Colture Idroponiche e sostenibilità ambientale

Non credo che l’universo si possa spiegare solo con cause naturali, e sono costretto a imputarlo alla saggezza e all’ingegnosità di un essere intelligente.
(Isaac Newton) 

L'idroponia è una pratica di coltivazione molto utilizzata ai giorni nostri, alla quale sono stati riconosciuti numerosi vantaggi, come la ricchezza e la qualità dei raccolti e l'azione positiva svolta in campo ecologico, grazie all'enorme risparmio idrico e di sostanze chimiche concimanti, soprattutto in un'era dove l'acqua è diventato un bene raro e l'inquinamento del terreno e delle falde freatiche è sempre più preoccupante.
L'agricoltura svolge un ruolo chiave nel discorso della sostenibilità ambientale. E' stata da sempre l'attività economica più importante per l'alimentazione dell'uomo e lo è ancora in alcuni Paesi in via di sviluppo.
I terreni coltivati  sono stati, a suo tempo, sottratti agli ecosistemi naturali.

Anche nei Paesi poveri, dove l'agricoltura è l'unica risorsa economica, hanno bisogno di nuovi spazi agricoli, a causa della loro crescita demografica. data la situazione, ci sarà sempre più bisogno di spazi da adibire all'agricoltura. Molti ambientalisti affermano che la capacità massima del pianeta è già stata superata e che è necessario fermare la crescita demografica, abbassare i consumi dei Paesi ricchi fino al livello di quelli più poveri. Una soluzione al problema potrebbe essere quella di aumentare la produttività attraverso l'utilizzo delle colture idroponiche. Ciò permetterebbe di alleggerire  la pressione esercitata sull'ambiente, aumentare il tenore di vita che farebbe abbassare il tasso di natalità in quei Paesi dove ancora è molto alto e le condizioni di vita sono precarie. Anche nei Paesi più industrializzati, le coltivazioni idroponiche in ambienti chiusi, già adoperate da parecchi anni,  potrebbero  aumentare moltissimo la produttività agricola.

COME SI NUTRONO LE PIANTE?

Le piante si procurano il nutrimento, assorbendo sali minerali in misura diversa a seconda del loro ciclo di crescita e dei loro bisogni.
Queste sostanze sono divisi in:
ELEMENTI PRIMARI: Azoto (N), Fosforo (P), Potassio (K)
ELEMENTI SECONDARI: Calcio (Ca), Zolfo (S), Magnesio (Mg)
OLIGOELENTI: Rame (Cu), Ferro (Fe), Cloro (Cl), Cobalto (Co), Manganese (Mn), Molibdeno (Mo), Silicio (Si), Zinco (Zn)
Il tutto viene assorbito sotto forma di ioni disciolti in acqua e rappresentano i nutrienti della pianta sia, provenienti da terreno, sia utilizzati nell'idroponia, indipendentemente dall'utilizzo di concime biologico o minerale.
La pianta, per uno sviluppo ottimale, necessita anche di luce, umidità, aria, cure e attenzioni.
Dal punto di vista della pianta non è l'origine dei nutrienti che ha importanza; ciò di cui ha bisogno è il trattamento completo e il concime utilizzato deve contenere tutti i nutrienti necessari e va adattato al tipo di acqua utilizzata.

RUOLO DEL TERRENO

• FISICO-MECCANICA: il terreno permette l'ancoraggio delle piante, proteggendo l'apparato radicale dagli agenti atmosferici
•  TROFICA: il terreno è l'ambiente fisico che, in condizioni naturali, fornisce alla pianta tutti gli elementi minerali di cui ha bisogno.
•  ECOLOGICA: la rizosfera, porzione di suolo che circonda le radici delle piante, è la parte dell’ecosistema del terreno che ha rapporti diretti con l'apparato radicale della pianta. Tali rapporti sono la risultante di un sistema complesso  di relazioni che vengono intraprese con altri vegetali e organismi che vivono nello stesso ambiente e che possono essere in competizione perché occupano la stessa nicchia ecologica, oppure in simbiosi.  

La tecnica colturale convenzionale può ottimizzare solo in parte le funzioni del terreno:

•  Le lavorazioni e l'apporto di fertilizzanti possono migliorare lo stato di sofficità del terreno favorendo l'approfondimento delle radici. L'impiego di tutori, pali e fili di sostegno migliora l'ancoraggio delle piante. 
• L’utilizzo di fertilizzanti e dell'irrigazione insieme a particolari tecniche, migliorano le condizioni trofiche del terreno. Tali interventi possono però essere in parte vanificati dalla complessità del sistema terreno, che manifesta sempre una reazione omeostatica attiva o passiva all'intervento antropico: le perdite temporanee o definitive di acqua ed elementi minerali causate da fattori atmosferici (evaporazione), meccanici (permeabilità, porosità) e fisico-chimici. Tali fattori, presi nel complesso, sono di difficile controllo ai fini dell'ottimizzazione della tecnica. La difficoltà di ottimizzazione è aggravata dal fatto che concimazione e irrigazione sono interventi discontinui e che non si adattano con la dinamica dei fabbisogni delle piante nelle diverse fasi fenologiche.
• La tecnica di coltura convenzionale ha un notevole impatto sull'ecosistema trasformandolo in un agroecosistema. Il terreno naturale è riconducibile ad uno stadio di climax in cui la biodiversità è in grado di mantenere un equilibrio interno e garantire il naturale esaurimento del flusso di materia ed energia. L'agroecosistema è riconducibile ad un ecosistema in evoluzione in cui gli interventi agronomici generano un surplus di risorse in termini di energia e materia. La finalità di questo surplus è di indirizzare completamente il flusso di energia e materia nella produzione agraria, tuttavia crea le condizioni temporanee favorevoli all'ingresso di organismi che possono avvantaggiarsi. La ridotta capacità di reazione omeostatica dell'agroecosistema fa sì che gli organismi che s'insediano sono quelli a più elevato potere biologico (elevato potenziale di riproduzione, resistenza a condizioni avverse, ecc.). In questo insediamento tendono a prevalere gli organismi antagonisti della specie agraria, in quanto la dinamica evolutiva di un ecosistema porta spontaneamente ad un incremento della biodiversità. Alcune tecniche di agricoltura non convenzionale (produzione integrata, agricoltura biologica, sod seeding, ecc.) sfruttano la funzione ecologica del terreno, ma per le sue prerogative l'agricoltura convenzionale deve fare a meno di questa funzione in quanto si manifesta solo come antagonista.

LE COLTIVAZIONI IDROPONICHE

Nelle coltivazioni FUORI-SUOLO o IDROPONICHE, la pianta viene irrigata con una soluzione nutritiva, formata da acqua e dai composti necessari ad apportare tutti gli elementi che normalmente vengono assunti con la nutrizione minerale attraverso le radici.

 La coltura idroponica consente produzioni controllate sia dal punto di vista qualitativo sia igienico-sanitario, durante tutto l'anno.
 Le coltivazioni fuori-suolo si basano in sostanza su una riduzione delle variabili in gioco e, soprattutto, delle reciproche interferenze sostituendo al terreno un ambiente fisico in cui i parametri sono di più facile controllo. 

Nel caso della coltivazione idroponica la soluzione di concetto si concretizza nei seguenti quattro punti:

• La funzione di protezione delle radici nei confronti degli agenti atmosferici è svolta da un substrato solido inerte e tendenzialmente asettico che non ha alcuna funzione di ancoraggio. La caratteristica principale è quella di avere una porosità sufficiente a permettere la circolazione della soluzione nutritiva e ospitare le radichette. Il volume a disposizione per ogni pianta perde importanza in quanto la concentrazione della soluzione nutritiva crea in uno spazio ridotto le condizioni ottimali per l'assorbimento radicale. In altri termini, la pianta non ha bisogno di espandere l'apparato radicale perché viene meno la funzione di ancoraggio e trova nelle immediate vicinanze l'acqua e i sali minerali di cui ha bisogno. È importante, invece, fare in modo che il volume a disposizione di ogni singola pianta non sia eccessivo in rapporto alla superficie: dal momento che le radici sono sommerse, gli scambi gassosi con l'atmosfera avvengono per diffusione in mezzo liquido, pertanto le radici devono trovarsi quasi a contatto con l'atmosfera per evitare fenomeni di asfissia radicale. In alcune tecniche di coltivazione idroponica il substrato è dunque integralmente sostituito da un sottile film liquido nel quale si sviluppano le radici.
• La funzione di ancoraggio viene sostituita da un sistema di fili che tengono sospese le piante. L'ancoraggio della pianta è garantito fissandone l'apparato aereo ad un sistema di sospensione.
• La funzione trofica del terreno è è svolta da una soluzione nutritiva per mezzo di un impianto di fertirrigazione, nel quale l'acqua irrigua è utilizzata come vettore dei sali minerali. Il substrato deve essere chimicamente inerte al fine di evitare interferenze di fattori chimici (es. scambio ionico e pH) con i parametri controllati attraverso la fertirrigazione.
• La funzione ecologica del terreno è completamente annullata dall'idroponia. Dal momento che non esistono i presupposti per la creazione di una simbiosi favorevole, il substrato  è del tutto inerte dal punto di vista biologico e il mezzo ospita esclusivamente le radici delle piante allevate. Rispetto alle tecniche convenzionali, l'idroponica manifesta da questo punto di vista significativi vantaggi in quanto si rimuove all'origine il contatto con gli agenti patogeni del terreno. Questi fattori avversi obbligano l'agricoltura convenzionale a ricorrere all'avvicendamento colturale in pieno campo e alla geodisinfestazione in coltura protetta. In ogni caso le piante allevate in coltura idroponica manifestano in genere un migliore rigoglio vegetativo e offrono produzioni più elevate non solo per il controllo dello stato nutrizionale ma anche per il migliore stato sanitario. Naturalmente queste considerazioni esulano dalle avversità che si ripercuotono sull'apparato radicale aereo.  

Parametri di controllo

I parametri di controllo essenziali sono quattro:

•  pH: è fondamentale per mantenere lo stato di solubilità degli elementi e ottimizzare i processi di scambio fra le radici e la soluzione nutritiva. Un pH che si discosta dal range ottimale peggiora lo stato nutrizionale delle piante per l'immobilizzazione chimica o fisiologica di uno o più elementi minerali.
•  Conducibilità elettrica: è il parametro con cui si controlla la concentrazione della soluzione nutritiva. Una conducibilità bassa è correlata ad un'eccessiva diluizione della soluzione, pertanto le piante si trovano in condizioni di nutrizione minerale carente. Fasi di fertirrigazione temporanee a conducibilità elettrica bassa sono tollerate anche per tempi relativamente lunghi ma si ripercuotono negativamente sia sulla resa quantitativa sia sulle proprietà organolettiche del prodotto. Una conducibilità eccessivamente elevata è correlata ad un'elevata concentrazione della soluzione e ad una tensione osmotica eccessivamente alta (in valore assoluto): entro le soglie critiche le piante manifestano sofferenza e consumano risorse energetiche per vincere il potenziale osmotico a scapito della resa produttiva, oltre le soglie critiche l'assorbimento radicale si arresta con conseguenti fenomeni di appassimento o avvizzimento. Fasi di fertirrigazione temporanee a conducibilità elettrica elevata sono tollerate solo per tempi brevissimi in quanto le specie più sensibili possono avvizzire in poche ore.
•  Portata, tempi e cicli di erogazione: sono i parametri con cui si controlla nel complesso la nutrizione minerale attraverso il ricambio della soluzione a contatto con le radici. Erogazioni troppo frequenti e volumi troppo alti  innalzano i costi economici ed ambientali in quanto l'eccesso di soluzione si perde con il drenaggio a meno che l'impianto non sia provvisto di un sistema di riciclo della soluzione in eccesso. Erogazioni diradate e volumi troppo bassi riducono le rese produttive perché lo stato nutrizionale delle piante non è ottimale.

• Composizione chimica della soluzione: è il parametro con cui si controlla il bilancio nutrizionale delle piante comparato nei vari elementi nutritivi, i rapporti di antagonismo fra potassio e metalli alcalino-terrosi, la solubilità dei vari sali. Dal momento che le piante necessitano di rapporti di concimazione differenti in relazione alla specie, al tipo di produzione e al rapporto resa quantitativa e qualitativa del prodotto, la composizione della soluzione è fondamentale per il raggiungimento degli obiettivi. Per la preparazione delle soluzioni vanno impiegati concimi ad alta solubilità in acqua. La preparazione deve rispettare una priorità nella sequenza partendo dai sali meno solubili e sono da preferire i fertirrigatori che usano due soluzioni madri, mantenendo separati i sali meno solubili da quelli più solubili.

PROSPETTIVE FUTURE

Per quanto riguarda il livello di sviluppo delle tecniche di coltivazioni fuori suolo, si potrebbe dire che siamo appena agli inizi, e questo nonostante che le coltivazioni idroponiche siano già praticate da decine di anni per la coltivazione di fiori e ortaggi. I costi iniziali di impianto sono alti, i problemi gestionali complessi, e le varietà di specie coltivate fuori suolo ancora limitate. Ma quando si trova la giusta combinazione di piante e di soluzioni organizzative e logistiche, queste coltivazioni sono già oggi competitive.

 Le piante sono coltivate in file ravvicinate e su due livelli. Poichè le radici non hanno bisogno di espandersi nel terreno, se ne possono mettere il doppio per ogni livello. Le piante inoltre crescono più velocemente, perchè non devono “perdere tempo” a radicarsi nel terreno, e nel corso dei 12 mesi si possono fare quattro raccolti. In definitiva la produttività per ettaro è almeno 15 volte più alta, e 130 ettari di terreno desertico hanno potuto sostituire una ventina di chilometri quadrati di fertile terreno agricolo. L'azienda ha potuto quindi risparmiare nell'acquisto del terreno, con anche il vantaggio di avere luce e calore sufficienti per protrarre la coltivazione a tutti i 12 mesi dell'anno. Ma i vantaggi, che vanno ben oltre la pura convenienza economica, non si fermano qui. In questo genere di coltivazioni c'è anche un gran risparmio di acqua, fertilizzanti e antiparassitari. Mentre nelle coltivazioni in campo aperto le piante utilizzano solo una minima parte dell'acqua e solo una percentuale minore dei fertilizzanti sparsi nel terreno, nelle coltivazioni indoor questi sprechi non ci sono più, perchè servono solo l'acqua e i fertilizzanti effettivamente assorbiti dalle piante. Ed è grazie al risparmio di acqua che questa coltivazione può essere fatta in pieno deserto. Inoltre si può fare del tutto a meno degli antiparassitari, perchè non ci sono più i parassiti che provengono dal terreno o dall'ambiente circostante.

A dimostrazione del grande interesse per le coltivazioni idroponiche,  un grossoimpianto, di 91 ettari, è in corso di realizzazione in Gran Bretagna per la produzione di diverse varietà di ortaggi.

Ma le combinazioni di piante coltivabili fuori suolo sono al momento ancora relativamente limitate. Sono tantissime le piante che vengono coltivate in campo aperto, da orto, da frutta e da cereali, che in teoria potrebbero essere coltivate idroponicamente o col sistema goccia a goccia, e che potrebbero essere studiate a questo scopo. E oltre a tutte le varietà attualmente coltivate, ce ne sono altrettante che non vengono seminate o messe a dimora perchè non commercialmente interessanti, ma che pure potrebbero dimostrarsi adatte a questa nuova tecnica di coltivazione. Trovarne delle altre, però, è solo questione di ricerca e sperimentazione. Col tempo le combinazioni interessanti aumenteranno, così come la conoscenza delle condizioni di vita dei vegetali e le esperienze di coltivazioni in ambiente chiuso. Non solo si potrà coltivare una varietà di piante sempre più grande, ma aumenterà anche la produttività per ettaro.

In futuro questa tecnica potrebbe essere utilizzata per coltivare piante a scopo alimentare in quei paesi dove la struttura del territorio, le caratteristiche dell'ambiente non lo permettono e risolvere in parte il problema della fame nei paesi poveri.

Potrebbe anche essere utile nei paesi industrializzati dove la SAU (superficie agricola utilizzata)  è in calo per fare spazio alle grandi metropoli, e per avere una alimentazione migliore.

FONTI:

Coltivazioni Idroponiche: L'agricoltura del futuro

Wikipedia:Idroponica