La canna spontanea (Saccharum spontaneum) è il parente selvatico della canna da zucchero. Si tratta di una pianta estremamente rustica e resistente alla siccità, motivo che la rende particolarmente interessante per sfruttare terre marginali, ovvero quei terreni che per le loro caratteristiche pedoclimatiche non sono adatti alle colture tradizionali.
L'Università di Catania, dipartimento di Agricoltura, alimentazione e ambiente - Di3A, ha condotto una serie di esperienze su questa pianta sin dal 2005, per valutare il suo potenziale per la produzione di bioetanolo e come biomassa combustibile. Uno degli studi include la coltivazione comparativa con due specie ben note nella letteratura scientifica, alle quali abbiamo già dedicato articoli in questa colonna: l'Arundo donax (si veda Dal Friuli i cloni di Arundo ad alta produttività agroenergetica) e il Miscanthus giganteus (si veda Che fine ha fatto il miscanto?). Le prove sono state condotte nei campi sperimentali dell'università, utilizzando per la propagazione dei rizomi raccolti da popolazioni selvatiche siciliane, corrispondenti alla sottospecie Saccharum spontaneum L. spp. aegyptiacum (Willd.) Hackel.
In questo articolo proponiamo ai nostri lettori un compendio sulle caratteristiche e potenzialità di questa pianta, assai comune ma perlopiù ignorata.
Saccharum spontaneum è una graminacea perenne che si suppone originaria dell'India, ma ormai diventata cosmopolita nelle zone tropicali e temperate fino a 1.800 metri Slm. Geneticamente è un parente stretto della canna da zucchero, e si crede che abbia giocato un ruolo importante nell'evoluzione di quest'ultima.
Esistono due sottospecie: quella diffusa in Africa subsahariana e sulle sponde del Mediterraneo è la aegyptiacum (da qui il nome comune canna d'Egitto). Si riproduce sia per rizomi che per semi, propagati dal vento grazie ai loro pennacchi pelosi che si staccano dalla pannocchia alla fine della maturazione (Foto 1). Inoltre, si propaga anche per talea, perché i nodi contengono radici primordiali che si sviluppano quando vengono a contatto con il terreno. In terreni fertili raggiunge i 5 metri di altezza, in terreni poveri fino a 2 metri, ma l'altezza abituale è nell'ordine dei 3 metri. I culmi, eretti, sono robusti e con internodi solidi, molto simili nell'aspetto esteriore al miscanto, hanno un diametro compreso fra 5 e 15 millimetri ed a maturità un canneto può raggiungere i 100 culmi al m2. Le foglie sono pelose sulla guaina, con lamina glabra di colore verdastro tendente al bianco-argentato, tagliente ai margini è larga 1-3 centimetri e lunga 50-100 centimetri. Cresce bene lungo le sponde fluviali, lacustri e lagunari, oltre che lungo i fossati, le strade di campagna e le ferrovie. Nei terreni umidi può essere molto invadente nei confronti delle colture tradizionali. Come la canna da zucchero ed il mais, S. spontaneum è una pianta a metabolismo C4, ciò che la rende particolarmente efficiente nell'assorbimento della CO2 e nell'utilizzo dell'acqua (Cosentino et al., 2015a; Scordia et al., 2015).
Foto 1: Dispersione anemofila dei semi di S. spontaneum
(Fonte foto: Beppe di Gregorio, referenza Schede di botanica)
È poco gradita dai bovini, in India viene utilizzata come foraggio solo occasionalmente in periodi di carestia. È stata segnalata come buon foraggio per capre e cammelli, e si può insilare come il mais. La densa rete di rizomi rende questa pianta utile per contenere l'erosione, per esempio in ambienti dunosi o su forti pendii (Cosentino et al., 2015b). Nei paesi d'origine viene utilizzata come materiale per i tetti delle capanne, per la produzione di cesti e di scope. In Indonesia i germogli si consumano bolliti con del riso, come quelli del bambù. La biomassa di canna spontanea, al pari della bagassa di canna da zucchero, è adatta alla produzione di carta da giornale o da imballaggio. Poiché si decompone lentamente, è stata segnalata come un buon materiale per pacciamatura.
Nell'ambito della ricerca condotta a Catania, gli utilizzi testati finora sono due: biomassa combustibile e biomassa per produzione di bioetanolo di seconda generazione. Le rese e caratteristiche fisico-chimiche della biomassa si riassumono nella Tabella 1.
Tabella 1: Caratteristiche della biomassa di S. spontaneum spp. aegyptiacum
Clicca sull'immagine per ingrandirla
L'irrigazione aumenta la resa, ma nel contempo abbassa il Pci della biomassa raccolta perché il maggiore assorbimento di acqua dal suolo comporta maggiore accumulo di sali nei tessuti della pianta. Ad ogni modo, il punto di fusione delle ceneri è sufficientemente alto da consentire l'utilizzo della biomassa, tale quale o cippata, in apposite caldaie. La biomassa di canna spontanea è anche atta per la produzione di pellet o bricchette (si veda I pellet di biomasse erbacee).
Il sesto d'impianto utilizzato nella ricerca è stato 1 rizoma/m2 (rizomi di circa 100 grammi con due o tre germogli), al fine di contenere i costi d'impianto e sfruttare la capacità d'accestimento negli anni a seguire, su terreno previamente arato in autunno, erpicato a disco in primavera. La concimazione iniziale, prima dell'impianto dei rizomi, è stata di 100 chilogrammi N/ha con solfato d'ammonio e 100 chilogrammi P2O5/ha come superfosfato. L'irrigazione ed il diserbo sono stati necessari durante la prima estate dopo l'impianto per favorire l'attecchimento dei rizomi. Fino al sesto anno non sono state effettuate ulteriori concimazioni o diserbi.
In un test di tre anni di durata, la canna d'Egitto ha reso mediamente più biomassa rispetto alla media di tre cloni diversi di canna comune e due varietà di miscanto (Grafico 1).
Grafico 1: Rese in biomassa di Arundo donax (cloni Capo d'Orlando, Piazza Armerina e Fontane Bianche), miscanto (M. x giganteus e M. sinensis - Goliath), e S. spontaneum spp. aegyptiacum
(Fonte grafico: modificato da Scordia et al., 2016 (referenza 4))
Le prove di saccarificazione e fermentazione hanno dimostrato la fattibilità di sfruttare questa pianta per la produzione di bioetanolo lignocellulosico, ma non è un processo facile. La saccarificazione dell'emicellulosa e della cellulosa è stata realizzata mediante trattamento con acido ossalico e con enzimi. L'elevato contenuto di emicellulosa della S. spontaneum spp. aegyptiacum comporta però la formazione di zuccheri con cinque atomi di carbonio (xilosio), difficili da fermentare per i comuni lieviti. Il pretrattamento ha dunque due punti ottimali: bassa concentrazione di acido ossalico e condizioni "dolci", che facilitano l'idrolisi efficiente dell'emicellulosa, e condizioni più severe per l'idrolisi della cellulosa, che però produce gli zuccheri con sei atomi di carbonio (glucosio) che i lieviti convertono più facilmente in alcol.
Le prove di potenziale metanigeno (Bmp) condotte all'Università di Catania hanno evidenziato che l'elevato contenuto di fibra rende difficile la digestione. Le prove sono tuttora in corso, con l'obiettivo di trovare pretrattamenti adatti a migliorare il Bmp.
L'autore ringrazia il professore Salvatore Luciano Cosentino ed il dottor Danilo Scordia, rispettivamente professore ordinario e ricercatore del dipartimento di Agricoltura, alimentazione e ambiente - Di3A dell'Università di Catania, per aver fornito il materiale bibliografico utilizzato nella redazione del presente articolo.
Altre referenze:
L'Università di Catania, dipartimento di Agricoltura, alimentazione e ambiente - Di3A, ha condotto una serie di esperienze su questa pianta sin dal 2005, per valutare il suo potenziale per la produzione di bioetanolo e come biomassa combustibile. Uno degli studi include la coltivazione comparativa con due specie ben note nella letteratura scientifica, alle quali abbiamo già dedicato articoli in questa colonna: l'Arundo donax (si veda Dal Friuli i cloni di Arundo ad alta produttività agroenergetica) e il Miscanthus giganteus (si veda Che fine ha fatto il miscanto?). Le prove sono state condotte nei campi sperimentali dell'università, utilizzando per la propagazione dei rizomi raccolti da popolazioni selvatiche siciliane, corrispondenti alla sottospecie Saccharum spontaneum L. spp. aegyptiacum (Willd.) Hackel.
In questo articolo proponiamo ai nostri lettori un compendio sulle caratteristiche e potenzialità di questa pianta, assai comune ma perlopiù ignorata.
Aspetti botanici
Saccharum spontaneum è una graminacea perenne che si suppone originaria dell'India, ma ormai diventata cosmopolita nelle zone tropicali e temperate fino a 1.800 metri Slm. Geneticamente è un parente stretto della canna da zucchero, e si crede che abbia giocato un ruolo importante nell'evoluzione di quest'ultima.Esistono due sottospecie: quella diffusa in Africa subsahariana e sulle sponde del Mediterraneo è la aegyptiacum (da qui il nome comune canna d'Egitto). Si riproduce sia per rizomi che per semi, propagati dal vento grazie ai loro pennacchi pelosi che si staccano dalla pannocchia alla fine della maturazione (Foto 1). Inoltre, si propaga anche per talea, perché i nodi contengono radici primordiali che si sviluppano quando vengono a contatto con il terreno. In terreni fertili raggiunge i 5 metri di altezza, in terreni poveri fino a 2 metri, ma l'altezza abituale è nell'ordine dei 3 metri. I culmi, eretti, sono robusti e con internodi solidi, molto simili nell'aspetto esteriore al miscanto, hanno un diametro compreso fra 5 e 15 millimetri ed a maturità un canneto può raggiungere i 100 culmi al m2. Le foglie sono pelose sulla guaina, con lamina glabra di colore verdastro tendente al bianco-argentato, tagliente ai margini è larga 1-3 centimetri e lunga 50-100 centimetri. Cresce bene lungo le sponde fluviali, lacustri e lagunari, oltre che lungo i fossati, le strade di campagna e le ferrovie. Nei terreni umidi può essere molto invadente nei confronti delle colture tradizionali. Come la canna da zucchero ed il mais, S. spontaneum è una pianta a metabolismo C4, ciò che la rende particolarmente efficiente nell'assorbimento della CO2 e nell'utilizzo dell'acqua (Cosentino et al., 2015a; Scordia et al., 2015).
Foto 1: Dispersione anemofila dei semi di S. spontaneum
(Fonte foto: Beppe di Gregorio, referenza Schede di botanica)
Utilizzi tradizionali
È poco gradita dai bovini, in India viene utilizzata come foraggio solo occasionalmente in periodi di carestia. È stata segnalata come buon foraggio per capre e cammelli, e si può insilare come il mais. La densa rete di rizomi rende questa pianta utile per contenere l'erosione, per esempio in ambienti dunosi o su forti pendii (Cosentino et al., 2015b). Nei paesi d'origine viene utilizzata come materiale per i tetti delle capanne, per la produzione di cesti e di scope. In Indonesia i germogli si consumano bolliti con del riso, come quelli del bambù. La biomassa di canna spontanea, al pari della bagassa di canna da zucchero, è adatta alla produzione di carta da giornale o da imballaggio. Poiché si decompone lentamente, è stata segnalata come un buon materiale per pacciamatura.Utilizzi biotecnologici ed industriali
L'affinità genetica con la canna da zucchero consente di sviluppare ibridi di S. spontaneum con S. officinarum, resistenti alla siccità e con alta resa produttiva.Nell'ambito della ricerca condotta a Catania, gli utilizzi testati finora sono due: biomassa combustibile e biomassa per produzione di bioetanolo di seconda generazione. Le rese e caratteristiche fisico-chimiche della biomassa si riassumono nella Tabella 1.
Tabella 1: Caratteristiche della biomassa di S. spontaneum spp. aegyptiacum
Clicca sull'immagine per ingrandirla
L'irrigazione aumenta la resa, ma nel contempo abbassa il Pci della biomassa raccolta perché il maggiore assorbimento di acqua dal suolo comporta maggiore accumulo di sali nei tessuti della pianta. Ad ogni modo, il punto di fusione delle ceneri è sufficientemente alto da consentire l'utilizzo della biomassa, tale quale o cippata, in apposite caldaie. La biomassa di canna spontanea è anche atta per la produzione di pellet o bricchette (si veda I pellet di biomasse erbacee).
Il sesto d'impianto utilizzato nella ricerca è stato 1 rizoma/m2 (rizomi di circa 100 grammi con due o tre germogli), al fine di contenere i costi d'impianto e sfruttare la capacità d'accestimento negli anni a seguire, su terreno previamente arato in autunno, erpicato a disco in primavera. La concimazione iniziale, prima dell'impianto dei rizomi, è stata di 100 chilogrammi N/ha con solfato d'ammonio e 100 chilogrammi P2O5/ha come superfosfato. L'irrigazione ed il diserbo sono stati necessari durante la prima estate dopo l'impianto per favorire l'attecchimento dei rizomi. Fino al sesto anno non sono state effettuate ulteriori concimazioni o diserbi.
In un test di tre anni di durata, la canna d'Egitto ha reso mediamente più biomassa rispetto alla media di tre cloni diversi di canna comune e due varietà di miscanto (Grafico 1).
Grafico 1: Rese in biomassa di Arundo donax (cloni Capo d'Orlando, Piazza Armerina e Fontane Bianche), miscanto (M. x giganteus e M. sinensis - Goliath), e S. spontaneum spp. aegyptiacum
(Fonte grafico: modificato da Scordia et al., 2016 (referenza 4))
Le prove di saccarificazione e fermentazione hanno dimostrato la fattibilità di sfruttare questa pianta per la produzione di bioetanolo lignocellulosico, ma non è un processo facile. La saccarificazione dell'emicellulosa e della cellulosa è stata realizzata mediante trattamento con acido ossalico e con enzimi. L'elevato contenuto di emicellulosa della S. spontaneum spp. aegyptiacum comporta però la formazione di zuccheri con cinque atomi di carbonio (xilosio), difficili da fermentare per i comuni lieviti. Il pretrattamento ha dunque due punti ottimali: bassa concentrazione di acido ossalico e condizioni "dolci", che facilitano l'idrolisi efficiente dell'emicellulosa, e condizioni più severe per l'idrolisi della cellulosa, che però produce gli zuccheri con sei atomi di carbonio (glucosio) che i lieviti convertono più facilmente in alcol.
Le prove di potenziale metanigeno (Bmp) condotte all'Università di Catania hanno evidenziato che l'elevato contenuto di fibra rende difficile la digestione. Le prove sono tuttora in corso, con l'obiettivo di trovare pretrattamenti adatti a migliorare il Bmp.
Conclusioni
La canna spontanea è certamente una biomassa adatta per utilizzi energetici, che nell'ambiente pedoclimatico siciliano offre maggiore produttività dell'arundo e del miscanto. L'utilizzo più ovvio e facile è la produzione di pellet, ma il valore aggiunto di tale applicazione è basso. La rusticità della pianta consente la sua coltivazione in terreni marginali, inadatti a colture tradizionali, anche in assenza di irrigazione e concimazione.
Referenze
L'autore ringrazia il professore Salvatore Luciano Cosentino ed il dottor Danilo Scordia, rispettivamente professore ordinario e ricercatore del dipartimento di Agricoltura, alimentazione e ambiente - Di3A dell'Università di Catania, per aver fornito il materiale bibliografico utilizzato nella redazione del presente articolo.
- D. Scordia et al., A follow up study of biomass yield of Saccharum spontaneum ssp. aegypticum under water regimes, Società italiana di agronomia, XLVII convegno nazionale "L'agronomia nelle nuove agriculture", Marsala (Tp), 12-14 settembre 2018. Scaricabile da questa pagina.
- SL. Cosentino et al., Saccharum spontaneum L. ssp. aegyptiacum (Willd.) Hack. a potential perennial grass for biomass production in marginal land in semi-arid Mediterranean environment; Industrial Crops and Products 75 (2015a) 93–102.
- D. Scordia et al., Second generation bioethanol production from Saccharum spontaneum L. ssp. aegyptiacum (Willd.) Hack.; Bioresource technology 101 (2010) 5358–5365.
- D. Scordia et al., Are herbaceous perennial grasses suitable feedstock for thermochemical conversion pathways?. Industrial crops and products 91 (2016) 350-357.
- SL. Cosentino et al., Soil Erosion Mitigation by Perennial Species Under Mediterranean Environment. Bioenergy Research 8 (2015b) 1538-1547.
Altre referenze:
- Dati botanici nel database di piante invasive del Commonwealth agricultural bureaux international (Cabi).
