Neocleous D., Savvas D.
Validating a smart nutrient solution replenishment strategy to save water and nutrients in hydroponic crops
Front. Environ. Sci., 2022, 10, 965964; DOI: 10.3389/fenvs.2022.965964
Una delle principali fonti di consumo di acqua dolce è rappresentata dell’attività agricola. Per questo motivo è essenziale adottare delle strategie per incrementare l’efficienza di utilizzo dell’acqua, tra cui la tecnica di coltivazione senza suolo a ciclo chiuso. Uno dei principali fattori che limita la diffusione del “ciclo chiuso” è la difficoltà della gestione delle concentrazioni dei vari elementi minerali nella soluzione nutritiva (SN) di drenaggio. Uno dei rimedi potrebbe essere quello di monitorare la concentrazione dei diversi elementi nella SN di drenaggio attraverso l’utilizzo di sensori ioni-selettivi, la cui applicazione non è attualmente disponibile su scala commerciale. Attualmente, la tecnica utilizzata per il reintegro della SN in un sistema di coltivazione a ciclo chiuso consiste nell’aggiunta di nuova SN nel sistema, per la quale la concentrazione degli ioni è determinata precedentemente attraverso lo studio del “rapporto di assorbimento dei nutrienti” (Uptake concentration). Inoltre, soprattutto nelle zone a clima caldo-arido, caratterizzate da estati poco piovose, come l’areale Mediterraneo, l’accumulo del sodio e del cloro nella SN di drenaggio rende difficile (se non impossibile) ricircolare la SN per l’intero ciclo colturale. Lo scopo di questo studio è quello di fornire una strategia che permetta il completo ricircolo della SN durante la coltivazione di pomodoro in condizioni di stress salino.
L’attività di ricerca è stata condotta in serre-tunnel a Cipro, con piante di pomodoro (tipologia ramato) coltivate con la tecnica dell’NFT, ad una densità di 2,5 steli ∙ m-2. L’unità elementare era rappresentata dalla canalina di NFT, ciascuna delle quali è stata fertirrigata indipendentemente dalle altre e con una gestione della SN a ciclo chiuso. In un trattamento sperimentale la SN è stata gestita con il metodo standard (STD) e quindi reintegrata secondo il metodo dell’Uptake concentration; mentre nel secondo trattamento la SN è stata reintegrata con il metodo Uptake concentration ricalcolato con l’utilizzo del DSS Nutrisense (NTS). Nel trattamento NTS la composizione della SN di drenaggio è stata analizzata ogni tre settimane e inserita nel software Nutrisense per il calcolo dell’Uptake concentration. Inoltre, sono state utilizzate SN con due differenti concentrazioni saline ottenute attraverso l’aggiunta di NaCl 1,6 mM e 5,0 mM.
Dallo studio è emerso che i due sistemi di gestione della SN in ciclo chiuso non influenzano diversamente il rapporto di assorbimento dei nutrienti. Mentre, nella SN con più alta concentrazione di NaCl si è verificata una riduzione nell’assorbimento di alcuni ioni come NO3–, NH4+, K+, Ca2+, Mn2+, Zn2+. Questo evidenzia come le “SN standard” riportate in letteratura e consigliate per il reintegro della SN in sistemi di coltivazione a ciclo chiuso non possono essere utilizzate con successo in tutti i casi. Mentre, dall’analisi del drenaggio è stato evidenziato che il sistema NTS permette di mantenere la concentrazione dei principali micro e macro-nutrienti più vicino a quella ottimale, rispetto alla strategia STD. Ciò evidenzia, che il DSS Nutrisense utilizzato per il calcolo delle asportazioni permette un più preciso reintegro della SN, ottimizzando il rapporto tra macro e micro-nutrienti nella SN di drenaggio, agevolandone l’assorbimento delle piante. Inoltre, le SN a diversa concentrazione salina hanno determinato differente: i) conducibilità elettrica della SN di drenaggio, ii) assorbimento di acqua da parte delle piante; iii) resa produttiva; iv) peso medio del frutto; v) conduttanza stomatica. Inoltre, quando le piante fertirrigate con SN a più alta concentrazione di NaCl sono state gestite con il metodo NTS hanno manifestato una riduzione della produzione, rispetto a quelle fertirrigate con bassi livelli di NaCl, inferiore del 10% rispetto alle stesse gestite con il metodo di gestione della SN STD. Dunque, il consumo idrico della pianta gestite con il metodo NTS è stato di 85 L∙pianta-1, più alto di 7 L rispetto al trattamento STD e ha permesso di ottenere un peso medio dei frutti maggiore nel trattamento NTS rispetto a STD. Inoltre, sempre con la strategia NTS è stato possibile ottenere una produzione media di 45 kg∙m-2, senza la necessità di dover scaricare la SN di drenaggio in seguito all’accumulo di NaCl, che è rimasto su valori di 22-24 mM, al limite dal causare danni di stress sul pomodoro.
In conclusione, in questo studio è stato evidenziato come il DSS Nutrisense può essere utile per migliorare la gestione della SN in un sistema a ciclo chiuso, riducendo eventuali problematiche derivanti dall’elevata concentrazione di NaCl. Per affinare l’utilizzo di questo sistema è altrettanto importante studiare la fisiologia della pianta, ed in particolare l’attività traspirativa che “aiuta” la pianta ad eludere eventuali condizioni di stress salino.
HTML e PDF: https://doi.org/10.3389/fenvs.2022.965964