Fertilizzanti

I fertilizzanti sono mezzi tecnici, utilizzati in agricoltura e giardinaggio, che permettono di creare, ricostituire, conservare o aumentare la fertilità del terreno. Secondo il tipo di miglioramento che conferiscono al suolo, i fertilizzanti si distinguono come:

• Concimi: arricchiscono il terreno in uno o più elementi nutritivi.
• Ammendanti: migliorano le proprietà fisiche del terreno modificandone la struttura e/o la tessitura
• Correttivi: modificano la reazione dei terreni anomali spostando il pH verso la neutralità.

Il primo fertilizzante chimico fu il superfosfato di calcio, brevettato da John Bennet Lawes nel 1842. Per condurre un'analisi sui fertilizzanti bisogna eseguire diversi esperimenti: determinazione dell'azoto, determinazione dell'azoto organico, determinazione dell'azoto nitrico.

Gli elementi

Sono 13 gli elementi indispensabili allo sviluppo della pianta ed al compimento del suo ciclo vitale in modo ottimale. Essi si possono suddividere in macroelementi e microelementi, a seconda che essi siano necessari alla pianta in dosi elevate o in quantità minime. Ciò non significa che i microelementi siano meno importanti, tanto è vero che in caso di assenza o scarsità di questi la pianta può manifestare affezioni più o meno gravi fino alla stessa morte.

Gli elementi sono inoltre distinti in plastici e dinamici secondo la funzione svolta nell'organismo. Sono plastici gli elementi che, entrando nella composizione dei composti strutturali, contribuiscono alla costruzione dei tessuti, sono dinamici quelli che, entrando nella composizione di enzimi, coenzimi, ormoni, ecc., intervengono nei processi fisiologici

Macroelementi

I macroelementi sono suddivisi in elementi principali della fertilità (o semplicemente macroelementi) e in elementi secondari (o mesoelementi).

Gli elementi principali della fertilità sono gli elementi necessari alla pianta, affinché essa abbia un accrescimento armonioso e privo di sintomatologie da carenza minerale, in quantità più elevate. Almeno storicamente, oppure, oggi, in agricoltura biologica, sono quelli più limitanti le rese.

• azoto, presente soprattutto nelle proteine, negli amminoacidi e negli acidi nucleici
• Fosforo, presente soprattutto nei fosfolipidi, negli acidi nucleici e negli zuccheri fosforati
• Potassio, elemento dinamico usato come attivatore degli enzimi, è anche uno dei principali componenti delle ceneri

I mesoelementi solitamente sono già presenti nel terreno in quantità non limitanti. Possono tuttavia essere carenti in alcuni terreni. In genere non è necessario il loro apporto perché sono presenti nei concimi, talvolta in quantità rilevanti, come componenti secondari.

• Calcio, presente nella parete cellulare
• Magnesio, presente nella clorofilla, catalizzatore
• Zolfo, negli aminoacidi
• Sodio
• Cloro

In realtà il sodio non è un elemento indispensabile allo sviluppo della pianta, lo si può anzi considerare dannoso. In Europa settentrionale, dove questo elemento scarseggia nel suolo, gli si attribuisce però grande importanza, soprattutto nella concimazione dei pascoli, per arricchire la dieta del bestiame.

Il calcio può essere scarso in zone equatoriali soggette a forti dilavamenti.

L'azoto

Per le piante l'azoto è un elemento essenziale. È presente nei tessuti giovani in percentuali attorno al 5-6%, nei tessuti maturi attorno all'1-3%. Convenzionalmente per stimare il contenuto proteico di un prodotto si moltiplica l'azoto totale per 6,25. Ciò significa che mediamente più di un sesto delle proteine è costituito da azoto. È inoltre presente nella Clorofilla, negli acidi nucleici, nei glucosidi e negli alcaloidi.

Il livello produttivo della coltura è primariamente condizionato dalla disponibilità d'azoto nel suolo. Esso stimola l'accrescimento delle piante e determina una presenza abbondante di clorofilla nelle foglie.

Viene assorbito prevalentemente in forma nitrica. I concimi azotati possono invece contenere l'azoto in forma nitrica, ammoniacale, ureica e organica.

Nella forma nitrica viene assorbito velocemente dalle piante e i risultati sono visibili a breve termine. Purtroppo ha il grave difetto di presentare un'elevata dilavabilità, raggiunge cioè molto velocemente gli strati più profondi del terreno, diventando inutilizzabile ed andando ad inquinare la falda acquifera.

Nella forma ammoniacale si ha un rilascio del nutriente più graduale, dato che per venire trasformato in azoto nitrico necessita di un certo periodo di tempo, richiesto dalla nitrificazione. Se ne ha così un migliore utilizzo, con minori perdite. Questo è dovuto inoltre al fatto che gli ioni NH₄⁺ si legano più facilmente ai colloidi del terreno. Di conseguenza i concimi nitrici sono indicati per bisogni immediati, quelli ammoniacali per bisogni più diluiti nel tempo (ad esempio alla semina).

Nella forma ureica l'azoto viene convertito per ammonificazione in azoto ammoniacale in tempi più o meno brevi dipendenti soprattutto dalla temperatura. Ne consegue che i concimi ureici hanno proprietà analoghe a quelle dei concimi ammoniacali, con una persistenza ancora maggiore. Nella forma organica l'azoto viene convertito per ammonificazione in azoto ammoniacale come fase finale della mineralizzazione della sostanza organica. I tempi di rilascio sono strettamente dipendenti dalla temperatura e dall'attività biologica degli organismi decompositori (funghi e batteri) e possono essere molto lunghi.

La carenza d'azoto provoca accorciamento del ciclo biologico della pianta, clorosi fogliare, crescita lenta e stentata, produzioni basse. L'eccesso d'azoto provoca squilibri nel ciclo biologico della pianta, scarsa lignificazione dei tessuti, con conseguente predisposizione ad avversità soprattutto parassitaparassitarie, eccessivo rigoglio vegetativo con consumi idrici più intensi, accumulo di nitrati nelle foglie; inoltre, come accennato precedentemente, l'eccesso di azoto nel terreno aumenta il rischio d'inquinamento delle falde acquifere.

Il fosforo

Il fosforo è un elemento di cui la pianta non necessita in grande quantità, ma la sua carenza può provocare gravi problemi: esso è estremamente importante al momento della fioritura, ma interviene in tutti i processi fondamentali del metabolismo. Si concentra nelle zone giovanili della pianta, è importante per il metabolismo energetico e nelle reazioni di sintesi, demolizione e trasformazione. Inoltre aumenta la velocità di maturazione del prodotto finale, e ne rende migliore la qualità esteriore. Favorisce anche la radicazione.

Il fosforo è caratterizzato da una scarsa mobilità: una volta distribuito nel terreno è bene che si proceda ad un'aratura che ne faciliti l'incorporamento all'altezza delle radici assorbenti. È trattenuto dai colloidi del terreno, perciò non è soggetto a perdite per dilavamento. Nel terreno può trovarsi in forma organica e minerale. Il fosforo minerale è rappresentato principalmente dai tre residui acidi dell'acido ortofosforico in equilibrio fra loro: lo ione fosfato biacido (H₂PO₄^-, molto solubile), lo ione fosfato monoacido (HPO₄^2-, mediamente solubile) e lo ione fosfato (PO₄^3-, insolubile). Il rapporto quantitativo fra le tre forme dipende dal pH e l'equilibrio si sposta verso lo ione PO₄^3- all'aumentare del pH.

La solubilità del fosforo e, quindi, la sua facilità di assorbimento da parte delle piante dipendono dalla reazione del terreno: nei terreni fortemente acidi il fosforo forma complessi insolubili con gli idrossidi di ferro e alluminio (fosfati di Fe e Al); nei terreni tendenzialmente neutri prevale sotto forma di fosfato monocalcico, Ca(H₂PO₄)₂, e bicalcico , CaHPO₄; nei terreni basici per alcalinità costituzionale (terreni calcarei) prevale sotto forma di fosfato tricalcico, Ca₃(PO₄)₂, insolubile; infine, nei terreni basici per alcalinità da assorbimento (terreni sodici) prevale sotto forma di fosfato sodico, Na₃PO₄, solubile. Escludendo i terreni sodici, non interessati dagli usi agricoli, l'assorbimento del fosforo è dunque favorito nei terreni tendenzialmente neutri, mentre nei terreni acidi e basici va incontro a fenomeni di insolubilizzazione (retrogradazione del fosforo).

Una carenza di fosforo ha come conseguenze lo sviluppo di piante esili, a portamento eretto e con una crescita stentata. Generalmente gli effetti sono molto simili alla carenza d'azoto. È difficile riscontrare casi di eccesso di fosforo. La concimazione minerale fosfatica è stata la prima ad essersi diffusa, anche a causa di un'errata teoria di Justus von Liebig che ne sovrastimava l'importanza. Dopo decenni di fortissima concimazione fosfatica, molti terreni italiani possiedono riserve di fosforo enormi. Molto spesso è dunque possibile ridurre drasticamente le dosi di fosforo nella concimazione, o addirittura eliminarle del tutto, anche per diversi anni consecutivi.

Alcune micorrize hanno la capacità di aumentare la biodisponibilità del fosforo presente nel terreno.

Il potassio

Il potassio è un elemento che la pianta assorbe facilmente e in gran quantità. L'assorbimento però può essere limitato dalla presenza di altri cationi, come il calcio. Nella pianta è presente soprattutto nelle parti giovanili, e rimane libero nei succhi cellulari sotto forma di sali diversi. Adeguate dosi di potassio fanno sì che la pianta assorba l'acqua con più facilità, aumenti la resistenza al gelo e agli attacchi parassitari e venga favorita la sintesi proteica, aumentando la produzione di ATP. Il potassio interviene anche nei processi di accumulo degli zuccheri. Inoltre, i sali potassici presenti nei succhi cellulari sono fondamentali nel determinare la sapidità dei frutti.

Il potassio è presente nel terreno sotto forma di ione K⁺ incorporato nella sostanza organica e, soprattutto, nella frazione minerale del suolo. Il potassio minerale è presente in varie forme, non tutte disponibili per le piante:

• Potassio reticolare: è incorporato nei reticoli cristallini di alcuni minerali, come ad esempio i feldspati e altri tectosilicati e alcuni fillosilicati. Non è utilizzabile dalle piante.
• Potassio fissato: è incorporato nei reticoli cristallini dei minerali argillosi negli spazi compresi fra i foglietti cristallini. In genere non è utilizzabile dalle piante, con qualche eccezione (es. la barbabietola da zucchero), tuttavia viene lentamente messo a disposizione.
• Potassio scambiabile: è adsorbito sulla superficie dei colloidi ed è in equilibrio con la frazione solubile. Alcune piante riescono ad assorbirlo.
• Potassio solubile: è disciolto nell'acqua del terreno e costituisce con la frazione scambiabile il potassio assimilabile. Le piante assorbono prevalentemente la frazione solubile.

Il potassio è fondamentalmente un elemento poco mobile, trattenuto bene dal potere assorbente del terreno; possono tuttavia esserci carenze nei terreni calcarei perché è in competizione con il calcio e il magnesio nella saturazione dei colloidi. La disponibilità di potassio non rappresenta invece un problema nei terreni neutri e acidi che ne sono dotati, soprattutto quelli con un buon tenore in argilla. I terreni italiani in genere sono molto ricchi di potassio, perciò la concimazione potassica è spesso trascurata per le colture meno esigenti. Una buona dotazione in potassio in ogni modo non è necessariamente correlata ad una disponibilità per le piante: i terreni sabbiosi, ad esempio, possono essere costituzionalmente ricchi di potassio ma poveri nella forma assimilabile in quanto si tratta prevalentemente di potassio reticolare.

Il primo effetto della carenza di potassio è la diminuzione del turgore cellulare delle piante colpite. Inoltre si formano foglie esili e con decolorazione centrale e, come conseguenza, una necrosi generalizzata delle foglie che fa assumere alla pianta uno stato di appassimento. Effetti di una carenza di potassio, soprattutto con una nutrizione sbilanciata verso l'azoto, sono la scarsa lignificazione e una generale suscettibilità agli attacchi parassitari e la produzione di frutti dal gusto appiattito e insipido, con ridotto tenore in zuccheri e sali minerali.

Rari i casi di eccesso potassico e non se ne conoscono gli effetti.

Microelementi

I microelementi agiscono in quantità limitatissime, svolgendo però un ruolo fondamentale dato che entrano nella costituzione degli enzimi.

• Boro, per la riproduzione
• Manganese, presente nella clorofilla, attiva gli enzimi
• Rame, presente nella clorofilla, attiva gli enzimi
• Zinco, presente negli enzimi e nelle auxine
• Molibdeno, microelemento usato per l'azotofissazione, è indispensabile per le leguminose
• Cobalto, fissa l'azoto
• Ferro, usato nella fotosintesi

La carenza di ferro si manifesta molto vistosamente, determinando un ingiallimento fogliare che prende il nome di clorosi. Il nome fa riferimento alla causa della decolorazione, l'assenza di clorofilla nelle cellule fogliari. La depigmentazione dei tessuti fotosintetizzanti porta, nei casi più gravi, ad una morte per denutrizione. Vi sono altri elementi, solitamente presenti nel suolo, ma che comunque sono importanti per la crescita delle piante:

• Cloro, aiuta la crescita delle radici
• Silicio, rinforza la parete cellulare, aumenta resistenza a caldo e siccità
• Nickel, rilascia l'azoto

I microelementi vengono impiegati soprattutto nei concimi per coltivazione idroponica, in quanto viene a mancare l'apporto da parte del terreno. Possono però manifestarsi specifiche carenze per fenomeni di insolubilizzazione, dovute prevalentemente a pH anomali; in questo caso si procede alla somministrazione, generalmente attraverso la concimazione fogliare.

Titolo

I concimi vengono classificati in base al titolo: una serie di numeri che indica, come percentuale sulla massa, la quantità di elemento, o elementi, nutritivi presenti nel concime. Nelle confezioni è riportato nell'ordine il titolo in azoto, anidride fosforica (P₂O₅) e ossido di potassio (K₂O) quando questi elementi sono presenti. Eventualmente è riportato, a seguire, il titolo dei mesoelementi.

Il titolo teorico di un concime è determinato dalla stechiometria. Ad esempio, la formula bruta dell'urea (un concime azotato che ha un titolo del 46% in N) è NH₂-CO-H₂N. I pesi atomici dei singoli elementi contenuti nella molecola sono: H=1; N=14; C=12; O=16. Sono presenti 4 atomi di H, 2 di N, 1 di C e uno di O. Il peso molecolare dell'urea risulta dunque essere:

$4*1+2*14+1*12+1*16=4+28+12+16=60$

Il peso totale dell'azoto presente nella molecola d'urea risulta essere

$N=2*14=28$

La seguente proporzione permette di calcolare il titolo del concime:

${\frac {x}{100}}={\frac {28}{60}}$

da cui si ottiene $x={\frac {28}{60}}*100=46,6\%$.

Nella pratica, tuttavia, raramente il titolo del concime corrisponde a quello teorico stechiometrico, perché i formulati dei concimi non sono puri ma contengono altri componenti chimici che ne riducono il titolo reale.

Il titolo permette di calcolare quanto concime apportare a seconda delle necessità, dividendo la quantità di nutriente da apportare per il titolo. Ad esempio, dovendo fornire ad un terreno 150 kg ha⁻¹ di N e volendo distribuire urea-46, bisognerà dare al terreno ${\frac {150}{0,46}}=326$ kg di urea per ettaro.

Nella realtà pratica si ha la tendenza all'impiego di concimi ad alto titolo per i seguenti motivi:

• il prezzo riferito all'unità fertilizzante (prezzo nominale in rapporto al titolo) è in genere molto più basso nei concimi ad alto titolo;
• a parità di dose di unità fertilizzante il quantitativo del concime da somministrare è inversamente proporzionale al titolo; ne consegue che l'impiego di concimi a basso titolo determina un incremento dei costi di trasporto, di stoccaggio e di distribuzione in campo. Per lo stesso motivo i concimi ad alto titolo semplificano le operazioni colturali perché permettono di aumentare l'autonomia dello spandiconcime o della seminatrice.

L'uso di concimi ad alto titolo ha tuttavia un inconveniente: il maggiore tenore in uno o più elementi principali della fertilità si traduce in un minore tenore in mesoelementi (calcio, zolfo, magnesio), perciò l'uso sistematico di concimi ad alto titolo porta ad un progressivo impoverimento degli elementi secondari. In condizioni particolari pertanto può rivelarsi consigliabile l'impiego di specifici concimi a basso titolo.

Classificazione dei concimi

La classificazione dei concimi può basarsi su differenti criteri, ma quella più usata è la classificazione merceologica adottata dalla normativa comunitaria sui fertilizzanti. Questa si basa prevalentemente sulla composizione chimica, con riferimento al contenuto in uno o più elementi principali della fertilità e sulla presenza o meno del carbonio legato chimicamente ad uno degli elementi della fertilità. Altre classificazioni secondarie prendono in esame il tipo di formulato, la solubilità, la relazione con l'assorbimento radicale (funzionalità).

In base al tenore in macroelementi principali, i concimi si distinguono in semplici, quando contengono un solo elemento (azoto, fosforo, potassio) e in complessi o composti, quando contengono due o tre macroelementi principali. A loro volta i concimi complessi si distinguono in binari, quando contengono due elementi principali della fertilità (NP, NK, PK), e in ternari, quando contengono tutti i macroelementi principali.

In base al contenuto in carbonio legato chimicamente ad un elemento principale della fertilità, i concimi si distinguono in organici, organominerali, minerali (o chimici). In realtà la distinzione fra queste categorie è basata su un criterio convenzionale adottato dalla normativa vigente:

• sono concimi organici quelli prodotti da un'attività biologica e che contengono carbonio legato chimicamente ad un elemento della fertilità;
• sono concimi organominerali quelli ottenuti dalla miscelazione o da una reazione di uno o più concimi organici con uno o più concimi minerali;
• sono concimi minerali o chimici quelli ottenuti da giacimenti minerali, usati tali e quali o trattati industrialmente con processi di raffinazione o di trasformazione, quelli ottenuti per via sintetica, quelli ottenuti dal trattamento industriale di prodotti inorganici di origine biologica.

Tale classificazione ha conseguenze nell'inquadramento merceologico-normativo (e di riflesso nella possibilità d'impiego in determinati disciplinari): ad esempio, l'urea, pur essendo un composto organico (il carbonio è legato chimicamente all'azoto), è classificato come concime minerale in quanto proviene da una sintesi chimica industriale. Per motivi diversi, i concimi fosfatici ottenuti dal trattamento industriale delle ossa (fosfato termico, perfosfato d'ossa) sono concimi minerali perché non contengono carbonio, pur essendo di origine biologica.

I concimi possono presentarsi in forma liquida o solida. Quelli in forma liquida possono essere gas liquefatti, soluzioni o sospensioni. Quelli in forma solida possono essere granulari, microgranulari, in cristalli o polverulenti.

A seconda della formulazione i concimi solidi possono essere a lenta cessione; questi concimi contengono l'elemento nutritivo microincapsulato in modo che il suo rilascio nel terreno avvenga gradualmente limitando le perdite.

Concimi semplici e concimi composti

I concimi semplici sono quei concimi in cui è presente un solo elemento (o azoto, o fosforo , o potassio). Ad esempio il nitrato del Cile è un concime semplice, infatti è presente unicamente azoto.

I concimi composti (o complessi) sono quei concimi in cui sono presenti due o più elementi. La combinazione tra gli elementi può essere ottenuta per miscelazione di concimi semplici o per combinazione chimica. Tradizionalmente si definivano composti quelli ottenuti mediante miscelazione, complessi quelli ottenuti mediante combinazione chimica, ma oggi i due termini sono considerati sinonimi e, tra i due, si tende a preferire il primo.

I concimi composti sono definiti concimi binari quando sono presenti due degli elementi principali della fertilità; sono definiti ternari quando sono presenti tutti e tre (NPK). Sono concimi binari quelli fosfo-potassici (PK), quelli nitro-potassici (NK) e quelli fosfo-azotati (NP).

Il titolo di un concime ternario è contrassegnato da tre numeri separati da un trattino. Il primo numero indica la percentuale in peso di azoto espresso come N, il secondo il fosforo espresso come P₂O₅ e il terzo il potassio espresso come K₂O. Ad esempio un concime tipo 30-20-25 possiede il 30% di N, il 20% di P₂O₅ e il 25% di K₂O.

Concimi minerali

I concimi minerali, detti anche chimici, sono concimi che non contengono carbonio. A seconda che contengano azoto, fosforo o potassio vengono definiti rispettivamente concimi azotati, fosforici o potassici.

Concimi organici

Sono concimi che contengono carbonio legato ad uno degli elementi della fertilità (azoto, fosforo, potassio). Secondo la normativa i concimi organici devono essere necessariamente di origine biologica (animale, vegetale o mista) perciò sono esclusi da questa categoria i composti organici prodotti per via sintetica: ad esempio, l'urea, pur essendo un composto organico, è da considerarsi un concime minerale in quanto è prodotta per via sintetica. D'altra parte il comportamento dell'urea nel terreno è molto simile a quello degli altri concimi minerali azotati.

Metodi di concimazione

Le concimazioni sono distinte in:

• Concimazione di fondo - Viene effettuata con quei macroelementi che restano immobilizzati nel terreno: il fosforo, il potassio o ambedue, a seconda delle necessità. Consiste nel concimare prima dell'aratura, in modo tale da interrare i nutrienti uniformemente nella sezione di suolo che sarà investigata dalla rizosfera della coltura.
• Concimazione di presemina - Effettuata appena prima della semina (o in contemporanea). Si usa per dare alla coltura, se necessario, la prima frazione di azoto. Può essere utile anche per distribuire fosforo in terreni molto dilavabili.
• Concimazione di copertura - È effettuata con la coltura in atto. È fondamentale per la distribuzione dell'azoto in particolare nelle colture erbacee, in quanto, adattando quantità e momento dell'intervento a seconda dell'andamento della coltura, è possibile regolarne il ciclo. Un tipo molto avanzato di concimazione di copertura è la fertirrigazione che si attua soprattutto su colture arboree o orticole irrigate con impianti d'irrigazione localizzati o a goccia.

Tipologie

Un fertilizzante può essere:

• Liquido
• In polvere
• In granuli
• In pellet

Le sostanze di scarto che possono usate per realizzare un fertilizzante naturale sono:

Sostanza	Immagine
Fondi di caffè
Cenere
Bucce di banana
Gusci d’uovo
Macerato d’ortica
Infusi di camomilla
Calendula
Tarassaco
Lievito di birra
Vino rosso

Ambiente

I fertilizzanti sintetici utilizzati in agricoltura hanno conseguenze ambientali di ampia portata. Secondo il Rapporto speciale del Gruppo intergovernativo sul cambiamento climatico (IPCC) sui cambiamenti climatici e sul territorio, la produzione di questi fertilizzanti e le pratiche di uso del suolo associate sono fattori trainanti del riscaldamento globale. L'uso di fertilizzanti ha anche portato a una serie di conseguenze ambientali dirette: deflusso agricolo che porta a effetti a valle come zone morte degli oceani e contaminazione dei corsi d'acqua, degradazione del microbioma del suolo e accumulo di tossine negli ecosistemi. Gli impatti ambientali indiretti includono quelli del fracking per il gas naturale utilizzato nel processo Haber. Il boom agricolo è in parte responsabile della rapida crescita della popolazione umana e le pratiche agricole industriali su larga scala sono associate alla distruzione dell'habitat, alla pressione sulla biodiversità e alla perdita di suolo.

Al fine di mitigare le preoccupazioni ambientali e di sicurezza alimentare, la comunità internazionale ha incluso i sistemi alimentari nell'obiettivo di sviluppo sostenibile 2 (Sustainable Development Goal 2), che si concentra sulla creazione di un sistema di produzione alimentare sostenibile e rispettoso del clima.

Galleria d'immagini

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  Un agricoltore a Shwe Hlan, in Myanmar, che utilizza un tipico sistema di pompa per l'applicazione di fertilizzanti
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  Letame per la fertilizzazione
• 
  Il cloruro di potassio è un fertilizzante, usato frequentemente in forma compattata per facilitare l'applicazione a diffusione.
• 
  Fertilizzante azotato applicato alla coltivazione del mais in un campo nella contea di Hardin, Iowa