Traiettorie funzionali di sostenibilità nel ficodindieto mediterraneo: dal suolo alla qualità del frutto

The sustainability of perennial cropping systems in Mediterranean environments cannot be inferred solely from their capacity to withstand water scarcity. Rather, it requires an integrated understanding of the processes governing soil functioning, resource availability, and crop productivity. Within this framework, Opuntia ficus-indica (L.) Mill. provides a particularly relevant model for investigating the relationships among physiological adaptation, soil dynamics, and agronomic management in arid and semi-arid agroecosystems. This doctoral thesis examines these relationships through six complementary experimental studies conducted across different temporal and biological scales, with the aim of identifying the major functional trajectories underlying the sustainability of Mediterranean cactus pear orchards.The first two studies investigated soil organic carbon dynamics along a 30-year chronosequence encompassing 24 cactus pear orchards, combining complementary approaches to carbon stock quantification, stable isotope analyses, and measurements of potential carbon mineralization. The third study examined soil water storage dynamics across the soil profile in relation to meteorological conditions, agronomic management, and fruiting cycles. The subsequent three studies assessed the effects of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) inoculation on the growth and productive performance of O. ficus-indica through independent experiments involving potted plants under controlled conditions, young plants during field establishment, and mature orchard systems.The chronosequence analysis revealed increasing soil organic carbon stocks with orchard age across both soil types, with a more pronounced response in sandy loam soil. Potential carbon mineralization, however, was higher in clay loam soil, indicating that carbon accumulation and biogeochemical activity represent complementary dimensions of soil functionality. Soil water storage exhibited substantial seasonal and depth-dependent variability associated with rainfall distribution, atmospheric evaporative demand, and soil characteristics. AMF inoculation induced responses that varied with plant developmental stage and growing conditions, promoting coordinated root and shoot growth in potted plants, enhancing vegetative establishment and reproductive development during the second year under field conditions, and increasing fruit load in mature orchards. Importantly, the greater reproductive load was not accompanied by a generalized reduction in individual fruit size, whereas changes in chemical, nutraceutical, and other fruit quality attributes were selective and depended on year and fruiting cycle.Taken together, these findings indicate that cactus pear orchard sustainability is not an inherent property of the species but arises from functional relationships among soil history and quality, regulation of water availability, rhizosphere biological interactions, and the capacity of plants to sustain reproductive performance. By integrating these processes within a soil–plant–fruit continuum, this thesis provides experimental evidence to inform agronomic management strategies that account for the pedoclimatic heterogeneity and biological variability of Mediterranean production systems.

La sostenibilità dei sistemi colturali perenni negli ambienti mediterranei non può essere ricondotta alla sola capacità delle piante di tollerare condizioni di scarsità idrica, ma richiede una comprensione integrata dei processi che regolano il funzionamento del suolo, la disponibilità delle risorse e la risposta produttiva della coltura. In questa prospettiva, Opuntia ficus-indica (L.) Mill. rappresenta un modello di particolare interesse per lo studio delle interazioni tra adattamento fisiologico, dinamiche pedologiche e gestione agronomica negli agroecosistemi aridi e semi-aridi. La presente tesi esamina tali relazioni attraverso sei studi sperimentali complementari, sviluppati a differenti scale temporali e biologiche, con l’obiettivo di identificare le principali traiettorie funzionali che contribuiscono alla sostenibilità del ficodindieto mediterraneo.I primi due studi hanno analizzato le dinamiche del carbonio organico del suolo lungo una cronosequenza trentennale comprendente 24 ficodindieti, integrando differenti metriche di quantificazione degli stock, analisi isotopiche e misure della mineralizzazione potenziale. Il terzo studio ha approfondito le dinamiche della riserva idrica lungo il profilo del suolo in relazione alle condizioni meteorologiche, alla gestione agronomica e ai cicli di fruttificazione. I successivi tre studi hanno valutato gli effetti dell’inoculo con funghi micorrizici arbuscolari (AMF) sulla crescita e sulle prestazioni produttive di O. ficus-indica, attraverso sperimentazioni distinte condotte in condizioni controllate, durante l’insediamento delle giovani piante in pieno campo e in un ficodindieto adulto.L’analisi della cronosequenza ha evidenziato un incremento degli stock di carbonio organico con l’età dell’impianto in entrambi i contesti pedologici, con una risposta più marcata nel suolo franco-sabbioso. La mineralizzazione potenziale è risultata invece maggiore nel suolo franco-argilloso, indicando che accumulo del carbonio e attività biogeochimica rappresentano dimensioni complementari della funzionalità del profilo. La riserva idrica ha mostrato una marcata variabilità stagionale e verticale, associata alla distribuzione delle precipitazioni, alla domanda evaporativa atmosferica e alle caratteristiche del suolo. Le sperimentazioni con AMF hanno evidenziato risposte dipendenti dallo stadio di sviluppo e dal contesto colturale: una crescita coordinata degli apparati radicale ed epigeo nelle piante in vaso, un maggiore consolidamento vegetativo e riproduttivo delle giovani piante nel secondo anno e un incremento del carico di frutti nel ficodindieto adulto. Quest’ultimo risultato non è stato accompagnato da una riduzione generalizzata della pezzatura, mentre le risposte qualitative, chimiche e nutraceutiche sono risultate selettive e influenzate dall’annata e dal ciclo di fruttificazione.Nel loro insieme, i risultati evidenziano che la sostenibilità del ficodindieto non costituisce una proprietà intrinseca della specie, ma dipende dalle relazioni funzionali tra storia e qualità del suolo, regolazione della disponibilità idrica, interazioni biologiche della rizosfera e capacità della pianta di sostenere la produzione. La tesi contribuisce pertanto a una lettura integrata del continuum suolo–pianta–frutto, fornendo evidenze sperimentali utili a orientare strategie di gestione agronomica più consapevoli delle specificità pedoclimatiche e della variabilità biologica dei sistemi produttivi mediterranei.