1 INTRODUZIONE ALL’ACQUAPONICA
Questo capitolo fornisce una descrizione completa del concetto di acquaponica, una tecnica per combinare idroponica e acquacoltura in un sistema che coltiva piante in acquacoltura di ricircolo
acqua (Figure 1.1 e 1.2). Si forniranno informazioni sullo sviluppo della cultura fuori suolo e dell’acquacoltura in generale. L’acquaponica è una specializzazione colturale che unisce queste tecniche, verranno affrontati i principali temi collegati e fornita una breve storia del suo sviluppo. Inoltre verranno presentati dei principali punti di forza e di debolezza della produzione alimentare con il sistema acquaponico oltre ad analizzare i luoghi e i contesti in cui presenta maggiori vantaggi o limiti. Infine, verrà fornita una breve descrizione delle principali applicazioni dell’attuale acquaponica.
1.1 Idroponica e coltura fuori suolo
La coltura fuori suolo è il metodo di coltivazione agricola senza l’uso del suolo. Invece del suolo sono utilizzati, vari substrati inerti. Questi “media” forniscono sostegno alle piante e trattengono l’umidità. I sistemi di irrigazione sono integrati all’interno dei “media”, introducendo una soluzione nutritiva direttamente a favore dell’apparato radicale delle piante. La soluzione fornisce tutti i nutrienti necessari per la crescita delle piante.
Il metodo più comune di coltura fuori suolo è l’idroponica, che prevede la coltivazione di piante sia su un substrato che in un mezzo acquoso con radici nude. Ci sono molti disegni di sistemi idroponici, ognuno con proprie specificità, ma tutti i sistemi condividono queste caratteristiche di base (Figura 1.3).
L’agricoltura fuori suolo è attuata per ridurre le malattie e parassiti terricoli interessano in particolare le monocolture. Nei sistemi idroponica infatti le piante non entrano in contatto con parassiti terricoli e le malattie proprio perché evitano l’interazione tra piante e del suolo, i “media” che svolgono la funzione del suolo possono essere sterilizzati e riutilizzati nelle le colture. Il riutilizzo di substrati è particolarmente vantaggioso per le specifiche esigenze della produzione intensiva. Alcuni substrati funzionano molto meglio del suolo, in particolare in termini di capacità di trattenere l’acqua e di fornitura di ossigeno alla zona radicale. Gli agricoltori hanno anche migliorato le prestazioni degli impianti attraverso un maggior controllo su diversi fattori cruciali per la crescita delle piante. La disponibilità di nutrienti alle radici delle piante è governata meglio e controllata in tempo reale, portando le produzioni a livelli quantitativi e qualitativi più elevati.
Inoltre, la maggior parte dei metodi di coltura senza suolo usa una frazione dell’acqua necessaria per produzione tradizionale sul suolo perché la soluzione nutritiva viene riciclata. L’agricoltura fuori suolo poggia su elevati standard scientifici, economici e tecnologici che si sono sviluppati nell’agricoltura degli ultimi 200 anni.
In generale, ma prevalentemente in nazioni sviluppate nei climi temperati, vi è stata una crescente domanda, colture fuori stagione, in ambiente di coltivazione protetto, di alto valore. In parte, questo è il risultato di un diffuso miglioramento del tenore di vita. Questo aumento della domanda ha portato alla espansione molti sistemi di coltivazione protetta per incrementare la capacità di produzione e prolungare la fornitura di colture durante tutto l’anno. All’interno dei sistemi protetti, le colture possono essere coltivate anche in terra, tuttavia, per essere competitiva con le colture in campo aperto, la produzione ha dovuto essere più intensiva per compensare i maggiori costi di produzione relativi all’ambiente agricolo controllato. Il risultato è stato un cambiamento delle modalità di produzione, dal terreno alla cultura fuori suolo per affrontare le mutate esigenze colturali.
L’approccio alle tecniche fuori suolo offre alternative alla tossica sterilizzazione del terreno per controllare i parassiti e agenti patogeni e può aiutare a superare i problemi della “stanchezza del suolo” tipica delle pratiche di monocultura.
Al di là dei suoi rendimenti significativamente più elevati rispetto ad agricoltura tradizionale, l’agricoltura fuori suolo è anche importante per il suo minore consumo di acqua e una maggiore efficienza nell’uso dei fertilizzanti, tutto ciò rende la tecnica agricola idroponica più adatta nelle zone aride o nelle regioni o dove la dispersione dei nutrienti è un problema per ragioni sia ambientali che economiche. La coltura idroponica poi è una soluzione indispensabile nelle zone in cui non siano disponibili terreni coltivabili, come le zone aride, quelle soggetta ad un’elevata salinità, nonché in ambienti urbani e suburbani o comunque quando vi sia una competizione per la terra e l’acqua o le condizioni climatiche sfavorevoli richiedano la l’adozione di sistemi di produzione intensivi. L’alta produttività in piccoli spazi rende un metodo interessante per la sicurezza alimentare e per lo sviluppo dell’agricoltura di micro-scala a km zero.
In sintesi, le quattro ragioni principali per cui la cultura fuori suolo è in espansione sono: la diminuzione presenza di malattie terricoli e patogeni, il miglioramento delle condizioni di crescita che possono essere manipolati per raggiungere condizioni ottimali e portare ad un incremento delle rese, la maggiore efficienza nell’uso dell’acqua e del fertilizzante e la possibilità di sviluppare l’agricoltura in luoghi in cui non siano disponibili terreni adatti.
Una delle principali preoccupazioni per quanto riguarda la sostenibilità dell’agricoltura moderna è la completa dipendenza dai produttori di fertilizzanti chimici per la produzione di cibo. Questi nutrienti possono essere costosi e difficili reperire in taluni luoghi del Pianeta e spesso derivano da tecniche produttive che rappresentano una sostanziale fonte contributo di biossido di carbonio (CO2) legato all’agricoltura. La fornitura di molti di questi nutrienti essenziali è in via di esaurimento ad un ritmo rapido, con proiezioni di scarsità globali entro i prossimi decenni. La coltura idroponica è molto più efficiente in termini di consumo di acqua ed nutrienti rispetto all’agricoltura tradizionale,ma la sua gestione è più complicata, inoltre vi è la necessità di disporre di energia elettrica per far circolare o ossigenare l’acqua. Non richiede tuttavia carburante arare terreno, non richiede energia supplementare pompare elevati volumi di acqua per l’irrigazione non necessita di diserbo e non si distrugge la materia organica del suolo attraverso pratiche agricole intensive.
I costi iniziali, i materiali da costruzione e la dipendenza di energia elettrica saranno limitazioni importanti anche per quanto riguarda l’acquaponica, ma in questo caso la necessità di fertilizzanti chimici è completamente rimosso.
1.2 Acquacoltura
L’acquacoltura è l’allevamento in cattività e produzione di pesci e altri animali acquatici e specie vegetali in condizioni controllate. Metodi di produzione in acquacoltura sono stati sviluppati in diverse regioni del mondo e hanno dovuto quindi adattarsi alle condizioni ambientali e climatiche di queste regioni.
Le quattro principali categorie di acquacoltura includono sistemi idrici aperti (ad esempio gabbie), cultura di stagno, vasche a flusso continuo e sistemi di ricircolo di (RAS). In un RAS (Figura 1.4) l’acqua di allevamento viene riutilizzata per il pesce dopo una pulizia e un processo di filtraggio. Sebbene un RAS non sia il sistema di produzione più economico a causa dei costi più alti di investimento, di energia e di gestione, è una tecnica che può notevolmente aumentare la produttività per unità di terreno ed è la tecnologia di risparmio idrico più efficiente in piscicoltura. Il RAS è il metodo più adatto per lo sviluppo integrato di sistemi di acquacoltura agricola in relazione al possibile uso di sottoprodotti legati alla concentrazione di nutrienti nell’acqua, impiegabile per la produzione di colture vegetali.
L’acquaponica si è sviluppata traendo origine dall’accumulo benefico di nutrienti che si verifica in un’acquacoltura di ricircolo (RAS) e, pertanto, è il l’oggetto principale di questo manuale.
L’acquacoltura è una fonte sempre più importante della produzione globale di proteine, infatti, rappresenta quasi la metà del pesce consumato nel mondo ed ha la potenzialità di contenere la pressione sulla pesca del mondo e ridurre in modo significativo l’impatto dei sistemi di allevamento terrestri, meno sostenibili nella fornitura di proteine animali agli esseri umani. Tuttavia due aspetti dell’acquacoltura debbono essere migliorati per accrescere la sostenibilità di questa tecnica agricola. Uno dei problemi principali per la sostenibilità dell’acquacoltura è il trattamento delle acque reflue ricco di sostanze nutritive, che è un sottoprodotto di tutti i metodi di acquacoltura. A seconda della norme ambientali stabilite da ciascun Paese, gli agricoltori devono farsi carico del trattamento o dello smaltimento degli scarichi, che può essere sia costoso e arrecare danni all’ambiente. Senza effettuare alcun trattamento il rilascio di acqua ricca di nutrienti può portare all’eutrofizzazione così come alla crescita eccessiva macroalghe e altri scompensi ecologici e danni economici. La coltivazione di piante utilizzando gli scarichi dell’allevamento ittico è un metodo per prevenire il suo rilascio nell’ambiente di rifiuti e ottenere benefici economici aggiuntivi da coltivazioni con costo zero, come sottoprodotto ottenuto attraverso l’irrigazione, zone umide artificiali e altre tecniche. Sotto il profilo delle sostenibilità un’altra preoccupazione è che l’acquacoltura è basata molto sulla farina di pesce che, pescato in grandi quantità, vada ad incidere negativamente sulla catena alimentare marina. E’ importante dunque poter accedere a mangimi alternativi a quelli che impiegano farine di pesce per l’acquacoltura.
La maggior parte di questa pubblicazione è dedicata al riutilizzo degli scarichi di acquacoltura come elemento di valore aggiunto, mentre le alternative nell’alimentazione del pesce verranno discusse nella sezione 9.1.2.
1.3 Acquaponica
L’acquaponica è l’integrazione in un sistema di ricircolo acquacoltura e idroponica in un unico sistema di produzione. In sistema acquaponico, l’acqua passa dalle vasche dei pesci attraverso filtri, per giungere ai letti di crescita delle piante e poi tornare di nuovo al pesce (Figura 1.5). Nei filtri, i rifiuti di espulsi dal pesce vengono rimossi dall’acqua, prima con un filtro meccanico che rimuove i rifiuti solidi e poi attraverso un biofiltro che elabora i rifiuti disciolti. Il biofiltro prevede una successione di batteri per convertire l’ammoniaca, che è tossica per i pesci, in nitrato, più altri nutrienti accessibili per le piante. Questo processo è chiamato nitrificazione.
L’acqua (contenente nitrati e altre sostanze nutritive) quindi viaggia attraverso le radici delle piante che crescono nel letto, le piante assorbono i nutrienti e infine l’acqua ritorna al serbatoio di pesce depurata. Questo processo permette a pesci, piante e batteri di prosperare in simbiosi e di lavorare insieme per creare un sano ambiente di crescita gli uni per gli altri, ciò a condizione a condizione che il sistema sia correttamente bilanciato.
In acquaponica, gli effluenti dell’acquacoltura vengono deviati attraverso letti di crescita e non scaricati nell’ambiente, mentre allo stesso tempo vengono forniti i nutrienti per le piante da una fonte conveniente, non chimica e sostenibile. Questa integrazione elimina alcuni dei fattori diseconomici e inquinanti di acquacoltura e idroponica considerati singolarmente.
Al di là dei vantaggi derivati da questa integrazione, l’acquaponica ha dimostrato che le sue produzioni vegetali e di pesce sono confrontabili con la coltura idroponica e i sistemi ricircolo di acquacoltura. L’acquaponica può essere più produttiva ed economicamente fattibile in certe situazioni, soprattutto dove la terra e l’acqua sono limitate. Tuttavia, l’acquaponica è più complicata e richiede costi avvio superiori. La maggiore produzione deve dunque compensare i costi di investimento più alti necessari per integrare i due sistemi. Prima impegnarsi in un sistema grande o costoso è opportuno produrre un business plan completo che prenda in considerazione sia gli aspetti economici, che quelli ambientali, sociali e logistici. Sebbene la produzione di pesce e verdure sia l’elemento più visibile di un impianto acquaponico è essenziale capire che si tratta di gestire un ecosistema completo che comprende tre principali gruppi di organismi: pesci, piante e batteri.