Oltre a fornire all’alimentazione umana carboidrati, proteine e grassi, i prodotti orticoli sono un’ottima fonte di vitamine, minerali e fibre che non sempre sono presenti nei principali alimenti a base di cereali.
Attualmente l’agricoltura in generale e, nell’ambito di questa, l’orticoltura, sono di fronte a una sfida per risolvere il seguente trilemma:
1. aumentare la produzione di cibo per assicurare l’approvvigionamento alimentare a una popolazione mondiale in aumento;
2. aumentare la resilienza dell’agricoltura al degrado e all’inquinamento dell’ambiente che, associato agli effetti dei cambiamenti climatici, sta causando instabilità e rialzi nei prezzi dei prodotti alimentari;
3. gestire la crescente scarsità di risorse, tra cui l’acqua dolce e i fertilizzanti, che in molti Paesi iniziano a scarseggiare. Infatti, a livello mondiale l’irrigazione detiene la quota più alta di utilizzo, seguita da industria e uso domestico.
Questa ripartizione potrebbe subire nel futuro delle variazioni coerentemente con l’aumento della pressione demografica. In uno scenario geopolitico alquanto incerto, ci sono due macronutrienti essenziali per una produzione orticola di successo e che non sono rinnovabili: il potassio e il fosforo.
Essi devono essere preservati da un utilizzo inefficiente per salvaguardare la futura produzione agricola. Inoltre, i prodotti agricoli ottenuti lontano dai centri abitati sono gravati da un aumento dei costi di trasporto.
Tali criticità hanno imposto una profonda riflessione alla comunità scientifica internazionale su quali potessero essere le soluzioni alternative più adatte a mitigarne gli effetti.
Attualmente la ricerca in orticoltura è orientata su tre direzioni che convergono verso il target comune di migliorare l’efficienza di utilizzo sia delle risorse esauribili che di quelle rinnovabili.
Prima direzione: le plant factories
L’obiettivo è lo sviluppo di “fabbriche di piante”: locali completamente isolati e indipendenti dall’esterno, in cui le piante possono essere coltivate in fuori suolo, in un microambiente totalmente controllato.
La radiazione viene fornita artificialmente utilizzando lampade Led, che hanno il vantaggio di fornire lunghezze d’onda specifiche, capaci di controllare sia la morfogenesi della pianta, che di incrementare la produzione di metaboliti secondari, aumentando così l’efficienza di utilizzo della radiazione e aggiungendo valore nutrizionale e nutraceutico alla specie orticola coltivata, per via di un aumentato contenuto in nutrienti e/o sapore.
Nel corso degli anni (dal 1950 al 2010) c’è stato un costante miglioramento della capacità di modificare e controllare l’ambiente all’interno della serra, ma un vincolo importante è sempre stato la variazione dell’ambiente esterno (in particolare quello dell’irraggiamento a causa della latitudine, del periodo dell’anno, dell’ora del giorno e della copertura nuvolosa).
In larga misura è possibile controllare la temperatura, tramite sistemi di riscaldamento e/o raffrescamento, ma l’intensità della luce dipende sempre dal sole, sul quale, a parte l’ombreggiatura, non si ha nessun controllo. Anche il miglioramento genetico delle specie orticole ha avuto un ruolo importante nell’incremento delle produzioni e dell’efficienza di utilizzo delle risorse.
Le plant factories forniscono alla pianta fino a 24 ore teoriche di luce, con livelli sempre ottimali di temperatura e di CO2, in modo che la resa potenziale possa essere aumentata fino al 300% in più rispetto alle attuali rese registrate in condizioni standard di coltura protetta.
Un ulteriore vantaggio delle plant factories (a parte il consumo di suolo ridotto) è che sono molto efficienti dal punto di vista idrico, poiché l’acqua traspirata una volta condensata viene riciclata dall’impianto di fertirrigazione.
Anche il controllo dei patogeni potrebbe teoricamente non essere necessario, poiché tutta l’aria che entra nel sistema può essere filtrata per escludere eventuali propaguli infettanti, mentre la soluzione nutritiva può essere sterilizzata tramite sistemi uvc. Il prodotto è quindi molto pulito e, a condizione che vengano implementati standard igienici elevati, non richiede lavaggi.
Naturalmente c’è la criticità dell’aumento delle emissioni di carbonio rispetto alla produzione in pieno campo, ma queste sono principalmente causate dalla necessità di elevati quantitativi di energia elettrica, che sempre più frequentemente viene prodotta con mezzi rispettosi dell’ambiente, come i pannelli fotovoltaici.
Ad oggi lattuga, ortaggi a foglia ed erbe aromatiche sono tra le specie più frequentemente coltivate nelle plant factories, e le specie da frutto più “esigenti” come il pomodoro stanno già diventando un’importante realtà in Nord America, Giappone e Cina.
Seconda direzione: l'efficienza idrica
Le attività di ricerca, sviluppo e trasferimento tecnologico nel settore dell’utilizzo di acqua irrigua in orticoltura sono finalizzate a ridurre gli sprechi che spesso caratterizzano le colture intensive.
Sarà sempre più importante ottenere la massima produttività per litro di acqua utilizzata incrementando la water productivity. In serra si fa già ampio uso del pilotaggio automatico dell’irrigazione, ma i recenti sviluppi nel campo della sensoristica e dell’Ict (Information and Communication Technology) hanno aperto anche nuove strade al controllo automatizzato dell’irrigazione per le coltivazioni orticole di pieno campo. In particolare, sul carciofo, l’irrigazione di precisione climatizzante ha consentito di ridurre notevolmente gli stress dovuti agli eccessi di calore estivi, aumentando la resa e riducendo al contempo il consumo di acqua per unità di prodotto.
La transizione da sistemi di produzione con irrigazione convenzionale verso sistemi di irrigazione di precisione in pieno campo o con metodi idroponici a ricircolo, in coltura protetta, svolgerà un ruolo importante nel migliorare l’efficienza d’uso dell’acqua. L’indicatore chiave non sarà più rappresentato dal volume di acqua irrigua utilizzato per unità di superficie, ma dal volume di acqua utilizzato per produrre 1 kg di prodotto commerciabile.
Terza direzione: utilizzo delle energie rinnovabili
Secondo alcuni scienziati, le energie rinnovabili hanno un grande potenziale di integrazione sia in coltura protetta che in pieno campo, comportando una diminuzione del consumo in combustibili fossili ed elettricità, e mitigando così l’impatto della produzione agricola sul clima.
Inoltre, l’aumento dei prezzi dell’energia che sta affliggendo gli imprenditori agricoli potrebbe accelerare la transizione verso le rinnovabili. Anche in questo caso è ben noto il binomio tra coltura protetta e uso di energie rinnovabili (es. pannelli fotovoltaici semitrasparenti integrati sulle serre). Per contro, per le orticole di pieno campo, sono stati esplorati diversi approcci con l’obiettivo di migliorare l’efficienza energetica dell’irrigazione.
La necessità di promuovere una produzione agricola più sostenibile rispetto alle risorse naturali e alla sicurezza alimentare sta spingendo gli orticoltori a investire in sistemi per la produzione di energia rinnovabile.
Recentemente, sono state implementate diverse tecnologie basate sull’energia nei sistemi di irrigazione in pressione per ridurre il fabbisogno energetico, riducendo al contempo le relative emissioni di gas serra.
In particolare, nell’ambito di progetti finanziati dall’Unione Europea (Programma Horizon 2020) è stato messo a punto un modello (photovoltaic pumping system for field irrigation) per sincronizzare la disponibilità di energia fotovoltaica con l’energia richiesta da un impianto di irrigazione (es. pivot o sprinkler) automatico e di precisione applicato su diversi sistemi colturali, tra i quali una carciofaia nel nord-ovest della Sardegna.
Il futuro
L’India e l’Asia, in futuro, dovranno aumentare la produttività di frutta e verdura per scongiurare la malnutrizione della loro popolazione. Ciò sarà ottenuto solo utilizzando la tecnologia moderna per aumentare la produttività per ettaro e per volume di acqua utilizzata.
Le plant factories sono una soluzione attraente ma attualmente molto costosa, fatta eccezione per la produzione di ortaggi ad alto valore aggiunto (es. per scopi farmaceutici). La soluzione a breve termine sembrerebbe quella di investire maggiormente nella combinazione tra plant factories ed energie rinnovabili.
I sistemi idroponici a ricircolo in coltura protetta sono circa 3-4 volte più efficienti dal punto di vista idrico rispetto all’irrigazione convenzionale. Infine, quindi, per migliorare la sostenibilità ambientale ed economica dei sistemi di orticoli di pieno campo, è auspicabile il passaggio dalla tradizionale gestione dell’acqua di irrigazione alla gestione automatica e di precisione dell’acqua combinata con sistemi di pompaggio fotovoltaico.
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Gli autori
Deligios, Cossu, Pala e Tiloca sono del Dipartimento di Agraria, Università di Sassari, Viale Italia 39, 07100 Sassari
Ledda è del Dipartimento di Scienze agrarie, alimentari ed ambientali, Università Politecnica delle Marche, Via Brecce Bianche 10, 60131 Ancona
Bibliografia reperibile presso l'autore: marcocossu@uniss.it
