L’agricoltura è nata coltivando sul suolo e all’aperto le piante di interesse economico. Successivamente, in condizioni climatiche avverse si sono protette piccole porzioni di terreno con serre di vetro e quindi con tunnel di plastica. Ma, le colture orticole e floricole in serra a terra costringono a un uso ripetuto di prodotti fitosanitari (soprattutto geodisinfestanti) e hanno una produzione unitaria non molto elevata in rapporto ai costi delle strutture necessarie. Per ovviare a questi inconvenienti, più recentemente, si sono messe a punto tecniche di coltivazione ad alta efficienza, quali le colture idroponiche o senza suolo.

I primi impieghi su scala commerciale della coltivazione senza suolo si sono avuti nel 1929 in California, poi. intorno al 1970, si è avuto un significativo impulso con l’introduzione di manufatti di plastica economici. Una tecnica particolare, la NFT, è stata messa a punto durante la Seconda guerra mondiale negli Stati Uniti per la produzione di ortaggi e successivamente affinata in Inghilterra.

La tecnica dell’idroponia è adottata soprattutto per la coltivazione di ortaggi protetti (pomodoro, peperone, cetriolo, fragola, fiori), secondariamente per la coltivazione all’aperto (fragola).

In Europa il pomodoro fuori suolo è molto coltivato in Olanda e Spagna, la fragola in Olanda e Belgio, oltre che nel Regno Unito, Francia, Spagna e Italia settentrionale.

In Italia sono stati stimati circa 1800 ettari di coltivazione in fuori suolo, pari a circa il 5% delle colture in superficie protetta (serra o tunnel). Le principali colture sono: pomodoro, fragola, piante ornamentali e aromatiche e altre orticole; le zone di coltivazione più importanti sono Veneto e Trentino per la fragola, Sicilia e Sardegna per il pomodoro, Toscana, Liguria, Lazio e Campania per la gerbera e la rosa. Per il 98% sono coltivate su substrato.

In seguito alla definitiva messa al bando nel 2010 del bromuro di metile, utilizzato per la fumigazione (disinfezione e disinfestazione) dei terreni, la produzione fuori suolo ha avuto un’ulteriore espansione.

Sistemi di coltivazione senza suolo

I sistemi di coltivazioni senza suolo o “idroponici” consistono nel veicolare con l’acqua i nutrienti (soluzione nutritiva) necessari alla crescita dei vegetali, mentre le radici delle piante possono essere senza substrato oppure con substrato.

I vantaggi dei sistemi senza suolo (Tabella 1) sono riconducibili al controllo delle condizioni climatiche in cui le piante sono allevate, al loro migliore stato fitosanitario e all’apporto ottimale di acqua ed elementi nutritivi che contribuiscono a una maggiore uniformità e precocità di produzione. Consentono inoltre produzioni più alte di quelle che si ottengono su terreno, utilizzano con maggiore efficienza acqua, elementi nutritivi e spazio e, opportunamente gestite, possono determinare un impatto ambientale più basso.

Tabella 1 Vantaggi e criticità delle colture idroponiche in serra

In funzione della possibilità di riutilizzare la soluzione nutritiva i sistemi senza suolo si distinguono in:

• Sistemi a ciclo aperto (drip): prevedono la coltivazione delle piante su substrato (contenuto in vasi o in sacchi di polietilene) e la distribuzione della soluzione nutritiva tramite gocciolatori. La preparazione della soluzione nutritiva e la sua erogazione possono essere automatizzate. Per evitare l’accumulo di sali nel substrato dall’unità di coltivazione escono con il drenaggio quantità consistenti di acqua e elementi nutritivi. Nei Paesi dove la coltivazione senza suolo è più diffusa, come per esempio l’Olanda, si è assistito a una progressiva limitazione di questa modalità di gestione delle coltivazioni senza suolo a favore dei sistemi a “ciclo chiuso”, che riutilizzando la soluzione nutritiva (Tabella 1). Attualmente sono ancora tra i più diffusi.
• Sistemi a ciclo chiuso: la soluzione nutritiva distribuita in eccesso viene recuperata e riutilizzata nelle fertirrigazioni successive. Possono essere ulteriormente distinti in:
  • sistemi continui: la soluzione nutritiva viene riutilizzata per tutta la durata del ciclo colturale,
  • sistemi discontinui: la soluzione viene periodicamente sostituita.

Il principale vantaggio dei sistemi a ciclo chiuso è il minore impatto ambientale, seppure a fronte di una maggior complessità gestionale (Tabella 1). Tra i principali sistemi a ciclo chiuso si citano:

• NFT (Nutrient Film Technique): le piante sono coltivate entro canalette in pendenza all’interno delle quali scorre la soluzione nutritiva ad intervalli regolari (Figura 1). Sono state messe a punto delle varianti, quali la NGS (New Growing System): essa prevede che le piante vengano coltivate all’interno di una borsa in polietilene allungata;
• subirrigazione in canaletta: le piante sono allevate in vasi riempiti di substrati e alloggiate in canalette inclinate: la soluzione nutritiva scorre nelle canalette, bagna la parte basale del vaso e viene assorbita dal substrato;
• floating system (idroponica galleggiante): le piante sono ospitate in contenitori di polistirolo (alveolati o fessurati), riempiti di vermiculite e perlite, flottanti in vasche contenenti la soluzione nutritiva appositamente ossigenata (Figura 2). Sono impiegati soprattutto per la coltivazione di ortaggi da foglia a ciclo breve per le produzioni di IV gamma.

Per alcune colture di taglia ridotta (es. fragole) si possono effettuare coltivazioni, oltre che con sistemi orizzontali (anche sopraelevati), con sistemi verticali e a forma di “A” con un significativo aumento della densità di coltivazione.

figura 1 - Schema del Nutrient Film Technique, NFT

(Fonte: http://www.growmeduniversity.com/grow-modules/grow-systems/nutrient-film-ph-ppm/)

figura 2 - Schema di floating system

(Fonte: http://www.hydroponicsonline.com/forums/attachments/hydroponics/74d1254191055-floating-raft-system-33.jpg)
 

I substrati e la fertilizzazione

Per la crescita e la produzione, le piante richiedono 16 elementi minerali: carbonio (C), idrogeno (H), ossigeno (O) sono forniti dall’aria o dall’acqua, azoto (N), fosforo (P), potassio (K), calcio (Ca), zolfo (S), ferro (Fe), magnesio (Mg), boro (B), manganese (Mn), rame (Cu), zinco (Zn), molibdeno (Mo) e cloro (Cl) che devono essere forniti con i fertilizzanti. Altri elementi non essenziali, quali silicio (Si), sodio (Na) e selenio (Se), possono essere aggiunti alla soluzione nutritiva per particolari scopi.

Non esiste una formulazione generale per la soluzione nutritiva da somministrare alla colture idroponiche, essa dipenda da: specie, cultivar, forma di allevamento, stadio della coltura, condizioni ambientali e tipologia di sistema senza suolo.

I principali substrati impiegati per la coltivazione senza suolo sono: torba (bionda, bruna e nera), fibra di cocco, posidonia (residui spiaggiati compostati), corteccia, lana di roccia, perlite, pomice (gli ultimi tre sono inerti, gli ultimi due granulari) da soli o in miscuglio.

Il substrato di coltivazione deve essere in grado di sostenere la pianta, fornire aria, acqua e nutrienti alle radici ed essere esente da patogeni o sostanze fitotossiche. Le caratteristiche da conoscere per la scelta e la gestione dei substrati sono di tipo fisico (porosità, densità apparente, capacità di ritenzione idrica, curva di ritenzione idrica, capacità per l’aria), chimico (pH, conducibilità elettrica, il rapporto C/N) e biologico (sterilità del materiale, stabilità della sostanza organica), queste ultime limitatamente ai substrati di origine naturale.

Per programmare la fertirrigazione occorre definire due parametri: la frequenza degli interventi fertirrigui e la quantità di acqua da distribuire con ciascuno di essi. Per la loro messa a punto si possono impiegare dei temporizzatori (semplici, ma empirici), meglio se abbinati alla misura (manuale o automatica) del drenato o sistemi più precisi basati sulla misura con sensori dell’umidità nel substrato e, in aggiunta, sul calcolo della evapotraspirazione. Questi sensori, connessi a computer, consentono di gestire automaticamente l’irrigazione e di monitorare in continuo l’umidità del substrato. I sistemi più avanzati di programmazione irrigua fanno ricorso ad approcci integrati che prevedono, per esempio, la determinazione contemporanea della tensione dell’acqua nel substrato con un tensiometro, della temperatura e dell’umidità relativa dell’aria con uno psicrometro, e della radiazione solare con un solarimetro e, eventualmente, anche del drenato. Sulla base di questi dati un computer programma frequenza e durata degli interventi irrigui e, in funzione della fase fenologica della coltura e delle condizioni di luminosità, l’impiego di soluzioni nutritive a conducibilità elettrica diversa.