Appunti esame Produzioni vegetali

Produzioni vegetali

Agronomia generale

La fonte primaria di approvvigionamento alimentare dell’uomo deriva direttamente da prodotti di origine vegetale. Il 70% dell’alimentazione umana sia originata dalle piante.

Molte specie vegetali sono inoltre utilizzate per la produzione di materia prima da destinare all’industria di trasformazione.

Le specie vegetali più importanti convenzionalmente vengono suddivise in:

• Cereali da granella
• Radici e tuberi amilacei
• Leguminose da granella

Direttamente o indirettamente, le piante forniscono tutto il cibo all’umanità.

Le specie coltivate sono circa 300 ma quasi tutti gli alimenti sono derivati da solo 24 specie.

L’85% degli alimenti è fornito soltanto da 8 specie e di queste, 3 (Frumento, riso e mais) provvedono al 50% del nostro fabbisogno alimentare.

Popolazione mondiale e cibo

L’incremento della popolazione a partire da circa 250 anni fa, conseguenza di:

• Disponibilità ed accesso al cibo
• Migliori condizioni igienico-sanitarie
• Sviluppo delle conoscenze in campo medico
• Diminuzione del tasso di mortalità

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L’incremento della popolazione è andato di pari passo con l’incremento di produzione di cibo dovuta a sua volta a:

• Aumento della superficie agricola coltivabile.
• Aumento della resa, ovvero della quantità di cibo prodotta per stagione sullo stesso appezzamento agricolo.

La concentrazione di popolazioni rurali in certe aree geografiche ha provocato seri problemi per l’agricoltura di sussistenza: il sovrappascolamento, la riduzione dei periodi di riposo nelle aree sub-umide, il taglio e la bruciatura di vaste aree di foresta sono le conseguenze più evidenti. A quanto sopra devono essere aggiunte le difficoltà create da periodiche avversità climatiche come inondazioni e siccità.

La produzione mondiale di alimenti pro-capite è cresciuta di quasi il 25% negli ultimi 40 anni, a fronte della quale le superfici coltivate sono aumentate del 10%, mentre la popolazione è salita del 90%.

Risorse ed abitudini alimentari

La carrying capacity* («capacità di carico», ovvero è la capacità di un ambiente e delle sue risorse di sostentare dal punto di vista nutritivo un certo numero di individui) dipende anche dal tipo di alimentazione.

Conclusione

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Esiste terra da coltivare, ma non per il raddoppio della superficie.

Si deve puntare all’ottimizzazione dell’uso della superficie (rese):

• Alla lotta agli sprechi e cattive abitudini alimentari, inclusa sovralimentazione e consumo.
• Al mantenimento della produttività del suolo (fertilità, disponibilità di acqua...).

L’agricoltura

L’agricoltura: esercizi dall’attività umana destinata:

• Alla lavorazione del terreno e alla coltivazione delle piante.
• Trasformazione entro l’azienda.

L’agricoltura, attraverso la produzione vegetale e animale, mira a soddisfare tutte le esigenze della popolazione mondiale fornendo prodotti essenziali per l’alimentazione dell’uomo e materie prime per l’industria.

Ruolo à Permettere un incremento delle rese, in modo da soddisfare le esigenze alimentari della crescente popolazione mondiale. L’evoluzione delle tecniche colturali e la difesa delle colture dalle avversità rappresentano attualmente gli unici strumenti efficaci nel conseguimento di una maggiore quantità di alimenti.

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L’agricoltura moderna dipende dalle acquisizioni esterne:

• Macchine agricole, inizio nel XIX secolo, con riduzione del lavoro manuale.
• Varietà nuove e migliorate, nel XX secolo grazie alla genetica. Secondo alcuni, il 40% dell’aumento delle rese è da imputare a tale fattore.
• I fertilizzanti inorganici.
• Erbicidi e fitofarmaci.
• Tecnologia dell’irrigazione, sebbene solo il 18% dei terreni coltivati sia irrigato, questi producono il 40% degli alimenti.
• Tecnologia informatica, esempio l’agricoltura di precisione: digitalizzazione e uso di sistemi GPS in grado di monitorare lo stato sanitario delle coltivazioni, trattando così determinate zone in modo preciso e puntuale in base alle esigenze della zona.

Mediante l’evoluzione gli addetti all’agricoltura riuscirono a sostenere più persone rispetto al passato, accompagnato anche ad un incremento dell’uso dei concimi.

Inoltre, l’indice di resa è aumentato progressivamente.

Effetti negativi delle acquisizioni tecnologiche sull’ambiente

1. Degradazione del terreno.
2. Cambiamenti fisici (erosione), chimici (acidificazione, salinizzazione, impoverimento di nutrienti, inquinamento delle falde).
3. Fitofarmaci ed erbicidi.
4. Perdita della biodiversità vegetale a causa delle coltivazioni geneticamente uniformi.

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Agronomia

Agronomia: etimologicamente significa “legge dei campi”: è l’applicazione dei principi scientifici alla coltivazione delle piante per ottenere la massima produzione con la massima sostenibilità ambientale.

Studia l’influenza esercitata dall’uomo su fattori fisici, chimici e biologici che determinano la produzione stessa. Oggi sembra necessario estendere i compiti dell’agronomia anche allo studio degli effetti che l’attività agricola determina sull’ambiente e viceversa gli effetti che l’ambiente extra-agricolo esercita sull’agricoltura.

Quindi l’agronomia studia il rapporto che intercorre tra ambiente e produzione vegetale e, contemporaneamente, i mezzi più idonei per migliorare la produzione agricola, sia quantitativa che qualitativa, entro limiti di costo accettabili, riducendo al massimo l’impatto con gli ambienti stessi.

L’agronomia come tale è una scienza applicata.

Studio della pianta in relazione alla biologia, scienza del suolo, climatologia, studiando gli aspetti di carattere:

• Qualitativi nutrizionale.
• Quantitativo cioè delle rese.

L’agroecosistema

Fondamento della catena alimentare

I vegetali sono alla base della catena alimentare: grazie alla fotosintesi, l'energia proveniente dal sole viene fissata sotto forma di composti chimici che costituiscono la biomassa vegetale.

Gli animali e l'uomo sfruttano l’energia accumulata nella biomassa vegetale attraverso la respirazione.

L’attività agricola ha lo scopo di produrre sostanze/materia utili raggiungendo la massima produzione entro limiti economicamente convenienti.

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La pianta e il suo habitat

La pianta vive in più mezzi:

• Il suolo, nel quale si sviluppano gli apparati radicali, ospita le piante che con le radici traggono dalla sua matrice nutrienti ed acqua.
• L’atmosfera, nella quale si sviluppano gli organi aerei e dalla quale le colture assorbono le radiazioni luminose, fonte degli scambi gassosi (CO2 e O2).
• Biologico o «sociale», fatto da organismi vari, con i quali interagisce o è in concorrenza. La pianta stessa, sulla quale l’uomo ha operato un lungo lavoro di adattamento e miglioramento genetico è l’elemento biologico più importante.
• La produzione agricola però si effettua anche in vista di un profitto; quindi, vi è da tenere presente anche un «habitat» economico: risorse necessarie (disponibilità di manodopera, macchine, capitali, mercato) che influenzano la scelta delle colture e delle agrotecniche.

La pianta vive fissata al suolo

Il suolo deve essere:

1. Supporto: stabile, continuo, soffice e il più profondo possibile.
2. Fornitore di bisogni alimentari e fisiologici:
   • Deve trattenere l’acqua e scolare gli eccessi.
   • Deve lasciarsi penetrare dall’aria e dalla temperatura: abbastanza permeabile per la respirazione delle radici.
   • Deve contenere e trattenere gli elementi nutritivi.
   • Deve permettere l’attività dei microrganismi utili, intermediari indispensabili tra le sostanze nutritive organiche e minerali e la pianta da nutrire.

Il clima influenza severamente la natura del suolo à Clima = motore della vita vegetale:

Dal clima dipende la funzione clorofilliana: CO2 + H20 + energia luminosa = glucosio + ossigeno.

Oltre alla fotosintesi riconosciamo:

1. Respirazione (utilizzazione dei composti del carbonio come fonte di energia).
2. Traspirazione (perdita di acqua da parte della pianta).
3. Riproduzione (meccanismi di messa a fiore).

Dove vive la pianta?

La pianta vive in un mezzo biologico

In natura le piante vivono in associazione con la flora e con la fauna del suolo. Le funzioni della flora e della fauna si possono così riassumere:

• Decomposizione delle sostanze organiche che ritornano al suolo rimettendo a disposizione sostanze nutrienti per la pianta.
• Associazioni con le radici delle piante (simbiosi) per provvedere ai bisogni alimentari per provvedere specifici nutrienti.
• Miglioramento della resistenza dei vegetali e protezione contro i nemici.

Esiste però una flora e una fauna parassitaria. Parassiti e malattie si possono controllare con mezzi chimici, ma è meglio, quando si può, mettere in opera mezzi preventivi e incrementare la resistenza e la sanità della pianta.

Pianta e produzione vegetale

La produzione vegetale è frutto dell’azione combinata delle fondamentali funzioni fisiologiche:

• Fotosintesi.
• Respirazione.
• Traspirazione.
• Assorbimento dei nutrienti e dell’acqua.

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La tecnica colturale, intesa come insieme delle conoscenze sul rapporto suolo-pianta, che consentono la messa a punto delle più appropriate agrotecniche, la cui corretta esecuzione permette alla coltura di esprimere al meglio le proprie potenzialità produttive.

Harvest index o indice di resa (HI)

È il rapporto tra il prodotto utile e la biomassa totale della pianta.

Percentuale di produzione rispetto all’insieme di quanto prodotto dalla pianta per il prodotto a noi d’interesse. In pratica è la percentuale di biomassa della pianta allocata negli organi economicamente utili.

È influenzato in riferimento all’utilizzo della produzione finale e anche da fattori produttivi:

• Pienamente governabili: scelta della pianta, tecnica colturale adottata.
• Parzialmente governabili: terreno, acqua (irrigazione, serre).
• Non governabili: fattori climatici (nella quasi totalità).

Clima e temperature

I fattori della produzione

I fattori della produzione si possono suddividere in:

Naturali:

1. Clima (radiazione solare, temperatura aria e terreno, idrometeore, vento).
2. Condizioni topografiche (inclinazione, esposizione, quota).
3. Terreno (composizione, tessitura, riserva di acqua, fertilità, contenuto di microrganismi).

Artificiali:

1. Concimazioni (minerali e organiche), correttivi e ammendanti.
2. Lavorazioni o gestione acqua (irrigazione, drenaggio e sistemazioni idraulico-agrarie).
3. Difesa dalle avversità (pesticidi, diserbanti...).
4. Conservazione e condizionamento in azienda.

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La tecnica agronomica si occupa della ottimizzazione di quelli artificiali, e quando possibile, di modificare o gestire quelli naturali.

Clima: insieme dei fenomeni meteorici che caratterizzano lo stato medio dell’atmosfera e le sue variazioni in una determinata area o regione.

Si parla di:

• Macroclima quando si riferisce ad un’area molto vasta.
• Clima locale quando interessa una località.
• Microclima quando si riferisce ad un ambiente delimitato, es. serra.

La climatologia descrive il passato cercando di caratterizzare le tipologie e le caratterizzazioni climatiche.

La meteorologia studia il divenire dei processi che si svolgono nell’atmosfera in modo di prevedere l’evoluzione del tempo anche se per un arco di tempo molto limitato. Aspetto sempre più importante.

Permette di prevedere futuri interventi di prevenzione.

La conoscenza del clima è importante per:

• Individuare le specie più adatte all’ambiente in esame.
• Stabilire il periodo di semina più adatto alla coltura scelta.
• Predisporre eventualmente interventi irrigui.
• Impostare una razionale difesa fitosanitaria.

Clima e rapporti con le piante coltivate

Clima di un sito = insieme di fattori meteorologici che in esso si verificano. Lo compongono:

• Luce.
• Temperatura.
• Aria e umidità.
• Pressione atmosferica.
• Vento.
• Idrometeore (acqua nelle forme di vapore, rugiada, brina, pioggia, neve, grandine).

Il clima influenza:

1. La pedogenesi (nascita del terreno e dell’humus).
2. La distribuzione della vegetazione.
3. Le manifestazioni della stessa (sviluppo, accrescimento, riproduzione e distribuzione della specie).

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Il primo elemento del clima da tenere in considerazione è la radiazione solare:

Energia radiante di natura elettromagnetica con una lunghezza d’onda da 230-4000 nm:

• 230-400 nm = radiazione invisibile (UV): filtrata da strati dell’atmosfera senza raggiungere il terreno.
• 400-700 nm = radiazione visibile: intercettata dalle piante per la fotosintesi (luce: dal violetto al rosso).
• >700 nm = radiazione invisibile (IR): infrarossa che apporta calore sulla superficie terrestre.

Quali sono le sue funzioni?

Radiazione fotosinteticamente attiva (PAR): elemento + caratterizzante tra pianta e radiazione.

Come ricordato la principale funzione della radiazione visibile è quella energetica in quanto fonte per l’organicazione del carbonio. Oltre questa importante funzione produce anche altri effetti quali:

1. Induzione della fioritura.
2. Sintesi di pigmenti: per caratterizzare prodotti privi di pigmento.
3. Allungamento degli steli: finalizzato alla ricerca della luce dalle piante.
4. Espansione fogliare: maggiore è la radiazione maggiore è l’espansione cioè la capacità di intercettare la luce.
5. Fototropismo: tendenza delle piante di svolgersi per intercettare la luce. Tipico delle piante verdi ma anche del fiore composto (es. girasole).

Cosa causa la carenza di PAR?

• Senescenza foglie palchi basali.
• Eziolatura negli ortaggi.
• Steli esili ed allungati (allettamento): tendenza dello stelo di abbandonarsi sul terreno con perdita della capacità fotosintetizzante.
• Scarsa fertilità del fiore: perdita quantitativa.
• Frutti poco sapidi: perdita qualitativa.

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Cosa causa l’eccesso?

• Fotorespirazione nelle piante C3 (piante con metabolismo della fotosintesi come primo elemento di aggregazione a 3 atomi di carbonio).

Indice di area fogliare (LAI)

Il LAI è il rapporto esistente tra la superficie totale delle foglie (m2) e la superficie del suolo (m2) sul quale le piante vivono.

LAI = m2 foglie/m2 suolo (superficie misurata su un solo lato delle foglie).

Dal LAI dipende la quantità di radiazione solare intercettata dalla cultura, che è direttamente proporzionale alla biomassa vegetale prodotta.

Il LAI (Leaf Area Index), o indice di area fogliare, è un’importante variabile quantitativa della canopy. La canopy rappresenta la struttura aerea della massa vegetale ed indica quasi l’architettura della coltre vegetale.

Il LAI di una coltura assume dei valori caratteristici nel corso del ciclo vegetativo. Alla semina, il LAI è evidentemente pari a 0.

Bisogna considerare anche il portamento della superficie fogliare, come il caso del mais che si presenta con un grosso sviluppo fogliare ma le foglie nella parte più apicale vanno ad ombreggiare quelle inferiori.

Quindi, a superficie fogliare disponibile si limita perché quelle inferiori non recepiscono luce.

Si sono svolti degli studi per generare piante di linee erette per evitare che l’ombra delle stesse foglie impedisca il recepire della luce.

La differenza si ha quando il sole è allo zenit (verticale) cioè quando l’ombreggiamento delle foglie inferiori è massimo e in questo momento le piante a orientamento verticale sfruttano la massima energia solare.

Fotoperiodismo

Fotoperiodismo: sistema regolatorio per cui le piante inducono a fiore, in relazione alla lunghezza delle ore giorno rispetto alle ore notte, viene intesa quindi come la sensibilità delle piante alla diversa durata del giorno.

L’esposizione delle diverse specie di piante al giusto fotoperiodo favorisce la loro induzione a fiore e quindi la produzione, in questo caso, di seme, finalizzato a ottimizzare la sua azione per la riproduzione.

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In relazione a questa sensibilità le piante si distinguono in:

1. Brevidiurne: per fiorire richiedono un periodo di oscurità più lungo della soglia critica (circa 12 ore) e non possono fiorire con illuminazione continua. A questo gruppo appartengono per la maggior parte le specie di origine tropicale e subtropicale: soia, tabacco, cotone, sorgo, ananas, peperone, batata, canapa, mais, crisantemo.
2. Longidiurne: induzione a fiore quando il periodo di luce supera una certa lunghezza critica (14 ore). Specie che possono fiorire anche con illuminazione continua. Piante generalmente originarie di latitudini medie o elevate: frumento, barbabietola, spinacio, erba medica, pomodoro, fava, cipolla, carota, patata.
3. Neutrodiurne o fotoindifferenti: hanno perso la sensibilità alla luce e avviene in qualsiasi condizione di illuminazione: girasole, zucca.

Stay green: prolungamento della vita verde della pianta e maggiore sarà la sua capacità di fotosintetizzare.

Come prolungarlo?

• Scelta della specie: C3 o C4 (C4: ottimizzato il loro sistema di intercettazione di CO2 per produrre fotosintetizzanti).
• Aumento dell’intensità di assimilazione.
• + Clorofilla per unità di superficie.
• Aumento dell’intercettazione della luce nello spazio e nel tempo.

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Temperatura

Temperatura: influenzata dai raggi infrarossi.

Ciascuna fase del ciclo biologico di una specie agraria è caratterizzata da temperature specifiche. Dalla temperatura dipendono tutti i processi chimici e fisici.