Vale la pena usare gli iniettori d'aria nei serbatoi di nutrienti?

Vale la pena usare gli iniettori d'aria nei serbatoi di nutrienti?

Negli ultimi anni, abbiamo assistito ad un aumento considerevole dell'uso di iniettori d´ aria progettati per aumentare la quantità d´ossigeno contenuto nelle soluzioni nutritive usate per irrigare. Sembra che ogni coltivatore abbia considerato o stia considerando l'uso di questi sistemi nella propria attività, ma qual è il vantaggio nel loro uso? Quali sono i pro e contro delll'utilizzo di tali sistemi e in quali condizioni dovrebbero essere usati? Altre domande fondamentali da porre sono: perché vengono utilizzati? Cosa succede alla soluzione nutritiva quando vengono utilizzati?

By Geary Coogler, BSc Horticulture

I principi fondamentali dell’acqua

Vale la pena usare gli iniettori d'aria nei serbatoi di nutrienti?

Per cominciare, l'acqua non solo contiene la molecola di acqua H2O, ma contiene anche solidi disciolti che possono variare da sostanze utili per le piante come il calcio e il ferro, ma anche sostanze non così utili come il sodio e il piombo. Può anche contenere gas disciolti come l'ossigeno e l'anidride carbonica. Più l'acqua è calda, meno tratterrà tali gas. Più alta è la concentrazione di solidi disciolti come i nutrienti, meno gas saranno trattenuti.

Quando l'acqua si muove e viene mantenuta in uno stato di movimento in modo da essere esposta all'atmosfera, questi gas rimarranno abbastanza stabili. Quando l'acqua è ferma, questi gas cominciano a lasciare l'acqua salendo attraverso la colonna d'acqua di conseguenza ci sarà una carenza di gas sul fondo, e questi ultimi si concentreranno verso l'alto. Questo è il processo di stagnazione. Molti cambiamenti possono iniziare a verificarsi in questa colonna d'acqua stagnante, tuttavia questo non è un argomento da trattare in questo articolo né si tratta di un argomento di fondamentale importanza. È, tuttavia, questa la ragione principale per cui l'acqua viene areata.

Formazione di carbonati

Mentre questi gas sono presenti nell'acqua, possono avere conseguenze su molti aspetti tra cui gli stati fisici e ionici degli elementi presenti nell'acqua e nel pH dell'acqua. Quando l'anidride carbonica (CO2) si muove attraverso la colonna d'acqua essa reagisce con gli ioni come il calcio e inizierà ad aumentare il pH appena si formano i carbonati.

La maggior parte dell'acqua potabile sfrutta questo meccanismo aggiungendo carbonato di calcio all'acqua che funge da tampone pH in modo da renderla migliore nel gusto ed evitare che le tubature abbiano problemi dovuti al pH troppo alto o troppo basso. In questo caso, un tampone compenserà le variazioni del pH da composti acidi o basici che potrebbero essere presenti nell'acqua in modo che il pH rimanga costante per tutto il tempo in cui l'acqua viene immagazzinata e rilasciata all'uscita.

Ulteriori reazioni possono verificarsi anche da parte di altri gas presenti nell'acqua, compreso l'ossigeno. L'ossigeno è un ossidante e come tale, si combinerà con gli ioni in acqua per formare nuove combinazioni. Queste nuove combinazioni probabilmente cadranno dalla soluzione o diventeranno non disponibili per la pianta. Ciò è molto importante quando questi gas sono presenti nell'acqua d'irrigazione ricca di ioni usata come fertilizzante.

Vale la pena usare gli iniettori d'aria nei serbatoi di nutrienti?
Figura 1: La decisione di diffondere aria nei serbatoi dipende da molte variabili. Ma la diffusione dell'aria in un serbatoio funzionerà soltanto quando la pianta potrà adattarsi alle concentrazioni più basse di ossigeno disponibili alle radici e lavorerà ancora abbastanza bene per alimentare la parte superiore.

Perché l'aria disciolta è importante

L'atmosfera è composta da molti gas diversi e alcuni di essi si dissolvono nell’ acqua. L'aria disciolta nell'acqua è importante perché allo stesso tempo favorisce e ostacola la vita. In questa situazione, i gas importanti sono l'ossigeno, in forma diatomica O2, e l'anidride carbonica, CO2.

L'ossigeno deve essere nella forma diatomica per essere utile alla vita. L'ossigeno sotto forma di O2-, la forma reattiva, conosciuta anche come radicali liberi, è dannosa per tutte le forme di vita a base di carbonio perché è alla ricerca di qualcosa con cui combinarsi e il carbonio è il partner ottimale. L'ossigeno, come O2, è la fonte di ossigeno per la vita che si trova nell'acqua e questo vale sia per le piante che per gli animali. I composti di perossido qui non agiscono perché l'ossigeno rilasciato è il radicale libero reattivo dal momento che l’ H2O2 si converte in H2O + O2. L'anidride carbonica, naturalmente, non è richiesta dal sistema radicale, ma è necessaria per influire sul pH rallentando queste fluttuazioni.

La mancanza di ossigeno favorisce e sviluppa una forma di vita sgradita che è anaerobica e che può essere la causa di stagnazione e degli odori che ne derivano, oltre alle tossine che possono essere rilasciate e una pletora di malattie. Le radici delle piante che crescono nell’ acqua devono ancora avere ossigeno, a livelli adeguati, per funzionare correttamente. Non solo le radici ma anche altri microrganismi utili richiedono una quantità di ossigeno per sopravvivere e/o prosperare. Tuttavia, i livelli richiesti possono differire dalle piante terrestri. Le radici delle piante terrestri raramente vedono concentrazioni di aria ambiente, poiché l'aria deve diffondersi attraverso i pori del suolo, ma sta sicuramente molto meglio rispetto ai livelli di ossigeno tipicamente presenti nell'acqua.

E’ molto importante notare che diversi gas si dissolvono in modo diverso sia nell'acqua che nell'aria. Ad esempio, il CO2 si dissolve facilmente in acqua, ma l'ossigeno e l'azoto non si dissolvono altrettanto facilmente. L'acqua conterrà in totale tanto gas, il che significa che quando si dissolve una maggiore quantità di CO2, altri gas come l'ossigeno e l'azoto vengono espulsi dal sistema. Inoltre, quando aumenta la temperatura o la salinità, una quantità non proporzionale dei gas disciolti meno facilmente uscirà dalla soluzione più velocemente rispetto ai gas più facilmente disciolti come il CO2.

Quando l’acqua deve essere areata e come?

Ci sono 2 modi fondamentali per far sì che l'aria entri nell’ acqua:

  • dissolvendosi dall'atmosfera a pressione normale, o
  • facendola entrare attraverso l'acqua (diffusione dell'ossigeno).

Mentre alcuni pesci e piante acquatiche possono assorbire abbastanza ossigeno per sopravvivere a concentrazioni intorno a 5 ppm, le piante terrestri non possono farlo. Le piante a terra richiederanno una cura specifica quando vengono coltivate nell’ acqua. Bisogna fare una distinzione tra una pianta coltivata in acqua, o semplicemente esposta all'acqua solo occasionalmente (coltivazione in acqua profonda).

Vale la pena usare gli iniettori d'aria nei serbatoi di nutrienti?
Figura 2: Quando l'acqua nel serbatoio che contiene i nutrienti rimane ferma, i gas disciolti cominciano a lasciarla, accumulandosi attraverso la colonna d'acqua in modo che ci siano meno gas disciolti ai livelli più bassi, ma più concentrati verso l’alto.

Nella coltura in acque profonde o Acquaponica, per le piante terrestri, il livello di ossigeno deve essere incrementato oltre a quello che sarebbe assorbito, solo agitando l’acqua. A seconda della temperatura dell'acqua e dei livelli di salinità, tale processo potrebbe essere complesso quindi entra in gioco la necessità di diffusione dell'ossigeno. Alcuni rischi esistono in questo sistema soprattutto se l'ambiente da cui viene prelevata l'aria è ricco di CO2.

Le fluttuazioni nel pH

Ciò causerà le fluttuazioni nel pH principalmente verso l’alto poiché il CO2 si combina con il calcio. L' ulteriore effetto è che meno O2 sarà intrappolato quando il CO2 si dissolve rapidamente e sposta l’O2. Si deve fare molta attenzione quando si attinge da una fonte esterna. Bisogna osservare il pH. maggiore è la disponibilità di nutrienti, più il PH oscilla anche in modo più veloce ed evidente.

In tutti gli altri sistemi in cui viene aggiunta l'acqua di cui poi viene interrotta la fornitura durante la fase di drenaggio, come i sistemi che utilizzano ciottoli di argilla, lana di roccia, sabbia, suolo, torba, fibra di cocco o qualsiasi altra cosa in cui le radici non stanno attivamente in acqua tutto il tempo, l'aerazione per l'ossigenazione non avrà bisogno di essere così intensiva come per l'acquaponica.

L'aria che si dissolve naturalmente nell'acqua, probabilmente con qualche soluzione contenuta nel serbatoio che abbia un’azione stimolante a lungo termine, potrebbe agire bene. Questo aiuterà a evitare il ristagno, a mantenere i livelli adatti di O2 per tutta la vita, e a mantenere stabile il pH evitando oscillazioni incontrollate, soprattutto laddove il serbatoio si trova in un'atmosfera ricca di CO2.

Potrebbe non essere necessario ulteriore ossigeno per la salute delle radici perché l'azione del drenaggio dell'acqua attirerà l'aria nei pori del substrato e fornirà livelli adeguati di O2 da assorbire nella pellicola d'acqua sulla superficie della radice. La maggior parte dell'ossigeno nell'acqua non sarà realmente usato poiché non rimarrà abbastanza a lungo da essere assorbito tranne che dalla soluzione sulla superficie della radice.

Inoltre, le radici che non vivono in acqua non sono le stesse radici che vivono in acqua; ci sono alcune differenze come lo spessore del periciclo che controlla la quantità di acqua che si muove in una pianta. L’esposizione delle radici che non si sono sviluppate nell’acqua a una saturazione di acqua per più di venti minuti ucciderà la radice.

In sistemi ibridi come il flusso e riflusso (inondazione e scarico), l'atto di pompare l'acqua sulla tavola per poi scaricarla di nuovo nel serbatoio di tenuta è sufficiente a mantenere una quantità sufficiente di gas disciolti in tutto il sistema. In ambienti con aggiunta di proporzioni elevate di CO2 , si può verificare che una maggiore quantità di CO2 si sciolga in acqua con risultati simili a quelli dell'iniezione di aria. Tuttavia, questo non è affatto così rapido come l’effervescenza fisica di aria attraverso la soluzione. Occorre prestare attenzione ai problemi di pH e i serbatoi vanno cambiati più frequentemente di quanto sarebbe probabilmente necessario nelle stanze non integrate.

Così, nei sistemi che non richiedono di tenere le radici in acqua per tutto il tempo, come i sistemi che permettono di mantenere l’acqua nel substrato contro la gravità ma lontano dalle radici, è meglio limitare le pompe d’aria e i sistemi a iniezione, poiché l’ossigeno in questo sistema proverrà principalmente dalla diffusione nel substrato dopo l’irrigazione: un sistema semplice che permette il rimescolamento dell’acqua nel serbatoio per alcuni minuti ogni ora circa, risponderà alle esigenze del sistema.

Questo può essere semplice come un deviatore sull'impianto idraulico per la pompa del serbatoio che rimanda indietro nel serbatoio una piccola quantità di acqua pompata. Altri dispositivi potrebbero essere strumenti di miscelazione meccanica, come accade nel settore delle costruzioni per le vernici e altri tipi di miscele.

Vale la pena usare gli iniettori d'aria nei serbatoi di nutrienti?
Figura 3: Una pompa ad aria.

Nei veri sistemi idroponici con un substrato inerte che trattiene poca acqua, come i ciottoli di argilla o la Nutrient Film Technique (NFT), per avere concentrazioni di O2 pari o superiori a 40 ppm, per arrivare a 60 ppm, che è una soluzione migliore, può essere necessario molto movimento di aria e come tale dovrà essere attentamente monitorato. Tuttavia, non deve provenire tutto da un diffusore. L'acquaponica, visto che il volume di acqua non favorirà naturalmente livelli appropriati di O2, dovrà essere diffusa con O2.

La regolazione è fondamentale

L'aria è certamente un componente importante nell'acqua di irrigazione, ma il controllo è fondamentale per evitare di sconvolgere l'equilibrio del sistema. La vera sfida sta nel non oltrepassare i livelli necessari per non creare più problemi che benefici.

La domanda per voi

Il coltivatore dovrebbe essere astuto e capire che cosa sia necessario, quali risultati aspettarsi e quali sono i costi reali. Se la stagnazione è un problema per il coltivatore anche con le tecniche più semplici, menzionate in questo articolo, per qualsiasi sistema, compreso quello della radice totalmente immersa, allora la risposta può essere un serbatoio più piccolo con ricambi più frequenti.

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