La nutrizione azotata degli ortaggi

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1 La nutrizione azotata degli ortaggi Maria Gonnella 1, Francesco Di Gioia 2, Pietro Santamaria 2 1 Istituto di Scienze delle Produzioni Alimentari (ISPA) Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Bari, Italia 2 Dipartimento di Scienze Agro-ambientali e Territoriali Università degli Studi di Bari Aldo Moro, Bari, Italia Workshop La gestione della nutrizione minerale nelle colture di serra Comiso - 20 settembre 2013

2 la nutrizione azotata degli ortaggi Indice della relazione Importanza dell azoto nelle colture orticole Effetti della carenza ed eccesso di azoto negli ortaggi Il caso della lattuga: risposta produttiva all N ritmo di asportazione dell N risposta qualitativa all N Le forme chimiche dell azoto Efficienza d uso dell azoto nelle colture orticole

3 la nutrizione azotata degli ortaggi AZOTO (N) Rappresenta (dopo O, C e H) il nutriente essenziale quantitativamente più richiesto dalle piante È il costituente di DNA, RNA, ATP, proteine, clorofilla, auxine, citochinine, alcaloidi, glucosinolati È l elemento essenziale più abbondante nell atmosfera, idrosfera e biosfera terrestre Assieme all acqua, rappresenta uno dei maggiori fattori limitanti per la crescita delle colture

4 la nutrizione azotata degli ortaggi N 2 N N NH 4 + NO 3 -

5 la nutrizione azotata degli ortaggi 1913 Processo Haber-Bosch Sintesi industriale ammoniaca

6 140 la nutrizione azotata degli ortaggi Consumo mondiale di fertilizzanti azotati 10 Consumo mondiale di fertilizzanti azotati Consumo mondiale fertilizzanti azotati (tonnellate x ) Popolazione e Superficie mondiale coltivata 0 0 Fonte: FAOSTAT

7 la nutrizione azotata degli ortaggi Consumo mondiale di fertilizzanti azotati Fonte: FAOSTAT

8 la nutrizione azotata degli ortaggi Consumo mondiale di fertilizzanti azotati Fonte: FAOSTAT

9 Carenza ed eccesso di N negli ortaggi

10 Carenza ed eccesso di N negli ortaggi Effetti della carenza di N su crescita, produzione qualità degli ortaggi Prova AZORT

11 Carenza ed eccesso di N negli ortaggi carenza di azoto livello standard di azoto

12 Carenza ed eccesso di N negli ortaggi + N - N

13 Carenza ed eccesso di N negli ortaggi Effetti negativi di carenze ed eccessi di N sulla produzione e qualità di pomodoro, patata e lattuga. Parametri Pomodoro Patata Lattuga Carenza - riduzione pezzatura frutti - riduzione zuccheri - riduzione pezzatura tuberi - minor numero di tuberi commercializzabili - riduzione peso cespi -diminuzione ß- carotene Eccesso - aumento marciume apicale frutti - diminuzione ß-carotene e sostanza secca % - diminuzione consistenza frutti - Ritardo nella maturazione dei frutti) - diminuzione sostanza secca e amido - aumento zuccheri riduttori e solanina - aumento imbrunimento tuberi - sapore attenuato - riduzione conservabilità - accumulo nitrati nelle foglie - sapore amaro - diminuzione vitamine B1 e B2 - aumento necrosi marginale foglie

14 Carenza ed eccesso di N negli ortaggi Eccesso di N: vigore vegetativo, suscettibilità patogeni, ritardo maturazione, qualità Prova AZORT + N - N Prova AZORT

15 Carenza ed eccesso di N negli ortaggi Eccesso di N su lattuga: necrosi marginale + N - N

16 Carenza ed eccesso di N negli ortaggi Eccesso di N su broccolo: cuore cavo + N - N

17 impatto dell eccesso di azoto Impatto ambientale: lisciviazione NO 3 - in falda Direttiva nitrati 91/676 del 12 dicembre 1991 relativa alla protezione delle acque dall inquinamento provocato da nitrati provenienti da fonti agricole 167 cm Profondità radici Live Oak, FL, USA

18 impatto dell eccesso di azoto Impatto ambientale: eutrofizzazione

19 impatto dell eccesso di azoto Accumulo di nitrati: fattore anti-nutrizionale metaemoglobinemia Emoglobina Fe++ + NO 2 - Metaemoglobina Fe+++ + NO 2 2- potenziale rischio cancerogeno NO 3 - NO Ammine Nitrosammine cancerogene mutagene

20 impatto dell eccesso di azoto Limiti del contenuto di nitrati - Reg. EC n /2011 Prodotto Periodo della raccolta NO 3 (mg / kg p.f.) Spinaci freschi per tutto l anno Lattughe (tranne Iceberg ) Lattuga tipo Iceberg Rucola (Eruca sativa) dal 1 ottobre al 31 marzo: -lattuga coltivata al coperto -lattuga coltivata in pien aria dal 1 aprile al 30 settembre: -lattuga coltivata al coperto -lattuga coltivata in pien aria per tutto l anno: -lattuga coltivata al coperto -lattuga coltivata in pien aria dal 1 ottobre al 31 marzo: dal 1 aprile al 30 settembre

21 il caso della lattuga: prove AZORT Lattuga: Alta sensibilità alla carenza di N Radici piuttosto superficiali Ridotta capacità di assorbimento dell N Elevata capacità di accumulo di nitrati (NO 3- ) Raccolta in pieno sviluppo vegetativo

22 il caso della lattuga: prove AZORT Exp 1: Conversano (Ba)

23 il caso della lattuga: prove AZORT Exp 2: Polignano (Ba)

24 il caso della lattuga: prove AZORT Foglia di quercia (Lactuca sativa L. var. crispa) cv Aruba non forma il cespo Romana (Lactuca sativa L. var. longifolia) cv Manavert forma il cespo

25 il caso della lattuga: prove AZORT Quando: ciclo autunno-vernino del 2007 e 2008 Due cv: Romana: cv. Manavert (Lactuca sativa L. var. longifolia) Foglia di quercia: cv. Aruba (Lactuca sativa L. var. crispa) Dose N: 0, 60, 120 and 180 kg/ha di N 50% solfato ammonico in pre-trapianto 50% nitrato ammonico in post-trapianto Disegno sperimentale: split plot con 3 repliche Densità d impianto: 9,5 piante/m 2 Metodo irriguo: aspersione con mini-sprinkler

26 il caso della lattuga: prove AZORT Qual è la risposta produttiva a dosi crescenti di azoto? L azoto ha effetti sulla qualità? Ci sono differenze tra le due tipologie di lattuga?

27 il caso della lattuga: prove AZORT Risposta produttiva (peso fresco) Produzione fresca (t ha -1 ) Aruba Exp 1 Aruba Exp 2 Manavert Exp 1 Manavert Exp 2 Max yield 0 Fonte: Di Gioia Dose N (kg ha -1 )

28 il caso della lattuga: prove AZORT 3.0 Risposta produttiva (peso secco) Produzione secca (t ha -1 ) Dose N (kg ha -1 ) Fonte: Di Gioia 2010

29 il caso della lattuga: prove AZORT Indice di risposta all azoto (P max / P N0 ) Fonte: Di Gioia 2010

30 il caso della lattuga: prove AZORT Variazione della [NO 3- ] e SS in funzione del genotipo e della dose di N

31 Fonte: Di Gioia et al., 2010 il caso della lattuga: prove AZORT

32 il caso della lattuga: prove AZORT Qual è il ritmo di crescita della coltura? Qual è il ritmo di asportazione dell N nelle due tipologie di lattuga? Esiste una relazione tra produzione di biomassa e asportazione di N?

33 il caso della lattuga: prove AZORT Exp 1: cv. Manavert Fonte: Di Gioia 2010

34 il caso della lattuga: prove AZORT Exp 1: cv. Aruba Fonte: Di Gioia et al., 2010

35 il caso della lattuga: prove AZORT N uptake (kg ha -1 ) Relazione tra asportazione di N e produzione di biomassa secca N0 N60 N120 N180 Poli. (N0) Poli. (N60) Poli. (N120) Poli. (N180) Poli. (CrNup) Manavert Exp 1 In condizioni di N non limitanti N Cup = 45.6 (DW) DW (t ha -1 ) Fonte: Di Gioia 2010

36 il caso della lattuga: prove AZORT N uptake (kg ha -1 ) Aruba Exp 1 Manavert Exp 1 Aruba Exp 2 Manavert Exp 2 Lineare (Aruba Exp 1) Lineare (Manavert Exp 1) Lineare (Aruba Exp 2) Lineare (Manavert Exp 2) N Leaf Area Index Livello di N non limitante N Cup = 20 LAI (Aruba) N Cup = 16 LAI (Manavert) Fonte: Di Gioia 2010

37 forme chimiche dell N: NO 3 -N vs NH 4 -N Qual è l effetto delle forme azotate su produttività e qualità? Qual è la migliore forma di azoto? Qual è il miglior rapporto tra NH 4 -N e NO 3 -N?

38 forme chimiche dell N: NO 3 -N vs NH 4 -N Il paradosso dell ammonio (NH 4+ ): Rappresenta un importante risorsa di N; È coinvolto in numerose reazioni metaboliche; Dato il suo stato di ossidazione, l assimilazione all interno delle cellule vegetali non richiede una ulteriore riduzione consentendo un notevole risparmio energetico; Nel caso in cui l NH 4 + sia la risorsa esclusiva di N, esso può essere tossico per molte, se non per tutte, le specie vegetali

39 Assimilazione dell azoto: forme chimiche dell N: NO 3 -N vs NH 4 -N

40 forme chimiche dell N: NO 3 -N vs NH 4 -N L eccesso di N ammoniacale può essere tossico per le piante Eccesso di N ammoniacale su anguria innestata

41 forme chimiche dell N: NO 3 -N vs NH 4 -N Reazione basica Assorbimento NO 3 - (0,67) OH - HCO 3 Radici Reazione acida Assorbimento NH 4 + H + (1,33) Nitrificazione NH 4 + NO H + Urea

42 forme chimiche dell N: NO 3 -N vs NH 4 -N L eccesso di N ammoniacale limita l assorbimento di K + e Ca 2+ favorendo fenomeni di marciume apicale

43 forme chimiche dell N: NO 3 -N vs NH 4 -N Idrocoltura e forme chimiche dell N

44 forme chimiche dell N: NO 3 -N vs NH 4 -N Carciofo 100% N-NO 3 70% N-NO 3 30% N-NO 3 30% N-NH 4 70% N-NH 4 100% N-NH 4 Fonte: Elia, Santamaria e Serio, 1996.

45 forme chimiche dell N: NO 3 -N vs NH 4 -N Efflusso nella soluzione nutritiva di ioni H + (valori positivi) e OH - (valori negativi) da parte delle radici di carciofo alimentate con diversi rapporti tra le forme chimiche dell N. Fonte: Elia, Santamaria e Serio, 1996.

46 forme chimiche dell N: NO 3 -N vs NH 4 -N Influenza del rapporto NH 4 :NO 3 sul contenuto dei principali anioni e cationi e sul contenuto di N totale e ridotto in foglie di carciofo Fonte: Elia, Santamaria e Serio, 1996.

47 forme chimiche dell N: NO 3 -N vs NH 4 -N Fonte: Santamaria e Elia, Peperone

48 forme chimiche dell N: NO 3 -N vs NH 4 -N Peperone 100% N-NH 4 100% N-NO 3 Fonte: Santamaria e Elia, 1995.

49 forme chimiche dell N: NO 3 -N vs NH 4 -N Fonte: Santamaria e Elia, Efflusso nella soluzione nutritiva di ioni H + (valori positivi) e OH - (valori negativi) da parte delle radici di peperone alimentate con diversi rapporti tra le forme chimiche dell N.

50 forme chimiche dell N: NO 3 -N vs NH 4 -N Cima di rapa NH 4 :NO 3

51 forme chimiche dell N: NO 3 -N vs NH 4 -N Cima di rapa NH 4 :NO 3 100:0 70:30 30:70 0:100

52 forme chimiche dell N: NO 3 -N vs NH 4 -N Spinacio 8 mm 100% N-NH 4 8 mm 100% N-NO 3 Fonte: Elia, Santamaria e Serio, 1998.

53 forme chimiche dell N: NO 3 -N vs NH 4 -N Rucola (Eruca sativa L.) 100% N-NH 4 50% N-NO 3 50% N-NH 4 100% N-NO 3 Fonte: Santamaria et al., 1998

54 forme chimiche dell N: NO 3 -N vs NH 4 -N Indivia col 100% di N-NH 4 Fonte: Santamaria e Elia, 1997.

55 forme chimiche dell N: NO 3 -N vs NH 4 -N Indivia col 50% di N-NH 4 e 50% di N-NO 3 Fonte: Santamaria e Elia, 1997.

56 forme chimiche dell N: NO 3 -N vs NH 4 -N Cicoria catalogna 100% N-NH 4 50% N-NO 3 50% N-NH 4 100% N-NO 3 Fonte: Santamaria et al., 1998

57 forme chimiche dell N: NO 3 -N vs NH 4 -N Sedano 100% N-NO 3 70% N-NO 3 30% N-NO 3 100% N-NH 4 30% N-NH 4 70% N-NH 4 Fonte: Santamaria et al., 1999

58 forme chimiche dell N: NO 3 -N vs NH 4 -N Fonte: Santamaria et al., 2000 Capacità di utilizzo dell NH 4 + Indivia Cicoria Finocchio Sedano Scarola Lattuga Radicchio Rucola Bietola Spinacio

59 efficienza d uso dell azoto (NUE) Qual è l efficienza d uso dell azoto nelle colture orticole?

60 efficienza d uso dell azoto (NUE) NUE (Nitrogen Use Efficiency) Efficienza di assorbimento: abilità della coltura di asportare N dal suolo Efficienza di assimilazione: abilità della coltura di utilizzare l N assorbito per crescita e produzione

61 efficienza d uso dell azoto (NUE) NUE Genotipo Caratteristiche biochimiche

62 efficienza d uso dell azoto (NUE) Indici di NUE Efficienza di recupero dell N applicato: REC N = (A F A 0 ) / N F esprime l incremento di asportazione dell N da parte della coltura per kg di N applicato REC N A F A 0 N F Efficienza di recupero dell N applicato N (kg/ha) assorbito da piante fertilizzate N (kg/ha) assorbido da piante NON fertilizzate Dose di fertilizzante N applicato (kg/ha)

63 efficienza d uso dell azoto (NUE) Indici di NUE NUE o Fattore di produttività dell N: FP N = P F / N F esprime i kg di prodotto raccolto per kg di N applicato FP N P F N F Fattore di produttività o efficienza d uso dell N generale Produzione ottenuta in piante concimate Dose di fertilizzante N applicato (kg/ha)

64 il caso della lattuga: prove AZORT Apparent N recovery REC N (kg of N assorbito per kg di N applicato) Manavert Exp 1 Aruba Exp 1 Manavert Exp 2 Aruba Exp 2 Lineare (Manavert Exp 1) Lineare (Aruba Exp 1) Lineare (Manavert Exp 2) Lineare (Aruba Exp 2) N rate (kg ha -1 ) Fonte: Di Gioia 2010

65 il caso della lattuga: prove AZORT PFP N NUE (kg di peso secco prodotto per kg di N applicato) Manavert Exp 1 Aruba Exp 1 Manavert Exp 2 Aruba Exp N rate (kg ha -1 ) Fonte: Di Gioia 2010

66 il caso della lattuga: prove AZORT PFP N NUE (kg di peso fresco prodotto per kg di N applicato) Manavert Exp 1 Aruba Exp 1 Manavert Exp 2 Aruba Exp Fonte: Di Gioia 2010 N rate (kg ha -1 )

67 il caso della lattuga: prove AZORT Soil residual NO 3 -N (kg ha -1 ) Exp 1 Exp 2 Residuo di NO 3 -N nel suolo (0-30 cm) Fonte: Di Gioia 2010 N rate (kg ha -1 )

68 il caso della lattuga: prove AZORT Soil N losses (kg ha -1 ) Exp 1 Exp 2 Stima della perdita di N dai primi 30 cm di suolo 0 Fonte: Di Gioia N rate (kg ha -1 )

69 necessità per il futuro dell orticoltura Migliorare l efficienza d uso dell azoto nei sistemi orticoli minimizzando l impatto ambientale ed i costi di produzione legati alla concimazione azotata e assicurando l ottenimento di elevate rese produttive e buoni standard qualitativi, attraverso: la diffusione e l applicazione di strumenti per la gestione razionale e sito-specifica della concimazione azotata; il miglioramento genetico e la selezione di genotipi caratterizzati da una maggiore efficienza di asportazione e assimilazione dell azoto;

70 Grazie!!! Josefina Cacchiarelli Nicola Gentile Osman Ayala e Mina Florio Vito Buono