Agronomia

Lezione 1: Gestione agronomica

Ciò che l'agricoltore deve fare alla pianta e al terreno per massimizzare la produzione (fertilizzazioni, diserbo, irrigazioni…). È importante la proprietà di linguaggio (es. le piante si seminano, non si piantano). L'agronomia si occupa nella manipolazione di ecosistemi naturali per farli diventare artificiali per produzione biomasse manipolo specie vegetali riducendo le competitrici e quindi modifico anche le caratteristiche chimico-fisiche dell’ambiente. L’agronomia detta regole per la corretta coltivazione dei terreni e delle colture (legge che regola il campo).

Scala di studio dell’agronomia

La scala di studio dell’agronomia è il campo (l’ettaro tipicamente), uno spazio abbastanza grande per consentire interazioni tra piante diverse e effetti del suolo visti in scala spaziale che esprime funzioni tipiche della scala (es. CSC alta e applico concimazione potassica, una parte sarà adsorbita, proprietà emergenti mi interessano, non come avvengano in se non interessano aspetti microscopici in agronomia). La pianta in vaso ha comportamento diverso rispetto a pianta in ettaro. È necessario valutare anche i rapporti tra le piante (oltre che mi interessano tutte le piante dell’ettaro, non solo la singola).

Crescita vs sviluppo

Non sono sinonimi: la crescita significa incremento di biomassa, mentre lo sviluppo è il processo che avviene attraverso le fasi fenologiche (anche i cambi di funzione della pianta, ad esempio la fioritura). Le fasi fenologiche (sviluppo) includono:

• Germinazione
• Emergenza
• Crescita vegetativa: aumento biomassa, altezza, lai…
• Differenziamento strutture riproduttive
• Fioritura
• Fecondazione ed allegagione
• Maturazione semi e frutti

L’aumento dell’altezza non riguarda lo sviluppo bensì la crescita, poiché è un aumento di biomassa. Lo sviluppo dipende da tre grandi processi: accumulo di gradi giorno (più fa caldo più lo sviluppo è rapido), risposta a fotoperiodo (brevidiurne, neutrodiurne e longidiurne) e accumulo di ore di freddo (vernalizzazione per colture erbacee). La crescita è il risultato diretto della fotosintesi, quindi aumento di biomassa, al netto della respirazione.

Biomassa: massa vegetale, tipicamente si parla di biomassa secca (dry matter), che non esiste perché la pianta ha sempre un contenuto di acqua (di solito il 90% di acqua). È importante parlare di SS perché l’acqua non viene prodotta con fotosintesi (mi interessa solo ciò che è stato prodotto). Spesso biomassa si usa come sinonimo di sostanza secca.

Nel mondo agricolo spesso si parla di peso non secco, bensì “secco conservabile” umidità 15% ad esempio. La biomassa aerea è quella che sporge dal terreno, quasi sempre non ci interessa tutta la biomassa aerea, ma ad esempio solo la granella, il prodotto utile (yield in inglese). I rimasugli sono residuo colturale. Il prodotto utile può essere anche nella radice, ad esempio con barbabietola da zucchero. L'indice di raccolta (harvest index) è calcolato come rapporto tra resa (prodotto utile) e biomassa aerea. È un indice aggregato di tutto ciò che è successo nel ciclo produttivo: prodotto utile è risultato di accumulo dei fotosintati. Se ad esempio ci sono state carenze durante la fioritura, la dimensione del frutto diminuirà, oppure durante il periodo di riempimento della granella si verificheranno altri tipi di stress con meno fotosintati disponibili per la veicolazione alla granella. Se l'HI è basso vuol dire che ci sono stati problemi.

Miglioramento genetico e livelli produttivi

Il miglioramento genetico ha portato a tipi genetici che accumulano molto di più nella granella piuttosto che nelle foglie. (HI cereali circa 40-50%).

Livelli produttivi includono:

• Produzione potenziale: considera solo i fattori del genotipo (CO₂, radiazione e temperatura ottimali del genotipo) considerando che tutto il resto sia ottimale, ad esempio che sia C3, C4… L'acqua non è mai fattore limitante in produzione potenziale, neanche i nutrienti, no vincoli di competizione, no funghi/parassiti/inquinanti. È interessante perché ci permette di valutare il massimo raggiungibile per migliorare (fino a dove posso arrivare con le condizioni atmosferiche che ho nel luogo dove sono), se sono sotto il potenziale potrei provare a migliorare. La produzione potenziale cambia a seconda della data di semina e del luogo in cui viene seminato. NON POSSIAMO PRODURRE DI PIÙ; la produzione potenziale è mappabile.
• Produzione raggiungibile: considera tutte le variabili idriche e di nutrienti. Molti agricoltori non possono irrigare il giorno che vogliono perché l'acqua viene distribuita da consorzi una sola volta a settimana. Può dipendere da strategie del singolo agricoltore (ad esempio costruzione di pozzi…).
• Produzione reale: considero tutti altri fattori limitanti, come inquinanti e parassiti, oltre che concorrenza con altre piante/malerbe, malattie…

Lezione 2: Il frumento

Il frumento, che è autunno vernino, ha un GAI basso d’inverno; come entra in primavera aumenta l'area fogliare e moltissimo anche il tasso di crescita. GAI=green area index, fino a un certo punto tutto il LAI è verde, però i cereali in piedi, quando hanno chioma densa, hanno alcune foglie alla base ingiallite e cadute (per senescenza programmata per portare in altre foglie i nutrienti). GAI considera solo foglie verdi, mentre il LAI tutte. Il grafico del GAI cade molto rapidamente perché con senescenza cadono tutte.

Il frumento in condizioni potenziali può arrivare ad avere biomassa aerea di 16 ton/ha (quindi granella circa 7-8 ton/ha, con un LAI di 7/8), completando il ciclo in giugno, in cui raggiunge maturazione fisiologica quindi non sfrutta i livelli alti di radiazione dei periodi successivi con alta radiazione (estate). Il mais (primaverile estivo) semina a fine marzo, periodo di basso GAI è molto breve perché poi in primavera aumenta molto l’intensità luminosa e quindi il periodo di preparazione è più breve, per il resto la curva è simile a quella del frumento, solo che la produzione potenziale è più alta per ettaro, si parla di circa 30 ton/ha (quasi il doppio rispetto al frumento), anche perché il mais è una C4 e d’estate lavora molto bene.

Maturazione fisiologica è quando la pianta smette di accumulare fotosintati e il peso secco rimane costante. La derivata della curva (incremento giornaliero di biomassa) si chiama CGR (crop growth rate), quanta biomassa prodotta nell’unità di tempo (misura in grammi di SS per metro al giorno) dW/dT (W è biomassa aerea, t è il tempo) può essere semplificata come la fotosintesi netta, poiché indica di quanto incrementa il suo incremento di peso in un periodo.

Fasi di crescita potenziale

• Fase esponenziale: feedback positivo perché se la coltura emerge oggi e ha un certo LAI, quindi inizia a fare la fotosintesi, ma per fare la fotosintesi il fattore limitante è il LAI stesso, quindi nei giorni in avanti cresce il LAI ogni giorno che permette di aumentare il LAI stesso (quindi è una fase esponenziale feedback positivo). “L’area fogliare è il carburante di se stessa” CGR aumenta in una situazione di copertura del terreno incompleta, fino alla fase lineare la curva segue una forma quasi esponenziale.
• Fase lineare: copertura è costante, ma la frazione di radiazione intercettata non aumenta più, quindi non si mette più in atto feedback positivo. Anche se l’andamento lineare non è proprio lineare poiché le condizioni meteorologiche (copertura nuvolosa) possono variare a seconda del giorno LAI>4-5 (NON VEDO IL TERRENO)
• Fase di senescenza: a un certo punto, quando la pianta va verso la maturazione dei semi, destinerà sempre più risorse per accumulo di carboidrati nella granella GAI diminuisce (il LAI potrebbe rimanere costante perché terreno rimane coperto) percentuale di copertura diminuisce, quindi CGR diminuisce (intercetto meno radiazione, che ormai è comunque dopo il picco nel caso del mais).

Quando parlo di produzione raggiungibile il suolo è molto importante perché mette a disposizione acqua e nutrienti quindi si parla di fenomeni rapidi mediati dal suolo. Ciò che limita il tasso di crescita reale è il fattore più limitante (Liebig…). Quindi il livello più raggiungibile è dato dal fattore più limitante. Come si gestisce la pianta nel suo ambiente? Lo scopo è avere il tasso di crescita più elevato possibile, con interventi agrotecnici mirati.

Periodi fenologici

• Dalla semina all’emergenza: è precedente alla fase autotrofa, qualunque coltura erbacea (tranne trapianti) nasce da un seme. Si parte dall’imbibizione del seme, quindi emissione radichette ed emergenza della plantula crescita autotrofa. In questa fase la coltura ha bisogno di: temperatura giusta, umidità, temperatura (che possono essere influenzati da noi quando coltiviamo) un contatto tra il seme e il suolo per fare arrivare acqua al seme per l’imbibizione se contatto non si verifica (se il seme è caduto in un macroporo) succede che non è totalmente a contatto con il suolo. Il terreno deve avvolgere completamente il seme; è importantissimo il grado di sbriciolamento del terreno, per fare sì che gli aggregati siano sufficientemente piccoli. L’emergenza può avvenire se il seme è stato messo alla profondità giusta (15 cm è troppo perché il seme ha consumato troppe riserve per allungare il fusto, meglio seminare a 4 cm). Importantissimo è che siano stati fatti interventi di drenaggio che allontanino acque in eccesso dal suolo; molto importanti sono anche le lavorazioni in presemina per sbriciolare le zolle (piccoli aggregati che permettano adesione terreno-seme), inoltre è molto importante che la semina sia effettuata a profondità irregolare. Controllo dei nutrienti e delle malerbe si fanno spesso in presemina perché è più comodo.
• Fase esponenziale (prime fasi crescita): la crescita in biomassa non è molto alta (sotto i 2000 kg/ha per il mais alla fine della fase). Le piante hanno bisogno di luce e temperature adeguate in questo periodo. Non è il solo limitante, bensì è nella parte epigea la limitazione. Quindi bisogna garantire luce e temperatura seminando nel periodo giusto (ovviamente ci possono essere gelate tardive…); nel caso della luce la cosa importante è controllare le malerbe, che competerebbero per la luce. Non sono richieste grandi quantità di acqua e di nutrienti.
• Fase lineare (da completa copertura a fioritura): è il periodo in cui si verifica crescita in altezza (mais arriva a 3 m, frumento arriva a 80-90 cm), aumenta biomassa, internodi, foglie e biomassa negli steli. Qui ci sono meno problemi del controllo delle malerbe (o ci sono malerbe sfuggite, oppure non crescono perché rimangono soffocate). Serve molta luce, umidità nel terreno (proporzionalità diretta tra tasso di crescita e i consumi idrici e richieste di nutrienti; concimazione si fa in pre-semina e durante fase esponenziale, se no trattore spezzerebbe le piante adulte). Devo avere un suolo abbastanza ricco di nutrienti, e l’irrigazione (in funzione dell’annata, se c’è stress idrico), ma è anche molto importante la difesa da parassiti e funghi.
• Fase di senescenza (da fioritura a maturazione): lo scopo della pianta è la produzione di seme, in questa fase è molto importante continuare ad irrigare, oltre che difendere l’organo di accumulo (oltre che le foglie) da funghi e da parassiti (micotossine sono molto pericolose per l’uomo e comportano perdita economica).

Colture autunno vernine

Riferimento all’epoca di semina, non al ciclo; modesta crescita in biomassa e LAI in autunno inverno, poi aumento… Fioritura a inizio maggio, maturazione fisiologica in giugno:

• Cereali: frumento, orzo, avena, segale, triticale
• Leguminosae da granella: pisello, fava, lenticchia
• Brassicacea oleifera: colza

Colture primaverili estive

Sono seminate tra marzo e aprile, poi crescono molto n primavera ed estate, fioritura in giugno-luglio e maturazione a settembre/ottobre:

• Cereali: mais, sorgo, riso
• Leguminosae da granella: soia, fagiolo e cece
• Oleifere: girasole, soia (soia ha duplice attitudine).

Lezione 3: Fisica del suolo

Argilla fino a 2 micron, limo fino a 50 micron, sabbia fino a 2 mm, scheletro sopra ai 2 mm. Superficie specifica: rapporto volume/superficie di queste particelle; come cambia al cambiare delle 3 frazioni? Argilla ha superficie specifica più alta (perché più piccola ha più superficie esterna). Ciò è importante perché con più superficie specifica posso scambiare e adsorbire di più (argilla…).

Classi tessiturali e struttura del suolo

Le classi tessiturali: classi discrete che consentono di sintetizzare le caratteristiche di un suolo. Caratteristiche più importanti per i suoli: ROBA DI CHIMICA DEL SUOLO. La tessitura è abbastanza stabile nel tempo. La struttura: completamente diversa dalla tessitura, è il modo in cui si aggregano i componenti (ottengo aggregati), varia nel tempo e in base a come cambia varia anche la porosità. È importantissima la porosità per la gestione di aria e acqua.

Classificazione degli aggregati, fino a 250 micron sono microaggregati poi macroaggregati.

• Microaggregati si formano e si distruggono lentamente e si formano con cementi leganti sia ingredienti inorganici (Ca Al e Fe che fanno flocculare) che componenti organici, come sostanze umiche, ife, polisaccaridi, radici...
• Macroaggregati sono più grandi e si formano con aggregazione di microaggregati e sono rapidamente distruggibili e riformabili. Determinano porosità, resistenza a lavorazione…

La porosità di origine tessiturale è data dall'accatastamento delle particelle del terreno senza aggregazione, quindi presenza di spazi vuoti. Terreni sabbiosi sarebbero incoerenti (come sabbia al mare) mentre i terreni argillosi avrebbero molto impaccati (fatica crescita radici, poca aria…). La struttura è molto importante perché dà una porosità migliore. Su un m² di terreno ideale la metà è occupata da pori, che coprono grande intervallo dimensionale.

Tipi di pori e loro importanza

• Micropori sono sotto i 30 micron di diametro
• Macropori sopra i 30 micron fino a crepacciature del suolo.

La densità apparente è la densità che ottengo misurando il terreno così com’è, minore della densità reale. La densità reale si ottiene dalle particelle del terreno schiacciate (senz’aria), per molti suoli è 2650 kg/m³. Ricavare porosità in funzione della densità apparente: Porosità=1- (Densità apparente/Densità reale).

Miglioramento della porosità

Il meglio è avere strutture granulari, non compatte, nelle quali ci sono grumi abbastanza piccoli, con forma arrotondata facili da lavorare con buona circolazione di aria e acqua. Non vogliamo strutture incoerenti dei suoli sabbiosi o struttura impaccata argillosa; l'argilla deve stare lontana da SO. Un’altra importante proprietà è la stabilità della struttura: stabilità nel tempo, quindi struttura facilmente degradabile per azione dell’acqua è meno desiderabile. Tipicamente si analizza la stabilità degli aggregati in relazione all’azione dell’acqua.

Fattori di stabilità e separazione degli aggregati

Azione dell’acqua: spaccare i pori per scioglimento cementi degli aggregati. Suolo con meno struttura (meno SO e lavorazioni frequenti) si scioglie molto più facilmente in acqua; invece se struttura stabile rimane aggregata. Infiltrazione: quando sta piovendo sul terreno l’acqua attraversa la superficie ed entra, è importante perché se non avviene (in pendenza) causa ruscellamento dei nutrienti, mentre in pianura causa ristagni. Se il suolo ha una struttura porosa ben sviluppata, l’acqua infiltra prima e meglio, viceversa se struttura è poco sviluppata, l’acqua tende a ristagnare. Redistribuzione è successiva all’infiltrazione e riguarda gli strati inferiori.

Fattori che consentono di stabilizzare la struttura (tenere insieme gli aggregati):

• Cationi (bivalenti e trivalenti sono i migliori).
• Argille (formano aggregati più piccoli da riaggregare)
• Qualunque tipo di SO, in particolare i polisaccaridi, che vengono rilasciati all’esterno della cellula e hanno altissima adesività (colle biologiche).
• Radici e ife fungine o altri residui colturali.

Tutti questi ingredienti sono fattori di aggregazione, però la parte organica non è inerte, viene mineralizzata dai microorganismi e consumata. Questo effetto è di breve durata, quindi devo aggiungere regolarmente SO al terreno.

Fattori che contribuiscono a separare gli aggregati: l’acqua può sciogliere i cementi, riduce la flocculazione, può diluire l’effetto del doppio strato.