Fertirrigazione! Tecnica, Come e Perché?

    Gli impianti d’irrigazione moderni permettono una localizzazione dell'acqua più precisa e più efficiente, per cui il volume di terreno bagnato in cui si sviluppa l'apparato radicale risulta più limitato ma più intensivo. Praticare una concimazione controllata e mirata diventa sempre più una necessità.

   Per fertirrigazione s’intende incorporare i fertilizzanti nell'acqua ed eseguire la loro somministrazione con l'impianto d'irrigazione.
   In fuori suolo o su suolo, sia per il pieno campo che per le colture protette vi sono degl aspetti generali che si possono così sintetizzare: aspetti che coinvolgono il lavoro, la nutrizione, la distribuzione e l’ambiente.

Aspetti che riguardano il lavoro:
Risparmio di lavoro e di spese di distribuzione: nessuna necessità di distribuire concimi manualmente o meccanicamente con gli spandiconcime.
Convenienza: incorporando il fertilizzante con l'acqua d’irrigazione, quello che resta da fare è solo irrigare correttamente.
Aspetti che riguardano la distribuzione:
Uniformità di distribuzione: un impianto d’irrigazione efficiente assicura una migliore uniformità di distribuzione del fertilizzante al livello della pianta.
Localizzazione precisa: con regimi irrigui localizzati l'apparato radicale si sviluppa dove cade l'acqua d’irrigazione. Fertirrigare significa localizzare i fertilizzanti nel luogo esatto in cui saranno assorbiti.
Volume controllato: il controllo del volume irriguo viene effettuato facilmente con gli impianti di irrigazione a basso volume (a goccia). I fertilizzanti applicati per mezzo di tali sistemi vengono dosati quantitativamente allo stesso modo. Aspetti che riguardano la nutrizione:
Soddisfare i bisogni della pianta: la fertirrigazione permette la regolazione dell'apporto nutritivo in conformità con le necessità della pianta. Sia la quantità di sostanze nutritive che le esigenze delle varie fasi fenologiche, possono essere soddisfatte facilmente usando i giusti fertilizzanti nella giusta quantità.
Disponibilità migliorata: una piccola quantità di fertilizzante somministrata a brevi intervalli è più disponibile per le piante di una massiccia applicazione ripetuta poche volte all'anno.
Aspetti che riguardano l'ambiente:
Aumento dell'efficienza: la fertilizzazione localizzata vicino l’area esplorata dalle radici, evita le perdite dovute alla dispersione degli elementi nutritivi lontano dalla pianta (dovuti alla scarsa uniformità di distribuzione) ed alla lisciviazione incontrollata.
Riduzione dell’impatto ambientale: maggiore efficienza significa anche meno fertilizzante utilizzato e perso; questo a sua volta significa minorie contaminazione ambientale delle falde acquifere (dovuta alla lisciviazione) o inquinamento dei fiumi (dovuti alle perdite per scorrimento superficiale ecc.).
Come vedremo nelle tre sezioni dedicate all'applicazione su suolo, o in fuori suolo, compresa l'irrigazione, si affronteranno i vari aspetti tecnici complementari in un sistema di "gestione globale della fertirrigazione" nella sua completezza e complessità.

Acidificazione della soluzione nutritiva in fertirrigazione
   L’acidificazione delle soluzioni nutritive in fertirrigazione è una pratica comune e vantaggiosa sotto numerosi punti di vista. Benché esista la possibilità di utilizzare diversi tipi di sostanze, in generale, l’acidificazione delle soluzioni, fino a raggiungere il pH desiderato, si effettua mediante l’applicazione di acidi minerali.
   Secondo la composizione chimica dell’acqua d’irrigazione normalmente impiegata, bisogna considerare il potere tampone di questa prima dell’addizione di un acido, e questo dipende esclusivamente dalla presenza dello ione bicarbonato HCO₃^-. Questo anione è la specie chimica predominante che determina l’equilibrio dell’acido carbonico H₂CO₃ disciolto tra i valori di pH 4 e pH 8,2.

   Aggiungendo un acido, (vale a dire, qualunque sostanza capace di apportare ioni idrogeno H+), si produce la seguente reazione di neutralizzazione.
HCO₃^- + H⁺ --> H₂O + CO₂

   In questa reazione vengono eliminati gli ioni bicarbonato ottenendo acqua ed anidride carbonica; quest’ultima, essendo un gas, si disperde nell’aria e la reazione si sposta a destra fin quando ci sono gli ioni reagenti. Questa è la principale reazione che ci consente di gestire e controllare il pH in una soluzione nutritiva.

Vantaggi dell’acidificazione della soluzione nutritiva.
   La correzione del pH della soluzione nutritiva in fertirrigazione ci permette di gestire molteplici parametri, tra cui i due principali sono:

   1) Ottimizzazione del pH per una migliore disponibilità degli elementi nutritivi.
Ognuno degli elementi nutritivi essenziali per le piante presenta un range di pH all’interno del quale si ha la maggiore disponibilità delle loro forme assimilabili. Esso è variabile per ognuno di loro, anche se nell’intervallo di pH 6,2-6.5 vi è la migliore disponibilità per la maggior parte degli elementi nutritivi.
Per questa ragione, il pH delle soluzioni nutritive madri di partenza, in particolare per l’idroponica ed il fuori suolo, si imposta attorno al valore di 5,5-6,0 che generalmente con i successivi riequilibri con la CO₂ si stabilizza tra pH 6,0 e pH 6,5 al punto di uscita della soluzione nutritiva figlia.
Esistono, inoltre, alcuni valori di pH ottimali per l’assorbimento e il funzionamento radicale di ogni specie. Ci sono piante che si adattano meglio a livelli bassi di pH, (specie acidofile) ed altre che, al contrario, si sviluppano più adeguatamente in condizioni di pH superiori (specie basofile).
   2) Prevenzione e/o eliminazione di occlusioni e depositi nell’impianto d’irriga-zione e nei gocciolatoi.
Le occlusioni dei gocciolatoi e dell’impianto d’irrigazione avvengono fondamentalmente per tre cause differenti: Vedi tabella n°1
a) fisiche (solidi in sospensione);
b) biologiche (batteri ed alghe);
c) chimiche (formazione di precipitati).

Tabella n°1: Per individuare il rischio di occlusione dei gocciolatori in base all’analisi dell’acqua di irrigazione.

RISCHIO DI OCCLUSIONE

PARAMETRO	Basso	Medio	Alto
Fisico: Solidi Sospesi (mg/l)	< 50	50 – 100	> 100
Chimico: pH Soliti Disciolti (mg/l) Manganese (mg/l) Ferro (mg/l) Anidride Solforica (mg/l) Bicarbonati (mg/l)	< 7.0 < 500 < 0.1 < 0.2 < 0.2 <150	7.0 – 8.0 500 – 2.000 0.1 – 1.5 0.2 – 1.5 0.3 – 2.0 150 - 300	> 8.0 > 2.000 > 1.5 > 1.5 > 2.0 > 300
Biologico: Batteri (n°/ml)	< 10.000	10.000 – 50.000	> 50.000

Nakayama and Bucks (1991)

   Le acque di provenienza superficiale generalmente presentano problemi associati ad ostruzioni di origine biologica, (alghe e batteri) che formano degli aggregati che ostruiscono i gocciolatoi. I residui di decomposizione delle alghe possono accumularsi nelle tubature e nei gocciolatoi e servire poi da substrato per la crescita di una massa viscosa di batteri. Al contrario, spesso le acque di provenienza sotterranea contengono elevati livelli di sali in soluzione che possono precipitare formando delle incrostazioni.

   Nelle condizioni agro-climatiche del centro-sud Italia, molte delle acque utilizzate per l’irrigazione provengono da falde sotterranee e la maggior parte possiedono un elevato contenuto di sali solubili.
L’acqua è conosciuta come il solvente universale, poiché quasi tutte le sostanze sono in essa solubili. La solubilità di una determinata sostanza in acqua dipende dalla temperatura, dalla pressione, dal pH, dal potenziale redox e dalle concentrazioni relative di altre sostanze in soluzione.
La CO₂ è molto reattiva in acqua e svolge un ruolo importante nella dissoluzione e nella precipitazione dei sali. L’acqua assorbe una certa quantità di CO₂ dall’aria, ma quantità a volte anche elevate provengono dalla decomposizione della materia organica che l’acqua trascina passando attraverso il profilo del suolo. Sotto pressione, come succede in acque sotterranee, la concentrazione di CO₂ aumenta fino a formare acido carbonico (H₂CO₃). Questo acido debole può sciogliere facilmente dei composti minerali, come il carbonato di calcio (CaCO₃), molto abbondante nelle falde acquifere sotterranee che riforniscono molte delle nostre zone di coltivazione, per formare bicarbonato di calcio [Ca₂(HCO₃)] solubile in acqua. Questo processo permette al carbonato di calcio di essere sciolto, trasportato e, sotto certe condizioni, essere depositato di nuovo come carbonato di calcio.
   Il carbonato di calcio è il costituente più comune delle incrostazioni, generalmente nella forma minerale di Calcite che si forma alle normali temperature esistenti dentro i sistemi di fertirrigazione.

   L’occlusione chimica di solito è causata dalla precipitazione di uno o più dei seguenti elementi: calcio, magnesio, ferro e manganese. Frequentemente le acque che vengono utilizzate trattengono quantità significative di questi elementi ed avendo un pH superiore a 7, possiedono un potenziale rischio di causare occlusioni nei sistemi di irrigazione.

   Quando un’acqua di pozzo viene pompata in superficie e distribuita attraverso il sistema di irrigazione, spesso la temperatura, la pressione ed il pH della stessa cambiano. Questo può causare la precipitazione di carbonato di calcio o altri minerali che formano incrostazioni nelle superfici interne dei componenti del sistema di irrigazione. Inoltre, l’evaporazione prodotta all’uscita dell’acqua dai gocciolatoi concentra i sali in soluzione favorendo ancor più la precipitazione e di conseguenza l’occlusione degli stessi. L’iniezione di acidi può evitare o dissolvere le incrostazioni, ridurre o eliminare la precipitazione minerale e creare un ambiente indesiderabile per la crescita microbica.

   La fertirrigazione può contribuire anche ai problemi di sporcizia ed occlusioni della rete irrigua e dei gocciolatoi, poiché stiamo apportando fertilizzanti minerali che non sono altro che sali solubili che contengono elementi nutritivi necessari per la crescita delle coltivazioni. Generalmente, l’elemento fertilizzante aggiunto che può causare ulteriori problemi di precipitazioni è il fosforo, che in presenza di calcio, è causa di possibile formazione di fosfati di calcio.

   A valori di pH superiori a 7.0, la maggior parte del fosforo in soluzione si trova come ione
monoidrogeno fosfato (HPO₄^-2), questo ione si unisce al calcio formando Fosfato bicalcico (CaHPO₄) che è poco solubile in acqua. Al contrario, a pH inferiore a 6, la maggior parte del fosforo in soluzione si trova come ione diidrogeno fosfato, (H₂PO₄^-) che con il calcio forma Fosfato monocalcico [Ca(H₂PO₄)₂], composto di maggiore solubilità.

Principali acidi minerali utilizzati in fertirrigazione.
   Gli acidi impiegati in fertirrigazione per l’acidificazione delle soluzioni nutritive sono fondamentalmente i seguenti:
 - Acido fosforico (H₃PO₄): i prodotti utilizzati hanno diverse percentuali di concentrazione, generalmente s’impiega quello di maggiore concentrazione, pari all’85% con una densità di 1.58 Kg/lt. Viene spesso utilizzato come fertilizzante fosfatico in fertirrigazione, e frequentemente si coprono con esso la totalità delle necessità di fosforo per la coltivazione. .
 - Acido nitrico (HNO₃): anche in questo caso esistono formulazioni con diverse percentuali di concentrazione, generalmente s’impiegano quelli a concentrazione pari al 65-67% e densità di 1,39-1,40 Kg/lt. Apporta una considerevole quantità di nitrati che a volte possono essere sufficienti a coprire le necessità azotate delle coltivazioni. Dato il suo potere corrosivo ed ossidante, viene anche utilizzato per la pulizia degli impianti d’irrigazione.
 - Acido solforico (H₂SO₄): i prodotti in uso sono concentrati al 95%, la loro densità è approssimativamente di 1.83 Kg/lt. Non è molto esteso il suo impiego in Italia, benché lo sia a livello mondiale. Oltre all’aggiustamento o correzione del pH della soluzione nutritiva, esso apporta una considerabile quantità di zolfo.

Conducibilità elettrica (EC) degli acidi disciolti in acqua pura.
   Gli acidi sono dei composti che apportano o liberano protoni (H⁺); questo ione è quello che possiede una maggiore conduttanza equivalente ionica a diluizione infinita. Lo ione idrogeno è colui che contribuisce maggiormente ad elevare i valori di conducibilità elettrica (EC) di una data soluzione.
Effettivamente, addizionando i diversi acidi all’acqua pura deionizzata, possiamo avere dei grandi incrementi di EC. Con solo 1 ml/l di acido, il fosforico incrementa la EC di circa 2.5 mS/cm, il nitrico lo fa attorno a 4.6 mS/cm ed il solforico porta la EC fino ad un valore di 10.1 mS/cm.
Come si può vedere l’incremento di EC non è esattamente proporzionale all’aumento della concentrazione dell’acido in questione.
A volte uno dei principali problemi, per non dire il maggiore, nelle nostre acque d’irrigazione, è il suo alto valore di EC dovuto all’elevato contenuto in sali. Pertanto, sarebbe controproducente l’acidificazione delle soluzioni nutritive, nonostante i numerosi vantaggi visti, se questo suppone un sensibile incremento di EC. Ma, al contrario di quello che è stato supposto, non è cosi: dietro la correzione del pH della soluzione nutritiva mediante l’addizione di acidi, la EC non incrementa o lo fa molto debolmente, ed in alcuni casi arriva anche a scendere rispetto alla soluzione iniziale.

Come si esprime la concentrazione delle soluzioni nutritive in fertirrigazione
   In chimica una soluzione è il prodotto dello scioglimento di una sostanza solida, liquida o gassosa, detta soluto, in un opportuno liquido ad esso affine per polarità, detto solvente.
La concentrazione di una una soluzione chimica esprime il rapporto tra la quantità di soluto e la quantità di solvente che la compongono. La concentrazione dei sali presenti in una soluzione nutritiva può essere espressa in varie forme: 
   1) Milligrammi per litro (mg/L): il peso dei sali in mg contenuti in 1 L di soluzione. Se 1 mg di sale è disciolto in 1 L di acqua si dice che la soluzione contiene 1 mg di sale per L (abbreviato a 1 mg/L).

   2) Moli (mol): la mole è l’unità di misura (fondamentale) della quantità di materia, che corrisponde ad un numero ben definito di atomi (o molecole o particelle) che compongono tale materia.
Una mole di atomi, corrisponde a 6,023 x 1023 (numero di Avogadro) atomi (o molecole o particelle) e il suo peso (massa), espresso in grammi, corrisponde numericamente al peso atomico dell’atomo (o della molecola, ecc.), espresso anche in dalton.

[Il chimico John Dalton fu il primo a suggerire di utilizzare la massa di un atomo di idrogeno come riferimento nel confronto delle masse di atomi e composti chimici. Esprime la massa di un atomo di idrogeno ed è uguale a 1,66.10-24 g. Questa unità di massa atomica (u.m.a.) porta il nome di John Dalton (Eaglesfield, Cumberland 1766 - Manchester 1844)]

   Tale valore consente che il peso relativo di un elemento sia uguale numericamente al suo peso atomico. Quindi il peso di una mole di sostanza viene detto peso molare e si misura in g/mol, mentre il peso atomico o peso molecolare assoluto si misura in dalton.

   Per es.: l’acido nitrico (HNO3); essendo il peso atomico dell’H, dell’N e dell’O, rispettivamente, 1, 14 e 16 dalton, il peso molecolare relativo, e quello molare dell’acido nitrico è pari a: 1 + 14 + (16 x 3) = 63 g/mol. Un litro di soluzione con 63 g di HNO3 contiene una mole di questo acido per litro (1 mol/L); un litro contenente 31,5 g di acido nitrico contiene ha 0,5 moli.
Poiché una mole è equivalente a 1.000 millimoli (mmol), la soluzione uno molare contiene 1.000 mmol, quella 0,5 moli 500 mmol, ecc.

   La molarità, simbolo M, è definita come il rapporto tra le moli di soluto presenti (n) e il volume della soluzione (V), cioè, in formula: M=n/V.
L’unità di misura è pertanto mol/L . Una soluzione 1 M di soluto è definita perciò come una soluzione contenente esattamente 1 mol di soluto per litro di soluzione.

   La molalità, simbolo m, è un’unità di misura della concentrazione di una specie chimica in una soluzione. È definita come il rapporto tra le moli di soluto presenti e la massa in kg di solvente, quindi possiamo scrivere: m=n moli soluto/kg di solvente. La molalità si esprime quindi in mol/kg

   3) La percentuale % è uno dei diversi modi con i quali si può esprimere la concentrazione di una soluzione.
Il numero che esprime la percentuale in peso risulta dal rapporto tra il peso del soluto ed il peso della soluzione. Corrisponde anche ai grammi di soluto contenuti in 100 g di soluzione.

   4) Parti per milione (ppm): 1 mg è la milionesima parte di 1 kg; poiché 1 L di acqua pura pesa 1 kg, 1 mg/L equivale a 1 mg/kg o 1 ppm.
E’ preferibile indicare mg/kg o µmol/l (ad esempio CO2 nell’aria) o 1 cm3/m3 (volume, ad esempio liquidi). Si raccomanda di utilizzare kg per sostanze miste e moli per sostanze pure e gas.

   5) Equivalente e normalità: Si può affermare che un equivalente di una specie chimica reagisce sempre con un equivalente di un’altra specie chimica, dando un equivalente di prodotto. La normalità è il numero di equivalenti della sostanza considerata per litro di soluzione.
Così, ad esempio, la reazione: HCl + NaOH = NaCl + H2O ci dice che per neutralizzare 1 mole di NaOH occorre 1 mole di HCl, ossia una mole di HCl “equivale” a 1 mole di NaOH. Invece nella reazione: H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O sono necessarie 2 moli di NaOH per neutralizzare 1 mole di H2SO4.
E’ essenziale tener presente che in ogni reazione le specie chimiche reagiscono fra loro secondo un uguale numero di equivalenti.
   Per es.: per il cloruro di potassio (KCl) l’equivalente corrisponde alla mole, per il cloruro di calcio (CaCl2), che è composto da un elemento bivalente (il calcio) e da due elementi monovalenti (2 Cl), l’equivalente corrisponde alla mole diviso 2.
Così 1 eq di Ca ha una massa di 40/2 = 20 g e 1 eq di N ha una massa di 14/1 = 14 g. In sintesi un equivalente di una sostanza e uguale al peso molare diviso la valenza.

E’ anche possibile esprimere la concentrazione di una soluzione in frazioni di equivalente, per esempio milliequivalenti per unità di volume (meq/L).

Il principale vantaggio di esprimere la concentrazione ionica in meq/L è che facilita il calcolo delle soluzioni nutritive rispettando implicitamente la neutralità elettrica.
1 meq di NH4⁺ = 1 mmol di NH4⁺ = 14 mg di N = 18 mg di NH4⁺
1 meq di NO3^- = 1 mmol di NO3^- = 14 mg di N = 62 mg di NO3^-
1 meq di H2PO4^- = 1 mmol di H2PO4^- = 31 mg di P = 71 mg di P₂O₅
1 meq di HPO4^2- = 1/2 mmol di HPO4^2- = 15,5 mg di P 35,5 mg di P₂O₅
1 meq di Ca²⁺ = 1/2 mmol di Ca²⁺ = 20 mg di Ca = 28 mg di CaO

   La maggior parte dei sali e degli acidi inorganici utilizzati come fertilizzanti per apportare i macronutrienti necessari per preparare le soluzioni nutritive, quando disciolti in acqua, si dissociano in due ioni differenti, un catione e un anione. Per definizione, gli elettroliti disciolti in acqua producono anioni e cationi in rapporto 1:1 in termini di equivalenti.

   Le quantità di azoto, fosforo e potassio disponibile sono indicate sulle confezioni dei fertilizzanti come percentuale % di azoto (N), anidride fosforica (P2O5) e ossido di potassio (K2O). Da sempre sono espresse in questo modo e non come N, P e K. Per esempio, il nitrato di potassio è presentato come 13-0-46, cioè 13 % di N, 0% di P₂O₅ e 46 % di K₂O. 
   Invece, le quantità di nutrienti per il calcolo della soluzione nutritiva in fertirrigazione sono espresse nel seguente modo:
a) l’azoto in termini di azoto elementare (N), come azoto nitrico (NO3^- ) o come azoto ammoniacale (NH4⁺);
b) il fosforo può essere espresso come fosforo elementare (P), non come P₂O₅;
c) il potassio come K+, non come K₂O.
   Pertanto è necessario convertire N in NO3^- (14 parti di azoto espresso come N è uguale a 62 parti espresse come NO3-) o in NH4⁺ ; P₂O₅ in P, e K₂O in K+, o viceversa per ciascun caso. (vedere tab: 1)

Tab.: 1 I titoli dei fertilizzanti non sono espressi come elementi semplici, ma in genere ci si riferisce ai loro ossidi, pertanto occorre convertire la composizione in elemento semplice e viceversa.

Fattori di conversione degli elementi fertilizzanti
NO3-	x 0,226 =	N	N	x 4,426 =	NO3-
NH4+	x 0,776 =	N	N	x 1,288 =	NH4+
P2O5	x 0,436 =	P	P	x 2,292 =	P2O5
K2O	x 0,830 =	K	K	x 1,205 =	K2O
CaO	x 0,715 =	Ca	Ca	x 1,399 =	CaO
MgO	x 0,603 =	Mg	Mg	x 1,658 =	MgO
SO42-	x 0,334 =	S	S	x 2,996 =	SO42-
SO3	x 0,400 =	S	S	x 2,497 =	SO3