La coltivazione fuori suolo: aspetti impiantistici e gestionali

La coltivazione fuori suolo: aspetti impiantistici e gestionali F. Giuffrida, C. Leonardi francesco.giuffrida@unict.it UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI CATANIA

La coltivazione fuori suolo: cosa è?

La coltivazione fuori suolo: cosa è? Assenza del terreno agrario Minore disponibilità idrica e minerale Natura della Volume Acqua Acqua rizosfera della rizosfera (L/pianta) disponibile (%) disponibile (L/pianta) Suolo (sabbioso) 150 8 12 Perlite 6 10 0.6 Perlite/torba 6 28 17 1.7 Nutrient film technique (NFT) 1

La coltivazione fuori suolo: perché? Bromuro di metile Altri fumiganti (D-D soil) Colture fuori suolo Solarizzazione Innesto erbaceo

La coltivazione fuori suolo: perché? Vantaggi Maggiore efficienza d uso di acqua e nutrienti Miglior controllo delle condizioni fitosanitarie i Standardizzazione delle produzioni Automazione Svantaggi Costi di impianto elevati Elevata specializzazione del personale Strutture di protezione non adeguate Smaltimento di materiali (substrati, contenitori, ecc.)

Superficie delle aziende interessate alla coltivazione fuori suolo (ha). relativa a tutte tt per singola azienda superficie le aziende Minima Media Massima Totale 189.3 0.4 4.4 30.0 Coperta 131.8 0.2 3.4 25.0 Fuori suolo 25.8 0.1 0.6 2.0 < 1 % della superficie coperta del territorio considerato ~ 20 % della superficie coperta aziendale

Incidenza percentuale della superficie occupata dai sistemi di coltivazione fuori suolo in rapporto alla natura del substrato Substrati Superficie (%) Lapillo vulcanico 22.9 Pietra lavica frantumata 17.3 Argilla espansa 12.8 Argilla espansa + fibra di cocco 11.6 Torba + perlite + lapillo vulcanico 6.5 Fibra di cocco + perlite 6.2 Lana di roccia 5.2 Sabbia 5.0 Argilla espansa + torba 4.7 Fibra di cocco 3.5 Torba 31 3.1 Perlite 0.46 Fibra di cocco + lapillo vulcanico 0.43 Vinacce + pietra lavica frantumata 0.31

Incidenza percentuale della superficie occupata dai sistemi di coltivazione fuori suolo in rapporto alla natura del contenitore Contenitori Superficie(%) Vaso in plastica 42.7 Canalina in polipropilene 30.2 Canalina in polistirolo 12.2 Canalina in polietilene 76 7.6 Sacchi orizzontali 5.4 Canalina in cemento 1.9

Elevata variabilità dei contenitori e dei substrati adottati Maggiori difficoltà nella messa a punto di criteri per la gestione della soluzione nutritiva 39.5 % 60.5 %

Numero degli interventi irrigui e volume di soluzione nutritiva apportata t per ciascun intervento t n. interventi ti irrigui i i volume/pianta Autunno- inverno Primavera -estate minimo 1 3 50 Medio 5 11 254 massimo 12 25 2000 ml L estrema variabilità sia del volume che della frequenza della fertirrigazione non sempre è apparsa correlata con le diverse caratteristiche dei substrati o con le esigenze delle differenti colture

Concentrazione dei macroelementi (mg/l) nelle soluzioni nutritive impiegate per il pomodoro ph 5.5 6.5 CE 2.5 4.1 ds/m Azoto Fosforo Potassio Calcio Magnesio N P K Ca Mg 270 47.5 359 235 63.4 200 30.8 232 190 53 210 28.6 277 210 42 200 26.4 224 225 49 298 93.7 458 78 80 189 46.2 294 273 50 media 227.8 45.5 307.3 201.8 56.2 carenza di informazioni circa la composizione della soluzione nutritiva più idonea per il pomodoro nell area oggetto di indagine apporto di nutrienti calibrato anche alla tipologia varietale

Principali caratteristiche per la scelta e la gestione di un substrato di coltivazione Caratteristiche fisiche: Densità apparente Porosità Capacità per l aria Capacità per l acqua o di ritenzione idrica Cl Calore specifico apparente Caratteristiche chimiche: Capacità di scambio cationico (CSC) ph Salinità Contenuto in nutrienti

Substrato Densità Porosità Capacità Capacità Acqua apparente (kg/m3) totale (% vol.) aria (% vol.) acqua (% vol.) facilmente disponibile (% vol.) Lana di roccia 80 90 94 97 97 10 15 15 80 85 85 75 80 Argilla espansa (4 10 mm) Perlite (0.2 1 mm) Perlite (1 4 mm) 500 600 85 90 60 70 35 40 10 15 150 200 85 90 25 30 50 60 35 40 80 120 85 90 50 60 30 35 10 15 Fibra di cocco 90 90 9595 25 30 65 70 35 40

Substrato Capacità di ph scambio cationica (meq/100g) Lana di roccia 02 0.2 7 7.5 75 Argilla espansa (4 10 mm) 10 15 5 7 Perlite (0.2 1 mm) 1.5 4 7 7.5 Perlite (1 4 mm) 1.5 4 7 7.5 Torba bionda 100 200 2.5 4 Fibra di cocco 60 130 5 6.8

Scelta del substrato - Costo e reperibilità - Caratteristiche standardizzate - Gestione alimentazione idrica e minerale - Riutilizzo - Smaltimento

Trapani Regione Siciliana Assessorato Agricoltura e Foreste Dipartimento Regionale I nterventi Strutturali Assessorato Territorio ed Ambiente Dipartimento Regionale Territorio ed Ambiente Scala 1:250.000 Febbraio 2005 Palermo Zone non vulnerabili Zone vulnerabili Province Bacini Idrografici Specchi d'acqua Idrografia Realizzazione cartografica a cura di: Agrigento Caltanissetta 0 5 10 20 30 40 50 Km Enna Ragusa Catania Siracusa Messina La gestione dell irrigazione È importantissima e da essa dipendono i risultati produttivi della coltura Carenza idrica determina stress alla coltura con significative ifi riduzioni i i dei livelli lli produttivi i Eccesso idrico può determinare: /asfissia radicale (ridotto accrescimento della pianta) nei substrati con bassa capacità per l aria e /spreco di acqua e nutrienti nei sistemi di coltivazione a ciclo aperto Legenda Carta regionale delle zone vulnerabili da nitrati di origine agricola

La gestione dell irrigazione Le due principali variabili da considerare sono: Dose / volume di acqua da apportare ad ogni intervento Dipende dalle caratteristiche idrologiche del substrato e dalla percentuale di dilavamento necessaria per contenere l accumulo di sali nel substrato Frequenza / momento dell intervento irriguo Dipende dal consumo idrico della coltura (evapotraspirazione)

Dose Di norma si fa riferimento all acqua facilmente disponibile considerando diverse soglie per l intervento (% AFD) Substrato Acqua facilmente disponibile (% vol.) Lana di roccia 75 80 Argilla espansa (4 10 mm) 10 15 Perlite (0.2 1 mm) 35 40 Perlite (1 4 mm) 6 12 Fibra di cocco 35 40

Volume irrig. 14 % Porosità totale

Frequenza dell irrigazione E legata al consumo di acqua della coltura la cui misurazione fa riferimento a: a) criteri empirici a) criteri empirici (frequenze e volumi di irrigazione controllati da un timer, regolati sulla base dell esperienza acquisita dall operatore) a) alla stima dell evapotraspirazione a) al contenuto in acqua del substrato

b) Stima dell evapotraspirazione (ETE) ETE (mm) Equazione di Penman Monteith La traspirazione i è influenzata da: Radiazione Deficit di vapore (VPD) Area fogliare (LAI) Resistenza stomatica (stato idrico e specie) ETE (mm)= ETE/ETP x 04x 0.4 RG (MJ/m 2 ) ETE/ETP = 0.7 0.8 ETE (mm)= a LAI x RG x 0.4 + b x LAI x VPD a=0.2 0.4; b=0.01 0.2 mm= litri/m 2

c) Contenuto volumetrico di acqua nel substrato - Direttamente: sensori s TDR, FDR - Indirettamente (curva di ritenzione): tensiometri Non molto attendibili per substrati grossolani

Altri aspetti da considerare nella scelta/gestione del substrato: La capacità di scambio ionico Nutrienti trattenuti dal substrato Nutrienti nella soluzione circolante Substrato Capacità di scambio cationica (meq/100g) ph Lana di roccia 0.2 7 7.5 Argilla espansa (4 10 mm) 10 15 5 7 Perlite (0.2 1 mm) 1.5 4 7 7.5 Perlite (1 4 mm) 1.5 4 7 7.5 Torba bionda 100 200 2.5 4 Fibra di cocco 60 130 5 6.8

Altri aspetti da considerare nella scelta/gestione del substrato: Inerzia chimica del substrato Equilibrio rapido nei substrati a bassa CSC Equilibrio lento (anche settimane) nei substrati ad elevata CSC Substrato inorganico: es. perlite Substrato organico: es. fibra di cocco

Altri aspetti da considerare nella scelta/gestione del substrato: Il reimpiego - Modifiche nella granulometria e nella composizione - Variazione rapporti aria-acqua - Problemi fitosanitari Reimpiego Aria (%) AFD (%) Fibra di cocco No 35.0 27.4 Si 24.4 30.3 Sabbia No 30.7 19.2 Si 13.4 34.44

Altri aspetti da considerare nella scelta/gestione del substrato: Lo smaltimento Sottoprodotto (reimpiego in altra attività) Rifiuto (obbligo di smaltimento, codici CER) Substrati naturali Substrati artificiali

SUBSTRATI ORGANICI Elevata capacità di ritenzione idrica e di scambio ionico Maggiore M i inerzia i termica Smaltimento più agevole (sottoprodotto) Variabilità delle caratteristiche e rapida modificazione Reimpiego del substrato limitato (in generale non superiore a tre anni) SUBSTRATI INORGANICI Contenuta capacità di ritenzione idrica e di scambio ionico Smaltimento (sottoprodotto/rifiuto) Caratteristiche standard e costanti per un tempo più lungo Il reimpiego può essere protratto per molti anni (di norma superiore ai tre anni)

Rapporti aria acqua in perlite in rapporto alla forma del contenitore Aria Acqua facilmente disponibile + acqua di riserva (AFD + AR) Acqua difficilmente disponibile (ADD) Materiale solido (MS) 33.3 % 37.0 % 24.5 % 4.2 % ARIA AFD+AR ADD MS 22.7 % 41.7 % 31.4 % 4.2 %

Impianti di fertirrigazione Acqua -Preparazione della soluzione nutritiva -Gestione della soluzione nutritiva Integrati in una sola macchina o separati Iniettori A B Iniettore Acido

Le diverse configurazioni

La soluzione nutritiva nelle coltivazioni fuori suolo - Composizione: rapporti ionici e concentrazione - Conducibilità elettrica -ph Steiner, 1984

Composizione i della soluzione nutritiva impiegata i nella coltivazione fuori suolo del peperone (mm/l)* NO 3 - H 2 PO 4 - K + Ca ++ Mg ++ SO 4 -- NH 4 + Min 12.0 1.0 5.8 3.3 1.0 1.0 0.0 Media 12.9 12 1.2 66 6.6 37 3.7 11 1.1 11 1.1 04 0.4 Max 14.0 1.5 7.5 4.0 1.3 1.3 1.0 * da Hoagland 1950; Sonneveld 1996; Lycoskoufis 2005; Navarro 2006; Savvas 2007

N P K (kg/t) (kg/t) (kg/t) Ciclo chiuso (prim.-est.) 1 4.5 1.8 11.7 Ciclo aperto (prim.-est.) 30% 2.3 2.0 10.7 Su suolo (cicli diversi) 2.6 0.7 3.4 Nutrienti rilasciati nell'ambiente riferiti alla produzione commerciale

20, NO - 3 (m mm /L) CA 15 10 5 0 0 0.1 0.2 0.3 Traspirazione (L/h) Concentrazione di assorbimento (CA) di nitrato in rapporto al consumo di acqua

100 % 60 % NO3-12.0 7.20 NH4 + 0.25 0.15 H2PO4-1.25 0.65 K +, 625 6.25 375 3.75 Ca ++ 3.25 1.95 Mg ++ 1.13 0.68 SO4 -- 1.0 0.60 Soluzione nutritiva Commerciale Numero Produzione per pianta Non commerciale (BER) Totale Peso Numero Peso Numero Peso (g) (g) (g) 100% 8.3 1469 4.7 573 12.9 2043 60% 9.5 1755 2.4 253 11.9 2008 Significatività n.s. * * * n.s. n.s.

INNOVAZIONE IN AGRICOLTURA: TECNICHE DI COLTIVAZIONE FUORI SUOLO 20 Maggio 2013 c/o Ispettorato Agrario - Via Ugo La Malfa Ragusa Gli aspetti impiantistici e gestionali nelle coltivazioni fuori suolo.. Alcune considerazioni.. Sono disponibili le conoscenze e la tecnologia per una corretta gestione di tali sistemi Le varianti possono essere molteplici e le scelte sotto il profilo gestionale ed impiantistico devono essere ben ponderate Necessità di una idonea formazione dell operatore (agricoltore/tecnico) Maggioreconnessione frale figure coinvolte per aspetti relativi agli adeguamenti impiantisti e gestionali UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI CATANIA

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