CH712441A2

CH712441A2 - Substrato per la coltivazione idroponica o coltivazione fuorisuolo.

Info

Publication number: CH712441A2
Application number: CH00600/16A
Authority: CH
Inventors: Allera Caterina; Masella Enrico
Original assignee: Allera Caterina; Masella Enrico
Priority date: 2016-05-09
Filing date: 2016-05-09
Publication date: 2017-11-15
Also published as: AU2016406794A1; CN109068600A; US20190110412A1; WO2017195009A1; CN109068600B; AU2016406794A2; AU2016406794B2; US10980195B2; EP3454644C0; CA3047639A1; EP3454644A1; IL262431A; EP3454644B1

Abstract

La presente invenzione si riferisce ad un substrato (6) per la coltivazione idroponica costituito da una struttura reticolare tridimensionale, comprimibile elasticamente, a celle vuote delimitate da fili costituiti da polimeri o altri materiali che siano chimicamente inerti, idrofobi, o debolmente idrofili. Ad esempio il substrato costituito da un reticolo di fili in polietilene (6) compressi in un contenitore (4) dotato di un sistema di irrigazione (3) e di un supporto (2) dove sono state inserite le piante (5). Il sistema è a ciclo chiuso la cui soluzione stoccata (1) viene fatta ricircolare.

Description

Descrizione [0001] La presente invenzione si riferisce ad un substrato per la coltivazione idroponica.

[0002] L’idroponica è la tecnica che consente lo sviluppo e la crescita delle piante senza l’utilizzo del terreno, impiegando come substrato un mezzo più o meno inerte, irrigato con un sistema di fertirrigazione automatico. I substrati utilizzati nelle tecniche consolidate sono quelli naturali: torbe, cortecce, alghe, paglie, fibre vegetali, vinacce, fibre vegetali pressate; quelli inorganici come sabbia, lapillo vulcanico, pomice, ghiaia, lana di roccia, perlite, argilla espansa, vermiculite; infine quelli di sintesi, fra cui il poliuretano, polistirolo espanso, schiume ureiche, copolimeri ureici. Tutti i substrati di utilizzo consolidato presentano problematiche e svantaggi che ostacolano e rallentano l’applicazione di queste tecnologie nell’uso comune.

[0003] Gli svantaggi e le problematiche dei substrati naturali consistono nel presentare, a seconda della tipologia, elevata salinità, pH non neutro, rischi di fitotossicità; o nell’essere soggetti a degradazione, a risorse limitate, a eccessiva capacità di ritenzione idrica con il rischio di ipossia radicale, ad assorbimento di salinità e infine per molti di questi substrati non sempre è possibile il riciclo. Gli svantaggi e le problematiche dei substrati inorganici consistono nell’avere, a seconda della tipologia, pH non neutro, bassa ritenzione idrica, ridotte possibilità di riciclo; o nell’essere soggetti ad assorbimento di salinità, a difficoltà di smaltimento, oppure, come nel caso della lana di roccia, possono essere nocivi per gli addetti ai lavori. Gli svantaggi e le problematiche dei substrati sintetici consistono, a seconda della tipologia, nell’avere eccessiva leggerezza, scarso ancoraggio delle radici e spesso assorbimento di salinità.

[0004] Lo scopo della presente invenzione è quello di provvedere ad un nuovo substrato per la coltivazione fuori suolo che non abbia gli inconvenienti dei substrati classici, che sia di semplice utilizzo, riciclabile e utilizzabile in una ampia gamma di coltivazioni, dalle piante eduli fino alla bioarchitettura. Il substrato di coltivazione innovativo è costituito da una struttura reticolare tridimensionale, comprimibile elasticamente, formato da celle vuote delimitate da fili costituiti da polimeri 0 altri materiali che siano chimicamente inerti, idrofobi o debolmente idrofili e con basso modulo elastico, ad esempio fili sottili fatti in polietilene. L’aspetto principale innovativo del substrato è la modalità di ritenzione idrica: diversamente dai substrati comunemente utilizzati, che trattengono l’acqua per assorbimento del materiale che li costituisce, nella presente invenzione il substrato, costituito da fili idrofobi o debolmente idrofili, trattiene l’acqua sia per adesione delle gocce ai fili del reticolo che per intrappolamento dei menischi d’acqua all’interno delle celle del reticolo grazie alla tensione superficiale. 1 substrati comunemente utilizzati sono basati sul principio di assorbimento dell’acqua per ottenere una buona capacità di ritenzione idrica, ma il problema è che, insieme all’acqua, spesso vengono assorbiti anche i Sali che nel substrato tendono a concentrarsi. I Sali assorbiti interagiscono con la soluzione nutritiva delle successive irrigazioni alterandone spesso l’equilibrio chimico prestabilito. Questa problematica è in generale di grande rilievo nella gestione della coltivazione idroponica perché la salinità elevata causa anche aumenti della pressione osmotica con danno alle coltivazioni e determina inoltre spesso la necessità di sostituire la soluzione nutritiva durante il ciclo di coltivazione. A fine ciclo, inoltre, a causa della elevata salinità, il substrato può diventare inutilizzabile per i cicli successivi di coltivazione.

[0005] L’innovazione del nuovo substrato consiste nell’essere dotato di una buona capacità di ritenzione idrica senza assorbire salinità, grazie alla captazione dell’acqua che rimane intrappolata tramite forze di legame elettrochimico debole. Nel caso della soluzione nutritiva i sali non vengono assorbiti e concentrati nel substrato, ma restano in soluzione nelle microgocce, captate dal substrato stesso, e la salinità della soluzione varia soltanto in relazione alle richieste della pianta allevata. La moltitudine di fili idrofobi, o debolmente idrofili che costituiscono il reticolo del substrato, sviluppa una superficie complessiva di captazione che è data dalla sommatoria della superficie totale di ciascun filo. Ogni filo capta l’acqua grazie alle deboli forze elettrochimiche ed è coadiuvato nel trattenerla dalle forze elettrochimiche deboli dell’insieme degli altri fili che lo circondano cosicché, tanto più fili ci sono, tanto maggiore è l’acqua trattenuta. Possiamo quindi dire che ogni filo moltiplica le deboli forze elettrochimiche di attrazione dell’acqua non per intensità, ma per aumento del numero di superficie di adesione, ciò conferisce al reticolo, nel complesso, una buona ritenzione idrica anche in presenza di deboli forze di attrazione fra l’acqua e la struttura molecolare dei fili. In questo substrato perciò, le radici devono vincere solo forze deboli per assorbire l’acqua che risulta, quindi, tutta facilmente disponibile alla pianta. Ciò è un grosso vantaggio rispetto alle altre tipologie di substrato: questi altri infatti hanno una parte di acqua inutilizzabile perché ad un potenziale idrico troppo basso per poter essere estratta dalla forza di suzione delle radici. Un’altra innovazione interessante del substrato è la possibilità di modulare la sua capacità idrica in modo da rispettare le necessità fisiologiche tipiche della specie allevata. Si può infatti aumentare o diminuire la densità del substrato nel contenitore semplicemente aumentando o diminuendo il suo quantitativo per unità di volume, così da avere un maggiore o minore numero di fili per centimetro cubo e, di conseguenza, rispettivamente una maggiore o minore capacità idrica. La struttura reticolare del substrato conferisce inoltre un’elevata porosità. Ad esempio con il detto substrato realizzato con un reticolo costituito da celle delimitate da fili incrociati in polietilene, compressi con una densità media di 150 kg/mc, la porosità è superiore all’ 85%. I fili sono fatti di materiali privi di porosità o con bassa porosità interna, quindi la porosità è solo determinata dagli interspazi fra le celle del reticolo. Aspetto innovativo del substrato è anche l’elevato ancoraggio e la possibilità di sviluppo delle radici grazie alla sua struttura reticolare. Il grado di compressione della struttura reticolare può essere variata anche in funzione delle esigenze di consistenza di cui necessitano le radici delle diverse specie vegetali. La compressione elastica del substrato e il basso modulo elastico del materiale che costituisce i fili del reticolo determinano ottime condizioni per l’espansione e l’accrescimento delle radici. L’efficace ancoraggio e sviluppo delle radici, insieme alla leggerezza e alla semplicità di gestione delle fertirrigazioni, determinano le condizioni per un semplice utilizzo anche in bioarchitettura. Altro aspetto innovativo del substrato è dato dal

Claims

fatto che, essendo trascurabile o assente l’assorbimento dell’acqua, se si opera ad esempio in un impianto a ciclo chiuso, la soluzione nutritiva si può quasi completamente recuperare al netto di quella necessaria alla pianta e di quella, trascurabile, ceduta per evaporazione essendo il substrato all’interno di un contenitore impermeabile. Nella presente invenzione, a differenza dei sistemi NFT e SNFT che hanno un elevato e analogo risparmio idrico, il funzionamento dell’impianto di fertirrigazione non è continuo con un interessante risparmio energetico. Altro aspetto innovativo del substrato è la capacità di autoregolazione delle irrigazioni eccessive causate per errore umano o malfunzionamento dell’impianto automatico di fertirrigazione. Le irrigazioni eccessive possono provocare ipossia radicale con conseguente necrosi della pianta mettendo a repentaglio la coltivazione. Nella presente invenzione, in condizioni di eccessiva irrigazione, le gocce sospese ai fili del reticolo e i menischi intrappolati all’interno delle celle aumenterebbero la loro massa precipitando per gravità, impedendo l’aumento della ritenzione idrica. Altro aspetto innovativo è di poter variare la densità del substrato variando il grado di compressione all’interno del contenitore; ciò può permettere una variazione di ritenzione idrica da pianta a pianta anche con un’unica linea di irrigazione con portate costanti dei singoli irrigatori. In generale la densità ottimale di utilizzo del substrato è compresa fra 120 e 180 kg/mc, a seconda delle necessità idriche della specie vegetale considerata. Altro aspetto innovativo del substrato è di essere chimicamente inerte, non interagisce con la soluzione nutritiva e non modifica il pH della soluzione nutritiva. Altro aspetto innovativo del substrato è la durabilità nel tempo che ne favorisce l’uso in bioarchitettura sulle pareti verdi o tetti dove le varietà vegetali sono perenni. Altro aspetto innovativo del substrato è essere realizzato con materiali riciclabili atossici e con proprietà antibatteriche, ad esempio in polietilene. [0006] Possiamo quindi riassumere i vantaggi del nuovo substrato: leggerezza, elevata porosità, buona capacità di ritenzione idrica, assorbimento quasi nullo della salinità, invariabilità del pH della soluzione, durabilità, atossicità, proprietà antibatteriche, assenza di rischio di ipossia radicale per eccesso d’irrigazione, riciclabilità, disponibilità completa dell’acqua trattenuta, flessibilità grazie alla possibilità di variarne la densità, semplicità impiantistiche, facile utilizzo in bioarchitettura e in piccole unità ad utilizzo personale, elevato risparmio idrico in un sistema di allevamento a ciclo chiuso. [0007] Le caratteristiche della presente invenzione risultano evidenti in una sua forma di realizzazione pratica illustrata a titolo di esempio, non limitativa, negli uniti disegni. In fig. 1 viene rappresentato il substrato (6) inserito in un contenitore (4), sospeso su un sostegno (2), nel quale sono stati eseguiti dei fori (5) per alloggiare le piante irrigate da un sistema di irrigazione (3) a ciclo chiuso la cui soluzione è raccolta nel contenitore (1). In fig. 2 viene ingrandito un particolare dell’alloggiamento (5). In fig. 3 viene ingrandito un particolare della struttura reticolare del substrato (6). In fig. 4 viene ingrandito un particolare dell’insieme alloggiamento (5) pianta allevata. Realizzazione dell’invenzione [0008] La fig. 1 mostra un esempio di realizzazione dell’invenzione: si utilizzava una rete di fili di diametro 0,25 mm in polietilene (6) compressa all’interno di un tubo da 100 mm di diametro (4), con una densità di circa 125 kg/mc. Un sistema di irrigazione (3) a goccia con irrigatore posizionato vicino a ciascuna pianta distribuiva una fertirrigazione diurna di 400 mi ogni 2 h ed una notturna di 400 mi, per una durata complessiva di funzionamento della pompa di circolazione di 2 h ogni 24 h. Il tubo posizionato su un supporto (2) era inclinato al 2% per drenare la soluzione ricircolante raccolta nel contenitore (1). Le piante di insalata gentilina erano piantate a distanza di 20 cm lungo il tubo all’interno di fori di diametro 10 cm (5) dopo aver privato le radici di ogni residuo di terra. Il sistema utilizzato era a ciclo chiuso e la soluzione nutritiva ricircolante, scelta secondo letteratura, veniva periodicamente rabboccata e riequilibrata nella salinità e pH aggiungendo gli elementi nutritivi. A fine ciclo l’insalata è stata raccolta e la soluzione è stata stoccata e riequilibrata per il ciclo successivo. Rivendicazioni

1. Substrato per la coltivazione fuorisuolo o coltivazione idroponica, utilizzabile dalla coltivazione di piante eduli fino alla bioarchitettura, costituito da una moltitudine di fili idrofobi o debolmente idrofili, inseriti all’interno di contenitori qualsiasi, in cui le piante sono coltivate con una irrigazione ciclica di soluzione nutritiva.

1. Substrato per la coltivazione fuorisuolo o coltivazione idroponica, caratterizzato da una struttura reticolare tridimensionale, a celle vuote, delimitate da fili costituiti da polimeri o altri materiali che siano idrofobi o debolmente idrofili.

2. Substrato, in accordo con la rivendicazione 1, che è costituito da una moltitudine di fili anche tra loro interconnessi.

2. Struttura reticolare tridimensionale, di cui al punto 1 ; costituita da celle delimitate da fili costituiti da polimeri o materiali, fra cui quelli con basso modulo elastico.

3. Substrato, in accordo con la rivendicazione 1, che è costituito da una moltitudine di fili idrofobi o debolmente idrofili, inclusi i fili di polietilene estruso.

3. Struttura reticolare tridimensionale, di cui al punto 1, costituita da celle delimitate da fili costituiti da polimeri o materiali, fra cui quelli chimicamente inerti.

4. Struttura reticolare tridimensionale, di cui al punto 1, formata da fili costituiti da materiali idrofobi o debolmente idrofili, fra cui il polietilene.

5. Substrato, di cui al punto 1, utilizzabile in contenitori di forme diverse.

6. Substrato, di cui al punto 1, utilizzabile con densità definita dalle necessità della specie allevata. Rivendicazioni

4. Substrato, in accordo con la rivendicazione 1, pressato all’interno di qualsiasi forma di contenitore, incluso quelli che hanno una densità compresa fra 120 e 180 kg/mc.