Riassunto esame Agronomia, prof. Gresta

Il clima

Il clima è definito come l'insieme dei fenomeni meteorologici di una regione visto per un lungo periodo (minimo 30 anni), sulla Terra esistono una grande varietà di climi dovute alle diverse caratteristiche del nostro pianeta. Le caratteristiche che variano sono:

• La Terra ha un'atmosfera e grandi masse acquee che favoriscono scambi di energia e quindi di aria e di acqua tra i diversi punti della Terra.
• La Terra gira intorno al Sole e attraverso questo riceve calore, è sferica e non tutti i punti ricevono la stessa radiazione solare.
• L'alternarsi del giorno e della notte che influenza la circolazione di aria e di acqua da una parte all'altra.
• L'asse è inclinato da N-S di 23° fa sì che nell'anno ci sia una successione di stagioni, che la lunghezza del giorno vari a secondo del mese e della latitudine.

Elementi climatici

In agrometeorologia si definiscono elementi climatici i parametri fisici con il quale il clima è caratterizzato:

• La luce è l'elemento climatico più importante per la vita degli organismi fotosintentici ed è lo spettro del visibile della radiazione solare ed è la metà del contenuto energetico dato dal Sole.
• La temperatura è data dalla radiazione infrarossa che termina sui corpi sulla superficie terrestre.
• Le idrometeore e i venti sono determinati dalla radiazione termica.

La radiazione

Tutte le manifestazioni climatiche sono dovute all'energia solare che la Terra riceve e nella diversa distribuzione di questa energia sulla superficie della Terra. I trasferimenti di energia si fanno secondo 3 meccanismi: conduzione, convezione e radiazione.

• Conduzione: Ogni volta che due corpi hanno temperature diverse e vengono a contatto, l'energia passa dal corpo più caldo a quello più freddo finché i due corpi non hanno la stessa temperatura. La superficie terrestre riscaldata dall'energia solare, trasmette calore agli strati di terra sottostanti e all'aria soprastante (per pochi strati visto che l'aria è un cattivo conduttore di calore).
• Convezione: La convezione consiste nel trasporto di energia tramite il movimento di fluidi (liquidi e gas), questo meccanismo avviene soprattutto nello scambio di energia nell'atmosfera e negli oceani.
• Radiazione: La radiazione consiste nel trasferimento di energia sotto forma di onde elettromagnetiche che viaggiano alla velocità della luce e attraverso questo meccanismo la Terra riceve energia dal Sole e la riemette nello spazio. Tutti gli oggetti emettono radiazione quanto più essi sono caldi, la lunghezza d'onda è inversamente proporzionale alla temperatura.

La radiazione solare

La banda della lunghezza d'onda va da 200 a 4000 µm.

• 230-400 µm: Raggi UV (UVA e UVB): il suo apporto energetico sulla superficie è meno del 2% visto che è in gran parte intercettata dall'atmosfera dell'ozono, le funzioni di questi raggi sono poco importanti agronomicamente.
• 400-700 µm PAR (Radiazione Fotosinteticamente attiva): corrisponde alla radiazione visibile dall'occhio umano e i colori vanno dal violetto al rosso, è utilizzato dai pigmenti fotosintetici.
• 700-4000 µm Infrarosso: sono i raggi infrarossi e si trasformano prevalentemente in calore quando sono assorbiti da materia capace di intercettarli. Solo le nubi dell'atmosfera intercettano una parte di queste radiazione e viene assorbita dall'acqua e dall'atmosfera che li riscaldano.

La radiazione terrestre

La superficie terrestre è un corpo che trasmette energia verso lo spazio sotto forma di raggi infrarossi, soprattutto durante tutta la notte, quando è cessato qualsiasi apporto esterno di energia, la superficie terrestre dissipa nell'atmosfera una buona parte del calore che aveva immagazzinato durante il giorno (per questo durante la notte si hanno le temperature più basse).

La radiazione emessa della Terra però, ha una lunghezza d'onda maggiore di quella infrarossa (10000 µm) ed è detta onda lunga, mentre quella del Sole è detta onda corta, assorbita da certi gas atmosferici, vapore acqueo e CO2 che li intrappolano nell'atmosfera e in tal modo si riscalda e irradia l'energia una parte verso lo spazio e una parte verso la Terra. Questo fenomeno è detto effetto serra.

Quantità di radiazione e sua misura

In agrometeorologia la radiazione viene solitamente espressa in termini di energia per unità di superficie, che esprime la quantità di energia irradiata o ricevuta da un corpo, oppure in densità di flusso energetico, che ne esprime l'intensità istantanea.

Bilancio energetico: Dalla radiazione solare che giunge nell'atmosfera solo una parte raggiunge la superficie terrestre: una parte (30%) viene riflessa dalle nubi (albedo), una parte viene intercettata dalle nubi e dal vapore acqueo, buona parte dei raggi UV è intercettata dall'ozono, la rimanente giunge al suolo ed è chiamata radiazione diretta.

A questa radiazione diretta si aggiunge la radiazione che è reinviata dal suolo verso l'atmosfera ed è chiamata radiazione diffusa. La somma fra le due si chiama radiazione globale ed è quella ricevuta dalla superficie terrestre e dalla vegetazione che la ricopre. La pianta però non assorbe tutta la radiazione, ma una parte viene trasmessa attraverso la pianta mentre un'altra viene riflessa.

Nel bilancio energetico occorrerà considerare solo quella parte di radiazione che viene effettivamente assorbita dalla superficie terrestre ed è chiamata radiazione netta.

Misura della radiazione: La radiazione globale viene misurata mediante piranometri e solarimetri che ricevono e misurano sia la radiazione diretta proveniente dal Sole, sia quella che è diffusa nel cielo. La quantità di radiazione ricevuta giornalmente dalla superficie varia con la stagione, l'altitudine, condizioni atmosferiche ecc.

La radiazione netta si misura per differenza tra due piranometri, dove uno è diretto verso l'alto per rilevare la radiazione globale, un altro verso terra per rileva la radiazione emessa o riflessa dalla superficie terrestre.

Stima della radiazione globale: La quantità di radiazione globale effettivamente ricevuta in un giorno dipende dalle condizioni atmosferiche (nuvolosità), vengono misurati con l'eliofania e la nuvolosità.

L'eliofania è una misura della durata di soleggiamento, cioè il tempo durante la giornata in cui il Sole non è stato coperto dalle nubi. L'eliofania assoluta è la somma tra il tempo in cui Sole è stato visibile, quella relativa è data dal rapporto tra il tempo per cui è stato visibile e tutta la sua permanenza sopra l'orizzonte.

La nuvolosità è la porzione di cielo coperto da nubi stimata a vista in 3 momenti del giorno, questo viene fatta in mancanza di dati migliori e anche se i dati sono grossolani, si può stimare la radiazione solare con buona precisione.

La luce

La luce rappresenta lo spettro del visibile e ha lunghezza compresa tra 400 µm e 700 µm ed è la luce che è attiva per i processi fotosintetici e arriva sottoforma di quanti (fotoni), è misurata con lucimetri ed è espressa in lux.

L'energia luminosa viene assorbita dai pigmenti clorofilliani e trasformata in energia chimica dal processo fotosintetico, ha anche altri effetti sui vegetali, come il creare messaggi chimici che modificano i processi di metabolismo e dello sviluppo (assorbita da altri pigmenti come fitocromi, b-carotene, flavine).

La luce come fattore limitante

Le piante verdi hanno una soglia minima di illuminazione al quale non avviene il processo fotosintetico, un intervallo in cui la fotosintesi aumenta con l'aumentare dell'intensità luminosa e un massimo oltre il quale la fotosintesi non aumenta (questa soglia è detta livello di saturazione).

Eccesso di illuminazione

Quando c'è eccesso di luce, è inevitabilmente accompagnato da un eccesso di calore, che porta alcuni fenomeni negativi:

• Reazioni biochimiche secondarie: le piante non riescono a procedere di pari passo con il processo fotosintetico primario che viene rallentato dalla formazione di prodotti intermedi.
• Eccesso di temperatura che favorisce fenomeni metabolici come la respirazione e la fotorespirazione.
• Un flusso di fotoni troppo elevato porta a inibizione della fotosintesi stessa.

Difetti di illuminazione

Questi possono verificarsi quando si hanno piantagioni troppo fitte, in alcuni casi porta conseguenze vantaggiose mentre in altre sfavorevoli come:

• Ingiallimenti e caduta prematura delle foglie inferiori.
• Eziolatura: certi ortaggi come sedani, cardi, finocchi, devono essere protetti alla base dalla luce tramite copertura o rincalzatura.
• Mancata ramificazione.
• Disseccamento dei rami bassi.
• Steli esili, allungati e poco lignificati.
• Fertilità scarsa o nulla: nel caso del mais una delle più gravi conseguenze dell'eccesso di fittezza è la sterilità delle piante.

Mezzi per migliorare l'utilizzazione della radiazione luminosa

Il 90-95% della sostanza secca delle piante superiori consiste in composti derivati dalla fotosintesi. L'utilizzazione della radiazione solare con la fotosintesi è limitato al solo spettro del visibile e costituisce meno del 50% della radiazione globale del Sole a livello del suolo. Della luce dello spettro del visibile, però, ne viene usata naturalmente sempre in quantità più basse rispetto al massimo, quindi si cerca di migliorare l'utilizzazione della luce, utilizzando diversi mezzi.

Analisi dell'accrescimento e dello sviluppo

Un metodo di studio capace di aprire prospettive sulle possibili vie per aumentare la produzione vegetale è quello noto col nome di analisi dell'accrescimento e dello sviluppo. Per accrescimento l'aumento del peso secco dell'intera pianta, mentre per sviluppo si implica la differenziazione delle cellule che si organizzano e specializzano in una determinata funzione. Per poter determinare l'accrescimento e lo sviluppo bisogna sapere la superficie assimilatoria, il peso secco totale, in particolare peso secco di steli, foglie, granella ecc. Queste analisi vengono fatti dai pochi giorni fino a 1-2 settimane per tutto il ciclo fino alla raccolta.

• La superficie assimilatoria (A) viene quasi sempre indicato con l'indice fogliare (L o LAI= leaf area index) definito come l'area totale delle foglie, questo a volte comprende anche steli, guaine fogliari, zone verdi della pianta ecc.
• Intensità di accrescimento (C o CGR: crop growth rate): L'indice CGR esprime l'incremento di peso secco per unità di area di suolo nella unità di tempo.()()Dove W1 e W2 sono i pesi secchi rilevati in due prelevamenti successivi fatti rispettivamente in tempi t1 e t2 e P è la superficie di terreno sulla quale W è stato rilevato. L'indice CGR è una misura di quanto aumenta il peso secco nel tempo, perciò è largamente usato per definire l'efficienza produttiva.
• Intensità di assimilazione (E o NAR: nat assimilation rate): Quando l'intensità di accrescimento (CGR) viene rapportato all'indice fogliare (L) si ottiene l'intensità di assimilazione (NAR), importante indice della capacità fotosintetica dell'apparato assimilatore. NAR è definito come la produzione di sostanza secca per unità di tempo.

Mezzi di intervento tecnico

1. Scelta di genotipi (specie o varietà) dotati di superiore efficienza fotosintetica. Si conoscono specie aventi un limite di saturazione luminosa molto più alto della media. Si hanno in piante di specie tropicali (mais, canna da zucchero ecc.) nelle quali il processo fotosintetico è diverso da quello di Calvin (piante C4).
2. Aumento dell'intensità di assimilazione (NAR) attraverso l'aumento della quantità di clorofilla per superficie fogliare e di proteine fogliari. Si può ottenere questo col miglioramento genetico e assicurando una nutrizione minerale equilibrata, soprattutto dall'azoto.
3. Favorire la migrazione dei primi prodotti della fotosintesi verso gli organi di accumulo e di riserva (radici, semi, frutti), allo scopo di evitare che i prodotti creati dalla fotosintesi rimangano nella zona in cui avviene la fotosintesi, così da rallentarne la velocità. Questo risultato può essere ottenuto creando condizioni ambientali favorevoli per la traslocazione delle sostanze e facendo in modo che i “depositi” dei prodotti non siano difettosi.
4. Aumento dell'intercettazione della luce: è uno dei motivi della bassa conversione dell'energia luminosa in assimilati e l'incompleta intercettazione della luce da parte del fogliame. L'aumento di tale intercettazione può essere realizzata giocando sulla disposizione spaziale del fogliame o sul tempo del loro funzionamento.

Aumento della intercettazione della luce

Nel tempo: si tratta di sfruttare nel migliore dei modi la stagione favorevole per ciascuna coltivazione, tenendo conto di tutti gli elementi climatici. Si dovrebbe fare in modo di trovare condizioni favorevoli e mantenerli tali il più a lungo possibile, ciò può essere fatto dando la preferenza a semine autunnali, nel caso di semine primaverili dare preferenza a specie e varietà capaci di germinare a basse temperature così da essere seminate prima, fare semine più precoci possibili, prolungare al massimo il periodo di produzione, prolungare al massimo la durata di attività dell'apparato assimilatore (LAD) difendendolo da stress e assicurandone un ottimo strato nutrizionale.

Nello spazio: ogni comunità vegetale è costituita da una massa di vegetazione nella quale le foglie superiori ricevono il massimo dell'illuminazione, mentre quelle inferiori risultano più o meno ombreggiate dalle superiori. È di grandissima importanza ai fini dell'attività fotosintetica che la copertura delle foglie sia tanto ampia da assicurare la completa intercettazione della luce, ma conformata in modo da evitare un eccesso di radiazione sulle foglie superiori e favorire la penetrazione della luce all'interno della stessa. Per aumentare l'intercettazione della luce si può ottenere attraverso semine fitte e uniformi, distribuzione delle piante sul terreno quanto più regolare possibile, orientamento dei filari Nord-Sud, modificazione della forma delle piante (piante con comportamento eretto), modificazione della struttura della pianta con bioregolatori.

Luce e morfogenesi: fotoperiodismo

La luce, oltre alla fotosintesi, esplica parecchie azioni su diversi aspetti della vita dei vegetali. Il fotoperiodo è detto periodo giornaliero d'illuminazione e fotoperiodismo è la risposta delle piante a questo fenomeno climatico.

Fotoperiodismo

I fenomeni biologici legati alla risposta fotoperiodica sono: dormienza delle gemme, caduta delle foglie, formazione di bulbi e tuberi, determinazione dei sessi nelle piante dioiche, fioritura della pianta ecc. Molte piante non fioriscono se non sono esposte a una precisa serie di cicli giornalieri di luce e di buio, mentre altre fioriscono solo in presenza di giorni lunghi o di giorni corti. Grazie al fotoperiodismo le piante non fioriscono quando la lunghezza del giorno non è appropriata e quindi non ci si trova nella stagione giusta.

Per quanto riguarda la reazione fotoperiodica le piante possono essere divise in 3 categorie:

• Piante brevidiurne: per fiorire richiedono un periodo di oscurità più lungo della soglia critica e non possono fiorire sotto illuminazione continua (tabacco, mais, patata).
• Piante longidiurne: per fiorire richiedono un periodo di oscurità molto breve e possono fiorire con illuminazione continua (frumento, mais, cipolla).
• Piante neutrodiurne o fotoindifferenti: la fioritura non dipende dalla durata del giorno o della notte, sono (girasole, zucca, pomodoro), spesso queste piante sono il risultato dell'adattamento di una specie fotoperiodica a un nuovo ambiente.

Applicazioni pratiche delle nozioni sul fotoperiodismo

Il fotoperiodo ha una importanza notevole sulla distribuzione geografica delle piante sulla Terra e costituisce un mezzo di adattamento efficace nelle stagioni sfavorevoli. Si possono utilizzare le seguenti applicazioni:

• Mettere estrema cautela negli spostamenti delle colture in latitudine.
• In un nuovo ambiente è necessaria una scelta oculata della specie.
• Selezionare varietà indifferenti al fotoperiodo, è possibile e serve ad estendere l'area di distribuzione di una specie a diversa latitudine.
• Controllo della lunghezza del giorno (soprattutto in serra), così da indurre le piante a fiorire fuoristagione e quindi avere la raccolta in diversi periodi dell'anno. Questo può essere fatto accorciando il giorno durante l'estate per le piante a giorno corto, attraverso l'uso di teli di plastica da mettere sulle colture oppure allungando artificialmente il giorno nei mesi invernali e stimola la fioritura delle piante a giorno lungo.
• Regolando il fotoperiodo si possono far fiorire due varietà di diversa precocità per incrociarle.

La temperatura

La temperatura è un termine fisico che esprime lo stato termico della materia e l'attitudine di scambiare calore con altri corpi. La temperatura dell'aria e del terreno è molto importante per le varie reazioni biochimiche e i processi fisiologici che caratterizzano la vita, dove se questa è sfavorevole la vita stenta o cessa. I vegetali non riscaldano i propri tessuti attraverso la respirazione.

Misura della temperatura: Viene fatta con i termometri, più comuni sono i termometri a dilatazione...