FERTIRRIGAZIONE: TECNICHE E

PRODOTTI INNOVATIVI

Luca Incrocci Dip. Scienze Agrarie, Alimentari e Agro-Ambientali, Università di Pisa

MACFRUIT 2015

25 SETTEMBRE 2015 Sala Workshop Padiglione D5

Sommario degli argomenti

1. Parte introduttiva: principi di fertilizzazione

• Elementi nutritivi e loro funzione nella pianta

• Quantità e meccanismi di assorbimento dei nutrienti da parte della pianta

• Disponibilità di nutrienti nel terreno: influenza del pH e fenomeni di antagonismo

• Concetto del livello di nutriente ottimale…..

2. La tecnica della fertirrigazione

• Breve descrizione di come impostare un piano di concimazione

• Descrizione del diagramma di flusso del software, degli INPUT richiesti e degli OUTPUT forniti

3. Novità tecniche

• Filtrazione;

Uso di sensori dielettrici per pilotare l’irrigazione;

Fertirrigatori SMART

Prodotti per la fertirrigazione (escluso biostimolanti): concimi acidi, concimi completi con calcio;

Per approfondimenti…..

www.cespevi.it

Materiale divulgativo presente nel WEB

http://www.cespevi.it/AZORT/azort.html

http://www.cespevi.it/softunipi/softunipi.htm

Materiale divulgativo presente nel WEB

Meccanismi di assorbimento dei nutrienti da parte della pianta

Cellula radice

CO2 Vacuolo

Acqua

Acquaporine

Acqua

An-= ANIONE (NITRATO, FOSFATO, SOLFATO, CLORURO,....)

Cat+= CATIONE (POTASSIO, CALCIO, MAGNESIO, AMMONIO,SODIO....)

Trasportatori di membrana

An-

OH-

Cat+

H+

Cat+

H+

OH-

An-

Assorbimento a livello radicale di acqua e nutrienti

Esterno cellula radice

Interno cellula radice

Meccanismo assorbimento nutrienti

Assorbimento nutrienti: -richiede energia; -efficiente basta concentrazione bassa; -il trasportatore specifico può fare errori… -competitori: ioni simili con stessa carica

RELAZIONI MINERALI DELLE PIANTE: movimento dei nutrienti nel mezzo di crescita.

K +

Diffusione

Flusso di massa

Intercettamento

I nutrienti raggiungono la radice della

pianta in tre modi:

a) diffusione; è molto lenta e si ha

quando si spostano da una zona

più concentrata ad una meno.

b) Spostamento per flusso di massa

(es con l’acqua di irrigazione);

c) Per intercettamento (elementi

absorbiti sui colloidi del substrato

o del terreno)

Sistemi di trasporto linfatico all’interno della pianta

RELAZIONI MINERALI DELLE PIANTE: movimento dei nutrienti nella pianta.

FLUSSO XILEMATICO(acqua, nutrienti, ormoni)

FLUSSO FLOEMATICO (CORG, acqua, nutrienti, ormoni)

fogliemature

fogliegiovani

fiori

frutti

radici

12

Scarsa correlazione tra livello di produzione di biomassa fresca e

dose di N somministrata

0 50 100 150 2000

10

20

30y = 10.43 + 0.04 x

R2 = 0.23

n =20

N apportato (kg ha-1)

PP

F (

t h

a-1

)

Buona correlazione tra livello produttivo della coltura e dose di N minerale medio presente nel

terreno

0 10 20 30 40 500

5

10

15

20

25

30

y = -26.54+47.08(1-e-0.109 x

)

P<0.05; R2=0.79

n=20

Nmin (mg kg-1PS)P

PF (

t h

a-1

)

Risultati: relazione tra produzione e N apportato

QUANTITA’ DI NUTRIENTI NEL SUOLO

CR

ES

CIT

A-P

RO

DU

ZIO

NE

carente adeguata eccessiva carente adeguata eccessiva

Relazione tra disponibilità dei nutrienti e crescita (e produzione) delle piante coltivate

IMPORTANZA DEGLI ELEMENTI NUTRITIVI

LISCIV

IAZIO

NE

OBIETTIVO: STARE IL PIU’ POSSIBILE ALLA CONCENTRAZIONE OTTIMALE

con

ten

uto

di n

utr

ien

ti

ne

l te

rre

no

FERTIRRIGAZIONE

Intervallo ottimale

periodo di coltura

periodo di coltura

con

ten

uto

di n

utr

ien

ti

ne

l te

rre

no

CONCIMAZIONE DI FONDO + CONCIMAZIONI FRAZIONATE

Intervallo ottimale

A) Terreno organico B) Terreno minerale C) Soluzione nutritiva

Fig.6 (a, b c) – Influenza del pH sulla disponibilità dei nutrienti.

pH bassi favoriscono la mobilità dei ioni metallici (Fe, Cu, Mn, Zn) e del boro

TOSSICITÀ

Mn

Fe

B

CU

Zn

N-ammonio

Na

ELEMENTI

TOSSICITÀ

Ca

N-ammonio

DEFICIENZA

Ca

Mg

P

K

S

Mo

DISPONIBILI DEFICIENZA

Fe

Mn

B

Cu

Zn

P

Mg

5.5

pH range

6.5

DISPONIBILITA’ DEGLI ELEMENTI NUTRITIVI

pH alti favoriscono la mobilità di Ca e NH4, ma possono provocare clorosi (da Fe, Mn) e altre carenze

H2CO3

HCO3- CO3

2-

pH 3.8 pH 8.3

Equilibrio acido carbonico, bicarbonati e carbonati nell’acqua

Il pH ottimale si aggira intorno a 5.5-6.0: è massima la solubilità degli elementi e l’assorbimento. Nelle acque esiste un sistema tampone, principalmente costituito dallo ione bicarbonato:

[CO2] +[H2O]

[H2CO3] [HCO3

-] + [H3O+]

Acido

(K1 = 4.45 *10-7 = pK1=6.35)

NEUTRALIZZAZIONE BICARBONATI ACQUE IRRIGUE

Acqua con 10 mEq di bicarbonati pH desiderato 5.8 [HA] = [HCO3

-]/(1+10pH-pKa) pKa H2CO3 = 6.35 = 10/(1+105.8-6.35) = 10/(1+ 10-0.55) = 10/(1+0.282)=7.80 mE

NEUTRALIZZAZIONE BICARBONATI ACQUE IRRIGUE : esempio

Gestione della concimazione

sistema predittivo (piano di

concimazione) o sistema correttivo (mantenimento concentrazione

nutrienti nella soluzione circolante)?

Metodo Predittivo (Piano di

concimazione)

Metodo Correttivo (Es: estratto acquoso

1:2 V:V)

Assorbimento coltura e apporto

necessario

CAL-FERT

Rifornimento idrico

Ricetta nutritiva/ dose di nutriente

GREEN-FERT

Estratto acquoso 1: 2 V .V

Sistema predittivo e correttivo

Fe

ed

-ba

ck

Crescita settimanale della coltura

Asportazione settimanale di

nutrienti

Consumo idrico settimanale

Concentrazione della soluzione nutritiva (ricetta nutritiva)

Calcolo della soluzione stock

(Software SOL-NUTRI)

Settaggio del fertirrigatore

(pH, EC)

Approccio Feed-Forward Bilancio dei nutrienti (Software CAL-FERT)

Approccio Feed-back Estratto acquoso 1.2 V:V (Software GREEN-FERT)

OTTIMIZZARE LA CONCIMAZIONE (specie quella AZOTATA): DIVERSI APPROCCI…….A VARIE SITUAZIONI

Nessun controllo

della LISCIVIAZIONE

Discreto controllo

della LISCIVIAZIONE

Ortiva di pieno campo Ortiva di pieno campo estiva fertirrigata

Possibile totale controllo della

LISCIVIAZIONE

Ortiva in serra fertirrigata

GREEN-FERT + SOL-NUTRI Calcolo fertirrigazione

CAL-FERT Piano di concimazione

Metodo Sonneveld-Voogt per il pilotaggio della fertirrigazione

Concimazione di fondo

(lavaggio terreno?)

Fertirrigazione (soluzione standard)

Estratto acquoso

Fertirrigazione (soluzione corretta)

Estratto acquoso

Valori di riferimento concimazione di fondo

Valori di riferimento soluzione standard

Valori di riferimento fertirrigazione

Pagina 94 manuale AZORT

Foglio di Excel per il calcolo del piano di concimazione per le piante ortive;

Si basa su un bilancio dei nutrienti preventivo NPK, basato su: Analisi del terreno (almeno per N) di massimo 2 mesi Asportazioni coltura su livello produttivo ipotizzato; Stima la mineralizzazione della SO e residui colturali sulla

base di dati climatici decadali; Possibilità di inserire dati clima; Algoritmi per calcolo apporti da residui CP e lisciviazione

(bilancio idrico su stima sistema FAO consumo idrico coltura);

Calcola dose di arricchimento e produzione.

vedi pag. 56 manuale azort CAL-FERT

CALCOLATORE FERTILIZZAZIONE: CAL-FERT

Database dati clima

1 Dati aziendali e selezione dati clima

Database

dati coltura

3 Dati coltura: -inizio-fine ciclo -produzione -irrigua o no

Database

concimi organici

Start

2 Dati terreno: -tessitura -analisi chimica

4 Precessioni colturali: -inizio-fine ciclo -produzione -interro residui

5 Concimazioni organiche: -Tipo e quantità -Data interro

Calcolo bilancio nutritivo N, P2O5, K2O

Apporti: -Mineralizzazione SO -Mineralizzazione residui -Concimazioni organiche -Pioggia o irrigazione

Perdite: -Asportazioni coltura -Lisciviazione -Denitrificazione, volatilizzazione -Fissazione, insolubilizzazione

Report (stampa)

Home page CAL-FERT

Altri input: Terreno con NMIN= 26.5 ppm; ben dotato P e K Coltura spinacio: semina 10/09-raccolta 20/10; 120 qli CP: pomodoro industria 40 qli; paglia interrata No concimazioni organiche

Esempio: spinacio; CP pomodoro industria

Esempio: spinacio; CP pomodoro industria

Esempio: spinacio; CP pomodoro industria: OUT-PUT grafici

Esempio: spinacio; CP pomodoro industria: OUT-PUT grafici

Impiantistica: principali novità

•Filtrazione: filtri a rete autopulenti; •Utilizzo di sensori dielettrici per pilotaggio irrigazione e fertirrigazione •Fertirrigatori computerizzati SMART, portatili

Impiantistica: filtro autopulente

TDR

(Time Domain Reflectometry)

FDR

(Frequency Domain Reflectometry)

Misurano il tempo con cui l’onda viene riflessa

Misurano la frequenza dell’onda riflessa. Range lavoro: da 10 a 300 MHz

Sotto 50 MHz forte influenza della salinità

Sensori dielettrici

Accuratezza

Costo basso (100-350 € per solo VWC; 350-900 € VWC+EC)

Facile uso

Non necessitano di particolare manutenzione

Misura di più variabili (es. temperatura e salinità, WET)

Necessitano di una calibrazione substrato-specifica

WET sensor con lettore portatile

HH2 Sonda GS3 (Decagon Device)

Sensori dielettrici (volumetrici

Sensori dielettrici:

cosa misura ad esempio il sensore WET®?

Permittività (e)

Temperatura (T)

• Bulk EC (s) (sP) EC della soluzione

circolante

(q) Contenuto idrico volumetrico

La sP è il parametro chiave nella gestione

dello stress salino radicale.

Sensori dielettrici: cosa misura ad esempio il sensore WET®?

EC pH

Fertirrigatore

(Spagnol MCi 300)

-

Acqua di pozzo (GW)

Acqua reflua (RW)

Prototipo di fertirrigatore installato a

Pistoia

. Permette di ammortizzare il costo della macchina

Ottima precisione

Possibilità di variare facilmente ricette e controllo varie colture

Possibilità di acidificare senza problemi nel cambio della sorgente irrigua

Fertirrigatore

computerizzato portatile

Ottimizzare la fertirrigazione: Ridurre il minimo possibile la lisciviazione; Occorre mantenere adeguato rapporto ionico nel terreno Importante fare acidificazione dell’acqua irrigua. Nel futuro la fertirrigazione sarà sempre più importante e

avrà ruolo fondamentale nella agricoltura di precisione

Non giocare a mosca cieca con il concime:

spendi di più e inquini l’ambiente!!!

Conclusioni

Flusso idrico

Temp.

UR

Luce

Umidità

EC

K/Ca

NH4+

temp.

“Marciume apicale” dei frutti di pomodoro: influenza dei fattori ambientali e nutrizionali

10 20 30 40 50 60

acqua floematica 85-95% acqua xilematica 5-15%

giorni

pe

so

Esempio: spinacio precoce; CP grano duro

Altri input: Terreno con NMIN= 10 ppm; ben dotato P e K Coltura spinacio: semina 10/09-raccolta 20/10; 120 qli CP: grano duro 40 qli; paglia interrata No concimazioni organiche

Output: Esempio: spinacio precoce –grano duro

Output grafici N (solo indicativi)

Output grafici N (solo indicativi)

Output grafici P2O5 (solo indicativi)

Output grafici P2O5 (solo indicativi)

Output grafici K2O (solo indicativi)

Output grafici K2O (solo indicativi)