Biologia vegetale di base

Questa sezione commenta brevemente le parti principali della pianta e poi discute la nutrizione vegetale (Figura 6.3). Ulteriori discussioni non rientrano nell’ambito di questa pubblicazione, ma ulteriori informazioni sono reperibili nella sezione «Ulteriori letture».

Anatomia e funzione delle piante di base

Radici

Le radici assorbono acqua e minerali dal terreno. Piccoli peli di radice sporgono dalla radice, aiutando il processo di assorbimento. Le radici aiutano ad ancorare la pianta nel terreno, impedendo che cada. Le radici conservano anche cibo extra per un uso futuro. Le radici nella cultura senza terreno mostrano differenze interessanti rispetto alle piante standard in terra. Nella cultura senza suolo, acqua e sostanze nutritive vengono costantemente forniti alle piante, che sono facilitati nella loro ricerca di nutrienti e possono crescere più velocemente. La crescita delle radici nell’idroponica può essere significativa per l’assorbimento intenso e l’apporto ottimale di fosforo che stimola la loro crescita. Vale la pena notare che le radici mantengono quasi il 90% dei metalli assorbiti dalle piante, che includono ferro, zinco e altri micronutrienti utili.

Gambi

Gli steli sono la principale struttura di supporto della pianta. Agiscono anche come sistema idraulico della pianta, conducendo acqua e sostanze nutritive dalle radici ad altre parti della pianta, trasportando anche il cibo dalle foglie ad altre aree. Gli steli possono essere erbacei, come il gambo pieghevole di una margherita, o legnosi, come il tronco di una quercia.

Foglie

La maggior parte del cibo in una pianta è prodotta nelle foglie. Le foglie sono progettate per catturare la luce solare, che la pianta utilizza per produrre cibo attraverso un processo chiamato fotosintesi. Le foglie sono anche importanti per la traspirazione dell’acqua.

Fiori

I fiori sono la parte riproduttiva della maggior parte delle piante. I fiori contengono polline e piccole uova chiamate ovuli. Dopo l’impollinazione del fiore e la fecondazione dell’ovulo, l’ovulo si sviluppa in un frutto. Nelle tecniche senza terreno, la pronta consegna del potassio prima della fioritura può aiutare le piante ad avere migliori impostazioni di frutta.

frutta/semi

I frutti sono parti sviluppate di ovaie di fiori che contengono semi. I frutti includono mele, limoni e melograni, ma includono anche pomodori, melanzane, chicchi di mais e cetrioli. Questi ultimi sono considerati frutti in senso botanico perché contengono semi, anche se in una definizione culinaria sono spesso indicati come verdure. I semi sono le strutture riproduttive delle piante e i frutti servono per aiutare a diffondere questi semi. Le piante da frutto hanno un fabbisogno di nutrienti diverso rispetto alle verdure a foglia verde, in particolare richiedono più potassio e fosforo.

Fotosintesi

Tutte le piante verdi sono progettate per generare il proprio cibo utilizzando il processo di fotosintesi (Figura 6.4). La fotosintesi richiede ossigeno, anidride carbonica, acqua e luce. All’interno della pianta ci sono piccoli organelli chiamati cloroplasti che contengono clorofilla, un enzima che utilizza l’energia della luce solare per rompere l’anidride carbonica atmosferica (CO₂) e creare molecole di zucchero ad alta energia come il glucosio. Essenziale per questo processo è l’acqua (H₂O). Questo processo rilascia ossigeno (O₂) ed è storicamente responsabile di tutto l’ossigeno presente nell’atmosfera. Una volta create, le molecole di zucchero vengono trasportate in tutta la pianta e utilizzate successivamente per tutti i processi fisiologici come la crescita, la riproduzione e il metabolismo. Di notte, le piante usano questi stessi zuccheri, così come ossigeno, per generare l’energia necessaria per la crescita. Questo processo è chiamato respirazione.

È fondamentale localizzare un’unità acquaponica in un luogo in cui ogni pianta avrà accesso alla luce solare. Ciò garantisce un’energia adeguata per la fotosintesi. L’acqua dovrebbe essere sempre disponibile per le radici attraverso il sistema. L’anidride carbonica è liberamente disponibile dall’atmosfera, anche se in una coltura indoor molto intensa è possibile che le piante utilizzino tutta l’anidride carbonica nell’area chiusa e necessitino di ventilazione.

Requisiti di nutrienti

Oltre a questi requisiti di base per la fotosintesi, le piante hanno bisogno di una serie di sostanze nutritive, denominate anche sali inorganici. Questi nutrienti sono necessari per gli enzimi che facilitano la fotosintesi, per la crescita e la riproduzione. Questi nutrienti possono essere protratti dal terreno. Tuttavia, in assenza di terreno, questi nutrienti devono essere forniti in un altro modo. Nell’acquaponica, tutti questi nutrienti essenziali provengono dai rifiuti di pesce.

Esistono due categorie principali di nutrienti: macronutrienti e micronutrienti. Entrambi i tipi di nutrienti sono essenziali per le piante, ma in quantità diverse. Sono necessarie quantità molto maggiori dei sei macronutrienti rispetto ai micronutrienti, che sono necessari solo in tracce. Sebbene tutti questi nutrienti esistano nei rifiuti solidi di pesce, alcuni nutrienti possono essere limitati in quantità in acquaponica e causare carenze, ad esempio potassio, calcio e ferro. Una comprensione di base della funzione di ciascun nutriente è importante per apprezzare come influenzano la crescita delle piante. Se si verificano carenze di nutrienti, è importante identificare quale elemento è assente o mancante nel sistema e regolare il sistema di conseguenza aggiungendo fertilizzante supplementare o aumentando la mineralizzazione.

Macronutrienti

Ci sono sei sostanze nutritive di cui le piante hanno bisogno in quantità relativamente grandi. Questi nutrienti sono azoto, fosforo, potassio, calcio, magnesio e zolfo. La seguente discussione illustra la funzione di questi macronutrienti all’interno della pianta. I sintomi delle carenze sono anche elencati al fine di aiutare a identificare i problemi.

**L’azoto (N) ** è la base di tutte le proteine. È essenziale per la costruzione di strutture, la fotosintesi, la crescita cellulare, i processi metabolici e la produzione di clorofilla. Come tale, l’azoto è l’elemento più comune in una pianta dopo il carbonio e l’ossigeno, entrambi ottenuti dall’aria. L’azoto è quindi l’elemento chiave della soluzione nutritiva acquaponica e funge da indicatore proxy facile da misurare per altri nutrienti. Di solito, l’azoto disciolto è sotto forma di nitrato, ma le piante possono utilizzare quantità moderate di ammoniaca e persino amminoacidi liberi per consentirne la crescita. Le carenze di azoto sono evidenti e includono ingiallimento delle foglie più vecchie, steli sottili e scarso vigore (Figura 6.5a). L’azoto può essere riallocato all’interno dei tessuti vegetali e quindi viene mobilitato da foglie più vecchie e consegnato a una nuova crescita, motivo per cui si riscontrano carenze nella crescita più vecchia. Una sovrabbondanza di azoto può causare una crescita vegetativa in eccesso, con conseguente rigogliosa, piante morbide suscettibili a malattie e danni agli insetti, oltre a causare difficoltà nel set di fiori e frutta.

**Fosforo (P) ** è utilizzato dalle piante come spina dorsale del DNA (acido desossiribonucleico), come componente strutturale delle membrane fosfolipidi e come adenosina trifosfato (il componente per immagazzinare energia nelle cellule). È essenziale per la fotosintesi, così come per la formazione di oli e zuccheri. Incoraggia la germinazione e lo sviluppo delle radici nelle piantine. Le carenze di fosforo causano generalmente uno scarso sviluppo delle radici perché l’energia non può essere trasportata correttamente attraverso la pianta; le foglie più vecchie appaiono di colore verde opaco o addirittura marrone violaceo, e le punte delle foglie appaiono bruciate.

**Potassio (K) ** viene utilizzato per la segnalazione cellulare tramite flusso ionico controllato attraverso le membrane. Il potassio controlla anche l’apertura stomatica ed è coinvolto nel set di fiori e frutta. Si occupa della produzione e del trasporto di zuccheri, assorbimento di acqua, resistenza alle malattie e maturazione dei frutti. La carenza di potassio si manifesta come macchie bruciate sulle foglie più vecchie e scarso vigore delle piante e turgore (Figura 6.5b). Senza potassio, fiori e frutti non si svilupperanno correttamente. La clorosi interveinale, o ingiallimento tra le vene delle foglie, può essere visto ai margini.

**Il calcio (Ca) ** viene utilizzato come componente strutturale sia delle pareti cellulari che delle membrane cellulari. È coinvolto nel rafforzamento degli steli e contribuisce allo sviluppo delle radici. Le carenze sono comuni nell’idroponica e sono sempre evidenti nella nuova crescita perché il calcio è immobile all’interno della pianta. Brucia punta di lattuga e marciume fine fiore di pomodori e zucchinis sono esempi di carenza. Spesso, nuove foglie sono distorte con punte agganciate e forme irregolari. Il calcio può essere trasportato solo attraverso la traspirazione attiva dello xilem, quindi quando le condizioni sono troppo umide, il calcio può essere disponibile ma bloccato perché le piante non sono traspiranti. Aumentare il flusso d’aria con prese d’aria o ventole può prevenire questo problema. L’aggiunta di sabbia corallina o carbonato di calcio può essere utilizzata per integrare il calcio in acquaponica con l’ulteriore vantaggio di tamponare il pH.

**Magnesio (Mg) ** è l’accettore centrale di elettroni nelle molecole di clorofilla ed è un elemento chiave della fotosintesi. Le carenze possono essere viste come ingiallimento delle foglie tra le vene specialmente nelle parti più vecchie della pianta. Sebbene la concentrazione di magnesio sia talvolta bassa in acquaponica, non sembra essere un nutriente limitante e l’aggiunta di magnesio al sistema è generalmente inutile.

**Lo zolfo (S) ** è essenziale per la produzione di alcune proteine, tra cui la clorofilla e altri enzimi fotosintetici. Gli amminoacidi metionina e cisteina contengono entrambi zolfo, che contribuisce alla struttura terziaria di alcune proteine. Le carenze sono rare, ma includono l’ingiallimento generale dell’intero fogliame in una nuova crescita (Figura 6.5c). Le foglie possono diventare gialle, rigide e fragili e cadere.

Micronutrienti

Di seguito è riportato un elenco di sostanze nutritive che sono necessarie solo in tracce. La maggior parte delle carenze di micronutrienti comporta l’ingiallimento delle foglie (come ferro, manganese, molibdeno e zinco). Tuttavia, le carenze di rame causano alle foglie di scurire il loro colore verde.

**Il ferro (Fe) ** viene utilizzato nei cloroplasti e nella catena di trasporto degli elettroni ed è fondamentale per una corretta fotosintesi. Le carenze sono viste come ingiallimento intervenoso, seguito dall’intero fogliame che diventa giallo pallido (clorotico) e infine bianco con macchie necrotiche e margini fogliari distorti. Poiché il ferro è un elemento non mobile, le carenze di ferro (Figura 6.5d) sono facilmente identificabili se nuove foglie appaiono clorotiche. Il ferro deve essere aggiunto come ferro chelato, altrimenti noto come ferro sequestrato o feiEDTA, poiché il ferro è idoneo a precipitare a pH superiore a 7. L’aggiunta consigliata è di 5 millilitri per 1 m² di letto coltivato ogni volta che si sospettano carenze; una quantità maggiore non danneggia il sistema, ma può causare scolorimento di serbatoi e tubi. È stato suggerito che le pompe ad azionamento magnetico sommerse possano sequestrare il ferro ed essere oggetto di ricerche in corso.

**Manganese (Mg) ** viene utilizzato per catalizzare la scissione dell’acqua durante la fotosintesi e, come tale, il manganese è importante per l’intero sistema di fotosintesi. Le carenze si manifestano come tassi di crescita ridotti, un aspetto grigio opaco e ingiallimento intervenoso tra le vene che rimangono verdi, seguito da necrosi. I sintomi sono simili alle carenze di ferro e includono la clorosi. L’assorbimento del manganese è molto basso a pH superiore a 8.

**Boro (B) ** è usato come una sorta di catalizzatore molecolare, particolarmente coinvolto nei polisaccaridi strutturali e glicoproteine, nel trasporto di carboidrati e nella regolazione di alcune vie metaboliche nelle piante. È anche coinvolto nella riproduzione e nell’assorbimento di acqua da parte delle cellule. Le carenze possono essere viste come sviluppo di gemme incompleto e set di fiori, interruzione della crescita e necrosi della punta e necrosi del fusto e della radice.

**Lo zinco (Zn) ** viene utilizzato dagli enzimi e anche nella clorofilla, influenzando le dimensioni complessive delle piante, la crescita e la maturazione. Le carenze possono essere notate come scarso vigore, crescita stentata con ridotta lunghezza internodale e dimensione delle foglie, e clorosi endovenosa che può essere confusa con altre carenze.

**Rame (Cu) ** è usato da alcuni enzimi, specialmente nella riproduzione. Aiuta anche a rafforzare gli steli. Le carenze possono includere clorosi e punte di foglie marroni o arancioni, ridotta crescita dei frutti e necrosi. A volte, la carenza di rame mostra come una crescita anormalmente verde scuro.

**Molibdeno (Mo) ** è utilizzato dalle piante per catalizzare reazioni redox con diverse forme di azoto. Senza molibdeno sufficiente, le piante possono mostrare sintomi di carenza di azoto anche se l’azoto è presente. Il molibdeno non è biologicamente disponibile a pH inferiore a 5.

La disponibilità di molti di questi nutrienti dipende dal pH (vedere paragrafo 6.4 per la disponibilità dipendente dal pH) e, sebbene i nutrienti possano essere presenti, possono essere inutilizzabili a causa della qualità dell’acqua. Per ulteriori dettagli sulle carenze di nutrienti al di fuori dell’ambito di questa pubblicazione, si rimanda alla sezione «Ulteriori letture» per le guide illustrate all’identificazione.

Fonti acquaponiche di nutrienti

L’azoto viene fornito alle piante acquaponiche principalmente sotto forma di nitrato, convertito dall’ammoniaca dei rifiuti di pesce attraverso la nitrificazione batterica. Alcuni degli altri nutrienti sono disciolti nell’acqua dai rifiuti di pesce, ma la maggior parte rimane allo stato solido che non è disponibile per le piante. I rifiuti solidi di pesce sono scomposti da batteri eterotrofici; questa azione rilascia i nutrienti essenziali nell’acqua. Il modo migliore per garantire che le piante non soffrano di carenze è mantenere il pH ottimale dell’acqua (6-7) e alimentare i pesci con una dieta equilibrata e completa, e utilizzare il rapporto di velocità di alimentazione per bilanciare la quantità di mangime per pesci alle piante. Tuttavia, nel tempo, anche un sistema aquaponico perfettamente bilanciato può diventare carente di alcuni nutrienti, il più delle volte ferro potassio o calcio.

Le carenze di questi nutrienti sono il risultato della composizione del mangime per pesci. I pellet di mangime per pesci (discussi nel capitolo 7) sono un alimento completo per il pesce, il che significa che forniscono tutto ciò di cui un pesce ha bisogno per crescere, ma non necessariamente tutto il necessario per la crescita delle piante. I pesci semplicemente non hanno bisogno delle stesse quantità di ferro, potassio e calcio richieste dalle piante. Come tale, possono verificarsi carenze in questi nutrienti. Questo può essere problematico per la produzione di impianti, ma ci sono soluzioni disponibili per garantire quantità adeguate di questi tre elementi.

In generale, il ferro viene regolarmente aggiunto come ferro chelato nel sistema aquaponico per raggiungere concentrazioni di circa 2 mg/l. Calcio e potassio vengono aggiunti quando si tampona l’acqua per correggere il pH, poiché la nitrificazione è un processo acidificante. Questi sono aggiunti come idrossido di calcio o idrossido di potassio, o come carbonato di calcio e carbonato di potassio (cfr. capitolo 3 per maggiori dettagli). La scelta del tampone può essere scelta in base al tipo di pianta coltivata, poiché le verdure a foglia verde possono aver bisogno di più calcio, e le piante da frutto più potassio. Inoltre, il capitolo 9 illustra come produrre semplici fertilizzanti organici da compost da utilizzare come integratori per i rifiuti di pesce, assicurando che le piante ricevano sempre la giusta quantità di nutrienti.

*Fonte: Organizzazione delle Nazioni Unite per l’alimentazione e l’agricoltura, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus e Alessandro Lovatelli, piccola produzione alimentare acquaponica, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Riprodotto con permesso. *