Substrati di coltivazione: gli strumenti per la loro caratterizzazione

Substrati_1

Per l’impiego di substrati di
coltivazione è di fondamentale importanza conoscere e caratterizzare da un punto di
vista chimico-fisico sia le singole componenti che possono entrare nella
formulazione dei substrati che le miscele da esse ottenute. Tale
caratterizzazione è resa indispensabile per
classificare e confrontare i diversi substrati, per la loro
commercializzazione, per selezionare il substrato più idoneo in base alle
esigenze della specie ed al sistema colturale, nonché ottimizzare sia gli input
nutritivi che il sistema e la frequenza dell’irrigazione.

Poiché
sussistono problematiche legate alla caratterizzazione dei substrati in merito
alla molteplicità di metodologie disponibili sia in ambito nazionale che
europeo, si vuole mettere in evidenza la necessità di applicare un set di metodi
unitari, a livello comunitario, che possano garantire l’univocità
dell’interpretazione dei parametri rilevati.

La
natura stessa dei materiali impiegati rende spesso difficoltosa l’analisi e la
riproducibilità dei risultati ottenuti. I materiali di partenza impiegati nella
formulazione dei substrati sono spesso molto eterogenei, in quanto questi possono
essere sia organici che inorganici, sia di origine naturale che di sintesi. In Tabella 1, si elencano una serie di matrici,
associate alle loro principali caratteristiche. Come si può notare, si hanno
materiali con densità molto diverse tra loro: si passa dal polistirolo e dalla
perlite con bassissime densità (20-110 kg/m3), alla sabbia con
densità molto maggiori (1500 kg/m3). Per questo è importante che i
metodi di analisi da applicare ai substrati, dovendo tener conto di tale
aspetto, basino la lettura dei diversi parametri rispetto all’unità “volume” e
non rispetto al “peso”, in quanto, a parità di volume, il peso corrispondente del
materiale può essere anche molto diverso.

Come già accennato, i substrati
commerciali spesso non sono costituiti da una sola componente, ma risultano
quali miscele di più componenti, proprio al fine di ottimizzare le proprietà
del sistema e renderlo idoneo allo sviluppo della specie vegetale da coltivare.
Ne risulta che il substrato ottenuto per
miscelazione è poco uniforme e non omogeneo,
creando non pochi problemi di campionamento, e conseguentemente notevoli
difficoltà nell’ottenimento di campioni destinati alle analisi che siano
rappresentativi delle reali proprietà del substrato.

Troppi metodi e difficoltà
interpretative

Viste tali problematiche, i metodi ufficiali nazionali attualmente
disponibili per la caratterizzazione degli fertilizzanti (concimi ed
ammendanti, Trinchera et al., 2006) risultano inadeguati e poco adattabili a
matrici così eterogenee. Per questo negli anni si sono diffusi in Italia, ma
anche negli altri paesi europei, metodologie di analisi non ufficiali: ad
esempio, in Italia sono stati applicati i metodi definiti dalla Regione Piemonte per
l’analisi dei compost (1998) o, in Europa, il metodo Sonneveld (1974) per l’analisi del
pH dei substrati di coltivazione.

La
situazione riguardo i metodi impiegati a
livello nazionale e comunitario, risulta quindi piuttosto frammentaria, con la
coesistenza di metodi diversi per determinare lo stesso parametro. Ciò
rende spesso difficile confrontare i risultati ottenuti, in quanto la scelta
del metodo di analisi per la determinazione di un parametro può avere forti
conseguenze sul dato analitico, tanto che è possibile ottenere valori molto
distanti tra loro applicando metodi diversi. L’interpretazione dei valori
forniti può essere resa ancor più problematica allorquando non venga chiaramente
indicato il metodo di analisi impiegato nei relativi certificati analitici od
in etichetta: ciò risulta un vero limite nel momento in cui gli organismi deputati
al controllo (i.e. Ispettorato Centrale per il Controllo della Qualità degli Alimenti
e la Repressione delle Frodi – Mipaf) debbano verificare le caratteristiche
specifiche di un substrato, attraverso la comparazione dei parametri dichiarati
rispetto a quelli determinati in via analitica. E’ indispensabile quindi, almeno per i
parametri fondamentali, individuare metodiche analitiche di riferimento che vengano
applicate da tutti i laboratori interessati alle analisi dei substrati di
coltivazione.

A
livello europeo, allo scopo di uniformare le metodologie su tutto il territorio
degli Stati Membri, vengono sviluppati dal Comitato Europeo di Normazione, ed
in particolare dalla Commissione tecnica CEN TC 223 “Soil improvers and growing media” (i.e.
Ammendanti e substrati di coltivazione), i metodi EN relativi ai
substrati. In Italia, i metodi EN sono recepiti dall’Ente Nazionale Italiano di Unificazione (UNI), che stila i metodi UNI EN. Adottare i metodi UNI EN
quali metodi di analisi ufficiali
presenta numerosi vantaggi, considerando l’estensione del mercato europeo dei
substrati, vista l’alta percentuale di importazione in Italia da altri paesi UE.
L’applicazione di metodi univoci a livello comunitario consente un agevole
confronto tra le caratteristiche dei substrati riportate in etichetta e la
possibilità di eseguire adeguati
controlli dei requisiti riportati in legge, senza incorrere in
confusione ed errori di interpretazione dei dati analitici forniti. I metodi
UNI EN sono infatti già ampiamente validati, essendo stati effettuati ring test
a livello europeo, confrontando i risultati
ottenuti dai diversi laboratori CE accreditati per una
verifica delle prestazioni del processo di analisi e la valutazione della
riproducibilità e variabilità dei dati prodotti.

I
risultati finali ottenuti mediante prove interlaboratorio per alcuni tipi di
substrato di riferimento sono stati elaborati statisticamente e riportati in
allegato a ciascun metodo UNI EN, indicando il grado di precisione del metodo. Per
ciascuna metodologia sono indicate chiaramente le modalità con cui devono
essere espressi i dati finali, quali l’unità di misura ed il numero di cifre
decimali da utilizzare. I metodi riportano talvolta risultati relativi a
diversi substrati presi quale riferimento, che possono aiutare
nell’interpretazione dei dati ottenuti.

Si fa
presente la difficoltà di accessibilità ai metodi UNI EN e la necessità della
traduzione in italiano: attualmente, infatti, tali metodi sono disponibili solo
in lingua inglese e non sono consultabili gratuitamente, ma esclusivamente acquistabili
tramite l’ente nazionale italiano di unificazione UNI (www.uni.com).

I
vantaggi dei metodi UNI EN

Il metodo
UNI EN 12579:2002 “Metodo di campionamento”
risponde all’esigenza di standardizzare il sistema di prelievo dei campioni ed
indica i volumi minimi di campionamento (5 litri per tipologia di analisi) idonei a ridurre l’errore legato al
campionamento stesso.

I
metodi UNI EN, per ovviare al problema dell’eterogeneità legata alla diversa
densità, prevedono la determinazione della densità apparente di laboratorio
(Metodo UNI EN 13040:2008 – “Preparazione del campione per
prove fisiche e chimiche, determinazione del contenuto di sostanza secca, del contenuto di umidità e della massa volumica apparente su un campione compattato
in laboratorio”
). Tale metodo tiene conto della percentuale di umidità e
del grado di compattamento che influenzano la determinazione della densità. La
tendenza al compattamento è riscontrata frequentemente tra i substrati in
quanto, sia nell’utilizzo che nella procedura d’analisi, si va incontro alla
riduzione degli spazi vuoti fra le particelle costituenti il sistema, con
conseguente diminuzione di volume ed aumento di densità.

Per la determinazione del pH, della conducibilità
elettrica (CE) e degli elementi nutritivi estraibili in acqua, i metodi
UNI EN sono certamente da preferire agli altri metodi disponibili in quanto,
tenendo conto della densità, effettuano misure di substrato in peso
corrispondente a volumi noti ed hanno un più idoneo rapporto campione/acqua
espresso in volume (1:5 v/v). Rispetto ai metodi UNI EN, altri metodi infatti utilizzano
rapporti più bassi (1:1.5 v/v per il Metodo Sonneveld) e talvolta misurano in
peso il campione di substrato (1:5 p/v nel metodo della Regione Piemonte ),
fornendo in tal modo un volume d’acqua insufficiente per estrarre quantitativamente
tutti gli elementi presenti, tenuto conto che parte dell’acqua viene assorbita
dal campione. Inoltre, il metodo UNI EN risulta vantaggioso poiché, dallo
stesso estratto, è possibile determinare oltre al pH ed al CE, anche il
contenuto di elementi solubili in acqua, utile per la quantificazione degli
elementi nutritivi realmente disponibili
per la pianta.

In Tabella 2 sono riportati i dati di pH e CE
ottenuti impiegando sugli stessi substrati due diversi metodi analitici (metodo
UNI EN e metodo della Regione Piemonte): si noti come i dati siano fortemente
influenzati dal rapporto di estrazione, con dei risultati assolutamente non
confrontabili. In particolare, i valori di CE ottenuti con il metodo della
Regione Piemonte risultano addirittura pari al doppio di quelli ottenuti con il
metodo UNI EN. Anche il confronto delle concentrazioni di elementi solubili in
acqua (Fig. 1a-b) mostra che i valori di concentrazione ottenuti con il metodo
UNI EN sono pari a circa la metà di quelli determinati con il metodo della
Regione Piemonte: ciò è probabilmente dovuto al fatto che l’estratto acquoso
preparato con quest’ultima metodica risulta più concentrato rispetto a quello
ottenuto con il metodo UNI EN di un fattore 2 (densità dei substrati in esame
circa 0,5g/mL).

E’
quindi evidente che nell’interpretazione dei risultati si deve sempre tener
conto del metodo di analisi impiegato: gli intervalli di valori ai quali la CE del
substrato può essere definita bassa, normale, elevata cambiano a seconda del
rapporto substrato/acqua impiegato nell’estrazione. Ad esempio, utilizzando un
rapporto di estrazione 1:2 v/v, risultano “elevati” valori di conducibilità elettrica maggiori di
2,25 ds/m, ma se si impiega il rapporto di estrazione 1:5 v/v raccomandato dal
metodo UNI EN, già valori di CE maggiori di 1,1 dS/m devono essere considerati “elevati”
e quindi non idonei per l’ottimale
crescita della pianta.

Relativamente
alla determinazione delle proprietà fisiche dei substrati, non ci sono metodi
ufficiali nazionali per gli ammendanti, e trasporre ai substrati le metodiche
applicate normalmente ai terreni, non è possibile in quanto fisicamente i
substrati si comportano in modo molto diverso dal suolo: ad esempio, normalmente,
un terreno trattiene maggiormente l’acqua rispetto ad un substrato. Per le
analisi fisiche dei substrati è da considerare il metodo UNI EN 13041:2007 (recentemente
revisionato – metodo UNI EN 13041:2012)

“Determinazione delle proprietà fisiche: Massa volumica apparente secca, Volume d’aria, volume d’acqua, Coefficiente
di restringimento e Porosità
totale”
. Tale
metodica risulta particolarmente vantaggiosa, perché permette di calcolare
numerosi parametri, anche relativamente alle proprietà idrauliche ed alla
ripartizione tra aria ed acqua nel substrato. Una volta determinate tali
proprietà, è possibile costruire la curva di ritenzione idrica del substrato e
conoscere le reali disponibilità d’acqua per la pianta, calcolando l’acqua
disponibile (ripartita tra acqua facilmente disponibile ed acqua di riserva) e
l’acqua non disponibile.

Alcuni
metodi UNI EN tengono anche conto della granulometria del campione: se le
dimensioni delle particelle superano un determinato diametro, occorre aumentare
i quantitativi da impiegare nell’analisi per rendere più omogeneo il campione
da analizzare. Ad esempio, il metodo UNI EN 13652:2001 – “Estrazione
di nutrienti ed elementi solubili in acqua”, come il metodo del pH e della CE, nella preparazione dell’estratto prevede l’utilizzazione
di un volume di campione pari a 60 mL per substrati con particelle minori di 20
mm, mentre sono necessari 250 mL di campione se le dimensioni delle particelle
sono minori di 40 mm, pur mantenendo costante il rapporto di estrazione.

Per la commercializzazione dei substrati, un
parametro estremamente importante è il volume commerciale per la determinazione
della quantità; il volume è
certamente più importante rispetto al peso nella quantificazione dei substrati
di coltivazione, in quanto il loro utilizzo richiede il riempimento volumetrico
dei contenitori che devono ospitare la pianta e, come già detto, i materiali
impiegati sono caratterizzati da densità spesso molto diverse.

La
determinazione del volume è influenzata da numerosi fattori: dal grado di
disgregazione del materiale, dal grado di compressione, dalla forma e dalla
grandezza del recipiente di misura, dalla densità di stratificazione e
sedimentazione. La metodica di
riferimento per tale determinazione è il metodo UNI EN 12580:2002
Determinazione
della quantità”
, che
standardizza l’analisi tenendo conto dei diversi fattori che possono
influenzare il grado di compattamento.

Confrontando il metodo UNI EN con un metodo
impiegato tradizionalmente per la determinazione del volume dei
substrati (DIN 11540), è da evidenziare
un diverso dissodamento della matrice da analizzare ed una diversa forma
del recipiente misuratore (cilindro di 20 L nel metodo EN, parallelepipedo di
40 L nell’altro). L’impiego della metodica UNI EN determina di conseguenza una maggiore
stratificazione del materiale ed un aumento della densità apparente che comporta, a parità di peso, una
riduzione del volume commerciale.
Ad esempio, misurando una stessa
quantità di substrato, se con il metodo DIN si ottiene un volume di 90 L, con
il metodo EN il volume misurato, a parità di peso, è di circa 80 L.

Considerando
che la granulometria del campione influenza la sua stratificazione, è stata
introdotta una metodologia specifica da impiegare se le dimensioni delle
particelle superano le dimensioni di 60 mm (UNI EN 15238:2007/EC-1:2009“Determinazione della quantità su materiali
aventi una granulometria maggiore di 60 mm”
).

Tra i metodi UNI EN per ammendanti e substrati sono
di particolare interesse anche quelli per la determinazione degli effetti del
loro utilizzo sullo sviluppo delle piante, in quanto l’impiego di alcune
matrici come compost o biodigestato può dare luogo a fenomeni di fitotossicità
che è bene valutare preventivamente mediante appositi test. Tali biosaggi sono proposti come analisi di
routine, ma possono non essere affidabili per tutti i substrati, in quanto gli
effetti delle loro componenti sulla pianta possono variare a seconda della
destinazione d’uso del prodotto, di dosi e modalità d’impiego come indicato in
etichettatura, fattori questi che non sono presi in considerazione nelle
metodiche.

Il metodo UNI EN
16086-1:2012
“Determinazione degli
effetti sulle piante – Parte 1: Prova di crescita in vaso con cavolo cinese”
si
occupa di determinare l’effetto di ammendanti e substrati o loro componenti
sulla crescita del cavolo in condizioni standardizzate. Il metodo UNI EN
16086-2:2012
“Determinazione degli
effetti sulle piante – Parte 2: Prova in piastre Petri con crescione”
permette
di valutare gli effetti sulla germinazione e le prime fasi di sviluppo delle
radici di crescione.

Sono
disponibili poi due norme per la determinazione dell’attività biologica
aerobica di ammendanti e substrati. La norma UNI EN 16087-1:2012 “Determinazione dell’attività biologica
aerobica – Parte 1: Tasso di assorbimento dell’ossigeno (OUR)”
determina
l’attività biologica aerobica attraverso la misura del tasso di assorbimento
dell’ossigeno che costituisce un indicatore del grado di decomposizione della
sostanza organica biodegradabile in un certo periodo di tempo. La norma UNI
EN 16087-2:2012
“Determinazione
dell’attività biologica aerobica – Parte 2: Prova di auto-riscaldamento per il
compost”
è applicabile soltanto a materiali compostati.

E’
evidente che rendere ufficiale a livello nazionale i metodi UNI EN sarebbe di
estrema importanza per uniformare l’etichettatura dei substrati.

Non
va inoltre sottovalutato l’aspetto legato all’introduzione entro i prossimi 3-4
anni di un nuovo Regolamento europeo sui concimi, ammendanti, correttivi,
substrati di coltivazione e biostimolanti: è evidente che i metodi EN
predisposti per i substrati, ormai consolidati a livello europeo, verranno
considerati quali metodi ufficiali di analisi. La possibilità di ritrovarli già
ufficializzati anche a livello nazionale comporterebbe quindi minore difficoltà
per i nostri operatori del settore.

Un aspetto di particolare
rilevanza è costituito dalla definizione del campo di applicazione
dei metodi UNI EN, che prevede non solo
i substrati di coltivazione compositi, ma anche gli ammendanti tal quali, come
la torba, i compost, ecc. Per mutualità,
l’ufficializzazione di tutti i metodi utilizzabili per i substrati di
coltivazione dovrà comportare una contestuale modifica del campo di
applicazione di alcuni metodi ufficiali di analisi nazionali (in particolare,
“Determinazione del pH” e “Determinazione della salinità” – G.U. 19/09/02 n.
220, DM 17/06/02, Suppl. N. 7), che dovranno conseguentemente essere applicati ai soli concimi organici e
non più alla torba, ai compost ed alla leonardite, inseriti quali ammendanti nell’Allegato
2 al D.Lgs. n. 75/2010.

Bibliografia essenziale

AA.VV. 1998. Metodi di analisi dei compost – Determinazioni
chimiche, fisiche, biologiche e microbiologiche. Analisi merceologica dei
rifiuti. Collana Ambiente, Regione Piemonte, Assessorato all’Ambiente.


AA.VV. (2002). Confronto tra metodi di analisi dei substrati
a base di compost – Regione Lombardia – Agricoltura; Fondazione Minoprio –
Quaderni della Ricerca n. 22.


Bibbiani
C. e A. Pardossi. 2004. Le proprietà fisiche e idrauliche dei substrati di
coltivazione. In: Pardossi A., L. Incrocci e P. Marzialetti. (Eds.). Uso
razionale delle risorse nel florovivaismo: l’acqua. Quaderno ARSIA n. 5.
Regione Toscana, pp. 59-70.



Marzialetti P., Pardossi A., Pozzi A., 2006.
Materiali alternativi alla torba per la preparazione dei substrati di coltura
impiegati nel vivaismo professionale. Notiziario Ce.Spe.Vi. Pistoia,vol. 151:
2-7.


Pozzi
A. e M. Valagussa. 2004. Le
analisi chimico-fisiche dei substrati di coltivazione. In: Pardossi A., L.
Incrocci e P. Marzialetti. (Eds.). Uso razionale delle risorse nel
florovivaismo: l’acqua. Quaderno ARSIA n. 5. Regione Toscana, pp. 71-79.



Sonneveld
C., Ende J., 1974. Analysis of growing
media by means of a 1:1,5 volume extract. Comm. Soil Sci. Plant Anal., n.
5, pp.183-202.


Trinchera
A., Leita L. and Sequi P. 2006. “Metodi di Analisi per i Fertilizzanti”. Ed.
Delta Grafica.

Tab.1 Caratteristiche chimico-fisiche di alcuni materiali
minerali, organici e sintetici impiegati come substrati di coltura.

Foto.1 Materiali impiegati nella formulazione dei
substrati. E’ evidente la diversa origine e granulometria.


Foto.2 Miscela impiegata come substrato di coltura dove
sono evidenti le diverse componenti sia organiche che minerali.


Tab.2 pH e CE di diversi tipi di substrati, determinati
mediante due metodi di analisi messi a confronto.

Fig. 1a e 1b Concentrazione di elementi solubili in acqua di diversi tipi
di substrati, determinati mediante due metodi di analisi messi a confronto.



Elenco completo dei metodi Uni EN disponibili ad
oggi per l’analisi dei substrati


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