Produzione di materie prime di origine vegetale

Produzioni materie di origine vegetale erbacee

Prima parte

• 1. Premessa sulle produzioni
• 1.1 Incremento delle produzioni
• 1.2 Composizione e ripartizione geografica
• 1.3 Coltivazioni per biocarburanti
• 2. Il concetto di qualità
• 3. La resa
• 4. I fattori della produzione
• 5. Clima e agricoltura
• 5.1 Radiazione solare e illuminazione
• 5.1.1 Fotoperiodismo
• 5.2 Temperatura
• 5.3 Idrometeore
• 5.3.1 Strumenti per misurare la temperatura
• 5.4 Evapotraspirazione
• 5.5 Vento
• 5.6 Inquinamento
• 6. Acqua
• 6.1 Lo stress idrico
• 6.2 Stress da ristagno idrico
• 7. Elementi minerali
• 7.1 Azoto
• 7.2 Fosforo
• 7.3 Potassio
• 7.4 Microelementi
• 8. Assimilazione elementi nutritivi e pH del terreno
• 8.1 Tossicità degli elementi da attività antropiche
• 8.2 Assorbimento radicale
• 8.3 Le micorrize
• 8.4 Fitoregolatori
• 9. Accrescimento e sviluppo
• 9.1 Gli indici di accrescimento
• 10. Biodiversità

Seconda parte

• 1. Coltivazioni erbacee
• 2. Cereali
• 3. Frumento
• 3.1 Morfologia del frumento
• 3.2 Ciclo biologico del frumento
• 3.3 Esigenze climatiche, pedologie e avversità
• 3.4 Tecnica colturale per il frumento
• 4. Mais
• 4.1 Morfologia del mais
• 4.2 Ciclo biologico
• 4.3 Esigenze climatiche e pedologiche
• 5. Il sorgo
• 5.1 Caratteristiche botaniche
• 5.2 Ciclo biologico
• 5.3 Esigenze climatiche, pedologiche e avversità
• 6. Pseudocereali → Grano saraceno

1. Premessa sulle produzioni

Circa il 70% approvvigionamento alimentare dell’uomo deriva direttamente o indirettamente dalle produzioni vegetali.

Inoltre molte specie vegetali sono utilizzate per la produzione di materie prime da destinare all’industria di trasformazione come ad esempio: olii, amido, prodotti da fumo, fibre tessili, legno, gomma, medicinali cosmetici ecc...

Le produzioni di origine vegetale convenzionalmente vengono suddivise in 3 grandi famiglie:

• Cereali da granella: si dividono in cereali propriamente detti e pseudocereali non fanno parte delle graminacee.
• Radici e tuberi amilacei: il tubero, a differenza delle radici, possiede le unità di moltiplicazione della pianta quindi originano altre piante, mentre le radici ne sono prive.
• Leguminose da granella: si possono trovare in tutti gli ambienti, dal caldo al freddo, dal secco all’umido.

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.

1.1 Incremento delle produzioni

Negli ultimi 50 anni la produzione di cereali è più che raddoppiata, mentre quello di radici, tuberi e leguminose è rimasta pressoché uguale.

La popolazione mondiale è stata numericamente stabile fino al ‘700, da allora si è assistito ad un progressivo e rapido aumento fino a giungere gli attuali 7 miliardi.

L’incremento della popolazione è stato consentito dalla aumentata disponibilità di alimenti.

Le produzioni vegetali sono aumentate grazie a:

• L’incremento delle superfici coltivate
• L’incremento delle produzioni unitarie

Negli ultimi due secoli l’incremento delle superfici non è stata proporzionale all’aumento della popolazione.

La maggiore disponibilità di alimenti è da attribuire in massima parte al miglioramento delle rese seguito alla evoluzione delle tecniche agronomiche.

L’incremento della popolazione ha creato il problema dell’eccessivo sfruttamento delle risorse.

La concentrazione di popolazioni in certe aree geografiche rurali ha provocato seri problemi con l’agricoltura di sussistenza. Essa consisteva nel coltivare ognuno ciò di cui aveva bisogno in un orto che circonda la casa.

Come conseguenze l’agricoltura moderna sta portando al: sovra pascolamento, riduzione dei periodi di riposo della terra, taglio e bruciatura di vaste aree di foresta.

A tutto ciò si aggiungono anche le difficoltà create da periodiche avversità climatiche come inondazioni e siccità.

Di tutte le terre terrestri circa il 39% è destinata all’agricoltura, il 46% non viene utilizzata per la presenza di foreste, montagne ecc.., mentre il 15% è ricoperto da strade, aree urbane miniere ecc…

L’alimentazione a livello mondiale sta subendo una forte trasformazione, che sta portando ad omologare la dieta comune. Un aumento del consumo di cereali è stato registrato in tutto il mondo, così come zucchero ed olii vegetali. In calo sono i cereali minori, come il sorgo, il miglio e la segale.

Questi cereali erano molto usati nelle aree più povere, il loro calo è dovuto al fatto che vengono associate ad uno stato sociale povero. In media la somiglianza tra le varie diete a livello globale è del 36%. leguminose.

Questa omogeneità delle diete ha degli effetti negativi sulla sicurezza alimentare.

1.2 Composizione e ripartizione geografica

• → Cereali: 70% carboidrati, 10% proteine, 9% fibre. I principali produttori sono: Asia, America e Europa.
• → Leguminose: 45% carboidrati, 18% proteine, 17% fibre. I principali produttori sono: Asia, Europa e Africa.
• → Radici/Tuberi: 21% carboidrati, 2% proteine, 2% fibre. I principali produttori sono: Asia, Africa e Europa.

1.3 Coltivazioni per biocarburanti

Un’altra questione molto importante è quella della possibilità della produzione di biocarburanti, tramite la fermentazione o la distillazione di prodotti di origine vegetale.

Nonostante il loro nome, anche questi causano inquinamento.

Questo biocarburante ha fatto nascere dibattiti perché su un terreno si può coltivare o foraggio o prodotti alimentari o biocarburanti.

Nei paesi in via di sviluppo, dove c’è grande disponibilità di terreno, viene preferita la produzione di biomassa piuttosto che di alimenti, nonostante la necessità alimentare.

In Brasile c’è un’enorme produzione di canna da zucchero, che viene poi fatta fermentare per la produzione di etanolo, che viene poi miscelato alla benzina.

I principali tipi di carburanti sono il biodiesel, l’etanolo e i combustibili BTL biomass to liquid.

• Il biodiesel si ottiene con la fermentazione dell’olio, della soia, la palma e la colza.
• L’etanolo dal lievito, dallo zucchero, legno duro e tenero, barbabietola e canna.
• I combustibili BTL dall’erba Miscanthus.

Il 4% del carburante usato per i trasporti mondiali è biocombustibile, ad eccezione del Brasile che ne usa il 23%.

Gli Stati Uniti usano il 95% dell’etanolo da loro prodotto.

Il 99% dei biocombustibili prodotti nel 2011 erano stati prodotti a partire dagli alimenti.

A partire dal 2001 sia l’etanolo che il biodiesel ha subito un forte incremento nella produzione.

Il dilemma della produzione di biomassa non riguarda solo il negare le terre per la produzione di alimenti, ma riguarda anche il tipo di alimentazione stessa nei vari paesi.

Per esempio il Messico, che è un grande produttore di mais, è stato obbligato ad importare 1/3 del loro fabbisogno, secondo degli accordi stipulati del 1994.

Dal 2005 la crescita dei biocarburanti ha comportato che il prezzo del mais importato dagli stati uniti sia incrementato. A causa dell’aumento del prezzo i messicani hanno iniziato a variare la propria alimentazione poiché il mais era troppo costoso in rapporto con il loro salario minimo.

La produzione di biocarburanti toglie terra a disposizione per le colture alimentari.

2. Il concetto di qualità

La Qualità può essere definita come “idoneità ad uno scopo”.

Le caratteristiche qualitative dei prodotti alimentari di origine vegetale sono:

• Durata
• Rischio per la salute
• Aspetti edonistici
• Aspetti socio-culturali

La valutazione si opera in base ad alcuni aspetti specifici quali:

• A. Qualità alimentare
• B. Qualità d’uso o di servizio
• C. Qualità tecnologiche

Analizziamo questi tipi di qualità:

• Qualità alimentare è l’attitudine di un alimento a nutrire.

È una qualità complessa che comprende diverse componenti:

• Qualità igienica – requisiti di sicurezza riguardanti la presenza di sostanze tossiche o di patogeni di origine endogena o esogena.
• Qualità nutrizionale – capacità di fornire metaboliti all’organismo in ordine quantitativo e qualitativo.
• Qualità edonistica o organolettica – è difficile da definire.

Caratteristiche che provocano piacere o appetibilità attraverso i sensi, è legata ad aspetti sensoriali e psicologici.

• Qualità d’uso o di servizio sono caratteri che possono costituire interesse o vantaggio per il consumatore:

Conservabilità – in confezione o dopo l’apertura.

Comodità di impiego – facilità di conservazione ecc.

Prezzo.

Aspetti commerciali – disponibilità, presentazione, ecc.

Aspetti regolamentari – informazioni su etichette, ecc.

• Qualità tecnologiche

Qualità d’uso che riguardano più specificatamente gli operatori della catena alimentare.

Tuttavia bisogna ricordare che…

• La qualità è un aspetto difficile da definire e standardizzare.
• Spesso è un aspetto soggettivo.
• Non è una caratteristica statica ma soggetta a modificazioni dovute a molteplici cause quali non ultime le scelte di tipo agronomico.
• Il marchio di qualità IGT, DOP, DOC, DOCG… non garantisce la qualità nel tempo.
• I tipi di alimenti ottenuti da prodotti vegetali sono molto numerosi ed in continua evoluzione.

3. La resa

La Resa è l’espressione diretta di tutti gli interventi agronomici che effettuiamo su una coltura.

La Resa può essere costituita da prodotti di:

• Accrescimento vegetativo es: zucchero.
• Prodotti della riproduzione es: semi, cariossidi dei cereali, semi di legumi, ecc.

Si esprime generalmente in quantità di prodotto per unità di superficie: kg/ha oppure t/ha.

La resa deve essere espressa in termini precisi in base al prodotto che stiamo producendo.

Si possono distinguere due tipi di resa:

• Resa biologica è l’insieme della biomassa prodotta.
• Resa economica è il valore del raccolto.

Le parti di pianta che vengono sfruttate per le rese sono diverse.

Si possono impiegare i semi, i tuberi e le radici ingrossate, fusti, foglie ecc.

Inoltre alcune piante possono avere molteplici utilizzazioni sia per l’alimentazione umana che animale.

Le rese devono essere espresse in termini precisi che ne riflettano l’utilità e secondo criteri prestabiliti, ad esempio:

• → Foraggi proteina secca digeribile.
• → Cereali tonnellate per ettaro di granella al 13% di umidità.
• → Oleaginose tonnellate per ettaro di granella al X% di umidità e X% di olio.
• → Barbabietola da zucchero tonnellate per ettaro di radici scollettate al 16% di zucchero.
• → Patata tonnellate per ettaro di tuberi commerciabili suddivisi per calibro.

Generalmente, nei sistemi produttivi, si tende a massimizzare le rese spesso in contrasto con alcune caratteristiche qualitative che con il passare degli anni hanno sempre più importanza.

I notevoli incrementi delle rese di alcuni gruppi di colture come i cereali, sono stati possibili grazie all’utilizzo intensivo dei mezzi produttivi e con il miglioramento genetico.

Oggigiorno prevale l’obiettivo importante di ridurre le variazioni di produzione tra anni e tra località cercando di mantenere un buon livello qualitativo finalizzato all’utilizzazione del prodotto.

La resa è importante dal punto di vista economico e si esprime in vario modo.

Per i cereali per esempio si esprime in quantità di seme per superficie.

Con il progredire della tecnica agronomica la resa è aumentata di pari passo, arrivando a produrre quasi il triplo rispetto ad anni fa.

Questo è possibile grazie al miglioramento genetico e input tecnici, come la concimazione e l’uso di acqua irrigua.

Il mais è la specie che in assoluto è stata migliorata di più in ambito genetico, anche dal punto di vista morfologico è completamente cambiato.

La superficie mondiale coltivata a cereali è cresciuta dagli anni sessanta fino a inizio 2000, per poi subire un forte calo, mentre la resa ha subito un aumento costante, nonostante l’area coltivata sia diminuita.

A livello mondiale la superficie coltivata è rimasta costante mentre la resa è molto aumentata.

4. I fattori della produzione

I Fattori della produzione si possono suddividere in:

• Naturali
• Artificiali

In Agricoltura ci si occupa della ottimizzazione di quelli artificiali mentre, solo in parte, possono essere modificati quelli naturali.

I fattori naturali sono:

• Clima radiazione solare, temperatura aria e terreno, idrometeore, vento.
• Condizioni topografiche inclinazione, esposizione, quota.
• Terreno composizione, tessitura, riserva di acqua, fertilità, contenuto di microrganismi.
• Lavoro animale e umano.
• Concimazioni organiche.
• Piante coltivate.

I fattori artificiali sono:

• Concimazioni minerali.
• Correttivi e ammendanti.
• Macchine.
• Irrigazione e drenaggio.
• Sistemazioni idraulico-agrarie.
• Tecnica agronomica.
• Difesa dalle avversità e conservazione e condizionamento in azienda.

5. Clima e agricoltura

Il clima è l’insieme dei fenomeni meteorologici di una regione, cioè il decorso caratteristico dell’avvicendamento stagionale in una visuale di lungo periodo.

Gli elementi che caratterizzano il clima sono:

• 5.1 Radiazione solare e illuminazione
• 5.2 Temperatura
• 5.3 Idrometeore
• 5.4 Evapotraspirazione
• 5.5 Vento
• 5.6 Inquinamento

I fattori climatici che influiscono sugli elementi che caratterizzano il clima sono: latitudine, altitudine, venti dominanti, esposizione, distanza da bacini, correnti marine d’acqua.

5.1 Radiazione solare e illuminazione

La luce è importante per la vita delle piante in ogni momento del ciclo vegetativo e riproduttivo, dalla germinazione fino a poco prima della maturazione.

L’accrescimento vegetativo è direttamente proporzionale alla disponibilità di luce espressa come energia radiante.

Si possono avere riflessi negativi anche sulla qualità del prodotto.

Una eccessiva densità di piante per unità di superficie comporta poca radiazione solare, ciò causa l’ingiallimento delle foglie, l’indebolimento di culmi e steli che potrebbe favorire: l’allettamento, la scarsa emissione di ramificazioni, la riduzione dell’allegagione e, in generale, un incremento della competizione anche per altri fattori essenziali come acqua ed elementi nutritivi.

A livello di radiazione solare bisogna tenere in conto la costante solare: all’esterno dell’atmosfera la radiazione ricevuta perpendicolare ai raggi incidenti è di 1400W/m quadro, pressoché costante, variazione 1/5%.

Ci sono vari tipi di radiazione:

• Radiazione globale: della radiazione extra-atmosferica, circa il 49% raggiunge la superficie del suolo, il resto viene assorbita o riflessa all’esterno dall’atmosfera nubi, pulviscolo, vapore acqueo.
• Radiazione diretta: il 24% della radiazione globale arriva direttamente al suolo.
• Radiazione diffusa: il 23% arriva al suolo diffuso da nubi, pulviscolo, vapore acqueo, arriva senza una direzione prevalente.
• Albedo: parte della radiazione globale in arrivo viene riflessa direttamente e quindi non utilizzata.

Si divide in:

• Albedo neve: 95%.
• Albedo deserto: 30%.
• Albedo vegetazione: 25%.
• Albedo terreno scuro: 10%.
• Albedo acqua: 5%.

Suolo e atmosfera hanno a loro volta un’emessa di radiazione, dipendente dalla temperatura, nell’infrarosso a onda lunga 3000-10000 nm.

Quella dell’atmosfera è rimessa verso il suolo effetto serra.

Fatto un bilancio globale, circa l’1/2% della luce che arriva sulla terra producono fotosintesi.

Anche l’architettura e il portamento delle piante possono influenzare l’efficienza nell’intercettazione della luce, ad esempio le piante con foglie erette captano meglio la radiazione rispetto alle piante con foglie cadenti.

Le varie specie di piante hanno diversi livelli ottimali di intensità luminosa in presenza dei quali riescono ad esprimersi con le produzioni più elevate.

In relazione a questa caratteristica si distinguono piante:

• Eliofile richiedono elevate quantità di luce.
• Sciafile soffrono di eccessi luminosi.

L’unica gamma di radiazione utile ai fini della fotosintesi è quella compresa fra 400 e 700 nanometri.

In presenza di radiazioni prevalentemente rosse le piante sintetizzano più carboidrati che non in presenza di radiazioni blu.

Le luci blu stimolano la sintesi delle proteine, la crescita e la differenziazione degli organi.

Possiamo dividere la radiazione luminosa in:

• 1) Radiazione ultravioletta UV compresa tra 230 e 400 nm.
• Apporto energetico sulla superficie terrestre è molto ridotto 2% della radiazione totale.
• 2) Radiazione visibile luce compresa tra 400 e 700 nm; apporto è molto rilevante rappresentano il 50% della radiazione che raggiunge la terra.
• Assorbite dal pigmento clorofilliano processo fotosintetico.
• Viene definita PAR: chiamata generalmente luce e rappresenta quella parte della radiazione solare con lunghezza d’onda tra 400 nm e 700 nm che ha come caratteristica principale quella di essere attiva nel processo fotosintetico fornendo l’energia necessaria.
• 3) Radiazione infrarossa IR > 700 nm.
• Apporto energetico rilevante 48% che viene assorbito dall'acqua e dal terreno.
• Servono al riscaldamento dell'aria e del terreno, e dall'evaporazione dell'ac