I sistemi chiusi, gestione dell'acqua e della fertirrigazione

Sull'irrigazione in vivaio sono stati scritti molti articoli e addirittura dei voluminosi manuali, destinati a chi voglia approfondire le sue conoscenze ed inoltre assai utili come testi di consultazione. Ma spesso quello che richiedono gli operatori è piuttosto un breve scritto, che dia un quadro di insieme. Per questo abbiamo pensato di pubblicare un capitolo, estratto da una tesi di laurea, che fa una panoramica generale molto sintetica sui sistemi chiusi, sulla gestione dell'acqua e della fertirrigazione. Si tratta della Tesi di Laurea di Andrea Trinci dal titolo "Irrigazione in vivaio e sostenibilità ambientale: attualità e prospetive" che si è laureato col prof. Sergio Mugnai

1.1 - Sistemi chiusi: vantaggi e svantaggi
Un'importante tecnica per conservare l'acqua nei vivai che producono piante ornamentali in vaso è quella di raccogliere l'acqua di drenaggio che esce dai fori dei contenitori o che non raggiunge le piante. Per fare ciò, si fa confluire l'acqua percolata in fossetti di scolo e canali raccoglitori, da questi in un bacino di ritenuta, poi da qui viene pompata nel bacino di raccolta, di norma un laghetto posto più in alto, che ha la funzione di riserva idrica. Si parla di sistemi chiusi propriamente detti quando per il trasporto dell'acqua si usano canali chiusi in cemento, mentre si parla di sistemi semi-chiusi se si usano canali e fossetti di drenaggio naturali. Mentre i primi sono sicuramente più efficienti, i secondi sono molto più economici. L'acqua di scolo, rispetto a quella di pozzo, è sicuramente di qualità inferiore a causa della presenza di fertilizzanti, pesticidi, patogeni e varie impurità. Le preoccupazioni per la tossicità di queste sostanze sono giustificate solo in parte; per evitare eventuali problemi, solitamente si usa trattare chimicamente l'acqua di scolo diluendola con acqua di pozzo, sicuramente più pulita e di qualità superiore, ottenendo così una diminuzione della concentrazione di queste sostanze.
Nel caso in cui il sistema chiuso sia abbinato alla fertirrigazione, non si parla di un recupero d'acqua ma di un recupero della soluzione nutritiva, contenente acqua e fertilizzanti. Poiché tale soluzione è sottoposta ad una perdita di qualità, in seguito all'assorbimento ad opera delle piante di parte dei nutrienti in essa contenuti, prima di reimmetterla in circolo è necessario provvedere ad una sua reintegrazione.

Già diverse aziende hanno adottato sistemi di recupero dell'acqua, ma si tratta in maggioranza di aziende con una disponibilità idrica di falda inferiore alle esigenze irrigue. Al contrario, le aziende che si trovano in zone con grande disponibilità di acqua di falda generalmente non hanno attuato questi sistemi, ritenuti poco convenienti a causa degli elevati costi, della più facile diffusione delle malattie e dello sviluppo di una grande quantità di alghe nei bacini di raccolta. Comunque questa tendenza è destinata a cambiare grazie all'entrata in vigore del D.L. 152/1999 e del D.L. 258/2000, che vietano ai vivai di scaricare acque con un contenuto di nitrati superiore a 20 mg/l e di azoto ammoniacale oltre i 15 mg/l. Per rientrare in questi limiti, imposti dalla legge, le aziende florovivaistiche saranno obbligate a ricorrere al riciclaggio delle acque di scolo o, in alternativa, a piccoli impianti di fitodepurazione che consentano di ridurre il contenuto di azoto delle acque, prima che queste siano scaricate all'esterno dell'azienda. E' prevedibile quindi per i prossimi anni un aumento del numero dei vivai dotati di sistemi di riciclaggio.

Tra i vantaggi dei sistemi chiusi i più importanti sono sicuramente il risparmio idrico, che generalmente va dal 30% al 60%, a seconda dell'efficienza del sistema, e la conseguente diminuzione delle spese per l'acqua di irrigazione, soprattutto per quei paesi in cui questa ha un costo elevato, come ad esempio Israele (0,2-0,3 $/m3), ma anche per i paesi come il nostro in cui per ora l'acqua è gratuita ma presto, con l'applicazione delle recenti direttive della U.E., diventerà a pagamento. Altri benefici sono il risparmio in fertilizzanti, spesso superiore al 40% e, non meno importante, la riduzione dell'immissione di inquinanti nelle falde e nei corsi d'acqua. Inoltre per alcune specie ornamentali coltivate in vaso è stata riscontrata anche una crescita media superiore del 3% circa rispetto a quella riscontrata con l'irrigazione con acqua non recuperata.

Tra gli svantaggi di questo tipo di irrigazione quello che scoraggia di più il vivaista è la necessità di alti costi di investimento per l'impianto, che spesso superano i 50 Euro/m2; tuttavia secondo molti esperti in merito, come ad esempio Conrad Skimina, direttore della ricerca dei Vivai Monrovia (U.S.A.) sostengono che, grazie al risparmio idrico ed alle minori perdite di fertilizzanti, si ha un veloce ritorno degli investimenti, oltre che un miglioramento dell'immagine pubblica dell'azienda. Altri svantaggi, che indubbiamente hanno limitato la diffusione dei sistemi chiusi, sono la necessità di avere dirigenti aziendali con una diversa preparazione professionale, l'esigenza di controllare e correggere continuamente la composizione e la qualità dell'acqua e di disinfettarla per eliminare da essa eventuali patogeni, infine la formazione di alghe nei bacini di raccolta. Inoltre in alcune zone ci possono essere dei vincoli legislativi, come ad esempio quello, presente anche a Pistoia, dell'indice di impermeabilizzazione del terreno, che non permette di ricoprire più di una data percentuale di suolo con teli o asfaltature, evidentemente necessari per il recupero dell'acqua.

1.2 - Gestione dell'acqua nei sistemi chiusi
Le acque sotterranee e spesso anche quelle dei corsi d'acqua non vengono direttamente impiegate per l'irrigazione nei vivai, ma prima vengono pompate dentro un bacino di raccolta e sottoposte a vari trattamenti (filtrazione, disinfezione, acidificazione,…) per correggere eventuali difetti di qualità. Questi procedimenti possono essere usati per qualsiasi tipo di irrigazione, ma hanno un ruolo determinante nell'irrigazione a ciclo chiuso, in cui l'acqua, essendo somministrata più volte, perde di qualità. I procedimenti a cui generalmente si sottopone l'acqua nei sistemi chiusi sono: lo stoccaggio, la filtrazione, la disinfezione, la lotta alle alghe e la correzione del pH. Poi ci sono altri tipi di trattamenti che vengono applicati con acque particolari, come la desalinizzazione per le acque con un'alta salinità, la flocculazione per le acque con alto contenuto di argilla e trattamenti per l'abbattimento di ferro e manganese per le acque ricche di questi due elementi.

1.2.1 - Stoccaggio
Nei sistemi chiusi l'acqua di scolo viene recuperata attraverso fossetti naturali o canali in cemento, che portano fino ad un invaso di raccolta posto a valle del vivaio, in modo che vi possano confluire facilmente tutte le acque di drenaggio. Se non c'è la possibilità di collocare questo bacino di raccolta a valle per motivi di spazio o geologici, si può ricorrere a dei pozzetti di raccolta nei punti più bassi, dai quali poi l'acqua viene pompata nell'invaso posto più in alto. Generalmente però nei sistemi chiusi conviene avere due bacini: uno più a valle per la raccolta dell'acqua di drenaggio, prima che questa sia trattata, e uno più a monte in cui l'acqua viene pompata, raccolta e diluita con quella di pozzo, prima di essere somministrata alle piante.
Per le coltivazioni di piante ornamentali in serra, che interessano superfici più limitate e di conseguenza richiedono volumi idrici inferiori, generalmente per la raccolta dell'acqua di scolo si usano cisterne di metallo o vetroresina, poste in superficie per conservare l'acqua a temperatura ambiente e appositamente schermate per evitare la penetrazione della luce solare, che favorisce la formazione di alghe.

Per le coltivazioni in vaso in piena aria normalmente servono volumi irrigui notevoli, fino a 200-250 m3 al giorno per ha nel caso dell'irrigazione a pioggia e il 30% in meno per quella a goccia, se non c'è recupero. Con i sistemi chiusi, l'utilizzo di acqua diminuisce del 30%. A causa di tali volumi, non si può ricorrere alle cisterne, ma servono invasi di grandi dimensioni. La grande variabilità del volume di questi bacini è dovuta anche alla disponibilità idrica del vivaio in cui vengono costruiti; infatti, se questo ha a disposizione più pozzi con portate rilevanti, ci sarà un continuo rifornimento dell'invaso che quindi potrà essere di dimensioni più contenute. Se invece il vivaio ha un solo pozzo con bassa portata l'invaso dovrà essere molto più grande per raccogliere l'acqua necessaria per l'irrigazione. Per il dimensionamento dell'invaso si tiene conto di questi fattori e poi si decide un rapporto superficie/profondità. Questo può essere a discrezione del vivaista, a seconda delle sue esigenze, però bisogna ricordare che gli invasi di superficie limitata e grande profondità, sebbene riducano la perdita di spazio disponibile per le piante e di acqua per evaporazione, creano problemi nell'uniformare la temperatura e per l'areazione dell'acqua. Sarebbe buona norma, se le dimensioni lo permettono, impermeabilizzare le pareti degli invasi con teli di plastica per aumentarne la tenuta, evitare la formazione di erbe infestanti sulle rive e mantenere l'acqua più pulita.

Con questi bacini si ottengono una temperatura dell'acqua uniforme con quella ambientale e la precipitazione di sabbia e argille sospese nell'acqua. Inoltre si ottiene anche la precipitazione dei propaguli delle malattie infettive, che rimangono sul fondo, dove non c'è corrente che li possa trasportare, e qui vengono degradati. Fanno eccezione le zoospore degli oomiceti, che hanno la capacità di muoversi nell'acqua, ma, poiché hanno geotropismo negativo, si accumulano sulla superficie, consentendo quindi di evitarle prelevando l'acqua dagli strati mediani.

1.2.2 - Flocculazione
Talvolta, a seconda delle zone, l'acqua può avere un elevato contenuto di particelle di argilla che, se sono molto piccole, permangono sospese nell'acqua e riescono a passare attraverso i filtri. E' necessario allora ricorrere alla flocculazione. Per far flocculare l'argilla è sufficiente iniettare nell'acqua, con degli iniettori simili a quelli usati per i fertilizzanti, solfato di alluminio o solfato ferrico, che sono degli efficaci flocculanti. Con l'aggiunta poi di alcuni polimeri organici, come i poliacrilammidi, questi flocculi si uniscono in aggregati di dimensioni maggiori. A questo punto gli aggregati più grandi precipitano sul fondo dei bacini, mentre i flocculi più piccoli, se rimangono sospesi nell'acqua, sono bloccati dai filtri. L'aggiunta di solfato di alluminio o di solfato ferrico provoca un acidificazione del pH, che può essere neutralizzata con l'aggiunta di idrossido di ammonio, ma che comunque non crea generalmente problemi se si considera che le nostre acque sono solitamente alcaline e per questo spesso devono essere sottoposte ad acidificazione.

1.2.3 - Filtraggio
Il filtraggio serve per eliminare i corpi solidi sospesi nell'acqua, che altrimenti occluderebbero e danneggerebbero gli impianti di irrigazione e imbratterebbero le foglie delle piante, talvolta provocando anche effetti fitotossici. Esistono vari tipi di filtri, ma i principali sono: gli idrocicloni, considerati pre-filtri più che filtri veri e propri, i filtri a graniglia, quelli a rete e quelli a dischi.
Gli IDROCICLONI vengono usati per le acque di pozzo con alto contenuto di sabbia, che può causare l'usura degli impianti di irrigazione. In questo tipo di filtro c'e un corpo centrale che girando provoca un movimento rotatorio dell'acqua, entrata tangenzialmente ad esso, grazie al quale le particelle di sabbia accelerano, sbattono sulla parete del corpo e cadono sul fondo del filtro, lasciando così uscire dalla parte superiore solo l'acqua.
Per purificare le acque di scolo da alghe e materia organica ed inorganica si usano i FILTRI A GRANIGLIA. In questo tipo di filtri l'azione filtrante viene svolta all'interno di un contenitore dalla sabbia o dal ghiaietto che, quando sono attraversati dall'acqua, bloccano le impurità che non riescono a passare tra le particelle. Quindi la capacità di filtraggio del filtro dipende dalle dimensioni della sabbia: più questa è fine più efficace è la filtrazione, ma maggiore è la perdita di carico dell'acqua. Più efficaci, ma anche più costosi, sono i filtri a graniglia che hanno, oltre alla sabbia, anche uno strato di antracite, la quale è in grado di bloccare anche particelle più piccole. I filtri a graniglia, per rimuovere le impurità accumulate al loro interno, devono essere puliti tramite un'inversione del flusso. Inoltre devono essere sempre abbinati a filtri a dischi o a rete per togliere dall'acqua eventuali granelli di sabbia, rimasti dopo il filtraggio a graniglia.
I FILTRI A RETE sono costituiti da una rete con maglie più larghe ed una con maglie più piccole e sono in grado di bloccare solo particelle di grandi dimensioni, quindi vengono usati per acqua di pozzo di discreta qualità e spesso sono abbinati ad un idrociclone o ad un filtro a sabbia. La pulitura di questo tipo di filtri viene generalmente fatta a mano.
I FILTRI A DISCHI, molto diffusi, sono usati per togliere dall'acqua sabbia, alghe e argilla. Essi sono costituiti da una serie di lamelle circolari inserite una sopra l'altra e aventi la superficie scabrosa, grazie alla quale hanno un'elevata capacità di trattenere le impurità.
I filtri devono essere periodicamente puliti affinché riescano a svolgere correttamente la loro funzione. Questa pulizia può anche essere fatta a mano, ma solitamente è automatizzata con una centralina a tempo oppure con un manometro che rileva la differenza di pressione dell'acqua prima e dopo il passaggio dal filtro, infatti se il differenziale dei pressione è elevato significa che il filtro è intasato e quindi si attiva la pulizia attraverso l'inversione del flusso.

1.2.4 - Eliminazione di ferro e manganese in eccesso
I limiti di tolleranza per le acque di irrigazione di questi due elementi sono rispettivamente 5 mg/l e 0,2 mg/l (Branson et al., 1975), tuttavia già livelli di ferro vicini a 0,5 mg/l possono provocare, a causa della crescita dei ferrobatteri, otturazioni dei gocciolatori ed incrostazioni sulle foglie.
Per abbassare il livello di questi due elementi si installa nel bacino di raccolta una pompa di areazione che, grazie all'agitazione della superficie dell'acqua, ne fa aumentare il contenuto di ossigeno. In questo modo il ferro ed il manganese, presenti in forma ridotta (Fe2+ e Mn2+), sono ossidati dall'ossigeno ad idrossidi (Fe(OH)3 e Mn(OH) ) che, essendo poco solubili, precipitano. Con il tempo questi precipitati si accumulano sul fondo dell'invaso e quindi devono essere rimossi con periodiche operazioni di pulizia.
Un altro metodo per far precipitare il ferro ed il manganese è l'iniezione di un agente ossidante. Il più usato è il cloro, utilizzato anche per la disinfezione, che elimina i ferro-batteri, fa precipitare ferro e manganese ed elimina le incrostazioni degli impianti di irrigazione.
Per informazioni dettagliate sulla clorazione si rimanda al paragrafo 1.2.6.

1.2.5 - Lotta alle alghe
Le alghe causano l'ostruzione degli impianti, competono a livello nutrizionale con le piante, possono produrre metaboliti secondari fitotossici per le piante e imbrattano le colture e le attrezzature. In particolare le alghe brune si sviluppano all'interno dei tubi di irrigazione bloccando così i filtri e spesso gli ugelli degli impianti a goccia, invece le alghe verdi crescono nei bacini di raccolta delle acque e bloccano i filtri posti alla loro uscita.
Mentre per tenere puliti gli impianti dalle alghe brune, che sono neutrofile, è sufficiente acidificare l'acqua, il controllo delle alghe verdi è più difficile. Infatti molti alghicidi sono tossici anche per le piante ed hanno una scarsa persistenza. Comunque, anche se non è possibile eliminare le alghe verdi, il loro sviluppo può essere limitato evitando un accumulo eccessivo di azoto e fosforo nelle acque in circolo. Questo si può fare diluendo l'acqua riciclata con acqua di pozzo e applicando ai sistemi chiusi un piccolo fitodepuratore per togliere dall'acqua nitrati e fosfati.
Un altro modo per ostacolare la crescita delle alghe è quello, quando è possibile, di conservare l'acqua al buio coprendo i laghetti, ovviamente se sono piccoli.

1.2.6 - Disinfezione
A causa del continuo ricircolo dell'acqua, nei sistemi chiusi è molto più facile la diffusione dei patogeni, in particolare degli oomiceti, che hanno la caratteristica di propagarsi attraverso le zoospore, spore con la capacità di muoversi nell'acqua grazie ai flagelli. Tra questi i più pericolosi, in termini di incidenza e di capacità di attaccare più specie provocando gravi danni, sono i funghi del genere Phytophthora e soprattutto del genere Pythium, che attacca quasi tutte le specie ornamentali più importanti e del quale nelle acque di scolo sono state identificate più di 20 specie (P. dissotocum, P. torulosum, P. sulcatum, P. parphyrae, P. aphanidermatum…). Questi due patogeni attaccano le piante dal colletto e provocano il progressivo deperimento dell'apparato radicale, accompagnato da un ingiallimento e poi avvizzimento delle foglie, che porta alla morte delle piante. Perché questi due funghi si espandano in tutto il vivaio è sufficiente che ci siano poche piante malate perche a diffonderli ci pensa l'acqua in circolo.
Per evitare l'insorgenza di queste malattie è necessario per prima cosa utilizzare substrati non contaminati e materiale di propagazione sano, poi procedere periodicamente a disinfezioni delle acque e degli impianti. I principali metodi di disinfezione utilizzabili per i sistemi chiusi sono: la filtrazione lenta a sabbia, la microfiltrazione, la sterilizzazione con calore, le radiazioni UV, gli ultrasuoni, l'ozonizzazione, la clorazione e l'uso di prodotti chimici.
La FILTRAZIONE LENTA A SABBIA prevede il passaggio dell'acqua attraverso uno strato di sabbia di granulometria ben definita, generalmente 0-0,2 mm, tale da bloccare i patogeni. L'azione filtrante non viene svolta soltanto dalle particelle di sabbia, ma anche un “biofilm” di materia organica, che si accumula sopra di esse poco dopo l'attivazione del sistema e che blocca i patogeni con meccanismi fisici e biologici non ancora ben definiti. Per un corretto funzionamento del filtro il flusso deve essere lento, in genere tra i 100 ed i 300 l/h per m2di superficie filtrante.
La MICROFILTRAZIONE prevede l'utilizzo di sistemi di filtraggio prevalentemente usati nella microbiologia. Essi prevedono l'uso di filtri a spessore, che sono cartucce costituite da strati fibrosi di carta, amianto o lana di vetro in cui le fibre sono disposte in modo casuale, così da intrappolare i microrganismi tra le loro spire, oppure di membrane filtranti, costituite da dischetti di acetato di cellulosa, nitrato di cellulosa o polisulfone, fabbricati in modo tale da avere pori di piccolissime dimensioni che non fanno passare i microrganismi. Quelli appena citati sono filtri molto efficienti ma anche molto costosi, anche per l'elevata quantità di acqua di scarto prodotta che deve essere smaltita (10-50%), quindi sono più adatti per i laboratori che per l'applicazione nei sistemi irrigui dei vivai.
La STERILIZZAZIONE CON CALORE si basa sull'eliminazione dei patogeni con l'esposizione ad elevate temperature per un periodo di tempo determinato. L'esposizione al calore dell'acqua avviene con il passaggio della stessa attraverso uno scambiatore di calore che riscalda fino ad 80°C e uno successivo che riscalda fino alla temperatura di sterilizzazione. Temperature di 95°C per 30 secondi o di 85°C per 3 minuti eliminano tutti i patogeni, mentre temperature di 60°C per 2 minuti eliminano solo funghi, batteri e nematodi. Gli inconvenienti di questo metodo di disinfezione sono l'alto costo e la precipitazione dei sali di calcio.
L'impiego di ULTRASUONI per la disinfezione è una tecnica ancora poco studiata e sperimentata, ma sembra che essi agiscano a livello fisico causando la rottura delle strutture cellulari. Studi recenti hanno dimostrato che l'esposizione per 1,5 minuti a ultrasuoni con lunghezza d'onda di 120 mm provoca l'eliminazione delle zoospore di Pythium spp.. I risultati ottenuti sono interessanti, ma, per poter applicare questa tecnica su larga scala nei vivai, è ancora presto.
L'uso di RADIAZIONI UV si basa sul fatto che le radiazioni elettromagnetiche tra i 200 e i 280 nm, facenti parte della luce ultravioletta, danneggiano i microrganismi. Il range ottimale per la disinfezione e tra i 240 e i 280 nm, con un picco a 265 nm. La luce ultravioletta è assorbita dagli acidi nucleici delle cellule, la cui struttura viene alterata, causando gravi danni che portano alla morte dei microrganismi. In realtà le cellule avrebbero la capacità di riparare il proprio genoma, ma se l'esposizione alle radiazioni supera un certo tempo, questo non è possibile. E' stato dimostrato che tempi di 5 secondi causano in una popolazione di zoospore di Phytophthora una mortalità del 100%. La radiazione UV può essere generata da diversi tipi di lampade, ma le più usate sono quelle a vapore di mercurio e quelle a xenon. Si sta sperimentando anche l'utilizzo di laser a kripton e fluoro. I vantaggi di questo tipo di disinfezione sono il largo spettro di azione, i bassi costi di manutenzione e di impianto, la non produzione di prodotti nocivi e l'assenza di alterazioni del pH. Gli svantaggi sono l'assenza di un effetto residuo del trattamento, la distruzione dei chelati di ferro, che può portare anche a fenomeni di clorosi ferrica nelle piante, e soprattutto la necessità di avere sempre acqua pulita, visto che la torbidità non permette la penetrazione della luce ultravioletta.
Per la disinfezione dell'acqua di riciclaggio, si può usare anche la tecnica della OZONIZZAZIONE . L'ozono è un potente ossidante che agisce sui microrganismi ossidandone le strutture cellulari. Uccide sia i funghi ed i batteri che i virus, ma la sua efficacia dipende dalla concentrazione in soluzione. Ad esempio per l'eliminazione dall'acqua delle spore di Phytophthora parasitica servono 3,8 mg/l per 2 minuti 0 1,5 mg/l per 20 minuti. In generale comunque dosi di 10 g/m3 di acqua all'ora provocano la morte di tutti i patogeni. L'ozonizzazione è in grado di degradare anche pesticidi e chelati di ferro, ma in questo modo riduce la sua attività contro i microrganismi e la disponibilità di ferro per le piante. L'ozono viene prodotto facendo passare una scarica elettrica ad alto voltaggio attraverso l'ossigeno e deve essere somministrato all'acqua in bollicine più piccole possibili, così da aumentarne la capacità di diffusione e quindi l'efficacia. L'ozonizzazione è molto efficace, ha un ampio spettro di azione, non produce sostanze nocive nell'acqua trattata e ne aumenta il contenuto di ossigeno, ma ha anche molti svantaggi. Tra questi i più importanti sono l'elevato costo, la necessità di lunghi tempi di trattamento (20-30 minuti) e di concentrazioni elevate di ozono, la distruzione di chelati di ferro con conseguente clorosi ferrica delle piante, l'aumento del pH dell'acqua, che deve così essere acidificata, e il fatto che l'ozono sia tossico per l'uomo. Questo ultimo punto richiede che il sistema sia gestito con enorme attenzione e che l'ozono sia ritrasformato in ossigeno prima di essere reimmesso nell'aria.
La CLORAZIONE, tramite cloro gassoso, ipoclorito di sodio o ipoclorito di calcio, pur essendo economica ed avendo un largo spettro di azione, non ha avuto un grande successo come metodo di disinfezione dell'acque per i sistemi chiusi, in gran parte per la fitotossicità del cloro, ma anche per la sua tossicità per l'uomo quando è nella forma gassosa. Molto più interessante è invece l'utilizzo del cloro per integrare la filtrazione nella lotta alle alghe, ma bisogna fare attenzione alle dosi perché se queste sono troppo elevate possono causare la corrosione degli impianti di irrigazione. Il cloro agisce sui microrganismi, come sulla materia organica e inorganica, provocandone l'ossidazione dei componenti ed ha un effetto residuo che permane per lungo tempo. Per la disinfezione delle acque di recupero nei vivai si usano generalmente soluzioni di ipoclorito di sodio con una concentrazione di 100-140 mg/l, che poi vengono diluite fino ad avere circa 2 mg/l, ma si usa anche l'ipoclorito di calcio. Il cloro gassoso invece, a causa della tossicità per l'uomo, è molto meno usato in agricoltura. L'immissione del cloro nell'acqua avviene con iniettori simili a quelli usati per i fertilizzanti.
L'USO DI FUNGICIDI sistemici, distribuiti in sospensione nell'acqua, per combattere i patogeni presenti nell'acqua nei sistemi chiusi presenta sia aspetti positivi, che aspetti negativi. Gli aspetti positivi sono l'assenza di rischi per l'uomo, la rapidità di intervento e la possibilità di agire in modo localizzato con diminuzione delle dosi. Gli aspetti negativi sono l'aumento dei rischi di fitotossicità, l'inquinamento ambientale quando si effettua l'eliminazione dell'acqua riutilizzata troppe volte e quindi ormai di scarsa qualità, e soprattutto l'insorgere di fenomeni di resistenza.

1.2.7 - Desalinizzazione
Talvolta ci può essere la necessità di usare acqua salata oppure, più comunemente, acque di falda sottoposte ad infiltrazione di acqua di mare. Prima di immettere queste acque in circolo in un sistema chiuso è quindi necessario sottoporle a processi di desalinizzazione.

1.2.8 - Correzione del pH
Nell'irrigazione a ciclo chiuso è indispensabile ricorrere alla correzione del pH che, a causa dei trattamenti dell'acqua e della presenza di fertilizzanti delle somministrazioni precedenti, è sottoposto a continue variazioni. Disinfettanti e flocculanti sono acidi e quindi abbassano il pH, ma, poiché generalmente nelle zone interessate dal vivaismo ornamentale le acque hanno un alto contenuto di carbonati (CO32-) e bicarbonati (HCO3-) e quindi sono alcaline, solitamente non c'è la necessita di alzare il pH, ma di abbassarlo. Si ricorre quindi all'acidificazione.
A determinare il pH dell'acqua ricca di carbonati è la seguente reazione:
CO2 + H2O <> H2CO3 <> HCO3- + H+ <> CO32- + H+
Più è elevato il contenuto di ioni carbonato e bicarbonato, più l'equilibrio della reazione si sposta verso sinistra con formazione di CO2, che si disperde nell'aria, e perdita di ioni H+, con conseguente abbassamento del pH. L'aggiunta di un acido comporta la seguente reazione:
HCO3- + HA <> H2CO3 + A-
Si ha quindi una trasformazione di carbonati e bicarbonato in acido carbonico e quindi in anidride carbonica, senza la perdita di ioni H+.
Gli acidi utilizzati sono l'acido cloridrico (HCl), l'acido nitrico (HNO3) e l'acido solforico (H2SO4). Il più usato però è l'acido nitrico, che all'azione acidificante aggiunge anche quella fertilizzante dovuta agli ioni nitrato. Gli acidi sono molto corrosivi nei confronti di acciaio, cemento ed alluminio, quindi devono essere usati con cautela e versati nell'acqua, non viceversa, in modo da non avere concentrazioni eccessive; inoltre, se si versasse l'acqua nell'acido, si avrebbe una reazione fortemente esotermica, che provocherebbe il surriscaldamento dei metalli, danneggiando così le condutture. Per evitare il danneggiamento delle tubazioni conviene che queste siano in polietilene o pvc, invece che in metallo. I dispositivi di iniezione sono solitamente dei dosatori automatici (vedi paragrafo 1.3.3) che forniscono gli acidi diluiti con acqua. Molti sistemi di acidificazione non aggiungono l'acido nelle tubazioni ma in vasche aperte, in questo modo c'è una più facile formazione di acido carbonico e di anidride carbonica, che viene subito ceduta all'atmosfera. Per determinare la quantità di acido da somministrare ci sono delle formule, ma è più semplice usare delle tabelle, che forniscono la quantità da aggiungere per ogni tipo di acido in base alla concentrazione di bicarbonato presenti nell'acqua e al pH che si vuole raggiungere.

1.3 - Gestione della soluzione nutritiva

1.3.1 - La fertirrigazione nei sistemi chiusi
Abbiamo appena visto come viene gestita l'acqua in un sistema di irrigazione a ciclo chiuso. Spesso però questi sistemi senza drenaggio vengono utilizzati anche per la somministrazione di fertilizzanti insieme all'acqua, cioè per la fertirrigazione, quindi essi sono dotati anche di un sistema di gestione della soluzione nutritiva (acqua + fertilizzanti). Tale sistema deve essere dotato di contenitori per le soluzioni-madre, di dispositivi per il dosaggio e l'iniezione dei concimi nell'acqua e di sensori che controllino continuamente il pH e la salinità della soluzione nutritiva, affinché questi possano essere aggiustati in caso di variazioni dai valori prefissati per le colture in questione.

1.3.2 - Preparazione della soluzione nutritiva
Nella fertirrigazione generalmente vengono preparate delle soluzioni-madre, o soluzioni stock concentrate, che poi vengono opportunamente diluite immettendole nel flusso d'acqua. Le soluzioni-madre contengono una serie di sali miscelati insieme, dei quali i più comuni sono quelli riportati in tab.1 con relativa reazione.
I problemi principali che si incontrano nella preparazione delle soluzioni stock sono la precipitazione dei sali di calcio (fosfati e solfati) e la degradazione dei chelati di ferro e dei microelementi a pH troppo basso. Per evitare tali problemi solitamente si preparano tre soluzioni stock separate, chiamate rispettivamente soluzione A, soluzione B e soluzione acida. Nella soluzione A si mettono i sali di calcio, il chelato di ferro ed eventualmente i cloruri; nella soluzione B si mettono invece i solfati ed i fosfati ed eventualmente i nitrati; infine la soluzione acida contiene soltanto l'acido da aggiungere per abbassare il pH, in quanto le soluzioni nutritive sono generalmente più alcaline che acide. Nella tab. 2 è riportato un esempio di composizione delle soluzioni A e B. E' importante distribuire i sali nei due contenitori in modo da avere in essi le stesse concentrazioni saline, così da poter impostare un unico rapporto di diluizione. Per evitare precipitazioni è necessario anche sciogliere i sali singolarmente uno per volta e possibilmente in acqua tiepida.
 
Fertilizzante Reazione
Acido nitrico nettam. acida
Acido fosforico nettam. acida
Nitrato potassico neutra
Nitrato di calcio neutra
Solfato di ammonio  acida
Nitrato di ammonio acida
Fosfato monoammonico acida
Fosfato biammonico basica
Fosfato monopotassico acida
Solfato potassico neutra
Solfato di magnesio neutra
Acido borico acida
Borato sodico (Borace) basica

Tabella 1: alcuni dei fertilizzanti più comuni usati per la fertirrigazione, con relativa reazione.
 

Soluzione A Soluzione B
Nitrato di calcio Solfato di magnesio
Nitrato di potassio Solfato di potassio
Nitrato di magnesio Fosfato monopotassico
Nitrato ammonico Fosfato di ammonio
Chelati (Fe, Zn, Cu, Mn) Acido borico
Cloruro (Na, K)  Nitrati (K, Mg, NH4+)
Silicato di potassio Microelementi da solfati
(Mn, Zn, Cu)

Tabella 2: un esempio di suddivisione dei sali per la fertirrigazione in due soluzioni stock.

I contenitori per le soluzioni stock devono essere di dimensioni tali da assicurare l'autonomia dell'impianto per almeno 2-3 settimane, devono essere costituiti da un materiale resistente alla corrosione degli acidi e dei sali (generalmente plastica) e dotati di un sistema di rimescolamento per evitare precipitazioni e stratificazioni, di rubinetti per lo svuotamento in caso di pulizia e di tappi a chiusura ermetica per garantire la sicurezza degli operatori. Solitamente per rispondere a tutte queste caratteristiche si usano contenitori di polipropilene di 100, 500, 1000 o 5000 litri con tappi ermetici e rubinetti.

1.3.3 - Dispositivi per il dosaggio dei concimi
I dispositivi per il dosaggio e l'immissione dei fertilizzanti possono essere classificati, in base al tipo di energia utilizzata per muovere la pompa di iniezione, in dispositivi ad energia meccanica (ricavata dalla pressione dell'acqua) e dispositivi ed energia elettrica e, a seconda del modo di controllare il dosaggio, in dispositivi a controllo volumetrico e dispositivi a controllo proporzionale ad un valore di pH o E.C. reimpostato. Si parla quindi di pompe meccaniche a dosaggio volumetrico, pompe elettriche a dosaggio volumetrico e pompe elettriche a dosaggio proporzionale.
Il dispositivo più semplice per il dosaggio dei concimi è però il TUBO DI VENTURI. Questo sfrutta il principio secondo il quale l'improvviso passaggio dell'acqua da una sezione più piccola ad una più grande provoca una depressione che può essere utilizzata per aspirare una soluzione esterna con un altro tubicino più sottile. I vantaggi di questo strumento sono il basso costo, la facilità di montaggio, la scarsa necessità di manutenzione e il fatto di non aver bisogno di energia elettrica. Tuttavia questo dispositivo presenta un problema molto importante, che ne limita molto le possibilità d'uso: il rapporto di diluizione non è costante, ma varia a seconda della portata e della differenza di pressione della condotta. A causa di questo fatto si possono avere variazioni istantanee del pH o dell'E.C. della soluzione nutritiva. L'unico modo per evitare ciò è l'aggiunta di valvole e flussometri sul tubicino di aspirazione, con conseguente aumento dei costi.
Nelle POMPE MECCANICHE A DOSAGGIO VOLUMETRICO una pompa a stantuffo sfrutta la pressione dell'acqua di passaggio per azionare un secondo pistoncino in un cilindro più piccolo, che aspira un determinato volume di soluzione stock, proporzionale al volume d'acqua passato attraverso lo strumento. Queste pompe possono essere montate in linea o in by-pass, cioè con una deviazione dal percorso principale. Il loro rapporto di dosaggio è piuttosto ampio (0,2/0,3 % - 2 %) e le portate di esercizio variano da 0,5 a 40 m3/h. Questi dispositivi hanno il vantaggio di non richiedere energia elettrica, sono piuttosto precisi e presentano la possibilità di variare il rapporto di dosaggio con una ghiera graduata collegata alla camera di iniezione. I difetti di questo strumento sono l'elevata usura di alcune sue parti, le difficoltà di automazione e le perdite di carico nell'impianto, causate dall'uso di parte dell'energia dell'acqua per l'aspirazione. Un particolare tipo di pompe meccaniche a dosaggio volumetrico sono le POMPE DI INIEZIONE A MOTORE IDRAULICO (O A TURBINA), con le quali non si hanno perdite di carico, ma si ha un consumo d'acqua per il funzionamento della pompa stessa.
Le POMPE ELETTRICHE A DOSAGGIO VOLUMETRICO non sfruttano la pressione dell'acqua, ma utilizzano l'energia elettrica, i cui impulsi sono regolati da un contalitri meccanico o elettronico, che invia un segnale proporzionale al flusso idrico, dal quale dipende la velocità di pompaggio. Le pompe elettriche possono essere pompe a membrana o pompe a pistone. In entrambe le tipologie il dosaggio viene regolato da dei potenziometri che variano la velocità delle battute della membrana e di movimento del pistone in base all'intensità di corrente ricevuta. Questo di sistema di dosaggio non comporta perdite di carico, può essere utilizzato con portate molto grandi, è abbastanza economico e può essere automatizzato con apposite centraline. Tuttavia ha il difetto di non essere molto preciso nel controllo dell'E.C. e del pH della soluzione finale, costringendo così gli operatori a continui monitoraggi delle soluzioni e aggiustamenti dei rapporti di diluizione delle pompe.
Le POMPE ELETTRICHE A DOSAGGIO PROPORZIONALE funzionano come le precedenti, ma in questo caso sono comandate da una scheda elettronica che imposta la velocità di battuta delle pompe in base alla differenza tra il valore di pH, o più comunemente di E.C., impostato nel quadro di controllo e quello rilevato dai sensori in linea. Le pompe elettriche a membrana con i relativi quadri di controllo dell'E.C. sono sicuramente i dosatori più adatti per la fertirrigazione a ciclo chiuso, poiché permettono di reintegrare la soluzione nutritiva riportandola con buona precisione ai valori di pH e di E.C. desiderati. Il difetto di questi strumenti è quello di poter essere utilizzati correttamente soltanto con variazioni di portata molto ristrette e questo è impossibile in un vivaio ornamentale, dove ci sono tantissime specie diverse con esigenze idriche diverse. Si preferisce allora utilizzare un sistema a doppio controllo, sia proporzionale che volumetrico, dotato di una scheda elettronica che integra i valori letti dalle sonde con il segnale proveniente dal contalitri ad impulso. In questo modo eventuali variazioni di flusso vengono rilevate dal flussometro, che corregge in tempo reale il dosaggio delle pompe. Recentemente sono state messe in commercio anche delle schede elettroniche in grado di memorizzare le portate di ogni settore e quindi di impostare la velocità di pompaggio migliore per ciascuno di essi.
Esistono anche dei FERTIRRIGATORI COMPUTERIZZATI che permettono di erogare soluzioni nutritive diverse in ciascun settore. La loro diffusione è limitata a causa dell'elevato costo (20.000 – 250.000 Euro), ma la loro utilità nei grandi vivai con numerose specie diverse è enorme. Questi sistemi hanno un dispositivo di dosaggio (generalmente un tubo venturi) e due sensori di controllo (uno per il pH ed uno per l'E.C.) per ciascun settore e sono controllati da un software di gestione, che controlla le caratteristiche chimiche della soluzione nutritiva di ogni settore e il corretto funzionamento dell'intero sistema e fornisce ausilio agli operatori.

1.3.4 - Il controllo del pH e dell'E.C.
I sensori per il rilevamento del pH e della salinità, tramite la conducibilità elettrica (E.C.), sono importanti in qualsiasi impianto di fertirrigazione, ma soprattutto in quelli a ciclo chiuso, dove la soluzione nutritiva, perdendo i nutrienti assorbiti dalle piante ad ogni somministrazione, deve essere opportunamente reintegrata al termine di ogni ciclo. Lo strumento adibito alla misurazione del pH si chiama pHmetro, mentre quello per il rilevamento dell'E.C. è il conduttivimetro. Entrambi i sensori devono essere collocati in linea abbastanza lontani dal punto di iniezione, cioè dove è ormai avvenuta completamente la miscelazione tra le soluzioni stock e l'acqua. Per facilitare tale miscelazione di solito si mette tra il punto di iniezione e le sonde anche un filtro a dischi con la funzione di diffusore. Inoltre, siccome le sonde operano con più precisione in condizioni di bassa pressione idrica, sarebbe opportuno che queste fossero poste su un by-pass (una deviazione) collegato alla linea principale.

1.3.5 - La struttura completa di un sistema di gestione della soluzione nutritiva
In sintesi possiamo dire che un buon sistema di gestione della soluzione nutritiva nei sistemi chiusi deve essere dotato dei seguenti componenti (vedi fig.1):

  1. filtro principale;
  2. riduttore e stabilizzatore di pressione per rallentare il flusso d'acqua;
  3. contenitori per le due soluzioni stock e la soluzione dell'acido
  4. dispositivi di dosaggio (iniettore) delle soluzioni stock in linea o in un vaso di miscelazione
  5. dispositivo di dosaggio dell'acido
  6. filtro per aiutare il mescolamento ed eliminare eventuali precipitati
  7. sonde per il monitoraggio del pH e dell'E.C.
  8. programmatore e altri eventuali sistemi di automazione dell'intervento irriguo.


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