Rivista di informazione del Dipartimento di Ingegneria Industriale
Università di Trento
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Negli ultimi anni i cambiamenti climatici stanno modificando profondamente gli ecosistemi forestali e agricoli, accelerando fenomeni di desertificazione, degrado del suolo e perdita di copertura vegetale. In molte aree europee, e in particolare nell’Europa meridionale, la diminuzione delle precipitazioni e l’aumento dello stress idrico stanno rendendo sempre più difficile il rimboschimento e il ripristino dei terreni degradati.
In questo contesto si inserisce la ricerca sviluppata nell’ambito del progetto europeo H2020 ONEforest, finalizzata alla progettazione di soluzioni sostenibili per migliorare la crescita delle piante e la gestione dell’acqua in agricoltura e silvicoltura.
L’attività di ricerca ha portato allo sviluppo di due tipologie di materiali multifunzionali:
I film di pacciamatura sono progettati per supportare il rimboschimento e le colture agricole in condizioni aride, limitando la crescita delle infestanti e riducendo l’evaporazione dell’acqua dal terreno dopo il trapianto (Figura 1a).
Gli ammendanti, invece, vengono miscelati direttamente nel suolo o nella buca d’impianto per migliorarne le proprietà fisiche, chimiche e di ritenzione idrica (Figura 1b).
Entrambi i sistemi sono stati sviluppati come compositi bio-based rinforzati con fibre di legno, utilizzando come matrice la gomma xantana, un polisaccaride biodegradabile derivato da fonti naturali.
L’obiettivo principale della ricerca è stato individuare una valida alternativa ai prodotti sintetici oggi comunemente utilizzati, spesso responsabili del rilascio di microplastiche nel suolo.
La combinazione tra gomma xantana — caratterizzata da elevata capacità di assorbimento dell’acqua — e fibre naturali ad alta capacità di ritenzione idrica ha permesso di sviluppare materiali in grado di migliorare significativamente la gestione dell’umidità del terreno e ridurre il fabbisogno irriguo.
Per i film di pacciamatura (Figura 2a) sono state sviluppate diverse formulazioni attraverso processi di reticolazione con acido citrico, trimetafosfato di sodio e acido tannico. I campioni reticolati con acido citrico hanno mostrato le prestazioni migliori, con capacità di assorbimento d’acqua superiori al 500% del peso iniziale e un’elevata stabilità anche dopo ripetuti cicli di assorbimento ed essiccazione.
Dal punto di vista meccanico, i materiali hanno evidenziato una resistenza alla perforazione superiore rispetto a film commerciali in polipropilene, simulando efficacemente la resistenza alla crescita delle infestanti. Inoltre, nonostante la presenza di fibre di legno, i campioni hanno mostrato comportamento non infiammabile grazie alla capacità della gomma xantana di formare uno strato carbonizzato protettivo.
Le prove in campo condotte su giovani piante hanno evidenziato uno stato di salute superiore rispetto a quello ottenuto con prodotti commerciali tradizionali.
Per quanto riguarda gli ammendanti, sono state sviluppate formulazioni granulari (<2 mm) ottenute combinando gomma xantana e diverse tipologie di cellulosa (Figura 2b).
I test hanno mostrato che l’aggiunta di meno del 2% in peso di ammendante è sufficiente ad aumentare fino al 69% la capacità di assorbimento idrico del terreno. Le curve di ritenzione idrica hanno inoltre evidenziato un significativo incremento della quantità di acqua effettivamente disponibile per le piante.
Esperimenti condotti sulla crescita di graminacee hanno confermato un miglioramento della regolazione idrica del suolo e una maggiore probabilità di sopravvivenza delle piante in condizioni di siccità. Parallelamente, prove su colture di pomodoro hanno mostrato incrementi della resa fino al 33% in terreni ricchi di sostanza organica.
La ricerca è stata completata da un’analisi del ciclo di vita (Life Cycle Assessment, LCA), che ha evidenziato il basso impatto ambientale associato alla produzione dei materiali sviluppati.
Anche dal punto di vista economico i risultati sono promettenti: le stime preliminari indicano costi di produzione comparabili con quelli dei prodotti commerciali biodegradabili attualmente presenti sul mercato.
Nel complesso, lo studio dimostra il potenziale dei bio-compositi a base di gomma xantana come soluzioni sostenibili, economiche e scalabili per applicazioni forestali e agricole, contribuendo allo sviluppo di tecnologie capaci di migliorare la resilienza degli ecosistemi in un contesto di crescente stress climatico.
Figura 1. (a) Schema dei possibili effetti dei film di pacciamatura su un comune sistema di coltivazione agricola. (b) Schema del principio di funzionamento degli ammendanti a base di biopolimeri: assorbimento idrico durante le precipitazioni e ritenzione idrica nei periodi di siccità.
Figura 2. (a) Immagine di un film di pacciamatura a base di gomma xantana e fibre di legno applicato ad una pianta di pomodoro; (b) immagine di un ammendante costituito da gomma xantana e fibre di cellulosa applicato al suolo nella buca d’impianto.
