4.4 Fisiologia delle piante

4.4.1 Meccanismi di Assorbimento

Tra i principali meccanismi coinvolti nella nutrizione delle piante, il più importante è l’assorbimento che, per la maggior parte dei nutrienti, avviene in forma ionica a seguito dell’idrolisi dei sali disciolti nella soluzione nutritiva.

Le radici attive sono l’organo principale della pianta coinvolto nell’assorbimento dei nutrienti. Gli anioni e i cationi vengono assorbiti dalla soluzione nutritiva e, una volta all’interno della pianta, provocano l’uscita dei protoni (HSUP+/SUP) o degli idrossili (Ohsup-/SUP) che mantengono l’equilibrio tra le cariche elettriche (Haynes 1990). Questo processo, pur mantenendo l’equilibrio ionico, può causare variazioni del pH della soluzione in relazione alla quantità e alla qualità dei nutrienti assorbiti (Fig. 4.6).

Le implicazioni pratiche di questo processo per l’orticoltore sono duplice: fornire adeguata capacità tampone alla soluzione nutritiva (aggiungendo bicarbonati se necessario) e indurre lievi variazioni di pH con la scelta del fertilizzante. L’effetto dei fertilizzanti sul pH si riferisce alle diverse forme chimiche dei composti utilizzati.

Fig. 4.6 Assorbimento ionico da parte del sistema radicale di una pianta

Nel caso di N, ad esempio, la forma più comunemente utilizzata è l’azoto nitrico (NoSub3/subsup-/SUP), ma quando il pH deve essere abbassato, l’azoto può essere fornito come azoto di ammonio (NHSub4/subSUP+/SUP). Questa forma, quando assorbita, induce il rilascio di HSUP+/SUP e di conseguenza un’acidificazione del mezzo.

Le condizioni climatiche, in particolare la temperatura dell’aria e del substrato e l’umidità relativa, esercitano una notevole influenza sull’assorbimento dei nutrienti (Pregitzer e King 2005; Masclaux-Daubresse et al. 2010; Marschner 2012; Cortella et al. 2014). In generale, la crescita migliore si verifica dove ci sono poche differenze tra il substrato e la temperatura dell’aria. Tuttavia, i livelli di temperatura persistentemente elevati nel sistema radicale hanno un effetto negativo. Le temperature sub-ottimali riducono l’assorbimento di N (Dong et al. 2001). Mentre NHSub4/SubSUP+/SUP è efficacemente utilizzato a temperature ottimali, a basse temperature, l’ossidazione batterica si riduce, causando accumulo all’interno della pianta che può produrre sintomi di tossicità e danni all’apparato radicale e alla biomassa aerea. Le basse temperature a livello radicale inibiscono anche l’assimilazione di K e P, così come la traslocazione P. Sebbene le informazioni disponibili sull’effetto delle basse temperature sull’assorbimento dei micronutrienti siano meno chiare, sembra che l’assorbimento di Mn, Zn, Cu e Mo siano maggiormente colpiti (Tindall et al. 1990; Fageria et al. 2002).

4.4.2 Nutrienti essenziali, il loro ruolo e possibili antagonismi

L’adeguata gestione dell’alimentazione vegetale deve basarsi su aspetti fondamentali che sono influenzati dall’assorbimento e dall’uso di macro e micronutrienti (Sonneveld e Voogt 2009). I macro-nutrienti sono necessari in quantità relativamente grandi, mentre i micronutrienti o gli oligoelementi sono necessari in piccole quantità. Inoltre, la disponibilità di nutrienti alla pianta nel caso dei sistemi privi di suolo presenta fenomeni più o meno consistenti di sinergia e antagonismo (Fig. 4.7).

_Azoto (N) _ L’azoto viene assorbito dalle piante per produrre aminoacidi, proteine, enzimi e clorofilla. Le forme di azoto più utilizzate per la fertilizzazione delle piante sono nitrato e ammonio. I nitrati vengono rapidamente assorbiti dalle radici, sono altamente mobili all’interno delle piante e possono essere conservati senza effetti tossici. L’ammonio può essere assorbito dalle piante solo in quantità ridotte e non può essere immagazzinato in quantità elevate perché ha effetti tossici. Quantitativi superiori a 10 mg di LSUP-1/SUP inibiscono l’assorbimento di calcio e rame delle piante, aumentano la crescita dei germogli rispetto alla crescita delle radici e determinano un forte colore verde delle foglie. Ulteriori eccessi nella concentrazione di ammoniaca determinano effetti fitotossici come la clorosi lungo i margini delle foglie. L’eccesso di apporto di azoto provoca un’elevata crescita vegetativa, un aumento della lunghezza del ciclo delle colture, un forte colore verde delle foglie, un basso apporto di frutta, un alto contenuto di acqua nei tessuti, una bassa lignificazione dei tessuti e un elevato accumulo di nitrati tissutali. Comunemente, la carenza di azoto è caratterizzata da un colore verde pallido delle foglie più vecchie (clorosi), una crescita ridotta e un avanzamento senescenza.

Fig. 4.7 Nutrienti sinergie e antagonismi tra ioni. Gli ioni connessi presentano una relazione sinergica o antagonistica secondo la direzione della freccia

_Potassio (K) _ Il potassio è fondamentale per la divisione e l’estensione cellulare, la sintesi proteica, l’attivazione enzimatica e la fotosintesi e agisce anche come trasportatore di altri elementi e carboidrati attraverso la membrana cellulare. Ha un ruolo importante nel mantenere il potenziale osmotico della cellula in equilibrio e regolare l’apertura stomatale. I primi segni di carenza si manifestano sotto forma di macchie giallastre che si necrotizzano molto rapidamente ai margini delle foglie più vecchie. Le piante carenti di potassio sono più suscettibili a improvvise cadute di temperatura, stress idrico e attacchi fungini (Wang et al. 2013).

_Fosforo (P) _ Il fosforo stimola lo sviluppo delle radici, la rapida crescita dei germogli e la quantità di fiori. P viene assorbito molto facilmente e può essere accumulato senza danneggiare la pianta. Il suo ruolo fondamentale è legato alla formazione di composti ad alta energia (ATP) necessari per il metabolismo delle piante. I quantitativi medi richiesti dagli impianti sono piuttosto modesti (10 -15% del fabbisogno di N e K) (Le Bot et al. 1998). Tuttavia, a differenza di ciò che accade nel suolo, P è facilmente percorribile nelle colture prive di suolo. L’assorbimento di P sembra essere ridotto dalle basse temperature del substrato (\ 13 ˚C) o dall’aumento dei valori di pH (\ 6.5) che possono portare a sintomi di carenza (Vance et al. 2003). In queste condizioni un aumento della temperatura e/o una riduzione del pH è più efficace rispetto alle modifiche aggiuntive dei fertilizzanti al fosforo. P eccesso può ridurre o bloccare l’assorbimento di alcuni altri nutrienti (ad esempio K, Cu, Fe) (Fig. 4.7). La carenza di fosforo si manifesta in un colore verde-violetto delle foglie più vecchie, che possono seguire clorosi e necrosi oltre alla crescita stentata dell’apice vegetativo. Tuttavia, questi sintomi non sono specifici e rendono difficile identificare le carenze P (Uchida 2000).

_Calcio (Ca) _ Il calcio è coinvolto nella formazione della parete cellulare, nella permeabilità della membrana, nella divisione e nell’estensione delle cellule. Una buona disponibilità conferisce alla pianta una maggiore resistenza agli attacchi fungini e alle infezioni batteriche (Liu et al. 2014). L’assorbimento è strettamente legato al flusso d’acqua tra radici e parti aeree. Il suo movimento avviene attraverso lo xilem ed è quindi particolarmente influenzato dalle basse temperature a livello radicale, dal ridotto apporto idrico (siccità o salinità della soluzione) o dall’eccessiva umidità relativa dell’aria. Poiché Ca non è mobile all’interno dell’impianto, le carenze iniziano dalle parti più recenti (Adams 1991; Adams e Ho 1992; Ho et al. 1993). I sintomi principali sono la crescita delle piante stentata, la deformazione dei margini delle foglie più giovani, la colorazione verde chiaro o talvolta clorotica di nuovi tessuti e un apparato radicale stentato senza radici fini. Le carenze sono esposte in modi diversi, ad esempio marciume apicale nel pomodoro e/o doratura marginale delle foglie in lattuga.

_Magnesio (Mg) _ Il magnesio è coinvolto nella costituzione delle molecole di clorofilla. Viene immobilizzato a valori di pH inferiori a 5,5 ed entra in competizione con l’assorbimento di K e Ca (Fig. 4.7). I sintomi di carenza sono ingiallimento tra le vene fogliari e la clorosi interna delle foglie basali. Poiché Mg può essere facilmente mobilitato, le piante carenti di magnesio prima abbatteranno la clorofilla nelle foglie più vecchie e trasporteranno il Mg alle foglie più giovani. Pertanto, il primo segno di carenza di magnesio è la clorosi interveinale nelle foglie più vecchie, contrariamente alla carenza di ferro, dove la clorosi interveinale appare per la prima volta nelle foglie più giovani (Sonneveld e Voogt 2009).

_Zolfo (S) _ Lo zolfo è richiesto dalla pianta in quantità paragonabili a quelle del fosforo e, per ottimizzarne l’assorbimento, deve essere presente in un rapporto 1:10 con l’azoto (McCutchan et al. 2003). Viene assorbito come solfato. Le carenze non sono facilmente individuabili, in quanto i sintomi possono essere confusi con quelli della carenza di azoto, tranne che la carenza di azoto comincia a manifestarsi dalle foglie più vecchie, mentre quella dello zolfo delle più giovani (Schnug e Haneklaus 2005). La nutrizione S ha un ruolo significativo nel migliorare i danni nell’apparato fotosintetico causati dalla carenza di FE-FE-( Muneer et al. 2014).

_Iron (Fe) _ Il ferro è uno dei micronutrienti più importanti perché è fondamentale in molti processi biologici come la fotosintesi (Briat et al. 2015; Heuvelink e Kierkels 2016). Per migliorare il suo assorbimento, il pH della soluzione nutritiva dovrebbe essere di circa 5,5-6,0, e il contenuto di Mn non dovrebbe essere permesso di diventare troppo alto perché i due elementi entrano in concorrenza successivamente (Fig. 4.7). Il rapporto ottimale di Fe— Mn è di circa 2:1 per la maggior parte delle colture (Sonneveld e Voogt 2009). A basse temperature, l’efficienza di assimilazione è ridotta. I sintomi di carenza sono caratterizzati da clorosi interveinale dalle foglie giovani verso quelle basali più vecchie, e da una ridotta crescita del sistema radicale. I sintomi di carenza non sono sempre dovuti alla bassa presenza di Fe nella soluzione nutritiva, ma spesso sono dovuti all’indisponibilità di Fe per la pianta. L’uso di agenti chelanti garantisce la costante disponibilità di Fe per l’impianto.

_Cloro (Cl) _ Il cloro è stato recentemente considerato un micronutriente, anche se il suo contenuto nelle piante (0,2-2,0% dw) è piuttosto elevato. È facilmente assorbito dalla pianta ed è molto mobile al suo interno. È coinvolto nel processo fotosintetico e nella regolazione dell’apertura degli stomi. Le carenze, che sono piuttosto rare, si verificano con sintomi tipici di foglie che si seccano, specialmente ai margini. Molto più diffuso è il danno dovuto ad un eccesso di Cl che porta ad un cospicuo restringimento delle piante rispetto alle diverse sensibilità delle diverse specie. Per evitare danni alle colture, è sempre consigliabile controllare il contenuto di Cl nell’acqua utilizzata per preparare soluzioni nutritive e scegliere fertilizzanti adatti (ad esempio KSub2/SubsoSub4/sub anziché KCl).

_Sodio (Na) _ Il sodio, se in eccesso, è dannoso per le piante, poiché è tossico e interferisce con l’assorbimento di altri ioni. L’antagonismo con K (Fig. 4.7), per esempio, non è sempre dannoso perché in alcune specie (ad esempio pomodori) migliora il gusto della frutta, mentre in altre (es. fagioli) può ridurre la crescita delle piante. Simile a Cl, è importante conoscere la concentrazione nell’acqua utilizzata per preparare la soluzione nutritiva (Sonneveld e Voogt 2009).

_Manganese (Mn) _ Il manganese fa parte di molti coenzimi ed è coinvolto nell’estensione delle cellule radicali e nella loro resistenza agli agenti patogeni. La sua disponibilità è controllata dal pH della soluzione nutritiva e dalla concorrenza con altri nutrienti (Fig. 4.7). I sintomi di carenza sono simili a quelli della Fe tranne che per la comparsa di aree leggermente sommerse nelle aree interveinali (Uchida 2000). Le correzioni possono essere effettuate aggiungendo mnsoSub4/sub o abbassando il pH della soluzione nutritiva.

_Boro (B) _ Il boro è essenziale per l’impostazione della frutta e lo sviluppo delle sementi. I metodi di assorbimento sono simili a quelli già descritti per Ca con cui può competere. Il pH della soluzione nutritiva deve essere inferiore a 6,0 e il livello ottimale sembra essere compreso tra 4,5 e 5,5. I sintomi di carenza possono essere rilevati nelle nuove strutture che appaiono verde scuro, le foglie giovani aumentano notevolmente il loro spessore e hanno una consistenza coriacea. Successivamente possono apparire clorotici e poi necrotici, con colorazione arrugginita.

_Zinco (Zn) _ Lo zinco svolge un ruolo importante in alcune reazioni enzimatiche. Il suo assorbimento è fortemente influenzato dal pH e dall’apporto P della soluzione nutritiva. Valori di pH compresi tra 5,5 e 6,5 favoriscono l’assorbimento di Zn. Bassa temperatura e alti livelli P riducono la quantità di zinco assorbita dalla pianta. Le carenze di zinco si verificano raramente e sono rappresentate da macchie clorotiche nelle aree interveinali delle foglie, internodi molto brevi, epinastia fogliare e scarsa crescita (Gibson 2007).

_Copper (Cu) _ Il rame è coinvolto nei processi respiratori e fotosintetici. Il suo assorbimento è ridotto a valori di pH superiori a 6,5, mentre valori di pH inferiori a 5,5 possono causare effetti tossici (Rooney et al. 2006). Alti livelli di ammonio e fosforo interagiscono con Cu riducendo la disponibilità di quest’ultimo. L’eccessiva presenza di Cu interferisce con l’assorbimento di Fe, Mn e Mo. Le carenze si manifestano con la clorosi interveinale che porta al collasso dei tessuti fogliari che sembrano essiccati (Gibson 2007).

_Molibdeno (Mo) _ Il molibdeno è essenziale nella sintesi proteica e nel metabolismo dell’azoto. Contrariamente ad altri micronutrienti, è meglio disponibile con valori di pH neutro. I sintomi di carenza iniziano con clorosi e necrosi lungo la costola principale delle foglie vecchie, mentre le foglie giovani appaiono deformate (Gibson 2007).

4.4.3 Gestione dei nutrienti in relazione ai requisiti delle piante

Dopo lo sviluppo di sistemi di orticoltura privi di suolo negli anni ‘70 (Verwer 1978; Cooper 1979), sono state sviluppate e adattate diverse soluzioni nutritive secondo le preferenze dei coltivatori (tabella 4.4; De Kreij et al. 1999). Tutte le miscele seguono i principi dell’eccesso di disponibilità di tutti gli elementi per evitare carenze e l’equilibrio tra cationi (bivalenti) per evitare la concorrenza tra cationi nell’assorbimento di nutrienti vegetali (Hoagland e Arnon 1950; Steiner 1961; Steiner 1984; Sonneveld e Voogt 2009). Comunemente, la CE è autorizzata a salire nella zona radicale in misura limitata. Nei pomodori, ad esempio, la soluzione nutritiva ha tipicamente una CE di circa 3 dS msup-1/sup, mentre nella zona delle radici delle lastre di lana di roccia, la CE può salire a 4—5 dS msup-1/sup. Tuttavia, nei paesi dell’Europa settentrionale, per la prima irrigazione di nuove lastre di lana di roccia all’inizio del ciclo di produzione, la soluzione nutritiva può avere una CE fino a 5 dS msup-1/sup, saturando il substrato di lana di roccia con ioni fino ad una CE di 10 dS msup-1/sup, che sarà successivamente lavato dopo 2 settimane. Per fornire sufficiente risciacquo della zona radicale, in un tipico sistema di lastre di lana di roccia a goccia, circa il 20 -50% dell’acqua dosata viene raccolta come acqua di drenaggio. L’acqua di drenaggio viene quindi riciclata, filtrata, mescolata con acqua dolce e riempita con sostanze nutritive per l’uso nel ciclo successivo (Van Os 1994).

Nella produzione di pomodori, l’aumento della CE può essere applicato per migliorare la sintesi del licopene (favorendo la colorazione rossa brillante dei frutti), i solidi totali solubili (TSS) e il contenuto di fruttosio e glucosio (Fanasca et al. 2006; Wu e Kubota 2008). Inoltre, le piante di pomodoro hanno tassi di assorbimento più elevati per N, P, Ca e Mg e basso assorbimento di K durante le prime fasi (vegetative). Una volta che le piante iniziano a sviluppare frutti, la produzione di foglie viene rallentata portando ad una riduzione del fabbisogno N e Ca, mentre il fabbisogno K aumenta (ad esempio Zekki et al. 1996; Silber, Bar-Tal 2008). Nella lattuga, d’altra parte, un aumento della CE può promuovere la malattia da punta durante le condizioni di crescita a caldo. Huett (1994) ha mostrato una significativa diminuzione del numero di foglie con malattia da punta per pianta quando la CE è stata scesa da 3,6 a 0,4 dS msup-1/sup, così come quando la formulazione nutriente K/Ca è stata ridotta da 3. 5:1 a 1. 25:1. In AP la gestione dei nutrienti è più difficile che in idroponica, poiché dipendono principalmente dalla densità degli stock ittici, dal tipo di mangime e dalla velocità di alimentazione.

4.4.4 Proprietà della soluzione nutritiva

Il fosforo è un elemento che si presenta in forme fortemente dipendenti dal pH ambientale. Nella zona radice, questo elemento può essere trovato come ioni POSUB4/subSUP-3/SUP, HPOSub4/subSUP2-/SUP e HSub2/subposub4/subsup-/SUP, dove gli ultimi due ioni sono le principali forme di P assunte dalle piante. Pertanto, quando il pH è leggermente acido (pH 5—6), la maggiore quantità di P viene presentata in una soluzione nutritiva (De Rijck e Schrevens 1997).

Potassio, calcio e magnesio sono disponibili per le piante in una vasta gamma di pH. Tuttavia, la presenza di altri ioni può interferire nella loro disponibilità vegetale a causa della formazione di composti con diversi gradi di solubilità. Con un pH superiore a 8,3, gli ioni CasUP2+/SUP e MgSUP2+/SUP precipitano facilmente come carbonati reagendo con CoSub3/SubSUP2-/SUP. Anche il solfato forma complessi relativamente forti con CasUP2+/SUP e MGSUP2+/SUP (De Rijck e Schrevens 1998). Man mano che il pH aumenta da 2 a 9, aumenta la quantità di SOSUB4/subSUP2-/SUP che formano complessi solubili con MgSUP2+/SUP come MGSOSub4/sub e KSUP+/SUP come KSOSub4/subsup-/SUP (De Rijck e Schrevens 1999). In generale, la disponibilità di nutrienti per l’assorbimento delle piante a pH superiore a 7 può essere limitata a causa di una precipitazione di boro, FesUP2+/SUP, MNSUP2+/SUP, PoSub4/SubSUP3-/SUP, Casup2+/SUP e MGSUP2+/SUP a causa di sali insolubili e non disponibili. I valori di pH più appropriati della soluzione nutritiva per lo sviluppo delle colture sono compresi tra 5,5 e 6,5 (Sonneveld e Voogt 2009).

4.4.5 Qualità dell’acqua e sostanze nutritive

La qualità dell’acqua fornita è estremamente importante nei sistemi idroponici e AP. Per il ricircolo a lungo termine, la composizione chimica dovrebbe essere ben nota e monitorata frequentemente per evitare uno squilibrio nell’apporto di nutrienti, ma anche per evitare l’accumulo di alcuni elementi che determinino tossicità. De Kreij et al. (1999) hanno presentato una panoramica delle esigenze chimiche in materia di qualità dell’acqua per i sistemi idroponici.

Prima di iniziare, un’analisi dell’approvvigionamento idrico deve essere effettuata sui macro e sui microelementi. Sulla base dell’analisi, è possibile realizzare uno schema per la soluzione nutritiva. Ad esempio, se si utilizza acqua piovana, occorre prestare particolare attenzione a Zn quando la raccolta avviene attraverso grondaie non trattate. Nell’acqua del rubinetto, possono comparire problemi con Na, Ca, Mg, SOSub4/sub e HCOSub3/sub. Inoltre, è possibile utilizzare acqua di superficie e foro che può contenere anche quantità di Na, Cl, K, Ca, Mg, SoSub4/sub e Fe ma anche microelementi come Mn, Zn, B e Cu. Va notato che tutte le valvole e i tubi devono essere fatti di materiali sintetici come PVC e PE e non contenenti parti Ni o Cu.

Accade spesso che l’approvvigionamento idrico contenga una certa quantità di Ca e Mg; pertanto, il contenuto deve essere sottratto dalla quantità contenuta nella soluzione nutritiva per evitare l’accumulo di questi ioni. HCOSub3/sub deve essere compensato preferibilmente con acido nitrico, circa 0,5 mmol LSUP-1/SUP che può essere mantenuto come tampone di pH nella soluzione nutritiva. L’acido fosforico e solforico può anche essere usato per compensare il pH, ma entrambi daranno rapidamente un surplus di Hsub2/subposub4/subsup-/SUP o SOsub4/subSUP2-/SUP nella soluzione nutritiva. Nei sistemi AP l’acido nitrico (HNOSub3/sub) e l’idrossido di potassio (KOH) possono essere utilizzati anche per regolare il pH e contemporaneamente fornire macronutrienti nel sistema (Nozzi et al. 2018).

4.4.5.1 Gestione della qualità dell’acqua

Per la formulazione di soluzioni nutritive, si utilizzano preferibilmente fertilizzanti semplici (granulari, in polvere o liquidi) e sostanze (ad esempio composti acidi) che influenzano il pH. L’integrazione degli elementi nutritivi nella soluzione tiene conto dei valori ottimali delle quantità di ciascun elemento. Questo deve essere fatto in relazione alle esigenze della specie e delle sue cultivar considerando le fasi fenologiche e il substrato. Il calcolo degli integratori nutritivi deve essere effettuato tenendo conto delle condizioni dell’acqua utilizzata, secondo una serie di priorità _rigorose _. Sulla scala prioritaria, magnesio e solfati sono posizionati sul fondo, allo stesso livello, perché hanno meno importanza nutrizionale e le piante non presentano danni anche se la loro presenza è abbondante nella soluzione nutritiva. Questa caratteristica ha un vantaggioso riscontro pratico in quanto consente uno sfruttamento dei due elementi al fine di bilanciare la composizione nutrizionale rispetto ad altri macronutrienti la cui carenza o eccesso può essere negativa per la produzione. Ad esempio, possiamo considerare una soluzione nutritiva in cui è richiesta l’integrazione di solo potassio o solo nitrato. I sali da utilizzare, in questo caso, sono rispettivamente solfato di potassio o nitrato di magnesio. Infatti, se si utilizzasse il nitrato di potassio o il nitrato di calcio più comune, i livelli di nitrato, nel primo caso, e di calcio, nel secondo caso, aumenterebbero automaticamente. Inoltre, quando l’analisi dell’acqua utilizzata mostra uno squilibrio tra cationi e anioni, e per poter calcolare una soluzione nutritiva con la CE in equilibrio, si procede alla correzione dei valori dell’acqua riducendo i livelli di magnesio e/o solfati.

I seguenti punti forniscono linee guida per la formulazione di soluzioni nutritive:

1. Definizione delle specie e delle esigenze di cultivar. Occorre tener conto dell’ambiente di coltivazione e delle caratteristiche dell’acqua. Per soddisfare le esigenze delle piante nei periodi caldi e con radiazioni intense, la soluzione deve avere un tenore di EC e K inferiore, che contrasta con una maggiore quantità di Ca. Invece, quando la temperatura e la luminosità raggiungono livelli sub-ottimali, è consigliabile aumentare i valori della CE e K riducendo quelli della Ca. Per quanto riguarda le cultivar è importante notare che vi sono variazioni sostanziali, soprattutto per i valori del nosub3/subsup-/sup, dovute alla diversa vigorosità vegetativa delle cultivar. Per i pomodori, infatti, vengono utilizzati in media 15 mmol LSUP-1/SUP di Nosub3/subsup-/sup (tabella 4.4), e nel caso delle cultivar caratterizzate da un basso vigore vegetativo e in alcune fasi fenologiche (ad esempio l’impostazione del frutto della quarta capriata), si adotta fino a 20 mM LSUP-1/SUP di Nosub3/subsup-/sup. Nel caso in cui alcuni elementi come Na siano presenti nell’acqua, al fine di ridurne l’effetto, particolarmente negativo per alcune colture, sarà necessario aumentare la quantità di NOSub3/subsup-/SUP e Ca ed eventualmente diminuire il K, mantenendo la CE allo stesso livello.

Tabella 4.4 Soluzione nutriente nella coltivazione idroponica di lattuga (DFT) pomodoro, pepe e cetriolo (lastre di lana di roccia a goccia) nei Paesi Bassi (De Kreiji et al.1999)

tavolo testata tr class = header» th rowspan=“2”/th THPH/Th Thec/th THNHSub4/Sub/Th THK/th THCA/th thmg/th Thnosub3/sub/th THSOSub4/Sub/Th THP/Th THFE/th THMN/Th THZN/th THB/th THCU/th THMO/Th /tr tr class = header» th/th THDs msup-1/sup/th thmmol LSUP-1/SUP/TH thmmol LSUP-1/SUP/TH thmmol LSUP-1/SUP/TH thmmol LSUP-1/SUP/TH thmmol LSUP-1/SUP/TH thmmol LSUP-1/SUP/TH thmmol LSUP-1/SUP/TH thmmol LSUP-1/SUP/TH thmmol LSUP-1/SUP/TH thmmol LSUP-1/SUP/TH thmmol LSUP-1/SUP/TH thmmol LSUP-1/SUP/TH thmmol LSUP-1/SUP/TH /tr /testata tbody tr class=“dispari» TDLattuce (Wageningen UR) /td td5.9/td td1.7/td td1.0/td td4.4/td td4.5/td td1.8/td td10.6/td td1.5/td td1.5/td td28.1/td td1.5/td td6.4/td td47.0/td td1.0/td td0.7/td /tr tr class=“even» TDLattuce/TD td5.8/td td1.2/td td0.7/td td4.8/td td2.3/td td0.8/td td8.9/td td0.8/td td1.0/td td35.1/td td4.9/td td3.0/td td18.4/td td0.5/td td0.5/td /tr tr class=“dispari» TDLattuce/TD td5.8/td td1.2/td td/td td3.0/td td2.5/td td1.0/td td7.5/td td1.0/td td0.5/td td50.0/td td3.7/td td0.6/td td4.8/td td0.5/td td0.01/td /tr tr class=“even» TDTomato generativo/td td5.5/td td2.6-3.0/td td1.2/td td13.0/td td4.2/td td1.9/td td15.4/td td4.7/td td1.5/td td15.0/td td10.0/td td5.0/td td30.0/td td0.8/td td0.5/td /tr tr class=“dispari» TDpomodoro vegetativo/td td5.5/td td2.6/td td1.2/td td8.3/td td5.7/td td2.7/td td15.4/td td4.7/td td1.5/td td15.0/td td10.0/td td5.0/td td30.0/td td0.8/td td0.5/td /tr tr class=“even» TDcetriolo/TD td5.5/td td3.2/td td1.2/td td10.4/td td6.7/td td2.0/td td23.3/td td1.5-2.0/td td1.5-2.0/td td15.0/td td10.0/td td5.0/td td25.0/td td0.8/td td0.5/td /tr tr class=“dispari» TDPepper/TD td5.6/td td2.5-3.0/td td1.2/td td5-7/td td4-5/td td2.0/td td17.0/td td1.8-2.0/td td1.5-2.5/td td25.0/td td10.0/td td7.0/td td30.0/td td1.0/td td0.5/td /tr tr class=“even» TDPropagazione vegetale/td td5.5/td td2.3/td td1.2/td td6.8/td td4.5/td td3.0/td td16.8/td td2.5/td td1.3/td td25.0/td td10.0/td td5.0/td td35.0/td td1.0/td td0.5/td /tr /tbody /tavolo

Adottato e modificato da Vermeulen (2016, comunicazione personale)

2. I calcoli del fabbisogno di nutrienti devono essere ottenuti sottraendo i valori degli elementi chimici dell’acqua dagli elementi chimici sopra definiti. Ad esempio, la necessità stabilita di Mg di peperoni (Capsicum sp.) è 1,5 mM LSUP-1/SUP, avendo l’acqua a 0,5 mM LSUP-1/SUP, e 1,0 mM LSUP-1/SUP di Mg deve essere aggiunto all’acqua (requisito 1,5 — 0,5 acqua di alimentazione = 1,0).

3. Scelta e calcolo dei fertilizzanti e degli acidi da utilizzare. Ad esempio, dovendo fornire Mg, come nell’esempio del punto 2 sopra, può essere utilizzato MGSOSub4/sub o Mg (NoSub3/sub) sub2/sub. Sarà presa una decisione tenendo conto anche del contributo collaterale del solfato o del nitrato.

4.6 Confronto tra produzione idroponica e acquaponica

Durante il loro ciclo di vita, le piante hanno bisogno di diversi macro e microelementi essenziali per lo sviluppo regolare (boro, calcio, carbonio, cloro, rame, idrogeno, ferro, magnesio, manganese, molibdeno, azoto, ossigeno, fosforo, potassio, zolfo, zinco), solitamente assorbito dalla soluzione nutritiva (Bittsanszky et al. 2016). La concentrazione dei nutrienti e il rapporto tra loro sono le variabili più importanti in grado di influenzare l’assorbimento delle piante. Nei sistemi AP i rifiuti metabolici dei pesci contengono sostanze nutritive per le piante, ma bisogna tener conto, soprattutto a scala commerciale, che le concentrazioni di nutrienti fornite dai pesci nei sistemi AP sono significativamente inferiori e sbilanciate per la maggior parte dei nutrienti rispetto ai sistemi idroponici (Nicoletto et al. 2018). Di solito, in AP, con tassi di allevamento adeguati, i livelli di nitrato sono sufficienti per una buona crescita delle piante, mentre i livelli di K e P sono generalmente insufficienti per la crescita massima delle piante. Inoltre, anche il calcio e il ferro potrebbero essere limitati. Ciò può ridurre la resa e la qualità delle colture e quindi l’integrazione dei nutrienti dovrebbe essere effettuata per sostenere un efficiente riutilizzo dei nutrienti. Le comunità microbiche svolgono un ruolo cruciale nella dinamica nutriente dei sistemi AP (Schmautz et al. 2017), convertendo l’ammonio in nitrato, ma contribuendo anche alla lavorazione del particolato e dei rifiuti disciolti nel sistema (Bittsanszky et al. 2016). L’assorbimento delle piante di N e P rappresenta solo una frazione della quantità rimossa dall’acqua (Trang e Brix 2014), indicando che i processi microbici nella zona radicale delle piante, e nel substrato (se presente) e in tutto il sistema, svolgono un ruolo importante.

La composizione dei mangimi per pesci dipende dal tipo di pesce e questo influenza il rilascio di nutrienti dalla produzione metabolica del pesce. Tipicamente, il mangime per pesci contiene una fonte di energia (carboidrati e/o lipidi), aminoacidi essenziali, vitamine, così come altre molecole organiche necessarie per il normale metabolismo, ma alcune che le cellule del pesce non possono sintetizzare. Inoltre, si deve tener conto del fatto che le esigenze nutrizionali di una pianta variano a seconda delle specie (Nozzi et al. 2018), della varietà, della fase del ciclo di vita, della durata del giorno e delle condizioni meteorologiche e che recentemente (Parent et al. 2013; Baxter 2015), la legge di Liebig (la crescita delle piante è controllata dalla risorsa più scarsa) ha è stato sostituito da algoritmi complessi che considerano le interazioni tra i singoli nutrienti. Entrambi questi aspetti non consentono una semplice valutazione degli effetti delle variazioni delle concentrazioni di nutrienti nei sistemi idroponici o AP.

Si pone quindi la questione se sia necessario ed efficace aggiungere sostanze nutritive ai sistemi AP. Come riportato da Bittsanszky et al. (2016), i sistemi AP possono essere utilizzati in modo efficiente e quindi con successo solo se si presta particolare attenzione attraverso il monitoraggio continuo della composizione chimica dell’acqua di ricircolo per ottenere concentrazioni e rapporti adeguati dei nutrienti e del componente potenzialmente tossico, ammonio. La necessità di aggiungere sostanze nutritive dipende dalle specie vegetali e dallo stadio di crescita. Spesso, sebbene la densità del pesce sia ottimale per l’apporto di azoto, l’aggiunta di P e K con fertilizzanti minerali, almeno, dovrebbe essere effettuata (Nicoletto et al. 2018). A differenza, per esempio, della lattuga, dei pomodori che hanno bisogno di dare frutti, maturare e maturare, hanno bisogno di nutrienti supplementari. Per calcolare queste esigenze, è possibile utilizzare un software, come Hydrobuddy che è un software libero (Fernandez 2016) che viene utilizzato per calcolare la quantità di integratori nutritivi minerali richiesti.