La coltivazione fuori suolo: aspetti impiantistici e gestionali

F. Giuffrida, C. Leonardi

francesco.giuffrida@unict.it

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI CATANIA

La coltivazione fuori suolo: cosa è?

La coltivazione fuori suolo: cosa è?

Assenza del terreno agrario Minore disponibilità idrica e minerale

Natura della Volume Acqua  Acqua rizosfera della 

rizosfera(L/pianta)

qdisponibile

(%)

qdisponibile

(L/pianta)

Suolo (sabbioso) 150 8 12

Perlite 6 10 0.6

Perlite/torba 6 28 1 7Perlite/torba 6 28 1.7

Nutrient film technique (NFT)

1q ( )

La coltivazione fuori suolo: perché?

Altri fumiganti (D-D soil)

Bromuro di metile Colture fuori metile suolo

bInnesto erbaceoSolarizzazione

La coltivazione fuori suolo: perché?La coltivazione fuori suolo: perché?

Vantaggi• Maggiore efficienza d’uso di

Svantaggi• Maggiore efficienza d uso di

acqua e nutrienti• Miglior controllo delle condizioni

fit it i

• Costi di impianto elevati• Elevata specializzazione del

personalefitosanitarie

• Standardizzazione delle produzioni

• Strutture di protezione non adeguate

• Smaltimento di materiali • Automazione (substrati, contenitori, ecc.)

Superficie delle aziende interessate alla

l ti t tt i l i d

Superficie delle aziende interessate alla coltivazione fuori suolo (ha).

relativa a tutte per singola aziendasuperficie le aziende Minima Media Massima

Totale 189.3 0.4 4.4 30.0

Coperta 131.8 0.2 3.4 25.0

Fuori suolo 25.8 0.1 0.6 2.0

< 1 % della superficie coperta p pdel territorio considerato

~ 20 % della superficie coperta aziendale

Incidenza percentuale della superficie occupata dai sistemi di coltivazione fuori suolo in rapporto alla natura del substrato

Substrati Superficie (%)

coltivazione fuori suolo in rapporto alla natura del substrato

Lapillo vulcanico 22.9 Pietra lavica frantumata 17.3 Argilla espansa 12.8 Argilla espansa + fibra di cocco 11 6 Argilla espansa + fibra di cocco 11.6 Torba + perlite + lapillo vulcanico 6.5 Fibra di cocco + perlite 6.2 Lana di roccia 5.2 Sabbia 5.0 Argilla espansa + torba 4.7 Fibra di cocco 3.5 Torba 3 1 Torba 3.1 Perlite 0.46 Fibra di cocco + lapillo vulcanico 0.43 Vinacce + pietra lavica frantumata 0.31 p

Incidenza percentuale della superficie occupata dai sistemi di coltivazione fuori suolo in rapporto alla natura del contenitore

Contenitori Superficie(%) Vaso in plastica 42.7 pCanalina in polipropilene 30.2 Canalina in polistirolo 12.2 C n lin in p li til n 7 6 Canalina in polietilene 7.6 Sacchi orizzontali 5.4 Canalina in cemento 1.9

Elevata variabilità dei contenitori e dei substrati adottati

Maggiori difficoltà nella messa a punto di

e dei substrati adottati

Maggiori difficoltà nella messa a punto dicriteri per la gestione della soluzione nutritiva

39.5 %60 5 %60.5 %

Numero degli interventi irrigui e volume di soluzione t iti t t i i t t

i t ti i i i l / i t

nutritiva apportata per ciascun intervento

n. interventi irrigui volume/pianta

Autunno-inverno

Primavera-estate

ml inverno -estate

minimo 1 3 50

Medio 5 11 254 Medio 5 11 254

massimo 12 25 2000

L’estrema variabilità sia del volume che della frequenzadella fertirrigazione non sempre è apparsa correlata condella fertirrigazione non sempre è apparsa correlata conle diverse caratteristiche dei substrati o con le esigenzedelle differenti colturedelle differenti colture

Concentrazione dei Concentrazione dei macroelementi (mg/l)

nelle soluzioni nutritive

Azoto Fosforo Potassio Calcio Magnesio N P K C M

impiegate per il pomodoro

pH 5.5 ÷ 6.5 N P K Ca Mg 270 47.5 359 235 63.4 200 30.8 232 190 53 210 28 6 277 210 42

pCE 2.5 ÷ 4.1 dS/m

210 28.6 277 210 42 200 26.4 224 225 49 298 93.7 458 78 80 189 46 2 294 273 50 189 46.2 294 273 50

media 227.8 45.5 307.3 201.8 56.2

carenza di informazioni circa la composizione della soluzionecarenza di informazioni circa la composizione della soluzionenutritiva più idonea per il pomodoro nell’area oggetto diindagineg

apporto di nutrienti calibrato anche alla tipologia varietale

Principali caratteristiche per la scelta e la gestione di un substrato di coltivazionegestione di un substrato di coltivazione

Caratteristiche fisiche:‐ Densità apparente‐ Porosità

Caratteristiche fisiche:‐ Densità apparente‐ Porosità‐ Porosità‐ Capacità per l’aria‐ Capacità per l’acqua o di ritenzione idricaC l ifi t

‐ Porosità‐ Capacità per l’aria‐ Capacità per l’acqua o di ritenzione idricaC l ifi t‐ Calore specifico apparente‐ Calore specifico apparente

Caratteristiche chimiche:‐ Capacità di scambio cationico (CSC)pH

Caratteristiche chimiche:‐ Capacità di scambio cationico (CSC)pH‐ pH

‐ Salinità‐ Contenuto in nutrienti

‐ pH‐ Salinità‐ Contenuto in nutrienti

Substrato Densità Porosità Capacità Capacità AcquaSubstrato Densitàapparente (kg/m3)

Porosità totale (% vol.)

Capacità aria (% vol.)

Capacità acqua (% vol.)

Acqua facilmente disponibile (% vol.)( )

Lana di roccia 80‐90 94‐97 10‐15 80‐85 75‐80Lana di roccia 80 90 94 97 10 15 80 85 75 80

Argilla espansa (4 10 mm)

500‐600 85‐90 60‐70 35‐40 10‐15(4‐10 mm)

Perlite (0.2‐1 mm)

150‐200 85‐90 25‐30 50‐60 35‐40

Perlite (1‐4 mm)

80‐120 85‐90 50‐60 30‐35 10‐15

Fibra di cocco 90 90 95 25 30 65 70 35 40Fibra di cocco 90 90‐95 25‐30 65‐70 35‐40

Substrato Capacità di pHSubstrato Capacità di scambio cationica 

(meq/100g)

pH

Lana di roccia 0 2 7 7 5Lana di roccia 0.2 7‐7.5

Argilla espansa (4‐10 mm) 10‐15 5‐7

Perlite (0.2‐1 mm) 1.5‐4 7‐7.5( )

Perlite (1‐4 mm) 1.5‐4 7‐7.5

Torba bionda 100‐200 2.5‐4

Fibra di cocco 60‐130 5‐6.8

Scelta del substrato

- Costo e reperibilità- Caratteristiche standardizzate

Gestione alimentazione idrica e minerale- Gestione alimentazione idrica e minerale- Riutilizzo- SmaltimentoSmaltimento

La gestione dell’irrigazione

È importantissima e da essa dipendono i risultati produttivi della coltura

Carenza idrica determina stress alla coltura i ifi ti id i i d i li lli d tti icon significative riduzioni dei livelli produttivi

òEccesso idrico può determinare: /asfissia radicale (ridotto accrescimento della pianta) nei substrati con bassa capacità per l’aria e p p/spreco di acqua e nutrienti nei sistemi di coltivazione a ciclo aperto

EnnaEnna

CataniaCatania

TrapaniTrapani

PalermoPalermo

MessinaMessina

CaltanissettaCaltanissetta

RagusaRagusa

SiracusaSiracusa

AgrigentoAgrigento

Carta regionale delle zone vulnerabili

da nitrati di origine agricola

Regione Siciliana

Assessorato Agricoltura e ForesteDipartimento Regionale Interventi Strutturali

Assessorato Territorio ed AmbienteDipartimento Regionale Territorio ed Ambiente

Febbraio 2005

1:250.000Scala

Realizzazione cartografica a cura di:

0 10 20 30 40 505

Km

Legenda

Zone non vulnerabili

Zone vulnerabili

Province

Bacini Idrografici

Specchi d'acqua

Idrografia

La gestione dell’irrigazione

Le due principali variabili da considerare sono:

Dose / volume di acqua da apportare ad ogni intervento

Frequenza / momento dell’intervento irriguo

Dipende dalle caratteristiche idrologiche del substrato

Dipende dal consumo idrico della coltura

e dalla percentuale di dilavamento necessaria per contenere l’accumulo di sali nel

(evapotraspirazione)

substrato

Dose

Di norma si fa riferimento all’acqua facilmente disponibile considerando diverse soglie per l’intervento (% AFD)

Substrato Acqua facilmenteSubstrato Acqua facilmente disponibile (% 

vol.)

L di i 75 80Lana di roccia 75‐80

Argilla espansa (4‐10 mm) 10‐15

Perlite (0.2‐1 mm) 35‐40

Perlite (1‐4 mm) 6‐12

Fibra di cocco 35‐40

Volumeirrig. 14 %

tota

leos

ità

tPo

ro

Frequenza dell’irrigazione )

E’ legata al consumo di acqua dellacoltura la cui misurazione fa

a) criteri empirici(frequenze e volumi diirrigazione controllati da

ti l ti llcoltura la cui misurazione fariferimento a:

a) criteri empirici

un timer, regolati sullabase dell’esperienzaacquisita dall’operatore)) p

a) alla stima dell’evapotraspirazione

a) al contenuto in acqua del substrato

b) Stima dell’evapotraspirazione (ETE)

‐ETE (mm) Equazione di Penman‐Monteith

‐ETE (mm)= ETE/ETP x 0 4 x RG (MJ/m2)L t i i è i fl t d ETE (mm)  ETE/ETP x 0.4 x RG (MJ/m )ETE/ETP = 0.7‐0.8

‐ETE (mm)= a LAI x RG x 0.4 + b x LAI x VPD

La traspirazione è influenzata da:‐Radiazione‐Deficit di vapore (VPD)Area fogliare (LAI) ( )

a=0.2‐0.4; b=0.01‐0.2

mm= litri/m2

‐Area fogliare (LAI)‐Resistenza stomatica (stato idrico e specie)

c) Contenuto volumetrico di acqua nel substratosubstrato

- Direttamente: s s i TDR FDRsensori TDR, FDR

- Indirettamente (curva di ritenzione): tensiometri

Non molto attendibili per substrati grossolanig

Nutrienti trattenuti dal substratoAltri aspetti da considerare

nella scelta/gestione del Nutrienti trattenuti dal substrato

Nutrienti nella soluzione circolante

nella scelta/gestione del substrato:

La capacità di Nutrienti nella soluzione circolanteLa capacità di scambio ionico

Substrato Capacità di scambio cationica 

(meq/100g)

pH

(meq/100g)

Lana di roccia 0.2 7‐7.5

Argilla espansa (4‐10 mm) 10‐15 5‐7

Perlite (0.2‐1 mm) 1.5‐4 7‐7.5

Perlite (1‐4 mm) 1.5‐4 7‐7.5

T b bi d 100 200 2 5 4Torba bionda 100‐200 2.5‐4

Fibra di cocco 60‐130 5‐6.8

Altri aspetti da considerare pnella scelta/gestione del

substrato:

Inerzia chimica del substrato

Equilibrio rapido nei substrati a q pbassa CSCEquilibrio lento (anche settimane) nei substrati ad elevata CSC

Substrato inorganico: es. perliteSubstrato organico: es. fibra di coccog

Altri aspetti da considerare Altr aspett da cons derare nella scelta/gestione del

substrato:

Il reimpiego

Reimpiego Aria(%)

AFD(%)

Fibra di cocco No 35.0 27.4- Modifiche nella granulometria e nella composizione

Si 24.4 30.3Sabbia No 30.7 19.2

Si 13 4 34 4

e nella composizione

- Variazione rapporti aria-acquaSi 13.4 34.4

- Problemi fitosanitari

Altri aspetti da considerare nella scelta/gestione del

substrato: substrato

Lo smaltimento

Sottoprodotto (reimpiego in altra à)attività)

Rifiuto (obbligo di smaltimento, codici CER)

Substrati naturaliSubstrati artificiali

SUBSTRATI ORGANICI‐Elevata capacità di ritenzione idrica e di scambio ionico M i i i i‐Maggiore inerzia termica‐Smaltimento più agevole (sottoprodotto)‐Variabilità delle caratteristiche e rapida modificazioneReimpiego del substrato limitato (in generale non superiore a tre anni)‐Reimpiego del substrato limitato (in generale non superiore a tre anni)

SUBSTRATI INORGANICI‐Contenuta capacità di ritenzione idrica e di scambio ionico‐Smaltimento (sottoprodotto/rifiuto)‐Caratteristiche standard e costanti per un tempo più lungo‐Il reimpiego può essere protratto per molti anni (di norma superiore ai tre anni)

Rapporti aria acqua in perlite in rapporto ll f d l t it

Acqua facilmente disponibile + acqua di riserva (AFD + AR)

alla forma del contenitore

AriaAcqua facilmente disponibile + acqua di riserva (AFD + AR)Acqua difficilmente disponibile (ADD)Materiale solido (MS)

33.3 %37.0 %

ARIAAFD+AR

22.7 %41.7 %

24.5 %4.2 %

ADDMS

31.4 %4.2 %

-Preparazione della soluzione nutritiva

Impianti di f soluzione nutritiva

-Gestione della soluzione nutritiva

fertirrigazione

soluzione nutritiva

Integrati in una sola macchina o separati

Acqua

macchina o separati

IniettoriIniettori

A B

Iniettore

Acido

Le diverse configurazioni

La soluzione nutritiva nelle coltivazioni fuori suolo

- Composizione: rapporti ionici e concentrazione- Conducibilità elettrica- Conducibilità elettrica- pH

Steiner, 1984

C si i d ll s l i t iti i i t ll Composizione della soluzione nutritiva impiegata nella coltivazione fuori suolo del peperone (mM/L)*

NO3- H2PO4

- K+ Ca++ Mg++ SO4-- NH4

+

Min 12.0 1.0 5.8 3.3 1.0 1.0 0.0M di 12 9 1 2 6 6 3 7 1 1 1 1 0 4Media 12.9 1.2 6.6 3.7 1.1 1.1 0.4Max 14.0 1.5 7.5 4.0 1.3 1.3 1.0

* da Hoagland 1950; Sonneveld 1996; Lycoskoufis 2005; Navarro 2006; Savvas 2007

N P K

(kg/t) (kg/t) (kg/t)

Ciclo chiuso (prim.-est.) ∆ 1 4.5 1.8 11.7Ciclo chiuso (prim. est.) ∆ 1 4.5 1.8 11.7

Ciclo aperto (prim.-est.) 30% 2.3 2.0 10.7

Su suolo (cicli diversi) 2.6 0.7 3.4

Nutrienti rilasciati nell'ambiente riferitialla produzione commerciale

20m

M /

L)15

, NO

3-(m

5

10

CA

0

5

Traspirazione (L/h)

0 0.1 0.2 0.3Traspirazione (L/h)

Concentrazione di assorbimento (CA) di nitrato in rapporto al

consumo di acqua

100 % 60 %

NO3- 12.0 7.20

NH4+ 0.25 0.15

H2PO4- 1.25 0.65

K+ 6 25 3 75K , 6.25 3.75Ca++ 3.25 1.95Mg++ 1.13 0.68

Produzione per pianta

Soluzione C mm ci l Non commerciale T t l

SO4-- 1.0 0.60

nutritiva Commerciale (BER) Totale

Numero Peso (g)

Numero Peso(g)

Numero Peso(g)(g) (g) (g)

100% 8.3 1469 4.7 573 12.9 2043

60% 9.5 1755 2.4 253 11.9 2008

Significatività n.s. * * * n.s. n.s.

“INNOVAZIONE IN AGRICOLTURA:TECNICHE DI COLTIVAZIONE FUORI SUOLO”

20 Maggio 20130 agg o 0 3c/o Ispettorato Agrario - Via Ugo La Malfa – Ragusa

Gli aspetti impiantistici e gestionali nelle coltivazioni fuori suolo ….. Alcune considerazioni …..

• Sono disponibili le conoscenze e la tecnologia per una corretta gestione di tali sistemi

• Le varianti possono essere molteplici e le scelte sotto il profilo gestionale ed impiantistico devono essere ben ponderate

• Necessità di una idonea formazione dell’operatore (agricoltore/tecnico)

• Maggiore connessione fra le figure coinvolte per aspetti relativi agliMaggiore connessione fra le figure coinvolte per aspetti relativi agli adeguamenti impiantisti e gestionali

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI CATANIA

Progetto co-finanziato dall'Unione Europea - Fondo ENPI

URAP ManoubaUnion Régionale de l’Agriculture

et de la Pêche de ManoubaUnione Provinciale Agricoltori

Ragusa Svi.Med. onlus

CRDA ManoubaCommissariat Régional au Développement Agricole de

ManoubaComune di Ragusa