La canna comune (Arundo donax L.)

A07
96
Andrea bucci
Francesco Cerino Badone
Roberto Pilu
La canna comune
(Arundo donax L.)
Aspetti storici, scientifici e tecnologici
Copyright © MMXII
ARACNE editrice S.r.l.
www.aracneeditrice.it
[email protected]
via Raffaele Garofalo, 133/A–B
00173 Roma
(06) 93781065
ISBN
978–88–548–4735–4
I diritti di traduzione, di memorizzazione elettronica,
di riproduzione e di adattamento anche parziale,
con qualsiasi mezzo, sono riservati per tutti i Paesi.
Non sono assolutamente consentite le fotocopie
senza il permesso scritto dell’Editore.
I edizione: aprile 2012
Indice
7
Introduzione
9
Capitolo I
Botanica e ciclo biologico
1.1. Inquadramento tassonomico, 9 – 1.2. Descrizione botanica, 10 – 1.3.
Ciclo biologico 13
17
Capitolo II
Diffusione ed ecologia
2.1. La diffusione in Italia e nel mondo, 17 – 2.2. Invasività, 20 – 2.3. Strategia di controllo 25
29
Capitolo III
Arundo donax: tra arte e storia
3.1. Riscontri storici e letterari, 29 – 3.2. Usi rurali, antichi e moderni, 30 –
3.3. Torviscosa 34
39
Capitolo IV
Genetica
4.1. L’origine, 39 – 4.2. Struttura genetica delle popolazioni, 40 – 4.3. Filogenesi e ploidia, 42 – 4.4. Prospettive di miglioramento genetico, 44
5
6
45
Capitolo V
Coltivazione e pratica agronomica
5.1. I propaguli: conservazione e germinabilità, 46 – 5.2. Le tecniche di
propagazione, 48 – 5.3. L’impianto e tecniche agronomiche, 50– 5.4. La
raccolta, stoccaggio e conservazione, 55
57
Capitolo VI
La produzione di energia
6.1. Le biomasse, 57 – 6.2. Arundo come combustibile solido, 61 – 6.3. Il
bioetanolo di seconda generazione, 66 – 6.4. Cellulosa e lignina 71 – 6.5.
La produzione di biogas 73
75
Conclusioni
83
Bibliografia
Introduzione
L'agricoltura italiana ed europea stanno cambiando: la produzione
di materie prime alimentari, non è più sufficiente ad assicurare una
buona redditività degli investimenti. I paesi in via di sviluppo, infatti,
grazie alla grande disponibilità di mano d'opera e di capitale terra a
basso costo garantiscono derrate alimentari a prezzi inferiori che riescono così a imporsi sui mercati agroalimentari internazionali.
Negli ultimi decenni la Politica agricola comune (PAC) è stata decisiva nell'assicurare agli imprenditori agricoli europei in difficoltà un
valido sostegno al reddito.
Dal 2013 tale strumento sarà fortemente ridimensionato.
L’impianto della PAC sarà così ripensato, orientato, soprattutto, alla
competitività sui mercati internazionali delle produzioni agricole.
Sempre meno affidamento sugli aiuti pubblici e maggiore ricorso
all’efficientamento dei processi e all’innovazione tecnologica: questo
il riscoperto atteggiamento che l’agricoltore del futuro dovrà possedere per dare vita a produzioni economicamente sostenibili.
In questo scenario, la produzione di biomassa a fini energetici può
rappresentare un’importante fonte di reddito per gli imprenditori agricoli associata ad importanti effetti benefici per l’ambiente: in questo
contesto si colloca l’interesse che la canna comune ha suscitato in
scienziati, imprenditori agricoli e osservatori internazionali.
Le imbattibili produzioni di sostanza secca per ettaro e i minimi input energetici richiesti dalla sua coltivazione, fanno di questa graminacea poliennale una potenziale coltura energetica per l'agricoltura
moderna.
In questa monografia verranno trattati diversi aspetti riguardanti
questa interessante pianta.
7
Capitolo I
Botanica e ciclo biologico
1.1. Inquadramento tassonomico
Nell’ambito delle graminacee Arundo donax appartiene alla sottofamiglia delle Arundinoideae, tribù Arundineae. Del genere Arundo in
Italia crescono spontaneamente altre due specie oltre a Arundo donax:
Arundo plinii e Arundo collina. Altre specie di Arundo sono spontanee
in diverse regioni del bacino del Mediterraneo (Arundo mediterranea)
e dell’Est asiatico (Arundo furmosana) A riguardo, la classificazione
di queste specie è stata in passato oggetto di errori e rivisitazioni.
I nomi Arundo collina e Arundo plinii sono stati usati nel 1833 erroneamente da Bertoloni per indicare la stessa specie. Errore che costrinse successivamente alcuni botanici a chiamare Arundo hellenica
la specie che prima era chiamata Arundo collina (Danin et al., 2004).
Se la classificazione tra Arundo collina e Arundo plinii risulta difficile
a causa delle minime differenze morfologiche e della colonizzazione
di ecosistemi molto simili, più semplice è il riconoscimento di Arundo
mediterranea (v. Fig. 1 e Tab.1) (Danin et al., 2004).
Sempre appartenente alla sottofamiglia Arundinoideae, Phragmites
australis, un’altra specie morfologicamente simile ma di dimensioni
decisamente più piccole rispetto alla canna comune, trova ampia diffusione in tutti gli ambienti umidi della penisola italiana.
L’elaborazione di alberi filogenetici ottenuti con il ricorso alla biologia molecolare hanno dimostrato la relativa vicinanza tra Arundo do-
9
10
Capitolo I
nax e le altre graminacee d’interesse agrario quali i cereali (Belyayev,
2001).
1.2. Descrizione botanica
I culmi di Arundo sono canne cave che, a fine ciclo, possono raggiungere gli otto metri d’altezza rinforzate ogni 20 cm circa da nodi
molto resistenti al taglio e alla rottura meccanica. Lo spazio tra nodi è
minore verso la base e l’estremo superiore del culmo. Il diametro esterno è variabile tra 1 e 3 cm. In corrispondenza dei nodi
l’epidermide delle canne può presentare sfumature rosso-brunastre.
La stessa pigmentazione è osservabile frequentemente nei germogli
primaverili e in quelli autunnali. La sezione circolare della canna mostra dall’esterno verso l’interno rispettivamente l’epidermide, uno
Figura 1. Specie del genere Arundo: A. plinii (A), A. mediterranea (B), A. collina
(C) e A. donax (D). (Danin et al., 2004, modificato)
Botanica e ciclo biologico
11
Tabella 1. Chiave dicotomica per il genere Arundo (Danin et al., 2004).
strato di tessuto fotosintetizzante sovrastato delle fibre sclerenchimatiche in cui è possibile distinguere delle bande vascolari e, infine, del
tessuto parenchimatico dove sono osservabili cellule lignificate e numerosi fasci vascolari (Spatz et al., 1997). Le foglie di forma lanceolata sono lunghe fino a 80 cm, di colore verde opaco disposte in modo
alternato con margine intero e nervatura parallela.
Le foglie delle canne emerse in estate sono più piccole e distinguibili dal verde più brillante e da una forma marcatamente lanceolata.
L’infiorescenza è una pannocchia di 40-60 cm con portamento verticale visibile a partire da fine estate con migliaia di spighette monoiche,
spesso screziate di rosso (v. Fig. 2A).
I rizomi (v. Fig. 2B) hanno forma irregolare e possono emergere
dalla terra così come trovarsi a diversi centimetri di profondità.
I rizomi mostrano una suddivisione netta in segmenti di qualche
centimetro e gemme ben evidenti (v. Fig. 2B) durante tutto l’arco
dell’anno, soprattutto tra la fine dell’inverno e l’inizio della primavera. I rizomi più vecchi mostrano consistenza legnosa, colorazione bruno scuro e assenza di gemme.
12
Capitolo I
Arundo donax contiene molecole di potenziale interesse biochimico. L’osservazione delle canne e delle foglie evidenzia che in tutti gli
ambienti i danni provocati da insetti e altri animali sono molto limitati
grazie alle buone difese della pianta. Alcuni studi evidenziano la presenza di alcaloidi, molecole ritenute coinvolte nella difesa delle specie
vegetali, nelle radici di Arundo (Khuzhaev e Aripova, 1998).
In particolare sono state isolate e riconosciute cinque molecole:
Figura 2. Principali organi di Arundo donax: infiorescenza (A), rizomi (B), e culmi
in crescita (C) e a maturità (D).
Botanica e ciclo biologico
13
arundamine (Zhalolov et al., 2002), arundanine (Khuzhaev et al.,
2003), arundarine (Khuzhaev et al., 2004), arundacine (Khuzhaev et
al., 2002) e arundavine (Khuzhaev et al., 2004).
Studi condotti in India evidenziano nei rizomi di Arundo una grande quantità di lectine, proteine dalle comprovate proprietà antitumorali
(Kaur et al., 2005). La lectina estratta dai rizomi (Adl) pesa 32 kDa, è
termostabile fino ai 55°C e mostra massima attività a valori di pH
compresi tra 7 e 9 (Kaur et al., 2005). Prove di laboratorio hanno dimostrato la capacità agglutinante di questa proteina verso gli eritrociti
di coniglio (Kaur et al., 2005). Adl rappresenta il 16% delle proteine
contenute nel rizoma di Arundo donax, così da far ipotizzare un importante funzione fisiologica legata alla sopravvivenza della pianta
(Peumans e Van Damme, 1995) probabilmente nella difesa verso i parassiti (Bell, 1994).
1.3. Ciclo biologico
Arundo donax è una pianta perenne che inizia a vegetare molto presto (v. Fig. 3). Dal rizoma i primi germogli, alle nostre latitudini, emergono a marzo.
Nello stesso periodo dai nodi delle canne della stagione precedente
si sviluppano i germogli che appesantendo i culmi ne provocano
l’inarcamento e la frequente rottura soprattutto in occasione di forte
vento e delle piene dei fiumi. Se la maggior parte delle canne emerge
tra la primavera e l’estate, l’emissione di nuovi germogli dai rizomi si
osserva comunque per tutta la stagione. Quando le canne raggiungono
i due metri d’altezza (maggio) alcuni nodi (in particolare quelli più vicini all’apice vegetativo) possono sviluppare dei germogli che si accrescono fino all’autunno (fenomeno noto come branching) (v. Fig.
4). Le canne che invece emergono per ultime (giugno-luglio) tendono
a sviluppare germogli dai nodi nella primavera seguente.
La fioritura che si manifesta tra la fine dell’estate e l’inizio
dell’autunno determina la fine del ciclo biologico anche se la crescita
può limitatamente continuare anche in autunno inoltrato. Le canne rimangono verdi fino all’inverno quando l’epidermide seccando assume
14
Capitolo I
una colorazione giallo paglierino facilmente distinguibile anche a diversi metri di distanza. Durante l’inverno le canne perdono le foglie e
le infiorescenze. L’infiorescenza pur essendo composta da migliaia di
spighette è priva di semi fertili, quindi la propagazione vegetativa rimane l’unica strategia di diffusione. In natura essa avviene soprattutto
in concomitanza di fenomeni atmosferici e meteorici importanti:
quando la forza del vento o dell’acqua spezza e trascina lontano le
canne appesantite dai germogli nel frattempo cresciuti dai nodi o i
frammenti di rizoma. Quando le canne arrivano a contatto del suolo
umido o dell’acqua i germogli cresciuti dai nodi iniziano a radicare e
insediarsi anche a diversi chilometri dal punto di origine.
Le canne, infatti, una volta spezzate hanno la caratteristica di galleggiare nell’acqua e di poter essere facilmente trasportate dal vento grazie all’effetto vela dovuto alle foglie dei germogli presenti, in particolare, nei nodi superiori.
Figura 3. Ciclo biologico di Arundo donax.
Botanica e ciclo biologico
Figura 4. Ramificazioni secondarie in canne di Arundo donax.
15
Capitolo II
Diffusione ed ecologia
2.1. La diffusione in Italia e nel mondo
Arundo donax, probabilmente originaria del Sud-est asiatico, trova
oggi diffusione in quasi tutto il mondo (Dudley 2000, Perdue 1958).
Dall’areale di origine si è velocemente diffusa in Occidente dove ha
dimostrato preferire le caratteristiche proprie degli ambienti d’origine:
temperature elevate e abbondanza di corsi d’acqua. La vicinanza a
fiumi, laghi, e canali è un elemento molto frequente negli ambienti colonizzati dalla specie. Tuttavia, la diffusione di Arundo donax può essere spiegata solo in parte dalla variabilità delle condizioni pedoclimatiche dei diversi ecosistemi. Va considerata un’altra variabile determinante: la stretta associazione con l’uomo che ha contribuito alla sua
diffusione in ambienti altrimenti difficilmente colonizzabili. In Italia
la presenza di A. donax diventa più massiccia a partire dalle regioni
centrali dove in prossimità del mare raggiunge il carattere di pianta
invasiva occupando talvolta strisce di terra lunghe anche parecchi chilometri (Marche, Lazio, Campania) o interi pendii sulla costa (Liguria
e Toscana). Nell’Italia del Nord la presenza della canna comune è
molto più contenuta: di rado colonizza aree di vasta estensione e in
genere occupa piccole superfici in contesti fortemente antropizzati
quali orti urbani, aree industriali dismesse e terreni incolti.
La colonizzazione di aree adiacenti a strade e autostrade è spesso
affiancate da canali è una costante in tutta Italia così come la totale assenza da boschi e contesti naturali. La presenza della canna comune
17
18
Capitolo II
diventa più rada con l’aumentare dell’altitudine fino alla completa assenza oltre i 700 m. In realtà nel Nord Italia Arundo inizia a scomparire sin dai 400-500 metri di altitudine. L’uomo ancora oggi si serve di
Arundo donax per la costruzione di recinzioni, tettoie, cesti e tutori per
l’orticoltura e la viticoltura. È per questo che sul territorio italiano sono presenti innumerevoli piccole coltivazioni di Arundo capaci di fornire durante tutto l’anno un grande quantitativo di propaguli che nelle
giuste condizioni di temperature e umidità concorrono sensibilmente
alla diffusione di questa specie. Dall’aperta campagna alla periferia
delle grandi città, dalla collina alla pianura, Arundo riesce così a mantenere un’importante presenza sul territorio italiano anche in quegli
ambienti naturalmente poco raggiungibili da questa specie che sfrutta
principalmente la corrente dei corsi d’acqua per diffondersi (v. Fig. 1).
Ecco così che delle canne di Arundo sotterrate o abbandonate dal proprietario di un orto urbano in un canale possono generarsi nuove piante anche a diversi chilometri di distanza.
L’attività umana influisce sulla diffusione di Arundo anche con i
movimenti terra legati alla costruzione di strade, edifici e opere pubbliche dove i rizomi o le canne possono essere involontariamente
Figura 1. Arundo donax cresce in ambienti collinari (A), ripariali (B), litoranei (C), e
fortemente antropizzati (D).
Diffusione ed ecologia
19
prelevati e spostati, generando dove le condizioni pedoclimatiche lo
consentono, nuove piante (v. Fig. 2). La diffusione di Arundo in contesti urbanizzati può essere limitata o addirittura amplificata dalle politiche di pianificazione del territorio a tal punto da rappresentare una
pianta indicatrice della gestione del territorio. Arundo predilige gli
spazi di “frontiera” quali i confini tra città, campagna e aree produttive
e i terreni di pertinenza di ferrovie, cabine elettriche, cimiteri, discariche e edifici caduti in disuso poco accessibili e quindi difficilmente
soggetti a manutenzione. Un territorio ben organizzato in aree sufficientemente grandi e omogenee per destinazione d’uso e vocazione
presenta pochi terreni privi di un preciso utilizzo e conseguentemente
più suscettibili
all’abbandono. Nei contesti urbani la massiccia presenza di Arundo
può dare indicazioni circa la disordinata pianificazione del territorio e
la conseguente difficoltà di manutenzione dello stesso. La gestione del
territorio da parte dell’uomo è quindi un fattore, talvolta determinante,
nella diffusione di Arundo donax.
Figura 2. Arundo donax lungo il canale Martesana (Milano).
20
Capitolo II
2.2. Invasività
Se in Italia e nei paesi del Mediterraneo Arundo donax limita la visibilità agli automobilisti sulle strade di grande traffico (problema risolvibile con adeguati interventi di sfalcio e diserbo) in alcuni stati
americani sta creando un vero e proprio allarme a causa di una fortissima colonizzazione degli ambienti ripariali. In Florida e California
ingenti risorse economiche sono state investite per far fronte a quella
che ha acquisito il carattere di una vera e propria invasione.
Per queste ragioni le ricerche più importanti sui danni causati
dall’invasività di Arundo e sulle possibili tecniche di controllo sono
stati condotti negli Stati Uniti.
Le maggiori preoccupazioni riguardano la riduzione di biodiversità
dovuta alla scomparsa degli ecosistemi nativi (Herrera e Dudley,
2003) e l’aumento del pericolo di incendio nella stagione estiva a tal
punto che il California Exotic Pest Plant Council ha inserito la canna
comune tra le specie più invasive della California.
Arundo donax modifica sensibilmente il microclima degli ecosistemi ripariali incrementando considerevolmente l’evaporazione dei
corpi d’acqua per unità di superficie e alterando dunque le caratteristiche chimico fisiche dei fiumi vicino ai quali cresce (Herrera e Dudley,
2003).
La portata inferiore dei fiumi e dei corsi d’acqua ha causato
l’incremento della salinità e della temperatura con la conseguente
scomparsa dell’habitat naturale originale e delle specie animali e vegetali autoctoni (Herrera e Dudley, 2003).
I boschi di pioppo, ontano e salice, specie presenti in di questi ambienti, formando delle vere e proprie gallerie sopra l’acqua riducevano
notevolmente l’esposizione diretta dell’acqua al sole (Herrera e Dudley, 2003).
La proliferazione di una specie dal portamento eretto come Arundo,
ombreggiando in maniera limitata, ha causato una intensificazione del
fenomeno di evaporazione dell’acqua con conseguente cambiamento
delle condizioni ambientali (Herrera e Dudley, 2003).
La grande quantità di biomassa prodotta durante la stagione vegetativa fanno di Arundo una delle specie che più contribuisce alla deposizione di detriti sul fondale di stagni e laghi (Rossi et al., 2010).