XLII Convegno Nazionale della Società Italiana di Agronomia

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1 Risposta di una Rotazione Biennale Barbabietola da Zucchero-Sorgo Zuccherino a Itinerari Agronomici Diversificati per la Lavorazione e la Fertilizzazione del Suolo in Regime Irriguo A. Domenico Palumbo 1, Vittorio Vonella 1, Pasquale Garofalo 1, Laura D Andrea 1, Michele Rinaldi 2 1 Consiglio per la Ricerca e la sperimentazione in Agricoltura- Unità di ricerca per i Sistemi Colturali degli Ambienti caldo-aridi (CRA-SCA) Via Celso Ulpiani, Bari, IT, domenico.palumbo@entecra.it 2 Consiglio per la Ricerca e la sperimentazione in Agricoltura - Centro di ricerca per la Cerealicoltura (CRA-CER) S.S. 16, km 675, Foggia, IT Introduzione La maggior parte delle aree del Mediterraneo è caratterizzata da un bilancio idrico negativo, una stagione piovosa breve e irregolare, temperature estreme in estate, perdita di sostanza organica, scarsa strutturazione del suolo, elevata salinità. Queste aree sono soggette all'erosione idrica e/o eolica (Kassam et al., 2012). Alcune pratiche agricole, a cominciare dalle lavorazioni, aggravano questo insieme di situazioni per cui è opportuno il ricorso al "no-tillage" e/o "minimum tillage", che non disturbano il suolo e ne conservano le caratteristiche chimico-fisiche. L'adozione di buone pratiche agricole di tipo conservativo consente una distribuzione di fertilizzanti congrua al bilancio nutritivo della coltura e un'efficiente gestione dell'acqua irrigua. L obiettivo di questo lavoro è il confronto tra itinerari agronomici a basso impatto ambientale in relazione a due fattori di variazione: la lavorazione del terreno e la fertilizzazione azotata applicate su due colture in rotazione: la barbabietola da zucchero e il sorgo zuccherino. Il fine dell'attività sperimentale è dimostrare come due colture gestite a basso input possono rispondere con una buona resa e conservare l'agro-ecosistema. Entrambe le specie sono state coltivate per la filiera del bio-etanolo in cui sono richiesti bassi input. Metodologia L attività sperimentale, in corso a Foggia presso l azienda sperimentale Podere 124 del CRA-SCA di Bari (lat. N 41 8 ; long. E ; alt. 90 m s.l.m.), è stata avviata nell annata agraria Il terreno è un vertisuolo di origine alluvionale, alcalino (ph = 8,33), limo-argilloso (sabbia = 13,0%, limo = 43,6%, argilla = 43,4%); è dotato di discreta fertilità agronomica: sostanza organica = 2,07%; C/N = 10; N totale = 0,12%; P 2 O 5 assimilabile = 41 ppm; K 2 O scambiabile = 1598 ppm. Tra le caratteristiche idrologiche, la capacità idrica di campo è pari a 39,6% in peso, il punto di appassimento 19,5% in peso e la densità apparente 1,20 kg dm -3. Il clima è termo-mediterraneo accentuato, con temperature che possono scendere sotto lo 0 C in inverno e superare i 40 C in estate (con valori giornalieri di evaporato che possono essere superiori a 10 mm da evaporimetro di classe A). La pioggia (in media 550 mm) è irregolarmente distribuita nel corso dell anno ed è concentrata prevalentemente tra novembre e febbraio. È stata considerata una rotazione biennale tra barbabietola da zucchero e sorgo zuccherino. Le colture, presenti contemporaneamente, si sono alternate sulle medesime parcelle sperimentali, l'una al posto dell'altra. È stato utilizzato un dispositivo sperimentale split-plot con tre repliche, in cui il trattamento principale (main plot) è rappresentato da due tipi di lavorazioni, mentre quello secondario (plot) da tre livelli di fertilizzazione. Sono state confrontati due tipi di lavorazione: la lavorazione superficiale (LS) vs la non lavorazione del terreno con semina diretta (NL). In particolare, il trattamento LS è stato Sessione Sistemi Colturali 011

2 eseguito previa trinciatura dei residui della coltura precedente (frumento duro) a metà novembre del Sono seguiti un diserbo con glifosate (5 l ha -1 ), un aratura superficiale (20-25 cm) con pentavomere, una fertilizzazione superficiale con 220 kg ha -1 di perfosfato triplo (titolo 46%) e una fresatura. Il trattamento NL non ha previsto le operazioni colturali di aratura e fresatura. La fertilizzazione azotata minerale è stata applicata con 75 (N_75) e 150 (N_150) kg ha -1 di azoto sotto forma di nitrato ammonico (34%) vs un testimone non concimato (N_0). Nel trattamento LS, la semina è stata eseguita con una seminatrice meccanica di precisione, mentre nel trattamento NL è stata utilizzata una seminatrice su sodo Gaspardo No-Till 1040, a una profondità <0,05 m, seguita da una leggera fresatura nella zona interessata dagli assolcatori. La densità colturale è stata pari a 10 piante m -2 per la barbabietola da zucchero e 20 piante m -2 per il sorgo zuccherino. La barbabietola da zucchero (cv Autave ) è stata seminata il 24 novembre 2009 e il 2 dicembre 2010, rispettivamente nel primo e secondo anno. La fertilizzazione azotata minerale è stata eseguita all'inizio di maggio nel 2010 e alla metà di maggio nel Durante il ciclo colturale sono stati eseguiti due interventi irrigui per un totale di 900 m 3 ha -1 nel primo anno e tre interventi irrigui per un totale di 650 m 3 ha -1 nel secondo anno. Le raccolte sono state eseguite il 21 luglio 2010 e il 9 agosto Il sorgo zuccherino (cv Sucro 506 ) è stato seminato il 7 maggio sia nel 2010 che nel Le dosi di fertilizzazione azotata sono state distribuite il 5 luglio 2010 e il 23 giugno 2011, rispettivamente nel primo e secondo anno di prova. Durante il ciclo colturale sono stati eseguiti tre interventi irrigui per un totale di 1230 m 3 ha -1 nel primo anno e sette interventi irrigui per un totale di 2120 m 3 ha -1 nel secondo anno. Le raccolte sono state eseguite il 12 agosto 2010 e il 5 settembre Sono stati determinati i parametri produttivi rappresentati, per la barbabietola da zucchero, dal peso delle radici tal quale e dalla biomassa fresca e secca totale (ipogea più epigea) mentre, per il sorgo zuccherino, dal peso della biomassa fresca e secca totale (foglie, fusti e panicolo). Il peso secco è stato ottenuto mediante essiccamento in stufa a 70 C sino al raggiungimento del peso costante. Per entrambe le colture è stato misurato il tenore in zuccheri attraverso l'impiego del rifrattometro digitale modello PR 32 ATAGO Palette. Sono state calcolate l efficienza d'uso dell acqua irrigua (IWUE, kg m -3 ) (Rinaldi et al., 2006) mediante il rapporto tra la produzione e l acqua distribuita e l efficienza d'uso dell azoto (NUE, kg kg -1 ) mediante il rapporto tra la produzione e l azoto somministrato. Tutti i dati sono stati sottoposti all analisi statistica, previa trasformazione in arcsin( x) per i dati percentuali, con il software SAS/STAT. La separazione delle medie è avvenuta con il test LSD. È stato considerato il livello di significatività P < Risultati Nell annata agraria , l andamento climatico relativo ai parametri temperatura massima (Tmax), temperatura minima (Tmin) e pioggia cumulata mensile, nel periodo compreso tra novembre 2009 e agosto 2010, è stato in linea con l andamento di lungo termine ( ). Nei mesi di gennaio, febbraio e marzo le medie di Tmin mensili sono state pari a 3,0, 4,1 e 4,1 C, mentre in luglio e agosto le medie mensili di Tmax sono state superiori a 33 C. Per quanto riguarda la pioggia, l annata agraria è stata caratterizzata da un valore cumulato di poco superiore alla metà del lungo periodo (440 vs 450 mm), con precipitazioni concentrate tra dicembre e aprile. L annata agraria , nel periodo compreso tra novembre 2010 e agosto 2011, è stata in linea con l andamento di lungo termine. Hanno fatto eccezione la temperatura minima del mese di dicembre 2010, più bassa di 2.2 C rispetto alla norma, e la temperatura massima del mese di agosto 2011, più elevata di circa 2.4 C rispetto alla norma. Per quanto riguarda la pioggia, l annata agraria è stata caratterizzata da un valore cumulato simile a quello di lungo periodo (460 vs 450 mm), con Sessione Sistemi Colturali 012

3 l eccezione delle precipitazioni di maggio (100 vs 40 mm). I mesi di luglio e agosto, al contrario, sono stati caratterizzati da una quasi completa assenza di precipitazioni che, unitamente ai picchi termici (ondate di calore), hanno condizionato la fase finale del ciclo colturale sia della barbabietola che del sorgo. Nel primo anno, l analisi statistica non ha evidenziato alcuna fonte di variazione significativa, né come effetto principale né come interazione. Tuttavia, si ritiene opportuno esporre le tabelle per una migliore comprensione di IWUE e NUE. Barbabietola da zucchero (Tab. 1). Come anticipato, nel primo anno nessun trattamento sperimentale si è differenziato dagli altri. Le produzioni di radici fresche sono state modeste (in media 41,3 t ha -1 ). Tuttavia, queste produzioni sono state compensate da un elevato contenuto in solidi solubili totali (SST), in media 19,4%, che ha consentito di ottenere rese teoriche di saccarosio superiori a 8 t ha -1, valore considerato quale soglia di convenienza economica per questa coltura. Entrambe le lavorazioni hanno fornito produzioni in radici fresche molto vicine, con il trattamento NL lievemente superiore al trattamento LS (circa +5%). Allo stesso modo, sia la biomassa secca totale che la produzione teorica di saccarosio (SST moltiplicata per la produzione in radici fresche) sono state leggermente superiori in NL vs LS (rispettivamente +3,6% e +2,6%). Con dosi crescenti di azoto, la produzione in radici fresche e la resa in saccarosio è incrementata linearmente da 38,9 a 42,8 t ha -1 e da 7,6 a 8,4 t ha -1, rispettivamente. I valori relativi alla IWUE per le radici fresche e per il saccarosio sono risultati pari a 47,1 e 9,2 kg m -3 e 44,5 e 8,6 kg m -3, rispettivamente per NL e LS, con lievi incrementi al crescere della dose di azoto. Raddoppiando la dose d azoto, la sua efficienza d uso (NUE) ha subito quasi un dimezzamento, risultando pari a 559 e 285 kg di radici fresche per kg di azoto minerale applicato, rispettivamente in N_75 ed N_150, vs il valore medio tra LS e NL. Andamento simile è stato riscontrato per il NUE del saccarosio, con un valore medio pari a 108 e 56 kg di saccarosio per kg di N somministrato, rispettivamente per N_75 ed N_150. Tabella 1. Risposte della barbabietola da zucchero (cv Autave) ai trattamenti di lavorazione e fertilizzazione del suolo. Foggia, luglio A lettere differenti corrispondono valori significativamente diversi (test LSD; P < 0,05). Fonte di variazione Radici fresche Biomassa secca Solidi Solubili Totali Saccarosio (t ha -1 ) (t ha -1 ) ( Brix) (t ha -1 ) media dev.st. media dev.st. media dev.st. media dev.st. Lavorazione LS 40,1 ± 6,4 13,7 ± 2,6 19,1 ± 2,6 7,7 ± 1,6 NL 42,4 ± 4,1 14,2 ± 2,1 19,6 ± 0,8 8,3 ± 0,7 Azoto N_0 38,9 ± 6,6 12,7 ± 2,7 19,4 ± 2,7 7,6 ± 1,5 N_75 41,9 ± 5,9 14,1 ± 2,1 19,2 ± 2,1 8,1 ± 1,4 N_150 42,8 ± 3,0 15,1 ± 1,6 19,6 ± 1,6 8,4 ± 0,6 Barbabietola da zucchero (Tab. 2). In questo secondo anno di attività, la lavorazione superficiale (LS) ha confermato il livello produttivo in radici fresche, biomassa secca, solidi solubili totali e resa teorica in saccarosio del primo anno di sperimentazione. Al contrario, la barbabietola autunnale seminata su terreno non lavorato (NL) per il secondo anno consecutivo, ha evidenziato un calo significativo rispetto alla tesi LS in termini di biomassa totale di radici fresche (-18%), biomassa secca (-24%) e resa in saccarosio (-18%), mentre è risultato simile il valore percentuale di SST. Per quanto riguarda la concimazione azotata, il primo ed il secondo anno sono risultati simili per le variabili analizzate in N_75 ed N_150; la tesi non fertilizzata (N_0), invece, è risultata meno produttiva rispetto al primo anno, ad evidenziare la sensibilità della barbabietola all impoverimento dell azoto nel suolo in caso di mancanza di apporti antropici, in questo caso protratti per due anni consecutivi. Sia nel caso della non lavorazione del terreno sia nel caso dell assenza di apporti azotati, la risposta produttiva Sessione Sistemi Colturali 013

4 della barbabietola è risultata al di sotto della soglia di convenienza economica della coltura (rispettivamente -16 e -25%). Tabella 2. Risposte della barbabietola da zucchero (cv Autave) ai trattamenti di lavorazione e fertilizzazione del suolo. Foggia, luglio A lettere differenti corrispondono valori significativamente diversi (test LSD; P < 0,05). Fonte di variazione Radici fresche Biomassa secca Solidi Solubili Totali Saccarosio (t ha -1 ) (t ha -1 ) ( Brix) (t ha -1 ) media dev.st. media dev.st. media dev.st. media dev.st. Lavorazione LS 42,3 a ± 4,9 13,7 a ± 4,1 19,3 ± 1,8 8,2 a ± 1,0 NL 34,6 b ± 6,9 10,4 b ± 2,0 19,3 ± 1,6 6,7 b ± 1,4) Azoto N_0 31,6 b ± 6,5 9,6 b ± 2,0 19,0 ± 0,5 6,0 b ± 1,2 N_75 41,7 a ± 4,2 13,6 ab ± ± 1.3 8,2 a ± 1,2 N_150 42,0 a ± 4,8 14,1 a ± 5,1 19,2 ± 1,0 8,0 a ± 0,8 In questo secondo anno, la IWUE è stata, al contrario di quanto osservato nel primo, superiore nella tesi LS (65,1 kg m -3 e 12,5 kg kg -1, rispettivamente per le radici fresche e il saccarosio per ettaro) rispetto alla tesi NL (53,2 kg m -3 e 10,3 kg kg -1 ). L apporto di azoto è stato ininfluente per le tesi N_75 e N_150, che hanno però superato di oltre il 30% il testimone non concimato. Ciò evidenzia lo stretto legame tra disponibilità idrica e azotata nella risposta fotosintetica e, quindi, produttiva della barbabietola da zucchero. L efficienza d uso dell azoto è risultata maggiore in LS rispetto a NL (in media +15%). Come nell annata precedente, il raddoppio della dose di fertilizzante ha portato a un dimezzamento del NUE, sia per la produzione di radici fresche che di saccarosio per ettaro. Nessun effetto significativo dell interazione Lavorazione x Azoto è emerso per i caratteri produttivi esaminati. Sorgo zuccherino 2010 (Tab. 3). Non sono emerse differenze significative tra LS e NL per quanto riguarda la biomassa fresca, biomassa secca e i SST. Il trattamento N_150 ha determinato incrementi modesti di biomassa secca (circa +2%) vs i valori ottenuti in N_0 e N_75 (26,2 t ha -1 di media), mentre la stessa dose azotata ha determinato un incremento dell 8% di SST rispetto alla media delle altre due. L efficienza d uso dell acqua irrigua relativa alla biomassa secca è risultata di 21,3 e 19,6 kg m -3, mentre è risultata di 8,7 e 7,8 kg m -3 rispettivamente in LS e NL. L applicazione di 150 kg ha -1 di azoto ha favorito lievi incrementi in termini di IWUE della biomassa secca (+8%) e dei SST (+14%). I valori di NUE relativi alla biomassa secca e al saccarosio sono diminuiti, rispettivamente, del 95% e del 61% raddoppiando la dose azotata. Sorgo zuccherino 2011 (Tab. 4). Sebbene le differenze rispetto al primo anno sono state evidenti in termini di biomassa fresca (riduzione media di circa il 35%), tuttavia i valori di biomassa secca sono risultati meno discordanti (-20%). Nel secondo anno di attività, il sorgo da zuccherino ha prodotto meno del primo anno, ma le piante hanno presentato alla raccolta non solo un contenuto maggiore di sostanza secca ma anche di SST. Questo è derivato anche da uno stress idrico severo dovuto alle temperature elevate del periodo e all assenza di precipitazioni in agosto, solo in parte compensato dai limitati interventi irrigui. Come già osservato per la barbabietola da zucchero, in questo secondo anno di attività è stata notata una riduzione della performance produttiva del sorgo nella tesi NL vs LS (-18%), anche se la differenza è risultata significativa all analisi statistica per la biomassa fresca, ma non per quella secca. Tra i due trattamenti di lavorazione del terreno, non sono emerse differenze significative legate al contenuto idrico del suolo, sia al momento della semina che a quello della raccolta (dati non mostrati). La risposta produttiva agli incrementi di azoto somministrato non ha comportato differenze. La IWUE per la produzione di biomassa secca del sorgo è stata, come già osservato l anno precedente, più elevata nella tesi LS (19,7 kg m -3 ) rispetto a quella NL (17,6 kg m -3 ) e crescente con le dosi di azoto. Al contrario, per la produzione di SST, il trattamento NL è stato più efficiente. Sessione Sistemi Colturali 014

5 La NUE, a conferma di quanto osservato l anno precedente, è raddoppiata con il dimezzamento della dose di azoto. Nessuna differenza significatica per l interazione Lavorazione x Azoto è emersa per i caratteri produttivi esaminati. Tabella 3. Risposte del sorgo zuccherino (cv Sucro 506) ai trattamenti di lavorazione e fertilizzazione del suolo. Foggia, agosto A lettere differenti corrispondono valori significativamente diversi (test LSD; P < 0,05). Fonte di variazione Biomassa fresca Biomassa secca Solidi Solubili Totali Sostanza secca (t ha -1 ) (t ha -1 ) ( Brix) (%) media dev.st. media dev.st. media dev.st. media dev.st. Lavorazione LS 114,9 ± 9,6 27,5 ± 3,0 9,0 ± 1,1 23,9 ± 1,4 NL 110,3 ± 7,0 25,3 ± 1,6 8,5 ± 3,0 23,0 ± 1,3 Azoto N_0 111,5 ± 10,1 26,3 ± 3,2 8,5 ± 3,6 23,6 ± 1,6 N_75 109,4 ± 7,4 26,2 ± 1,9 8,4 ± 0,6 23,9 ± 0,7 N_ ,8 ± 9,7 26,7 ± 3,0 9,2 ± 1,7 22,9 ± 1,7 Tabella 4. Risposte del sorgo zuccherino (cv Sucro 506) ai trattamenti di lavorazione e fertilizzazione del suolo. Foggia, settembre A lettere differenti corrispondono valori significativamente diversi (test LSD; P < 0,05). Fonte di variazione Biomassa fresca Biomassa secca Solidi Solubili Totali Sostanza secca (t ha -1 ) (t ha -1 ) ( Brix) (%) media dev.st. media dev.st. media dev.st. media dev.st. Lavorazione LS 78,1 a ± 12,5 22,1 ± 3,4 13,1 b ± 1,3 28,4 ± 1.2 NL 63,8 b ± 7,1 19,7 ± 4,1 14,7 a ± 1,8 30,7 ± 3,8 Azoto N_0 67,8 ± 9,6 19,3 ± 2,9 13,5 ± 2,0 30,5 ± 3,7 N_75 69,0 ± 10,4 20,9 ± 2,5 14,3 ± 1,8 28,2 ± 2,0 N_150 76,0 ± 16,4 22,5 ± 5,4 13,9 ± 1,7 30,0 ± 3,1 Conclusioni Dai risultati del secondo anno di attività, posti a confronto con quelli ottenuti nel primo, è emerso che la pratica della semina su sodo ha influenzato negativamente l accrescimento delle piante, per entrambe le colture esaminate, determinando una netta riduzione delle produzioni. Solo la biomassa secca del sorgo è risultata non diversa tra i due trattamenti di lavorazione del terreno a confronto. Per quanto riguarda la risposta alla fertilizzazione, la barbabietola da zucchero ha evidenziato una maggiore sensibilità alla mancanza di apporto azotato, rispetto a quanto evidenziato dal sorgo zuccherino. Ringraziamenti Le attività sperimentali sono state eseguite nell'ambito del Progetto di Ricerca Ottimizzazione delle filiere BIOenergetiche esistenti per una Sostenibilità Economica ed Ambientale (BIOSEA). Finanziamento: MiPAAF. Coordinamento: Prof. Gianpietro Venturi, Alta Mater Studiorum, Università degli Studi di Bologna. Bibliografia Kassam A. et al., Conservation agriculture in the dry Mediterranean climate. Field Crop Research, 132: Rinaldi M. et al., Efficiency of Water Use in Sugar Beet (Beta vulgaris L.) and Processing Tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) Cropped in Southern Italy. Italian Journal of Agronomy, 3: Sessione Sistemi Colturali 015

6 ATTI XLII Convegno Società Italiana di Agronomia Università degli Studi Mediterranea Reggio Calabria settembre 2013

7 XLII Convegno della Società Italiana di Agronomia Comitato Scientifico: Salvatore L. Cosentino (Presidente) Amedeo Reyneri Mariana Amato Stefano Bocchi Francesco Morari Michele Monti Simone Orlandini Francesco Rossini Domenico Ventrella Marco Mazzoncini Carmelo Santonoceto Monica Bacchi Giovanni Preiti Fabio Gresta Comitato Organizzatore: Monica Bacchi Fabio Gresta Michele Monti Giovanni Preiti Aurelio Pristeri Maurizio Romeo Carmelo Santonoceto

8 Atti del XLII Convegno della Società Italiana di Agronomia Intensificazione sostenibile della produzione agricola e sicurezza alimentare. A cura di Maurizio Romeo, Carmelo Santonoceto e Michele Monti Pubblicato on line nel settembre 2013 da Società Italiana di Agronomia Codice ISBN