Satelliti e altre tecnologie innovative a supporto di tecniche di fertilizzazione a rateo variabile in risicoltura.

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1 Satelliti e altre tecnologie innovative a supporto di tecniche di fertilizzazione a rateo variabile in risicoltura

2 Elementi di fisiologia della pianta di riso, fertilità dei suoli ed aspetti agronomici nella gestione della concimazione in risaia, con particolare riferimento alla nutrizione azotata Maurizio Tabacchi

3 Argomenti del seminario Riso: cenni di fisiologia della pianta Riso: fertilità del suolo Azoto e riso: un binomio fondamentale ma difficile da ottimizzare Alcune considerazioni su fosforo e potassio in risaia Elementi di fisiologia della pianta di riso, fertilità dei suoli ed aspetti agronomici nella gestione della concimazione in risaia, con particolare riferimento alla nutrizione azotata

4 Argomenti del seminario Riso: cenni di fisiologia della pianta Riso: fertilità del suolo Azoto e riso: un binomio fondamentale ma difficile da ottimizzare Alcune considerazioni su fosforo e potassio in risaia Elementi di fisiologia della pianta di riso, fertilità dei suoli ed aspetti agronomici nella gestione della concimazione in risaia, con particolare riferimento alla nutrizione azotata

5 CENNI DI FISIOLOGIA DELLA PIANTA DI RISO La fenologia è quella disciplina che descrive alcuni caratteri morfologici delle piante, rilevabili dall occhio umano e ricollegabili ai processi fisiologici, al fine di fornire uno strumento semplificato, ma basato scientificamente, utile per le attività di monitoraggio (scouting e/o rilievi), analisi e gestione agronomica delle colture (supporto alle decisioni per gestione livelli idrici, fertilizzazione e difesa della coltura) La fenologia distingue e codifica nel ciclo vitale fasi e stadi ricorrenti e propone scale numeriche di facile interpretazione, che possono essere condivise e adottate dagli operatori del settore con ridotti margini di errore

6 FENOLOGIA DELLA PIANTA DI RISO Fenologia secondo la convenzione BBCH La scala BBCH permette di racchiudere tutte le scale già esistenti e di estenderle a tutte le specie per le quali attualmente non sono disponibili scale apposite. Essa è divisa in stadi di sviluppo primari e secondari. Ogni stadio viene caratterizzato da un codice composto da due cifre. L intero ciclo è suddiviso in dieci stadi principali indicati con i numeri da 0 a 9. All interno degli stadi principali possono essere individuati stadi secondari che definiscono fenomeni di più breve durata. I codici degli stadi secondari possono indicare sequenze progressive di comparsa o valori percentuali rispetto al completamento dello stadio stesso. Per esempio, il codice 3 può indicare la terza foglia, il terzo culmo, il terzo nodo oppure il 30% della lunghezza finale, il 30% della fioritura.

7 FENOLOGIA DELLA PIANTA DI RISO 0 Germinazione 00 Seme secco (cariosside) 01 Inizio dell'imbibizione del seme 03 Imbibizione del seme completa 05 Emissione della radichetta (becco di piccione) 06 Allungamento della radichetta, comparsa di peli radicali e radici laterali 07 Fuoriuscita del coleoptile dalla cariosside (nel riso seminato in acqua avviene prima dello stadio 05) 09 Emissione piumetta ancora arrotolata

8 FENOLOGIA DELLA PIANTA DI RISO 1 Sviluppo fogliare 10 Piumetta distesa 11 1 foglia sviluppata 12 2 foglie sviluppate 13 3 foglie sviluppate 14 4 foglie sviluppate 15 5 foglie sviluppate 16 6 foglie sviluppate 17 7 foglie sviluppate 18 8 foglie sviluppate 19 9 o più foglie sviluppate

9 FENOLOGIA DELLA PIANTA DI RISO 2 Accestimento 20 Nessun culmo d'accestimento 21 Inizio accestimento: primo culmo rilevabile 22 2 culmi di accestimento rilevabili 23 3 culmi di accestimento rilevabili 24 4 culmi di accestimento rilevabili 25 5 culmi di accestimento rilevabili 26 6 culmi di accestimento rilevabili 27 7 culmi di accestimento rilevabili 28 8 culmi di accestimento rilevabili 29 Fine accestimento

10 FENOLOGIA DELLA PIANTA DI RISO 3 Levata 30 Differenziazione della pannocchia o stadio dell'anello verde 32 Formazione della pannocchia, 1-2 mm di lunghezza BBCH 32 BBCH 30

11 FENOLOGIA DELLA PIANTA DI RISO 3 Levata 34 Allungamento dell'internodo (pannocchia > 2 mm) 37 Foglia paniculare appena visibile, ancora arrolotolata 39 Stadio della foglia paniculare distesa (collari dell ultima e della penultima foglia allineati) BBCH 39 Lo stadio 39 BBCH corrisponde nella maggior parte delle varietà allo stadio di microsporogenesi (formazione cellule madri del polline), lo stadio più sensibile alle basse temperature

12 FENOLOGIA DELLA PIANTA DI RISO 4 Botticella 41 Stadio di botticella precoce 43 Stadio di botticella intermedio 45 Stadio di botticella tardivo 47 Apertura della guaina della foglia paniculare 49 Guaina della foglia paniculare aperta BBCH 47-49

13 FENOLOGIA DELLA PIANTA DI RISO 5 Emissione della pannocchia 51 Inizio dell'emissione della pannocchia 53 30% di pannocchie emesse 55 Metà delle infiorescenze fuoriuscite 57 70% di pannocchie emesse 59 Infiorescenze completamente fuoriuscite 6 Fioritura (culmo principale) 61 Inizio della fioritura 65 Fioritura completa: 50% di fiori aperti/primi petali caduti 69 Fine della fioritura: gruppo di frutti visibili BBCH 69

14 FENOLOGIA DELLA PIANTA DI RISO 7 Sviluppo del frutto 71 Maturazione acquosa 73 Maturazione lattea precoce 75 Maturazione lattea intermedia 77 Maturazione lattea tardiva 8 Maturazione 83 Maturazione cerosa precoce 85 Maturazione cerosa tenera 87 Maturazione cerosa dura 89 Maturazione completa 9 Senescenza 92 Sovramaturazione 97 Piante morte e collassate 99 Prodotto raccolto BBCH 89-92

15 CENNI DI FISIOLOGIA DELLA PIANTA DI RISO Il ciclo produttivo dei cereali è convenzionalmente suddiviso in due principali fasi: quella vegetativa, durante la quale le piante producono tessuti e organi vegetativi (radici, foglie, gemme), e quella riproduttiva, durante la quale si formano e maturano gli organi della riproduzione (infiorescenze e parti delle stesse). Spesso la fase riproduttiva è divisa in due sottofasi, che sono sviluppo (cambio di strategia e funzione) e differenziazione degli organi riproduttivi, dall inizio della formazione dell infiorescenza all inizio della emissione della stessa (spigatura) maturazione, dalla fioritura/allegagione alla cariosside matura L equilibrio dinamico strutturale fra apparato fogliare, che svolge la funzione di fonte dei prodotti della fotosintesi (source) e quello riproduttivo, che svolge la funzione di organo di accumulo (sink) degli stessi, risulta di particolare importanza in relazione ai rapporti fisiologici e ai fini agronomici.

16 CENNI DI FISIOLOGIA DELLA PIANTA DI RISO

17 CENNI DI FISIOLOGIA DELLA PIANTA DI RISO Germinazione Consiste in tre processi concatenati di imbibizione, attivazione e postgerminazione. Durante l imbibizione, la cariosside assorbe acqua e passa in meno di un giorno, indipendentemente dalla temperatura, da un contenuto idrico del 14% a circa il 30-35%. I processi di crescita e sviluppo successivi sono tutti dipendenti dalla temperatura dell ambiente (acqua o aria ove è collocata la cariosside), che influenza fortemente, in modo differenziato a seconda della fase, il ritmo con cui avvengono. A temperatura ottimale (26-28 C) il processo di germinazione può avvenire in pochi giorni (2-3), con temperature basse e/o oscillanti al di sotto della temperatura cardinale minima (10 C) il processo può richiedere 2-3 settimane. Si considera conclusa la germinazione quando appaiono ben evidenti la plantula e la radichetta (radice embrionale), entrambe perfettamente formate e in equilibrio strutturale tra loro. La cariosside, in condizioni di anaerobiosi, emette prima l apparato fogliare e poi la radichetta, in condizioni di aerobiosi, invece, è emessa prima la radice embrionale che svolge immediatamente la funzione di radicamento e, successivamente, di assorbimento.

18 CENNI DI FISIOLOGIA DELLA PIANTA DI RISO Sviluppo fogliare Le prime fasi del ciclo della pianta, dalla germinazione fino alla completa espansione della terza foglia, sono a carico delle riserve nutritive presenti nella cariosside e circa il 60 % del peso della cariosside viene convertito in nuovi organi, con l obiettivo di produrre un apparato fogliare per svolgere la fotosintesi e un apparato radicale capace di assorbire acqua ed elementi nutritivi. Il ritmo di emissione delle foglie (fillocrone, vale a dire l intervallo di tempo compreso tra l emissione di una foglia e quella della successiva) dipende dalla T e il numero massimo è determinato dalla interazione genotipo x ambiente. Fino al raggiungimento della fase riproduttiva, compare una foglia ogni 4-5 giorni, successivamente ogni 7-8 giorni, in quanto nella prima fase sono richiesti circa 100 gradi-giorno per lo sviluppo completo di una foglia, mentre nella seconda circa 170. Alle lamine fogliari del riso si attribuisce importanza come sede della fotosintesi. Alle guaine fogliari, invece, vengono attribuite la funzione meccanica di sostegno dell intera struttura sia prima sia dopo l inizio della levata e quella di sito di accumulo temporaneo di amido e zuccheri, prima della spigatura.

19 CENNI DI FISIOLOGIA DELLA PIANTA DI RISO Accestimento E una fase del ciclo vegetativo del riso caratterizzata dalla rapida produzione di gemme e culmi, generalmente uno primario e più culmi secondari, che originano dallo stesso apice meristematico. Durante la fase vegetativa, all ascella di ogni foglia inserita sui nodi del culmo principale, viene formata una gemma di accestimento. Quando la quinta foglia emerge da un culmo, compare l apice della prima foglia dell accestimento proveniente dall ascella della seconda foglia di quel culmo (la prima foglia non produce la gemma di accestimento). In condizioni normali, ogni pianta produce da 2 a 5 culmi fertili (ma dipende molto anche dalla varietà) e l accestimento termina in concomitanza alla formazione embrionale dei primi abbozzi fiorali.

20 CENNI DI FISIOLOGIA DELLA PIANTA DI RISO Struttura fogliare e Attività fotosintetica Le foglie sono gli organi della pianta in grado di intercettare la maggior parte della radiazione solare incidente. Per indicare la capacità fotosintetica della pianta, nel riso come nelle altre colture, si fa comunemente riferimento all indice di area fogliare o LAI (Leaf Area Index). Esso esprime la somma dell area di tutte le foglie presenti sull unità di superficie di terreno. Tale parametro assume il valore più elevato nel periodo che precede l emissione dell infiorescenza, quando cioè è presente il maggior numero di foglie vitali e viene esercitata la massima attività fotosintetica della pianta. In tali condizioni il LAI può variare da 5 a 10. La dimensione dell area fogliare è il fattore che maggiormente determina la produzione granellare rispetto al ritmo di fotosintesi; quindi per aumentare la produzione si dovrebbe prioritariamente raggiungere il LAI ottimale e, secondariamente, incrementare il ritmo di fotosintesi.

21 CENNI DI FISIOLOGIA DELLA PIANTA DI RISO Struttura fogliare e Attività fotosintetica La crescita non è altro che il bilancio tra la fotosintesi (accumulo di biomassa) e la respirazione (consumo); una riduzione di respirazione da parte degli organi non direttamente collegati con la crescita (guaine fogliari, culmo e pannocchia) può portare a un aumento di produzione. Per queste ragioni una diminuzione della lunghezza del culmo e un aumento del rapporto peso foglie/peso totale alla fioritura porta a un favorevole bilancio tra fotosintesi e respirazione e ad un maggiore accumulo finale (produzione) di fitomassa. L influenza del ritmo di fotosintesi sulla produzione di biomassa diminuisce al crescere dell area fogliare. Con un aumento di LAI, il ritmo di fotosintesi diminuisce a causa dell aumento dei processi di reciproco ombreggiamento delle foglie, mentre la respirazione aumenta. Viene considerato LAI ottimale quel valore al quale l apparato fogliare riesce a sostenere il massimo ritmo di crescita della coltura. Una coltura densa e ben fertilizzata può anche raggiungere e superare LAI 10, tuttavia, sono considerati valori ottimali di LAI, per il riso, quelli compresi fra 4 e 7.

22 CENNI DI FISIOLOGIA DELLA PIANTA DI RISO Struttura fogliare e Attività fotosintetica La produzione totale di fitomassa è maggiore in condizioni di clima temperato rispetto ai climi tropicali, grazie a un più favorevole rapporto tra fotosintesi e respirazione. L azoto fogliare contribuisce fortemente alla produzione di biomassa in quanto il ritmo di fotosintesi aumenta linearmente con l aumentare della sua concentrazione. Una carenza di azoto comporta un aumento di resistenza degli stomi, particolarmente nelle foglie più basse, che si traduce in un minore ritmo di fotosintesi. La disponibilità di azoto prima della fioritura aumenta la longevità della foglia, particolarmente importante per continuare il processo di produzione di biomassa dopo la spigatura attraverso una potenziata attività fotosintetica.

23 CENNI DI FISIOLOGIA DELLA PIANTA DI RISO Struttura fogliare e Attività fotosintetica Il ritmo di fotosintesi netta della singola foglia aumenta linearmente con l aumento dell intensità luminosa fino al punto di saturazione luminosa. Foglie più spesse e con maggiore concentrazione di azoto mostrano un più elevato punto di saturazione luminosa rispetto a quelle più sottili con un contenuto di azoto inferiore. Il punto di saturazione luminosa è circa doppio quando l azoto fogliare aumenta da 11, 5 a 17, 5 mg/dm 2. Il ritmo di fotosintesi in presenza di elevate intensità luminose è strettamente legato al contenuto di clorofilla, direttamente collegato al contenuto di azoto fogliare. Nonostante l elevata intensità luminosa, può sopraggiungere una riduzione del ritmo di fotosintesi intorno a mezzogiorno a causa dell abbassamento dell umidità dell aria, delle alte temperature e del diminuito potenziale idrico della foglia e, conseguentemente, della chiusura degli stomi.

24 CENNI DI FISIOLOGIA DELLA PIANTA DI RISO Struttura fogliare e Attività fotosintetica Il ritmo di fotosintesi viene influenzato dall orientamento della foglia nello spazio all interno della canopy. Le foglie erette permettono una migliore penetrazione della luce che può raggiungere i palchi fogliari inferiori e aumentare il ritmo fotosintetico della coltura, particolarmente in condizioni di elevata intensità luminosa. Il portamento eretto della foglia bandiera, dalla quale dipende gran parte dei carboidrati collocati nella granella alla fine del ciclo, è un carattere auspicabile nelle varietà destinate alle alte produzioni. Prove effettuate utilizzando modelli di crescita della coltura hanno dimostrato che la fotosintesi può aumentare del 20% grazie al portamento della foglia, quando il LAI è elevato.

25 CENNI DI FISIOLOGIA DELLA PIANTA DI RISO Formazione e sviluppo della pannocchia Quando i collari (e tra guaina e lamina) della foglia bandiera e quello della foglia precedente appaiono allineati, la meiosi sta procedendo nelle spighette localizzate nella regione centrale della pannocchia, ancora in crescita (BBCH 39). Quando la pannocchia raggiunge la lunghezza di 5 cm è ormai determinato il numero finale di spighette. Lo stadio di botticella, considerato l ultimo dello sviluppo dell infiorescenza, viene re gistrato quando quest ultima è avvolta ancora solo dalla guaina dell ultima foglia, che appare per questo ingrossata. Sono ormai evidenti i processi di senescenza nei palchi fogliari inferiori. Foto:

26 CENNI DI FISIOLOGIA DELLA PIANTA DI RISO Tipologia e sintomi di danni da freddo su riso, South Korea (NCES, 1985) Stadio di sviluppo Temp. Critica ( C) Tipo e/o sintomo del danno Germinazione 10 Germinazione ritardata o stentata Giovane plantula 13 Crescita ritardata Colorazione gialla/arancio delle foglioline Marciume delle plantule Vegetativo 15 Inibizione di radici, crescita e accestimento Sviluppo ritardato dell abbozzo paniculare Riproduttivo 17 Inibizione dello sviluppo della pannocchia Degenerazione delle spighette Disturbo della meiosi e della formazione del polline Emissione pannocchia ritardata Fioritura 16 Eserzione incompleta della pannocchia Inibizione deiscenza delle antere e impollinazione Maturazione 14 Riempimento granelli incompleto e bassa resa Senescenza fogliare precoce La temperature critica indica la temperature alla quale si possono manifestare alcuni di questi sintomi. Danni più o meno grandi sono funzione di altri fattori (temperature, intensità e durata dello sbalzo termico, escursione giorno-notte, varietà, stadio, stato nutrizionale)