Sistemi di coltivazione fuori suolo in orticoltura, tecniche di gestione del flusso idrico per garantire l’ossigenazione dell’acqua

The ever-increasing population and dwindling availability of resources has, over the years, necessitated the redesign of the agricultural system. The need to find new cultivable areas has led to the development of soilless cultivation. This method of cultivation can be developed either on substrate or directly on films of nutrient solution. This can be managed in two ways, defining the systems then open or closed cycle systems. In the open cycle the solution once conveyed to the plants must then be disposed of properly considering the substances still present in it. The closed cycle, on the other hand, provides for the recovery of the solution, which is analysed and restored to its initial chemical and physical conditions, in order to define its subsequent re-use. The application of alternative cultivation systems to the open field has made the exploitation of unused areas feasible, and with the emergence of vertical farming, it has become possible to increase the productivity per hectare of an individual area. However, the management of a cultivation system where it is necessary to recreate conditions similar to the open field by replacing the soil with a nutrient solution has been the subject of numerous studies. Chemically, water can be fortified with various minerals that are functional for plant growth, often leading to more accurate dosage management. Considering the physical structure of the soil, this is made up of a structure divided into micro- and macropores that make it possible for water and oxygen to coexist in the same environment. The presence of the latter in above-ground systems is rather complex to manage, also in view of the different cultivation substrates. This has led to the manifestation of phytopathologies due to the deficiency of the gas in solution, thus directing researchers to conduct studies to enhance its levels. The methods developed here have been summarised in two ways: chemical action or structural modification of the plants. Chemical action was practised through the forced addition of ozone, oxygen or potassium peroxide to the liquid. On the other hand, modifications were made to the solution delivery and collection system from a standard NFT hydroponic cultivation system. Other theses, on the other hand, worked on the structure of the channel by modifying the flow or by developing it over several communicating layers. Together, these techniques enabled the implementation of current soilless cultivation systems in the management of oxygen levels in solution.

La popolazione in continuo aumento ed una sempre minor disponibilità di risorse ha reso necessaria, negli anni, la riprogettazione del sistema agricolo. L’esigenza di dover individuare nuove superfici coltivabili ha portato allo sviluppo delle colture fuori suolo. Tale metodo di coltivazione può essere sviluppato sia su substrato che direttamente su film di soluzione nutritiva. Questa può essere gestita secondo due modalità, a definire gli impianti quindi sistemi a ciclo aperto o chiuso. Nel ciclo aperto la soluzione una volta convogliata alle piante, deve poi essere smaltita correttamente considerando le sostanze ancora presenti in essa. Il ciclo chiuso invece prevede il recupero della soluzione: che viene analizzata e riportata alle condizioni chimico-fisiche iniziali, per definirne il successivo riutilizzo. L’applicazione di sistemi di coltivazione alternativi al pieno campo ha reso attuabile lo sfruttamento di ambienti inutilizzati e con la nascita delle vertical farming si è reso possibile il potenziamento della produttività per ettaro di una singola area. Tuttavia, la gestione di un sistema di coltivazione dove sia necessario ricreare condizioni simili al pieno campo, sostituendo al terreno una soluzione nutritiva è stata oggetto di numerosi studi. Chimicamente l’acqua può essere addizionata dei vari minerali funzionali alla crescita della pianta, spesso portando anche ad una gestione più oculata dei dosaggi. Considerando la struttura fisica del suolo, questo è costituito di una struttura ripartita in micro e macro-pori che rendono possibile la coesistenza di acqua ed ossigeno nello stesso ambiente. La presenza di quest’ultimo nei sistemi fuori suolo risulta piuttosto complessa da gestire, a fronte anche dei diversi substrati di coltivazione. Ciò ha portato alla manifestazione di fitopatie dovute alla carenza del gas in soluzione, orientando così i ricercatori a condurre studi per potenziarne i livelli. I metodi sviluppati sono stati qui riassunti entro due modalità: azione di tipo chimico o modifica strutturale degli impianti. L’azione chimica è stata praticata mediante addizione forzata di ozono, ossigeno o perossido di potassio al liquido. A partire invece da un impianto di coltivazione idroponica NFT standard sono state apportate modifiche al sistema di conferimento e recupero della soluzione. Altre tesi hanno invece operato sulla struttura della canaletta agendo mediante una modifica del flusso o sviluppandola su più strati comunicanti. L’insieme di tali tecniche ha permesso di implementare i sistemi di coltivazioni fuori suolo attuali nella gestione dei livelli di ossigeno presenti in soluzione.