La fotosintesi e la respirazione sono due importanti processi di crescita delle piante fondamentali per piante sane e raccolti di qualità.
Durante la fotosintesi, le foglie fotosintetiche e le cellule staminali utilizzano l'energia del sole per combinare l'anidride carbonica (CO2) dell'aria con l'acqua assorbita dalle cellule radicali per produrre zucchero sotto forma di glucosio. Questo glucosio viene utilizzato per molti processi metabolici in tutte le parti della pianta, compresa la produzione di cellulosa e amido.
Il glucosio è anche una fonte di carburante fondamentale per la respirazione delle cellule radicali, un processo che è essenzialmente l’inverso della fotosintesi.
Durante la respirazione, le cellule radicali che respirano bruciano il glucosio trasportato dalle foglie. Il glucosio viene convertito in energia cellulare (chiamata adenosina trifosfato o ATP) e utilizzato per guidare i processi metabolici, principalmente l'assorbimento di acqua e sostanze nutritive.
Senza ossigeno, la respirazione non avviene. L’ossigeno è l’accettore finale di elettroni. La respirazione aerobica è necessaria per convertire il glucosio in ATP.
L’ossigeno è il fattore limitante per le colture di qualità
La quantità di ossigeno disponibile per le cellule radicali è correlata ai tassi di crescita sani delle piante e ai rendimenti dei raccolti. Senza ossigeno adeguato, la quantità di zucchero che le cellule radicali possono bruciare e la quantità di acqua e sostanze nutritive che possono assorbire sono limitate.
Ridurre il tasso di assorbimento di acqua e sostanze nutritive da parte di una pianta limita direttamente il suo tasso di crescita complessivo, la resa e la qualità dei suoi frutti. Le piante indebolite sono più suscettibili alle malattie e meno resistenti agli stress ambientali, come le alte temperature durante i mesi più caldi.
L'ossigenazione della zona radicale è una pratica comune nelle serre. Ciò è ancora più importante nei climi più caldi perché a temperature più elevate c’è meno ossigeno disciolto (DO) nell’acqua.
Inoltre, i coltivatori che riutilizzano l’acqua di irrigazione devono migliorare la qualità dell’acqua dopo ogni irrigazione.
Coltivazione di colture all'aperto e aerazione dell'acqua
Oltre ai coltivatori in serra, anche i coltivatori di colture specializzate in pieno campo traggono vantaggio dall’aerazione dell’acqua di irrigazione.
L’acqua dei pozzi e i serbatoi che contengono acqua di pozzo spesso mancano di ossigeno sufficiente per mantenere la salute delle piante. Se nel serbatoio sono presenti composti organici, solitamente provenienti da foglie e semi portati dal vento, escrementi di uccelli, agenti patogeni e alghe, la domanda biochimica di ossigeno (BOD) dell'acqua sarà elevata.
Ciò significa che i microrganismi necessitano di più ossigeno disciolto per scomporre i componenti organici presenti. I metodi di ossigenazione sono fondamentali per ottenere un DO accettabile per ridurre il BOD e promuovere la salute delle radici delle piante.
Inoltre, un nuovo studio del 2022 conferma che livelli più elevati di ossigeno nel suolo (dovuti al trattamento dell’acqua superossidata) promuovono attività microbiche benefiche come la mineralizzazione del suolo e la conversione dei nutrienti, che migliorano i raccolti, l’efficienza nell’uso dell’acqua e la fertilità del suolo.
Sia che si utilizzi acqua immagazzinata in un serbatoio o direttamente da una fonte, l’acqua di irrigazione di alta qualità e ad alto contenuto di ossigeno è essenziale per lo sviluppo delle radici e la crescita delle piante.
Ossigeno e malattia
L’ossigeno è anche fondamentale per ridurre e sopprimere malattie come le specie Pythium o le infezioni da Phytophthora. Livelli estremamente elevati di ossigeno disciolto promuovono la crescita di microrganismi benefici come le micorrize e sopprimono i patogeni anaerobici.
Se i livelli di ossigeno disciolto sono bassi nella zona radicale, ciò può influenzare la morfologia, il metabolismo e la crescita delle radici e delle piante.
Queste deviazioni hanno un impatto negativo sulla crescita delle piante e le rendono più suscettibili alle malattie.
Tecnologie di ossigenazione
Fino a poco tempo fa, i coltivatori potevano scegliere tra alcuni metodi tradizionali di aerazione dell’acqua, tuttavia, questi metodi funzionavano piuttosto male.
I diffusori hanno un'efficienza di trasferimento dell'ossigeno del 1-2% e i sistemi Venturi e diffusori hanno un'efficienza di trasferimento dell'ossigeno di circa il 20-40%. Sebbene Venturi e Mister abbiano velocità di trasferimento elevate, sono inefficienti e antieconomici per i coltivatori.
Poiché la capacità dell'acqua di trattenere l'ossigeno disciolto diminuisce all'aumentare della temperatura, molti coltivatori utilizzano sistemi di raffreddamento ad acqua nei loro tradizionali sistemi di aerazione. I sistemi di raffreddamento consumano molta energia e aumentano significativamente i costi operativi, riducendo la sostenibilità e l’economia, soprattutto perché i costi energetici continuano ad aumentare.
Tecnologia delle nanobolle
La tecnologia delle nanobolle è un modo sostenibile ed economico per aumentare l'ossigeno disciolto nella zona radicale fino a livelli ottimali. La tecnologia brevettata di Moleaer ha una velocità di trasferimento dell'ossigeno superiore all'85%, consentendo ai coltivatori di aumentare in modo efficace l'ossigeno disciolto utilizzando meno risorse.
Le nanobolle forniscono anche un metodo collaudato privo di sostanze chimiche per disinfettare efficacemente l’acqua e le linee di irrigazione, prevenendo malattie delle radici trasmesse dall’acqua e l’accumulo di biofilm. Questi vantaggi migliorano la qualità dell’acqua, aumentano il vigore delle piante e riducono la dipendenza dalle applicazioni chimiche.
Superossigenazione delle nanobolle
La maggiore velocità di trasferimento del gas consente al generatore di nanobolle di aumentare rapidamente ed efficacemente i livelli di ossigeno disciolto. I coltivatori possono impostare il generatore di nanobolle per indirizzare l’ossigeno disciolto per un utilizzo ottimale dell’ossigeno per le loro colture. La tecnologia di Moleaer consente ai coltivatori di aumentare i livelli di DO nella zona radicale almeno dal 50 al 100%, mantenendo concentrazioni costanti anche in acqua calda.
A questo livello, le cellule radicali sono più efficienti nell’assorbire acqua e sostanze nutritive. Quando le cellule radicali sono in grado di assorbire quanta più acqua e sostanze nutritive possibile, si ottiene il massimo sviluppo delle radici, crescita delle piante e resa dei raccolti.
Le nanobolle riducono anche gli agenti patogeni e il biofilm
Oltre all’ossigenazione efficiente, la tecnologia delle nanobolle produce nanobolle con proprietà chimiche e fisiche uniche. Attraverso queste proprietà, le nanobolle riducono gli agenti patogeni e il biofilm presenti nell’acqua.
Le nanobolle hanno una galleggiabilità neutra, nel senso che rimangono sospese nel liquido anziché salire in superficie e scoppiare come bolle più grandi. Mentre l’acqua di irrigazione scorre, le nanobolle vengono spostate costantemente e in modo casuale attraverso parti del sistema idrico attraverso il moto browniano.
Sono attratti da superfici come le pareti dei tubi di irrigazione, dove si consumano e distruggono il biofilm, una matrice che si forma sulla maggior parte delle superfici che entrano in contatto con l’acqua. I biofilm ospitano agenti patogeni e possono intasare gli erogatori di irrigazione quando si accumulano.
La riduzione del biofilm limita la diffusione di agenti patogeni e allunga la vita dei sistemi di irrigazione. Inoltre, i coltivatori sono in grado di ridurre le applicazioni chimiche per la rimozione del biofilm.
Senza l’uso di sostanze chimiche, le nanobolle possono anche dissolvere le cellule batteriche e ossidare gli agenti patogeni nell’acqua. Quando le nanobolle incontrano contaminanti, scoppiano e producono specie reattive dell’ossigeno (ROS). Le specie reattive dell'ossigeno sono ossidanti blandi, come il perossido di idrogeno o il cloro.
Come hanno recentemente spiegato gli scienziati dell’Università del Massachusetts e dell’Arizona State University, “I ROS generati dalle nanobolle possono essere i più promettenti per il trattamento dell’acqua perché consentono di abbandonare gli ossidanti a base chimica (cloro, ozono) che sono costosi da trattare, pericolosi e producono sottoprodotti dannosi, contribuendo al contempo a raggiungere importanti obiettivi di trattamento (ad esempio, la distruzione di contaminanti organici, agenti patogeni, biofilm)."
Coltivatori che utilizzano la tecnologia Nanobubble per ridurre gli agenti patogeni e il biofilm
I coltivatori hanno riscontrato riduzioni significative degli agenti patogeni presenti nell’acqua come Pythium e Phytophthora nell’acqua di irrigazione infusa con nanobolle.
L'organizzazione di ricerca olandese NovaCropControl ha condotto uno studio sulle colture di pomodori in serra irrigate con acqua di irrigazione infusa con nanobolle. Hanno osservato una diminuzione dell’80% dei livelli di Pythium, un comune agente patogeno presente nell’acqua che influisce sulla salute delle radici.
Un altro studio è stato condotto presso il Delphi Institute nei Paesi Bassi e ha esaminato i raccolti di fragole. I ricercatori hanno riscontrato una riduzione del 74% del numero di Pythium, minori casi di malattia da Phytophthora e una qualità generale delle radici più sana.