Le coltivazioni fuori suolo rappresentano una delle principali innovazioni per il settore delle coltivazioni in serra. Consentono di ottenere maggiori produzioni, di alta qualità e, potenzialmente, un uso più efficiente di acqua e fertilizzanti.
Tuttavia, la gestione della soluzione nutritiva a ciclo aperto – di gran lunga la più adottata nel settore delle coltivazioni senza suolo delle regioni mediterranee – mette fortemente in discussione la sostenibilità ambientale di questi sistemi colturali. In particolare se associata ad approcci empirici per il pilotaggio della fertirrigazione, per via dell’eccessivo rilascio nell’ambiente di soluzioni nutritive distribuite in eccesso e dello spreco di acqua e nutrienti.
Perchè gestire bene la nutrizione
La buona gestione della fertirrigazione fuori suolo ha ripercussioni importanti sulla sostenibilità del processo produttivo. É il fattore determinante per la corretta crescita delle piante e, di conseguenza, per l’ottenimento di produzioni elevate e di qualità. Inoltre, la possibilità di controllare e modificare con estrema precisione la nutrizione minerale, inducendo specifiche risposte fisiologiche nelle piante, costituisce uno dei punti di forza delle coltivazioni senza suolo.
Puntare al ciclo semi-chiuso
L’adozione dei sistemi di coltivazione a ciclo chiuso (con ricircolo della soluzione nutritiva) rappresenta certamente l’obiettivo a cui tendere per estrinsecare pienamente le potenzialità delle colture senza suolo in termini di efficienza d’uso delle risorse. Tuttavia, i sistemi a ciclo chiuso sono al momento ancora scarsamente adottati per le maggiori difficoltà tecniche ad esse associate, nonché per i maggiori investimenti tecnologici generalmente richiesti. Si tenga inoltre presente che solitamente le condizioni tipiche degli ambienti mediterranei comportano, in caso di adozione di cicli chiusi, periodiche sostituzioni della soluzione nutritiva ricircolante per via dell’accumulo di sali poco assorbiti e potenzialmente tossici per le piante.
È dunque più realistico riferirsi a cicli semi-chiusi, per i quali è necessario prevedere una frazione di rilascio nell’ambiente rispetto al totale della soluzione nutritiva complessivamente utilizzata, di entità variabile a seconda delle condizioni colturali, delle strategie e dei valori-soglia adottati per il rinnovo della soluzione ricircolante.
Affidarsi alle reti di sensori
L’utilizzo di tecnologie digitali con costi relativamente modesti può consentire la somministrazione mirata di acqua e nutrienti, basata sul monitoraggio dei reali fabbisogni delle piante e tesa a prevenire somministrazioni in eccesso, comportando dunque un notevole miglioramento della sostenibilità anche dei sistemi di coltivazione a ciclo aperto.
Un crescente interesse è riposto nell’utilizzo di reti di sensori, come quelli per il monitoraggio in tempo reale dei parametri del substrato (contenuto di acqua, Ce e temperatura) e dei parametri micro-climatici all’interno della serra. È possibile interfacciare tali reti sensoriali per l’acquisizione di dati sulle condizioni di crescita delle piante con sistemi in grado di elaborare le informazioni e automatizzare il pilotaggio dell’irrigazione secondo algoritmi decisionali appositamente predisposti. L’applicazione di questi sistemi ha prodotto risultati incoraggianti già in precedenti esperienze condotte presso l’azienda sperimentale La Noria del Cnr-Ispa di Bari e presso aziende commerciali, con consistenti risparmi idrici, produzioni elevate e ottimi profili di qualità dei prodotti ottenuti.
Nell’ambito del progetto Soilless Go sono in corso delle sperimentazioni che dimostrano come tale approccio, finalizzato a razionalizzare la fertirrigazione minimizzando l’eccesso di somministrazione di acqua e nutrienti, può consentire risultati potenzialmente vicini a quelli che è possibile ottenere con i sistemi a ciclo semi-chiuso, con il vantaggio di poter essere facilmente applicato in contesti produttivi non ancora pronti al passaggio dalla coltivazione a ciclo aperto a quella a ciclo chiuso.
Fertirrigazione on demand
Nel periodo agosto-dicembre 2020 abbiamo sperimentato presso l’azienda La Noria un innovativo sistema per il pilotaggio automatico di precisione della fertirrigazione. Il sistema è basato sul monitoraggio dei parametri del substrato attraverso una rete wireless di sensori. Inoltre, è abbinato a un algoritmo decisionale per la somministrazione di volumi variabili di fertilizzanti e acqua, a seconda delle reali esigenze delle piante in sistema di coltivazione di pomodoro ciliegino a ciclo aperto coltivato con acqua moderatamente salina.
In sintesi, il sistema effettua gli interventi fertirrigui su richiesta delle piante, utilizzando i valori di umidità del substrato rilevati dalla rete di sensori ogni 15 minuti. Il sistema stabilisce anche la quantità da erogare sulla base della Ce del substrato, in modo da ottenere drenato con effetto dilavante solo quando l’accumulo di sali nel substrato raggiunge valori ritenuti eccessivi.
È stata impostata una Ce del substrato pari a 5 dS/m quale set-point per avviare il dilavamento dei sali, in modo da favorire anche il miglioramento della qualità dei frutti. Abbiamo confrontato produzione, qualità dei frutti ed efficienza d’uso delle risorse nella coltivazione a ciclo aperto, gestita in maniera razionale mediante il sistema automatico basato su sensori (ciclo aperto smart), e nella coltivazione a ciclo aperto, gestita solo con il timer sulla base del drenato.
I risultati ottenuti
Il ciclo aperto smart ha comportato una riduzione superiore al 50% del consumo di idrico totale, mentre la frazione di drenaggio è passata dal 49% dell’erogato totale con il timer al 18%. A fronte di un atteso calo produttivo (circa il 26%) legato alle condizioni più restrittive in termini di Ce del substrato a cui le piante gestite con sensori sono state sottoposte, è stato registrato un significativo miglioramento della qualità dei frutti, in termini di minore pezzatura, contenuto di solidi solubili totali e sostanza secca delle bacche.
L’aggiunta dei Led
In una nuova prova dimostrativa attualmente in corso presso l’azienda sperimentale La Noria, stiamo utilizzando il nostro sistema automatico basato su sensori per ottimizzare la gestione della fertirrigazione in una coltivazione di pomodoro sottoposta a illuminazione supplementare con luci al Led. Riteniamo infatti che la pratica innovativa dell’illuminazione supplementare, che rappresenta oggi la frontiera tecnologica più avanzata anche per la serricoltura mediterranea, possa ottimizzare ulteriormente i suoi benefici se la somministrazione di acqua e nutrienti è calibrata sulle reali esigenze delle piante.
Il sistema automatico è ora in fase di installazione anche in alcune delle aziende partner del progetto Soilless Go, e sarà verificato nei prossimi cicli di coltivazione senza suolo, offrendo la possibilità di confrontare l’approccio irriguo on demand con la pratica aziendale.
Nutrizione mirata per prodotti innovativi
La fertirrigazione, specie se applicata ai sistemi di coltivazione senza suolo, può rappresentare anche un efficace strumento per ottenere “ortaggi su misura”, cioè alimenti di origine vegetale calibrati per specifiche fasce di popolazione.
Utilizzando tale tecnica, nell’ambito di un’attività di ricerca quasi decennale, sono stati messi a punto presso l’azienda La Noria protocolli di nutrizione delle piante per la produzione di ortaggi arricchiti in elementi minerali utili per la salute umana (calcio, iodio, zinco, silicio) o con ridotto contenuto di elementi dannosi per la salute di soggetti con specifiche patologie.
Ringraziamenti
Il presente articolo è stato redatto nell’ambito del progetto Soilless Go, Psr Puglia 2014-2020 – Misura 16 - Cooperazione - Sottomisura 16.2 “Sostegno a progetti pilota e allo sviluppo di nuovi prodotti, pratiche, processi e tecnologie” (pubblicazione n. 6)
