La coltivazione aeroponica

I metodi di produzione agricola senza suolo, come l’idroponica e ancor di più l’aeroponica, consentono ingenti risparmi di acqua e di mezzi di produzione (agrofarmaci inclusi), risultando in tal modo compatibili con le crescenti esigenze di sostenibilità, per ridurre l’impatto ambientale e far fronte efficacemente al cambiamento climatico

La necessità (e talvolta l’impellenza) di soddisfare la crescente richiesta di cibo, migliorandone al contempo la qualità, di ridurre l'impatto ambientale e far fronte al cambiamento climatico sta forzando la progressiva transizione da una coltivazione tradizionale a metodi di produzione agricola senza suolo. L’applicazione di queste tecniche non è certo una novità: già nel 19° secolo fu introdotta la coltivazione idroponica, con piante coltivate su substrati inerti e soluzioni nutrienti liquide, oppure con il solo apporto di queste ultime, da far crescere in ambienti controllati, con regolazioni precise di temperatura, umidità, illuminazione, in modo da ottimizzare lo sviluppo, con una tangibile riduzione del consumo di acqua e fertilizzanti rispetto ai metodi tradizionali.

 

All’inizio fu l’idroponica…

Le prime coltivazioni commerciali su substrato, realizzate intorno al 1930 e poi perfezionate successivamente, hanno richiesto una scelta oculata e una gestione attenta dei materiali, al fine di creare e mantenere condizioni favorevoli alla crescita delle piante. Allo scopo vennero impiegati substrati sia organici che inorganici, per garantire un’adeguata aerazione delle radici, facilitare l’assorbimento di ossigeno e mantenere la miglior stabilità chimica della soluzione nutritiva.

Rispetto ai metodi di coltivazione tradizionali, quelli idroponici includono approcci diversi con caratteristiche uniche e vantaggi/svantaggi specifici: già nel 1929 fu introdotta la “Deep Water Culture”, con l’adozione di vasche statiche contenenti sabbia e una soluzione nutritiva, ma ciò comportava un rischio di ipossia radicale; viceversa, la “Deep Recirculating Water Culture” prevede l’insufflazione forzata di aria e il ricircolo della soluzione nutritiva, con l’apparato radicale esposto in parte o totalmente all’aria. Come suggerisce la denominazione, la “Nutrient Film Technique” (NFT) introdotta del 1965 mira alla creazione di una pellicola sottile di soluzione nutritiva che scorre in condotti posti in pendenza, garantendo un controllo efficiente della nutrizione minerale. Ad innegabili vantaggi, come l’assenza di substrato e la facilità di ripartire con nuovi cicli colturali, nella NFT si contrappone la vulnerabilità a blackout elettrici, e una minor inerzia idrica, nutritiva e termica. Il “Floating System” è stato viceversa introdotto nel 1976: l’impiantistica è semplice, prevedendo il galleggiamento delle piante sopra la soluzione nutritiva acquosa, ma richiede al contempo un’attenta gestione per scongiurare ipossia radicale, sviluppo di alghe ed eccessiva umidità atmosferica.

 

… seguita poi dall’aeroponica

Introdotta nel 1973, soprattutto per risolvere i problemi di ipossia, e successivamente perfezionata nel 1985, la tecnica aeroponica è oggi una metodologia evoluta e sostenibile. Infatti, se l’idroponica ha introdotto il concetto di coltivazione senza suolo, l’aeroponica va oltre, con un approccio più sofisticato, facendo evolvere le modalità tramite le quali le piante assorbono acqua, nutrienti e ossigeno. In pratica, le radici sono sospese nell’aria invece che essere immerse in acqua, in modo da ottenere la massima esposizione all'ossigeno, per una crescita più rapida e vigorosa. Inoltre, nel sistema aeroponico l’approvvigionamento di acqua e nutrienti è effettuato tramite nebulizzazioni controllate, orientate direttamente sull’apparato radicale delle piante, ed erogate da un gruppo di fertirrigazione, comprendente serbatoi, pompe, condotte e ugelli di distribuzione.

Attivata da sensori che monitorano le condizioni ambientali, la pompa di ricircolo fa fluire nella quantità voluta la soluzione nutritiva, la cui corretta composizione viene mantenuta con l’impiego di filtri fisici e con l’applicazione di metodi di disinfezione. Nel dettaglio, è importante mantenere la temperatura tra i 18 e i 25 °C di giorno e 15-18 °C di notte, con un’umidità del 60-70 % circa. L’illuminazione artificiale necessaria per la fotosintesi è ormai generalmente assicurata da elementi a led, mentre una costante verifica del pH assicura la corretta concentrazione di nutrienti.

Inoltre, una regolare manutenzione, specialmente per ciò che riguarda la pulizia degli ugelli, è essenziale per il corretto funzionamento dell’impianto, mentre il costante monitoraggio dello stato delle piante è fondamentale per identificare tempestivamente stress o malattie.

Dal punto di vista impiantistico, di base è previsto l’uso di una canaletta stagna, con una tubazione interna dotata di ugelli, che nebulizzano la soluzione nutritiva sulle radici delle piante in modo intermittente, con cicli di 15-40 secondi e pause di 3-30 minuti, in base alle condizioni evapotraspirative e allo stadio vegetativo della coltivazione. Sopra la canaletta è previsto il montaggio di pannelli piani o a "tetto" (A-system), per aumentare la densità colturale degli ortaggi a foglia.

Le serre aeroponiche sono di solito realizzate in policarbonato alveolare o in polietilene, per consentire un passaggio ottimale della luce solare necessaria alla fotosintesi; hanno comunemente una conformazione a padiglione, su misura per le esigenze specifiche della coltivazione. Non sono previste aperture verso l’ambiente esterno, fattore che evita contaminazioni e migliora al contempo l’efficienza termica.

Anche l’ombreggiatura della serra può ottimizzare lo sviluppo delle piante, riducendo le radiazioni infrarosse e contribuendo così a controllare gli eccessi di temperatura. La selezione del sistema di ombreggiatura più adatto (che può ridurre l’intensità di irradiazione dal 10 al 90 %) dipende dalle caratteristiche della radiazione esterna e dalle esigenze specifiche delle colture: ad esempio, le insalatine richiedono un’ombreggiatura più marcata rispetto alle solanacee. Le soluzioni di ombreggiamento vanno dall’applicazione di vernici speciali, all’impiego di teli mobili automatizzati. Un’opportunità interessante è l’ombreggiamento ottenuto tramite il montaggio di moduli fotovoltaici, poiché in tal modo si produce energia elettrica, che può essere sfruttata direttamente nell’azienda stessa oppure venduta.

La scelta degli ugelli più adatti per la nebulizzazione è basilare, poiché devono garantire la dimensione più adeguata delle goccioline di soluzione nutritiva (tra 20 e 100 m). Diametri inferiori delle punte di spruzzo saturano l’aria, mentre gocce più grandi favoriscono il contatto radicale diretto. È inoltre fondamentale controllare attentamente l’umidità dell’aria; in particolare, nelle coltivazioni aeroponiche si fa riferimento alla cosiddetta “Vapour Pressure Deficit” (VDP), che è la differenza, ad una determinata temperatura, tra la quantità di vapore d’acqua effettivamente presente nell’aria e quella che l’aria potrebbe contenere a saturazione. Si tratta quindi di un parametro che considera contestualmente sia la temperatura che la pressione di vapore d’acqua. In pratica, un elevato VDP corrisponde ad una bassa umidità relativa.

La soluzione nutritiva viene fatta circolare nelle canaline tramite una pompa elettrica; la parte non assorbita viene raccolta, filtrata, disinfettata e riutilizzata, rendendo il ricircolo cruciale per monitorare e correggere pH e conducibilità. Fondamentale per la miglior efficacia della fotosintesi è anche il controllo della concentrazione di anidride carbonica.

È inoltre necessario un attento controllo della temperatura dell’aria, nella stagione fredda e soprattutto di notte. Per garantire una distribuzione omogenea del calore e prevenire sbalzi termici, ci si avvale spesso di aerotermi, corpi radianti e sistemi di riscaldamento del substrato, avendo cura di evitare movimenti eccessivi dell'aria per minimizzare le perdite di calore. Viceversa, nel periodo estivo, fino a circa 27°C la temperatura può essere gestita mediante la ventilazione (naturale o meccanica) e l’ombreggiatura, ma per valori più elevati è necessario installare specifici sistemi di raffrescamento, come i fan-pad, il fogging o veri e propri impianti di condizionamento, ad esempio basati sulla compressione di vapore.

 

Vantaggi, sfide e prospettive future dell’aeroponica

Rispetto alle coltivazioni tradizionali, il risparmio di acqua arriva al 95%, mentre quello di fertilizzanti va dall’80 al 90%, grazie all’ottimizzazione dell’ossigenazione radicale e al processo a ciclo chiuso, che consente il recupero e la reimmissione dell’acqua non assorbita. Inoltre, grazie alla mancanza di comunicazione tra le radici sospese nell'aria, il rischio di contaminazione tra le piante è scongiurato, e quindi non sono praticamente necessari trattamenti fitosanitari.

In più, con l’aeroponica è possibile produrre a chilometro zero, coltivando vicino ai centri di consumo. Si tratta anche di una tecnica preziosa per la clonazione di piante difficili da propagare vegetativamente, utile specialmente per specie destinate ad usi medicinali o ad alta domanda di mercato.

La progressiva automazione degli impianti si sta ulteriormente avvantaggiando dell’applicazione dell’intelligenza artificiale, che consente ai sistemi applicati di “imparare” dai dati storici, adattandosi alle condizioni ambientali mutevoli e ottimizzando le prestazioni nel tempo.

Un punto di particolare rilievo è il costo iniziale elevato dell’impianto e la sua successiva manutenzione, da ammortizzare con gli aumenti di produttività e soprattutto con la riduzione dell’impiego di risorse. L’elevato consumo di energia elettrica per la movimentazione della soluzione nutritiva è un’altra criticità da considerare, così come la vulnerabilità ai blackout elettrici e la necessità di gestire attentamente i flussi d’aria. Se i cicli di produzione superano 4-5 mesi e le canalette sono poco profonde, potrebbe inoltre formarsi un tappetino di radici sul fondo, che ostacola il corretto deflusso della soluzione nutritiva nebulizzata, causando una possibile ipossia radicale. Il problema può essere risolto modulando la quantità di soluzione nutritiva in relazione alle condizioni evapotraspirative e allo stadio di sviluppo delle colture.

In Italia, diverse aziende commercializzano componenti per la coltivazione aeroponica: tra le altre, importanti realtà del settore sono rappresentate da Agricontrol, Netafim e Idromeccanica Lucchini. Quest’ultima, in particolare, offre anche soluzioni finalizzate alla gestione delle risorse idriche. Più in generale, oltre all’impiantistica, le aziende del settore assicurano anche servizi di consulenza e progettazione, per ottimizzare l’intero processo di coltivazione aeroponica. L’Hydroinvent di Gallarate (VA) si occupa invece di progettazione e costruzione di impianti per coltivazione fuori suolo, idroponici e aeroponici.