Neocleous D., Nikolaou G., Ntatsi G., Savvas D.
Nitrate supply limitations in tomato crops grown in a chloride-amended recirculating nutrient solution
Agricultural Water Management, 2021, 258, 107163; doi: 10.1016/j.agwat.2021.107163
L’azoto (N) è l’elemento minerale di cui le piante necessitano maggiormente, in quanto è un componente strutturale di diversi metaboliti cellulari (proteine, acidi nucleici, clorofille, ormoni). Proprio per questo la concimazione azotata ha un forte impatto sulla resa delle colture e si stima che, a livello mondiale, per assicurare adeguate produzioni, si utilizzino annualmente 100 milioni di tonnellate di N. Tuttavia, l’eccessivo utilizzo di N determina fenomeni di inquinamento come l’eutrofizzazione delle falde acquifere. Già attraverso l’adozione dei sistemi di coltivazione senza suolo a ciclo chiuso, si è passati da perdite di azoto di 1000 kg·ha-1·anno-1 a 380 kg·ha-1·anno-1. Questo risultato può essere ulteriormente migliorato attraverso l’applicazione delle moderne tecnologie applicabili alla coltivazione senza suolo, come ad esempio il calcolo della soluzione nutritiva in funzione dei rapporti di assorbimento della pianta. Attualmente i valori di azoto consigliati nella soluzione nutritiva per la coltivazione di pomodoro in fuori suolo sono di 16 mmol·L-1 (NO3–); tuttavia, numerosi scienziati pensano che parte degli NO3– possa essere sostituito da cloruri (Cl–), senza causare una riduzione delle rese. Il cloro è generalmente considerato un microelemento per la nutrizione delle piante, ma ci sono alcune specie come il pomodoro che possono accumulare nei loro tessuti Cl–, a livelli compresi tra 2-20 mg·g-1 di peso secco (concentrazione simile a quella dei macronutrienti). Inoltre, nelle piante il meccanismo di assorbimento dello ione Cl– è simile a quello dello ione NO3– e quindi i due ioni potrebbero essere in competizione tra loro, quando sono somministrati ad alte concentrazioni, mentre potrebbero avere un effetto sinergico quando parte degli NO3– accumulati nel vacuolo vengono sostituiti dagli ioni Cl–, rendendo gli ioni NO3– più disponibili per la pianta.
In base a quanto descritto, l’obiettivo di questo studio è stato quello di confrontare una coltivazione di pomodoro in NFT con concentrazioni standard di NO3– nella soluzione nutritiva (SN) con una in cui la concentrazione dello ione NO3– era ridotta del 33% attraverso la sostituzione con Cl–. Per quantificare gli effetti dei trattamenti sperimentali sono state effettuate rilevazioni sulla fisiologia e sulle risposte agronomiche della coltura.
L’attività sperimentale è stata svolta in due cicli di coltivazione (autunno-invernale e primaverile-estivo) e utilizzando ibridi di pomodoro tipologia ciliegino e beefsteack.
In generale, i livelli di nitrati e cloro nella SN non hanno influenzato l’assorbimento radicale e la conducibilità elettrica della SN circolante. Anche la produzione non è stata influenzata dai livelli di azoto nitrico nella soluzione nutritiva ma, come era lecito attendersi, il genotipo beefsteack ha ottenuto maggiori produzioni rispetto al ciliegino, con un contenuto di sostanze bioattive più basso. Inoltre, per entrambi i genotipi, nei dui cicli di coltivazione, riducendo il contenuto di nitrati nella SN è aumentato il contenuto di acido ascorbico (vitamina C) nei frutti. Relativamente agli scambi gassosi, la sostituzione di NO3– con Cl– nella SN ha ridotto la conduttanza stomatica, la concentrazione della CO2 intracellulare e il tasso di traspirazione. Tuttavia, la riduzione di questi parametri non ha portato ad una riduzione dell’attività fotosintetica della pianta. Quindi, nelle piante fertirrigate con SN a basso contenuto di NO3– è aumentata la quantità di molecole di CO2 assimilate per unità di acqua traspirata (efficienza d’uso dell’acqua istantanea (iWUE), probabilmente perché la pianta regola l’apertura o la morfologia stomatica attraverso il movimento degli ioni inorganici K+ e Cl– nelle cellule di guardia, per migliorare la diffusione della CO2.
Inoltre, dall’analisi delle asportazioni della coltura è emerso che con concentrazioni standard di NO3– nella SN le asportazioni dei genotipi di pomodoro sono state di 15 mmol·L-1 di NO3–, mentre sostituendo il 33% degli NO3– con Cl– nella SN le asportazioni di NO3– sono state di 11 mmol·L-1. In maniera inversa, aumentando la concentrazione di Cl– nella SN è aumentata la concentrazione dello stesso ione nella soluzione nutritiva di drenaggio. In generale, sostituendo il 33% di ioni NO3– con Cl– è stato possibile ridurre del 50% la concentrazione dei nitrati nel drenaggio (22 mmol·L-1 vs 11 mmol·L-1). Questo evidenzia che le piante fertirrigate con SN con maggiore concentrazione di cloro hanno incrementato l’efficienza d’uso dell’azoto di quasi due volte rispetto a quelle fertirrigate con SN standard.
Infine, dall’analisi dei tessuti fogliari è emerso che, sostituendo il 33% di NO3– con Cl– nella SN, si assiste ad una riduzione del contenuto di N (di circa il 10%) e del potassio (K+) e ad un aumento di Cl– (circa dieci volte maggiore rispetto allo standard). Tuttavia il rapporto N:K nella SN a più basso contenuto di NO3– è stato di 2:1 (ossia, vicino all’ottimale per il pomodoro). Infine, per le piante fertirrigate con SN a più basso contenuto di NO3–, la concentrazione fogliare di Ca, Mg, Fe, Mn, Zn, Cu è aumentata rispetto alle condizioni standard, suggerendo che il cloro non ha effetti negativi sul loro assorbimento.
In conclusione, la parziale sostituzione degli ioni NO3– con ioni Cl– nella SN di un sistema di coltivazione senza suolo a NFT permette di coltivare il pomodoro con minore input di N, senza incrementare la concentrazione dei sali a livello radicale e senza la necessità di scaricare la soluzione nutritiva in un ciclo di coltivazione medio lungo (a patto che non ci siano accumuli di Na+). Aumentando la concentrazione di Cl– nella SN questo viene assorbito e traslocato nella pianta, raggiungendo concentrazioni nei tessuti simili a quelle di un macronutriente, senza manifestare sintomi di fitotossicità. Quindi, i risultati ottenuti in questo studio dimostrano chiaramente che riducendo del 33% la concentrazione di NO3– nella SN applicata per compensare l’assorbimento di nutrienti nella coltivazione idroponica del pomodoro a ciclo chiuso si riduce l’apporto di fertilizzanti a base di nitrati di oltre il 30%, senza effetti negativi specifici sulla produzione e sulla qualità. Mentre, nei sistemi aperti in cui viene scaricata la soluzione drenante, la sostituzione parziale di NO3– con Cl– riduce del 50% le perdite per lisciviazione di nitrati, il che comporta una maggiore efficienza di utilizzo dell’N e un minor inquinamento delle falde acquifere da nitrati.
HTML e PDF: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378377421004406?via%3Dihub