Eco-fisiologia dello Stress Salino e Produzioni Agrarie in Ambiente Mediterraneo A.Maggio, S. De Pascale, M. Fagnano, G. Barbieri Dipartimento di Ingegneria Agraria e Agronomia del Territorio Università di Napoli Federico II
Introduzione
Salinità dei suoli nel mondo Zona Area totale Suoli salini Suoli sodici Mha Mha % Mha % Africa 1899 39 2.0 34 1.8 Asia, Pacifico e Australia 3107 195 6.3 249 8.0 Europa 2011 7 0.3 73 3.6 Latino America 2039 61 3.0 51 2.5 Vicino Oriente 1802 92 5.1 14 0.8 Nord America 1924 5 0.2 15 0.8 Totale 12781 397 3.1% 434 3.4% Fonte: FAO Land and Plant Nutrition Management Service Dei 230 Mha di terreni irrigui 45 Mha (19.5%) sono salini
Salinità dei suoli delle aree costiere in Italia [Fonte ENEA 1998]
Salinizzazione di lungo periodo
Obiettivi 1. Studio della evoluzione della salinità del suolo nel tempo e nello spazio (lungo il profilo). 2. Analisi delle modifiche di lungo-periodo indotte nell ambiente pedologico dal punto di vista fisico-chimico e idrologico. 3. Studio dei meccanismi eco-fisiologici di resistenza/tolleranza allo stress salino nel sistema pianta in regime quasi stazionario salino-sodico del suolo ed identificazione di morfologie funzionali alla produzione in ambiente salino. 4. Integrazione delle informazioni raccolte ed individuazione delle tecniche e modelli colturali più adeguati per ottimizzare le produzioni nei suoli salinizzati.
Materiali & Metodi Dal 1988 Azienda Sperimentale Università di Napoli Federico II - Piana del Sele (Salerno) (40 31'N 14 58'E) Terreno limo-argilloso: sabbia 42%; limo 27%; argilla 31%; calcare tracce; S.O. 1,57%; N totale 0,10%; ph 7,1, C.I.C. (in situ) 35,5% e P.A. (a - 1,5 MPa) 17,5% (in vol.) Colture ortive in successione
Salinità dell acqua irrigua 5 concentrazioni saline dell'acqua di irrigazione: controllo (0%), 0,125 %, 0,25%, 0,5% e 1% NaCl EC (ds/m a 25 C): 0,5 (0%); 2,3 (0.125%); 4,4 (0.25%); 8,5 (0.5%) e 15,7 (1%) Volumi di adacquamento: evaporato netto da vasca di "Classe A" cumulato Coefficienti di vasca e colturale pari ad 1 Dal 1997: controllo non-irrigato (NIC) Colture primaverili-estive irrigate a goccia: melanzana, fagiolino, peperone, cavolo cappuccio, cavolo verza, sedano, pomodoro
Salinità residua Schema sperimentale: parcelle suddivise con tre replicazioni (concentrazioni saline in parcelle principali e cultivar / pratiche colturali /... in parcelle elementari). Ciascun trattamento salino è riportato ogni anno sulla stessa parcella. Alla fine della stagione irrigua viene valutata la risposta alla salinità residua in condizioni ambientali ed edafiche naturali sotto un regime quasi stazionario salino-sodico nel terreno. Colture autunno-vernine: lattuga, indivia, finocchio, fava, pisello, carota, cavolfiore, cavolo broccolo
Caratteristiche del terreno salinizzato (trattamenti 0% e 1%) Trattamento 0% 1% ph 7.2 8.3 Sostanza Organica% 1.44 1.14 N Totale % 0.104 0.085 P 2 O 5 Assimilabile ppm (Olsen) 96 42 K 2 O Scambiabile ppm (Olson) 570 442 Na + scambiabile (meq/100 g terreno) 0.38 105.6 Ca 2+ scambiabile (meq/100 g terreno) 12.6 6.1 ESP (%) 2.3 87 Tasso di Infiltrazione (mm h -1 ) 12 0.6 Indice di stabilità della struttura (%) 50 12 [De Pascale et al. 2003]
In regime quasi stazionario salino-sodico nel terreno le piogge autunno-invernali non sono sufficienti a riportare la EC e ai valori registrati nel controllo 0% 1% 0% 1% 499 mm (Ott. - Nov.= 175 mm) 442 mm (Ott. - Nov. = 21 mm) Salinità residua (EC e ) lungo il profilo del suolo alla fine di due stagioni colturali autunno-vernine. De Pascale & Barbieri, 2000.
Salinità e produzione Relative Yield (Y r, %) Threshold (T, ds m -1 ) (% per ds m -1 ) Y r = 100- s (EC e -T) Slope (s) EC e (ds m -1 ) Y r = 100-14.4 (EC e - 1.52) Y r = 100-15.8 (EC e - 1.28)
Salinità, ph e produzione 1% 0% Y r = 100-80.7 (ph 7.2) 1% 0% Y r = 100-119.2 (ph 7.1)
Stress salino vs. stress idrico NIC 0% 1% NIC NIC Resa relativa (Y r ) in funzione del potenziale dell acqua nel terreno (Ψ s ).
Morfologie funzionali all adattamento
Funzione dei sistemi radicali e del rapporto parte aerea-radicale Maggio A. et al. 2005. Physiological response of field-grown cabbage to salinity and drought stress. European Journal of Agronomy, 23 (1): 57-67 0% 1% NIC Rapporto chioma/radici durante il ciclo colturale per una coltura di cavolo cappuccio. NSC,controllo non salinizzato; NIC, controllo non irrigato; SW1 = 4.4 ds m 1 e SW2 = 8.5 dsm 1.
Salt stress response in tomato beyond the salinity tolerance threshold Estan et al. 2005. J. Exp. Bot., 56(412): 703-712 Maggio et al. 2007. Environ. Exp. Bot. 59: 276-282 100 90 y = -6.0 x + 112.76 50 45 11 10 Relative Plant Dry Mass (%) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 y = -1.43 x + 69.69 0 2 4 6 8 10 12 14 16 EC (ds m -1 ) Shoot dry weight (g plant -1 ) 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Shoot Root LSD LSD 0 2 4 6 8 10 12 14 16 EC (ds m -1 ) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Root dry weight (g plant -1 ) SSI= moles solute to shoot shoot biomass Dalton et al. 2000. Plant Soil 219-1-11. Root/Shoot
Aspetti qualitativi
[De Pascale et al. (2001) J. of Hortic. Sci. & Biothec., 7 (4), 447-453]
Stress e Qualità 0.25% NaCl 0.25% NaCl A B Relazione tra il contenuto di carotenoidi totali e di licopene di bacche di pomodoro e la conducibilità elettrica dell acqua di irrigazione. (A) Contenuti espressi su peso fresco (B) Contenuti espressi su peso secco. [De Pascale et al. (2001) J. of Hortic. Sci. & Biothec., 7 (4), 447-453]
Interazione con altri stress
Salinità e ozono La CE (Direttiva 2002/03/CE) definisce i livelli critici di O 3 sulla base delle concentrazioni nella troposfera e sulla potenziale esposizione delle piante a questo inquinante. Tuttavia, i danni sono funzione della quantità di O 3 effettivamente penetrata all interno della pianta. Poichè l O 3 penetra nei tessuti fogliari attraverso gli stomi, qualsiasi fattore in grado di modificare la conduttanza stomatica determina un effetto indiretto sui danni prodotti da O 3.
Pomodoro: Interazione Salinità x Ozono +O 3 -O 3 -S +S Open Top Chamber +O 3 -O 3 -S +S
Sistemina: Stress biotici Peptide altamente mobile Hormone-like + Sistemina Interviene nella risposta della pianta a stress wounding (insetti, ferite..) Lo stress salino attiva geni correlati -Sistemina Ipotesi: cross-talk tra stress biotici e abiotici Può l over-produzione di sistemina indurre tolleranza anche a stress salino? Testata con piante transgeniche Orsini F., Cascone P., De Pascale S., Barbieri G., Corrado G., Rao R., Maggio A. 2009. Salinity tolerance of tomato plants over-expressing prosystemin: convergence of abiotic and biotic stresses responses. J. Physiologia Plantarum. 138: 10 21. 2010
Conclusioni Lo studio dei fenomeni associati alla salinizzazione dovrebbe essere analizzato in termini di effetti di lungo periodo nei reali contesti colturali. Nel lungo periodo l effetto negativo della salinità sulle colture si manifesta in forma diretta o acuta (effetti dovuti alla tossicità dei sali ed allo stress osmotico) ed indiretta o cronica (effetti dovuti al deterioramento nel tempo delle proprietà fisico chimiche dei suoli). Gli stress che tipicamente si manifestano in ambiente mediterraneo interferiscono/interagiscono nel determinare la risposta delle colture allo stress salino. L effetto della salinità sulla qualità delle produzioni, meriterebbe maggiore attenzione, soprattutto laddove il problema della salinità si inserisce in un contesto socioeconomico che attribuisce sempre maggiore importanza agli aspetti qualitativi.
La ricerca in questo settore richiede un nuovo livello di integrazione interdisciplinare con un sempre più determinante flusso di informazioni tra campi e laboratori GRAZIE PER L ATTENZIONE