Sistemi Colturali. CropSyst crescita e sviluppo delle colture

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1 CropSyst crescita e sviluppo delle colture

2 Aspetti che affronteremo Sviluppo Crescita della coltura in relazione a: disponibilità di luce temperatura disponibilità idrica disponibilità di nutrienti Ripartizione degli assimilati

3 CropSyst: generico simulatore di colture CropSyst simula la crescita e lo sviluppo di colture erbacee usando un simulatore generico Le diverse specie e cultivar sono descritte da un set di parametri che descrivono le caratteristiche morfologiche e fisiologiche della coltura, e quindi la sua risposta all ambiente (file.crp crop )

4 Crescita e sviluppo Sviluppo: procedere della coltura attraverso stadi fenologici (es. dall emergenza alla prima foglia vera) Crescita: accumulo di biomassa sua ripartizione negli organi

5 Sviluppo della coltura E molto importante: determina il momento in cui la coltura avrà bisogno di luce, acqua, nutrienti Alcuni processi vengono simulati o meno in diverse fasi fenologiche mentre la simulazione di altri viene "modulata" in vari modi a seconda dello stadio di sviluppo Influenza anche il momento di raccolta e quindi la resa

6 Sviluppo in CropSyst Accumulo di gradi giorno, in funzione di: temperatura media dell aria temperatura massima e minima per la coltura fotoperiodo e vernalizzazione stress idrico L accumulo di gradi giorno influenza: stadi fenologici durata dell area fogliare

7 Calcolo gradi giorno GDD oggi = (T media * T base ) min(f ver, f foto ) T media * T T Tcutoff T 2 max base T base ( C): temperatura minima per la coltura T cutoff ( C): temperatura massima per la coltura min F ver, F foto : fattori di correzione per vernalizzazione e fotoperiodo T T media media T T base cutoff elsewhere

8 Vernalizzazione Vernalization contribution of each day (Vi) Vi 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, Temperature ( C)

9 Fotoperiodo Influence of photoperiod (long-day crop) fphoto 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, Daylenght (h)

10 Fasi fenologiche considerate da CropSyst Planting event = semina Preemergence = pre-emergenza Emergence = emergenza (50) Active growth = post-emergenza Flowering = fioritura (690) Grain filling = riempimento granella (720) Physiological maturity = mat. fis. (1611) Harvest event = raccolta

11 Crescita e disponibilità di radiazione luminosa Intercettazione della luce Fotosintesi lorda netta (sottraggo respirazione per mantenimento e crescita) Ripartizione assimilati

12 Intercettazione della radiazione La stima della radiazione intercettata dalla coltura è importantissima Dipende dal LAI (Leaf Area Index) Essa influenza direttamente la fotosintesi giornaliera (radiazione globale PAR biomassa) il rapporto tra evaporazione potenziale e traspirazione potenziale

13 Legge di Lambert-Beer Frazione di radiazione intercettata = 1 e -k LAI Graminacee: k = 0.5 (foglie verticali) Leguminose: k = 0.7 (foglie orizzontali) k dipende da: genotipo ora del giorno distanza di semina età della pianta (!!!)

14 Radiazione intercettata e LAI Frazione intercettata 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 k 0,7 0,6 0,5 0, LAI (m 2 /m 2 )

15 Fotosintesi netta in funzione della radiazione G R = RUE (f int PAR) T lim G R = crescita in funzione della radiazione (kg m -2 d -1 ) RUE = Radiation Use Efficiency = Ligth to above ground biomass conversion (kg MJ -1 ) = tasso di fotosintesi netta f int = frazione di radiazione intercettata PAR = Photosynthetically Active Radiation (MJ m -2 d -1 ) T lim = limitazione da temperatura

16 Limitazione da temperatura 1,0 0,8 Tlim 0,6 0,4 0,2 0, Temperatura media (Tavg, C)

17 Fotosintesi netta in funzione della radiazione: assunzioni RUE deve essere determinata per una coltura in condizioni di crescita ottimali (non limitata da acqua, nutrienti, malattie, parassiti ) RUE determinata in condizioni di basso deficit di pressione di vapore (solo per CropSyst!!!)

18 Crescita e domanda traspirativa G TR = k BT (T / VPD) G TR = crescita in funzione della traspirazione potenziale (kg m -2 d -1 ) k BT = biomass-transpiration coefficient (kg m -2 ) kpa m -1 = tasso di fotosintesi netta T = traspirazione (m -3 m -2 d -1 ) ovvero (m d -1 ) VPD = vapor pressure deficit (kpa)

19 Crescita e domanda traspirativa: limiti Relazione non valida a bassi valori di VPD Va sempre confrontata con la stima in funzione della radiazione

20 Crescita potenziale G P = min (G R, G TR ) (kg m -2 d -1 ) G P = crescita potenziale In questo modo considero il fattore più limitante (radiazione o domanda traspirativa)

21 Crescita in funzione della disponibilità di acqua (e azoto) NF = 1 - (NC crit -NC a ) / (NC crit -NC min ) NF = nitrogen factor NC crit = concentrazione critica (%) NC a = concentrazione effettiva nella pianta (%) NC min = concentrazione minima (%)

22 Diluizione dell azoto Contenuto in N totale (kg N / t) Crescita non limitata da N Crescita limitata da N massima critica minima 5 0 Nessuna crescita Biomassa aerea totale (t SS / ha)

23 Crescita in funzione della disponibilità di acqua (e azoto) La resistenza stomatica (RSc; day mm -1 ) aumenta in condizioni di crescita limitata da N RScNF = RSc / NF RScNF = resistenza stomatica della canopy in condizioni limitate da azoto (day mm -1 ) NF = fattore di stress da azoto Da Tp (traspirazione potenziale) si deriva TN (traspirazione limitata da azoto)

24 Crescita in funzione della disponibilità di acqua (e azoto) La traspirazione reale (Ta) si calcola a partire da TN sulla base della disponibilità reale di acqua nel suolo e della capacità della pianta di estrarla G W = G P (Ta / Tp) G W = crescita limitata da disponibilità idrica (kg m -2 d -1 )

25 Crescita in funzione della disponibilità di azoto G N = G W NF G N = crescita limitata da disponibilità di azoto (kg m -2 d -1 ) NF = fattore di stress da azoto

26 Ma il LAI da dove viene? Biomassa LAI LAI (m 2 /m 2 ) Biomassa aerea (t SS/ha) Profondità radicale (massima al raggiungimento del massimo LAI) LAI = SLA [B / (1 + p B)] SLA = Specific Leaf Area (m 2 /kg) B = biomassa aerea totale (t SS/ha) p = coefficiente empirico (Stem/Leaf partition coefficient)

27 Specific Leaf Area (SLA) E la quantità di area fogliare prodotta per unità di biomassa che viene ripartita verso le foglie Nella pratica non è costante, ma in CropSyst sì Al modello si fornisce una media di valori ottenuti in condizioni ottimali all inizio del periodo di crescita

28 Leaf Area Duration (LAD) E la durata, espressa in gradi giorno, dell area fogliare Ogni giorno viene emessa una certa quantità di area fogliare. La sua vita inizia quel giorno e termina quando sono stati accumulati i gradi giorno pari a LAD Lo stressi idrico accelera l accumulo di gradi giorno (non influenzato da vernalizzazione e fotoperiodo)

29 Suddivisione dell ETP L evapotraspirazione potenziale (ETP) include: evaporazione dal suolo (EP) traspirazione dalla pianta (TP) Viene ripartita in EP e TP in funzione della copertura del terreno da parte della coltura (come per intercettazione della luce)

30 Suddivisione dell ETP Evapotraspirazione potenziale (ETP) Frazione di luce intercettata Frazione di luce non intercettata Residui 1-residui Traspirazione della coltura Evapor. dai residui Evapor. dal terreno

31 Resa della coltura CropSyst non prevede, per semplicità, una ripartizione giornaliera degli assimilati Solo la biomassa aerea viene simulata giornalmente Alla raccolta, viene stimata la quantità di biomassa contenuta nel prodotto utile (resa), in base all harvest index (influenzato da disponibilità idrica)