MAIS ecofisiologia e ciclo colturale

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1 Università degli Studi di Perugia Facoltà di Agraria Dipartimento di Scienze Agrarie ed Ambientali ecofisiologia e ciclo colturale Mais Prof. Marcello GUIDUCCI ordinario di agronomia e coltivazioni erbacee PROF. Marcello Guiducci Perugia, 7-8 marzo 2013 Zea mays L. Pianta annuale, altezza da 2 a 3m (fino a >5m), monoica diclina, infiorescenza maschile terminale, femminile ascellare Radici fascicolate, avventizie dal 2 internodo Culmo unico (stocco), non accestisce, nodi grossi (da 12 a 24) internodi pieni di parenchima midollare, diametro al colletto 3-4 cm INFORESCENZA MASCHILE Zea mays L. Panicolo terminale (pennacchio) Portante spighette geminate (1 sessile e 1 peduncolata) 2 fiori per spighetta, ogni fiore 3 stami grande produzione di polline Specie proterandra, Foglie parallelinervie amplessicauli (1 per nodo) con lamina ondulata, erette nei tipi coltivati, grandi (35-40 x cm), LAI ottimale alla fioritura = 5 INFIORESCENZA FEMMINILE Spiga ascellare peduncolata (pannocchia) inserita al 6-7 internodo sotto il pennacchio, all apice di un peduncolo e avvolta da brattee (cartoccio). 1 spiga per pianta, talvolta 2 Rachide cilindrico ingrossato (tutolo) file (ranghi) di spighette geminate sessili 2 fiori per spighetta, 1 solo fertile (ovario monosperma) stili lunghissimi (sete o barbe) e stigma ramificato 50 fiori per rango, ranghi per spiga, cariossidi per spiga 1

2 : accumulo biomassa 20 t/ha ss Organi di accumulo LAI 6 : superficie fogliare F Situazione ottimale biomassa pianta Stress idrico tardivo MF 2 1 Stress idrico precoce (bassa fittezza, carenze nutrizionali) maggio giugno luglio agosto settembre ottobre PAR intercettata/par incidente : Radiazione assorbita e produzione LAI massimo (alla fioritura) germinazione almeno 12 C stabili 1) sviluppo radici embrionali 2) sviluppo coleoptile (eventual. 1 internodo) emergenza circa 2 settimane dalla semina (temperatura) 2

3 Danni da gelo in piantina di mais levata sviluppo rapido fusto e foglie termina con l'emissione del pennacchio durata circa giorni (ambiente e varietà) Rapido incremento del LAI Rapido incremento della Radiazione assorbita Rapido approfondimento apparato radicale fioritura proterandra (circa 2-3 giorni) emissione pennacchio emissione polline emissione sete fecondazione Fecondazione germinazione polline % delle piante con sete emesse sete polline giorni da antesi Ritmo emissione polline crescita tubo pollinico Fecondazione nucleo secondario dell albume Fecondazione ovocellula endosperma embrione scalare (circa 2-3 giorni) Inizia nella zona centale e prosegue in senso acropeto e basipeto Iowa State University 3

4 Fasi della crescita delle cariossidi H 2 O mg/car H 2 O lattea 70% cerosa 45% Sostanza secca mg/car fisiologica 35% formazione embrione d dalla fecondazione (modesto aumento di peso) accumulo di sostanze riserva nell' endosperma (aumento lineare di peso) : ciclo colturale e fasi fenologiche maturazione cerosa (40 50 d da fioritura) (40 45% umidità granella) fecondazione Fase lenta Sviluppo embrione cellularizzazione Fase lineare accumulo amido accumulo proteine Fase disidratazione Perdita acqua maturazione fisiologica (15 d dopo m. cerosa) (strato nero, 35% umidità) : ciclo colturale e fasi fenologiche STADI FENOLOGICI DEL : fasi fenologiche Fase vegetativa* Fase riproduttiva** VE Emergenza R1 V1 1 a foglia* R2 V2 2 a foglia R3 V3 3 a foglia R4 Vn. ennesima foglia R5 Vt Compare l'infiorescenza maschile e la spiga senza sete * lo stadio fogliare è definito dall'ultima foglia con collare visibile. ** a partire da R2 si fa riferimento alle cariossidi della parte centrale della spiga. R6 Comparsa delle sete, impollinazione Formazione delle cariossidi che si presentano bianche e con liquido trasparente all'interno Maturazione lattea. Le cariossidi sono colorate, con liquido lattiginoso Maturazione cerosa. Consistenza pastosa della cariosside Formazione del dente nella cariosside Maturazione fisiologica. Comparsa del punto nero alla base della cariosside Leaf collar VE V5 VT R6 R1-R2 Abendroth, Elmore, Boyer and Marlay

5 : dettagli della fioritura femminile n semi m -2 formazione della resa X % emergenza n piante m -2 X n o spighe x pianta n fiori per spiga X % allegagione numero spighe m -2 X n cariossidi per spiga X peso cariosside mg Produzione granella t/ha piante/ha n. ranghi/spiga n. ovuli/rango n. spighe/pianta % allegagione Peso cariosside : la formazione della resa Effetto densità di semina I mais attuali hanno ridotta prolificità (1 sola spiga fertile) assente capacità di accestimento 1200 pianta cariossidi per pianta spiga principale semina 4-5 foglie germinazione 8-10 foglie Inf. maschile al colletto fioritura PERIODO CRITICO maturazione 0 spiga secondaria piante m -2 5

6 Stadi critici per la formazione della resa Durata delle fasi fenologiche temperatura genotipo stadio n. piante a m 2 G-V6 Dimensioni spiga Numero ranghi lunghezza rango Numero cariossidi per spiga Peso delle cariossidi profondità densità V4-V6 V7-V9 Vt R1-R2 R4-R5 R5 Vt R1 R2 Compare l'infiorescenza maschile e la spiga senza sete Comparsa delle sete, impollinazione Formazione delle cariossidi che si presentano bianche e con liquido trasparente all'interno GERMINAZIONE minimo 10 C stress gravi con temp. <5-7 C LEVATA Ideale C FIORITURA optimum 28 C R4 Maturazione cerosa. Consistenza pastosa della cariosside R5 Formazione del dente nella cariosside Durata delle fasi fenologiche SOMME TERMICHE altre formule per il mais SOMME TERMICHE Growing Degree Days metodo Bloc e Gouet GDD = (T max +T min )/2-6 metodo standard GDD = (T max + T min )/2-10 metodo GILMORE e ROGERS GDD = (T max + T min )/2- (T max -30)-10 metodo NOAA, Usa se T min <10 C, T min =10 GDD = (T max + T min )/2-10 se T max >30 C, T max =30 T min <10 C, T min =10 se T g < T b allora GDD=0 metodo Ontario o Brown-40 GDD = ½ [1.85(T max -10)-0.047(T max -10) 2 +(T min -4.4)] se T max <10 C, T max =10 T min <4.4 C, T min =4.4 6

7 Classi di precocità e Durata del ciclo Durata delle fasi fenologiche classe FAO ciclo giorni qualifica precocità ibrido standard ultraprecoci Wisconsin precocissimi Wisconsin precocissimi Wisconsin medio-precoci Wisconsin medio-precoci Ohio M medio-tardivi Jowa tardivi Indiana molto tardivi US oltre 150 ultra-tardivi US 523W stadio GDD dalla semina stadio GDD dalla semina VE 46 V V1 68 V V2 113 V V3 157 V V4 202 V V5 246 V V6 291 VT (tassel) 732 V7 335 R1 (silk) 760 V8 379 R2 (blister) 904 V9 424 R3 (milk) 1'052 V R4 (dough) 1'199 V R5 (dent) 1'343 V R6 (mature) 1'482 Illinois (USA): Neild and Newman Durata delle fasi fenologiche VE-R1 R1-R6 VE-R6 Classe d GDD d GDD d GDD Italia. Pampana et al -Ital. J. Agron., 2009, 2:39-46 Caratteristiche degli ibridi di diversa precocità pianta piccola poche foglie spiga piccola bassa potenzialità produttiva pianta grande molte foglie spiga grande elevata potenzialità produttiva Precoce Tardivo (taglia bassa) (200: foglie per pianta) (poche cariossidi/spiga) (ciclo breve) (taglia alta) (700: foglie per pianta) (molte cariossidi/spiga) (ciclo lungo) 7

8 Scelta delle classi di precocità condizioni colturali coltura ASCIUTTA in semina primaverile coltura IRRIGUA semina primaverile coltura da foraggio (ceroso) classe classe zone favorevoli (NORD) zone meno favorevoli (Centro-Sud)) : ottimizzazione della produzione APPARATO ASSIMILATORE (source) AMPIO LAI alla fioritura 5 m² di foglie per m² suolo (fittezza, sesto impianto, portamento fogliame, epoca di semina difesa avversità) LONGEVO ritardo nella senescenza delle foglie (concimazioni, irrigazione, difesa infestanti) ORGANI DI ACCUMULO (sink) CARIOSSIDI NUMEROSE oltre 600 car/sp - giusta fittezza, concimazione, difesa - allegagione ottimale (temperatura e irrigazione) CARIOSSIDI PESANTI oltre 300 mg car - granigione la tecnica colturale "classica" la tecnica colturale "classica" Lavorazioni terreno aratura profonda ( m) + lavori complementari Ibridi medio-tardivi (FAO ) fittezza elevata 6-9 piante m 2 Diserbo pre-em. + post-em. concimazione Irrigazione abbondante N oltre 300 kg/ha P 2 O 5 oltre 150 kg/ha K 2 O oltre 200 kg/ha a pieno soddisfacimento aspersione ad alta pressione oltre 4 interventi irrigui oltre 3000 m 3 /ha 8

9 Mais: evoluzione delle tecnologie produttive Mais: evoluzione delle tecnologie produttive I NUOVI SCENARI (globali e locali) nuovi sistemi colturali (biologici, a basso input) limitazioni ambientali (inquinamento, uso risorse) sicurezza alimentare (residui, micotossine, qualità) aumento costi energia biotecnologie usi non convenzionali (bioenergia, biomateriali) cambiamenti climatici (riscaldamento globale) Redditività Salvaguardia ambiente Sicurezza alimentare Qualità (sensu lato) LAVORAZIONI CONCIMAZIONE IRRIGAZIONE BIOTECNOLOGIE LAVORAZIONI CONSERVATIVE RIDUZIONE DELLE LAVORAZIONI DEL TERRENO (in profondità e/o numero) Lavorazione a due strati Lavorazione minima discissura profonda (ripper) aratura leggera (0.25m) erpicature Semina diretta (no tillage - agricoltura blu) diserbo pre-semina (glifosate) semina su sodo Lavorazione a strisce (strip tillage) Lavorazioni conservative Lavorazione a strisce (strip tillage) Mais dopo frumento 9

10 Lavorazioni conservative e strategie di diserbo Mais: evoluzione delle tecnologie produttive FERTILIZZAZIONE ESIGENZE NUTRITIVE - OBIETTIVI PRODUTTIVI Kg per 100 kg di granella Kg per 12 t di granella Ne ritornano al terreno con i RESIDUI N / P 2 O / 3 50 K 2 O / Mais: risposta alla concimazione granella (t/ha) Mais: concimazione OTTIMIZZAZIONE CONCIMAZIONE meno azoto? Dose Azoto (kg/ha) minore inquinamento minori micotossine minori consumi idrici minore produzione RIDUZIONE DELLE DOSI GESTIONE RESIDUI TIPO DI CONCIME COLTURE DI COPERTURA (sovescio) AUMENTO EFFICIENZA localizzazione fertirrigazione 10

11 Mais: consumi idrici Consumi idrici relativi Mais: consumi idrici durante il ciclo massimi Consumi unitari kg acqua / kg s.s. (C 4 ) Produzione biomassa t/ha ss Consumi idrici mm iniziali finali Mais: consumi idrici coefficienti colturali ETPc = ETo x Kc ETo: ET di riferimento) Kc 10% copertura % copertura 0.60 Mais: fabbisogni idrici ed irrigui metodo FAO stadio Kc= Kc=1.05 Kc=0.6 tabelle FAO mese operazioni di maggio giugno luglio agosto sett. decade calcolo I II III I II III I II III I II III I R1 giorni decade n Evaporimetri Penman-Monteith Kc: Coefficiente colturale) FAO paper semina 0.35 maturazione stadio giorni mag giu lug ago set R2 Kc medio decade tabelle FAO R3 Eto Penman monteith mm/d R4 ETPc mais R2 x R3 mm/d R5 ETPc mais (decade) R4 x R1 mm/decade R6 piogge utili (prob.>80%) dati locali mm/decade R7 riserva nel terreno dati locali mm/decade R8 fabbisogno irriguo netto R5-R7-R6 mm/decade

12 1-ETR/ETPc deficit idrico aumenta ET reale/et massima Mais: disponibilità idrica e ET reale Limite critico 1/3 acqua disponibile Acqua disponibile (%) Il calo di produzione reale (PR) rispetto alla potenziale massima (PP) è proporzionale al calo della ET reale (ETR) rispetto alla ET potenziale massima (ETPc) Il calo della produzione reale (PR) rispetto alla potenziale massima (PP) è proporzionale al calo della ET reale (ETR) rispetto alla ET potenziale (ETPc) Fonte FAO sviluppo apparato radicale Il calo dipende dallo stadio in cui si verifica lo stress idrico (Yield response factor: ky) Produzione diminuisce 1-PR/PP Mais: stress idrico Mais: sintomi di stress idrico in fase vegetativa La coltura è sensibile alla carenza idrica in ogni fase del suo ciclo, in particolare in fase di fioritura-allegagione (LEAF ROLLING) Livello di stress epoca perdita relativa di resa Sezione foglia medio assente prefioritura 25% fioritura 50% granigione 20% aborto fiorale scarsa vitalità polline ridotto allungamento tubo pollinico forte 12

13 Mais: sintomi di stress idrico in fase vegetativa Perché Stress termici e stress idrici riducono il numero di semi per spiga? Gli eccessi termici (T>40 C) danneggiano la vitalità del polline. Lo stress idrico danneggia la fisiologia delle sete (crescita tubo pollinico e fecondità ovari) Zona sterile Zona granita Mais: danni da stress idrico sulle spighe Stress post fioritura Stress pre+post fioritura Irrigazione a pieno soddisfacimento Limite critico d intervento 50-55% AFU Profondità da bagnare m n adacquate e volumi dipendono da terreno clima coeff. colturali Forte stress 2012 foto Virgili In Italia Terreni argillosi profondi 2-4 adacquate d turno 13

14 Mais: irrigazione OTTIMIZZAZIONE IRRIGAZIONE RIDUZIONE DEI VOLUMI AUMENTO EFFICIENZA CAMBIAMENTO SISTEMA IRRIGAZIONE RIDUZIONE IRRIGAZIONE riduzione inquinamento riduzione micotossine riduzione fertilizzanti riduzione della produzione Mais: calendario irriguo in Italia numero irrigaz Insediamento G-V2 Quasi mai necessaria in Italia fioritura. Form. Carioss. V10 VT R1-R2 R2-R3 Emissione 15 d dopo pennacchio Fioritura (dopo R1) 30 d dopo Fioritura (dopo R1) Fase vegetativa Riempimento Maturazione Emissione pennacchio asciutto em. Penn d dopo FIO irrigazione 2 irrigazioni 3 irrigazioni 3 irrigazioni 4 irrigazioni 10 irrigazioni 10 foglia + em. Penn d dopo FIO. Mais: strategie irrigue 4975 m 3 /ha VOLUMI IRRIGUI 2.5 kg/m 3 EFFICIENZA DI USO DELL'ACQUA 80% produzione massima Sussidio irriguo limitato Aumento WUE sistemi irrigui ad alta efficienza Mais: risparmio idrico sistemi irrigui ad alta efficienza a goccia irrigatori a bassa pressione Rainger - Center Pivot em. Penn d dopo FIO d dopo FIO. 10 foglia + em. Penn d dopo FIO d dopo FIO. 14

15 Anticipo dell'epoca di semina Mais: risparmio idrico Università degli Studi di Perugia Facoltà di Agraria Dipartimento di Scienze Agrarie ed Ambientali epoca di semina fioritura produzione t/ha Anticipo fasi critiche Riduzione irrigazione (volumi e n interventi irrigui) anticipata (5 aprile) normale (25 aprile) 6 luglio luglio 13.9 Da ermesagricoltura Semina anticipata (10 Aprile) Prof. Marcello GUIDUCCI Semina normale (1 maggio) 15