pomodoro
(ripicchettata) in cubo di lana di roccia.
Viene impiegata da sola, come substrato di semina e per coltivazioni fuori suolo. E’
confezionata con formati diversi in relazione alle esigenze di impiego: per il vivaismo si
utilizzano tappi seme (plug), tappi talea e cubi di vario formato; per la coltivazione è
prodotta in lastre che presentano lunghezza variabile da 1 a 2 metri, spessore da 7.5 a 10
cm e larghezza da 10 a 20 cm. Le fibre possono essere disposte con orientamento
orizzontale o verticale per garantire una maggiore durata nel tempo e una diversa
capacità di ritenzione idrica. In generale vengono utilizzate lastre di minor spessore, con
fibre verticali, negli ambienti con clima freddo e lastre di maggior spessore, con fibre
disposte orizzontalmente, per garantire maggiore ritenzione idrica, in condizioni di clima
caldo. Le lastre usate per la coltivazione possono essere impiegate per più cicli
produttivi, avendo l’avvertenza di verificare che lo spessore del substrato sia rimasto
sufficiente per garantire un corretto accrescimento dell’apparato radicale oltre ad
un’adeguata reidratazione con livelli omogenei di umidità, EC e pH.
Tab. 17 – Maggiori costituenti della lana di roccia Grodan (ossidi % sul peso totale - da Cultures
legumiéères sur substrats - C.T.I.F.L. 1996).
Elementi
Silicio
Calcio
Alluminio
%
47
16
14
Elementi
Magnesio
Ferro
Sodio
%
10
8
2
Elementi
Titanio
Potassio
Manganese
%
1
1
1
61
B
A
C
D
Fig. 20 – Esempi di
impiego della lana di
roccia in coltivazioni fuori
suolo: peperone (A); rosa
(B); cetriolo (C);
pomodoro (D).
ZEOLITI
Silicati idrati di alluminio caratterizzati dalla
capacità di assorbire elementi gassosi, elevato
contenuto in macro e microelementi, alto potere
adsorbente ed elevata superficie interna (struttura
con pori da 0.5 mm). Questo substrato è di grande
interesse in quanto adsorbe e rilascia lentamente ioni
K+ e NH4+, mentre non è in grado di adsorbire Cl- e
Na+, pericolosi per le piante. Viene commercializzato
in formulazioni che si differenziano per il contenuto
in N e P2O5 e che possono essere utilizzate nelle
semine, per la radicazione di talee o nella fase di
coltivazione (Fig. 21).
62
Fig. 21 – Coltivazione di melone
su zeolite in vaso.
SIRLITE
Deriva dall’incenerimento della pula di riso e può essere impiegata solamente in
miscuglio con altri substrati a causa della granulometria molto fine.
Materiali sintetici
Comprendono sia materiali plastici a bassa densità che resine sintetiche a scambio
ionico. Questi materiali, denominati “espansi”, perché ottenuti con un processo di
dilatazione ad alte temperature, non sono ancora largamente diffusi, ma possiedono
proprietà fisiche adatte ad equilibrare le caratteristiche di altri substrati.
POLISTIROLO ESPANSO
Prodotto in granuli di 4-10 mm di diametro con struttura a celle chiuse. E’ un materiale
che non si decompone durante l’uso, molto leggero e altamente incoerente, con
porosità molto elevata ma con capacità di ritenzione idrica estremamente ridotta (Tab.
16). Possiede CSC e potere tampone praticamente nulli, per cui viene aggiunto al
substrato (es. torba) esclusivamente per migliorarne la porosità libera. E’ da preferire
la granulometria da 4-5 mm, che, inserita nei miscugli in misura del 15-30% del
volume, riduce i pericoli di asfissia radicale, evitando ristagni di umidità nei
contenitori. Nella coltivazione di specie ornamentali epifite, il polistirolo può essere
impiegato in proporzioni maggiori, ma mai superiori al 50%, in quanto verrebbe
eccessivamente ridotta la coerenza e la
capacità di ritenzione idrica. L’aggiunta
del polistirolo ai miscugli deve essere
effettuata dopo l’eventuale sterilizzazione
degli altri componenti, poiché non resiste
né al calore, né ai prodotti chimici
fumiganti (es. bromuro di metile).
SCHIUMA DI UREA-FORMALDEIDE (HYGROMULL)
A differenza del polistirolo, ha una struttura a celle aperte e può assorbire acqua nella
misura del 50-70% del volume. Questo materiale è leggero (10-30 kg m-3) ma poco
stabile, soprattutto in ambiente acido, dove può essere degradato per il 15-25% nell’arco
di un anno. In seguito alla degradazione viene liberato azoto che si rende, tuttavia,
63
Fig. 22 – Coltivazione di anthurium su schiuma
poliuretanica.
disponibile per le piante in proporzione molto bassa. In commercio è
presente schiuma, con un contenuto in
formaldeide inferiore al 25%, sia sotto
forma di granuli che di blocchi. Prima
del suo impiego è importante
assicurarsi che non sia presente
formaldeide libera, tossica per le
piante. Entra nella preparazione dei
substrati con le stesse funzioni del
polistirolo e va impiegata fino ad una
percentuale del 20-30% del volume.
POLIURETANO ESPANSO O SCHIUMA POLIURETANICA
Materiale a bassa densità (12-18 kg m-3) con struttura porosa che permette di assorbire
una quantità di acqua pari al 70% del suo volume. E’ chimicamente inerte, in quanto
presenta un pH pressoché neutro (6.5-7.0), non contiene elementi nutritivi utili per le
piante e non subisce decomposizione. In commercio è possibile reperirlo sotto forma di
granuli, cubetti per la radicazione o blocchi. Come la lana di roccia, può essere impiegato
anche da solo per la coltivazione in fuori suolo.
RESINE A SCAMBIO IONICO
Queste resine sono polimeri sintetici in grado di trattenere cationi (K+, NH4+, Ca2+,
Mg2+ ecc.) ed anioni (NO3–, SO42–, PO43– ecc.) e di scambiarli con altri ioni presenti
nell’acqua di irrigazione. Possono venire aggiunte ai substrati in dosi pari al 2-10% del
volume, al fine di aumentarne la capacità di ritenzione idrica, per regolare
l’assorbimento e la cessione degli elementi nutritivi e, quindi, evitare eccessi di
salinità.
Preparazione dei miscugli
L’impiego di miscugli si rende necessario per abbassare il costo dei substrati e/o per
migliorare alcune caratteristiche dei componenti originali. Ad es. si possono
aggiungere: torba, vermiculite, fibra di cocco, terricci di bosco e di foglie, segatura e
64
pula di riso per aumentare la capacità di ritenzione idrica; perlite, polistirolo, sabbia
grossolana, argilla espansa, tufi vulcanici, corteccia di pini grossolana e aghi di pino per
aumentare la porosità libera e il drenaggio; torba bionda e terra di brughiera per
innalzare l’acidità; più elevati quantitativi di materiale organico o idonee quantità di
terreno argilloso per aumentare la CSC e il potere tampone; substrati a bassa velocità
di decomposizione per favorire maggiore durata e stabilità. Nella tab. 18 si riportano, a
titolo indicativo, alcune proprietà fisiche di miscugli ottenuti con quantità diverse di
torba e altri materiali organici e inorganici. A questo proposito sembra opportuno
segnalare che le caratteristiche dei miscugli rappresentano raramente la media di quelle
dei componenti impiegati in quanto con la miscelazione vengono modificati gli assetti
tra le singole particelle e di conseguenza le relazioni di carattere fisico e chimico.
Tab. 18 – Proprietà fisiche di substrati costituiti da torba in miscela con alcuni materiali organici o
inorganici (da AA.VV.).
Caratteristiche e materiali
25
Torba (% vol.)
50
75
185
135
40
145
120
50
125
95
62
86
93
40
90
94
63
92
96
77
21
66
33
25
63
38
20
53
27
65
27
7
65
31
25
72
43
50
m-3)
PA (kg
Corteccia compostata
Perlite
Polistirolo espanso
Porosità totale (% vol.)
Corteccia compostata
Perlite
Polistirolo espanso
Porosità libera (% vol.)
Corteccia compostata
Perlite
Polistirolo espanso
Capacità di ritenzione idrica (% vol.)
Corteccia compostata
Perlite
Polistirolo espanso
In generale, per quanto riguarda la dotazione di principi nutritivi, sono da preferire
miscugli relativamente poveri, al fine di poter meglio gestire la coltura, apportando i
nutrienti (tipi e quantitativi) nei momenti più idonei al soddisfacimento delle richieste
65
delle diverse specie.
Il giusto rapporto tra i diversi costituenti di un miscuglio varia anche in funzione delle
condizioni ambientali in cui si opera, infatti, in condizioni di temperature elevate, per
evitare rapido essiccamento, è razionale l’impiego di componenti che possiedano la
maggiore capacità di ritenzione idrica e non permettano veloce evaporazione (es.
torba) e che nello stesso tempo garantiscano resistenza alla decomposizione (es. aghi
e scorza di pino). Quando, invece, si opera in ambienti umidi e con bassa radiazione
solare dovranno essere preferiti i componenti caratterizzati da buona porosità per
garantire buon drenaggio, con conseguente rapido sgrondo delle acque in eccesso. In
questo caso si dovranno aggiungere substrati più grossolani rappresentati ad esempio
da sabbia, pomice, trucioli di legno, argilla espansa, polistirolo espanso.
Le esigenze fino ad ora sinteticamente esposte, portano alla formulazione di miscugli
per la cui preparazione dovrà essere necessariamente previsto l’impiego di macchine
idonee all’ottenimento di una massa omogenea più facilmente mescolabile,
sufficientemente umida e con buona calibratura delle particelle (es. trinciatrici, mulini,
vagli rotanti, setacci, umidificatori). Ciò al fine di ricavare un prodotto standard con
caratteristiche note e costanti nel tempo. Tale condizione permetterà di definire con più
precisione interventi per la conduzione della coltura impostando, ad esempio,
programmi razionali di irrigazione e concimazione che risulteranno più confacenti alle
diverse specie nelle diverse fasi fenologiche. Queste modalità operative hanno
condotto alla preparazione di un numero ridotto di miscugli validi per molte specie
che, pur non fornendo sempre risultati ottimali, rivestono un certo interesse (es. John
Innes Compost, U.C. soil mix, Cornell peat-lite mixes).
66
PARTE SECONDA
Aspetti chimici e fisiologici
della nutrizione
Elementi di chimica utili per la
gestione dell’irrigazione
fertilizzante
Sambo P., Gianquinto G.
In questo capitolo, diretto agli operatori e tecnici agricoli, vengono trattati alcuni
argomenti di chimica generale ritenuti basilari ai fini della preparazione e gestione
delle soluzioni nutritive. Gli argomenti sono presentati a livello molto elementare per
facilitarne la comprensione anche a chi non è in possesso di basi conoscitive
specifiche.
Materia, elementi, composti, atomi e molecole
Con il termine generico di materia si indica tutto ciò che occupa spazio e possiede
massa. La materia che ai nostri sensi si può presentare sotto forma solida, liquida o
gassosa, è costituita da 103 elementi diversi variamente combinati tra loro. Un
elemento è una sostanza che non può essere decomposta in sostanze più semplici per
mezzo di processi chimici. Ciascuno degli elementi possiede un nome ed un simbolo
(Tab. 19).
Tutti gli elementi sono costituiti da piccole particelle indivisibili dette atomi. Un
atomo è la più piccola porzione di materia in cui può essere suddiviso un elemento
chimico conservando ancora le proprie caratteristiche. L’atomo è quindi la più piccola
parte di un elemento che può prendere parte ad una reazione chimica. E’ composto da
un nucleo e da elettroni. Il nucleo che contiene neutroni (particelle prive di carica
elettrica) e protoni (particelle cariche positivamente) si trova al centro dell’atomo e ne
determina la massa (peso). Gli elettroni sono particelle cariche negativamente che
71
pesano pochissimo e ruotano attorno al nucleo su orbite caratterizzate da diversi livelli
di energia (a orbite più esterne corrispondono livelli energetici superiori). Non è
possibile assegnare orbite precise agli elettroni, tuttavia il loro movimento non è
completamente arbitrario ed essi occupano certe zone di spazio preferenziali attorno
ai nuclei, dette orbitali. Le proprietà chimiche di un atomo dipendono essenzialmente
dal numero e dalla disposizione dei suoi elettroni più esterni, in quanto sono questi a
interagire durante le reazioni chimiche.
Ogni elemento ha caratteristiche proprie che lo distinguono dagli altri e tra queste il
peso dei suoi atomi è una delle più importanti. Poiché gli atomi sono entità di materia
molto piccole, il loro peso non si esprime in grammi ma è rappresentato da un numero
puro dato dal rapporto tra il peso dell’atomo in esame e il peso di un atomo di
riferimento. L’atomo preso come riferimento fu dapprima l’idrogeno, poi l’ossigeno,
attualmente è un isotopo(1) del carbonio al quale è stato assegnato il peso atomico
(p.a.) 12. La scala dei pesi atomici (Tab. 19) è quindi relativa al valore assegnato
all’atomo di riferimento.
Tab. 19 - Simbolo chimico e peso atomico dei principali elementi chimici di interesse agrario.
Elementi
Simboli
Carbonio
Idrogeno
Ossigeno
Azoto
Fosforo
Potassio
Zolfo
Cloro
Sodio
Silicio
C
H
O
N
P
K
S
Cl
Na
Si
Pesi
atomici
12.01
1.008
16.00
14.01
30.97
39.10
32.07
35.45
22.99
28.09
Elementi
Simboli
Magnesio
Calcio
Ferro
Manganese
Rame
Zinco
Boro
Molibdeno
Alluminio
Selenio
Mg
Ca
Fe
Mn
Cu
Zn
B
Mo
Al
Se
Pesi
atomici
24.30
40.08
55.84
54.94
63.55
65.39
10.81
95.94
26.98
78.96
(1) Alcuni elementi contengono atomi chimicamente identici ma di peso diverso, in quanto possiedono un
numero differente di neutroni. Questi atomi vengono chiamati isotopi. Il peso dell’elemento è quindi dato
dalla media ponderata dei pesi atomici degli isotopi che costituiscono l’elemento. Ad es. il cloro è
costituito da due isotopi che hanno peso atomico di 34.97 (circa il 76% degli atomi) e 36.97 (circa il 24%
degli atomi), per cui il peso atomico medio diventa pari a 35.45.
72
I composti sono dei sistemi omogenei costituiti da due o più elementi legati in
combinazione chimica secondo proporzioni definite e costanti. In seguito alla
combinazione chimica, i singoli elementi perdono le loro caratteristiche e proprietà
chimiche, mentre il composto ne acquisisce di proprie. Ad esempio, H2 e O2 sono
gassosi a temperatura ambiente, mentre H2O, che è un composto di questi due
elementi, è liquido e le altre sue proprietà fisiche e chimiche sono completamente
diverse dagli elementi originari.
Le molecole sono le parti più piccole di una sostanza che possono esistere da sole
mantenendo le caratteristiche chimiche di quella sostanza. Sono costituite da uno o più
atomi che possono essere dello stesso tipo oppure differenti. La composizione
molecolare di una sostanza può essere descritta con delle formule, utilizzando i
simboli degli elementi che costituiscono così una specie di alfabeto chimico. Nelle
formule chimiche compaiono spesso dei piccoli numeri al piede di alcuni simboli ad
indicare quanti atomi di quell’elemento sono presenti nella molecola di una
determinata sostanza. La formula dà allora due tipi di informazione: una qualitativa
che dice quali elementi sono presenti in una certa sostanza, l’altra quantitativa che dice
in quali rapporti si trovano gli atomi di questi elementi. Ad es., H2O significa che una
molecola di acqua è costituita da due atomi di idrogeno combinati con un atomo di
ossigeno.
Il peso molecolare (p.m.) di una sostanza è uguale alla somma dei pesi degli atomi che
costituiscono la molecola (Tab. 20).
Tab. 20 – Calcolo del peso molecolare di alcune sostanze.
Sostanze
HCl
H2O
NaCl
H2SO4
K2SO4
HNO3
Ca(NO3)2
Somma dei pesi atomici
1.008 + 35.45
(1.008 × 2) + 16.00
22.99 + 35.45
(1.008 × 2) + 32.07 + (16.00 × 4)
(39.10 × 2) + 32.07 + (16.00 × 4)
1.008 +14.01 + (16.00 × 3)
40.08 + [14.01 + (16.00 × 3)] × 2
Pesi molecolari
36.458
18.016
58.44
98.086
174.27
63.018
164.1
73
Nella tabella 21 sono riportati i pesi molecolari (arrotondati al primo decimale) dei
più comuni composti utilizzati per la preparazione delle soluzioni nutritive. A questo
proposito è da rilevare che talvolta alcune sostanze contengono nei loro cristalli delle
molecole di acqua che devono essere tenute in considerazione nel calcolo del peso
molecolare.
Tab. 21 - Peso molecolare di alcuni dei più comuni acidi e sali utilizzati nelle soluzioni nutritive.
Composti
Formule Chimiche
Acido nitrico 100%
Acido fosforico 100%
Nitrato di calcio (sale puro)
Nitrato di calcio (commerciale)
Nitrato di potassio
Nitrato di ammonio
Nitrato di magnesio (esaidrato)
Fosfato monopotassico
Fosfato monoammonico
Solfato di potassio
Solfato di magnesio (eptaidrato)
Solfato di manganese (monoidrato)
Solfato di zinco (eptaidrato)
Borax (tetraborato di sodio decaidrato)
Solfato di rame (pentaidrato)
Molibdato di sodio (biidrato)
HNO3
H3PO4
Ca(NO3)2 • H2O
5[Ca(NO3)2 • 2H2O] • NH4NO3
KNO3
NH4NO3
Mg(NO3)2 • 6H2O
KH2PO4
NH4H2PO4
K2SO4
MgSO4 • 7H2O
MnSO4 • H2O
ZnSO4 • 7H2O
Na2B4O7 • 10H2O
CuSO4 • 5H2O
Na2MoO4 • 2H2O
Pesi
Molecolari
63
98
182.1
1080.5
101.1
80.0
256.3
136.1
115.0
174.3
246.3
169.0
287.5
381.2
249.7
241.9
Moli e peso molare
Tutte le reazioni chimiche coinvolgono atomi o molecole in rapporti numerici ben
definiti, ma poiché atomi e molecole sono quantità di materia estremamente più
piccole di quelle che si possono manipolare in un laboratorio, è stata introdotta una
unità di misura che appare molto utile per i calcoli. Tale unità di misura è la mole (M)
che rappresenta la quantità di materia il cui peso espresso in grammi (peso molare) è
numericamente uguale al peso atomico o molecolare dell’elemento o composto
considerato. Ad una mole corrisponde un numero ben definito di atomi o molecole.
74
Tale numero è pari a 6.023 × 1023 ed è conosciuto come numero di Avogadro.
Sottomultipli della mole sono la millimole (mM) che è un millesimo di M e la
µM) che è un millesimo di mM o un milionesimo di M.
micromole (µ
Da quanto esposto si evince quindi che in una mole di idrogeno (1.008 g di H) c’è lo
stesso numero di atomi presenti in una mole di azoto (14.01 g di N), zolfo (32.07 g di
S), calcio (40.08 g di Ca) e così via. Lo stesso vale per le molecole, per cui una mole
di solfato di zinco (287.5 g di ZnSO4) contiene lo stesso numero di molecole di una
mole di solfato di rame (249.7 g di CuSO4), acido nitrico (63.0 g di HNO3),
bicarbonato di sodio (84.0 g di NaHCO3), ecc.
L’utilità di questa unità di misura appare evidente quando si voglia far avvenire una
reazione. Ad esempio:
HNO3 + NaHCO3 <=> CO2+ H2O + NaNO3
coinvolge una molecola di acido nitrico (HNO3, peso molecolare pari a 63) e una
molecola di bicarbonato di sodio (NaHCO3, peso molecolare pari a 84). Affinché
questa reazione avvenga è necessario rispettare il rapporto di 1:1 tra le molecole delle
due sostanze. Ciò significa utilizzare 63 g di acido nitrico (1 mole di HNO3) e 84 g di
bicarbonato di sodio (1 mole di NaHCO3) o, comunque, quantità tali da mantenere il
rapporto in peso HNO3:NaHCO3 pari a 63:84.
Elettroliti, ioni e dissociazione ionica
Alcuni composti, i cosiddetti elettroliti (composti che allo stato fuso o in soluzione
conducono elettricità), quando vengono sciolti in acqua si dissociano, cioè si
disperdono allo stato di ioni. Gli ioni sono atomi o raggruppamenti atomici aventi
cariche elettriche positive o negative, come ad esempio Na+, Cl-, SO42-. Gli ioni hanno
proprietà diverse da quelle degli atomi o gruppi atomici da cui derivano. Gli elettroliti
si distinguono in forti e deboli in relazione al loro grado di dissociazione, cioè alla
frazione o percentuale di sostanza che può dissociarsi. Gli elettroliti forti sono
essenzialmente sotto forma ionica anche in soluzioni concentrate e la dissociazione
diventa pressoché totale in soluzione diluita.
75
Esempi tipici di elettroliti forti sono:
Cloruro di sodio
Solfato di zinco
Acido nitrico
Idrossido di sodio
NaCl
ZnSO4
HNO3
NaOH
<=>
<=>
<=>
<=>
Na+ + ClZn2+ + SO42H+ + NO3Na+ + OH-
Gli elettroliti deboli sono debolmente dissociati quando si trovano a concentrazioni
normali. La loro dissociazione aumenta con la diluizione ma diventa, in teoria, totale
solo a diluizione infinita. Esempi tipici di elettroliti deboli sono:
Acido acetico
Idrossido di ammonio
CH3COOH <=> H+ + CH3COONH4OH
<=> NH4+ + OH-
Legami chimici, valenza e numero di ossidazione
Ogni elemento ha, per sue caratteristiche intrinseche, una determinata propensione a
cedere, acquistare o condividere i suoi elettroni più esterni dando origine a legami
chimici e quindi a dei composti. I legami chimici, cioè le forze che tengono uniti gli
atomi gli uni agli altri, sono fondamentalmente di due tipi:
- Legami covalenti, o omopolari, ottenuti per la condivisione di una o più coppie di
elettroni fra atomi diversi. La formazione del legame avviene per sovrapposizione
degli orbitali atomici che ospitano gli elettroni partecipanti al legame. Questo risulterà
tanto più forte quanto maggiore è il grado di sovrapposizione tra gli orbitali.
Per esempio, l’ossigeno è in grado di mettere in comune due elettroni con l’idrogeno
per formare l’acqua.
76
- Legami ionici, o eteropolari, ottenuti per trasferimento di elettroni da una sostanza
ad un’altra con formazione di composti costituiti da ioni di carica opposta. La stabilità
del legame è dovuta per la massima parte all’energia degli ioni di segno opposto.
Per esempio, il sodio cede al cloro un elettrone per formare il cloruro di sodio.
Sulla base di quanto esposto si può dare la definizione di valenza di un elemento che
rappresenta “il numero di elettroni che un atomo può acquistare, cedere o condividere
quando si lega ad uno o più atomi di altri elementi”, oppure “il numero di legami ionici
o covalenti mediante i quali un atomo si può legare con atomi di altri elementi”.
Tuttavia bisogna tenere presente che molti elementi possono presentare una valenza
variabile: ad esempio, in HCl il cloro “vale” 1, mentre in Cl2O7 “vale” 7; lo zolfo
presenta valenza diversa non solo quando forma composti con idrogeno e ossigeno
(H2S o SO2), ma essa è variabile anche nei confronti dello stesso ossigeno (SO2 e
SO3). Lo schema seguente mette in evidenza questo fenomeno nel caso dello zolfo (S).
Legame con H
S bivalente
Legame con O
S tetravalente
Legame con O
S esavalente
Questo modo di considerare la valenza degli elementi appare in molti casi inadeguato.
Infatti, un atomo nel momento in cui cede o acquista o condivide degli elettroni per
legarsi con un altro, modifica le sue caratteristiche elettroniche. Per indicare lo stato
in cui si trova un atomo nelle diverse molecole in cui compare, è stato perciò introdotto
il concetto di numero di ossidazione. I numeri di ossidazione sono numeri positivi o
negativi e rappresentano le cariche che possono venire attribuite agli elementi, in
77
modo tale che in una molecola neutra la loro somma sia zero. Si deve tuttavia
sottolineare che nella maggior parte dei casi le cariche attribuite agli elementi con i
numeri di ossidazione non sono “reali” ma “formali”. Si tratta di cariche reali solo nel
caso di composti ionici. Questo concetto, rispetto a quello della valenza, permette
quindi di attribuire un segno + o – al numero di elettroni che un atomo può utilizzare
per formare i legami e di identificare anche quali possono essere le diverse
combinazioni di atomi che si legano tra di loro.
Mentre nei composti ionici il numero di ossidazione (n.o.) è molto facilmente
individuabile in quanto coincide con le cariche elettriche effettivamente presenti, per
gli altri composti è necessario fare riferimento ad alcune regole:
1) La somma dei n.o. degli atomi presenti in un composto è sempre 0;
2) Gli elementi allo stato atomico o molecolare hanno n.o. pari a 0 (es. H2, O2, Cl2);
3) Gli elementi sottoelencati presentano invariabilmente in tutti i loro composti il
numero di ossidazione a fianco indicato:
Na, K = +1
Mg, Ca, Zn = +2
B, Al = +3
F = –1
4) H = +1, a eccezione dei composti con gli elementi che presentano invariabilmente
n.o. positivo nei quali l’idrogeno ha valore –1;
5) O = –2, salvo nei perossidi (H2O2 e derivati) nei quali l’ossigeno ha n.o. = –1.
6) Tutti gli altri elementi hanno n.o. variabili (Tab. 22).
Tab. 22 – Principali elementi chimici di interesse agrario e loro “numero di ossidazione”.
Elementi
N
B
Ca
C
Cl
Fe
P
H
Mg
Na
78
n.o.
–3 +3 +5
+3
+2
–4 +4
–1 +1 +3 +4 +5 +7
+2 +3
+1 +3 +5 –3
+1 (–1)
+2
+1
Elementi
Mn
Mo
O
K
Cu
Si
Zn
S
Se
Al
n.o.
+2 +4 +6 +7
+2 +3 +4 +5 +6
–2 (–1)
+1
+1 +2
+4 (–4)
+2
–2 +4 +6
–2 +4 +6
+3
Sulla base di queste regole risulta relativamente facile determinare il numero di
ossidazione anche di composti non citati nelle regole sopra esposte come riportato
nell’esempio che segue.
H2SO4
n.o. di H = +1
n.o. di O = –2
2H = +2
4O = –8
S= x
Risolvendo l’equazione: +2 –8 +x = 0
Si ottiene x = +6 che è il n.o. dello S nel H2SO4
Si definisce peso equivalente di un elemento il rapporto tra il suo peso atomico e la
valenza. Il peso equivalente di una sostanza (es.acido o base), invece, è dato dal suo
peso molecolare diviso per il numero di elettroni che può accettare o cedere (n.o.). Il
grammo-equivalente o equivalente è il peso equivalente espresso in grammi, per cui il
milliequivalente (meq) è pari a un millesimo di grammo-equivalente. Ad esempio: il
peso equivalente di NO3– è uguale al suo peso molecolare, mentre quello di SO42– è
pari alla metà del suo peso molecolare, poiché nel primo caso il numero di ossidazione
è –1, nel secondo è –2. Di conseguenza il numero di equivalenti di una sostanza, che
interviene in una reazione, è pari al numero di moli moltiplicato per la valenza.
Soluzioni e loro proprietà
L’unione di due o più sostanze costituisce un miscuglio che può essere:
1) eterogeneo, quando è costituito da più fasi, ovvero le sue componenti sono sempre
distinguibili. In particolare si parla di emulsione quando una componente liquida è
dispersa in un’altra componente liquida (es. acqua e olio) e di sospensione quando una
componente solida è dispersa in una componente liquida o gassosa;
2) omogeneo, quando è costituito da un’unica fase, ovvero le sue componenti non sono
distinguibili. Questo è il caso delle soluzioni, in cui i composti originari perdono
alcune delle loro caratteristiche iniziali conferendone di nuove al miscuglio. Le
soluzioni possono essere gassose, solide o liquide ma queste ultime sono le più
importanti dal punto di vista pratico. Possono essere costituite da due o più composti:
il più abbondante è detto solvente, mentre l’altro/i è indicato come soluto. Nelle
soluzioni non è possibile distinguere il solvente dal soluto poiché le particelle di
quest’ultimo sono rappresentate da molecole o ioni.
79
Solubilità e precipitazione
La quantità massima di soluto che si può sciogliere in un dato volume di solvente è
definita solubilità (Tab. 23). Se si supera tale quantità la soluzione si definisce satura
e l’eccesso di soluto precipita. Come si può osservare dalla stessa tabella la solubilità
varia con la temperatura aumentando più o meno intensamente con essa. Quando una
soluzione è molto al di sotto del limite di saturazione è detta diluita, quando vi si
avvicina è detta concentrata.
Tab. 23 – Solubilità in acqua dei principali composti.
Composti
Nomi
Nitrato di calcio
Nitrato d’ammonio
Nitrato di potassio
Nitrato di magnesio
Urea
Solfato di potassio
Solfato di magnesio
Solfato di ferro
Fosfato monopotassico
Fosfato monoammonico
Fosfato biammonico
Cloruro di sodio
Cloruro di calcio
Cloruro di potassio
Formule
Ca(NO3)2
NH4NO3
KNO3
Mg(NO3)2
CO(NH2)2
K2SO4
MgSO4 • 7H2O
FeSO4 • 7H2O
KH2PO4
NH4H2PO4
(NH4)2HPO4
NaCl
CaCl2
KCl
Solubilità
(g per 100g)
0°C
20°C
102
122
120
192
14
32
(*)
26
58.6
66
103
7
11
(*)
26
72
(*)
15.6
52.8
14
23
23
37
43
66
31.7
67.8
86.8
(**)
(**)
(**)
(**)
(**)
(**)
Da Rampini e Saibene, 1997.
(*) da Bunt, 1988.
(**) da Merck Index, 1996.
Con il termine concentrazione di una soluzione si indica il rapporto tra la quantità di
soluto e la quantità di solvente che comunemente si può esprimere:
- in percento in peso (grammi di soluto in 100 g di soluzione);
- in percento di volume (grammi di soluto in 100 cc o ml di soluzione);
- grammi litro (grammi di soluto in un litro di soluzione);
- molarità (numero di moli presenti in un litro di soluzione).
80
Per spiegare perché solo alcune sostanze entrano in soluzione, cioè si sciolgono in un
solvente, è necessario considerare la natura dei composti miscelati. Esistono infatti
molecole completamente neutre dal punto di vista elettrico (apolari), altre invece che
pur essendo neutre nel loro complesso, hanno una polarità (formazione di carica
elettrica) più o meno accentuata; esistono poi sostanze ioniche che presentano
componenti con cariche elettriche libere. Tali caratteristiche si manifestano sia nel
solvente che nel soluto. La solubilità di una sostanza è tanto maggiore quanto più le
sue caratteristiche elettriche sono simili a quelle del solvente. L’acqua, composto
polare, riuscirà quindi a sciogliere molto bene composti polari (es. zuccheri) o ionici
(es. sali). Nel caso di una soluzione di cloruro di sodio (NaCl), ad esempio, ogni ione
Na+ sarà circondato dalla parte polarizzata negativamente delle molecole d’acqua,
mentre il Cl– verrà circondato dalla parte polarizzata positivamente. Questo favorisce
la solubilizzazione del sale come indicato nello schema seguente.
pH e potere tampone
Il pH è per definizione il logaritmo negativo della concentrazione di ioni (H+) presenti
in una soluzione:
pH = – log10 [H+]
Quindi, se in un litro di soluzione ci sono 0.000001 moli (10–6 moli) di H+, il pH sarà
uguale a 6.
In termini pratici il fatto che il pH indichi la concentrazione di H+ di una soluzione
(nutritiva, circolante ecc.) è importante perché permette di valutarne l’acidità.
Per convenzione i valori del pH variano da 0 a 14, dove 0 indica il massimo valore di acidità
e 14 il valore massimo di alcalinità. La neutralità viene indicata da pH 7 che è il valore
dell’acqua pura,dove sono presenti 10–7 moli L–1 di H+ bilanciate da 10–7 moli L–1 di OH–.
81
Se all’acqua però viene aggiunto un acido, HNO3 per esempio, questo tenderà a
dissociarsi aumentando la quantità di H+ liberi (non bilanciati) nella soluzione,
facendo abbassare (acidificando) il pH come appare dalla reazione:
HNO3 + H2O <=> NO3– + 2H+ + OH–
La caratteristica polarità dell’acqua permette ad alcuni composti in essa disciolti (sali,
acidi, basi) di dissociarsi in ioni, che rappresentano la forma chimica assorbibile dalle
piante. In Tab. 24 si riportano le forme neutre e dissociate di alcuni composti utilizzati
in agricoltura.
Tab. 24 - Dissociazione dei principali composti.
Composti
Acido nitrico
Nitrato d’ammonio
Nitrato di calcio (*)
Nitrato di potassio
Acido solforico
Solfato di potassio
Solfato di magnesio
Solfato ferroso
Acido fosforico (**)
Fosfato monopotassico
Cloruro di sodio
Anidride carbonica
Dissociazione
HNO3=>H++NO3NH4NO3=>NH4++NO3Ca(NO3)2=>Ca2++2NO3KNO3=>K++NO3H2S04=>2H++S042K2SO4=>2K++SO42MgS04=> Mg2++SO42FeS04=>Fe2++SO42H3PO4=>H++H2PO4KH2PO4=>K++ H2PO4NaCl=>Na++ClCO2+H2O=>2H++CO32-
(*) Il nitrato di calcio commerciale contiene anche azoto ammoniacale, derivato da nitrato ammonico, oltre
a molecole d’acqua derivate dal processo di cristallizzazione. La formula del sale pertanto risulta essere:
5[Ca(NO3)2 • 2H2O] • NH4NO3. Nei successivi capitoli relativi al calcolo delle soluzioni nutritive si farà
riferimento al prodotto commerciale e non al sale puro.
(**) Viene
riportata soltanto la prima dissociazione in quanto l’unica possibile in considerazione dei livelli
di pH normalmente adottati nella preparazione delle soluzioni nutritive.
Alcune delle reazioni di dissociazione riportate nella tabella liberano ioni idrogeno
(H+) e quindi l’utilizzo di tali sostanze comporta un aumento dell’acidità. Nella
gestione delle soluzioni nutritive quindi, particolare attenzione deve essere posta non
solo all’uso degli acidi, ma anche all’impiego di altri composti quali, ad esempio, il
fosfato monopotassico e l’anidride carbonica che a loro volta agiscono in maniera
abbastanza incisiva nell’abbassare il pH.
82
Si dice che una soluzione o sospensione ha potere tampone quando il suo pH non
viene facilmente modificato in seguito all’aggiunta di acidi o basi: la variazione di pH
richiede cioé una quantità di base o di acido superiore a quella deducibile dal pH
stesso. Manifestano proprietà tampone le soluzioni di acidi o di basi deboli i cui
idrogenioni (H+) o ossidrilioni (OH–) sono soltanto parzialmente dissociati. In queste
soluzioni, infatti, affinché vi sia una sensibile variazione di pH devono essere sostituiti
anche quegli H+ o OH– che non sono inizialmente dissociati ma che si dissociano
gradualmente per effetto della variazione di pH conseguente all’aggiunta di una base
o di un acido alla soluzione. Normalmente, nelle soluzioni nutritive il potere tampone
viene assicurato dalla presenza dell’acido carbonico e dei suoi sali la cui azione verrà
successivamente illustrata.
Osmosi, pressione osmotica ed elettroconducibilità
Quando si aggiungono delle sostanze a una soluzione nutritiva, queste, oltre a
modificare il pH, influenzano anche alcune caratteristiche fisiche del miscuglio. Tra
queste, la pressione osmotica assume particolare importanza poiché interferisce
sensibilmente con la capacità delle piante di assorbire acqua e nutrienti.
Per definizione l’osmosi è un principio naturale secondo cui, se due soluzioni di
differente concentrazione salina sono separate da una membrana semipermeabile –
cioè permeabile solo alle molecole del solvente (acqua) – l'acqua passa
spontaneamente dalla soluzione meno concentrata a quella più concentrata,
esercitando sulla membrana una forza chiamata pressione osmotica. Se sulla
superficie libera della soluzione più concentrata viene però esercitata una pressione
molto elevata (15 – 20 atm) è possibile invertire il processo e indurre un passaggio di
solvente (acqua) verso la soluzione più diluita. Ripetendo più volte il passaggio è
possibile quindi desalinizzare una soluzione o, meglio, ottenere acqua caratterizzata da
un basso contenuto di sali (acqua osmotizzata).
La pressione osmotica è
tanto più elevata quanto
maggiore è la differenza
di concentrazione tra le
due soluzioni; dipende
dalla quantità di ioni
presenti nel miscuglio,
ma non dal tipo di ione.
83
Di conseguenza, sali diversi causano un aumento più o meno accentuato della
pressione osmotica di una soluzione, in relazione al numero di ioni che liberano per
dissociazione.
Ad esempio:
K2SO4 <=> 2K+ + SO4–2 (3 ioni)
CaSO4 <=> Ca2+ + SO4–2 (2 ioni)
Poiché la misurazione della pressione osmotica è piuttosto difficoltosa, nella pratica si
ricorre alla determinazione della concentrazione salina per mezzo della misura della
conducibilità elettrica o elettroconducibilità (EC) della soluzione. Essa misura la
capacità delle soluzioni di condurre la corrente elettrica e aumenta con la
concentrazione di soluti. L’EC viene espressa comunemente in milliSiemens/cm (mS
cm-1), o microSiemens/cm (µS cm-1); talvolta viene usato anche il mmhos cm-1 che
corrisponde al mS cm-1. Bisogna ricordare, tuttavia, che l’EC aumenta con la
temperatura della soluzione che deve essere quindi tenuta in considerazione durante la
misura, a meno che non si utilizzino strumenti (conduttivimetri) in grado di correggere
automaticamente i valori di EC rilevati.
Composti chimici
Ossidi e Idrossidi
Con il termine ossido si indica il composto derivante dalla reazione di un metallo con
l’ossigeno. Tali composti, quando messi in soluzione acquosa, hanno reazione basica
(alzano il pH) e formano gli idrossidi. Ad esempio:
Na2O + H2O => 2NaOH
CaO + H2O => Ca(OH)2
Gli idrossidi contengono sempre nella loro molecola un gruppo atomico OH– che
viene chiamato “ossidrile”. Ogni metallo, per formare il suo idrossido si legherà a tanti
ossidrili quante sono le sue valenze. Gli idrossidi aggiunti in soluzione ne alzano il pH;
la loro “forza” varia in relazione alla capacità di dissociarsi totalmente o parzialmente,
liberando il metallo (sotto forma ionica) e i gruppi ossidrilici ad esso legati.
84
Si possono individuare quindi:
Idrossidi fortissimi:
NaOH; KOH; LiOH; Ba(OH)2
Idrossidi forti:
Ca(OH)2; Sr(OH)2
Idrossidi di media forza
Mg(OH)2; Ag(OH)
Idrossidi deboli:
Al(OH)3
Idrossidi debolissimi:
Idrossidi dei metalli pesanti (Pb, Cr, ecc.)
Anidridi e Acidi
Con il termine anidride si indica il composto derivante dalla reazione di un non
metallo con l’ossigeno. Tali composti, quando messi in soluzione acquosa, hanno
reazione acida (abbassano il pH) e formano gli acidi. Gli acidi vengono distinti in
ossiacidi e idracidi a seconda che contengano ossigeno o meno (Tab. 25).
Tab. 25 - Principali ossiacidi e idracidi.
Ossiacidi
Nomi
Ac. Solforoso
Ac. Solforico
Ac. Nitroso
Ac. Nitrico
Ac. Fosforico
Idracidi
Formule
H2SO3
H2SO4
HNO2
HNO3
H3PO4
Nomi
Ac. Fluoridrico
Ac. Cloridrico
Ac. Bromidrico
Ac. Iodidrico
Ac. Solfidrico
Formule
HF
HCl
HBr
HI
H2S
Tutti i tipi di acido hanno comunque in comune la presenza di idrogeno che conferisce
loro la capacità di abbassare il pH di una soluzione. Quando un acido viene messo in
soluzione si ha la sua dissociazione con liberazione di H+.
Analogamente a quanto riferito per gli idrossidi, la capacità di un acido di dissociarsi
totalmente o parzialmente indica la “forza di un acido”. Si possono individuare quindi:
Acidi fortissimi:
Acidi forti:
Acidi di media forza:
Acidi deboli:
Acidi debolissimi:
HCl; HBr; HI; HNO3
H2SO4
HNO2; H3PO4; H2SO3
H2S; H2CO3; H3BO3
H2SiO3; HCN
85
Sali
Il sale è un composto in cui uno o più idrogeni di un acido sono stati sostituiti da un
metallo derivante da un idrossido, secondo lo schema seguente:
XOH
Idrossido
+
HY
Acido
=
XY
Sale
+
H2O
Acqua
Normalmente quando avviene una reazione tra un idrossido (che alza il pH) ed un
acido (che abbassa il pH) il sale che si ottiene è neutro in quanto i due reagenti si
neutralizzano. Tale affermazione non sempre è vera in quanto anche il sale una volta
messo in soluzione si dissocia formando nuovamente i composti (acido ed idrossido)
di partenza. Sulla base della “forza” di tali composti la reazione (pH) della soluzione
rimarrà invariata (acido e idrossido di pari forza), si abbasserà (acido forte e idrossido
debole) o si alzerà (acido debole e idrossido forte). Sulla base di quanto affermato, i
sali possono essere classificati in sali neutri, acidi e basici.
Sale neutro
NaNO3 + H2O
=> Na+ OH+
Idrossido forte
H+ NO3Acido forte
=> Cu(OH)2
+
Idrossido debole
2H+ + SO42–
Acido forte
Sale basico
Na2CO3 + 2H2O => 2Na+ + 2OH– +
Idrossido forte
H2CO3
Acido debole
Sale acido
CuSO4 + 2H2O
Sostanze chelanti
Con sostanze chelanti o chelati si fa riferimento a un gruppo di composti organici che,
legandosi ad atomi metallici, ne impediscono la conversione in forme insolubili.
Questi composti risultano particolarmente utili per mantenere in soluzione il ferro
nella preparazione delle soluzioni nutritive e quindi garantirne la disponibilità per le
piante. Il ferro, infatti, se viene somministrato sotto forma di sale inorganico (es.
solfato di Fe), può andare incontro a fenomeni di immobilizzazione nel substrato o di
precipitazione nella soluzione nutritiva, con conseguenti problemi di carenza. Ciò
avviene in ambiente basico e in assenza di ossigeno. L’uso dei chelanti impedisce tali
fenomeni e rende il ferro prontamente disponibile per le piante.
86
I principali composti utilizzati per la somministrazione di ferro alle piante sono
riportati in tab. 26:
Tab. 26 – Principali tipi di sali e chelati di ferro impiegati nella fertirrigazione.
Composti
Contenuti in Fe (%)
Ferro inorganico
Solfato di ferro
Solfato di ferro
Solfato di ferro
Solfato di ferro
Ferro chelato
Fe-DTPA
(Diethylene Triamine Pentaacetic Acid)
Fe-EDDHA
(Ethylene Diaminebis (2-Hydroxyphenylacetic Acid))
Fe-EDTA
(Ethylene Diamine Tetraacetic Acid)
Fe-HEDTA
(Hydroxyethyl Ethylene Diamino Triacetic Acid)
Fe-Citrato
20.5
10.0
7.0
4.5
10.0
6.0
9.0
5.0
23.0
Nella scelta del prodotto da utilizzare
risulta molto più importante, rispetto al
titolo in ferro, considerare la stabilità del
composto al variare del pH. La frazione
di elemento che viene mantenuta in
soluzione dal chelante, infatti, è
strettamente legata a questo parametro
come riportato in fig. 23.
Fig. 23 – Percentuale di ferro trattenuta dal
chelante al variare del pH della soluzione.
87
Le reazioni chimiche
Con il termine ”reazione chimica” si indica una trasformazione della materia che
ne modifica la costituzione molecolare. Fondamentalmente si possono individuare
quattro tipi diversi di reazioni chimiche che vengono definite: di combinazione o
sintesi, di decomposizione o analisi, di sostituzione semplice e di sostituzione
doppia.
Alcune reazioni chimiche vengono chiamate reversibili in quanto possono avvenire in
un senso o in senso inverso a seconda di determinate condizioni di pressione,
temperatura ecc.
Reazioni di combinazione o di sintesi
Sono delle reazioni attraverso le quali due o più sostanze, semplici o composte, si
uniscono per dare sostanze più complesse:
H2
Idrogeno
+
Cl2
Cloro
=>
2HCl
Ac. Cloridrico
NH3
Ammoniaca
+
HCl
Ac. Cloridrico
=>
NH4Cl
Cloruro di ammonio
Reazioni di decomposizione o di analisi
Sono reazioni attraverso le quali un composto complesso viene scisso nei suoi
componenti iniziali o in composti più semplici:
88
2H2O
Acqua
=>
2H2
Idrogeno
+
O2
Ossigeno
CaCO3
Carbonato di Ca
=>
CaO
Ossido di Ca
+
CO2
Anidride carbonica
Reazioni di sostituzione semplice
Sono delle reazioni attraverso le quali un elemento sostituisce un altro all’interno di
un composto:
Fe
Ferro
+
CuSO4
Solfato di Cu
=>
FeSO4
Solfato di Fe
+
Cu
Rame
Reazioni di doppia sostituzione
Sono delle reazioni attraverso le quali due composti reagiscono tra di loro in modo da
originare nuovi composti diversi da quelli di partenza:
NaCl
+
Cloruro di Na
AgNO3
Nitrato di Ag
=>
AgCl
Cloruro di Ag
+
NaNO3
Nitrato di Na
Le reazioni di ossidoriduzione
Quando un elemento reagisce con un altro può verificarsi una variazione del numero
di ossidazione attraverso acquisto o perdita di elettroni; tale fenomeno viene indicato
con il nome di ossidoriduzione. In particolare, una sostanza si ossida quando perde
elettroni, si riduce quando li acquista.
Normalmente, durante una reazione di ossidoriduzione non si ha liberazione di
elettroni, in quanto questi passano da un atomo, che si ossida, ad un altro, che si
riduce, come nell’esempio seguente:
n.o.
6
0
Zn
+
+1 –1
2HCl
=>
+2 –1
ZnCl2
+
0
H2
Il n.o. dello zinco passa da 0 a +2 e quindi si ossida;
Il n.o. dell’idrogeno passa da –1 a 0 e quindi si riduce.
89
Stechiometria
L’interpretazione in termini di peso di una reazione risulta molto importante dal punto
di vista pratico. Infatti, una volta conosciuta la reazione da far avvenire, si potranno
calcolare le quantità di reagenti necessari ad ottenere una certa quantità di prodotto.
Per semplicità verranno ora riportati due esempi.
Trattando lo zinco (Zn) con acido solforico (H2SO4) è possibile produrre idrogeno
molecolare (gassoso). I calcoli seguenti serviranno a produrre 3 kg di H2.
Inizialmente è necessario individuare la reazione:
Peso molare 6
65g
Zn +
98g
H2SO4
161g
ZnSO4
=>
+
2g
H2
Osservando la reazione, opportunamente bilanciata, si possono fare due
considerazioni:
- la reazione indica i rapporti esistenti tra reagenti e prodotti della reazione;
- utilizzando 65 g di zinco e 98 g di acido solforico si ottengono 2 grammi di idrogeno.
A questo punto è sufficiente risolvere la seguente proporzione:
65 g
Zinco
:
2g
Idrogeno
=
Xg
Zinco
:
3000 g
Idrogeno
X = (65 x 3000)/2 = 97500 g di Zn
Se si ripete lo stesso ragionamento con l’acido solforico si ottiene:
98 g
:
2g
Ac. solforico Idrogeno
=
Xg
:
Ac. solforico
3000 g
Idrogeno
X = (98 x 3000)/2 = 147000 g di H2SO4
Quindi per ottenere 3 kg di H2 bisogna fare reagire 97.5 kg di Zn con 147 kg di H2SO4–
Il secondo esempio ha maggiore interesse pratico.
Si ipotizzi infatti di voler neutralizzare 5.7 moli di carbonato di calcio in soluzione
acquosa utilizzando acido nitrico.
90
La reazione che avviene tra acido e carbonato è la seguente:
P. molare 6 2 x 63g
100g
2HNO3 + CaCO3
164g
=> Ca(NO3)2
44g
CO2
+
+
18g
H2O
Anche in questo caso si può osservare che, una volta bilanciata, la reazione indica che
per trasformare completamente 1 mole di carbonato di calcio (100 g) servono 126 g di
acido nitrico e quindi per neutralizzare 5.7 moli di CaCO3 (570 g) la proporzione da
risolvere sarà:
126 g
Ac. nitrico
:
100 g
Carbonato
=
Xg
Ac. nitrico
:
570 g
Carbonato
X = (126 x 570)/100 = 718 g di HNO3
Nella descrizione degli esempi precedenti si è fatto riferimento a “reazioni bilanciate”.
Per far avvenire una reazione, infatti, non è sufficiente conoscere quali sono i composti
che partecipano ad essa, ma è indispensabile individuare i loro corretti rapporti. In
pratica, quando si scrive una reazione è necessario apporre gli opportuni coefficienti
in modo che venga rispettata la conservazione degli atomi (gli atomi presenti nella
prima parte della reazione devono comparire anche nella seconda parte) e delle
cariche. Riprendendo il secondo esempio sopra considerato, la formula:
H+NO3–
+
CaCO3
=>
Ca2+(NO3–)2
+
CO2 + H2O
ci indica soltanto quali sono i composti che partecipano alla reazione ma non i loro
corretti rapporti. La formula seguente invece:
2 H+NO3– +
CaCO3
=>
Ca2+(NO3–)2
+
CO2 + H2O
ci permette di eseguire i calcoli precedentemente illustrati.
Per bilanciare una reazione generalmente conviene cominciare a bilanciare gli
elementi della formula più complessa e lasciare per ultimi gli eventuali H e O.
91
Assorbimento di nutrienti
Sambo P., Pimpini F.
La corretta gestione della nutrizione delle piante non può escludere la conoscenza di
alcuni principi di base relativi ai processi che regolano l’assorbimento e l’utilizzazione
dei principali macro e microelementi. Sebbene per lo sviluppo equilibrato delle piante
tutti i nutrienti che verranno di seguito illustrati sono indispensabili, questi sono stati
suddivisi in macro e micro elementi sulla base del fatto che i primi vengono assorbiti
in quantitativi relativamente più elevati dei secondi. Di seguito verranno
sinteticamente considerate le caratteristiche dei più importanti macro e micronutrienti
e di alcuni meccanismi coinvolti nella nutrizione delle piante.
Macroelementi
Azoto
L’azoto (N) viene assorbito per sintetizzare amminoacidi proteine, enzimi e
clorofilla; le forme più impiegate per fertirrigazione sono: nitrica, ammoniacale e
talvolta ureica.
La forma nitrica è prontamente assorbita dalle radici, molto mobile all'interno della
pianta e può essere immagazzinata dalla stessa ad elevate concentrazioni senza indurre
tossicità. Quella ammoniacale può essere assorbita dalla pianta solo in piccole
quantità, mentre le dosi più consistenti vengono utilizzate previa ossidazione a nitrato
da parte dei batteri del suolo. Le piante, senza incorrere in problemi di tossicità,
possono accumulare solo bassi livelli di NH4+. Quantitativi superiori alle dieci parti
per milione inibiscono l'assorbimento del calcio e del rame, inducono maggiore
accrescimento del germoglio rispetto alle radici e colorazione verde scuro delle foglie.
Quantitativi più elevati provocano fenomeni di tossicità che si rivelano sulle foglie più
vecchie con clorosi lungo i margini che tendono ad incurvarsi verso l’alto.
Eccesso di azoto provoca: abbondante rigoglio vegetativo, allungamento del ciclo
colturale, colorazione verde intenso delle foglie, scarsa allegagione dei fiori, tessuti molto
ricchi di acqua, scarsa lignificazione e consistente accumulo di nitrati. Come appare dalla
figura 24, la carenza di azoto si manifesta con: colorazione verde pallido delle foglie più
vecchie (ingiallimento), stentato accrescimento e anticipo della senescenza.
92
A
B
Fig. 24 – Esempio di carenza di Azoto su sedano (A) e stella di Natale (B), (materiale fornito dalla diateca CIFO
S.p.A.).
Potassio
Il potassio (K) riveste fondamentale importanza per la distensione cellulare, la sintesi
proteica, l’attivazione degli enzimi, la fotosintesi e agisce anche da trasportatore di
altri elementi e carboidrati attraverso la membrana cellulare. Assume poi un ruolo
importante nel mantenere in equilibrio il potenziale osmotico della cellula e di
regolare l’apertura stomatica. Parimenti al nitrato, è molto mobile all’interno della
pianta, infatti, i primi segni di carenza si manifestano sotto forma di macchie giallastre
che, molto rapidamente,
necrotizzano sui margini
delle foglie più vecchie.
Piante K-carenti risultano
essere
maggiormente
suscettibili a repentini
abbassamenti di temperatura, stress idrici e
attacchi fungini.
Fig. 25 – Esempio di carenza di K su cetriolo (materiale fornito
dalla diateca CIFO S.p.A.).
93
Fosforo
La disponibilità di fosforo (P) nel mezzo di coltura favorisce lo sviluppo delle radici,
il rapido accrescimento del germoglio e la quantità dei fiori. Questo elemento, quando
disponibile, viene assorbito con molta facilità e può essere accumulato senza danni per
la pianta. Il suo ruolo fondamentale è legato alla formazione di composti ad elevata
energia (ATP) necessari per il metabolismo dei vegetali. Le quantità mediamente
richieste sono piuttosto modeste (10-15% dei fabbisogni di N e K). Da tenere, però, in
considerazione che, contrariamente a quanto si verifica in terreno, il P è facilmente
lisciviabile nelle colture fuori suolo. L’assorbimento del P, risulta essere molto
depresso dalle basse temperature del substrato (< 13 °C) o da elevati valori di pH (>
6.5) che possono portare a sintomi di carenza. In queste condizioni è più efficace
l’innalzamento del livello termico e/o la riduzione del pH che la somministrazione di
concimi fosfatici. Gli eccessi di P possono ridurre o bloccare l’assorbimento di alcuni
micronutrienti (Cu, Ca, Zn). La carenza di fosforo si manifesta con colorazione verdeviola delle foglie più vecchie, cui può seguire clorosi e necrosi oltre a stentato
accrescimento dell’apice vegetativo. Tuttavia tali sintomi sono aspecifici e fanno sì che
le carenze da P siano difficilmente identificabili, se non in presenza di un testimone.
Calcio
Il calcio (Ca) è coinvolto nella formazione della parete cellulare, nella permeabilità
della membrana e nella divisione e distensione delle cellule. Una buona disponibilità
conferisce alla pianta maggiore resistenza agli attacchi fungini e alle infezioni
batteriche. L’assorbimento è legato molto strettamente al flusso idrico tra radici e parte
aerea. Il suo movimento avviene attraverso lo xilema e quindi risulta particolarmente
influenzato dalla bassa temperatura a livello radicale, dal ridotto rifornimento idrico
(siccità o salinità della soluzione) o all’eccessiva umidità relativa dell’aria.
L’assorbimento del Ca è molto condizionato dalla presenza di altri cationi (K, Na, Mg
ed NH4) come appare dalla tabella 27 e dal pH del substrato (Fig. 4 A, B, C).
94
Tab. 27- Influenza dell’eccesso di alcuni elementi nutritivi sull’inibizione dell’assorbimento di altri.
Elementi in eccesso
N
NH4
K
P
Ca
Mg
Na
Mn
Fe
Zn
Cu
Il Ca non è mobile all’interno della pianta e
quindi le carenze si manifestano a partire
dalle parti di più recente formazione. I
principali sintomi sono: blocco dell’accrescimento della pianta, deformazione dei
margini delle foglie più giovani,
colorazione verde chiaro o talvolta
clorotica dei tessuti nuovi, apparato
radicale stentato, poco accresciuto e privo
di peli. Le carenze si manifestano con
modalità diverse, es. marciumi apicali nel
pomodoro, imbrunimento marginale delle
foglie in lattuga.
Elementi inibiti
K
Ca, Cu
N, Ca, Mg
Cu, Fe, B
Mg, B
Ca
Ca, K, Mg
Fe, Mo
Mn
Mn, Fe
Mn, Fe, Mo
Fig. 26 – Marciume apicale in pomodoro.
Fig. 27 – Imbrunimento marginale su foglie di lattuga.
95
La carenza di Ca è spesso legata ad una indisponibilità dell’elemento, pertanto si può
provvedere con la somministrazione di composti a base di Ca o con il ripristino delle
condizioni ottimali di assorbimento (temperatura, pH, umidità relativa), o
dell’equilibrio tra i principali nutrienti (N:K:Ca:Mg = 1:1:1:1/2).
Magnesio
Il magnesio (Mg) riveste particolare importanza poiché entra nella costituzione delle
molecole di clorofilla. Viene immobilizzato a valori di pH del mezzo di coltura inferiori
a 5.5 ed entra in
competizione con l’assorbimento di K, Ca,
Mn, Na ed NH4 (Tab 27
e Fig. 4 A,B,C). I
sintomi di carenza sono
evidenziati da ingiallimento e clorosi internervale delle foglie
basali come appare
dalla figura 28.
Fig. 28 – Effetti di carenza di Magnesio su pomodoro
(materiale fornito dalla diateca CIFO S.p.A.).
Zolfo
Lo zolfo (S) è richiesto dalla pianta in quantitativi paragonabili a quelli del P e, al fine
di un suo ottimale assorbimento, è necessario che sia presente in rapporto 1:10 con
l’azoto. Viene assorbito sotto forma di solfato. Le carenze non sono facilmente
diagnosticabili, in quanto i sintomi possono essere confusi con quelli di N-carenza, ad
eccezione del fatto che la deficienza di azoto inizia a manifestarsi dalle foglie più
vecchie, mentre quella dello zolfo dalle più giovani.
96
Microelementi
Ferro
Il ferro (Fe) è indubbiamente il più importante poiché entra in molti processi biologici
come ad esempio la fotosintesi. Per il suo migliore assorbimento, è necessario che il pH
del mezzo di coltura sia compreso tra 5.5-6.0 e che non si operi in presenza di eccessivi
livelli di Mn, con il quale entra in competizione. A bassa temperatura si riduce
l’efficienza di assimilazione. La carenza si manifesta con clorosi internervale che, dalle
foglie giovani, si sposta verso quelle basali più vecchie, e da un ridotto accrescimento
dell’apparato radicale. I sintomi di carenza non sono sempre dovuti alla presenza di
quantitativi ridotti nel mezzo di coltura, ma spesso a condizioni che lo rendono non
disponibile per la pianta es. pH anomalo o eccessi di Mn. L’impiego di chelanti idonei
per una data soluzione nutritiva garantisce costante disponibilità di Fe per la pianta. Il
rapporto ottimale Fe:Mn si aggira intorno a 2:1 per la maggior parte delle colture.
Cloro
Il cloro (Cl), solo di recente ha iniziato ad essere considerato un micronutriente, anche
se il suo contenuto nelle piante (0.2-2.0% s.s.) è piuttosto elevato. Viene facilmente
assorbito dalla pianta ed è molto mobile all’interno della stessa. Interviene nel
processo fotosintetico e nella regolazione dell’apertura degli stomi. Le carenze, poco
frequenti, si manifestano con tipici sintomi di appassimento delle foglie, specialmente
ai margini. Molto più diffusi i danni da eccesso che portano a vistose contrazioni
dell’accrescimento in relazione alla diversa sensibilità delle specie (orzo, spinacio,
lattuga, barbabietola poco sensibili; fagiolo, cotone e alberi da frutto molto sensibili).
Per evitare danni alle colture è opportuno controllare sempre la dotazione delle acque
irrigue e scegliere i concimi opportuni (es. K2SO4 piuttosto che KCl).
Sodio
Il sodio (Na), se in eccesso, risulta dannoso per le piante, poiché tossico, interferisce
con l’assorbimento di altri ioni e deteriora la struttura del terreno. L’antagonismo
con il K, ad esempio, non è sempre dannoso in quanto, nel pomodoro, stimola la
sapidità delle bacche, mentre nel fagiolo deprime l’accrescimento della pianta.
Come per il Cl è importante la conoscenza della dotazione delle acque irrigue.
97
Manganese
Il manganese (Mn) entra a far parte di molti coenzimi ed è coinvolto
nell’allungamento delle cellule radicali e nella loro resistenza ai patogeni. La sua
disponibilità è controllata dal pH del mezzo di coltura e dalla competizione con altri
elementi (Tab. 27). I sintomi di carenza sono assimilabili a quelli del Fe ad eccezione
della comparsa di aree leggermente incavate nelle zone internervali. La correzione
può essere praticata con l’aggiunta di MnSO4 o con l’abbassamento del pH della
soluzione nutritiva.
Boro
Il boro (B) è essenziale per la
fecondazione, l’allegagione dei frutti e
lo sviluppo dei semi. Le modalità di
assorbimento sono analoghe a quelle
già descritte per il Ca con il quale può
entrare in competizione. Il pH del
mezzo di coltura deve essere inferiore a
Fig. 29 – Grave carenza di boro su bietola
(materiale fornito dalla diateca CIFO S.p.A.).
6.0 e il livello ottimale sembra doversi
individuare tra 4.5 e 5.5. I sintomi di
carenza iniziano ad evidenziarsi nelle
nuove strutture che appaiono di colore verde scuro, le giovani foglie accrescono molto
il loro spessore e hanno consistenza cuoiosa. Successivamente possono presentarsi
clorotiche e poi necrotiche, con colorazione rugginosa (Fig. 29).
Zinco
Lo zinco (Zn) svolge un’azione importante in certe reazioni enzimatiche. Il suo
assorbimento è fortemente influenzato dal pH del terreno e dalla dotazione di P. Nei
confronti del pH i valori che ne favoriscono l’assorbimento sono compresi tra 5.5 e
6.5; al di sotto di questi si possono verificare danni da tossicità alle piante. Bassa
temperatura, elevata umidità del terreno ed elevati livelli di P riducono la quantità di
zinco che viene assorbita dalla pianta. Raramente si manifestano carenze i cui sintomi
sono rappresentati da macchie clorotiche nelle zone internervali delle foglie, internodi
molto corti, epinastia fogliare e scarso accrescimento.
98
Rame
Il rame (Cu) è coinvolto nei processi respiratori e in quelli fotosintetici. Il suo
assorbimento viene ridotto a livelli di pH superiori a 6.5, mentre a valori inferiori di
5.5 si possono verificare effetti di tossicità. Elevati livelli di NH4+ e P interagiscono
con il Cu riducendone la disponibilità. L’eccessiva presenza di Cu interferisce con
l’assorbimento di Fe, Mn, Mo (Tab. 27 e Fig 4 A, B, C). Le carenze si manifestano con
clorosi internervale che portano al collasso dei tessuti della lamina fogliare che
sembrano essiccati.
Molibdeno
Il molibdeno (Mo) è essenziale nella sintesi delle proteine e nel metabolismo dell’N.
Contrariamente agli altri microelementi è più disponibile a pH intorno alla neutralità.
I sintomi di carenza iniziano a manifestarsi con clorosi e necrosi lungo la nervatura
principale delle foglie vecchie, mentre quelle giovani appaiono deformate. Tale
sintomatologia è particolarmente diffusa nelle leguminose, cavolfiore e mais, quando
coltivate in monosuccessione.
A
B
Fig. 30 – Effetti di carenza di molibdeno su melone (A) e fagiolo (B),
(materiale fornito dalla diateca CIFO S.p.A.).
99
Meccanismi di assorbimento,
sinergie e antagonismi
Tra i principali meccanismi coinvolti nella nutrizione delle piante il più importante è
l’assorbimento che, per la gran parte dei nutrienti avviene in forma ionica in seguito alla
idrolisi dei sali minerali presenti nella soluzione circolante, come appare dalla tabella 28.
Tab. 28 – Forma ionica dei principali nutrienti.
Anioni
Nitrato
Ione fosfato
Fosfato monoacido
Fosfato biacido
Solfato
Cloruro
Carbonato
Bicarbonato
Borato
Molibdato
NO3
PO43–
HPO42–
H2PO4–
SO42–
Cl–
CO32–
HCO3–
BO33–
MoO42–
In una soluzione acquosa il
numero delle cariche positive è
sempre uguale a quello delle
negative, mantenendo una
condizione di equilibrio.
Gli organi della pianta coinvolti
nell’assorbimento di nutrienti
sono rappresentati soprattutto
dall’apparato radicale attivo,
talvolta dalle foglie e occasionalmente dai frutti e dal
fusto. Gli anioni e cationi
vengono
prelevati
dalla
soluzione nutritiva e, una volta
100
Cationi
Ammonio
Potassio
Magnesio
Calcio
Sodio
Rame
Zinco
Manganese
Ferro
–
NH4+
K+
Mg2+
Ca2+
Na2+
Cu2+
Zn2+
Mn2+
Fe3+
K+
Ca++
NH4+
H2PO4–
SO -4
NO3–
OH–
(Il pH cresce)
H+
(Il pH cala)
Fig. 31 – Esempio di assorbimento degli ioni da parte della
radice.
all’interno della pianta, provocano la fuoriuscita di protoni (H+) o ossidrili (OH–) che
mantengono l’equilibrio tra le cariche elettriche, anche se, a volte, può cambiare il
valore del pH della soluzione, come appare dallo schema della figura 31.
Si osserva, infatti, che, all’entrata dei cationi, nella radice, la pianta espelle H+, mentre
quando vengono assorbiti anioni, l’equilibrio viene raggiunto estrudendo OH–. Questo
processo, pur mantenendo l’equilibrio ionico, può provocare variazioni del pH della
soluzione in relazione alla quantità e qualità dei nutrienti assorbiti. Infatti, se per
ipotesi le piante assorbissero solo cationi si avrebbe acidificazione della soluzione;
basificazione se assorbissero solo anioni. In realtà però per l’accrescimento, le piante
necessitano contemporaneamente di anioni e cationi, ma, in quantitativi diversi. Di
conseguenza gli H+ e OH– rilasciati nella soluzione saranno variabili e abbasseranno
(acidificazione) o innalzeranno (basificazione) il pH, in funzione della predominanza
dell’assorbimento di cationi e anioni rispettivamente. Le implicazioni praticoapplicative di questo processo sono essenzialmente due: conferire un adeguato potere
tampone alla soluzione nutritiva e indurre lievi variazioni del pH con la scelta del
fertilizzante. Per evitare repentine variazioni del pH, che potrebbero modificare la
disponibilità degli elementi in modo molto negativo per la pianta, normalmente si
mantiene una certa quantità di bicarbonati nella soluzione nutritiva con la funzione di
tampone, come appare dallo schema.
Situazione dei bicarbonati nella soluzione nutritiva in equilibrio:
2HCO3-
2CO32- + 2H+
Se l’apparato radicale assorbe un anione viene estruso un ossidrile e la reazione sarà:
(2HCO3-
2CO32- + 2H+)
(HCO3-
OH-
3CO32- + 2H+ + H2O)
Se l’apparato radicale assorbe un catione viene estruso un protone e la reazione sarà:
(2HCO3-
2CO32- + 2H+)
H+
(3HCO3-
CO32- + 2H+)
Dalle reazioni appare che lo ione bicarbonato è presente nella soluzione, in equilibrio,
nelle forme: parzialmente e totalmente dissociato. Pertanto, l’aggiunta alla soluzione
di H+ o OH-, sposta l’equilibrio tra queste, senza far variare il pH.
101
L’effetto dei fertilizzanti sul pH è legato alle diverse forme chimiche dei composti
impiegati. Nel caso dell’N, ad esempio, la forma normalmente più impiegata è la
nitrica (NO3–), quando però è utile abbassare leggermente il pH, per aumentare la
disponibilità di alcuni elementi (es. Mn, Fe, B, Cu, Zn), è necessario fare ricorso alla
forma ammoniacale (NH4+). Tale forma, quando viene assorbita, induce rilascio di H+
e conseguente acidificazione del mezzo.
Da quanto sinteticamente esposto, appare evidente che i nutrienti a disposizione della
pianta nella soluzione circolante nel terreno o, soluzione nutritiva nel caso del fuori
suolo, presentano fenomeni più o meno consistenti di sinergia e antagonismo. Per una
conoscenza più immediata della dinamica di tali comportamenti si rimanda allo
schema riportato nella figura 32.
Fig. 32 – Antagonismi e sinergie tra nutrienti.
ANTAGONISMI
SINERGIE
A conclusione di questo capitolo, sembra opportuno ricordare l’influenza che alcuni
parametri climatici esercitano sull’assorbimento dei nutrienti e la temperatura (aria e
substrato) è il fattore che maggiormente interessa, in maniera diretta, tale processo.
Infatti, le conseguenze più importanti al variare della temperatura dell’ambiente e del
substrato si riscontrano nel differente assorbimento di ioni minerali oltre che nel
diverso rapporto di crescita della parte ipogea e di quella epigea. In generale, il
102
migliore accrescimento si verifica quando non si riscontrano forti differenze tra la
temperatura del substrato e quella dell’aria. Negativa risulta, invece, la presenza di
livelli termici costantemente elevati in corrispondenza delle radici.
Per quanto riguarda, in particolare l’azoto, temperature sub-ottimali determinano
riduzione del suo assorbimento e, per la forma NH4+, si possono evidenziare
fenomeni di tossicità. Tale forma, a temperatura ottimale, viene meglio utilizzata
dalla pianta che tende ad aumentare il suo accrescimento (lunghezza internodi e
velocità emissione foglie). A bassa temperatura, invece, viene ridotta l’ossidazione da
parte dei batteri, con possibile accumulo all’interno della pianta che può manifestare
sintomi di tossicità, con danneggiamento del sistema radicale e di quello aereo. Basse
temperature a livello radicale inibiscono anche l’assimilazione di K e P, con maggiore
intensità per quest’ultimo, del quale risulta inoltre inibita la traslocazione. Meno certe
appaiono le informazioni relative all’effetto delle basse temperature
sull’assorbimento dei micronutrienti, in ogni caso, quelli più interessati sembrano
essere Mn, Zn, Cu e Mo.
Un effetto diretto sulla disponibilità di nutrienti è anche dovuto ad un incremento della
CO2 nel terreno, condizione che si può riscontare nel caso si impieghi pacciamatura
con film plastici. Infatti, in presenza dell’umidità del terreno, si ha formazione di acido
carbonico con acidificazione del mezzo di coltura. Tutti gli altri parametri climatici
(luce, UR, vento), invece, esplicano una notevole azione, ma soltanto indiretta,
sull’assorbimento di nutrienti, mentre, in modo più o meno marcato stimolano o
deprimono l’accrescimento della pianta che, a sua volta, è indotta a variare i suoi
fabbisogni nutrizionali.
103
PARTE TERZA
Caratteristiche e preparazione
della soluzione nutritiva
Soluzioni nutritive
Enzo M., Lazzarin R., Pimpini F.
La soluzione nutritiva rappresenta la componente principale nella conduzione della
irrigazione fertilizzante. Il complesso dei nutrienti da distribuire in soluzione acquosa
è costituito dai macro e micro-elementi indispensabili alla vita della pianta e i suoi
principali parametri guida sono rappresentati dalla elettroconducibilità (EC) e dalla
reazione (pH).
Considerazioni preliminari al calcolo della
composizione della soluzione
Per il calcolo della composizione delle soluzioni nutritive dovrà essere considerata la
dotazione chimica dell’acqua e le specifiche esigenze della specie coltivata in
relazione alla fase fenologica, oltre ai fattori climatici e alle caratteristiche chimiche e
fisiche del terreno o substrato. In primo luogo si dovrà procedere alla correzione degli
elementi chimici eventualmente presenti nell’acqua irrigua e del pH, con l’ausilio dei
concimi, degli acidi o basi più adatti. Quando si impiegano acque di pozzo o altre
fonti, escluse acque piovane od osmotizzate(*), i bicarbonati destano le maggiori
preoccupazioni in quanto provocano la stabilizzazione del pH ad un livello subalcalino e, nello stesso tempo, tendono a ridurre la disponibilità di elementi nutritivi
fondamentali come Ca e Mg, aumentando a volte i problemi causati dalla presenza di
(*) Acque desalinizzate
107
Na. Infatti, in giornate calde, la forte evaporazione determina il deposito di
bicarbonato di Ca e Mg sulla superficie del terreno, evidenziato da una ben visibile e
più o meno consistente crosta biancastra. Ciò provoca un aumento del Na disponibile
nella soluzione circolante che, in competizione con l’assorbimento di Ca e Mg, può
condurre a fenomeni di carenza di tali nutrienti. Altro aspetto che consiglia un attento
controllo dei bicarbonati (HCO3–) nella soluzione impiegata per fertirrigazione, è
dovuto al fatto che quando presenti in concentrazione elevata, possono portare alla
formazione di aloni biancastri più o meno estesi sulle foglie con danni diretti e indiretti
in relazione al tipo di coltura. Nelle colture orticole da foglia in stadio giovanile,
possono verificarsi casi di fitotossicità, mentre nelle specie da fiore il danno è quasi
esclusivamente estetico, poiché causato da una più o meno intensa presenza di un velo
biancastro sulla lamina fogliare. Appare pertanto indispensabile neutralizzare i
bicarbonati al fine di migliorare la disponibilità degli elementi della soluzione nutritiva
ed aggiustare la reazione del pH ad un livello sub-acido più consono a mantenere
solubili e assimilabili gli stessi nutrienti, conservando più efficienti anche gli impianti
di distribuzione.
Successione degli interventi per la formulazione
delle soluzioni
La sequenza delle diverse fasi di calcolo e la preparazione delle soluzioni concentrate
possono essere così schematizzate:
• verifica analitica dell’acqua, del terreno o del substrato impiegati per la coltura,
• neutralizzazione dei bicarbonati,
• correzione dell’acqua con concimi, acidi o basi, per la formulazione delle soluzioni
nutritive alle concentrazioni desiderate.
Verifica analitica dell’acqua, del terreno e del substrato
Nei confronti dell’acqua, in primo luogo, dovrà essere tenuta in considerazione la
provenienza, al fine di analizzare e valutare con estrema attenzione l’EC e i fattori che
la determinano oltre alla temperatura e presenza di eventuali agenti inquinanti e
fitopatogeni. Le principali caratteristiche chimiche, fisiche e biologiche da analizzare
sono riassunte nella tabella 29.
108
Tab. 29 - Caratteristiche chimiche, fisiche e biologiche dell’acqua di irrigazione.
FATTORI CHIMICI
• pH
• EC
• O2
• CO2
NUTRIENTI
CATIONI • Ammonio
• Potassio
• Sodio
• Calcio
• Magnesio
• Silicio (*)
• Ferro
• Manganese
• Zinco
• Rame
• Molibdeno
ANIONI
• Nitrato
• Fosfato
• Solfato
• Cloruro
• Boro
• Bicarbonato, carbonato
FATTORI FISICI
• Temperatura
• Impurità solide
FATTORI BIOLOGICI • Alghe
• Funghi
• Batteri
• 0 - 14
• µS cm–1
• Ossigeno disciolto
• Anidride carbonica disciolta
• NH4+
• K+
• Na+
• Ca2+
• Mg2+
• Si2+
• Fe3+
• Mn2+
• Zn2+
• Cu2+
• Mo6+
• NO3–
• H2PO4–
• SO42–
• Cl–
• B3–
• HCO3–, CO32–
(*) Nelle soluzioni nutritive di alcune specie (es. cetriolo, zucchino, rosa), il Silicio riveste particolare
importanza in considerazione della maggior tolleranza agli oidi conferita alle piante allevate in presenza
di tale catione.
Per quanto riguarda il terreno e/o substrato si dovranno valutare accuratamente le
caratteristiche chimiche e fisiche riportate nella tabella 30.
109
Tab. 30 – Caratteristiche chimiche, fisiche e biologiche del terreno e/o substrato.
Parametri fisici
Tessitura
(sabbia, limo, argilla)
Porosità libera
Capacità ritenzione idrica
Peso apparente (PA)
Stabilità struttura
Potere isolante
Parametri
chimici
pH
Calcare totale
Calcare attivo
Sostanza organica (s.o.)
Rapporto carbonio azoto (C/N)
Rapporto Mg/K
Capacità Scambio Cationico (CSC)
EC pasta satura
Azoto totale
Fosforo assimilabile
Potassio scambiabile
Magnesio scambiabile
Calcio scambiabile
Sodio scambiabile
Ferro assimilabile
Manganese assimilabile
Zinco assimilabile
Rame assimilabile
Boro solubile
Parametri
biologici
Funghi
Batteri
Nematodi
Artropodi
Particolare attenzione dovrà essere riservata a tutti quei fattori che possono
determinare sinergie o antagonismi di carattere chimico-fisico. Come esempio si può
considerare l’influenza dell’impiego di acque ad elevato tenore di Na in terreni o
substrati caratterizzati da diversa struttura, tessitura, capacità idrica e capacità di
scambio cationico (CSC). Infatti, anche le acque con abbondante contenuto di Na (EC
elevata) possono essere impiegate per la formulazione di soluzioni nutritive purchè
distribuite su terreni o substrati permeabili e con scarsa CSC. Da queste considerazioni
emerge chiaramente che, non sempre, il valore assoluto della EC e degli elementi che
la determinano è indice di un’acqua non utilizzabile, infatti, la integrazione tra questi
aspetti e le caratteristiche chimico-fisiche del terreno o substrato possono consentirne
l’impiego.
110
Neutralizzazione dei bicarbonati
La neutralizzazione dei bicarbonati avviene con l’ausilio di acidi forti nel rispetto
dell’equilibrio riportato nella reazione seguente:
HCO3- + H+
H2O+CO2
Nel calcolo della neutralizzazione bisogna considerare che una certa quantità di
bicarbonati deve essere mantenuta nella soluzione nutritiva in modo tale da tamponare
il pH intorno a valori 5.5 - 6.2. Normalmente tale quantitativo si aggira tra 0.1 e 1.0
mM L–1.
La neutralizzazione è praticata normalmente con acido nitrico o acido fosforico o
acido solforico. Questi, impiegati singolarmente o in combinazione, oltre ad esercitare
un ovvio effetto diretto sull’abbassamento del pH, che migliora la solubilità di tutti i
nutrienti, offre la possibilità di avere i cationi liberi e, nel contempo, di apportare
elementi nutritivi in relazione all’acido usato. A questo proposito, sembra opportuno
ricordare che la scelta dell’acido, trova un limite di impiego nei fabbisogni massimi
della coltura relativamente all’elemento fertilizzante apportato con lo stesso. Ad
esempio, per la fertirrigazione del pomodoro, se si dispone di acqua con 10 mM L–1
di bicarbonati, volendo neutralizzarli con acido fosforico, il limite di impiego è dato
da 2.0 mM L–1, che corrispondono al fabbisogno massimo di fosfato per la coltura.
Risulta ovvio che, al fine di completare la neutralizzazione, dovranno essere
necessariamente impiegati anche altri acidi.
Il calcolo della correzione dei bicarbonati può essere esemplificato come segue:
si ipotizza l’impiego di acqua contenente 366 mg L–1 di bicarbonati (peso molecolare
61) da neutralizzare con acido nitrico (peso molecolare 63), mantenendo 30.5 mg L–1
di bicarbonati per potere tampone. In questo caso si dovranno impiegare 346.5 mg L–1
di HNO3 come deriva dal calcolo di seguito riportato previa trasformazione dei valori
ponderali in mM:
111
•
•
•
•
•
•
Bicarbonati: 366 mg L–1 : 61 p.m. = 6.0 mM L–1.
Tampone: 30.5 mg L–1 : 61 p.m. = 0.5 mM L–1 di HCO3.
Neutralizzazione: 6.0 – 0.5 = 5.5 mM L–1 di HCO3 da neutralizzare.
Rapporto di neutralizzazione acido:bicarbonato = 1:1.
5.5 HCO3– + 5.5 HNO3 <=> 5.5 H2O + 5.5 NO3– + 5.5 CO2.
Acido nitrico necessario = 5.5 x 63 (p.m. HNO3) = 346.5 mg L–1.
Nel caso si utilizzi una soluzione acquosa di acido nitrico, è ovvio che il valore
indicato dovrà essere opportunamente corretto, in relazione alla concentrazione della
stessa. Esempio: con acido nitrico ad una concentrazione del 50%, il quantitativo da
impiegare è pari a (346.5 x 100)/50 = 693 mg L–1.
Con tale neutralizzazione si è raggiunto un valore di pH intorno a 5.5, sono state
apportate 5.5 mM L–1 di azoto nitrico e nello stesso tempo è stata migliorata la
solubilità degli elementi fertilizzanti presenti nella soluzione nutritiva.
Dal momento che nella reazione di neutralizzazione viene prodotta CO2, al fine di
accelerare la reazione, è importante operare una miscelazione tumultuosa per
espellerla. E’ opportuno considerare il quantitativo di bicarbonato presente nell’acqua
da neutralizzare per meglio orientare la scelta del sistema di miscelazione delle
soluzioni. Infatti, sono da preferire i sistemi “a vaso aperto” quando la presenza di
bicarbonato è elevata (superiore a 300 mg L–1), mentre si possono utilizzare i sistemi
“a vaso chiuso” quando il quantitativo è inferiore e/o quando è richiesta minore
precisione nei confronti del pH della soluzione nutritiva a livello pianta (es. piante
arboree o erbacee in piena aria). La illustrazione dei due sistemi è riportata nella parte
IV.
Correzione dell’acqua con concimi, acidi e/o basi per la
formulazione delle soluzioni nutritive
Per la formulazione delle soluzioni nutritive sono utilizzati, preferibilmente, concimi
semplici (granulari, polverulenti o liquidi) e sostanze che influiscono sul pH (Tab 31).
112
Tab. 31 - Elenco dei principali concimi impiegati per la formulazione delle soluzioni nutritive e loro titoli.
Concimi
Formule
Titoli
Pesi
molecolari
Nitrato di calcio
5[Ca(NO3)2 • 2H2O] • NH4NO3
15-16 N + 26 CaO
Cloruro di calcio
CaCl2
50.5 CaO
111.1
Nitrato di potassio
KNO3
13 N + 46 K2O
101.1
Nitrato di magnesio
Mg(NO3)2 • 6H2O
11N + 16 MgO
256.3
Nitrato ammonico
NH4NO3
34-35 N
80.0
Acido nitrico
HNO3
22 N
63.0
Chelato di ferro
Fe EDDHA
6 Fe
932.0
Urea
CO(NH2)2
46 N
60.0
Fosfato monopotassico
KH2PO4
52 P2O5 + 34 K2O
136.1
Solfato di potassio
K2SO4
50-52 K2O
174.3
Solfato di magnesio
MgSO4 • 7H2O
16 MgO
246.3
Acido fosforico
H3PO4
72 P2O5
98.0
Solfato di manganese
MnSO4 • H2O
32.5 Mn
169.0
Acido borico
H3BO3
17.5 B
61.8
Solfato di zinco
ZnSO4 • 7H2O
23 Zn
287.5
Solfato di rame
CuSO4 • 5H2O
25 Cu
249.7
Molibdato di sodio
Na2MoO4 • 2H2O
40 Mo
241.9
Molibdato di ammonio
(NH4)6Mo7O24 • 4H2O
14 N + 49 Mo
Borax
Na2B4O7 • 10H2O
11 B
1080.5
1235.9
381.0
Per la formulazione delle soluzioni nutritive si usano preferibilmente fertilizzanti idrati in quanto più
solubili dei rispettivi anidri.
Fig. 33 – Concimi solidi per la preparazione delle
soluzioni nutritive.
Fig. 34 – Concimi liquidi per la preparazione
delle soluzioni nutritive.
113
La integrazione degli elementi nutritivi nella soluzione, tramite l’impiego dei concimi
riportati nella tabella 31, avviene tenendo presenti i valori ottimali dei quantitativi di
ciascun elemento da apportare, in relazione ai fabbisogni della specie e, nell’ambito della
specie, della cultivar nelle sue diverse fasi fenologiche, oltre all’ambiente pedoclimatico.
Il calcolo delle integrazioni di nutrienti dovrà essere effettuato considerando,
ovviamente, le dotazioni dell’acqua impiegata, seguendo scrupolosamente le priorità
di seguito riportate:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
11)
12)
13)
Neutralizzazione dei bicarbonati
Calcio
Ammonio
Fosfati
Nitrato
Potassio
Magnesio/Solfati
Ferro
Manganese
Boro
Zinco
Rame
Molibdeno
Nella scala delle priorità, magnesio e solfati, si posizionano in basso, allo stesso livello,
poichè presentano minore importanza nutrizionale e le piante non subiscono danni
anche se presenti con una certa abbondanza nella soluzione nutritiva. Tale caratteristica
presenta vantaggiosi riscontri pratici poichè consente di sfruttare i due elementi per
poter bilanciare la composizione nutritiva nei confronti di altri macroelementi la cui
carenza o eccesso potrebbero risultare invece negativi per la produzione. A titolo di
esempio si ipotizza una soluzione nutritiva per la quale si rende necessaria una
integrazione di solo potassio o solo nitrato. I sali da usare, in questo caso, sono
rispettivamente solfato di potassio o nitrato di magnesio. Infatti, se venissero impiegati
i più comuni nitrato di potassio o nitrato di calcio verrebbero automaticamente innalzati
i livelli di nitrato, nel primo caso e di calcio, nel secondo, già equilibrati. Inoltre,
quando l’analisi dell’acqua impiegata, attesta uno squilibrio tra cationi e anioni, al fine
di poter calcolare una soluzione nutritiva in equilibrio elettrico, la correzione dei valori
dell’acqua viene effettuata riducendo i livelli di magnesio e/o solfati.
114
Una volta definite le priorità, per i fabbisogni nutrizionali delle più importanti specie
da orto, si può fare riferimento ai valori riportati nella tabella 32.
Tab. 32 – Composizione della soluzione nutritiva per l’allevamento di diverse colture orticole, piantine
in vivaio e colture da taglio (A). Per le specie orticole viene riportata anche la composizione della
soluzione circolante a livello radicale (B).
COLTURE (A)
Fattori
EC
pH
NO3H2PO4SO42ClNH4+
K+
Ca2+
Mg2+
Na+
Si4+
Fe3+
Mn2+
B3+
Zn2+
Cu2+
Mo6+
Unità di misura Pomodoro Peperone Cetriolo Melone Zucchino Melanzana Fagiolo Fragola Vivaio Taglio
mS cm-1
2.30
2.20
2.20
2.30
2.20
2.10
1.70
1.60
2.40 3.30
5.5-6.2 5.5-6.2 5.5-6.2 5.5-6.2 5.5-6.2 5.5-6.2 5.5-6.2 5.5-6.2 5.5-6.2 5.5-6.2
mM L-1
13.75 15.50
16.00 16.50
16.50
15.50 12.00 11.25 16.75 15.00
mM L-1
1.25
1.75
1.50
1.50
1.50
1.50
1.25
1.25
1.50 3.50
mM L-1
3.75
1.75
1.50
1.50
1.75
1.50
1.15
1.50
2.50 6.00
mM L-1
3-10 (*) aaaaa
4.00
mM L-1
1.25
1.25
1.25
1.00
1.25
1.50
1.00
1.00
1.25 3.00
mM L-1
8.75
7.00
8.00
7.00
7.50
6.75
5.50
5.50
6.00 11.00
mM L-1
4.25
5.00
4.00
5.00
4.00
3.50
3.25
3.50
5.00 4.50
mM L-1
2.00
1.50
1.50
1.50
2.00
2.50
1.25
1.35
3.00 3.50
mM L-1
3-10 (*) aaaaa
4.00
mM L-1
0.75
0.75
µM L-1
15.00 15.00
15.00 15.00
10.00
15.00 10.00 20.00 25.00 40.00
µM L-1
10.00 10.00
10.00 10.00
10.00
10.00 10.00 10.00 15.00 10.00
µM L-1
30.00 35.00
25.00 25.00
30.00
30.00 20.00 15.00 35.00 40.00
µM L-1
5.00
5.00
5.00
5.00
5.00
4.00
4.00
7.00
5.00 5.00
µM L-1
0.75
0.75
0.75
0.50
0.85
0.75
0.50
0.75
1.00 1.00
µM L-1
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50 0.50
COLTURE (B)
Fattori
EC (**)
pH
NO3H2PO4SO42NH4+
K+
Ca2+
Mg2+
Si4+
Fe3+
Mn2+
B3+
Zn2+
Cu2+
Unità di misura Pomodoro
mS cm-1
3.00
5.5-6.2 5.5-6.2
mM L-1
17.00
mM L-1
0.70
mM L-1
5.00
mM L-1
0
mM L-1
7.00
mM L-1
7.00
mM L-1
3.50
mM L-1
µM L-1
15.00
µM L-1
7.00
µM L-1
50.00
µM L-1
7.00
µM L-1
0.70
Peperone Cetriolo
3.00
3.00
5.5-6.2 5.5-6.2
19.00
19.00
1.20
0.90
3.50
3.50
0
0
7.00
8.00
7.00
6.50
3.25
3.00
0.60
15.00
15.00
7.00
7.00
65.00
50.00
7.00
7.00
0.75
1.50
Melone
3.00
5.5-6.2
20.00
0.75
3.50
0
7.00
7.00
2.50
0.60
10.00
7.00
40.00
7.00
1.00
Zucchino Melanzana Fagiolo Fragola
2.80
3.00
3.00
1.80
5.5-6.2 5.5-6.2 5.5-6.2 5.5-6.2 5.5-6.2
19.00
20.00
20.00
12.00
0.90
0.90
0.90
1.10
3.50
3.00
3.00
2.00
0
0
0
0
8.00
6.30
6.30
4.50
6.50
6.30
6.30
5.00
3.00
4.30
4.30
2.30
15.00
7.00
60.00
7.00
1.00
15.00
7.00
60.00
7.00
0.70
15.00
7.00
60.00
7.00
0.70
25.00
4.00
25.00
7.00
1.00
(*) Per tipologie particolari (es. Camone, Pachino).
(**) I valori della EC di riferimento possono differire da quelli calcolabili poiché nella soluzione, a livello
radicale, sono presenti anche altri ioni.
115
Per la formulazione delle soluzioni nutritive, dovranno essere seguite le indicazioni di
seguito riportate:
1) Definizione delle esigenze della specie e della cultivar, come indicativamente
riportato nella (Tab. 32). I valori esposti devono essere opportunamente interpretati,
anche in considerazione dell’ambiente di coltivazione e delle caratteristiche
dell’acqua. E’, infatti, doveroso puntualizzare che, normalmente, per meglio
soddisfare le esigenze della pianta nei periodi caldi e con intensa illuminazione, la
soluzione deve possedere EC e contenuto di K più bassi, cui si contrappone un
quantitativo più elevato di Ca. Quando, invece, la temperatura e la luminosità
raggiungono livelli sub-ottimali, è opportuno innalzare i valori di EC e di K
riducendo quelli del Ca. Nell’ambito della specie, è importante sottolineare che
esistono variazioni sostanziali, soprattutto per i valori dell’NO3-, dovute al diverso
vigore vegetativo delle cultivar. Per il pomodoro, infatti, specie per la quale
vengono mediamente impiegate 13 mM L-1 di NO3-, nel caso di cultivar
caratterizzate da basso vigore vegetativo e in determinate fasi fenologiche (es.
dell’allegagione del VI grappolo), si adottano fino a 20 mM L-1 di NO3-. Nel caso
in cui nell’acqua siano presenti alcuni elementi come il Na, al fine di ridurre il suo
effetto, particolarmente negativo per alcune colture, si dovrà prevedere l’aumento
della dotazione di NO3– e Ca ed eventualmente la diminuzione del K.
2) Calcolo dei fabbisogni dei nutrienti che si ottiene sottraendo, dai valori definiti al
punto precedente, le dotazioni di elementi chimici dell’acqua. Ad esempio, stabilito
il fabbisogno di Mg del peperone in 1.5 mM L-1, avendo a disposizione acqua a 0.5
mM L-1, si dovrà aggiungere all’acqua 1.0 mM L-1 di Mg (1.5 fabbisogno – 0.5
dotazione acqua = 1.0).
3) Scelta e calcolo dei fertilizzanti ed acidi da utilizzare, come indicato nelle
tabelle 31 e 32. Dovendo apportare, come dall’esempio del punto precedente,
il Mg, si possono impiegare MgSO4 o Mg(NO3)2. La scelta andrà effettuata
tenendo conto anche del collaterale apporto di solfato o nitrato. Di seguito
vengono riportate le modalità operative di calcolo: quando si sceglie MgSO4
eptaidrato (peso molecolare 246), dovendo apportare 1 millimole si avrà:
246 x 1 = 246 mg L-1 del prodotto. In questo caso, oltre ad 1 mM L-1 di Mg, si
apporta anche 1 mM L-1 di solfato. Quando si sceglie Mg (NO3)2 (peso
molecolare 256), dovendo apportare 1 mM L-1 si avrà: 256 x 1 = 256 mg L-1
del prodotto. In questo caso, oltre ad 1 mM L-1 di Mg, si apportano anche 2 mM
L-1 di nitrato.
116
Esempio di calcolo della soluzione nutritiva
per colture in fuori suolo
Un esempio di calcolo di una soluzione nutritiva per il peperone, viene di seguito
riportato e successivamente sintetizzato nella tabella 33.
Una volta determinati i fabbisogni della coltura (Tab. 32A) e quindi la composizione
della soluzione nutritiva desiderata, da questi vengono sottratti i valori della dotazione
dell’acqua. Da questa operazione scaturiscono i quantitativi espressi in mM L-1 o µM
L-1 che devono essere apportati con i fertilizzanti.
Seguendo le indicazioni precedentemente riportate la prima operazione è quella di
neutralizzare i bicarbonati che, nell’esempio specifico, è attuata con acido nitrico.
Si stabilisce che, al fine di mantenere un moderato effetto tampone nella soluzione,
non verranno neutralizzate tutte le 5.5 mM di bicarbonato, ma soltanto 5.0 mM,
lasciandone 0.5 nella soluzione. Di conseguenza si dovrà operare come segue:
5 mM di HCO3 (peso di 1 mole = 61) da neutralizzare;
5 mM di HNO3 (peso di 1 mole = 63) per la neutralizzazione.
5HCO3 + 5HNO3 <=> 5CO2 + 5NO3 + 5H2O
Se si opera con HNO3 puro al 100%, sostituendo i valori dei rispettivi pesi molecolari
nella formula, si ottiene:
5HNO3 = 5 x 63 = 315 mg L-1 di HNO3 necessari per la neutralizzazione.
Se invece si opera con HNO3 ad una concentrazione del 67.5%, per ottenere la quantità
(Q) per la neutralizzazione desiderata, si avrà:
315 x 100 = Q x 67.5 da cui:
Q = 315 x 100 / 67.5 = 466.7 mg L-1 di HNO3 al 67.5%.
Da tenere presente che con questo intervento, oltre alla neutralizzazione della quota di
bicarbonato, sono state apportate anche 5 mM L-1 di NO3 (peso di 1 mole = 62), per
cui 5 x 62 = 310 mg L-1 di NO3 che comprendono 5N (peso 14.01) per cui, nella
soluzione, saranno apportati 5 x 14.01 = 70.1 mg L-1 di N.
La seconda operazione prevede l’aggiunta del Ca che, in questo caso, dovrà essere
pari a 3.6 mM L-1. Impiegando come fonte di calcio il nitrato di calcio commerciale
(peso molecolare 1080.5), si avrà:
5[Ca(NO3)2 • 2H2O] • NH4NO3 = 5Ca + 11NO3– + 1NH4+ + 10H2O
117
Dovendo apportare 3.6 mM L–1 di Ca, il quantitativo da calcolare sarà ottenuto da:
3.6 / 5 = 0.72 mM L-1 di nitrato di calcio e di conseguenza, sostituendo i valori dei
rispettivi pesi molecolari nella formula si ottiene:
0.72 x 1080.5 = 778 mg L-1 di nitrato di calcio, per ottenere 3.6 mM L-1 di Ca.
Con questo intervento saranno state apportate, inoltre:
0.72 x 11 = 7.92 mM L-1 di nitrato (NO3- peso di 1 mole 62) e 0.72 x 1 = 0.72 mM
L-1 di ammonio (NH4 peso di 1 mole 18.01).
Da questi valori si ricava che nella soluzione sono stati aggiunti:
7.92 x 62 = 491 mg L-1 di NO3– da cui 7.92 x 14.01 = 111 mg L-1 di N
e
0.72 x 18.01 = 13 mg L-1 di NH4+ da cui 0.72 x 14.01 = 10.1 mg L-1 di N.
Pertanto si sono apportati: 111 + 10.1 = 121.1 mg L-1 di N
La terza operazione prevede la correzione dell’ammonio. Poiché sono state già
apportate 0.72 mM L-1 di ammonio, al fine di soddisfare il deficit si dovranno
aggiungere 0.28 mM L-1 di NH4+ impiegando NH4NO3 (p.m. 80), con la procedura
seguente:
0.28 NH4NO3 = 0.28 NO3– + 0.28 NH4+
sostituendo i valori dei rispettivi pesi molecolari nella formula si ottiene:
0.28 x 80 = 22.4 mg L-1 di NH4NO3;
0.28 x 62 = 17.4 mg L-1 di NO3– da cui si ricavano 0.28 x 14.01 = 3.9 mg L-1 di N;
0.28 x 18.1 = 5.07 mg L-1 di NH4+ da cui si ricavano 0.28 x 14.01 = 3.9 mg L-1 di N.
Pertanto in totale si sono apportati: 3.9 + 3.9 = 7.8 mg L-1 di N.
La quarta operazione prevede l’integrazione del fosfato. Si sceglie come fonte di
rifornimento il fosfato monopotassico (KH2PO4 p.m. = 136.1). Si devono apportare
1.75 mmol L-1 di fosfato per il cui calcolo si procede come segue:
1.75 KH2PO4 = 1.75 K + 1.75H2PO4–
118
sostituendo i valori dei rispettivi pesi molecolari nella formula si ottiene:
1.75 x 136.1 = 238.2 mg L-1 di KH2PO4;
1.75 x 39.10 = 68.4 mg L-1 di K;
1.75 x 30.97 = 54.2 mg L-1 di P.
Come appare dai valori riportati, con 238.2 mg L-1 di KH2PO4 viene soddisfatta la
richiesta di H2PO4- e nello stesso tempo si apportano anche 68.4 mg L-1 di K.
La quinta operazione prevede di aggiustare il fabbisogno di nitrato che, considerando
gli apporti già effettuati con le operazioni precedenti, sarà pari a 2.3 mM L-1. Dovendo
inoltre soddisfare le esigenze di K, verrà scelto il nitrato di potassio (KNO3 p.m. = 101.1)
e per il calcolo dei quantitativi da apportare si procede come segue:
2.3 KNO3 = 2.3 K+ + 2.3 NO3–
sostituendo i valori dei rispettivi pesi molecolari nella formula si ottiene:
2.3 x 101.1 = 232.5 mg L-1 di KNO3;
2.3 x 39.1 = 89.9 mg L-1 di K;
2.3 x 62 = 142.6 mg L-1 di NO3– da cui si ricavano 2.3 x 14.01 = 32.2 mg L-1 di N.
Con questo intervento si sono apportati 89.9 mg L-1 di K e 142.6 mg L-1 di NO3–.
La sesta operazione prevede di aggiustare, in modo definitivo, la richiesta di
potassio che, considerati i quantitativi già apportati, è pari a 2.45 mM L-1. Si impiega
il K2SO4 (p.m. =174.3) e, dal momento che la molecola contiene 2 moli di K, le mM
L-1 necessarie saranno: 2.45 / 2 = 1.225 mM L-1. Il fabbisogno di K2SO4 verrà
calcolato come segue:
1.225 K2SO4 = 2.45 K+ + 1.225 SO42–
sostituendo i valori dei rispettivi pesi molecolari nella formula si ottiene:
1.225 x 174.3 = 213.5 mg L-1 di K2SO4;
1.225 x 2 x 39.10 = 95.8 mg L-1 di K;
1.225 x 96.06 = 117.7 mg L-1 di SO42– da cui si hanno 1.225 x 32.06 = 39.3 mg L-1di S.
Con questo intervento si sono apportati anche 117.7 mg L-1 di SO42–.
119
La settima operazione prevede l’aggiustamento o correzione di Mg e Solfati
realizzati con solfato di magnesio eptaidrato (MgSO4 • 7 H2O p. m. = 246.36). Dai
quantitativi di SO4 già apportati e dalla dotazione di Mg dell’acqua impiegata, si
deduce che sono necessarie 0.5 mM L-1 per ciascuno dei due componenti. I fabbisogni
verranno quindi di seguito calcolati:
0.5 MgSO4 • 7 H2O = 0.5 Mg2+ + 0.5 SO42- + 3.5 H2O
sostituendo i valori dei rispettivi pesi molecolari nella formula si ottiene:
0.5 x 246.36 = 123.18 mg L-1 di MgSO4;
0.5 x 24.31 = 12.16 mg L-1 di Mg;
0.5 x 96.06 = 48.03 mg L-1 mg L-1 di SO42- da cui si hanno 0.5 x 32.06 = 16.03 mg
L–1 di S.
Con le operazioni successive verranno prese in considerazione le correzioni necessarie
per i microelementi:
• Ferro: viene scelto il ferro EDDHA 6%, il cui peso molecolare è 932. Dovendo
apportare 10 µM L-1, il quantitativo si ricava da:
• 10 x 932 = 9320 µg L-1 di EDDHA.
• Manganese: si impiega MnSO4 • H2O il cui peso molecolare è 169. Dovendo
apportare 10 µM L-1, il quantitativo viene di seguito calcolato:
10 (MnSO4 • H2O) = 10 Mn2+ + 10 SO42- + 10 H2O
sostituendo i valori dei rispettivi pesi molecolari nella formula si ottiene:
• 10 x 169 = 1690 µg L-1 di MnSO4;
• 10 x 54.94 = 549.4 µg L-1 di Mn;
• 10 x 96.06 = 960.6 µg L-1 di SO42-, da cui si hanno 10 x 32.06 = 320.6 µg L-1 di S.
• Boro: si impiega Borax (Na 2B4O7 • 10 H2O), il cui peso molecolare è 381.
Sono richiesti 20 µM L -1 di B, poiché la molecola di Borax contiene 4 moli di
B, il quantitativo richiesto è soddisfatto da 5 µM L -1 e il calcolo avviene come
segue:
5 (Na2B4O7 • 10 H2O) = 10 Na+ + 20 B3+ + 35 O2– + 50 H2O
120
sostituendo i valori dei rispettivi pesi molecolari nella formula si ottiene:
• 5 x 381 = 1905 µg L-1 di Borax;
• 5 x 10.81 = 54.05 µg L-1 di B;
• 5 x 22.99 = 115 µg L-1 di Na.
• Zinco: con solfato di zinco (ZnSO4 • 7 H2O), peso molecolare 287, per apportare 5
µM L-1 di Zn richieste per la soluzione, si dovrà operare come segue:
5 (ZnSO4 • 7 H2O) = 5 Zn2+ + 5 SO42–+ 35 H2O
sostituendo i valori dei rispettivi pesi molecolari nella formula si ottiene:
• 5 x 287 = 1435 µg L-1 di ZnSO4;
• 5 x 65.37 = 326.9 µg L-1 di Zn;
• 5 x 96.06 = 480.3 µg L-1 di SO42-, da cui si hanno 5 x 32.06 = 160.3 µg L-1 di S.
• Rame: si impiega solfato di rame (CuSO4 • 5 H2O) il cui peso molecolare è 250 e
pertanto per apportare le 0.75 µM L-1 richieste per la soluzione si dovrà operare come
segue:
0.75 (CuSO4 • 5 H2O) = 0.75 Cu2+ + 0.75 SO42– + 3.75 H2O
sostituendo i valori dei rispettivi pesi molecolari nella formula si ottiene:
• 0.75 x 250 = 187.5 µg L-1 di CuSO4;
• 0.75 x 63.54 = 47.7 µg L-1 di Cu;
• 0.75 x 96.06 = 72.0 µg L-1 di SO4, da cui si hanno 0.75 x 32.06 = 24.0 µg L-1 di S.
• Molibdeno: con molibdato di sodio (Na2MoO4 • 2 H2O), il cui peso molecolare è
242, per apportare 0.5 µM L-1, si dovrà operare come segue:
0.5 (Na2MoO4 • 2 H2O) = Na+ + 0.5 Mo6+ + 2 O2- + H2O
sostituendo i valori dei rispettivi pesi molecolari nella formula si ottiene:
• 0.5 x 242 = 121 µg L-1 di Na2MoO4 • 2H2O;
• 0.5 x 22.99 x 2 = 22.99 µg L-1 di Na;
• 0.5 x 95.9 = 47.95 µg L-1 di Mo.
121
Tab. 33 - Quadro riassuntivo dei quantitativi di elementi apportati all’acqua irrigua durante le fasi
progressive di formulazione di una soluzione nutritiva per il peperone.
Parametri
EC pH
mS cm-1
HCO3
NO3
H2PO4
mM L–1
SO4 NH4
K
Ca
Mg
Fe
Mn
B
µM L–1
Zn Cu Mo
Soluzione
nutritiva
desiderata
2.20 5.50
0.50
15.50
1.75
1.75
1.25
7.00 5.00
1.50
15.00 10.00 35.00 5.00
Dotazione
acqua
0.55 7.80
5.50
---
---
0.02
0.25
0.50 1.40
1.00
5.00
Quantitativi
di nutrienti
da aggiungere
-5.00
15.50
1.75
1.75
1.00
6.50 3.60
0.50
10.00 10.00 20.00 5.00
1)Neutralizzazione
bicarbonato
-5.00
5.00
---
15.00
---
0.75 0.50
---
---
0.75 0.50
Macroelementi da correggere
2) Calcio
7.92
0.72
3) Ammonio
0.28
0.28
4) Fosfato
1.75
5) Nitrato
3.60
1.75
2.30
2.30
6) Potassio
1.23
7) MagnesioSolfati
2.45
0.50
0.50
Microelementi da correggere
8) Ferro
10.00
9) Manganese
10.00
10) Boro
20.00
11) Zinco
5.00
12) Rame
0.75
13) Molibdeno
TOTALE
0.50
2.20 5.50
0.50
15.50
1.75
1.75
1.25
7.00 5.00
1.50
15.00 10.00 35.00 5.00
0.75 0.50
Esempio di calcolo della soluzione nutritiva
per colture su terreno
Per il calcolo di una soluzione nutritiva destinata alle coltivazioni fuori suolo, il ruolo
principale è svolto dalle esigenze della coltura e dalle dotazioni di nutrienti dell’acqua
irrigua. Quando si opera su terreno, invece, l’operazione è più difficoltosa poiché entrano
in gioco anche altre variabili che esulano da un puro calcolo matematico. Infatti, devono
essere considerate attentamente anche alcune informazioni che derivano dalla conoscenza
della diversità, anche molto drastica, dei tipi di terreno su cui si opera. In questo caso,
infatti, di fondamentale importanza risulta la valutazione della fertilità del suolo con tutte
le forze che entrano in gioco nel rendere disponibili i nutrienti (es. contenuto di s.o.,
lisciviazione, potere colloidale, CSC, pH, EC, ecc.), al fine di poter stimare i quantitativi
122
più opportuni di fertilizzanti da apportare. Per l’acqua irrigua, invece, come evidenziato in
precedenza, la determinazione della dotazione di nutrienti disponibili per le piante è molto
semplice. Dal complesso di tali osservazioni si può dedurre che la reale disponibilità di
nutrienti risulta legata a diversi fattori sia di natura pedologica (tessitura, struttura,
giacitura, ecc.) che climatici (temperatura, piovosità, ecc). Un’ulteriore diversificazione è
legata al fatto di operare, a volte in pieno campo, a volte in ambiente protetto. In tali due
situazioni è facilmente intuibile che si verificano condizioni diverse nei confronti
dell’accumulo di nutrienti. Ciò è dovuto principalmente agli avvicendamenti colturali e
alle intensità delle asportazioni da parte delle piante, sensibilizzate dalle modificate
condizioni climatiche. In generale, per gli elementi facilmente trattenuti dal potere
adsorbente (Ca, P, Mg), si possono definire strategie di riduzione o azzeramento degli
apporti, quando le dotazioni del terreno sono abbondanti in relazione alle asportazioni della
coltura. A volte però, pur avendo disponibilità nel suolo, può essere opportuno effettuare
interventi, al fine di mantenere o arricchire la dotazione naturale.
Per l’azoto, generalmente presente nel terreno in quantità inferiori alle esigenze delle
piante, la principale attenzione va rivolta al rischio di lisciviazione. Data l’elevata mobilità
di tale elemento nel suolo, saranno da preferire forme ammoniacali e/o ureiche
(maggiormente adsorbite nel suolo). La quota di tali forme, rispetto alla componente
nitrica, sarà tanto maggiore quanto più elevato è il rischio di lisciviazione.
Si dovrà, inoltre, tener presente che le quantità di tutti i nutrienti dovranno essere
aumentate di percentuali variabili dal 20 al 40% in funzione dell’efficienza del sistema
irriguo adottato. Dopo le necessarie considerazioni esposte, viene di seguito riportato, a
titolo di esempio, il calcolo di una soluzione nutritiva da impiegare per la fertirrigazione
di una coltura di peperone su suolo, avendo a disposizione la stessa acqua impiegata per
il fuori suolo e come fabbisogni di riferimento ottimali i valori della tabella 32.
L’approccio per il calcolo dei fabbisogni e di conseguenza dei quantitativi di fertilizzanti
da integrare all’acqua, segue alcune considerazioni di carattere chimico-agronomico di
seguito riportate, partendo dall’analisi del terreno (Tab. 34) oggetto dell’esempio. Trattasi
di un terreno sabbioso calcareo a reazione alcalina, il cui contenuto in calcare attivo non
desta alcun problema. La EC è molto bassa e, considerata anche la sua struttura, l’azoto
risulta essere l’elemento più scarso. Pertanto, in considerazione del rischio elevato di
dilavamento, estrema attenzione dovrà essere dedicata alla corretta gestione degli interventi
irrigui. In questo caso il valore totale di azoto da apportare con la soluzione nutritiva sarà
non molto diverso da quello calcolato per il fuori suolo (16 mM L-1) fatta eccezione per la
forma sotto cui sarà apportato (50% nitrico – 50% ureico e/o ammoniacale).
123
Tab. 34 – Caratteristiche chimico-fisiche del terreno in esame.
Caratteristiche
Sabbia
Limo
Argilla
pH
Carbonati totali
Calcare attivo
C organico
Sostanza Organica
C/N
CSC
ESP
SAR
Mg/K
EC
Valori
76 %
13 %
11 %
8.3
58 %
3.5
0.6
1.1 %
9.5
6.2 meq 100 g-1
0.5
0.03
3.1
0.17 mS cm-1
Elementi
N totale
P2O5 assimilabile
K2O scambiabile
MgO scambiabile
CaO scambiabile
Na scambiabile
Fe scambiabile
Mn scambiabile
Zn
Cu
B
Contenuti
0.63 ‰
69 mg kg-1
186 mg kg-1
252 mg kg-1
1260 mg kg-1
13 mg kg-1
24 mg kg-1
3.4 mg kg-1
6.2 mg kg-1
6.8 mg kg-1
0.4 mg kg-1
La sostanza organica è molto scarsa come pure la CSC, in questo caso le concimazioni
organiche possono avere un discreto effetto positivo per la struttura del terreno, con il
rischio, tuttavia, che la rapida mineralizzazione provochi eccessiva disponibilità di
elementi nutritivi nei momenti non ottimali per la pianta. Il rapporto Mg/K è equilibrato,
le dotazioni di entrambi gli elementi sono da considerarsi molto buone per cui con la
soluzione nutritiva sarà sufficiente apportare 1 mM L-1 di Mg e 4.5 di K. La dotazione
in fosforo è molto elevata, tuttavia nella formulazione della soluzione nutritiva si dovrà
tener conto della scarsa mobilità dell’elemento e dell’elevato pH del terreno. Tali
considerazioni portano a fissare il valore del fosfato in soluzione attorno ad 1 mM L-1.
Il calcio scambiabile è buono per cui si ritiene sufficiente il mantenimento di tale
valore attraverso l’apporto in soluzione del fabbisogno specifico della pianta che si
attesta attorno alle 3.5 mM L-1.
Il valore del sodio è molto basso tuttavia, considerata la struttura del terreno, eventuali
problematiche possono essere agevolmente risolte attraverso una oculata gestione
dell’irrigazione.
Prendendo in considerazione i microelementi, fatta eccezione per il boro, tutti gli altri
presentano una dotazione sufficiente a garantire i particolari fabbisogni della coltura.
124
Tuttavia in condizioni sub-ottimali di temperatura e in considerazione dell’elevato pH del
terreno, potrebbe rendersi utile un loro apporto durante il ciclo colturale. Per quanto
riguarda, invece, il B si dovranno apportare con la soluzione nutritiva, almeno 20 µM L-1.
Pertanto la soluzione nutritiva ottimale da impiegare nel terreno in esame sarà così
composta:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
pH 5.5
EC 1.4-1.5 mS cm-1
7.5 mM L-1 di NO3–
7.5 mM L-1 di NH4+ e/o NH2–
1.0 mM L-1 di H2PO4–
4.5 mM L-1 di K+
3.5 mM L-1 di Ca2+
1.0 mM L-1 di Mg2+
20 µM di B3+.
Per cui, considerando la dotazione di elementi presenti nell’acqua irrigua (Tab. 33), si
dovranno apportare le seguenti modifiche:
-4.5 mM L-1 di HCO3– (1 mM L-1 è lasciata come tampone)
+2.1 mM L-1 Ca2+
+7.25 mM L-1 di NH4+ e/o NH2–
+1.0 mM L-1 H2PO4–
+7.5 mM L-1 di NO3–
+4.0 mM L-1 di K+
+5.0 µM di B3+.
La prima operazione è la neutralizzazione dei bicarbonati che, nell’esempio
considerato, è attuata sia con acido nitrico che fosforico.
Al fine di lasciarne una mM L-1 come tampone si dovrà operare come segue:
3.5 mM di HCO3 (p.m. 61) da neutralizzare con HNO3 (p.m. 63).
1.0 mM di HCO3 (p.m. 61) da neutralizzare con H3PO4 (p.m. 98).
3.5 HCO3 + 3.5 HNO3 <=> 3.5 CO2 + 3.5 NO3- + 3.5 H2O
Se si opera con HNO3 puro al 100% si ottiene:
3.5 HNO3 = 3.5 H+ + 3.5 NO3–
Sostituendo i valori dei rispettivi pesi molecolari nella formula si ottiene:
3.5 HNO3 = 3.5 x 63 = 220.5 mg L-1 di HNO3 necessari per la neutralizzazione.
125
Si è invece operato con HNO3 ad una concentrazione del 67.5 % e pertanto, per
ottenere la quantità (Q) desiderata si avrà:
220.5 x 100 = Q x 67.5
da cui:
Q = 220.5 x 100 / 67.5 = 326.7 mg L-1 di HNO3 al 67.5 %.
Da tener presente che con questo intervento, oltre alla neutralizzazione della quota
di bicarbonato, sono state apportate anche 3.5 mM L-1 di NO3– (p.m. 62), per cui
3.5 x 62 = 217.0 mg L–1 di NO3 che comprendono 3.5 mM N (p.a. 14.01) per cui,
nella soluzione, saranno apportati 3.5 x 14.01 = 49.0 mg L-1 di N.
Passando all’acido fosforico:
HCO3- + H3PO4 <=> CO2 + H2PO4- + H2O
Se si opera con H3PO4 puro al 100% si ottiene:
H3PO4 = H+ + H2PO4Sostituendo i valori dei rispettivi pesi molecolari nella formula si avrà:
H3PO4 = 1.0 x 98 = 98.0 mg L-1 di H3PO4 necessari per la neutralizzazione.
Si è invece operato con H3PO4 ad una concentrazione del 75% e pertanto, per ottenere
la quantità (Q) desiderata si avrà:
98.0 x 100 = Q x 75
da cui:
Q = 98 x 100 / 75 = 130.7 mg L-1 di H3PO4 al 75%.
Da tener presente che con questo intervento, oltre alla neutralizzazione della quota di
bicarbonato, sono state apportate anche 1.0 mM L-1 di H2PO4 (p.m. 97), per cui 1.0
x 97 = 97.0 mg L–1 di H2PO4, che comprendono 1.0 mM L-1 di P (p.a. 31.0) per cui,
nella soluzione, saranno apportati 1.0 x 31.0 = 31.0 mg L-1 di P.
La seconda operazione prevede l’aggiunta del Ca (2.1 mM L-1) e sarà realizzata, al
fine di non eccedere con l’azoto nitrico, con cloruro di calcio e nitrato di calcio:
1 mM da Cl2Ca (p.m. 111);
1.1 mM da 5 [Ca(NO3)2 • 2H2O] • NH4NO3 (p.m. 1080).
Da cui:
1.0 x 111= 111 mg L-1 di Cl2Ca.
Con questo intervento sono state apportate anche 1.0 mM L-1 di Ca (p.a. 40.1), per
cui 1.0 x 40.1 = 40.1 mg L-1 di Ca.
Con lo stesso intervento si sono apportati anche 2 mM L-1 di Cl (p.a. 35.5), per cui
2 x 35.5 = 71 mg L-1 di Cl.
126
Passando al nitrato di calcio, poiché una mM contiene 5 mM di Ca si ha:
1.1/5 = 0.22
0.22 x 1080 = 246 mg L-1 di 5 [Ca(NO3)2 • 2H2O] • NH4NO3
Con questo quantitativo si apportano 1.1 mM L-1 di Ca (p.a. 40.1), per cui:
1.1 x 40.1 = 44.1 mg L-1 Ca.
Allo stesso tempo si sono apportate anche 0.22 x 11 = 2.4 mM L-1 di NO3 (p.m. 62) e
0.22 x 1 = 0.22 mM L-1 di NH4+ da cui:
2.4 x 62 = 150.0 mg L-1 di NO3– che comprendono 2.4 mM di N (p.a. 14), da cui
2.4 x 14 = 33.6 mg L-1 di N.
Inoltre 0.22 x 18.01 = 3.6 mg L-1 di NH4 che comprendono 0.22 mM L-1 di N (p.a. 14)
da cui 0.22 x 14 = 3.08 mg L-1 di N.
Pertanto si sono apportati 33.6 + 3.08 = 36.68 mg L-1 di N.
La terza operazione prevede di completare l’apporto di azoto impiegando nitrato di
ammonio (peso molecolare 80) e urea (peso molecolare 60).
Avendo già apportato nelle operazioni precedenti 5.9 mM L-1 di NO3- rimangono da
apportarne 1.6 mM. Si opera con NH4NO3 per cui:
1.6 x 80 = 128 mg L-1 di NH4NO3 per cui:
1.6 x 62.0 = 99.2 mg L-1 di NO3– da cui si ricavano 1.6 x 14 = 22.6 mg L-1 di N.
1.6 x 18 = 29.0 mg L-1 di NH4+ da cui si ricavano 1.6 x 14 = 22.4 mg L-1 di N.
Pertanto in totale si sono apportati 22.6 + 22.4 = 45 mg L-1 di N.
Giunti a questo punto si è completato l’apporto di NO3- (7.5 mM), mentre per le forme
ammoniacali e ureica rimangono da apportare 5.4 mM L-1 per le quali si opera con urea.
Poiché ciascuna mole di urea apporta 2 moli di NH2 (azoto ureico) si avrà:
2.77 x 60 = 166 mg L-1 di CO(NH2)2 con cui si apportano 5.54 mM di NH2- (p.m.
16.01) da cui 5.54 x 16.01 = 88.7 mg L-1 di NH2- che comprendono 5.54 mM L-1 di N
(p.a. 14) da cui 5.54 x 14 = 77.6 mg L-1 di N.
La quarta operazione prevede l’aggiunta di potassio impiegando K2SO4 (p.m. 174.3).
Poichè la molecola di solfato di potassio contiene 2 moli di K ne saranno necessarie
4.5/2 = 2.25 mM L-1 come segue:
2.25 K2SO4 = 4.5 K+ + 2.25 SO42–
Pertanto sostituendo i valori dei rispettivi pesi molecolari nella formula si ottiene:
2.25 x 174.3 = 392.2 mg L-1 di K2SO4.
2.25 x 2 x 39.1 = 176 mg L-1 di K;
2.25 x 96.06 = 216.1 mg L-1 di SO42– da cui si hanno 2.25 x 32.06 = 72.1 mg L-1 di S.
Con questo intervento si sono apportate anche 2.25 mM L-1 di SO42–.
127
La quinta operazione, infine, prevede di aggiustare l’apporto di B con Borax
(Na2B4O7 • 10 H2O), il cui peso molecolare è 381.
Sono richieste 5 µM L-1 di B, poichè la molecola di Borax contiene 4 moli di B, il
quantitativo richiesto è soddisfatto da 5/4 = 1,25 µM L-1 di Borax.
5 (Na2B4O7 x 10 H2O) = 10 Na+ + 20 B3+ + 35 O2– + 50 H2O
Sostituendo i valori dei rispettivi pesi molecolari nella formula si ottiene:
1.25 x 381 = 476.3 µg L-1 di Borax;
1.25 x 10.81 = 13.5 µg L-1 di B;
1.25 x 22.99 = 28.7 µg L-1 di Na.
La gestione della soluzione e degli interventi irrigui fa riferimento, in linea del tutto
generale, a quanto riportato nella parte quinta del volume, tuttavia, risulta ovvio, che
la frequenza degli interventi fertirrigui si diversifica rispetto al fuori suolo.
Nel terreno, salvo casi particolari, la fertirrigazione non è attuata ad ogni intervento
irriguo dall’inizio della coltivazione bensì ad intervalli legati alla fase fenologica e
all’accrescimento della pianta e all’andamento climatico.
In generale le fertirrigazioni sono modeste dopo il trapianto e vengono intensificate
durante l’accrescimento fino ad essere attuate in corrispondenza di ogni intervento
irriguo.
128
Verifica dei parametri e calcolo delle soluzioni
nutritive concentrate
Una volta completati i calcoli per la formulazione della soluzione nutritiva, si procede
alla verifica dei parametri guida (pH ed EC) e al loro eventuale bilanciamento.
Per quanto riguarda il pH, in una soluzione per la fertirrigazione generalmente si opera
con un quantitativo di bicarbonato, come tampone, pari a 0.5 mM L-1. Questo permette
di mantenere il valore del pH attorno a 5.5-6.0, intervallo sufficientemente preciso per
la utilizzazione in fertirrigazione. La verifica si esegue con un pHmetro.
Per la EC, espressa in mS cm-1, viene impiegata con buona approssimazione la
seguente formula:
EC = (n° milliequivalenti* positivi + n° milliequivalenti negativi)/2 x 0.1
La verifica viene effettuata con elettroconduttivimetro.
Fig. 35 – pHmetro
Fig. 36 – Elettroconduttivimetro
* Numero di milliequivalenti dato dal numero di millimoli moltiplicato per la valenza.
129
A questo proposito risulta di fondamentale importanza la taratura dello strumento che
deve essere effettuata con una soluzione standard con una EC il più possibile vicino ai
valori riscontrabili nelle soluzioni nutritive normalmente impiegate per gli interventi
di fertirrigazione (1-4 mS cm-1).
Calcolati i quantitativi di fertilizzanti per litro, per esigenze operative è opportuna una
loro trasformazione, in kg per 100 litri di soluzione concentrata (soluzione madre)
1:100, 1:200, o 1:500. La concentrazione massima dipende dalla solubilità dei
fertilizzanti (Tab. 23) ed eventualmente dai limiti imposti dal sistema di miscelazione
delle soluzioni concentrate.
Come regola generale devono essere elaborate almeno due soluzioni nutritive
concentrate, per mantenere separati alcuni sali che potrebbero precipitare o
insolubilizzare: calcio (Ca+) e solfati (SO42–) o fosfati (H2PO4–), come appare dalla
tabella 35.
Tab. 35 – Suddivisione dei fertilizzanti e acidi in due contenitori di soluzione concentrata.
Soluzione A
Nitrato di calcio
Cloruro di calcio
Nitrato di potassio (**)
Nitrato di magnesio (**)
Nitrato ammonico (**)
Chelato di ferro
Urea
Cloruro di potassio
Cloruro di sodio
Silicato di potassio (***)
Souzione B
Acido nitrico (*)
Acido fosforico
Acido solforico
Nitrato di potassio (**)
Nitrato di magnesio (**)
Nitrato ammonico (**)
Fosfato monopotassico
Solfato potassico
Solfato di magnesio
Solfato di manganese
Solfato di zinco
Solfato di rame
Acido borico
Molibdato di sodio
Molibdato di ammonio
Eventuali fitofarmaci vanno inseriti nella soluzione A.
(*) Puo essere introdotto anche nella soluzione A tenendo presente di non raggiungere valori di pH
inferiori a 3.0 che possono compromettere la struttura di alcuni chelati.
(**) Sostanze impiegabili indifferentemente nella soluzione A o B.
(***) Sostanza a reazione fortemente alcalina da solubilizzare in contenitore separato.
130
Molto più di frequente, esiste una terza soluzione concentrata necessaria per correggere
prevalentemente il pH (“soluzione pH”), che nel contempo apporta anche elementi
nutritivi presenti nell’acido o base impiegati (es. HNO3, KOH). Una ulteriore modalità,
caratteristica dei sistemi più recenti, prevede una soluzione concentrata per ogni
elemento (es. NO3–, H2PO4–, K+) o piccoli gruppi (Nitrato di calcio, Nitrato di potassio,
Nitrato di magnesio). Le tre modalità di preparazione delle soluzioni concentrate, che
prevedono ovviamente contenitori separati, presentano gradi di flessibilità diversi nella
gestione dei parametri guida della soluzione nutritiva finale (EC, pH, rapporti tra
elementi nutritivi). Quando si impiegano soltanto due soluzioni concentrate, non
possono essere variati i rapporti tra gli elementi nutritivi nella soluzione da distribuire
alla coltura ed esistono scarse possibilità di variare in modo indipendente l’EC ed il pH,
specialmente quando l’acqua di partenza contiene quantità consistenti di carbonati. Nel
caso invece della aggiunta della “soluzione pH”, pur mantenendo un rapporto tra
elementi nutritivi non drasticamente variabile, possono essere modificati in maniera
indipendente l’EC e il pH. Nel terzo caso, infine, esiste la massima flessibilità di gestione
dei rapporti tra gli elementi nutritivi, l’EC e il pH.
Fig. 37 – Impianto di fertirrigazione con due
serbatoi per le soluzioni A e B.
A
Fig. 38 – Batteria di impianti di fertirrigazione
con tre serbatoi A, B e pH.
B
Fig. 39 – Punti di carico per singoli fertilizzanti liquidi (A) e serbatoi di contenimento (B).
131
Noti i valori di concentrazione di una soluzione nutritiva come quella riportata negli
“esempi di calcolo”, si vuole calcolare il quantitativo di soluto (concime o acido) per
realizzare 100 litri di soluzione madre a concentrazione di: 1:100, 1:200, 1:500.
La operazione viene condotta secondo la formula di seguito indicata:
Q = C • (A • V)/106
dove:
Q = quantità totale (kg) di ogni singolo concime o acido da aggiungere per ottenere
100 litri di soluzione madre concentrata;
C = concentrazione di ogni singolo concime o acido, espressa in mg L–1, della
soluzione nutritiva calcolata;
A = fattore di concentrazione 100, 200, 500;
V = volume in litri della soluzione madre che, nel caso in esame, è pari a 100.
Con riferimento al nitrato di calcio, calcolato nell’esempio della coltura fuori suolo,
C = 778 mg L–1. Volendo una soluzione concentrata di 1:100, dalla formula si ottiene:
Q = 778 x (100 x 100)/106 = 778 x 1/100 = 7.78 kg.
Si vuole ora concentrare la soluzione con rapporto 1:200 e di conseguenza sostituendo
i valori nella formula si ottiene:
Q = 778 x (200 x 100)/106 = 778 x 2/100 = 15.6 kg.
Si vuole ora concentrare la soluzione con rapporto 1:500 e di conseguenza, sostituendo
i valori nella formula si ottiene:
Q = 778 x (500 x 100)/106 = 778 x 5/100 = 38.9 kg.
Nella tabella 36 vengono riportati i quantitativi dei vari concimi suddivisi in 2 (A+B)
o 3 soluzioni (A+B+pH). In entrambi i casi è importante osservare che le soluzioni A
e B hanno concentrazioni totali di soluti molto simili.
132
Tab. 36 – Ripartizione dei concimi e acidi in diverse soluzioni concentrate 1:100 nel caso si operi con 2
o 3 soluzioni.
Concimi e
Acidi
Conc.
soluzione
Quantità di concimi e acidi (kg) da aggiungere all’acqua per ottenere
100 L di soluzione concentrata 1:100
nutritiva
Totale
(mg/L-1)
Caso 2 soluzioni
Caso 3 soluzioni
(A+B)
(A+B+pH)
Sol. A
Sol. B
Sol. A
Sol. B
Acido nitrico
67,5%
466
4.66
4.66
Nitrato di
calcio
778
7.78
7.78
7.78
Nitrato
ammonico
22
0.22
0.22
0.22
Fosfato
monopotassico
238
2.38
Nitrato di
potassio
232
2.32
Solfato di
potassio
213
2.13
2.13
2.13
Solfato di
magnesio
eptaidrato
123
1.23
1.23
1.23
Ferro EDDHA
6%
9.320
0.0932
Solfato di
manganese
1.690
0.0169
4.66
2.38
2.38
2.32
2.32
0.0932
0.0932
0.0169
0.0169
Borax
1.905
0.01905
0.01905
0.01905
Solfato di zinco
1.435
0.01435
0.01435
0.01435
Solfato di rame
0.187
0.00187
0.00187
0.00187
Molibdato di
sodio
0.121
0.00121
0.00121
0.00121
Totali
2086.7
20.9
10.4
Sol. pH
10.5
8.1
8.1
4.7
Sembra ovvio ricordare che, quando dalle soluzioni concentrate (A+B+pH) si
vogliono prelevare i quantitativi necessari alla preparazione della soluzione nutritiva
da distribuire alle piante, nel caso delle concentrazioni 1:100 devono essere prelevati
volumi pari a 1 litro di ogni soluzione concentrata per realizzare 100 litri di soluzione
nutritiva. Seguendo lo stesso principio, nel caso delle concentrazioni 1:200 e 1:500, ne
saranno sufficienti 0.5 e 0.25 litri rispettivamente.
133
Correzioni della soluzione nutritiva
Nel caso in cui si operi con sistemi fuori suolo si rendono necessarie correzioni della
soluzione quando l’analisi della soluzione circolante fornisce valori diversi da quanto
ritenuto ottimale per la specie coltivata (Tab. 32). Solitamente la soluzione nutritiva
corretta viene impiegata per 2-3 settimane, passato tale periodo si rende necessaria una
ulteriore verifica, al fine di valutarne lo stato dopo la correzione e si interviene
seguendo le modalità di seguito riportate.
In primo luogo, al fine di rendere comparabili i valori ricavati dall’analisi della soluzione
circolante con i valori guida ottimali per le diverse specie (Tab. 32), deve essere
ricalcolato il valore della EC senza considerare il Na, ritenuto da diversi ricercatori,
elemento nutritivo particolare che influisce principalmente sulla pressione osmotica e
non sulla nutrizione. Ad esempio, in una ipotetica soluzione circolante che contiene 3
mM L-1 di Na e presenta una EC pari a 3.5 mS cm-1, il valore della EC da considerare,
sottratta l’incidenza del sodio, sarà 3.2 secondo il calcolo di seguito riportato:
EC soluzione – coefficiente salinità (*) Na • n° mM Na = EC corretta.
Con riferimento all’esempio riportato, sostituendo i valori si ottiene:
3.5 – 0.1 x 3 = 3.2 mS cm-1
Tab. 37 – Indicazioni di carattere generale per la correzione dei principali macroelementi nella
soluzione nutritiva.
INTERVALLI DI CORREZIONE (mM L-1)
Elementi
Carenza-Eccesso
K
Ca
< 4.5
< 3.5
C. moderata
4.5 – 5.9
3.5 – 4.9
< 1.5
11.6 – 14.9
< 2.2
0.31 – 0.59
Valori ottimali
6.0 – 10.0
5.0 – 8.0
1.6 – 4.5
15.0 – 24.0
2.2 – 4.5
0.60 – 1.20
E. moderato
10.1 – 13.0
8.1 – 11.0
> 4.5
24.1 – 27.0
> 4.6
1.21 – 1.75
> 13.0
> 11.0
C. grave
E. grave
Mg
NO3
SO4
< 11.5
P
< 0.30
> 27.0
> 1.75
QUANTITATIVI PER GLI AGGIUSTAMENTI (mM L-1)
C. grave
2.0
1.50
3.0
C. moderata
1.0
0.75
0.25
1.5
0.25
0.25
Valori ottimali
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
E. moderato
-1.0
-0.75
-0.25
-1.5
-0.25
-0.25
E. grave
-2.0
-1.50
-3.0
0.50
-0.50
(*) Il coefficiente di salinità esprime l’aumento di EC determinato da un equivalente di sostanza. 1 mM o
meq di Na determinano un aumento di EC pari a 0.1 mS cm–1, come si deduce dalla formula di pag. 127.
134
Tab. 38 – Indicazioni di carattere generale per la correzione dei principali microelementi nella
soluzione nutritiva.
µM L-1)
INTERVALLI DI CORREZIONE (µ
Elementi
Carenza-Eccesso
Fe
Mn
Zn
B
Cu
< 6.0
–
< 3.0
< 25.0
< 0.30
C. moderata
6.1 – 8.9
< 3.0
3.1 – 4.9
25.0 – 39.0
0.31 – 0.49
Valori ottimali
9.0 – 25.0
3.1 – 10.0
5.0 – 10.0
39.1 – 70.0
0.50 – 1.50
E. moderato
25.1 – 40.0
10.1 – 15.0
10.1 – 15.0
70.1 – 100.0
1.51 – 2.50
> 40.0
> 15.0
> 15.0
> 100.0
> 2.50
C. grave
E. grave
QUANTITATIVI PER GLI AGGIUSTAMENTI (%)
C. grave
50
–
50
50
50
C. moderata
25
25
25
25
25
Valori ottimali
0
0
0
0
0
E. moderato
-25
-25
-25
-25
-25
E. grave
-50
-50
-50
-50
-50
Supposta una EC ottimale pari a 2.7 mS cm-1, al fine di rendere comparabili i valori
delle analisi con quelli ottimali (Tabb. 37 e 38), si utilizza il coefficiente di correzione
(CdC) ricavato da: CdC = EC corretta / EC ottimale. Sostituendo i valori sopra ricavati
si ottiene:
2.7 / 3.2 = 0.84
Tale coefficiente permette di rendere comparabili i valori degli elementi nutritivi
presenti nella soluzione circolante. A titolo esemplificativo si riporta quanto segue:
supposto che nelle soluzioni con EC corretta di 3.2 siano presenti 1.7 mM L-1 di Mg,
al fine di rendere il valore del Mg comparabile con quello ottimale (Tab. 37) si dovrà
moltiplicare tale valore con il CdC e pertanto 1.7 x 0.84 = 1.4. Ovviamente tale
procedimento dovrà essere seguito per tutti gli altri micro e macroelementi. Nel caso
specifico del Mg, il valore ricavato si colloca nell’intervallo indicato come “carenza
moderata” (Tab. 37). Per questo motivo è necessaria una correzione con il valore,
riportato sempre nella stessa tabella, pari a 0.25 mM L-1. Volendo impiegare per tale
correzione MgSO4 (p.m. 246) se ne dovranno aggiungere nella soluzione 0.25 x 246
= 61.5 mg L-1.
135
Si passa ora ad un esempio che contempla la necessità di ridurre il contenuto di un
microelemento (es. Mn). Dall’analisi della ipotetica soluzione circolante si suppone di
rilevare un valore di Mn pari a 14.0 µM L-1. Al fine di rendere comparabile tale valore
con quelli ottimali riportati nella tabella 38 si dovrà moltiplicarlo per il CdC e pertanto
14.0 x 0.84 = 11.8. Il dato ricavato indica un “eccesso moderato” rispetto all’intervallo
ottimale (3.1-10.0 µM L-1) indicato in tabella 38. Al fine di correggere questo valore,
si dovrà provvedere a diminuire del 25 % il quantitativo di Mn in una nuova soluzione
nutritiva da apportare alla coltura. Se nella soluzione nutritiva utilizzata si sono
considerate 10 µM L-1 MnSO4 (p.m. 169) pari a 1690 mg L-1 (10 x 169), nella nuova
soluzione se ne dovranno impiegare (25%) in meno: 1690 – 422 = 1268 mg L-1.
In tutte le variazioni e correzioni della soluzione nutritiva, quando sono interessati i
macroelementi, la EC deve essere opportunamente ricalcolata alla luce dei nuovi
equilibri ionici, mentre nei confronti dei microelementi, visto il loro irrilevante effetto
sulla EC, non è necessario praticare alcuna ulteriore verifica.
Trattamenti disinfettanti alla soluzione nutritiva
Sembra ora opportuno ricordare che, per ovvi motivi, legati alla riduzione dei costi di
fertilizzazione e al contenimento dell’impatto ambientale, la coltivazione fuori suolo
si sta orientando, in modo sempre più deciso, verso sistemi a ciclo chiuso. Nello
stesso tempo non si deve però dimenticare che il recupero di una soluzione che è
venuta a contatto con gli apparati radicali delle piante, oltre ai problemi legati al
controllo del livello di nutrienti già ricordato, rappresenta un potenziale veicolo di
infezione qualora una qualsiasi patologia entri nel sistema di coltivazione. In tempi
estremamente rapidi, infatti, si potrebbe avere la diffusione del patogeno all’intero
impianto. In linea generale si può affermare che il rischio di diffusione di patologie
cresce all’aumentare della dimensione dell’unità colturale e risulta più elevato in
sistemi senza substrato, in cui vi è un maggior contatto fra gli apparati radicali
rispetto a coltivazioni su substrato, nelle quali il mezzo di coltura è separato da
contenitori di varia natura.
La maggior parte dei patogeni che destano preoccupazione nei sistemi di coltivazione
fuori suolo, non differiscono da quelli riscontrati nelle colture praticate su terreno.
Frequentemente acquistano maggiore virulenza gli agenti di marciumi, principalmente
136
quelli più adattati alle condizioni di vita in mezzo liquido, spesso caratterizzato da
ridotta ossigenazione. I danni più rilevanti vengono provocati da Fusarium oxysporum
f.sp. radicis-lycopersici che colpisce soprattutto il pomodoro, oltre a Pythium spp. e
Phytophtora spp. che arrecano danni anche ad altre specie ortive solanacee e
cucurbitacee (es. peperone, melanzana, cetriolo) e da fiore (es. gerbera).
Per quanto sopra detto appare ovvio che la gestione a ciclo chiuso non può prescindere
da adeguati interventi di disinfezione che devono essere praticati alla soluzione
percolata dai moduli di coltivazione prima della successiva immissione in circolo.
I vari sistemi preventivi di difesa contro le fitopatie finora sperimentati prevedono il
trattamento della soluzione con metodi diversi:
trattamento termico: considera l’impiego di scambiatori di calore a piastre con le
quali si pratica la pastorizzazione della soluzione nutritiva. L’applicazione di tale
tecnica risulta comunque limitata principalmente per il suo elevato costo;
ultrafiltrazione, trova ridotta applicazione a causa della necessità di una continua
pulizia dei filtri. Solo prevedendo batterie filtranti di diversa potenza, disposte a
cascata, è possibile ottenere risultati soddisfacenti che però innalzano i costi del
sistema;
trattamento con UV: prevede il passaggio della soluzione, spesso in precedenza filtrata,
seppur grossolanamente, attraverso un reattore con lampade ad emissione di lunghezza
d’onda di 254 nm. Risulta il sistema maggiormente impiegato, efficace sia nei confronti
di funghi che di batteri e virus, anche se il dosaggio di radiazione per i diversi patogeni
risulta differente (Fig 40). Da ricordare che la esposizione della soluzione alla radiazione
luminosa provoca la precipitazione del ferro poiché vengono alterati i composti organici
normalmente impiegati come chelanti. Ciò comporta la necessità di prevedere la
reintroduzione dello stesso
nella soluzione a valle del
dispositivo di trattamento e
prima del reimpiego dello
stesso.
Altri sistemi, infine, sono
quelli che prevedono il
trattamento della soluzione
nutritiva con ozono o acqua
ossigenata.
Fig. 40 – Impianto UV per la disinfezione della soluzione
ricircolante.
137
L’impiego di disinfettanti generici, invece, non trova applicazioni, se non per la pulizia
degli impianti alla fine del ciclo colturale, per l’impossibilità di definire dosaggi che
siano al tempo stesso efficaci nei confronti dei patogeni ed innocui per le piante coltivate.
Anche l’impiego di fungicidi, da addizionare alla soluzione, trova ridotta applicazione,
oltre che per la limitata registrazione di principi attivi, anche per la scarsità di
informazioni relativamente alle definizioni dei dosaggi, efficaci e non fitotossici, e per
la possibilità di accumulo nelle parti eduli della pianta.
Molti dei sistemi di trattamento della soluzione, fra quelli citati, tuttavia, oltre all’elevato
costo presentano il rischio di creare il “vuoto biologico” che potrebbe favorire, anziché
ostacolare, la proliferazione di patogeni nella soluzione nutritiva. Per tale motivo stanno
assumendo un sempre maggiore interesse i sistemi di filtrazione lenta, a sabbia (Fig. 74),
che presentano un costo contenuto ed evitano il vuoto biologico, poiché basano il proprio
funzionamento sull’instaurarsi di un equilibrio micro-biologico nel sistema di filtraggio.
Consistono in una colonna in materiale plastico dell’altezza di 2.5 - 3.0 metri riempita
per almeno 1 metro di materiale filtrante rappresentato da sabbia silicea con
granulometria variabile dai 0.2 ai 2.0 mm. La capacità filtrante varia da 100 a 200 litri
per m2 e per ora di funzionamento (un filtro della superficie di 1 m2 riesce a trattare
circa 5 m3 di soluzione al giorno).
Una variante al sistema descritto è rappresentata dalla possibilità di impiegare, quale
materiale filtrante, lana di roccia che permette di realizzare dispositivi caratterizzati da
minor peso e con maggiore capacità di filtrazione
che consente di elevare fino a 300 litri per m2 e per
ora la quantità di soluzione trattata.
B
SOLUZIONE
DA
FILTRARE
SABBIA
ACQUA
SOLUZIONE FILTRATA
A
SOLUZIONE DI DRENAGGIO
Fig. 41 – Filtri a sabbia (A) e schema (B).
138
PARTE QUARTA
Descrizione dell’impiantistica
e dei principali sistemi
di coltivazione fuori suolo
Componenti principali di un
impianto di fertirrigazione
Lazzarin R., Enzo M., Pimpini F.
Molto sinteticamente i componenti principali di un impianto di fertirrigazione, sia esso
destinato ad una coltivazione senza suolo o su suolo sono rappresentati da:
• dispositivi di pompaggio,
• condotte principali di adduzione,
• dispositivi di filtraggio,
• dispositivi di dosaggio del fertilizzante,
• dispositivi di erogazione della soluzione nutritiva,
• dispositivi di controllo dei turni irrigui.
pH
A
SOLUZIONI
NUTRITIVE
B
SISTEMA DI
CONTROLLO
DEL CLIMA
E DEI TURNI
FERTIRRIGUI
DISPOSITIVO DI
POMPAGGIO E FILTRAGGIO
P
pH P EC EC
CONDOTTE DI ADDUZIONE
SISTEMA
DI DOSAGGIO
DEL
FERTILIZZANTE
COLTIVAZIONE
DISPOSITIVO DI EROGAZIONE
Fig. 42 – Rappresentazione schematica di un impianto fertirriguo (foto IMAGO).
143
Dispositivi di pompaggio
In relazione all’approvvigionamento idrico che può provenire da pozzi scavati nel
sottosuolo o da invasi superficiali naturali o artificiali, vengono impiegate,
rispettivamente elettropompe sommerse ad asse verticale o elettropompe centrifughe
ad asse orizzontale o verticale (Figg. 43 e 44).
livello
dinamico
livello
statico
Fig. 43 – Schema di installazione di elettropompa
sommersa (da Rovatti Pompe).
Legenda: 1) Elettropompa sommersa; 2) Quadro
elettrico di comando; 3) Saracinesca di
regolazione portata; 4) Manometro; 5) Valvola di
non ritorno; 6) Sonde di livello contro la marcia a
secco; 7) Filtro del pozzo; 8) Fondo del pozzo;
9) Cavo di alimentazione; 10) Fascette di
fissaggio cavo; 11) Coperchio del pozzo.
144
Fig. 44 – Elettropompa centrifuga.
Gli elementi tecnici da considerare nella
scelta di una pompa sono:
• la portata (L-1 min-1 o m3 h-1),
• la prevalenza (dislivello fra punto di
presa e punto di erogazione dell’acqua),
• la potenza assorbita.
L’impianto di fertirrigazione può essere
suddiviso in settori indipendenti, controllati
da elettrovalvole. Ciò consente di limitare
le dimensioni dei dispositivi di pompaggio
e delle condotte principali di adduzione.
Fig. 45 – Elettrovalvole di controllo dei
diversi settori.
Condotte principali di adduzione
Sono rappresentate prevalentemente da tubazioni in materiale plastico (PVC o
polietilene) che, oltre ad una totale resistenza alla corrosione derivata dai fertilizzanti
addizionati all’acqua irrigua, presentano una elevata semplicità di installazione ed un
costo contenuto. Ovviamente, il dimensionamento delle condotte andrà effettuato
tenendo conto di alcuni fattori quali la portata, la lunghezza e la conformazione delle
tubazioni e conseguenti perdite di carico.
A tal riguardo non va dimenticato che la progettazione delle diverse componenti
rappresenta la fase fondamentale per la costruzione anche dell’impianto più semplice.
Ciò al fine di non incorrere in inutili e costosi sovradimensionamenti o ancor peggio
sottodimensionamenti che compromettono un adeguato approvvigionamento idrico e
nutrizionale delle piante.
Dispositivi di filtraggio
Posizionati subito dopo il sistema di pompaggio, garantiscono la eliminazione delle
impurità presenti nell’acqua che possono compromettere la funzionalità degli erogatori.
Risulta infatti fondamentale un corretto trattamento dell’acqua impiegata per la
preparazione della soluzione nutritiva che può essere attuato con metodi fisici o chimici.
I primi sono generalmente impiegati per l’eliminazione delle sostanze sospese, i secondi
per l’eliminazione delle sostanze disciolte.
145
In questa sede vanno presi in considerazione solo i metodi fisici (filtrazione), mentre per
i trattamenti chimici si rimanda ai capitoli relativi alla “Neutralizzazione dei bicarbonati”
e “Manutenzione degli impianti di fertirrigazione”.
In merito alla filtrazione risulta, inoltre, necessario distinguere fra acque profonde,
spesso contenenti sabbia o particelle terrose in sospensione, e acque superficiali,
caratterizzate principalmente da contenuti di materiali organici (alghe e microalghe).
Nel caso delle acque profonde, vengono impiegati filtri separatori (idrociclone, fig. 46) in
grado di rimuovere le particelle in sospensione, per quelle superficiali, invece, sono da
preferire filtri a graniglia
in cui viene utilizzata la
scabrosità di minerali
quarziferi per trattenere
le impurità presenti
(Fig. 47).
A
IDROCICLONE
IN PLASTICA
IDROCICLONE
STANDARD
SO
ES
GR
IN
TA
CI
US
INGRESSO
USCITA ACQUA
PULITA
CAMERA DI
ACCUMULO
B
O
IC
AR IA
SC BB
SA
VALVOLA DI
SCARICO
Fig. 46 – Batteria di filtri separatori in plastica (A), schema di funzionamento (B), (foto IMAGO).
146
B
A
Fig. 47 – Filtro a graniglia (A), schema di funzionamento
(B), (foto IMAGO).
Al fine di ottimizzare i risultati di
filtraggio, al dispositivo principale
descritto, si consiglia di abbinare
un filtro secondario a schermo (rete
o dischi lamellari) in modo da
garantire il trattenimento di
particelle fino a 130 micron (Figg.
48 e 49).
A
CARTUCCIA FILTRANTE ESTERNA
CARTUCCIA FILTRANTE INTERNA
ENTRATA ACQUA
COLLETTORE DI USCITA
B
VALVOLA DI SPURGO
Fig. 48 – Filtro a rete (A), schema di funzionamento (B).
147
Al fine di garantire la corretta
efficienza dei dispositivi di
filtraggio, è indispensabile
provvedere alla manutenzione
e alla loro periodica pulizia.
Quest’ultima deve essere
effettuata quando si riscontrano differenze di pressione
superiori a 0.5 atmosfere tra
entrata e uscita dell’acqua.
Per i filtri a schermo può
essere praticata manualmente,
smontando i diversi componenti filtranti. Nei sistemi di
maggiori dimensioni e per i
filtri a graniglia normalmente
viene automatizzata attraverso
meccanismi di lavaggio in
controcorrente (Fig. 50).
A
ENTRATA ACQUA
ANELLI DI FILTRAZIONE
USCITA
ACQUA
CORPO DEL FILTRO CON FORI PER IL PASSAGGIO DELL’ACQUA FILTRATA
B
Fig. 49 – Filtro a dischi lamellari (A), schema di funzionamento (B), (foto IMAGO).
148
Fig. 50 – Schema del processo di controlavaggio (foto IMAGO).
Il corretto dimensionamento del sistema di filtraggio deve essere basato sulla portata
dell’intero impianto oppure, se suddiviso a settori, di quello più ampio. Il livello di
filtrazione che si intende raggiungere dovrà essere definito in relazione al tipo di
erogatore impiegato. Da tener presente che il diametro minimo di passaggio dell’acqua
non corrisponde al foro di uscita del gocciolatore, ma al suo labirinto interno che varia
mediamente da 0.7- 0.8 mm per gli erogatori da 2 L h-1 fino a 1.5-1.7 mm per quelli
da 8 L h-1.
Tecnicamente la capacità filtrante viene espressa in mesh che indica il numero di fili
per pollice (25.4 mm) come riportato nella tabella 39.
Tab 39 – Grado di filtrazione.
mesh
18
40
80
120
140
200
600
µm
800
400
200
130
115
75
25
mm
0.80
0.40
0.20
0.13
0.12
0.08
0.02
149
Dispositivi di dosaggio del fertilizzante
Possono essere suddivisi in “dispositivi a funzionamento idraulico” e “dispositivi a
funzionamento elettrico o elettronico”.
Al primo gruppo appartengono sistemi relativamente semplici e di costo contenuto che
non necessitano di fonti di alimentazione, in quanto basano il dosaggio del
fertilizzante sui differenziali di pressione o sui volumi di acqua che li attraversano. Tra
i principali si ricordano: miscelatore ad iniezione e dosatore proporzionale.
Il miscelatore ad iniezione (tubo Venturi) è considerato il più semplice e consiste in
un tubo con una strozzatura centrale a forma di clessidra orizzontale in grado di
provocare una depressione in linea tra il tratto precedente e quello successivo al punto
di installazione del dispositivo.
Ciò consente di aspirare la soluzione concentrata da un recipiente aperto
realizzandone la diluizione in relazione al differenziale di pressione. La
concentrazione della soluzione che si andrà a realizzare sarà pertanto soggetta ad
oscillazioni che saranno tanto più elevate quanto maggiore sarà la variabilità di
pressione dell’impianto (Fig. 51).
INIETTORE
VENTURI
VALVOLA
RAPIDA
SERBATOIO
CON
SOLUZIONE
FERTILIZZANTE
A
B
Fig. 51 – Tubo Venturi: installazione (A), schema di funzionamento (B), (foto IMAGO).
150
Il dosatore proporzionale è una pompa idraulica a stantuffo che viene azionata
dall’acqua che lo attraversa, realizzando pertanto un dosaggio del fertilizzante
proporzionale sia al flusso di acqua che alla pressione di esercizio (Fig. 52).
A
B
C
Fig. 52 – Dosatore proporzionale: particolare (A), esempi di installazione (B-C).
151
Al secondo gruppo appartengono dispositivi di costo più elevato, ma in grado di
garantire un migliore controllo dei parametri EC e pH della soluzione nutritiva. Questi
possono essere suddivisi in sistemi a “Vaso chiuso” e “Vaso aperto” a seconda che la
soluzione concentrata venga diluita nell’acqua di irrigazione in linea o in apposito
serbatoio. La scelta tra i due sistemi è legata non solo a motivi di ordine economico,
ma anche tecnico, come riportato a proposito della neutralizzazione dei bicarbonati.
Per migliore interpretazione del funzionamento del sistema si rimanda alle figure 53 e 54.
CONTROLLO PROPORZIONALE VOLUMETRICO
Con iniezione diretta in linea
FILTRO
CONTA LITRI
PRINCIPALE
POMPE
VENTURI
VALVOLE
A
SOLENOIDI
CONTA LITRI
POMPA
DI
RILANCIO
A
B
pH
Fig. 53 – Schema di funzionamento a “Vaso chiuso” (foto IMAGO).
SISTEMA DI INIEZIONE A PREMISCELAZIONE IN VASCA
VASO DI
PREMISCELAZIONE
INIETTORI
VENTURI
pH
pH
VALVOLE DI
CHIUSURA
RAPIDE
A
B
pH
Fig. 54 – Schema di funzionamento a “Vaso aperto” (foto IMAGO).
152
I sistemi a “Vaso chiuso” prevedono
l’impiego di pompe dosatrici in grado di
effettuare la diluizione del fertilizzante
direttamente in linea. Il controllo del
dosaggio può essere comandato o dal
flusso di acqua, misurato da un contalitri
inserito sulla condotta principale (sistema
a controllo volumetrico, fig. 55) o dai
valori di EC e pH rilevati a mezzo di sonde
inserite sulla condotta a valle del punto di
iniezione del fertilizzante (sistema a
controllo conduttimetrico, fig. 56). In
entrambi i casi, l’iniezione in linea,
comporta un andamento non costante dei
valori di pH ed EC della soluzione
nutritiva che presentano differenze spesso
consistenti fra il punto di verifica e quello
di erogazione a livello pianta.
I sistemi a “Vaso aperto” prevedono,
invece, la premiscelazione dei componenti fertilizzanti in un apposito
serbatoio aperto per cui si ottiene una
maggiore uniformità della soluzione
erogata che non presenta scostamenti di
pH ed EC tra il punto di rilevamento e
l’erogazione a livello pianta. Sono
rappresentati prevalentemente da sistemi
computerizzati, in grado di gestire diverse
soluzioni concentrate e un numero più o
meno elevato di settori (Fig. 57).
Per tutti i sistemi di dosaggio citati, a
valle degli stessi, è opportuno prevedere
l’installazione di un filtro a schermo, allo
scopo di trattenere eventuali precipitati
che si possono formare in fase di
diluizione del fertilizzante.
POMPA
DOSATRICE
ENTRATA
ACQUA
CONTATORE
USCITA
ACQUA
ADDIZIONATA
PROPORZIONALMENTE
Fig. 55 – Schema di funzionamento di un
dispositivo a controllo volumetrico
(foto A.T.A. s.r.l.).
Fig. 56 – Dispositivo di dosaggio costituito da 3
pompe (A + B + pH) azionate in funzione dei
valori di EC e pH.
Fig. 57 – Computer di fertirrigazione
(foto Spagnol Automazioni).
153
Dispositivi di erogazione della soluzione nutritiva
Per la distribuzione di soluzioni fertilizzanti in colture su terreno, sono generalmente
impiegate manichette forate, tubi essudanti e ali gocciolanti.
Le prime hanno il vantaggio di essere poco costose, ma presentano inconvenienti
dovuti soprattutto alla scarsa uniformità di distribuzione, sempre più accentuata con
l’aumentare della loro lunghezza che si consiglia non essere superiore a 150-200 m, in
relazione alla spaziatura dei fori (Fig. 58).
A
B
Fig. 58 – Impiego di manichette forate
per la fertirrigazione di pomodoro (A) e
melone (B).
154
Tale inconveniente è maggiormente accentuato nel caso dei
tubi essudanti, in quanto
presentano una maggior perdita
di carico che ne rende l’impiego
razionale per tratti non superiori
ai 90 m. Presentano però
vantaggi dovuti a minori problemi di intasamento e maggiore
continuità di bagnatura, visto che
l’erogazione coinvolge la quasi
totalità della loro superficie.
Le ali gocciolanti (Fig. 59),
costituite da tubazioni semirigide in PE, di diametro variabile
da 16 a 20 mm, possono
presentare erogatori non autocompensanti o autocompensanti.
Nel primo caso si riscontrano gli
stessi inconvenienti già ricordati
a proposito degli altri due
sistemi, nel secondo, invece, è
possibile garantire per oltre 300
m di lunghezza, una elevata
uniformità di distribuzione anche
in terreni non perfettamente
livellati.
A
B
C
Fig. 59 – Ala gocciolante autocompensante: gocciolatore (A), schema di funzionamento (B),
applicazione (C), (foto IMAGO).
Gli erogatori, attualmente, sono in prevalenza
coestrusi all’interno della sezione a distanze
variabili dai 20 cm a oltre 1 m. La scelta della
spaziatura dovrà essere mirata a mantenere
uniformemente bagnata la striscia di terreno
lungo la fila e a tale proposito vengono
consigliate spaziature da 1.00 a 1.25 m nei
terreni pesanti, 0.60-1.00 m in quelli franchi e
0.30-0.60 m nei sabbiosi. Le portate dei singoli
distributori possono variare da 2 a 8 litri per ora.
In particolare con specie allevate ad alta
densità, come quelle a foglia (es. lattughe,
radicchi, ecc.) si impiegano sistemi microirrigui per aspersione autocompensanti e non.
Questi presentano portate variabili dai 120 ai
Fig. 60 – Microirrigatore autocompensante.
155
4-600 L h-1 e sono caratterizzati da buona uniformità di distribuzioni idrica che
consente di effettuare efficacemente apporti di fertilizzanti. Particolare attenzione va
posta al dimensionamento dell’impianto (spaziatura e portata) specialmente in zone
ventose (Fig. 60). In coltivazioni di ortaggi da taglio, in serra e in vivaio trovano,
infine, applicazione sistemi di erogazione a barra nebulizzatrice. Si tratta di sistemi a
funzionamento automatizzato che utilizzano binari appesi o a pavimento e consentono
elevata uniformità di distribuzione. Le portate degli ugelli erogatori sono generalmente
modeste (3 L h-1), il che consente di utilizzare efficacemente tali dispositivo, oltre che
per interventi fertirrigui, anche per trattamenti antiparassitari (Fig. 61).
A
B
Fig. 61 – Barre nebulizzatrici (A) in funzione dopo la semina (B).
Nei sistemi di coltivazione fuori suolo, l’erogazione della soluzione nutritiva, avviene
con modalità differenti come verrà descritto in dettaglio a proposito dei sistemi di
coltivazione. Normalmente nelle coltivazioni su substrato o per le coltivazioni di
RACCORDO 4 USCITE
A
B
GOCCIOLATORE
TUBO DI
ADDUZIONE
PUNTO GOCCIA
TUBICINO 5/3
Fig. 62 – Gocciolatore autocompensante (CNL): schema di installazione (A), applicazione su coltura in
fuori suolo (B), (foto IMAGO).
156
piantine in contenitore l’erogazione della soluzione nutritiva alle piante avviene per
mezzo di gocciolatori la cui portata oscilla da 1.5 a 4.0 L h-1.
Portate minori risultano sconsigliate per il maggior rischio di occlusione, mentre
portate superiori a 4.0 L h-1 non consentono un regolare rinnovo della soluzione
nutritiva nella totalità del volume di substrato.
Se le linee di erogazione presentano lunghezze superiori ai 30-40 m o pendenze
superiori all’1% è inoltre consigliabile ricorrere a erogatori autocompensanti (Fig. 62).
Dispositivi di controllo dei turni irrigui
I turni di erogazione possono essere controllati da semplici temporizzatori o, nei
sistemi più attuali, da programmatori in grado di gestire l’irrigazione in funzione
di parametri ambientali quali la
luminosità, o colturali quali il
livello di umidità del substrato e
la percentuale di drenaggio.
In linea del tutto generale, per le
coltivazioni fuori suolo attuate con
sistemi senza substrato quali l’NFT
e l’aeroponia sono sufficienti
semplici programmatori a tempo
(timer, fig 63), in grado di garantire
alternanza fra periodi di erogazione
della soluzione e periodi di Fig. 63 – Programmatore a tempo.
asciutta. La durata e frequenza
degli interventi fertirrigui viene definita sulla base delle condizioni climatiche e della
fase fenologica delle piante.
Operando in coltivazioni su substrato o su suolo, invece, la gestione degli interventi
fertirrigui, data la loro minor durata, richiede maggior attenzione al fine di garantire
alle piante i giusti approvvigionamenti idrici e nutrizionali evitando sia fenomeni di
lisciviazione che di concentrazione di elementi nutritivi nel substrato e/o terreno.
Come sarà successivamente descritto a proposito dei differenti sistemi di coltivazione
e della gestione della nutrizione, la frequenza e durata dei turni irrigui deve tener conto
non solo delle esigenze specifiche della pianta, ma anche delle caratteristiche del
substrato o terreno in cui si opera e della qualità dell’acqua di irrigazione.
157
Spesso, infatti, per opera dell’assimilizazione delle piante, delle caratteristiche del
substrato (granulometria, CSC, ecc.) e della qualità delle acque (EC, contenuto di Na,
ecc.) si vengono a creare, a livello radicale, valori di EC e pH sensibilmente diversi
dalla soluzione erogata (ad esempio in una coltivazione di pomodoro su lana di roccia
la soluzione in ingresso presenta EC di 2200-2400 µS cm-1 mentre nel substrato si
registrano valori di 3300-4000 µS cm-1). Brusche variazioni dei valori di EC, pH e
umidità a livello radicale potrebbero tradursi in danno anche grave per la coltura. Gli
interventi fertirrigui dovranno avere durata e frequenza tali da consentire un corretto
approvvigionamento idrico e nutrizionale alle piante attraverso un adeguato rinnovo
della soluzione nutritiva nel substrato. Andranno evitati pertanto sia carenze che si
tradurrebbero in accumulo di sali a livello radicale (aumento della EC) e riduzione dei
valori di umidità del substrato, sia eccessi che porterebbero, oltre che a perdita di
elementi nutritivi per lisciviazione, anche ad una brusca riduzione dei valori di EC nel
mezzo e ad eccessi di umidità a livello radicale.
Una corretta programmazione degli interventi fertirrigui può essere ottenuta anche con
semplici timer, tuttavia il continuo variare delle esigenze idriche delle piante e delle
condizioni climatiche impone un costante aggiornamento della programmazione dei
turni irrigui per non incorrere nelle problematiche sopra descritte. Per tale ragione si
tende sempre più a far ricorso a sistemi di controllo dell’irrigazione in grado di variare
durata e frequenza degli interventi fertirrigui in funzione di diversi parametri sia
climatici che colturali.
Fra questi si ricordano:
programmatori a somma di luce in grado di variare il numero degli interventi irrigui
in funzione dell’intensità della radiazione rilevata a mezzo di apposite sonde (Fig. 64);
misuratori di drenaggio (Fig. 65) in grado di rilevare la quota di soluzione che
fuoriesce dai moduli di coltivazione ad ogni intervento di fertirrigazione provvedendo
A
Fig. 64 – Programmatore a somma di luce (A), sonda di rilevazione (B).
158
B
a correggere durata e frequenza dei successivi a seconda del valore rilevato;
peso del modulo di coltivazione può essere impiegato per valutare il grado di umidità
del substrato (Fig. 66) e agire sui turni irrigui al fine di mantenere tale valore entro
livelli ottimali.
Normalmente parte o tutti i sensori descritti sono applicati a sistemi computerizzati
che consentono una gestione completa della fertirrigazione (Fig. 67).
Operando su suolo, infine, possono essere convenientemente impiegati sensori in
grado di rilevare il livello di umidità del terreno per i quali si rimanda a quanto già
riferito nella parte prima.
Fig. 65 – Sonda di drenaggio (foto
Spagnol Automazione).
Fig. 66 – Sonda di umidità (foto Spagnol
Automazione).
Fig. 67 – Sistema computerizzato integrato di gestione
della fertirrigazione (foto Spagnol Automazione).
159
Principali sistemi
di coltivazione fuori suolo
Lazzarin R., Enzo M., Pimpini F.
L’intensa attività di ricerca e sperimentazione condotte nel campo delle coltivazioni
idroponiche ha portato alla realizzazione di svariati sistemi colturali che si distinguono per:
• volumi e modalità degli apporti idrici,
• gestione della nutrizione,
• forma e dimensione dei moduli di coltivazione,
• presenza o meno di un substrato di diversa natura,
• costi o investimenti.
Appare pertanto necessario, anche ai fini di una più semplice descrizione delle
differenti soluzioni impiantistiche ricondurre la trattazione alle tipologie fondamentali
che contraddistinguono la tecnica del fuori suolo.
I numerosi impianti attualmente adottati sono, infatti, riconducibili a due grandi gruppi:
1) sistemi di coltivazione senza substrato, che non prevedono l’impiego di supporti
organici o minerali per l’ancoraggio delle radici delle piante;
2) sistemi di coltivazione su substrato, che invece prevedono l’impiego di un
determinato volume di substrato per garantire, oltre all’ancoraggio delle radici,
anche un volano idrico-nutrizionale.
Al primo gruppo appartengono l’NFT (Nutrient Film Tecnique), l’Aeroponia e il
Floating system (coltivazione “galleggiante” su vasche di soluzione nutritiva).
I secondi si distinguono ulteriormente in :
• sistemi di coltivazione su substrati naturali organici (torba, cocco, vinacce, alghe, ecc.);
• sistemi di coltivazione su substrati inorganici (lapillo, pomice, sabbia, perlite,
vermiculite, lana di roccia, argilla espansa);
• sistemi di coltivazione su substrati sintetici (poliuretano, polistirolo).
Una seconda classificazione delle tecniche fuori suolo può essere, inoltre, basata sulla
gestione della soluzione nutritiva distinguendo:
1) sistemi a ciclo aperto, che prevedono, ad ogni fertirrigazione, l’alimentazione delle
piante con soluzione “fresca” senza recuperare la quota della stessa drenata dai
moduli di coltivazione;
160
2) sistemi a ciclo chiuso che, al contrario, prevedono il riciclo della soluzione di
drenaggio previa reintegrazione dei valori di EC e pH (Fig. 68).
A
B
Fig. 68 – Schema di un sistema di coltivazione a ciclo aperto (A) e ciclo chiuso (B).
Sistemi di coltivazione senza substrato
NFT (Nutrient Film Technique)
La tecnica NFT, rappresenta il sistema classico di coltivazione idroponica, messo a
punto da Cooper in Inghilterra intorno agli anni ’70. Ha trovato iniziale sviluppo nei
Paesi del centro-nord Europa quali Belgio, Danimarca e Germania per poi
evidenziare una contrazione di interesse in seguito alla diffusione dei metodi di
coltivazione su substrato a ciclo aperto, che presentano minori difficoltà di gestione.
Il principio di questo sistema consiste nel far circolare, all’interno di moduli di
coltivazione (canalette), una soluzione nutritiva in modo da creare un sottile film di
1-2 mm in cui risulta parzialmente immerso l’apparato radicale. La tecnica prevede
il recupero della soluzione che, dopo aver apportato nutrimento a tutte le piante, viene
convogliata in un serbatoio per poi essere reimmessa, previa reintegra, nei moduli di
coltivazione (Fig. 69).
La ricircolazione della soluzione nutritiva e l’assenza di substrato rappresentano i
principali pregi del sistema NFT poiché consentono un significativo risparmio di
acqua ed elementi nutritivi, una riduzione dell’impatto ambientale e l’eliminazione del
costo del substrato. Per contro, proprio la mancanza di substrato rende la tecnica del
161
Fig. 69 – Rappresentazione schematica di un impianto NFT.
film nutritivo priva di volano chimico fisico e quindi maggiormente esposta a
qualsiasi inconveniente che possa
determinare un blocco o un’alterazione al
flusso della soluzione. Infine, l’elevato
sviluppo dell’apparato radicale, che risulta
esposto ad un precoce invecchiamento e
perdita di funzionalità, rappresenta il
maggior limite applicativo poiché
impedisce di realizzare coltivazioni a ciclo
lungo (oltre 4-5 mesi). Quest’ultimo
inconveniente, tuttavia, trova una possibile,
ma non sempre semplice soluzione
nell’esecuzione di più cicli colturali
nell’anno (interplanting).
162
Fig. 70 – Abbondante accrescimento
dell’apparato radicale in piante di pomodoro
allevate in NFT.
Da quanto sopra esposto si può affermare che questo sistema non risulta essere idoneo
per coltivazioni da effettuarsi in ambienti caratterizzati da elevati livelli di
irraggiamento e temperatura (es. aree meridionali del bacino mediterraneo).
Le fasi principali per la realizzazione di un impianto NFT si possono riassumere nella:
•
•
•
•
sistemazione del terreno all’interno dell’apprestamento protettivo;
disposizione dei moduli di coltivazione;
realizzazione dell’impianto di irrigazione;
erogazione e gestione della soluzione nutritiva.
Sistemazione del terreno: rappresenta la fase più delicata di realizzazione
dell’impianto, si deve prevedere una pendenza omogenea di circa il 2% al fine di
garantire un corretto scorrimento della soluzione nutritiva nei moduli di coltivazione,
senza il rischio di ristagni.
La pendenza si può ottenere con:
1) il modellamento del suolo;
2) la pavimentazione della superficie del terreno, che senz’altro costosa, garantisce,
oltre ad una inclinazione regolare, anche la possibilità di formazione delle canalette
di coltivazione e una più facile meccanizzazione degli interventi colturali;
3) l’impiego di supporti metallici regolabili che, indipendentemente dalle condizioni
del suolo, consentono di realizzare la pendenza desiderata e di eliminare eventuali
imperfezioni dovute ad assestamenti (Fig. 71).
Fig. 71 – Coltivazione di lattuga in canalette disposte su supporti regolabili.
163
Fatto salvo il caso della pavimentazione, il fondo della serra viene successivamente
pacciamato disponendo sul terreno un film in polietilene bicolore 0.20 mm. Questo
viene posto con la superficie bianca rivolta verso l’alto per favorire la massima
riflessione della luce allo scopo di contenere gli eccessi termici e migliorare la
luminosità dell’ambiente, soprattutto nelle prime fasi della coltivazione. La parte nera,
invece, viene messa a contatto con il terreno per un efficace controllo della
vegetazione infestante. La pacciamatura ha, inoltre, la funzione di migliorare il
controllo dell’UR della serra, eliminando l’evaporazione del suolo e di impedire il
contatto delle piante con il terreno che può essere fonte di parassiti e patogeni.
Disposizione dei moduli di coltivazione: sul terreno opportunamente predisposto,
vengono collocati gli elementi di coltivazione, rappresentati generalmente da canalette
in materiale plastico (polietilene, PVC, ecc.) larghe 15-25 cm, profonde 5-10 cm la cui
lunghezza non dovrebbe superare i 20-30 m. La lunghezza e l’inclinazione dei moduli
di coltivazione sono infatti responsabili di possibili gradienti nutrizionali ed ambientali
che possono influenzare il regolare sviluppo delle piante. Il contenuto di nutrienti e di
ossigeno della soluzione variano, infatti, lungo le canalette, principalmente per effetto
dell’assimilazione delle piante. Anche la temperatura della soluzione subisce
variazioni tra il punto di erogazione e il punto di recupero; queste sono tanto maggiori
quanto maggiore è la lunghezza del modulo e quindi il tempo impiegato dalla
soluzione nutritiva per percorrerlo.
Prima di effettuare le operazioni di trapianto, i moduli di coltivazione vengono
ricoperti completamente con un film di polietilene bicolore, sistemando la superficie
bianca verso l’esterno, per evitare un eccessivo riscaldamento dell’apparato radicale e
della soluzione nutritiva e, la parte nera, rivolta internamente, per evitare il passaggio
della luce e, di conseguenza, la formazione di alghe.
A
Fig. 72 – Coltivazione di lattuga con sistema NFT: panoramica (A), particolare (B).
164
B
Impianto di irrigazione: è costituito dai serbatoi di contenimento della soluzione
ricircolante, dai dispositivi di pompaggio ed erogazione della soluzione, dai sistemi di
controllo della soluzione e dei turni irrigui. Per la circolazione della soluzione nei
moduli di coltivazione, vengono normalmente impiegate elettropompe centrifughe ad
asse orizzontale, ovviamente posizionate all’esterno del serbatoio. Soltanto in impianti
di modeste dimensioni sono consigliabili, per il loro costo contenuto, elettropompe
“sommerse” da inserirsi direttamente nei serbatoi contenenti la soluzione ricircolante.
Considerata l’azione corrosiva dei fertilizzanti, sono infatti da preferire pompe esterne ai
serbatoi assicurandosi, in ogni caso, che tutte le parti che vengono direttamente a contatto
con la soluzione nutritiva risultino costituite da materiali resistenti alla corrosione (teflon
o acciaio inox) anche per evitare il rilascio di metalli nella soluzione stessa.
La portata della pompa va calcolata in funzione del numero di moduli di coltivazione
che essa deve alimentare, dovendo garantire a ciascuno un flusso di 1-3 litri al minuto
in uscita. Va inoltre considerato che una quota della soluzione aspirata dalla pompa
deve ritornare, a mezzo di un by-pass, nel serbatoio di ricircolazione per assicurare un
corretto rimescolamento degli elementi nutritivi e una adeguata ossigenazione.
L’erogazione della soluzione avviene, a mezzo di tubazioni in polietilene o PVC, nella
parte alta dei moduli di coltivazione, mentre a valle, una canaletta disposta
trasversalmente ai moduli stessi, provvede al recupero della soluzione non utilizzata dalle
piante che ritorna nel serbatoio di stoccaggio. E’ opportuno che i serbatoi di contenimento
della soluzione fertilizzante siano realizzati in materiale plastico, per le problematiche di
corrosione già citate; il loro volume dovrà essere dimensionato in funzione del numero e
del tipo di piante coltivate. A puro titolo indicativo si possono considerare volumi di
soluzione pari a 0.5-3.0 litri per pianta, in relazione alla specie e fase fenologica.
In impianti di modeste dimensioni il serbatoio di stoccaggio della soluzione può essere
interrato consentendo, in tal modo, di recuperare per gravità la soluzione che defluisce
dai moduli di coltivazione. In impianti di grosse dimensioni, risulta più conveniente
disporre il serbatoio fuori terra prevedendo l’installazione di una pompa che provveda
al sollevamento della soluzione di deflusso dalle canalette.
Gestione del sistema: il volume di soluzione contenuta nel serbatoio viene mantenuto
costante a mezzo di un galleggiante che comanda l’introduzione di nuova acqua,
mentre il mantenimento dei valori ottimali di EC e pH si realizza con l’impiego di
pompe dosatrici che immettono nel serbatoio di ricircolazione quote di soluzioni
madri ed acido nitrico. Il solo controllo della EC non risulta, tuttavia, sufficiente a
garantire un livello costante di tutti gli elementi nutritivi. Uno dei principali problemi
165
di tutti i sistemi a ciclo chiuso è rappresentato, infatti, dalla variazione della
composizione della soluzione nutritiva nel tempo.
In pratica, le possibilità per superare tale problema sono:
1) effettuazione di analisi chimiche complete o limitate agli ioni guida (es. N, K), da
eseguirsi periodicamente, con lo scopo di conoscere le asportazioni e
conseguentemente reintegrare la soluzione con gli elementi necessari;
2) eliminazione periodica di una quota di soluzione ricircolante da sostituire con
un’altra di nuova preparazione.
B
A
C
D
E
Fig. 73 – Modalità di trapianto di pomodoro in NFT: taglio del film plastico (A), pianta posta a dimora
(B-C), coltura in atto (D-E).
166
L’erogazione della soluzione avviene durante le ore di luce (alba - tramonto) secondo
turni che prevedono alternanza di flusso e asciutta per assicurare alle piante sia
l’apporto di acqua ed elementi nutritivi che di ossigeno.
Per il controllo dei turni di irrigazione vengono normalmente impiegati programmatori
elettronici che agiscono sulle elettrovalvole di zona determinando l’avvio e l’arresto
dei dispositivi di pompaggio.
Il ciclo colturale ha inizio con il trapianto di piantine allevate in vivaio ed è una
operazione molto rapida in quanto consiste nel posizionare le stesse nei punti in cui il
film plastico che avvolge i moduli di coltivazione viene tagliato a croce come appare
dalla figura 73.
Una variante al sistema sopra illustrato è
rappresentato dal “Super NFT” che si
differenzia soltanto per la modalità di
distribuzione della soluzione nutritiva.
Questa, infatti viene erogata in
prossimità di ogni pianta a mezzo di un
gocciolatore inserito su di un tubo in
polietilene semirigido collocato sul
fondo della canaletta di coltivazione e il
deflusso della soluzione eccedente
avviene, invece, ai lati dello stesso
modulo (Fig. 74). Ciò consente
maggiore omogeneità di rifornimento
idrico e nutrizionale, minore pendenza
del modulo di coltivazione e maggiore
lunghezza delle canalette nei confronti
del sistema tradizionale.
Fig. 74 – Modulo di coltivazione “Super NFT”.
Aeroponia
La tecnica aeroponica trova ridotta applicazione a livello produttivo ed è rivolta
prevalentemente a specie orticole di limitato accrescimento quali: lattughe, fragola ed
alcune specie da fiore.
La funzione di supporto delle piante viene svolta da pannelli in materiale plastico o,
più semplicemente, in polistirolo, disposti orizzontalmente o su piani inclinati,
167
sostenuti da una struttura portante, comunque inerte nei confronti della soluzione
nutritiva (acciaio inox, plastica, ferro ricoperto con film plastico), in modo da
realizzare dei cassoni chiusi di sezione squadrata o triangolare all’interno dei quali si
sviluppano, sospesi, gli apparati radicali come appare dalle figure 75 e 76.
L’apporto di acqua e nutrienti avviene per mezzo di una soluzione nutritiva nebulizzata
direttamente sulle radici per mezzo di spruzzatori statici (sprayer), opportunamente
inseriti su di una tubazione in polietilene o PVC alloggiata all’interno dello stesso
modulo di coltivazione (Fig. 77).
A
B
C
Fig. 75 – Coltura di crisantemo in impianto aeroponico a sezione rettangolare: schema (A), panoramica
(B), particolare (C).
168
A
B
Fig. 76 – Coltivazione di lattuga in impianto aeroponico a sezione triangolare (A) e schema (B).
La portata degli sprayer oscilla dai 35 ai 70 L h-1 con una portata di esercizio di 3-4
bar mentre la loro spaziatura sulle linee di distribuzione varia in funzione della
conformazione e dimensione dei moduli di coltivazione. A livello indicativo si
possono considerare distanze di 50 cm tra loro, avendo cura di verificare che la
erogazione della soluzione risulti omogenea in tutti i punti del modulo di coltivazione.
La durata degli interventi nebulizzanti oscilla dai 30 ai 60 secondi mentre la loro
frequenza varia in funzione delle epoche di coltivazione, dello stadio di crescita delle
piante, della specie e del momento della giornata (per una coltivazione estiva in piena
vegetazione si possono superare gli 80 interventi al giorno dall’alba al tramonto).
Ad ogni nebulizzazione il percolato si raccoglie sul fondo dei moduli e, data la
pendenza degli stessi, viene convogliato al serbatoio di stoccaggio.
169
A
B
C
Fig. 77 – Microirrigatore statico da 70 L h–1: particolare (A), installazione (B), funzionamento (C).
Rispetto all’NFT la coltivazione aeroponica consente una maggiore economia di acqua
e di concimi per i minori volumi di soluzione impiegati. Migliore appare inoltre
l’ossigenazione degli apparati radicali che, tuttavia, risultano maggiormente esposti a
stress termici, soprattutto nel periodo estivo.
In merito alle problematiche di controllo e gestione della soluzione valgono le regole
generali dei sistemi a ciclo chiuso già descritte per l’NFT.
Floating system
La coltivazione di piante su supporti galleggianti in vasche riempite di soluzione
nutritiva ha trovato nel tempo diverse forme di applicazione che si distinguono
principalmente per il volume della soluzione e per le modalità di ricircolazione ed
ossigenazione della stessa. Tra le varie tecniche, quella che oggi trova crescente
interesse nel nostro Paese, definita floating system, prevede la costruzione, con
materiali di basso costo, di vasche, fisse o smontabili, profonde 20-30 cm e posizionate
sul terreno oppure direttamente scavate nell’interno della serra. Tali vasche, dopo
accurata impermeabilizzazione, con film di polietilene, vengono riempite di soluzione
nutritiva completa di macro e microelementi.
Nelle vasche si collocano poi i pannelli di polistirolo ad alta densità che galleggiano
sulla soluzione nutritiva e fungono da supporto per le piante in coltura. In questi
pannelli si provvede a realizzare quanto necessario per poter praticare la semina o il
170
trapianto delle specie che andranno ad ospitare. Nel primo caso si ricavano
fessurazioni a sezione tronco-conica che vengono riempite del substrato (perlite o
vermiculite) che ospiterà il seme (Fig. 78).
A
Fig. 78 – Coltivazione di lattughino con sistema Floating
System (A); particolare della radicazione su valeriana (B).
B
Nel secondo, invece, adeguatamente spaziati, si praticano gli alloggiamenti, di forma
e dimensioni diverse, nei quali andranno posizionati: cubetti di semina, bulbi di piante
da fiore, vasetti contenenti un numero diverso di piantine (5-15) in fase di poco
successiva all’emergenza avvenuta in vivaio (Fig. 79). La semina diretta nelle fessure
o in contenitori alveolari di polistirolo è una tecnica che prevede rispettivamente la
produzione di colture da taglio (insalate o aromatiche) o vivaismo (soprattutto
tabacco). Nel secondo caso si fa riferimento, rispettivamente, a specie da grumolo (es.
lattughe), da fiore reciso e alle piante aromatiche o condimentarie commercializzate
generalmente in vaso.
A
B
Fig. 79 – Coltivazione di lattuga da cespo (A) e basilico in vaso (B) con sistema Floating System.
171
Il sistema risulta particolarmente interessante per i costi contenuti di realizzo e
gestione legati alla limitata presenza di dispositivi automatici di controllo e correzione
della soluzione. La brevità dei cicli produttivi e il volume elevato di soluzione
consentono, infatti, di rimandare alla fine di ciascun ciclo le operazioni di reintegra
della soluzione nutritiva.
In pratica si provvede a ripristinare il volume della vasca con acqua, quindi a riportare
l’EC ed il pH ai valori di riferimento con aggiunta di soluzioni madri ed acido nitrico.
L’unico controllo necessario durante la coltivazione riguarda il contenuto di ossigeno
che deve essere mantenuto su valori prossimi a 5-6 mg L-1.
Il sistema più semplice di ossigenazione consiste nel far ricircolare, a mezzo di una
pompa, parte della soluzione attraverso una tubazione in cui viene installato un tubo
di Venturi in grado di aspirare aria dall’esterno. Bisogna comunque evitare che la
pompa crei un’eccessiva movimentazione della soluzione che può danneggiare gli
apparati radicali, oltre a rimettere in soluzione eventuali essudati radicali normalmente
depositati sul fondo delle vasche. Altri sistemi di ossigenazione sono rappresentati da
insufflazione di aria a mezzo di compressori o immissione di ossigeno da bombola. La
quantità di ossigeno disciolto nella soluzione è legata strettamente al livello termico
della stessa per cui dovranno essere attuati tutti i sistemi atti a contenere gli eccessi
termici (Tab. 40).
Fig. 80 – Schema di un impianto floating system.
172
Tab. 40 – Quantità di ossigeno disciolto in acqua per le varie temperature (valori a saturazione).
°C
10
11
12
13
14
15
16
17
18
mg O2 L–1
10,93
10,67
10,43
10,20
9,98
9,76
9,56
9,37
9,18
°C
19
20
21
22
23
24
25
26
27
mg O2 L–1
9,18
8,84
8,68
8,53
8,38
8,25
8,11
7,99
7,89
°C
28
29
30
31
32
33
34
35
mg O2 L–1
7,75
7,64
7,53
7,42
7,32
7,22
7,13
7,04
Sistemi di coltivazione su substrato
Rappresentano le tecniche di coltivazione fuori suolo che, negli anni, hanno trovato
una maggior applicazione in quanto di più semplice gestione rispetto ai sistemi senza
substrato. La possibilità di garantire un ancoraggio solido alle radici, attraverso un
mezzo di diversa natura che costituisca anche una scorta idrica e nutrizionale, riduce
sensibilmente le cause di rischio in fase di produzione.
Un impianto di coltivazione su substrato si realizza attraverso le seguenti fasi:
• sistemazione del terreno all’interno dell’apprestamento protettivo;
• scelta del substrato;
• realizzazione dell’impianto di irrigazione e gestione della nutrizione.
Fig. 81 – Schema di sistemi di coltivazione su substrati diversi.
173
Sistemazione del terreno: per la preparazione del terreno della serra destinata ad
ospitare un impianto su substrato, vale quanto già riportato nei riguardi dell’NFT, con
la sola differenza che, per le coltivazioni su substrato, le pendenze vanno limitate al
solo spazio tra le file, che rappresenta il percorso realizzato per il deflusso della
soluzione di drenaggio. La zona di appoggio del substrato (lastre o sacchi) dovrebbe
infatti rimanere il più possibile in piano per evitare gradienti nel contenuto d’acqua
all’interno del modulo. Qualora, per semplificare le operazioni di sistemazione del
terreno, si decida di disporre in pendenza tutta la superficie della serra, sarà necessario
prestare attenzione a non superare pendenze del 2-3 ‰, sempre al fine di evitare
gradienti nelle condizioni idriche del substrato.
Scelta del substrato: per la descrizione dei diversi substrati che possono trovare
impiego nella coltivazione fuori suolo si rimanda allo specifico capitolo. Ciò che
comunque preme sottolineare, a livello di progettazione dell’impianto, è che ciascun
substrato si caratterizzi in funzione delle sue proprietà fisiche per una diversa
ritenzione idrica e dinamica della soluzione lungo il proprio profilo. Pertanto, solo
l’adeguata conoscenza del mezzo di coltivazione può consentire il corretto
dimensionamento dell’irrigazione (portata e turni irrigui), garantendo livelli di umidità
e nutrizionali ottimali per le piante.
Per tale scopo vengono di seguito riportate alcune delle principali caratteristiche dei
substrati che consentono, in primo luogo, una suddivisione in: fibrosi e granulari.
Substrati fibrosi: possono essere di natura organica (es. torba, paglia, fibra di cocco)
oppure inorganica (es. lana di roccia). Sono caratterizzati dalla presenza di fibre di
diverse dimensioni che, comunque, conferiscono al substrato un’alta capacità di
ritenzione idrica (60-80%) e modesta capacità per l’aria (porosità libera). Inoltre una
elevata percentuale dell’acqua trattenuta è facilmente disponibile per la pianta. Questo
aspetto risulta molto importante sotto il profilo operativo poichè si riflette direttamente
sulla determinazione del volume minimo di substrato per pianta in grado di garantire
una sufficiente riserva idrica. Infatti con i substrati fibrosi i quantitativi sono
generalmente ridotti e variano da 2 a 7 litri per pianta (circa la metà per la fragola).
Generalmente, in questi substrati, caratterizzati da elevata capacità per l’acqua, non
esistono evidenti gradienti idrici e di salinità lungo il profilo e, di conseguenza,
l’apparato radicale tende ad accrescersi in modo più veloce e abbondante,
interessando, uniformemente, l’intero volume del mezzo di coltura.
Substrati granulari: generalmente rappresentati da sostanze inorganiche (es. sabbia,
174
lapilli, perlite, argilla espansa), sono caratterizzati da tessiture diverse ed elevata
porosità libera. La ritenzione idrica è piuttosto scarsa (10-40%) e buona parte
dell’acqua trattenuta non è facilmente disponibile per la pianta. Dall’esame di questi
aspetti risulta ovvio che il volume di substrato per pianta dovrà essere molto più
elevato nei confronti di quelli fibrosi e, infatti, normalmente varia da 10 a 40 litri.
Questo ampio intervallo dipende dalla diversa granulometria che conferisce ai vari
tipi di substrato differente capacità di ritenzione idrica. Deve, comunque, essere
sottolineato che, nei substrati granulari, si osserva un accentuato gradiente di umidità
e salinità lungo il profilo e ciò porta le radici a svilupparsi principalmente sul fondo
di contenitori. Si passa infatti da un materiale asciutto ad elevata salinità in superficie,
a saturo, con bassa conducibilità sul fondo del contenitore. Si può, inoltre, affermare
che tanto minore è la granulometria, tanto maggiore risulta la capacità di ritenzione
idrica, l’omogeneità di umidità e conducibilità elettrica e più modesto il volume di
substrato richiesto per pianta.
SATURAZIONE DEI CUBI
SEMINA
VIVAIO
SATURAZIONE
DELLE LASTRE
TAGLIO DI DRENAGGIO
TRAPIANTO
Fig. 82 – Il sistema di coltivazione su lana di roccia (foto Grodan).
I substrati possono essere già confezionati in sacchi di plastica (film di polietilene) o
venire inseriti in altri tipi di contenitore quali vasi, canalette, vaschette, realizzati
preferibilmente in materiale plastico e dotati di inerzia chimica, di buona consistenza
e durata.
175
Operazione fondamentale per il buon esito della coltura è rappresentata dalla
saturazione del substrato in pre-impianto con soluzione nutritiva (Figg. 82 e 83) allo
scopo di:
1) costituire una adeguata scorta idrica e nutrizionale,
2) realizzare condizioni ottimali di EC e pH nel mezzo di coltura,
3) espellere l’aria presente e realizzare una omogenea bagnatura del materiale,
4) eliminare accumuli di sali (nel caso si tratti di reimpiego).
A
B
C
D
E
F
Fig. 83 – Impianto di pomodoro su lana di roccia: saturazione del substrato di coltura prima
dell’impianto (A e B), taglio dell’involucro plastico per consentire il drenaggio (C), impianto (D),
posizionamento del gocciolatore (E), impianto completato (F).
176
Altrettanto importante è la fase di asciutta post-impianto che stimola la pianta ad utilizzare
al massimo la scorta idrica del substrato esplorandolo in modo totale ed omogeneo per
consentire di ottenere una radicazione abbondante e ben distribuita nei vari livelli.
Realizzazione dell’impianto di irrigazione: i componenti principali dell’impianto sono
rappresentati da:
• dispositivi di pompaggio,
• dispositivi di filtraggio,
• dispositivi di dosaggio del fertilizzante,
• dispositivi di erogazione della soluzione nutritiva,
• dispositivi di recupero e controllo della soluzione e dei turni irrigui.
Mentre per il pompaggio e filtrazione valgono i principi generali in precedenza trattati,
di seguito vengono brevemente illustrati i sistemi di preparazione, erogazione e
controllo della soluzione secondo le particolari esigenze della coltivazione su substrato.
Questo tipo di coltivazione trova principale applicazione come sistema a ciclo aperto
con indubbi vantaggi economici nella realizzazione degli impianti. Ad ogni intervento
di irrigazione viene somministrata alle piante soluzione di nuova preparazione,
rendendo di fatto sufficiente la presenza di dispositivi in grado di diluire in modo
proporzionale le soluzioni madri (concentrate di 100 o 200 volte) nell’acqua. A tale
scopo risultano adatti molti dei sistemi di dosaggio già illustrati nell’impiantistica. A
seconda dei casi, infatti, vengono impiegati iniettori tipo Venturi, dosatori
proporzionali, pompe dosatrici a controllo volumetrico o conduttimetrico fino ai più
complessi computer di fertirrigazione con premiscelazione della soluzione. Sulla
scelta del sistema di dosaggio intervengono diversi fattori fra cui la disponibilità di
energia, la portata e l’uniformità dell’impianto irriguo, la precisione che si vuole
ottenere nel dosaggio dei fertilizzanti, il costo.
L’erogazione della soluzione nutritiva alle piante avviene normalmente a mezzo di
gocciolatori la cui portata oscilla da 1.5 a 4.0 L h-1. La percentuale del drenaggio viene
mantenuta su valori prossimi allo 0-5% in fase di radicazione, 15-20% in fase di
vegetazione e 25-35% in fase di produzione.
La soluzione di drenaggio viene eliminata attraverso canalette realizzate al momento
della sistemazione del terreno e può essere impiegata per alimentare altri settori della
serra (irrigazione a cascata) o più convenientemente per interventi di fertirrigazione di
colture in terreno.
La crescente sensibilità per l’ambiente, tuttavia, sta orientando la scelta, anche per la
coltivazione su substrato, verso sistemi a ciclo chiuso in cui la soluzione di drenaggio sia
sempre recuperata durante l’intero ciclo di coltivazione. Ciò riporta alle problematiche
di controllo e reintegrazione in precedenza descritte per i sistemi senza substrato.
177
Altri sistemi
Vengono di seguito trattati, sinteticamente, alcuni sistemi di coltivazione che
presentano caratteristiche strutturali e funzionali che associano aspetti già riferiti per
le coltivazioni con e senza substrato.
GFT (Gravel Film Technique)
Tale sistema (Fig. 84) è sostanzialmente assimilabile alla tecnica di NFT alla quale viene
però aggiunto anche un substrato inerte granulare (diametro 5-10 mm) ad elevato peso
volumico. Sono da preferire materiali di struttura compatta o comunque privi di calcare (es.
porfido). La presenza di calcare potrebbe, infatti, ostacolare il controllo del pH della
soluzione nutritiva. I moduli di coltivazione, alternati a vialetti per il passaggio, sono
rappresentati da prose di
larghezza variabile (0.50-1.50
m) e lunghezza che può
raggiungere 30-40 m. Queste,
sono realizzate con film di
polietilene di elevato spessore
(0.5 mm), appoggiato sul
A
terreno, i cui lati vengono
mantenuti sollevati da fili di
acciaio tesi ad una altezza di
10-15 cm, in modo da formare
una canaletta. In questa si pone
il substrato per uno spessore di
3-5 cm. L’erogazione della
soluzione avviene nella testata
del modulo di coltivazione e lo
scorrimento è garantito dalla
pendenza del lato più lungo
dello stesso (2‰) ottenuta con
la sistemazione del terreno. La
B
C
soluzione nutritiva, dopo aver
percorso il modulo viene Fig. 84 – Coltivazione di crisantemo con sistema GFT: modulo di
coltivazione (A), erogazione della soluzione (B), testate in cui
recuperata nella testata op- avviene il recupero (C).
178
posta a quella di erogazione per essere reimmessa in circolo. Per quanto riguarda la gestione
della soluzione nutritiva vale quanto già riferito a proposito dell’NFT.
Flusso e riflusso
Tecnica attualmente largamente diffusa per la coltivazione delle piante ornamentali e
da fiore in vaso. L’impianto si realizza a mezzo di bancali dotati di fondo e pareti
impermeabili, in modo da realizzare una vasca di coltivazione nella quale vengono
posizionate le piante in vaso. Gli interventi fertirrigui vengono effettuati con il
riempimento automatizzato delle vasche fino ad una altezza tale da interessare la parte
basale del vaso per un altezza di 2-4 cm. Quest’ultimo deve essere ovviamente di tipo
idoneo al sistema di irrigazione adottata, al fine di facilitare la risalita capillare della
soluzione nutritiva nel substrato. La durata dell’intervento irriguo varia da 10-15 fino
ai 25-30 minuti, in relazione alle condizioni climatiche, tipo di substrato e alle
esigenze della specie interessata. Al termine del periodo stabilito la soluzione viene
fatta defluire e conservata in apposite vasche per il reimpiego. Per quanto riguarda i
substrati, sono potenzialmente impiegabili tutti quelli caratterizzati da capillarità
sufficiente a consentire bagnatura rapida e omogenea in tutto il profilo del vaso, senza
tuttavia raggiungere condizioni di asfissia per la pianta. Una applicazione particolare
del sistema descritto è rappresentata dalla subirrigazione a pavimento che trova
applicazione, oltre che per la coltivazione di piante in vaso, anche nella produzione
vivaistica. In pratica al posto dei bancali vengono realizzate delle vasche in cemento
che interessano l’intera superficie della serra (Fig. 85).
A
B
Fig. 85 – Flusso e riflusso su bancale (A) e pavimento (B).
179
Altri sistemi di coltivazione che, pur non presentando ampia diffusione, si ritiene
opportuno citare per completezza di informazione, sono rappresentati dalle
coltivazioni in vaso con la tecnica dell’NFT (Fig. 86) e da coltivazioni a colonna
che hanno trovato, nel tempo, diversificate realizzazioni impiantistiche e per le quali,
a titolo di esempio, si riporta la figura 87.
A
B
Fig. 86 – Coltivazione di basilico con sistema NFT: panoramica (A), particolare (B).
Fig. 87 – Schema di coltivazione a colonna in sacchi di plastica con substrato.
180
Manutenzione degli impianti di fertirrigazione
Sembra, infine, opportuno ricordare che la buona funzionalità dell’impianto di
fertirrigazione, dipende oltre che da una corretta progettazione anche da un’adeguata
manutenzione. Infatti, per mantenere l’impianto di distribuzione perfettamente
efficiente e prevenire, nello stesso tempo, la comparsa di patogeni risulta
indispensabile una regolare pulizia di tutti i componenti al termine di ciascun ciclo
produttivo. Pertanto è raccomandabile un intervento con ipoclorito di sodio alle
concentrazioni indicate nella tabella 41.
Tab. 41 – Dosaggi di ipoclorito di sodio consigliati per la disinfezione degli impianti di fertirrigazione.
Obiettivi
Modalità operative
Prevenzione attacchi
microorganismi
Prevenzione attacchi
microorganismi e parziale
pulizia (intervalli di 1 ora)
Superclorazione in presenza
di gravi occlusioni di alghe
In continuo durante
il ciclo colturale
Ad intermittenza anche
durante il ciclo colturale
Ad intermittenza
senza colture in atto
Concentrazione di Cl
nella soluzione
disinfettante (mg L–1)
1–5
10 – 20
400 – 500
L’immissione della soluzione clorata nell’acqua di lavaggio degli impianti di
fertirrigazione deve essere effettuata sempre a monte del sistema di filtrazione, al fine
di prevenire eventuali incubazioni di microrganismi all’interno dei filtri.
Il calcolo dei quantitativi da immettere in circolo deve considerare la concentrazione
di Cl del prodotto commerciale impiegato e la portata dell’impianto fertirriguo e si
esegue come di seguito riportato:
Q=
Cl • P
Clc • 10
dove:
Q = quantità di ipoclorito da iniettare nella soluzione fertirrigante,
Cl = concentrazione di cloro desiderata;
P = Portata dell’impianto di fertirrigazione;
Clc = Concentrazione di cloro nel prodotto commerciale impiegato.
181
PARTE QUINTA
Modalità e interventi per la
gestione della soluzione nutritiva
Modalità e interventi per la
gestione della soluzione nutritiva
Enzo M., Lazzarin R. Pimpini F.
Aspetti generali
La gestione della soluzione nutritiva comprende un complesso di interventi
strettamente legati al controllo delle variabili qualitative e quantitative che influiscono
direttamente o indirettamente su una o più caratteristiche chimico-fisiche del substrato
o terreno. Il tutto è finalizzato a garantire le condizioni ottimali alla specie coltivata,
in base allo stadio fenologico e al tipo di prodotto che si desidera ottenere, nel contesto
microclimatico in cui si pratica l’allevamento. Esistono, infatti, sostanziali
diversificazioni operative, legate ai diversi tipi di terreno o substrato, che si rendono
necessarie soprattutto per le loro caratteristiche fisico-chimiche (es. capacità di
ritenzione idrica, acqua facilmente disponibile, EC iniziale, porosità).
Nei confronti della gestione colturale, il ruolo principale è ovviamente svolto dalla
irrigazione fertilizzante. In generale, ritornando a quanto già riferito a proposito degli
“aspetti chimici e fisiologici della nutrizione”, appare evidente la necessità di una
continua e attenta valutazione degli elementi nutritivi distribuiti con l’acqua irrigua al
fine di praticare le dovute correzioni basate sui parametri guida di riferimento,
rappresentati da EC e pH della soluzione circolante e/o di quella di drenaggio. In
pratica, durante la coltivazione, i rapporti tra gli elementi nella soluzione nutritiva
distribuita alla coltura, non vengono, generalmente, modificati in modo sostanziale, e
185
pertanto tali aggiustamenti possono ritenersi secondari, ed applicabili solamente in
situazioni particolari (es. modifica del rapporto ammonio/nitrato nel controllo del
pH). Molto più efficaci appaiono, invece, le variazioni di EC, pH e umidità del
substrato o terreno, correggibili con una buona gestione dell’intervento irriguo, i cui
effetti si manifestano rapidamente ed in maniera evidente sulle risposte della pianta
agli interventi praticati. Tali variazioni, causate dalle interazioni tra volumi e turni di
distribuzione della soluzione nutritiva, prendono in considerazione i seguenti aspetti:
• Giornata irrigua (intervallo, in ore, tra primo ed ultimo intervento fertirriguo).
• Volume per intervento (volume di soluzione nutritiva per unità di superficie o per
pianta).
• Numero di interventi (numero di interventi per giornata irrigua).
Infine sembra opportuno ricordare che, nell’ambito dei vari sistemi di fuori suolo, ne
esistono alcuni per i quali la trattazione di seguito riferita, poiché contempla la
coltivazione su substrato e/o terreno, non si adatta nella sua totalità quando si opera in
assenza di substrato (es. N.F.T., super N.F.T., vasi in flusso e riflusso, floating system)
poiché diversi risultano i principi e le basi di funzionamento degli stessi. Per
informazioni particolareggiate relative a questi casi si rimanda a quanto riferito nel
capitolo relativo ai sistemi di coltivazione.
Determinazione della giornata irrigua
La giornata irrigua può avere una durata molto variabile; è caratterizzata da un numero
minimo di due interventi fertirrigui ed è strettamente condizionata dalla fase
fenologica della coltura e dalle condizioni pedoclimatiche. Chiaramente, subito dopo
il trapianto, la pianta ha scarse esigenze idrico-nutrizionali e, in questa fase, la
strategia irrigua, deve stimolare i processi di radicazione attraverso un numero limitato
di interventi irrigui nell’ambito della giornata. Questa sarà diversificata in funzione
della stagione in cui si opera, infatti, dal momento che gli interventi di irrigazione
fertilizzante hanno la massima efficienza quando effettuati durante le ore di elevata
attività fotosintetica delle piante, appare ovvio considerare pratica razionale l’inizio
degli stessi a partire da 1-3 ore dopo l’alba e, la fine, al massimo, 2-3 ore prima del
tramonto. Tali variazioni tra momenti di inizio e di fine degli interventi, si rendono
inoltre necessarie anche in relazione alle modalità di coltivazione (fuori suolo o in
suolo) oltre che al regime termico dell’ambiente di coltura, considerando sia il
186
substrato o terreno che l’aria e i rapporti tra i loro valori. Quanto riferito può trovare
alcune valide eccezioni (es. interventi notturni) che si devono necessariamente
accettare al fine di correggere situazioni particolarmente gravi come ad esempio la
concomitanza di elevata EC della soluzione circolante e umidità molto bassa del
substrato o in casi molto specifici (es. limitare problemi di marciume apicale su
pomodoro e peperone, migliorare l’assorbimento di calcio nel cetriolo).
Negli ambienti mediterranei, in coltura fuori suolo, la giornata irrigua può prevedere
durate variabili da 2-3 fino a 10-12 ore durante le quali possono essere effettuati da due
a trenta interventi fertirrigui. La giornata è limitata a poche ore quando la piantina è
appena trapiantata oppure nel caso di coltivazioni attuate in condizioni di alta
temperatura o di bassa efficienza fotosintetica. Tali condizioni si verificano soprattutto
quando la coltura inizia con il trapianto durante la stagione estiva. Infatti, in questo
caso, la soluzione contenuta nell’impianto di distribuzione e nel substrato di coltura,
raggiunge livelli termici molto elevati che si riducono soltanto quando la pianta è in
grado di ombreggiare il substrato con il suo apparato epigeo, riducendo tale
inconveniente. Ovvio che la temperatura può essere ridotta anche con
l’ombreggiamento della coltura, ma in questo caso la riduzione della luminosità
potrebbe compromettere l’efficienza fotosintetica. In queste condizioni gli interventi
dovranno essere eseguiti durante le prime ore del mattino, quando la temperatura è più
bassa, rispettando i tempi indicativamente sopra riportati per l’inizio della giornata
irrigua (dalle 7 alle 9-10). Al fine di limitare i problemi dovuti alle alte temperature, di
frequente, agli interventi di fertirrigazione vengono associate irrigazioni per aspersione
con sola acqua ad effetto climatizzante, eseguite durante le ore più calde della giornata
ovviamente, ponendo attenzione a non creare condizioni predisponenti l’insorgenza di
fitopatie. Oltre a quanto riportato, l’efficienza fotosintetica può essere limitata anche da
altri fattori tra i quali i più frequenti sono rappresentati da:
•
•
•
•
•
scarsa intensità luminosa,
bassa temperatura,
elevata umidità relativa,
scarsa evapotraspirazione,
eccesso idrico in terreno e/o substrato.
Queste condizioni si riscontrano principalmente durante il periodo invernale, tuttavia,
una o più di esse, (es. giornate con nebbia, nuvolose, piovose) si possono verificare,
indipendentemente dalla stagione, in qualsiasi momento del ciclo colturale, con
conseguente necessità di provvedere alla modificazione della giornata irrigua. La
187
scarsa luminosità e la bassa temperatura rappresentano le cause maggiormente
limitanti delle attività fisiologiche della pianta che si riflettono direttamente nel ridurre
i consumi di acqua e di elementi nutritivi. In questi casi, qualora non si provveda a
variare la giornata irrigua e il numero di interventi, possono insorgere alcuni
inconvenienti tra i quali, in primo luogo, una rapida e consistente diminuzione della
EC nella soluzione circolante nel terreno e/o substrato, dovuta all’aumento del
drenaggio (dilavamento). Tali inconvenienti possono essere causati, sebbene con
minore frequenza, anche dagli altri fattori sopra riportati, i quali tuttavia, sembrano
influenzare, con maggiore intensità, l’attività radicale e la diminuzione dei valori di
pH della soluzione circolante.
In conseguenza di quanto poco sopra riferito, è da segnalare che il controllo della
giornata irrigua trova un valido complemento nella ventilazione dell’ambiente.
Pertanto, in coltura protetta, l’arieggiamento risulta determinante per stimolare
l’attività della pianta e, allo stesso, tempo riduce i problemi legati ad un eventuale
inefficiente controllo della giornata irrigua.
Le indicazioni fino ad ora riportate vanno riferite principalmente alle condizioni di
coltivazione senza suolo su substrato e ai terreni sciolti. Quando si opera in terreni
pesanti, i principi di base non cambiano, anche se dovranno essere ovviamente apportate
alcune correzioni, sia sulla durata della giornata irrigua che sul volume per intervento.
Determinazione del numero degli
interventi fertirrigui
Il numero degli interventi fertirrigui dipende principalmente dal consumo idrico della
coltura e interferisce sostanzialmente sulla EC, sul pH della soluzione circolante e/o
di drenaggio e in particolare sul contenuto idrico del substrato o terreno. Per i primi 2-3
giorni dopo l’impianto si effettuano 1-2 interventi fertirrigui con 150-300 millilitri per
pianta nell’arco della giornata. Questi hanno lo scopo di favorire il passaggio delle
radici nel substrato di coltura (radicazione verticale). Segue una fase più o meno
prolungata (5-10 giorni) in cui il numero e la durata degli interventi irrigui vengono
ridotti al minimo, tenendo in considerazione delle caratteristiche fisiche del substrato
impiegato. Ciò ha lo scopo di favorire la massima diffusione delle radici nel substrato
di coltura fino ad interessarne l’intero volume (radicazione orizzontale). Superata
188
questa prima fase la determinazione del numero di interventi ed eventualmente
dell’estensione o contrazione della giornata irrigua che ad essi generalmente si
accompagna, si attua attraverso l’osservazione della quantità di drenaggio rilevata
dopo le prime distribuzioni praticate nel mattino.
A titolo di esempio si suppone di avere già determinato una giornata irrigua della
durata di sei ore, nell’ambito della quale vengono eseguiti 4 interventi fertirrigui dello
stesso volume e con turni di due ore, con inizio alle 8.00 e fine alle 14.00. In questo
caso si possono verificare le condizioni di seguito riportate:
1) dopo ogni intervento si rileva la presenza di un volume più o meno variabile di
drenaggio,
2) dopo ogni intervento non si rileva mai alcun volume di drenaggio,
3) una quota di drenaggio è presente solamente dal secondo intervento e nei
successivi,
4) una quota di drenaggio è presente solamente dal terzo intervento e nei successivi,
5) una quota di drenaggio è presente solamente dopo l’ultimo intervento.
Nel primo caso si può affermare che si sta distribuendo un volume eccessivamente
elevato di soluzione nutritiva in relazione ai fabbisogni delle piante e alle
caratteristiche fisiche del substrato e/o terreno di coltura e di conseguenza si dovrà
provvedere alla diminuzione del numero di interventi con riduzione delle durata della
giornata (si elimina l’ultimo intervento). Questa condizione di eccesso idrico provoca
rapidamente un abbassamento della EC e un innalzamento del contenuto d’acqua nel
substrato e/o terreno che stimolano la pianta alla fase vegetativa.
Nel secondo caso, al contrario, si verifica una chiara condizione di carenza idrica che
determina innalzamento della EC e diminuzione del contenuto d’acqua del substrato e/o
terreno, con successiva stimolazione della fase riproduttiva della pianta. In tale
condizione sarà ovvio intervenire con l’aumento del numero degli interventi, che
possono o meno prevedere l’allungamento della giornata. La scelta dell’uno o dell’altro
caso dipende evidentemente dalle condizioni climatiche, dalla fase fenologica della
coltura e dalle condizioni di EC e pH. Ad esempio, nelle condizioni del Nord Italia, per
una coltura di fragola praticata in fuori suolo e in fase di raccolta nel periodo autunnale
(ottobre), sembra preferibile la seconda opzione, poiché il fotoperiodo è sempre più
breve, mentre, per una coltura di pomodoro nella fase di allegagione del secondo palco
fiorale ad inizio aprile, sarà opportuno scegliere la prima per valorizzare l’inversa
tendenza del fotoperiodo. Quando una quota di drenaggio è presente già dal secondo
intervento, si può avere la certezza di operare in condizioni ottimali, soprattutto se la
189
percentuale dello stesso, nei confronti del totale del volume di soluzione distribuito, è
abbastanza costante (10-20%). In queste condizioni non deve essere attuata alcuna
correzione. Negli ultimi due casi, quando il drenaggio appare soltanto dopo il terzo o
dopo l’ultimo intervento, risulta evidente che si opera in condizioni di carenza idrica e
il perdurare di questa situazione interferisce in modo consistente sulla riserva idrica del
substrato e/o terreno con conseguente innalzamento della EC e difficoltà di ripristino
dell’equilibrio chimico-fisico dell’ambiente pedologico. Anche in questi casi, come già
riferito poco sopra per il punto 2, si dovrà aumentare la numerosità degli interventi
fertirrigui, dilatando o meno la giornata in modo tale da portare la coltura nelle stesse
condizioni di cui al punto 3.
Riassumendo quanto sopra si può affermare che la garanzia di una corretta conduzione
degli interventi fertirrigui si ha quando:
• non si osserva drenaggio dopo il primo intervento al mattino,
• si osserva drenaggio dopo il secondo intervento e successivi,
• si evidenzia drenaggio nelle ore centrali della giornata
(massima traspirazione),
• la quota di drenaggio giornaliera oscilla tra il 10 e 25%
del totale distribuito alla coltura.
Tali controlli possono essere effettuati con semplici
sistemi di verifica manuale (contenitori graduati, fig. 88)
o automatizzati (sonda di drenaggio, fig. 89).
A
B
Fig. 89 – Dispositivo per la verifica
automatica del drenaggio (foto Spagnol
Automazione).
190
Fig. 88 – Dispositivo per la verifica manuale
della quantità di soluzione erogata (A) e del
drenaggio (B).
Determinazione del volume per intervento fertirriguo
Il volume di soluzione nutritiva apportato con un intervento deve essere sufficiente
per compensare le perdite per evaporazione dal substrato e/o terreno, per
traspirazione della coltura e, nello stesso tempo, per reintegrare la riserva idriconutrizionale del terreno e/o substrato.
Il volume da distribuire per ogni intervento di fertirrigazione varia da pochi
millilitri a mezzo litro per pianta. Tale consistente variabilità è dovuta a molteplici
fattori tra i quali si possono considerare il tipo di impianto, il sistema di
distribuzione, le caratteristiche fisiche del substrato e le esigenze specifiche della
pianta. Il diverso volume distribuito per intervento interferisce poi ovviamente sul
contenuto idrico e sulla EC del terreno e/o substrato.
L’impianto di irrigazione e il sistema di distribuzione, alcune volte, possono essere
determinanti per la definizione del volume minimo e/o massimo (vedi: impianti,
pompa, gocciolatori, numero di settori); per questo motivo, durante la
progettazione degli impianti devono essere tenuti presenti alcuni elementi tecnicoagronomici (es. consumo idrico max orario per pianta, terreno o substrato
impiegato) al fine di evitare che gli stessi possano rivelarsi limitanti nella gestione
del volume e numero degli interventi. Le caratteristiche fisiche dei terreni e dei
substrati sono anch’esse fondamentali per tarare il volume per intervento irriguo. In
linea del tutto generale in terreni molto sciolti (sabbiosi) e substrati granulari
incongruenti (es. perlite, pozzolana, ghiaia), che sono condizionati da capacità
idrica piuttosto limitata e da porosità totale elevata, l’intervento irriguo deve essere
contenuto (inferiore a 150-200 ml per pianta) altrimenti si instaurano rapidamente
processi di dilavamento che compromettono l’equilibrio chimico dell’ambiente
pedologico. Nel caso invece di terreni più pesanti e di substrati fibrosi (es. argillosi,
lana di roccia, torbe, ecc.), dove esiste una buona capacità di ritenzione idrica e
nello stesso tempo una limitata porosità totale, il volume dell’intervento irriguo può
essere soggetto a variazioni più consistenti (da 80 a 300 ml per pianta) ma,
tendenzialmente, questo è più elevato rispetto ai substrati sciolti, in quanto minori
sono i rischi di dilavamento.
E’ infine importante sottolineare altri vantaggi derivanti dall’utilizzazione di
volumi di fertirrigazione diversificati. A questo proposito, sembra opportuno
segnalare l’efficace effetto nel contenere l’innalzamento termico realizzato con
interventi ad alto volume, in periodi caratterizzati da temperature molto elevate e
191
dannose per la pianta, cui si accompagna, nello stesso tempo, un utile ricambio
della fase gassosa del terreno e/o substrato determinato dall’instaurarsi di
consistenti processi di percolazione e drenaggio. Non è poi da sottovalutare che, un
intervento ad alto volume, in ogni caso, instaura e aumenta il dilavamento che, oltre
agli aspetti negativi, può presentarne anche di più o meno utili a seconda delle
situazioni in cui si trovano i valori di EC nel terreno e/o substrato.
Quando si opera su suolo, tenuto conto delle considerazioni fin qui esposte per la
determinazione del numero e durata degli interventi irrigui, si opera valutando i
consumi idrici della coltura derivati esclusivamente dalla evapotraspirazione (ET) che
rappresenta la somma delle perdite di acqua di una coltivazione per effetto della
traspirazione delle piante e della evaporazione del terreno e/o substrato. Il valore di ET
risulta influenzato da diversi fattori fra cui: radiazione, temperatura, ventosità, UR,
stadio fenologico della coltura, livello di copertura del suolo, ecc. Per determinare la
ET si fa ricorso a evaporimetri di classe A che consentono di pervenire alla
determinazione della evapotraspirazione potenziale (ETP).
Moltiplicando il valore di ETP per il coefficiente colturale (Kc) si perviene al dato di
evapotraspirazione effettiva secondo la formula:
ETE = ETP • Kc
I coefficienti colturali che possono essere reperiti in bibliografia vanno comunque
adattati alle esigenze specifiche dell’area.
Il valore di ETE espresso in millimetri rappresenta la quantità di acqua da apportare
giornalmente alla coltura per il ripristino dei consumi.
La durata del periodo complessivo di irrigazione (D) sarà calcolato dividendo la ETE
per la portata (P) dell’impianto irriguo secondo la seguente formula:
D=
ETE (mm giorno -1)
P (mm h-1)
Qualora la portata dell’impianto non sia nota potrà essere facilmente calcolata,
conosciuti la distanza fra le linee irrigue (d1), la distanza fra gli erogatori sulla linea
192
(d2) e la portata degli stessi (Pe, L h-1), applicando la seguente formula:
P=
Pe
d1 • d2
Il valore ricavato esprime la portata in litri per ora e per m2 dell’impianto che
corrispondono ai mm di acqua per ora. Definito il volume complessivo del periodo
di irrigazione, il numero e la durata degli interventi irrigui saranno determinati
tenendo conto dei fattori in precedenza ricordati (caratteristiche fisiche del terreno,
esigenze specifiche della pianta, ecc.) e della profondità di bagnatura che si vuole
raggiungere.
Influenza del volume, numero di interventi irrigui
e giornata irrigua sui parametri base della soluzione
nutritiva e gestione della coltura
Nella pratica fertirrigua la durata del periodo di irrigazione giornaliero (giornata
irrigua), il volume degli interventi e la loro numerosità, influiscono, a volte in maniera
determinante sui seguenti parametri:
•
•
•
•
EC e pH delle soluzioni circolanti o di drenaggio,
contenuto di acqua nel terreno e/o nel substrato,
sviluppo dell’apparato radicale,
altro (temperatura, O2, CO2, ecc.).
Di seguito vengono analizzate le cause e i possibili interventi correttivi relativamente
a situazioni anomale di EC e pH.
193
EC elevata
Quando il valore di EC rilevato nella soluzione di drenaggio e/o circolante è troppo
elevato rispetto alle esigenze specifiche ed alla fase fenologica della coltura, la
gestione dell’irrigazione fertilizzante deve essere corretta attraverso l’applicazione di
uno o più degli interventi sinteticamente riportati nei riquadri seguenti:
POSSIBILI CAUSE
• valore EC della
soluzione fornita
troppo alto rispetto
ad ambiente-consumi
pianta;
• insufficiente apporto
idrico in relazione
all’evapotraspirazione;
• scarsa umidità del
substrato;
• giornata irrigua non
adeguata.
INTERVENTI CORRETTIVI ATTUABILI
• Fornire una soluzione nutritiva con un valore di EC più basso: questo
accorgimento deve essere usato tenendo sempre conto delle caratteristiche
chimiche dell’acqua di partenza, in quanto l’effetto negativo di alcuni
elementi (sodio, cloro), se presenti in quantità elevata, si manifesta più
marcatamente. Nel caso in cui si abbia un elevato contenuto di bicarbonati
e l’abbassamento della EC è stato praticato mantenendo costante il valore
del pH (neutralizzazione con acidi), vengono modificati in maniera
sostanziale i rapporti degli elementi apportati con l’acido. Molto efficace
risulta la riduzione della EC della soluzione fornita durante le ore più
calde, quando il sistema terreno-pianta consuma, proporzionalmente, più
acqua che elementi nutritivi (elevata evapotraspirazione). A questo
proposito si ricorda che alcuni sistemi automatici di miscelazione e
distribuzione della soluzione nutritiva sono in grado di modulare la EC
della soluzione in base ai principali parametri climatici che influiscono
sulla evapo-traspirazione.
• Interventi irrigui con elevati volumi di soluzione: questa pratica
instaura processi di dilavamento per cui la EC tende più o meno
rapidamente, in relazione alle caratteristiche chimico-fisiche del terreno
e/o substrato, a diminuire.
• Aumentare la percentuale di drenaggio: questa strategia legata, in parte,
al punto precedente, consiste nell’aumentare la quota parte di soluzione di
drenaggio al fine di stimolare i processi di dilavamento. Si può attuare
attraverso interventi a più alto volume oppure operando quando la pianta
si trova in una fase di scarsa efficienza di assorbimento.
• Modificazione della giornata irrigua: iniziando prima al mattino oppure
concludendo più tardivamente la giornata irrigua, aumentando o meno il
numero degli interventi fertirrigui, si interferisce sulla riserva idrica del
substrato e/o terreno, con una diminuzione della EC, dovuta all’aumento del
grado di diluizione dei sali presenti e, una indiretta, dovuta al più rapido
instaurarsi di processi di dilavamento.
• Aumentare l’assorbimento di elementi nutritivi da parte della pianta
attraverso la stimolazione della sua attività fisiologica: in linea generale
la stimolazione viene attuata attraverso una corretta gestione dei parametri
climatici che maggiormente influiscono sull’attività fisiologica della pianta
(temperatura del substrato e/o ambiente, differenza termica giorno-notte,
controllo umidità relativa). Da ricordare a questo proposito che la scarsa
ossigenazione, dovuta all’eccesso di umidità nel substrato, è spesso causa
di bassa efficienza di assorbimento.
194
EC bassa
Quando il valore di EC rilevato nella soluzione circolante e/o di drenaggio è troppo
basso rispetto alle esigenze specifiche ed allo stadio fenologico della coltura, la
gestione dell’irrigazione fertilizzante deve essere corretta attraverso l’attuazione di
uno o più dei seguenti fattori:
POSSIBILI CAUSE
•
•
•
•
•
INTERVENTI CORRETTIVI ATTUABILI
•
Fornire
soluzione
nutritiva con un valore di EC più elevato: in questo
valore EC della
caso valgono le stesse regole viste per il caso di EC elevata. Le variazioni
soluzione fornita
della EC della soluzione fornita non devono essere troppo repentine, ma
troppo basso;
proporzionali alla gravità del problema tenendo sempre in considerazione
le esigenze ottimali della coltura. Di norma sono attuate variazioni
eccesso di drenaggio
giornaliere comprese tra 100 e 300 µS cm-1.
nel sistema;
• Riduzione della percentuale di drenaggio: viene ridotto il dilavamento
e indirettamente si ottiene una concentrazione dei sali nella soluzione
interventi troppo
circolante.
lunghi;
• Fertirrigazioni frequenti con ridotti volumi: associata ad un limitato
drenaggio origina un aumento della EC limitando al minimo il
giornata irrigua non
dilavamento con proporzionale aumento della quantità di sali accumulati.
adeguata;
• Modificazione della giornata irrigua: posticipando gli interventi al
mattino, oppure concludendo anticipatamente la giornata irrigua, si
umidità troppo elevata
interferisce direttamente sulla riserva idrica del substrato e/o terreno, che
nel substrato.
ovviamente tende a diminuire facendo aumentare la EC.
pH elevato
Quando il valore di pH rilevato nella soluzione circolante e/o di drenaggio è troppo
elevato rispetto alle esigenze specifiche e alla fase fenologica della coltura, al fine di
garantire un ambiente ottimale per la solubilità degli elementi e nel contempo
l’assorbimento degli stessi da parte della pianta, la gestione dell’irrigazione fertilizzante
deve essere corretta attraverso l’attuazione di uno o più dei seguenti fattori:
POSSIBILI CAUSE
• la pianta si trova nella fase
vegetativa (assorbimento
prevalente di anioni rispetto
ai cationi);
• substrato eccessivamente
asciutto;
• soluzione nutritiva fornita
con pH troppo elevato;
• eccessiva presenza di
tampone nella soluzione
nutritiva (es. bicarbonati e
carbonati).
INTERVENTI CORRETTIVI ATTUABILI
• Fornire soluzione nutritiva con un valore di pH più basso:
tenere presente che specialmente quando si opera con lana di
roccia il limite minimo è 5.2 (al di sotto di tale valore, infatti, le
fibre possono essere daneggiate). Modificazioni sensibili nelle
quantità di acidi apportate provocano anche variazioni dei livelli
di nutrienti ad essi associati.
• Modificare il rapporto, nella soluzione nutritiva, tra ammonio
e nitrato: aumento di N-NH4 fino al 20% del totale apporto di N.
• Aumentare la quantità di Manganese e Fosforo: considerando
la loro bassa solubilità a pH elevati è opportuno aumentare del
20% il loro contenuto nella soluzione. Allo stesso tempo è
consigliato l’impiego di Ferro sotto forma chelata (forma più
solubile e stabile a pH elevati).
• Aumento dell’umidità del substrato: modificando la giornata
irrigua e la strategia degli interventi irrigui (numero e durata).
195
pH basso
Quando il valore di pH rilevato nella soluzione circolante e/o di drenaggio è troppo
basso rispetto alle esigenze specifiche e la fase fenologica della coltura, al fine di
garantire un ambiente ottimale per la solubilità degli elementi e nel contempo
l’assorbimento degli stessi da parte della pianta, la gestione dell’irrigazione fertilizzante
deve essere corretta attraverso l’attuazione di uno o più dei seguenti fattori:
POSSIBILI CAUSE
INTERVENTI CORRETTIVI ATTUABILI
• la pianta si trova nella • Aumentare il valore di pH della soluzione nutritiva: tenere presente
fase riproduttiva
che il valore massimo si attesta attorno a 6.2. Modificazioni sensibili nelle
(assorbimento
quantità di acidi apportate provocano anche variazioni dei livelli di
prevalente di cationi
nutrienti ad essi associati.
rispetto agli anioni);
• Modificare il rapporto, nella soluzione nutritiva, tra ammonio e
• substrato troppo
nitrato (N-NH4 < 10% dell’apporto totale di N).
umido (scarsa attività
• Solo nei casi estremi: intervenire a fine giornata con una soluzione
della pianta);
contenente 2 mM L-1 di bicarbonato di potassio al fine di ricostituire il
• il valore di pH della
tampone.
soluzione fornita è
• Ridurre i micro elementi: intervento da effettuare per quelli
troppo basso;
particolarmente solubili in ambiente acido. Per il manganese potrebbero
• scarsa presenza di
infatti verificarsi fenomeni fitotossici.
tampone (es.
• Ridurre l’umidità del substrato: attraverso la riduzione della giornata
bicarbonati e
irrigua e la gestione del volume e numero degli interventi.
carbonati).
Gestione idrico-nutrizionale di una coltura
Nei riguardi della gestione idrico-nutrizionale di una coltura fertirrigata le pratiche adottate
sono riconducibili a due modalità principali di seguito riportate con i relativi effetti.
Modalità A
• Elevati volumi per intervento e numero limitato di interventi: consente di
ottenere un abbassamento della EC, un probabile innalzamento del pH e, nello stesso
tempo, una diminuzione del contenuto di acqua nel substrato e/o terreno. Questa
situazione è particolarmente favorevole nello stimolare l’accrescimento radicale.
Modalità B
• Bassi volumi per intervento e numero elevato di interventi: l’influenza esercitata
sulla EC è piuttosto limitata; tuttavia, se non viene favorito il dilavamento, tale
gestione irrigua può risultare efficace per innalzare la EC e, nello stesso tempo,
incrementare il contenuto di acqua nel terreno e/o substrato. In questa situazione il pH
tende a diminuire e viene depresso lo stimolo all’accrescimento dell’apparato ipogeo.
196
A completamento di quanto sopra esposto si riporta nella tabella 42, la sintesi degli
interventi possibili per la variazione dei livelli di EC, umidità del substrato e/o terreno
di drenaggio in un sistema di coltivazione fuori suolo.
Tab. 42 – Interventi praticati per la gestione della giornata irrigua e variazioni dell’umidità del substrato
e/o terreno, EC e drenaggio.
Umidità
Interventi
anticipare
inizio irrigazione
posticipare
anticipare
fine irrigazione
posticipare
aumentare
volume di irrigazione
ridurre
aumentare
frequenza
ridurre
aumentare
drenaggio
ridurre
aumentare
EC della soluzione
ridurre
aumentare
Variazioni
EC
ridurre
aumentare
•••
•••
•
•
Drenaggio (%)
ridurre
aumentare
•
•
•••
ridurre
•••
•••
••
••
•
•
•
*
*
•
*
*
•••
••
••
•••
••
••
Con i simboli •, ••, •••, viene indicata la crescente efficacia degli interventi.
* La frequenza degli interventi irrigui influenza la EC in funzione del volume adottato.
Osservazione e valutazione delle risposte
della pianta
Un ulteriore strumento a disposizione per valutare il corretto andamento di una
coltivazione e decidere, di conseguenza, di apportare modifiche a turni e volumi
fertirrigui, è rappresentato dalla osservazione delle sintomatologie espresse dalle piante.
Ogni scostamento dai livelli ottimali di EC, pH, contenuto d’acqua del sustarato e/o
terreno e tra i rapporti fra gli elementi nutritivi, porta infatti a manifestazioni spesso
evidenti, a volte meno appariscenti, di alterazioni o modificazioni su parti diverse
della pianta. La diagnosi di tali fenomeni, se correttamente praticata, offre la
possibilità di intervenire con opportune correzioni nella gestione della fertirrigazione,
prevenendo contrazioni delle rese o deprezzamenti qualitativi del prodotto.
Nella tabella 43 sono elencati per le diverse parti della pianta, e le diverse fasi fenologiche
alcune sintomatologie derivate da una non corretta gestione fertirrigua evidenziando i
relativi interventi da praticare per ripristinare le condizioni ottimali di coltura.
197
Tab. 43 – Sintomi di una non corretta gestione idrica e nutrizionale ed interventi correttivi da attuare.
Parte della piantastadio fenologico
Sintomi
Interventi correttivi da attuare
Apice
Diffusi ingiallimenti
internervali delle
foglie.
Stimolare la fase riproduttiva:
• aumentare l’EC della soluzione nutritiva,
• diminuire l’umidità del substrato,
• ridurre la giornata irrigua.
Apice
(peperone-cetriolo)
Fiori compatti e
ravvicinati sulla parte
alta della pianta, colore
verde scuro delle foglie.
Stimolare la fase vegetativa:
• ridurre l’EC della soluzione nutritiva,
• aumentare l’umidità del substrato,
• ampliare la giornata irrigua.
Frutto
(pomodoro-peperone)
Marciume apicale
Frutto
(pomodoro)
Ripristinare le condizioni climatico-nutrizionali
ottimali:
• ridurre la temperatura,
• aumentare la disponibilità di Ca2+,
• ridurre l’EC,
• aumentare la % di umidità del substrato,
• ridurre l’apporto di K+, NH4+,
• effettuare interventi fertirrigui notturni.
Modificare gli equilibri nutrizionali in relazione alla
luminosità:
• aumentare l’EC attraverso l’aumento dell’apporto di K+,
• ridurre l’apporto di NO3–.
Maturazione a chiazze
Frutto
(pomodoro-peperone)
Ridurre l’umidità del substrato:
• ridurre la giornata irrigua,
• modificare la strategia irrigua.
Spaccatura
Frutto
(peperone)
Ridurre la pressione radicale:
• mantenere costante l’umidità del substrato,
• evitare irrigazioni troppo tardive.
Argentatura
198
Parte della piantastadio fenologico
Sintomi
Grumolo
(lattuga e colture
a foglia)
Necrosi marginale
Interventi correttivi da attuare
Ripristinare le condizioni climatico-nutrizionali
ottimali:
• ridurre la temperatura,
• aumentare la disponibilità di Ca2+,
• ridurre l’EC,
• aumentare la % di umidità del substrato,
• ridurre l’apporto di K+, NH4+.
Poco sviluppato,
Ridurre gli apporti idrici:
tendenzialmente
• riduzione del n° di interventi,
concentrato sul fondo • strategie atte alla riduzione dell’umidità del substrato.
del substrato, con
radici lisce provviste di
pochi peli assorbenti.
Apparato radicale
Piantina
Poco sviluppato con
radici corte
parzialmente
lignificate ed
imbrunite.
Aumentare l’umidità del substrato:
• ampliare la giornata irrigua,
• aumentare il n°degli interventi con ridotti volumi,
• ridurre l’EC.
Compatta di
colorazione verde
intenso con tessuti
lignificati e poco
elastici.
Diminuire l’EC nel substrato:
• aumentare il volume per intervento,
• ridurre l’EC della soluzione nutritiva,
• aumentare l’umidità del substrato e/o ambiente.
Filata di colorazione
verde chiaro con
tessuti acquosi.
Aumentare l’EC nel substrato:
• aumentare l’umidità del substrato e/o ambiente,
• aumentare la luce,
• aumentare l’EC della soluzione nutritiva,
• aumentare l’apporto di K+, SO42- e Mg2+
• ridurre l’apporto di NO3- e NH4+.
Fioritura-allegagione Ritardo di fioritura con Ripristinare le condizioni riproduttive:
colatura dei fiori e
• modificare la giornata irrigua,
scarsa allegagione.
• aumentare l’EC della soluzione nutritiva,
• ridurre l’apporto di azoto,
• ridurre l’umidità del substrato,
• ridurre il n° delle irrigazioni.
199
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Finito di stampare
nel mese di Ottobre 2001
dalla Tipografia Garbin - Padova