Increasing the knowledge on wild and improved bioenergy crops for drought prone mediterranean environment [Aumentare le conoscenze sulle colture bioenergetiche selvatiche e migliorate per l'ambiente Mediterraneo soggetto a siccità]

The future of biomass production in the Mediterranean region faces challenges due to increasing water scarcity, which is worsened by climate change. This situation necessitates a reduction in water consumption for agricultural practices. As the demand for bioenergy rises and drought conditions become more prevalent, research is shifting towards perennial crops that can produce substantial biomass even in fluctuating environmental circumstances. The challenge is twofold: ensuring that biomass production remains sustainable while efficiently managing limited water resources. Consequently, research is concentrating on identifying plant species that are more resilient to drought as well as selecting genotypes with high water-use efficiency. These genotypes are capable of sustaining significant productivity even when water availability is reduced. This Ph.D. thesis evaluates the physiological and productive performance of energy crops, specifically Arundo donax, Saccharum spontaneum, and various hybrids of Miscanthus, in a Mediterranean environment characterized by limited water availability and prolonged dry summers. Through experimental trials conducted under both irrigated and non-irrigated conditions. The research analyzed parameters such as leaf area duration (LAD), the fraction of photosynthetically active radiation intercepted (fPARi), radiation use efficiency (RUE), water use efficiency (WUE and IWUE), physiological parameters (such as stomatal conductance, photosynthesis, and transpiration), and overall yield. The study demonstrates that irrigation significantly enhances LAD and RUE during critical growth stages. although genotypes show some resistance to suboptimal water conditions, modulating leaf area expansion and maintaining biomass quality. This work highlights how understanding plant physiological xxi mechanisms, particularly stomatal regulation and water efficiency, offers valuable insights into improving crop sustainability under water stress conditions. The observed differences among genotypes, especially between Arundo donax and the other species examined, indicate that targeted selection could enhance productivity under varying climate and water availability scenarios. Additionally, these differences suggest that targeted selection could increase biomass yield across different climate conditions, thereby contributing to the sustainability of both agriculture and bioenergy production.

Il futuro della produzione di biomassa nel Mediterraneo si colloca in uno scenario di crescente scarsità d’acqua, accentuato dai cambiamenti climatici, che impongono la necessità di ridurre i consumi idrici in agricoltura. La crescente domanda di bioenergia e la necessità di far fronte all’incombente siccità hanno spinto la ricerca verso colture perenni capaci di produrre elevate quantità di biomassa in condizioni ambientali variabili. La sfida è duplice: garantire la sostenibilità della produzione di biomassa e gestire in modo efficiente le limitate risorse idriche. In questo contesto, la ricerca si focalizza sull’identificazione di specie più resilienti alla siccità e sulla selezione di genotipi ad alta efficienza nell’uso dell’acqua, capaci di mantenere una produttività rilevante anche in condizioni di ridotta disponibilità idrica. Questa tesi di dottorato si concentra sulla valutazione delle prestazioni fisiologiche e produttive di colture energetiche, in particolare Arundo donax, Saccharum spontaneum e diversi ibridi di Miscanthus, in ambiente mediterraneo, caratterizzato da disponibilità limitata di acqua e da prolungate estati secche. Attraverso prove sperimentali condotte in condizioni sia di irrigazione che in assenza di irrigazione, la ricerca ha analizzato parametri quali la durata dell’area fogliare (LAD), la frazione della radiazione fotosinteticamente attiva intercettata (fPARi), l’efficienza di utilizzo della radiazione (RUE), l’efficienza idrica (WUE e IWUE), i parametri fisiologici (conduttanza stomatica, fotosintesi e traspirazione) e la resa. Lo studio rivela che l'irrigazione aumenta significativamente la LAD e la RUE durante le fasi critiche della crescita, sebbene i genotipi mostrino una certa resistenza a condizioni idriche non ottimali, modulando l'espansione dell'area fogliare e mantenendo la qualità xxiii della biomassa. Questo lavoro sottolinea come la comprensione dei meccanismi fisiologici delle piante, in particolare la regolazione stomatica e l’efficienza idrica, offra preziose indicazioni per migliorare la sostenibilità delle coltivazioni in scenari di stress idrico. Le differenze osservate tra i genotipi, soprattutto tra A. donax e le altre specie esaminate, suggeriscono che una selezione mirata possa incrementare la produttività in diversi scenari climatici e di disponibilità idrica. Le differenze riscontrate tra i genotipi, in particolare tra Arundo donax e le altre specie, suggeriscono che una selezione mirata può incrementare la resa in biomassa in scenari climatici diversi, contribuendo così alla sostenibilità sia dell’agricoltura che della produzione bioenergetica.