2. PARTE SPERIMENTALE
2.3 Materiali e metod
Materiale vegetale
Gli esperimenti sono stati condotti nel periodo di febbraio-giugno 2020 in una serra del laboratorio di Orticoltura e Floricoltura del Dipartimento di Scienze Agrarie, Alimentari e Agro-ambientali dell’Università di Pisa.
Per le prove sono state impiegati i semi forniti da tre diverse ditte sementiere: per Beta vulgaris
var. cicla, Gargini Sementi, Lucca; per Beta vulgaris ssp. Maritima Pennard Plants, East Pennard, Regno Unito; per Salicornia europaea, Alsagarden, Niederhaslach, Francia.
Tecnica colturale
La tecnica di coltivazione idroponica usata è il floating system. Per ognuno dei 3 o 4 trattamenti a confronto, sono state allestite due vasche contenenti circa 50 L e 720 piante di bietola o 200 di salicornia, per una densità colturale, rispettivamente, di 720 o 200 p/m2 di serra. Le semine e le altre operazioni colturali, compresi i tagli della parte area, sono state eseguite nelle date riportate nelle Tab. 11 e 12. I semi sono stati seminati in cubetti di lana di roccia, ricoperti con uno strato di vermiculite e posti a germinare all’interno della serra. Il trapianto è avvenuto il 9/03/2020. Le condizioni climatiche durante le prove sono riportate nelle Tab. 11 e 12.
La salinizzazione della soluzione nutritive è stata effettuata progressivamente aggiungendo la metà o un terzo della dose necessaria per raggiungere la concentrazione salina finale desiderata (Tab. 11 e 12). I sali impiegati per preparare le soluzioni nutritive sono stati: nitrato di magnesio; solfato di magnesio eptaidrato; diidrogeno fosfato di potassio; nitrato di magnesio; cloruro di calcio, nitrato di potassio e solfato di potassio. Per quanto riguarda i microelementi sono stati impiegati chelati di Fe (EDDHA), Cu (EDTA), Zn (EDTA) e Mn, molibdato di sodio e acido borico.
Durante gli esperimnti, le soluzioni nutritive sono state campionate una (salicornia) o due (bietola) volte la settimana per l’analisi rapida dei nitrati (con riflettometro RQFlex, Merck; https://it.vwr.com/store/product/594832/riflettometri-rqflex), allo scopo di mantenerne la concentrazione il più possibile vicina ai valori ai valori prefissati, che sono stati ripristinati con nitrato di magnesio quando necessario. Le perdite di acqua causate dall’evapotraspirazione sono state compensate con soluzione nutritiva completa.
40 Determinazioni di laboratorio
Ad ogni taglio, le piante sono state campionate per la determinazione dei parametri di crescita e del contenuto minerale delle foglie di bietola (Fig.11 e 12) o degli steli (detti anche articoli; Fig. 13) nel caso della salicornia. Il peso secco dei campioni è stato determinato dopo aver essiccato i campioni freschi in una stufa ventilata a 70°C, fino a peso costante.
Fig. 11 Foglia di Beta vulgaris var. cicla.
(http://luirig.altervista.org/schedenam/fnam.php?taxon=Beta+vulgaris+ssp.+cicla)
Fig.12. Foglie di Beta vulgaris ssp. maritima. (https://www.healthbenefitstimes.com/sea- beet/nggallery/image/10325)
41
Fig.13. I fusti trasformati (cladodi) di Salicornia europaea. (https://www.britannica.com/plant/glasswort)
L’indice di succulenza è stato calcolato come rapporto tra il contenuto di acqua (differenza tra peso fresco e peso secco) e il peso secco delle foglie o degli articoli.
Per le analisi chimiche di laboratorio, i campioni secchi stati macinati e digeriti a caldo in ambiente acido (240 °C, 2 ore; miscela 5:2 v/v di acido nitrico 65% e perclorico 65%). Sul prodotto della digestione è stato determinato il contenuto dei seguenti elementi:
1) P con il metodo del molibdato (Olsen et al., 1982);
2) Ca, Mg e microelementi (Fe, Mn, Zn e Cu) con uno spettrofotometro ad assorbimento atomico (Varian Model Spectra-AA240 FS, Australia).
3) K e Na con un fotometro a fiamma.
Inoltre, sui campioni disidratati è stato determinato il contenuto di N ridotto, N-NO3- e cloruri.
Per la determinazione dell’N ridotto è stato utilizzato il metodo Kjeldahl (Kacar, 1972). Per la determinazione del contenuto di N-NO3- l’estrazione dei campioni è stata effettuata con acqua
distillata e il contenuto di N-NO3-, nella soluzione ottenuta con l’estrazione, è stato determinato
con il metodo colorimetrico dell’acido salicilico (Cataldo et al., 1975).
Lo stesso estratto è stato utilizzato per la determinazione della concentrazione dei cloruri con un cromatografo ionico (Dionex).
42 Analisi statistica
I dati sono stati sottoposti all’analisi della varianza (ANOVA) ad una (esperimento su salicornia) o due (esperimento con le due specie di bietola) vie. Le medie sono state separate con il test di Duncan (P=0,05).
2.4 Risultati
Esperimento con B. vulgaris var. cicla
Riguardo all’analisi di crescita (Tab. 13; Fig. 14), né la salinità né la concentrazione di nitrato della soluzione nutritiva ha influenzato il peso secco della parte aerea (essenzialmente foglie). La concentrazione di nitrato non ha influenzato nemmeno il peso secco delle radici e il rapporto tra radici e parte aerea. L’interazione ‘salinità x concentrazione di nitrato’ è stata significativa solo per il peso fresco della parte aerea e l’indice di succulenza.
La salinità elevata (10 g l-1 di IC) e la concentrazione ridotta di nitrato ha ridotto di un terzo circa il peso fresco della parte aerea e aumentato (salinità) o ridotto (concentrazione di nitrato) allo stesso modo il contenuto fogliare di sostanza secca.
Fig.14. Piante di Beta vulgaris var. cicla coltivate in idroponica con dierse soluzioni nutritive (v. testo per il significato delle abbreviazioni).
IC0-10 (controllo)
Tab.13.Parametri di crescita di piante di Beta vulgaris var. cicla coltivate in idroponica con soluzioni nutritive differenziate per il contenuto di NaCl o Instant Ocean (IC), e di nitrato.
Trattamento [IC] [N-NO3]
Peso fresco p. aerea Peso secco p. aerea PS/PF p. aerea Indice di succulenza Peso secco
radici Radici/parte aerea
g L-1 mM kg m-2 kg m-2 % g pianta-1 IC0-10 (controllo) 0 10 3,69 a 0,157 4,33 22,41 a 0,1015 0,455 IC 0-1 0 1 2,55 b 0,141 5,70 16,87 b 0,0962 0,560 IC 10-10 10 10 2,45 b 0,149 6,34 15,01 bc 0,0624 0,350 IC 10-1 10 1 1,96 c 0,133 6,83 13,75 c 0,0604 0,328 Effetto medio 0 3,12 a 0,149 5,01 b 19,64 a 0,0988 a 0,510 a 10 2,21 b 0,141 6,58 a 14,38 b 0,0614 b 0,339 b 1 2,25 b 0,137 6,26 a 15,31 b 0,0783 0,444 10 3,07 a 0,153 5,34 b 18,71 a 0,082 0,403 ANOVA1 IC *** ns *** *** *** ** N-NO3 *** ns *** *** ns ns IC x N-NO3 * ns ns ** ns ns
Tab.14. Contenuto di macroelementi, Na, Cl (g kg-1 PS) e microelementi (mg kg-1 PS) nelle foglie di piante di Beta vulgaris var. cicla coltivate in
idroponica con soluzioni nutritive differenziate per il contenuto di NaCl o Instant Ocean (IC), e di nitrato.
Trattamento [IC] [N-NO3] N-org N-NO3 K Na Ca Mg P Cl Cu Mn Fe Zn
g L-1 mM g kg-1 PS mg kg-1 PS IC 0-10 (controllo) 0 10 40,8 ab 8,4 81,6 34,1 7,5 8,2 ab 1,2 33,7 c 19,3 148 b 247,7 79 ab IC 0-1 0 1 39,4 ab 1,1 69,5 34,6 7,5 5,8 c 1,2 37,5 bc 19,6 244 a 256 94,6 a IC 10-10 10 10 42,3 a 8,4 70,8 54,6 4,7 9,7 a 1,5 42,3 b 17 108 c 193,3 85,3 ab IC 10-1 10 1 37,5 b 1,0 44,6 63,5 4,5 6,1 bc 1,3 50,4 a 15,6 99,7 c 193,3 73 b EFFETTO MEDIO 0 4 4,80 75,5 a 34,3 b 7,5 a 7,b 1,2 35,6 b 19,5 196 a 251,8 86,8 10 3,9 4,78 57,7 b 59 a 4,7 b 8 a 1,4 46,4 a 16,3 103,8 b 193,3 79,2 1 3,8 b 1,1 b 57,1 b 49, 6,0 6 b 1,3 44 a 17,7 171,8 a 224,7 83,8 10 4,1 a 8,5 a 76,2 a 44,3 6,2 9 a 1,4 38,0 b 18,2 128 b 220,5 82,2 ANOVA1 Trattamento IC ns ns ** *** *** *** ns *** ** *** ns N-NO3 ** *** ** ns ns *** ns *** ns *** ns IC x N-NO3 * ns ns ns ns * ns * ns *** **
Rispetto al controllo, l’indice di succulenza è stato significativamente minore in tutti gli altri tre trattamenti; è stato particolarmente basso nelle piante coltivate con la soluzione preparata con l’IC e povera di nitrato.
La produzione ottenuta con i tre tagli (stimata in base alla densità colturale di 720 p m-2) è stata di 11,1 kg m-2 nelle piante di controllo e di 7,6, 7,35 e 5,88 negli altri trattamenti. La produzione più bassa è stata registrata per le piante coltivate con la soluzione più salina e povera di N. Per quanto riguarda il contenuto minerale delle foglie (Tab. 14), né la salinità né la concentrazione di nitrato della soluzione nutritiva ha influenzato il contenuto di P, Fe e Zn. La salinità non ha influenzato nemmeno il contenuto di N organico e nitrico mentre il contenuto di nitrato nella soluzione idroponica non ha avuto effetti significativi sul contenuto di Na e Cl. L’interazione ‘salinità x concentrazione di nitrato è stata significativa solo per contenuto di N organico, Mg, Cl, Mn e Zn. Gli effetti più importanti dei due fattori di variabilità sono stati:
- una riduzione del contenuto di N organico e soprattutto (-87%) nitrico, e del K e un aumento del contenuto di Mn nelle piante coltivate con 1 mM di N nitrico in soluzione; - un aumento del contenuto di Na (+72%) e Cl (31%), e una diminuzione del contenuto
di K (-24%) nelle piante coltivate in presenza di IC.
Dalla ricerca bibliografica sono emersi pochi i lavori sulla risposta della B. vulgaris var. cicla alla salinità e sul suo impiego in impianti di acquaponica. Secondo alcuni autori (Shannon et al., 2000; Liu et al., 2014) riportano che livelli di NaCl di 40 – 80 mM sono giù sufficienti per ridurre significativamente la crescita di questa specie coltivata in idroponica, in accordo con in nostri risultati. Kaburagi et al. (2014), al contrario, hanno osservato che una concentrazione di NaCl di 100 mM nella soluzione idroponica non influenzava la crescita di questa specie. Liu et al. (2014) riportano che l’applicazione fogliare di acido 5-aminolevulinico (ALA, un regolatore di crescita sintetizzato dalle piante e precursore di composti come la clorofilla, il fitocromo e la vitamina B12) riduce gli effetti negativi della salinità.
Kaburagi et al. (2014 e 2015) hanno anche osservato che concentrazioni elevate di Na nella soluzione nutritiva aumenta l’assorbimento dell’azoto ma questo effetto non è stato osservato nell’esperimento condotto a Pisa. Kaburagi et al. (2020) hanno recentemente condotto uno studio sulla coltivazione in un impianto di acquaponica (la tilapia era il pesce allevato) di B.
vulgaris var. cicla con soluzioni nutritive contenenti circa 20 mM di NaCl. La produzione di
biomassa fresca prodotta dalle piante coltivate con gli effluenti dall’impianto di acquacoltura non era significativamente diversa da quella delle piante di controllo (coltivate con una soluzione standard per colture idroponiche), se agli effluenti venivano aggiunti i microelementi
46
Fe, Mn, Zn e Cu in concentrazione almeno pari alla metà della concentrazione della soluzione nutritiva di controllo.
Esperimento con Beta vulgaris ssp. maritima
Relativamente all’analisi di crescita (Tab. 15; Fig. 15), sia l’elevata salinità sia la ridotta concentrazione di nitrato hanno influenzato negativamente la produzione di biomassa provocando una riduzione di circa un sesto rispetto al controllo nel primo caso e superiore ad un quarto nel secondo. La combinazione di due fattori ha influenzato sfavorevolmente anche il peso secco delle radici, che è stato ridotto di circa un terzo rispetto al controllo, ma non ha sortito effetti sul rapporto radici/parte aerea. L’alta concentrazione salina (10 g l-1 di IC) ha ridotto (-25% circa) l’indice di succulenza, che è stato ridotto anche dalla bassa concentrazione di nitrato, anche se in minor misura ha causato un effetto sempre negativo ma meno significativo.
La produzione ottenuta con i tre tagli (stimata in base alla densità colturale di 720 p m-2) è stata di 13,11 kg m-2 nelle piante di controllo e di 9,36, 8,64 e 7,05 negli altri trattamenti. La produzione più bassa è stata registrata per le piante coltivate con la soluzione a base di IC e povera di N.
Fig.15. Piante di Beta vulgaris ssp. maritima coltivate in idroponica con dierse soluzioni nutritive (v. testo per il significato delle abbreviazioni).
IC10-10 IC 0-10
(controllo)
IC 10-1 IC 0-1
Tab.15. Parametri di crescita di piante di Beta vulgaris ssp. maritima coltivate in idroponica con soluzioni nutritive differenziate per il contenuto di NaCl o Instant Ocean (IC), e di nitrato.
Trattamento [IC] [N-NO3] Peso fresco
p. aerea Peso secco p. aerea PS/PF p. aerea Indice di succulenza Peso secco
radici Radici/parte aerea
g L-1 mM kg m-2 kg m-2 % g pianta-1 IC 0-10 (controllo) 0 10 4,37 a 0,256 5,93 b 16,07 a 0,095 a 0,295 IC 0-1 0 1 3,12 ab 0,211 6,70 ab 14,04 ab 0,052 b 0,173 IC 10-10 10 10 2,88 ab 0,213 7,70 a 12,23 b 0,057 b 0,238 IC 10-1 10 1 2.35 b 0,182 7,76 a 12,01 b 0,049 b 0,221 0 3,84 a 0,239 a 6,32 b 15,07 a 0,075 a 0,239 10 2,61 b 0,198 b 7,73 a 12,12 b 0,053 b 0,229 1 2,74 b 0,196 b 7,23 a 13,03 b 0,05 b 0,197 10 3,62 a 0,234 a 6,81 b 14,15 a 0,077 a 0,266 IC *** ns *** *** *** ** N-NO3 *** ns *** *** ns ns IC x N-NO3 * ns ns ** ns ns
Tab.16. Contenuto di macroelementi, Na, Cl (g kg-1 PS) e microelementi (mg kg-1 PS) foglie di piante di Beta vulgaris ssp. maritima coltivate in
idroponica con soluzioni nutritive differenziate per il contenuto di NaCl o Instant Ocean (IC), e di nitrato.
Trattamento [IC] o [NaCl] [N- NO3] N- org N-NO3 K Na Ca Mg P Cl Cu Mn Fe Zn g L-1 mM g kg-1 PS mg kg-1 PS IC 0-10 (controllo) 0 10 45,1 11,0 a 93,6 48,9 d 7,8 9,1 1,3 27,3 18,3 218,7 a 206 80 IC 0-1 0 1 39,0 4,8 b 69,3 72,7 c 7,6 6,5 1,3 29,2 18,3 190 a 189,3 84,6 IC 10-10 10 10 45,3 12,1 a 71,5 86,8 b 5,1 9,7 1,2 31,9 13,6 135,7 b 203,7 65,6 IC 10-1 10 1 43,1 3,7 b 62,2 96,1 a 5,9 7,5 1,2 37,6 16,6 198,3 a 236,3 85 EFFETTO MEDIO 0 4,2 7,9 81,5 a 60,8 b 7,7 a 7,8 1,3 28,2 b 18,3 a 204,3 a 197,7 82,3 a 10 4,4 7,9 66,8 b 91,5 a 5,5 b 8,6 1,2 34,8 a 15,2 b 167 b 220 75,3 b 1 4,1 b 4,3 b 65,7 b 84,4 a 6,8 7 b 1,3 33,4 a 17,5 194.2 212,8 84,8 10 4,5 a 11,6 a 82,6 a 67,9 b 6,5 9,4 a 1,3 29,6 b 16 177.2 204,8 72,8 ANOVA1 Trattamento IC ns ** *** *** ns ns ** * * ns ns N-NO3 * ** *** ns *** ns * ns ns ns * IC* N-NO3 ns ns * ns ns ns ns ns * ns ns
Per quanto riguarda il contenuto minerale delle foglie (Tab. 16), né la salinità né la concentrazione di nitrato della soluzione nutritiva hanno influenzato il contenuto di Fe e P. La salinità non ha influenzato nemmeno il contenuto di N organico e nitrico, mentre il contenuto minore di nitrato nella soluzione nutritiva idroponiche ha provocato un significativo aumento nella concentrazione di Na di circa un quarto e del 12,8% nel caso del Cl. I principali effetti sviluppati dai due fattori di variabilità sono stati:
- Una riduzione nel contenuto di azoto nitrico (- 62,9 %), del K e del Mg e un aumento del contenuto di Cl e Na nelle piante coltivate con 1 mM di N nitrico in soluzione; - un aumento del contenuto di Na (+50,5%) e Cl (+22,9), e una diminuzione nel contenuto
K, Ca, Cu, Mn e Zn nelle piante coltivate in presenza di IC.
È scarsa la letteratura scientifica sulla risposta alla salinità Beta vulgaris ssp. maritima coltivata in condizioni artificiali o semi-artificiali, come quelle degli esperimenti riportati in questa tesi. In esperimenti condotti con piante di B. vulgaris ssp. maritima e B.vulgaris allevate in vaso in serra e irrigate con acqua contenente 200 mM di NaCl, Niazy et al. (2005) hanno osservato una migliore risposta alla salinità della prima specie rispetto alla seconda. Entrambe le specie si sono accresciute di più in presenza del NaCl, ma l’incremento del peso fresco e del peso secco della parte aerea è stato in percentuale maggiore nella B.vulgaris ssp. maritima rispetto alla B.
vulgaris. Dallo studio condotto per questa tesi, invece, la salinità elevata ha ridotto la crescita
in entrambe le specie di bietola ma in maggior misura nella B. vulgaris ssp. maritima. Niazy et al. (2005) riportano anche che il contenuto di Na e Cl è risultato essere sensibilmente maggiore nelle piante trattate con NaCl, ma con una prevalenza nei tessuti radicali di
B.vulgaris ssp. maritima rispetto a quelli di B.vulgaris var. cicla così come per l’assorbimento
di Mg2+ che è stato superiore nei germogli di B. vulgaris ssp. maritima. Per quanto riguarda il Ca2+ , invece, non è stata osservata una differenza nell’assorbimento dei germogli delle due specie. Rispetto ai risultati di Niazy et al. (2005), nel nostro esperimento ci sono state differenze nell’assorbimento ionico. Riguardo Na e Cl, ad esempio, l’assorbimento maggiore è stato registrato nelle piante di B. vulgaris var. cicla. mentre un tenore superiore di Mg è stato trovato nelle piante di B. vulgaris var. cicla. Relativamente al Ca si è verificato un calo nel contenuto di entrambe le specie, seppur minore in B. vulgaris ssp. maritima.
50 Esperimento con Salicornia europaea
In questo esperimento sono state poste a confronto solo tre soluzioni nutritive diversificate per il livello di azoto nitrico e il tipo di sale impiegato per la salinizzazione (IC o NaCl). L’uso della soluzione di controllo (salinizzata con NaCl e contenente 10 mM di NaCl) ha determinato una riduzione della produzione di biomassa fresca e secca e dell’indice di succulenza, mentre ha aumentato leggermente ma in modo significativo il contenuto percentuale di sostanza secca degli articoli (Tab. 17 e Fig. 16). Non sono state invece osservate differenze significative tra le due concentrazioni di N nitrico nella soluzione preparata con l’IC per nessuno dei parametri considerati (Tab. 17).
In generale, le piante di Salicornia europaea hanno mostrato un tasso di crescita più basso rispetto alle due specie di bietola. La produzione ottenuta con i tre tagli (stimata in base alla densità colturale di 200 p m-2) è stata di 3,30 kg m-2 nelle piante di controllo e di 4,89 e 4,95 nelle piante coltivate con la soluzione preparata con l’IC.
Fig. 16. Piante di Salicornia europaea coltivate in idroponica con dierse soluzioni nutritive (v. testo per il significato delle abbreviazioni).
Controllo (35 NaCl + 10 N-NO3
Tab.17. Parametri di crescita di piante di Salicornia europaea coltivate in idroponica con soluzioni nutritive differenziate per il contenuto di NaCl o Instant Ocean (IC), e di nitrato.
Trattamento [IC] o [NaCl] [N-NO3] P. fresco
p. aerea P. secco p. aerea PS/PF p. aerea Indice di succulenza Peso secco radici Radici/parte aerea g l-1 mM kg m-2 kg m-2 % g pianta-1 NaCl 35-10 (controllo) NaCl - 35 10 1,10 b 0,102 b 8,89 a 10,38 b 0,034 b 0,340 IC 35-10 IC - 35 10 1,63 a 0,140 a 8,25 b 11,21 a 0,070 a 0,445 IC35-1 IC -35 1 1,65 a 0,139 a 8,07 b 11,49 a 0,045 ab 0,320 trattamento *** ** *** ** *** ns
1 Legenda: ns, non significativo; *, P = 0.05; **, P = 0.01; ***, P = 0.001. I valori seguiti dalla stessa lettera non sono statisticamente diversi (P= 0.05).
Tab. 18. Contenuto di macroelementi, Na, Cl (g kg-1 PS) e microelementi (mg kg-1 PS) negli articoli di piante di Salicornia europaea coltivate in
idroponica con soluzioni nutritive differenziate per il contenuto di NaCl o Instant Ocean (IC), e di nitrato.
Trattamento [IC] o [NaCl] [N-NO3] N-org N-NO3 K Na Ca Mg P Cl Cu Mn Fe Zn
g l-1 mM g kg-1 PS g kg-1 PS NaCl 35-10 (controllo) 35 (NaCl) 10 27,4 7,42 c 29,2 196,2 4,4 b 2,9 b 1,45 132,0 19,6 31,6 99 76,3 IC 35-10 35 (IC) 10 30,3 9,26 a 28,1 178,3 6,1 a 10,1 a 1,31 117,6 20,0 29 100,7 78,0 IC35-1 35 (IC) 1 26,7 8,20 b 32,1 181,5 6,3 a 9,8 a 1,26 112,3 20,7 27 94,33 79,6 ANOVA1 Trattamento ns ** ns ns ** *** ns ns ns ns ns ns
La composizione della soluzione nutritiva non ha influenzato il contenuto di N organico, K, Na, Cl e microelementi (Tab. 18). Quando la soluzione nutritiva è stata preparata usando l’IC, la concentrazione di nitrato non ha influenzato il contenuto minerale degli articoli (Tab. 18); è stata osservata solo una modesta (-11%) ma significativa riduzione del contenuto di nitrati. Anche per questa specie in letteratura sono disponibili pochissimi studi sulla risposta di questa specie alla coltura idroponica. Alcuni lavori hanno riguardato altre specie di salicornia (Katschnig et al., 2013; Singh et al. 2014; Kudo e Fujiyama, 2010; Lima et al., 2020; Doncato et al., 2021). Nie et al (2012) riportano che le migliori performance di crescita di S. europea si hanno in presenza di azoto nitrico rispetto alla forma ureica e ammoniacale. Tuttavia in un altro studio mirato ad indagare la risposta di S.europea a diversi ranges di concentrazioni minerali all’interno di soluzioni nutritive derivate da urina trattata con l’enzima ureasi, il miglior risultato di crescita espresso in quantità di biomassa fresca della parte aerea è stato ottenuto nelle piante coltivate con azoto ureico che, rispetto, a quelle allevate con azoto nitrico hanno accumulato il 30% in più di biomassa fresca (Tikhomirova et al., 2005). Lo studio di Tikhomirova et al., (2005) ha anche evidenziato la capacità della S. europaea di crescere bene in idroponica con soluzioni nutritive caratterizzate da valori anomali (cioè molto più alti rispetto alle soluzioni idroponiche standard) concentrazioni di P, K, Ca, Mg e S (Tikhomirova et al., 2005),
In altro studio è stato osservato che S. bigelovii cresceva meno se coltivata con un basso livello di salinità della soluzione nutritiva (Kong et Zheng 2014). Questo risultato è stato ottenuto anche in un esperimento condotto da Puccinelli e Pardossi (comunicazione personale) condotto con S. europaea nelle stesse condizioni degli esperimenti condotti per questa tesi.
2.5 Conclusioni
La Tab. 19 riporta una sintesi dei risultati dei tre espertimenti. La conclusione più importante di questo studio è che è possibile coltivare B. vulgaris, B. vulgaris spp. maritima e S. europaea nelle condizioni nutritive tipiche di impianti di acquaponica marina, cioè con livelli di salinità totale, calcio, magnesio, sodio, cloruri e solfati. In particolare, la salicornia, che è un alofita capace di crescere in condizioni di elevata salinità (fino ad oltre 30 g L-1, Yamamoto et al., 2016), ha fatto registrare la stessa produzione del trattamento di controllo anche quando la soluzione nutritiva conteneva un livello molto basso di nitrato.
Come previsto, la riduzione della concentrazione di nitrato ha determinato un ridotto accumulo di nitrati nelle foglie e negli articoli.
Tab. 19. Produzione di biomassa fresca e secca, contenuto di azoto totale e nitrico, e asportazione totale e media giornaliera di azoto di tre specie di piante alofite o alo-toleranti coltivate in idroponica con diverse soluzioni nutritive.
Trattamento [IC] o [NaCl] [N- NO3] Durata della coltivazione Produzione (p. fresco) Biomassa secca Contenuto di N Asportazione di N Contenuto di nitrati nelle parti
eduli g L-1 mM giorni kg m-2 kg m-2 % PS kg m-2 g m-2 d-1 mg kg-1 PF
Beta vulgaris var. cicla
IC 0-10 (controllo) 0 10 41 11,07 0,470 4,92 0,023 0,56 1611 IC 0-1 0 1 7,65 0,424 4,05 0,017 0, 41 282 IC 10-10 10 10 7,35 0,448 5,07 0,022 0, 53 2362 IC 10-1 10 1 5,88 0,400 4,75 0,015 0, 36 319
Beta vulgaris ssp. maritima
IC 0-10 (controllo) 0 10 41 13,11 0,768 5,61 0,043 1,01 2826 IC 0-1 0 1 9,36 0,633 4,38 0,027 0,65 1434 IC 10-10 10 10 8,64 0,639 5,74 0,036 0,87 4013 IC 10-1 10 1 7,05 0,547 4,68 0,025 0,60 1304 Salicornia europaea NaCl 35-10 (controllo) 35 10 56 3,30 0,307 3,48 0,010 0,17 2852 IC 35-10 35 10 4,89 0,419 3,95 0,016 0,28 3384 IC 35-1 35 1 4,95 0,418 3,49 0,019 0,33 3103
Da notare che he nelle piante coltivate con 10 mM di nitrato in soluzione è stato particolarmente elevato e in alcuni trattamenti ha superato i limiti (2500 – 4000 mg kg-1 peso fresco) imposti dalla Commissione Europea (Regolamento n. 1258/2011) ad alcune specie di ortaggi da foglia (spinacio e lattuga) coltivati nella stagione primaverile-estiva.
Confrontando le specie tra loro, la resa delle due specie di bietola è stata circa tre volte superiore a quella della salicornia quando le piante sono state coltivate con le soluzioni nutritive di controllo. La salicornia però non è stata influenzata dalla concentrazione del nitrato in soluzione ed ha prodotto più biomassa quando è stata coltivata con una soluzione nutritiva con una composizioni simile a quella dell’acqua marina.
In un impianto di aeroponica, l’azoto escreto (soprattutto con le urine) dai pesci sotto forma di urea e soprattutto di ammoniaca, è trasformato dai batteri nitrificanti del biofiltro in nitrito e soprattutto nitrato, che a sua volta è utilizzato dalle piante (Soverville et al., 2014). Un adeguato bilanciamento tra la popolazione dei pesci (espressa in kg di peso vivo) e delle piante (espressa in piante per m2) e la dimensione e l’attività è essenziale per una normale crescita delle piante, che potrebbero ricevere un insufficiente livello di nitrato, e dei pesci, che non tollerano livelli di ammoniaca e nitrito superiori ad 1 mg L-1 e di nitrato superiori a 150-400 mg L-1 (Soverville
et al., 2014). Il bilanciamento viene in genere stabilito in base alla quantità di cibo fornito ai pesci. Il tasso giornaliero di alimentazione per m2 di coltura vegetale è di 40-50 g m-2 nel caso
di ortaggi da foglia e di 50-80 g m2 nel caso di ortaggi da frutto, che si accrescono più
velocemente dei primi e quindi richiedono più azoto ((Soverville et al., 2014). Per un bilanciamento più preciso occorre conoscere la quantità di azoto prodotto giornalmente dai pesci, che dipende da molti fattori (in primis, dalla specie) e può arrivare a 1-2 g al giorno per kg di peso vivo nelle orate e nelle spigole, le specie allevate nell’impianto di acquaponica installato presso il Laboratorio di Orticoltura dell’Università di Pisa.