PROGETTO AGRIPONIC: Promozione e diffusione della tecnologia aeroponica in agricoltura

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1 PROGETTO AGRIPONIC: Promozione e diffusione della tecnologia aeroponica in agricoltura LA NUTRIZIONE NEL SISTEMA AEROPONICO Manouba - Tunis, Agosto 2016

2 SOLUZIONE NUTRITIVA La Soluzione Nutritiva costituisce il mezzo liquido da cui le radici delle piante prelevano il loro fabbisogno idrico e minerale. La nutrizione delle piante può definirsi come l insieme dei rapporti tra la pianta, gli elementi chimici che costituiscono il suo alimento e l ambiente che funge da interfaccia. Tra gli elementi che si considerano indispensabili per le piante troviamo: MACRO ELEMENTI: - Carbonio (C) - Idrogeno (H) - Ossigeno (O) - Azoto (N) - Potassio (K) - Fosforo (P) - Calcio (Ca) - Zolfo (S) - Magnesio (Mg) MICRO ELEMENTI: - Ferro (Fe) - Manganese (Mn) - Zinco (Zn) - Rame (Cu) - Boro (B) - Molibdeno (Mo) - Cloro (Cl)

3 AZOTO (N) Tra gli elementi minerali è senza dubbio il più importante. Può essere presente in soluzione con due forme di ioni, nitrico (NO₃ ) ed ammoniacale (NH₄+). La prima forma è quella comunemente utilizzata dalla pianta, mentre la seconda, quando è presente, viene assorbita in maniera più rapida soprattutto nei periodi estivi e può diventare tossica per la pianta quando supera il 20% - 25% dell azoto totale in Soluzione. L Azoto, nella soluzione nutritiva viene somministrato mediante l utilizzo dei seguenti fertilizzanti: nitrato potassio, nitrato magnesio, nitrato d ammonio, acido nitrico, fosfato monoammonico, nitrato di calcio Le carenze e gli eccessi azotati mostrano i medesimi sintomi: eccessivo lussureggiamento, ingiallimenti, scarsa consistenza dei frutti, scarsa serbevolezza dei frutti e delle foglie, scarsa colorazione, riduzione della fioritura, ecc..

4 FOSFORO (P) Risulta presente nella Soluzione, come ione PO₄ ₄. Viene apportato attraverso i seguenti fertilizzanti: acido ortofosforico, fosfato monoammonico e fosfato monopotassico. Il problema di dosaggio eccessivo non si pongono per le coltivazioni su suolo, dove il suolo funge da volano. Viceversa nelle colture senza suolo, tale effetto non è presente e quindi è fondamentale attenzionare gli eccessi. Il Fosforo gioca un ruolo fondamentale nello sviluppo dei palchi fiorali e del fiore in maniera particolare. La carenza di P porta a foglie piccole e rigide, il portamento della pianta è molto eretto. La crescita è scarsa, anche se la pianta si mostra affusolata. Nella soluzione nutritiva va bilanciato con gli ioni SO4 e NO3.

5 POTASSIO (K) Tra i cationi è certamente quello più importante, sia per le quantità assorbite che si avvicinano a quelle dello N dall 1% al 5% della sostanza secca, che per le innumerevoli funzioni metaboliche, alle quali partecipa attivamente. In quantità sufficienti è indispensabile per consentire il regolare svolgersi del processo fotosintetico. È un potente attivatore enzimatico. Agisce infatti come catalizzatore o coenzima, su un elevato numero di enzimi, basilari per la vita delle piante. L apporto di Potassio va opportunamente bilanciato con quello di Calcio e Magnesio e il suo dosaggio è molto legato alla quantità di Sodio e Boro presenti nell acqua di irrigazione. A causa della carenza di K, le foglie più vecchie divengono clorotiche, poi necrotiche, a partire dai margini fogliari. Se la carenza è grave, anche le aree intercostali possono diventare clorotiche. All'interno delle aree clorotiche si sviluppano macchioline necrotiche di color marroncino e biancastro. In caso di eccesso i sintomi sono riduzione pezzatura frutti.

6 CALCIO (Ca) È un macroelemento imprescindibile nella formulazione della soluzione nutritiva. La quantità di Ca presente nei tessuti vegetali è importante, pari, infatti, dallo 0,5% al 2% della soluzione secca. Svolge una serie di funzioni definite anti tossiche ma il suo eccesso può portare ad eccessimo lussureggiamento e perdita di colore dei frutti. Si può somministrare nella Soluzione Nutritiva sottoforma di Nitrato di Calcio e va dosato rispettando l equilibrio imprescindibile tra K e Mg e la quantità di Sodio presente nell acqua di irrigazione. La sua carenza causa il Marciume Apicale dei frutti. Si manifesta a partire dalle foglie più giovani che durate la crescita, assumono uno sviluppo stentato. Nei casi più gravi si manifestano delle necrosi apicali sui fritti più giovani in fase di intensa crescita.

7 MAGNESIO (Mg) Anche questo elemento viene classificato erroneamente tra i microelemeti. La quantità di Mg presente nella sostanza secca è compresa dallo 0,2% allo 0,5%. Nella cellula vegetale, il Mg, essendo al centro dell anello porfirinico, ricopre un ruolo fondamentale nella fotosintesi clorofilliana. Partecipa in modo attivo all equilibrio reciproco tra K e Ca Può essere apportato alla soluzione nutritiva mediante i due fertilizzanti: solfato magnesio e nitrato magnesio. I sintomi della carenza di magnesio si manifestano sulle foglie più vecchie. Mostrano clorosi internervali sui margini delle foglie, coperte da alcuni puntini necrotici di colore da bianco a marroncino. Se la carenza è severa, le clorosi internervali progrediscono dai margini al centro delle foglie. Di conseguenza le foglie intere ingialliscono fino a che le foglie più vecchie muoiono. Nei frutti si manifesta con scarsa colorazione.

8 ZOLFO (S) La quantità di S presente nella sostanza secca è compresa tra lo 0,15% e lo 0,5%. Prende parte alla composizione di tre importanti amminoacidi: cisteina, cistina e metionina. Presenti in tutte le catene proteiche e nella composizione di diverse vitamine tra le quali la vitamina B1. Nella Soluzione Nutritiva lo ione SO4- viene inserito grazie all impiego di Solfato Magnesio, Solfato Potassio, Solfato Ammonico, Acido Solforico. I sintomi di carenza si manifestano a partire dalle foglie più giovani e sono molto simili a quelli dovuti a carenza di azoto.

9 FERRO (Fe) È tra i microelementi quello più noto e studiato. Le radici riescono ad assorbirlo soltanto sotto forma ferrosa (Fe++) o sotto forma chelata (EDTA, EDDHA, EDDHSA, DTPA). La carenza si manifesta con clorosi internervali, abbastanza simili a quelle determinate dalla carenza di Mg, che però si originano dal picciolo della foglia più giovane e verso la lamina. Nei frutti si manifesta con decolorazioni.

10 RAME (Cu) Il rame partecipa alla sintesi degli acidi nucleici, e interviene per via enzimatica nel metabolismo dei glucidi e dei lipidi. È costituente della plastocianina, proteina che partecipa alla fotosintesi. I sintomi di carenza si manifestano a partire dalle foglie più anziane, sulle quali si manifestano una clorosi diffusa che si estende anche alle nervature. In genere i frutti rimangono piccoli e spesso assumono forme irregolari. A questi sintomi si aggiungono spesso necrosi apicali, conseguenti ad un arresto nella crescita degli apici vegetativi e alla loro morte. L eccesso di Cu determina danni rilevanti soprattutto all apparato radicale, che vengono intossicati e subiscono necrosi e successivo disfacimento dei tessuti. Nelle colture condotte senza l utilizzo di substrati, si tende ad innalzare le dosi di rame presente nella Soluzione, per ridurre il rischio di diffusione di patogeni fungini e batterici.

11 MANGANESE (Mn) Ha una funzione abbastanza simile a quella svolta dal Fe, con il quale interviene nei processi di ossido riduzione. Viene assorbita dagli apparati radicali solo sotto forma bivalente (Mn++) Le carenze si manifestano con clorosi internervali nelle foglie giovani, in caso di carenza molto forte si ha un arresto della crescita della pianta. I sintomi da eccesso, sono inizialmente simili a quelli da carenza, sono spesso accompagnati dalla comparsa di macchie brune sulle foglie più anziane. In seguito assumono una pigmentazione nera molto intensa.

12 BORO (B) Viene assorbito sotto forma di BO₃, per costituire dei complessi borati con gli zuccheri e altri metaboliti. Entra nella sintesi degli acidi nucleici e delle basi azotate, ed è indispensabile per la traslocazione degli zuccheri. Nella preparazione della soluzione Nutritiva è importante fare attenzione alla quantità di B contenuto nell acqua utilizzata. Le carenze si manifestano in modi diversi. Come prima conseguenza si ha la comparsa di deformazioni sugli organo più giovani seguita da scarsa allegagione dei frutti. I frutti hanno una crescita molto stentata o subiscono un totale arresto di sviluppo. In condizioni di forte carenza si evidenziano danni gravi anche sugli apparti radicali. I danni da eccesso, sono frequenti soltanto quando le acque utilizzate per le irrigazioni ne contengono in quantità eccessiva. Le aree marginali delle foglie diventano cloritiche e necrotizzano come intossicazione da Sodio.

13 ZINCO (Zn) Agisce su diversi enzimi allo stesso modo del Mg e del Mn, quindi in molti processi risultano intercambiabili. È importante il suo ruolo nella sintesi dell RNA. I sintomi di carenza compaiono con clorosi sulle foglie giovani, che possono essere facilmente confuse con quelli manifestati da altri microelementi. In questo caso, poiché lo Zn è indispensabile alla sintesi di uno degli ormoni di crescita, è associato ad un arresto dello sviluppo della pianta e all accorciamento degli internodi. Un ulteriore sintomo tipico è la comparsa di foglie piccole appuntite. L eccesso di Zn può provocare ferro deficienza.

14 MOLIBDENO (Mo) Viene assorbito esclusivamente sotto forma di molibdato (MoO₄ ). È un componente essenziale degli enzimi responsabili del metabolismo dello N. I sintomi di carenza appaiono simili a quelli manifestati a quelli da carenza di N, quindi è indispensabile procedere all analisi dei tessuti fogliari. Si manifestano con clorosi diffusa a partire dalle foglie basali accompagnata dal resto della crescita e da una notevole riduzione nel numero di fiori differenziati.

15 LOTTA BIOLOGICA Nei SISTEMI FUORISUOLO in generale, non possono essere applicati disciplinari di «agricoltura biologica»: Le piante vanno alimentate con tutti i nutrienti dall Azoto al Molibdeno; Non esiste alcun nutrimento dal terreno agrario; Gli impianti non supportano flocculazioni da parte dei concimi organici; L interazione dei concimi organici decomposti provocherebbe la formazione di Azoto Ammoniacale NH4, quindi alterazioni nell acidificazione della soluzione nutritiva.

16 LOTTA INTEGRATA In tutti i SISTEMI FUORISUOLO possono essere applicate tecniche di lotta integrata: Utilizzo di insetti pronubi per l impollinazione; Diminuzione drastica dei trattamenti insetticidi e fungicidi grazie alla corretta nutrizione; Utilizzo dei fungicidi naturali e induttori di resistenza; Abolizione dei geodisinfettanti.

17 Sistemi fuori suolo : Soluzione Nutritiva 1) importante valutazione della qualità delle acque destinate all irrigazione; 2) Corretta formulazione della soluzione in funzione di: qualità dell acqua tipo di coltura fase fenologica tipo di ciclo colturale

18 COMPOSIZIONE DELLA SOLUZIONE NUTRITIVA

19 PREPARAZIONE DELLA SOLUZIONE NUTRITIVA Un metodo razionale di preparazione della soluzione è quello che prevede l impiego di tre soluzioni madri ad alta concentrazione, poste in vasche separate. La divisione degli acidi, dei sali nelle tre vasche può essere effettuata come nell immagine

20 PREPARAZIONE DELLA SOLUZIONE NUTRITIVA Per la Soluzione Nutritiva si possono utilizzare soluzioni già diluite, pronte per essere utilizzate tal quali (soluzione figlia) o da preparare diluendole al momento del loro impiego (soluzione madre). In quest ultimo bisogna seguire una tecnica ben precisa, volta ad evitare che prodotti non miscibili vadano a finire nello stesso contenitore e che si realizzino le concentrazioni volute. Si dovrà disporre di 2 o 3 diversi contenitori di adeguata capienza, indicati con le lettere A, B e C dove verranno preparate 3 soluzioni madre concentrate, ciascuna contenete solo prodotti miscibili.

21 PREPARAZIONE DELLA SOLUZIONE NUTRITIVA Negli impianti a ciclo chiuso, ogni 1 2 mesi, la Soluzione Nutritiva è completamente sostituita, sia per la difficoltà a mantenere i previsti rapporti tra gli elementi nutritivi, sia per possibili problemi di ordine sanitario. In questi impianti, normalmente si prevede un deposito di accumulo della soluzione drenata che può essere gestita in vario modo (FILTRAZIONE, STERILIZZAZIONE, INTEGRAZIONE).

22 VANTAGGI: LA QUALITÁ DELL ACQUA Bassa Salinità Possibilità di coltivare specie orticole e floricole; Minore consumo acqua. SVANTAGGI: Maggiore consumo di concimi minerali;

23 VANTAGGI: LA QUALITÁ DELL ACQUA Media Salinità Possibilità di coltivare specie orticole; Maggiore qualità; SVANTAGGI: Difficile coltivare floricole. Alti bicarbonati (HCO3)

24 VANTAGGI: LA QUALITÁ DELL ACQUA Acqua Gessosa Risparmio di concimi; Più qualità produzioni orticole. SVANTAGGI: Pericolo di precipitazioni nella soluzione nutritiva; Basse rese; Varietà tolleranti.

25 VANTAGGI: LA QUALITÁ DELL ACQUA Alta Salinità Più qualità produzioni orticole. SVANTAGGI: Consumi alti di Calcio (Ca); Alti bicarbonati; Tossicità da Boro (B); Basse rese; Varietà di nicchia.

26 Fertilizzanti usati per la soluzione nutritiva Per la Soluzione Nutritiva è importante l utilizzo di fertilizzanti idrosolubili sufficientemente puri. Si usano quasi esclusivamente sali tecnici di cui si conosce l esatta composizione chimica, il titolo ed il peso molecolare. Tra gli acidi quello nitrico è il più impiegato perché corregge il ph e fornisce parte del fabbisogno di N (NO3). In alcune colture è molto utilizzato l acido fosforico poiché è la fonte più economica di fosforo ed ha un potere acidificante maggiore rispetto a quello dell acido nitrico. I fosfati ed i solfati non possono essere disciolti insieme al nitrato di calcio, in acque ricche di calcio e magnesio possono essere aggiunti dopo aver acidificato l acqua. Il nitrato di calcio è molto utilizzato nelle soluzioni non nel caso in cui la quantità di calcio presente nell acqua utilizzata raggiunge già i limiti richiesti. Il Nitrato di Potassio può essere miscelato con tutti i fertilizzanti ma si deve tenere conto della solubilità massima di 1kg/10 litri. Il Solfato Potassio e il Fosfato Monopotassico sono fertilizzanti usati per apportare K2O e non possono essere miscelati col Nitrato di Calcio

27 Fertilizzanti usati per la soluzione nutritiva Il nitrato di ammonio deve essere usato con molta attenzione perché può risultare fitotossico quando fornisce N ammoniacale in dose superiore al 20-25% dell N totale. Il fosfato monopotassico è molto utilizzato per soddisfare gli apporti di H₂PO₄ ; nitrato e solfato di potassio sono impiegati per raggiungere i livelli di K+ prefissati. Il solfato di magnesio ed il nitrato di magnesio sono utilizzati per fornire Mg. Per i microelementi sono impiegati Sali contenenti B (acido borico, borace), Mn, Zn, Mo come ad esempio: il solfato di manganese, il solfato di zinco, molibdato di sodio. Per il ferro si usano i chelati ferrici (edta, eddha, eddhsa, dtpa) che evitano la reazione del ferro con altri ioni e quindi la sua precipitazione ed insolubilizzazione.

28 Distribuzione della Soluzione Nutritiva Gli impianti di distribuzione variano in base al tipo di fuori suolo: - scorrimento di un velo continuo di soluzione in strato sottile (2-3mm) in NFT - distribuzione per nebulizzazione sulle radici in aeroponica - distribuzione con impianti a goccia, nelle colture in sacchi o vasi - distribuzione per subirrigazione, da canalette o da vasche per vasi ed idrocoltura L impianto d irrigazione deve essere munito di appositi filtri a sabbia o a rete, per evitare il passaggio di impurità con conseguenti ostruzioni. Tutte le parti devono essere di PE o acciaio inox in modo da resistere agli acidi.

29 Controllo della Soluzione Nutritiva Il controllo della soluzione e la frequenza della distribuzione possono essere automatizzate con centraline che evidenziano situazioni anomale mediante sistemi di allarme. Il monitoraggio del PH e della conducibilità viene effettuato in uscita mediante apposite sonde che semplificano il controllo e la gestioni degli impianti. Nel caso di impianti a ciclo chiuso si ha il rischio della diffusione di malattie attraverso la soluzione riciclata, la quale dovrà essere opportunamente disinfettata attraverso trattamenti termici, filtrazione, ozono, raggi ultravioletti, clorazione.

30 Dott. Walter Fidone Mob.: