Coltivazioni erbacee

Coltivazioni erbacee

L'incremento esponenziale della popolazione è stato seguito a ruota da quello di due colture erbacee, frumento e riso. La distribuzione delle superfici ad arativo è però limitata. Le principali piante alimentari sono, rispetto alla loro importanza per food e feed: frumento e riso sono capisaldi per quanto riguarda il food, il mais è fondamentale per il feed, l'orzo, la canna da zucchero (che ha una bassa produzione in biomassa però), la soia (ora la quarta coltura più importante al mondo), ecc.

Specie vegetali eduli

Oggi esistono 75.000 specie vegetali eduli che possono essere consumate e da 7.000 a 12.000 sono effettivamente consumate. Di circa 30 si ha traccia commerciale, ma 3 cereali (frumento, riso, mais) da soli forniscono il 60% di energia e il 56% delle proteine necessarie all'umanità.

Frumento, orzo e segale, insieme ad altre come ceci e lenticchie, sono specie fondatrici del Neolitico. L'agricoltura è stato un processo in cui i cereali sono stati centrali. All'interno della famiglia delle Poacee i generi Triticum (frumento), Hordeum (orzo) e Secale (segale) fanno parte della tribù delle Triticeae.

Frumento

Il frumento è la coltura più diffusa nel mondo, il principale cereale delle zone temperate e la coltura alimentare di base per circa il 40% della popolazione mondiale. Data la diffusione del frumento, ogni mese si effettua una raccolta nelle diverse aree di coltura.

Successo evolutivo dei cereali

Il successo evolutivo dei cereali deriva dal fatto che la granella, il frutto dei cereali, ha un volume occupato da materiale amilaceo che, quando macinato, fornisce farina o semola utilizzabile per l'alimentazione umana e animale. Possiede un sufficiente tenore energetico, di proteine (che nonostante siano in alcuni casi basse, molti piatti le combinano con i legumi), sali minerali, lipidi, vitamine, ecc. La granella è inoltre secca, un 10-12% di umidità, e quindi si conserva per molti mesi. Inoltre, sono colture molto facili da coltivare. Infine, il sapore è neutro ed è quindi facile da consumare e non contengono fattori anti-nutritivi. Il problema è che però sono possibili contaminazioni da micotossine.

Principali cereali

• Triticee
• Riso e suoi simili (Oryza)
• Avene
• Migli e i panico
• Teff, coltura importante solo nel corno d'Africa
• Mais
• Sorgo

Ci sono stati diversi centri di origine e domesticazione.

Le cariossidi

Le cariossidi sono i frutti di tutte le poacee e, quindi, di tutti i cereali. È un frutto secco mono-carpellare indeiscente. I tegumenti del frutto sono fusi con l'ultimo rivestimento del seme. Ci sono cereali con cariossidi vestite e altri con cariossidi nude. Quelle vestite sono quelle del riso o dell'orzo in cui le glumette del fiore aderiscono alla granella stessa e quindi per poterla macinare bisogna svestirle. In passato buona parte dei frumenti avevano cariossidi vestite e ora sono rimaste delle nicchie di coltivazione, il farro, coltura recuperata negli anni Ottanta che presenta ancora cariossidi vestite.

Il frumento duro presenta spighe con ariste, che si dice possano contribuire alle ultimissime fasi di organicazione della CO₂, molto lunghe a differenza di quello tenero che non le presenta.

Assetto genetico e genomico

Esistono diverse specie di frumento e quindi all'interno della tribù delle triticee si trova il genere Triticum. Esistono specie di frumento diploidi, con 14 cromosomi (es. il farro piccolo T. monococcum), frumenti tetraploidi con 28 cromosomi (es. il grano duro, T. turgidum durum) e frumenti esaploidi con 42 cromosomi (es. il grano tenero, T. aestivum). In confronto, orzi e mais coltivati sono diploidi con 14 e 20 cromosomi.

Evoluzione dei frumenti

Tutto nasce dal T. monococcum, dalla varietà beoticum, che è stato addomesticato diventando il farro piccolo, che è caratterizzato dal genoma AA. Si è ipotizzato che vi siano stati degli eventi spontanei di incrocio fra questo frumento diploide con una specie di un genere affine e questo evento che si è ripetuto ha riprodotto, in una frazione minima dei casi, un meccanismo di anfidiploidia, alla meiosi il prodotto dell'incrocio si è duplicato, e di conseguenza il nuovo genoma è diventato tetraploide e fertile. Sono stati ottenuti quindi i primi frumenti tetraploidi selvatici che sono turgidum var. diccocoides. Questi materiali che sono stati individuati dall'uomo che le ha selezionate, domesticandole. Si arriva quindi al tetraploide coltivato che è il farro medio. Si è prodotta una mutazione per cui materiali di farro hanno perso le glumette aderenti passando quindi al duro che produceva cariossidi nude. Materiali di farro sono stati incrociati con un'altra egylops inducendo un altro genoma diploide, il D, che si è fuso con i primi frumenti esaploidi completi, sempre tramite anfidiploidia, e quindi l'assetto genomico dei frumenti moderni è AABBDD. Fattore importante per la coltivazione è stata la resistenza dell'asse (rachide della spiga) della piante che risulta più resistente per le specie più "evolute" per la maggiore facilità di coltivazione. Per quanto riguarda i farri attuali si trovano il monococcum, il dicoccum (farro medio) e lo spelta. Gli aspetti organolettici sono stati determinanti per la conservazione di antiche piante.

Differenza fra specie selvatica e specie addomesticata

Tutti questi caratteri sono chiave per la domesticamente. Per i cereali i caratteri più importanti sono:

• Se la granella è nuda o vestita
• Se il rachide della spiga è resistente o fragile (dispersione dei semi)
• Dimensioni e resa della granella rispetto alla biomassa totale

Da questo punto di vista un carattere importante per la domesticazione e il miglioramento genetico è stata la riduzione della taglia ottenuta da Strampelli, inserendo la varietà Akagomughi che era una varietà nana e molto precoce. La bassa statura si associa ad una maggiore resistenza all'allettamento.

Andamento resa in granella

Se l'andamento della produzione non segue la domanda ci possono essere picchi dei prezzi:

Consumi pro-capite di energia e proteine nel '61 e nel 2007

Domanda, rese e superfici di frumento, mais, riso e soia:

Si trova un gran numero di specie coltivate:

Cereali

Sono graminacee che hanno la caratteristica di produrre frutti, cariossidi secche che vengono utilizzate nell'alimentazione umana interamente o come farina. Le principali sono frumento, riso, mais, orzo, sorgo, avena, miglio e segale a cui si aggiungono gli pseudo-cerali come il grano saraceno e la quinoa.

Dal punto di vista delle politiche comunitarie hanno incentivato la coltivazione dei cereali nell'UE tanto è che la superficie occupata a cereali è sbilanciata contro le colture proteaginose. Per quanto riguarda il frumento questo è più produttivo nel centro-nord Europa in quanto in queste zone ha stagioni di crescita più lunga con maggiore accumulo di biomassa. A sud delle Alpi, invece, la coltura scelta è il mais per la maggiore profittabilità nella zona.

Frumento

Classificazione botanica

• Famiglia: Graminaceae
• Genere: Triticum
• Specie: Triticum durum (frumento duro), Triticum aestivum (frumento tenero), Triticum spelta (farro grande), Triticum monococcum (farro piccolo), Triticum dicoccum (farro medio)

Origine

Medio Oriente per il tenero, Africa per il duro.

Diffusione mondiale

Maggiori Paesi produttori: Cina, India, USA e Russia. Le migliori rese si trovano in Germania, Regno Unito, Francia e Cina.

Situazione italiana

Per quanto riguarda il duro l'Italia è il settimo produttore europeo ed è prodotto soprattutto nel centro e nel sud. Prevale la produzione di frumento duro rispetto al tenero. Il tenero è diffuso in pianura padana.

Morfologia

Il culmo, nelle varietà moderne, è alto dai 70 ai 90 cm con 5-8 nodi con culmi di accestimento (da 1 a 2). Le foglie hanno auricole sviluppate, l'infiorescenza è una spiga dove sono presenti le ariste che sono in genere molto lunghe nel duro mentre sono corte o assenti nel tenero. I fiori sono costituiti da una glumetta superiore o lemma, una glumetta superiore o palea e da antere e stigma. In ogni spighetta ci sono in genere da 2 a 6 fiori e quindi le spighe di frumento, diversamente da quelle di orzo che sono uniflore (ma riunite a gruppi di 3), sono spighette pluriflore (più fiori sullo stesso asse e quindi più cariossidi).

La cariosside è un frutto secco indeiscente in cui i tessuti del frutto sono saldati con quelli del seme. Ci sono dei tegumenti esterni, i tegumenti del frutto e del seme e poi verso il centro di trova una grossa porzione di volume rappresentato dall'endosperma che contiene amido e proteine di riserva. Nella porzione prossimale è collocato l'embrione e il cotiledone che devono essere eliminati durante la molitura. Il peso di mille semi è variabile ma è compreso fra 35-45 g per il tenero e 40-50 g per il duro. La differenza dal punto di vista tecnologico fra i due è la durezza della cariosside: la cariosside del duro quando viene macinata produce una modesta parte di farina ma, per la sua consistenza vitrea, produce delle porzioni di semola e quindi ci sono due vie di utilizzazione distinte fra tenero e duro. Recentemente un gruppo di ricerca americano è riuscito a trasferire le puroendoline, sostanze che conferiscono la friabilità del tenero, anche nel duro ottenendo il soft-Svevo.

La cariosside è formata da un 70% di estrattivi inazotati fra cui amido, e proteine che variano a seconda della nutrizione azotata vanno dall'11 al 13%. Poi si trova una percentuale modesta di cellulosa, lipidi e ceneri. Nella commercializzazione dei frumenti ci sono degli standard dal punto di vista qualitativo dove si specifica quali sono i parametri per assegnare quella partita per un frumento da biscotti, panificabile, superiore o di forza. C'è una percentuale di acqua che si aggira intorno al 13%.

Botanica

L'apparato radicale è fascicolato con radici primarie in numero diverso e radici secondarie o avventizie che si sviluppano quando la piantina è già emersa e ha raggiunto un certo numero di foglie. Le avventizie possono svilupparsi dai primi nodi del fusto al di sotto della superficie del terreno (nel mais anche al di sopra). Il fusto è detto anche culmo ed è costituito da nodi e internodi ed in ogni nodo è presente una foglia lanceolata, parallelinervia e costituita da 4 parti: lamina, guaina (che avvolge la parte sottostante del culmo e si diparte dal nodo e ha funzione di fare continuità ma restando comunque aperta), nel punto di distacco della lamina dalla guaina ci sono delle strutture che sono la ligula e auricola. La ligula è l'appendice che si prolunga e tende a sostenere la foglia e mantenere la posizione eretta sigillando la foglia stessa rispetto al culmo mentre le auricole sono molto utili come aspetti distintivi delle diverse specie di cereali in quanto possono essere quasi assenti, normali, molto lunghe abbraccianti il fusto, con peli o senza peli.

Cosa importante nella fenologia del frumento è l'accestimento: dopo le prime fasi da cui si sviluppa il culmo principale, all'ascella delle foglie di base ci sono delle gemme che portano allo sviluppo di culmi secondari che può essere una tendenza ridotta (massimo 2 culmi secondari) o preponderanti con 20 culmi secondari. È una caratteristica che dipende sia dalla genetica sia dall'ambiente. Può supportare la produzione in seguito a situazioni di stress, ma nelle specie moderne viene limitata la capacità di produrli.

Ciclo vegetativo e riproduttivo

Ci sono diversi momenti:

• Emergenza
• Prima foglia
• Seconda foglia
• Terza foglia - accestimento: il frumento in ambienti temperati come l'Italia del Nord è seminato in autunno, si sviluppano, raggiungono le prime tre foglie con l'inverno, trascorrono i mesi invernali in una fase di criptovegetazione, e con la fine di febbraio, l'aumento delle temperature medie fa sì che ci sia l'inizio della levata.
• Inizio della levata: l'apice della pianta è stato indotto a passare da vegetativo a riproduttivo e quindi si è formato un abbozzo di spiga. Questo è legato alle basse temperature nell'inverno e in relazione alle esigenze della coltura: perché avvenga questa induzione a fiore del germoglio, le varietà di frumento devono trascorrere un certo numero di settimane al di sotto dei 4 °C. Se questo fabbisogno in freddo non viene soddisfatto, alla partenza della primavera/estate la coltura non sviluppa la granella. Ci sono varietà alternative, che possono essere seminate in autunno e quindi avere un periodo di freddo ma avendo un fabbisogno in freddo ridotto possono essere seminate alla fine dell'inverno e mantenere la possibilità di spigare e produrre la granella (sono adatte ad ambienti a latitudini alte con inverni particolarmente freddi). Dal punto di vista termico le temperature minime sopportabili sono i -22 °C; Si allunga il culmo stesso fino ad emettere l'ultima foglia e nell'internodo immediatamente sottostante all'ultima lamina è contenuta la spiga che si rivelerà.
• Botticella: è la fase in cui l'ultimo internodo è panciuto
• Inizio spigatura
• Spigatura
• Fioritura: emissione degli stami da ciascun fiore; fino a questo momento, fino a quando non si ha la fioritura e la fecondazione, che è già avvenuta in quanto i fiori del frumento sono cleistogami (l'allegagione avviene all'interno del fiore prima che si apra), la coltura si è sviluppata, ha accumulato biomassa ma non ha ancora costruito la granella.
• Riempimento: dall'allegagione alla maturazione fisiologica e alla raccolta è strategicamente molto importante ed è la fase in cui si gioca il risultato della coltura.

Si può usare anche scala Zadok per quanto riguarda le fasi fenologiche, dividendo il ciclo in 100 passaggi, suddivisi in blocchi: germinazione, crescita plantule, accestimento, levata, botticella, spigatura, antesi e maturazione lattea, cerosa e definitiva. È molto importante correlare le fasi di sviluppo con l'accumulo di biomassa e di superficie fogliare:

Il tracciato nero indica l'accumulo di biomassa che è basso dalla semina fino all'inizio della levata; per quanto riguarda la superficie fogliare ha un massimo in corrispondenza dell'antesi della coltura e poi ha una caduta veloce in quanto, nel momento in cui cominciano a svilupparsi i semi nei cereali, questi attraggono i fotosintetati e, successivamente, proteine: si ha quindi la senescenza delle foglie a partire dai nodi più bassi. Questo perché le foglie dei nodi più bassi non intercettano radiazione ma respirano e, inoltre, nelle parti finali del ciclo, le grandi esigenze in termini di zuccheri e amminoacidi vengono prese dai tessuti ancora vitali, che vanno quindi in senescenza. Si ha la fase di accestimento in autunno-inverno, la levata a partire dalla fine dell'inverno che si caratterizza per l'accumulo di biomassa e sviluppo fogliare. L'accumulo di biomassa per ettaro rappresenta alla fine poco meno del 50% della biomassa della coltura. Cosa molto importante è il momento del viraggio, che avviene nella prima metà di febbraio: l'apice da vegetativo diventa riproduttivo, sotto la spinta della risposta all'ambiente. Quanto più ricca la disponibilità di azoto (molta concimazione o radità delle piante), tanto più questi abbozzi saranno dimensionati per consentire un accumulo di fotosintetati nelle fasi post fioritura.

Germinazione

La germinazione è un processo per cui dal germe vengono emesse prima la radichetta e poi la piumetta che fuoriescono dai tegumenti seminali: per fare questo è necessario che i semi imbibiscano e che le temperature siano sufficienti. Quello che conta non è la temperatura ottimale, i 20 °C, ma la temperatura minima a cui l'emergenza si compie in tempi ragionevoli (2-3 settimane), ossia i 2-4 °C. Fuoriesce la radichetta protetta dalla cuffia, fuoriesce la piumetta protetta dal coleoptile, si ha l'allungamento dell'epicotile, si ha la formazione del nodo di accestimento alla superficie e si ha l'emergenza della prima foglia vera.

È importante il fenomeno dell'accestimento che dipende dall'epoca di semina, dalla densità di semina e dalla fertilità. Di solito si distribuiscono 100-150 chili/ettaro di seme. In aree vocate non ci si affida al fenomeno dell'accestimento, ma si distribuisce una quantità di seme tale da avere lo stesso numero di spighe alla raccolta.

Le fasi di levata sono molto rapide e sono le fasi in cui la coltura ha il maggiore assorbimento di nutrienti e bisogna quindi avere distribuito i fertilizzanti prima. In genere, in pianura padana il frazionamento dell'azoto avviene con una dose a metà febbraio, a metà marzo per intercettare la levata ed una eventuale ultima dose per influire sul tenore in proteina se la varietà è frumento di forza o panificabile. La fioritura non è altro che l'estroflessione delle antere dalle glumette e la fecondazione avviene prima della fioritura. Normalmente sono presenti circa 2 fiori per spighetta (36-40 per spiga) in buone condizioni di coltivazione.

In tutte le colture da granella, c'è una relazione molto stretta fra il numero di cariossidi per m² e i quintali per ettaro prodotti: maggior numero di semi/cariossidi per m² maggiore la produzione. Il ruolo dei componenti della resa, numero di piante per m², numero di spig...