Miglioramento dell'efficienza d'uso dell'azoto in colture erbacee invernali

La genetica da un lato e i mezzi tecnici dall' altro hanno incrementato il potenziale di resa, quindi il fabbisogno in azoto, delle moderne grandi colture. L'ampio ricorso a concimi di sintesi, accentua l' impatto dell' agricoltura sull'ambiente. I concimi presentano elevati costi energetici e incrementano le perdite del ciclo dell' azoto: inquinando i corpi idrici e contribuendo all'emissione di gas serra (N2O). L'efficienza dell'uso dell' azoto (NUE) è un obiettivo primario per coniugare sviluppo economico, sicurezza alimentare e sostenibilità  ambientale. E' stato studiato il miglioramento della NUE nelle colture invernali, una vera criticità  per il sistema agricolo. Il ciclo colturale di queste specie richiede, infatti, forti apporti di N nel periodo primaverile, quando i nutrienti sono più esposti al dilavamento da parte degli eventi piovosi. In uno scenario di mutamenti climatici caratterizzati da alterazioni delle precipitazioni estive, è probabile che queste colture possano veder ampliare la loro superficie dedicata rispetto a quelle a ciclo primaverile-estivo. Questa tesi di dottorato affronta alcuni approcci agronomici per migliorare la NUE. 3.1 Proximal sensing e nutrizione del grano Sono stati studiati, in grano tenero e duro, strumenti per ottenere letture immediate e non distruttive dello stato nutrizionale. Il primo (Greenseeker) è uno spettroradiometro: fornisce un indice (NDVI) legato allâ attività  fotosintetica della vegetazione. L'altro (SPAD-502), interpreta la transmittanza, stimando il contenuto in clorofilla dei tessuti fogliari. I valori di detti indici sono stati misurati in parcelle e unità  sperimentali di maggiori dimensioni mentre le corrispondenti biomasse sono state saggiate per determinare produzione di s.s. e N uptake. Per avere un set di dati sufficientemente ampio ed eterogeneo, sono stati aggregati i dati di più sperimentazioni (6 località  venete, 4 varietà  di grano tenero e 6 di duro). L'NDVI ha presentato una buona correlazione con l' assorbimento azotato sia in grano tenero che in grano duro. Le correlazioni erano, spesso, più affidabili se riferite a singole cv. o singole località . Si è messo in evidenza un andamento di tipo asintotico della curva dell' NDVI per valori di assorbimento azotato oltre i ~200 kg ha-1. Lo SPAD ha evidenziato una buona correlazione con lo stato nutrizionale solo in grano tenero. Tra gli altri indici osservati il NNI (Nitrogen Nutrition Index) è apparso il più correlato allo SPAD. L'indice SPAD, in prossimità  della fioritura, è risultato fortemente correlato al contenuto finale di proteina della cariosside. 3.2 Gestione della variabilità  spaziale delle colture In questa sezione sono stati definiti sistemi per catturare la variabilità  spaziale di una coltura di grano duro. E' stata misurata la variazione dell' NDVI su un intero appezzamento di 13,6 ha tra la fase di inizio levata e il riempimento dei semi. Alla raccolta, con sensori in real-time, sono state acquisite informazioni su livello di resa e contenuto proteico. Tutti dati raccolti sono stati elaborati con software GIS, estesi a pieno campo con la tecnica del Kriging e incrociati per ottenere informazioni sul bilancio dell' azoto, la sua efficienza di assorbimento e conversione. Sui 13,6 ha sono stati applicati livelli differenziati di concimazione a seconda delle proprietà  del terreno: le dosi di N sono state decise sulla base di precedenti esperienze e della letteratura di settore allâ inizio della stagione. A posteriori, con i risultati raccolti durante la stessa stagione di crescita, è stato sviluppato un algoritmo per stimare il fabbisogno di concimazione basato su misurazioni NDVI relative allo stadio di inizio levata. Confrontare queste indicazioni con la concimazione effettivamente distribuita ha evidenziato il realismo della dose di N suggerita dallâ indice NDVI, che, se fosse stata applicata, avrebbe massimizzato resa e assorbimento in N. 3.3 Inibitori della nitrificazione: potenzialità  e prospettive Nell' ambito del progetto MI.QU.CE. E' stato allestito uno studio sull' efficacia degli inibitori della nitrificazione. La ricerca ha previsto un esperimento realizzato in ambiente confinato ed uno a pieno campo. Nel primo caso (vaso) sono state studiate le dinamiche di rilascio di N-NO3- nella soluzione circolante a seguito dellâ applicazione di un concime azotato con inibitore. L'effetto dell' inibitore si è protratto per 80 giorni circa, raggiungendo il massimo rilascio a 50 giorni dall' apporto. In pieno campo invece sono stati confrontati, in 5 aziende, due piani alternativi: un solo apporto di concime additivato vs. 2 frazionamenti di N tradizionale. Tra levata e tarda maturazione, non vi sono state differenze in produzione di s.s. o N uptake. I livelli di resa erano comparabili, ed avendo entrambe le tesi ricevuto concimazioni fogliari in spigatura, non sono emerse evidenti differenze qualitative. Dal progetto è emerso che i concimi con inibitore della nitrificazione ben si adatterebbero allâ inserimento negli attuali piani di coltivazione: non apportando drammatici cali di resa e qualità, e semplificando la pratica aziendale. 3.4 Concimazioni tardive in grano duro: impatto su produzione e qualità. I primi mutamenti climatici e lo sviluppo di nuovi genotipi hanno reso interessante la coltivazione del grano duro in Italia settentrionale. Sono stati saggiati 3 genotipi a elevato standard qualitativo, e altrettanti ad alto potenziale di resa. I protocolli di concimazione erano focalizzati sulla gestione della nutrizione tardiva, cruciale per un prodotto di qualità. In contrapposizione alla pratica tradizionale di distribuire urea a spaglio in spigatura, è stata testata l' efficacia della concimazione fogliare: tale intervento può essere associato ai trattamenti fungicidi, semplificando la tecnica di coltivazione e riducendo i passaggi in campo. Rispetto a un controllo non concimato in spigatura, le concimazioni tardive non hanno migliorato le rese; tuttavia sussiste un leggero incremento del tenore proteico (da +0,5% a +0,8%) per entrambe (fogliare e a spaglio). La concimazione fogliare è stata assorbita in percentuale maggiore rispetto a quella al suolo: questo, in associazione alla minor dose di N applicata (15 vs. 35 kg ha-1) ha notevolmente ridotto il surplus azotato nel bilancio apparente. La pratica della concimazione fogliare potrebbe quindi candidarsi ad assumere un ruolo chiave per produzioni di grano duro sostenibili e di qualità. 3.5 Effetto dei fattori genetici sull' indice NUE. E' stato riportato il testo della pubblicazione redatta durante l' esperienza di ricerca svolta presso l' Università  di Reading (UK). Lo studio era incentrato sul variare della NUE a un livello fisso di N, o allâ optimum economico. Sono stati confrontati 9 genotipi, derivanti dalla combinazione fattoriale di 3 background genetici (cv. Mercia, M. Huntsman, M. Widgeon) per 3 varianti alleliche del gene Rht, codificanti per la taglia in grano tenero (alto, semi-nano, nano). Per ogni genotipo è stata definita la curva di risposta alla concimazione per resa, profitto economico, NUE e sue componenti. Al livello di N standard per il Regno Unito (200 kg ha-1), l' allele più efficiente era Rht-B1b, ossia il semi-nano. Confrontando però i 9 genotipi alla dose di N ottimale, al fine di massimizzare il profitto (più elevato nel semi-nano), i valori di NUE risultavano comparabili tra gli alleli. Questo assunto si è verificato in ben 4 scenari economici, ove erano simulati diversi rapporti tra costo dell' unità  fertilizzante e prezzo pagato per la granella. 4.1 Epoca di semina del colza e uso dell' azoto Il colza è una coltura di rinnovato interesse per le recenti normative incentivanti l' uso dei biocarburanti. Nella logica della sostenibilità  ambientale, anche la fase di coltivazione deve avere un ridotto impatto: la nutrizione azotata, come in altre colture, rappresenta un fattore critico. E' stato saggiato l' effetto di un fattore non direttamente collegato alle concimazioni: l' epoca di semina. Il maggior N uptake di una coltura seminata precocemente riduce, potenzialmente, la quantità  di N minerale nel terreno alla fine della stagione autunnale, contenendo il rischio di lisciviazione di nitrati. L' entità  di questa riduzione è stata stimata in una prova biennale (2009-11) di campo. Le epoche rappresentavano la data canonica (3° decade di settembre) e due date anticipate o ritardate di 20 giorni. In entrambi gli anni l' epoca anticipata ha ridotto l' N residuale nel terreno e massimizzato la resa. Semine eccessivamente tardive sono risultate doppiamente deleterie sia per l' aspetto produttivo che per quello ambientale