Archivio mensile: March 2015

Sistemi e tecniche di coltivazione per i Sistemi Biorigenerativi di Supporto alla Vita

I Sistemi Biorigenerativi di Supporto alla Vita nello Spazio (Bioregenerative Life Support Systems, BLSSs) sono ecosistemi artificiali basati sulle interazioni tra uomo, microorganismi e piante superiori, in cui ciascuno utilizza come risorsa i prodotti di scarto del metabolismo dell’altro.

All’interno dei BLSSs, il ruolo delle piante è rigenerare l’aria assorbendo anidride carbonica ed emettendo ossigeno attraverso la fotosintesi, purificare l’acqua mediante la traspirazione, e produrre cibo fresco utilizzando scarti dell’equipaggio e luce come fonte di energia. Tuttavia, affinché le piante possano assolvere a queste funzioni è necessario che siano allevate in opportune condizioni climatiche e colturali. Per questo motivo, negli esperimenti sulla Terra finalizzati alla progettazione di BLSSs per lo Spazio, la creazione di camere di crescita, equipaggiate per un preciso controllo ambientale, è di fondamentale importanza.

In particolare, scopo delle camere di crescita è riprodurre i livelli di intensità luminosa, temperatura, umidità relativa e concentrazione di anidride carbonica ottimali per le diverse colture. Tali parametri si ritengono ottimali quando sono in grado di determinare le migliori performances delle piante in termini di accrescimento, durata del ciclo produttivo e soprattutto resa (prodotto utile per unità di superficie impiegata), anche intesa come proporzione tra la componente edibile, cioè commestibile (semi, bacche, foglie o tuberi), e la biomassa di scarto (radici, fusti, ecc.).

Il rapporto tra frazione edibile e biomassa totale delle piante, definito indice di raccolto, dipende dalla specie e, nell’ambito di questa, dalla varietà ma può, entro certi limiti, essere migliorata impiegando idonee tecniche di coltivazione. L’indice di raccolta rappresenta un requisito importante nella scelta delle specie candidate all’utilizzo nello Spazio, a causa del ridotto volume disponibile alla coltivazione e alla conservazione e trasformazione degli scarti vegetali nei moduli spaziali.

Figura Sistemi e Tecniche di coltivazione ItalianoLe ricerche finalizzate alla realizzazione di BLSSs sono condotte utilizzando impianti di coltivazione sofisticati, comunemente indicati come “senza suolo” o “fuori suolo” o “idroponici”. Con tali termini sono definite coltivazioni condotte in assenza di terreno naturale in cui le piante, collocate in substrati solidi per l’ancoraggio delle radici o opportunamente sorrette in contenitori vuoti, sono alimentate con soluzioni nutritive diluite, complete in elementi minerali.

La tecnica, ideata da fisiologi vegetali per condurre in laboratorio studi sulla nutrizione, ha origini molto antiche, con testimonianze risalenti già alla metà del 1800. Collaudata ormai da numerose esperienze sulla terraferma, l’idroponica fu utilizzata dagli Americani durante la Seconda Guerra Mondiale nelle stive delle navi, munite di impianti di illuminazione artificiale, per fornire alle truppe ortaggi freschi nei lunghi tempi di permanenza in mare.

Tra le diverse varianti di sistemi idroponici, la prevalenza delle ricerche spaziali realizzate sulla Terra utilizza substrati in contenitore o la tecnica del film nutritivo (Nutrient Film Technique o NFT). Nel primo caso, sono impiegati materiali fisicamente e chimicamente inerti (es. lana di roccia), allo scopo di minimizzare l’influenza del substrato in termini di ritenzione idrica e scambio ionico, consentendo un dosaggio preciso di acqua e nutrienti. La somministrazione delle soluzioni nutritive (fertirrigazione) è effettuata con sistemi a piccola portata di erogazione (microirrigazione), e gli interventi hanno frequenza e durata variabile in funzione del substrato, della coltura e dello stadio di sviluppo (accrescimento vegetativo, fioritura, formazione di bacche, tuberi, semi), che determinano il ritmo di consumo idrico e minerale delle piante per assorbimento e per perdita attraverso la traspirazione.

Nei sistemi NFT, invece, le piante sono collocate in canaline vuote, leggermente inclinate, in cui le radici sono lambite da un sottile film di soluzione nutritiva, che scorre per gravità ed è raccolta in un serbatoio da cui è nuovamente erogata alle piante da una pompa sommersa. In entrambi i casi, il ricircolo della soluzione drenata impone la correzione di alterazioni (es. volume, conducibilità elettrica e pH) determinate dall’assorbimento di acqua e ioni minerali da parte del sistema radicale.

I sistemi idroponici sono ampiamente diffusi in tutto il mondo nella coltivazione in serra di numerose specie, soprattutto orticole e floricole. Nell’ottica dell’utilizzo in BLSSs, tuttavia, soluzioni tecniche compatibili con le restrizioni delle missioni nello Spazio (es. limitazioni di volume/peso del materiale trasportabile nei veicoli spaziali) sono tuttora allo studio. Analogamente, specifiche tecnologie idonee alla distribuzione della soluzione nutritiva in ambiente spaziale, dove i flussi idrici non possono essere guidati dalla forza di gravità ma dipendono esclusivamente da altri meccanismi (es. capillarità), sono oggetto di ricerca.

Università di Napoli / Roberta Paradiso & Stefania De Pascale

Per saperne di più: http://www.dipartimentodiagraria.unina.it/

I sistemi biorigenerativi

02/03/2015