RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

IL RUOLO DELL'AZOTOFISSAZIONE DELLE LEGUMINOSE NELLA GESTIONE SOSTENIBILE DEI TERRENI AGRARI

Università di riferimento

Università Politecnica delle MARCHE - SCIENZE AMBIENTALI E DELLE PRODUZIONI VEGETALI - ANCONA(AN)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Pier Paolo ROGGERO

Descrizione

L'obiettivo della ricerca è quello di acquisire informazioni utili alla valorizzazione dell'azotofissazione simbiotica di leguminose da granella diffuse nei sistemi colturali della collina italiana e alla definizione di strategie agronomiche per migliorare la disponibilità e l'efficienza d'uso dell'azoto fissato da parte delle colture in successione. Gli obiettivi specifici della sperimentazione sono i seguenti: - Quantificazione in campo dell'azotofissazione simbiotica in due leguminose da granella caratterizzate da un importante ruolo attuale e potenziale nei sistemi colturali della collina centro italiana. - Quantificazione dell'azoto fissato dalle leguminose che si rende disponibile per la coltura in successione (frumento duro) in relazione a diverse modalità di preparazione del letto di semina applicate al cereale. - Studiare la dinamica dell'azoto minerale nell'ambiente considerato in funzione delle specie prese in esame e delle tecniche colturali applicate. MATERIALI E METODI Specie a confronto. Si intende mettere a confronto due leguminose da granella che rappresentano una importante realtà nella collina centro-italiana: favino (Vicia fava L. ssp. minor) e pisello proteico (Pisum sativum L.). Metodologia per la quantificazione dell'azotofissazione simbiotica. Per la quantificazione in campo dell'azotofissazione simbiotica delle due leguminose a confronto si intende impiegare il metodo della diluizione isotopica del 15N (Unkovic & Pate, 1993; Roggero et al., in corso di stampa), utilizzando come specie di controllo Avena sativa L. L'arricchimento del suolo con 15N verrà effettuato attraverso la distribuzione di solfato ammonico arricchito al 10% con ripetute distribuzioni a partire dalla fase di pre-semina, in modo da consentire un graduale e stabile arricchimento dell'azoto del suolo con 15N. La tecnica fa riferimento a Reiter et al. (2002), che suggerivano una distribuzione del concime arricchito su ampia scala e a basse concentrazioni (circa 25 g ha-1 di NO3-N al 10% di arricchimento in 15N) per valutare il trasferimento dell'azoto fissato alla coltura in sucecssione. Ai fini della quantificazione dell'azoto totale del suolo derivante da azotofissazione (%TSNdfa), si intende impiegare il metodo della diluizione isotopica, con arricchimento in 15N del terreno mediante la distribuzione di concime marcato, assumendo che l'input da azotofissazione simbiotica in un suolo arricchito possa determinare nel terreno una diluizione misurabile del 15N, per effetto della minore concentrazione di 15N del'azoto atmosferico rispetto all'azoto tellurico. La proporzione di azoto totale nel suolo derivante dall'azotofissazione sarà stimata in base all'eccesso isotopico dell'azoto totale nel suolo (TSN), misurato alla semina e alla raccolta della leguminosa (Chalk, 1998): La quantità di azoto fissato che contribuisce ad arricchire il pool di composti azotati del suolo (TSNfix) si ottiene da: TSNfix = %TSNdfa*TSNraccolta Nelle aree arricchite con 15N, si preleveranno campioni di terreno alla semina e al momento della raccolta (radici+terra), sui quali verrà quantificato l'eccesso 15N. Disegno sperimentale: Si prevede di avviare due sperimentazioni che si svolgeranno nello stesso campo sperimentale in due annate consecutive. Al primo anno (esperimento 1), si intende quantificare l'azotofissazione delle due leguminose prese in esame. Al secondo anno (esperimento 2), si verificherà il destino dell'azoto derivante da fissazione simbiotica delle leguminose per il frumento duro in avvicendamento in funzione di due modalità di lavorazione del terreno per il cereale. Esperimento 1 Si prevede di effettuare una sperimentazione parcellare secondo un disegno a blocchi randomizzati con 6 replicazioni, gestendo le due leguminose secondo le tecniche agronomiche convenzionali dei sistemi colturali di collina. Durante la sperimentazione verranno determinate la seguenti variabili: - Produzione di fitomassa totale e sua ripartizione nelle componenti (granella, residui colturali epigei, radici), rilevate in corrispondenza dello stadio di maturazione fisiologica della granella su un'area di saggio di circa 3m2 in ciascuna parcella. Contemporaneamente verrà effettuato il campionamento della fitomassa della specie di confronto che verrà ripartito nelle tre componenti. - Contenuto in N totale (Kjieldhal) delle tre porzioni di fitomassa. - Arricchimento isotopico 15N delle tre porzioni di fitomassa. I campioni essiccati e finemente macinati verranno analizzati mediante uno spettrometro di massa presso un laboratorio europeo specializzato. I dati di concentrazione di 15N nella leguminosa e nella specie di riferimento permetteranno di calcolare la percentuale di azoto contenuto nella pianta derivante da azotofissazione (%Ndfa). L'azoto nella leguminosa e nella specie di controllo saranno determinate come eccesso isotopico rispetto all'aria [(% 15N campione - % 15N aria) / % 15N aria], il cui contenuto di 15N è assunto costantemente pari a 0,3663%. Ai fini del calcolo di %Ndfa, l'eccesso isotopico di ciascuna porzione di fitomassa (granella, residuo epigeo e radici) della leguminosa verrà confrontato con l'eccesso isotopico della corrispondente porzione di fitomassa della graminacea di controllo (Roggero et al., in corso di stampa). Nel caso in cui l'eccesso isotopico della leguminosa risultasse superiore a quello della corrispondente specie di controllo, la %Ndfa verrà considerata pari a 0. L'esperimento 1 verrà ripetuto nell'anno successivo su un campo adiacente secondo le stesse modalità e mettendo a confronto gli stessi trattamenti. Esperimento 2 Il secondo esperimento ha come obiettivo la verifica dell'effetto della precessione colturale e della modalità di lavorazione del terreno sulla produttività del frumento duro, utilizzando come controllo le parcelle che l'anno precedente erano coltivate con avena. Pertanto, il campo sperimentale verrà impiantato in successione colturale a quello dell'anno precedente e la tecnica colturale non prevederà apporto di fertilizzante azotato. Le fonti di azoto per il frumento saranno perciò i residui colturali della leguminosa in precessione e l'azoto mineralizzato dalla sostanza organica del terreno, oltre al 15N distribuito durante il ciclo colturale della leguminosa, la cui diluizione permetterà di quantificare la proporzione dell'azoto assorbito dal frumento derivante da fissazione simbiotica e l'effetto esercitato dalla modalità di gestione del suolo nel periodo intercalare sulla quantità di azoto fissato che si renderà disponibile per il cereale. Il disegno sperimentale sarà a parcelle suddivise (parcelle intere: modalità di lavorazione; subparcelle: precessione colturale) con 3 repliche. I fattori di variazione saranno i seguenti: Modalità gestione del terreno nel periodo intercalare (tra la raccolta della leguminosa da granella e la semina del frumento duro): T = lavorazione tradizionale con aratura a 40 cm e lavorazioni complementari con estirpatori e erpici per l'affinamento del letto di semina; S = dissecamento chimico e semina su sodo. Precessione colturale: avena, pisello e favino Ciascuna parcella principale avrà dimensioni di circa 950 m2 e le subparcelle avranno una superficie di circa 320 m2. Le variabili oggetto di misura saranno: - Produzione di granella del frumento e sue componenti (numero di spighe per metro quadrato, numero di cariossidi per spiga, peso di mille cariossidi, peso ettolitrico). - Contenuto in azoto totale della granella e della paglia (metodo Kjieldhal). - Arricchimento isotopico 15N della granella e della paglia. La quantità di azoto fissato dalle leguminose che sarà utilizzata dal frumento in successione potrà essere stimata nei seguenti modi: - metodo del confronto (NB): confronto tra la produzione di azoto della fitomassa del frumento in successione ad avena rispetto a quello in successione alla leguminosa, assumendo che la quota di N disponibile derivante dalla mineralizzazione dei residui della coltura in precessione abbia mantenuto la proporzione di N atmosferico misurata nell'anno precedente: %N frumento derivante da Nfix = (kg ha-1 N in avena) – (kg ha-1 N in leguminosa) - metodo della diluizione isotopica (ID): sfruttamento della variazione del 15N (d15N) indotta dalla diluizione dovuta all'apporto di azoto da fissazione simbiotica delle leguminose nell'anno precedente. Il diverso grado di arricchimento isotopico dei residui colturali delle leguminose rispetto a quelli della specie di controllo potrebbe essere infatti sufficiente a calcolare la quota di azoto derivante dall'azotofissazione con la formula: %N frumento derivante da Nfix = (1- d15N leguminosa/ d15N avena) Ciò nell'ipotesi che il 15N somministrato al terreno al primo anno e ancora disponibile al secondo in forma minerale sia trascurabile rispetto a quello incorporato nella sostanza organica dei residui colturali delle leguminose e dell'avena al primo anno e successivamente mineralizzato. Nel corso dei due anni di sperimentazione si prevede inoltre di seguire la dinamica dell'azoto minerale del terreno attraverso carotaggi periodici e successiva determinazione analitica di nitrati e ammonio, al fine di monitorare i processi di mineralizzazione ed immobilizzazione dell'azoto in relazione alle tecniche colturali con particolare riferimento alla modalità di gestione del terreno nel periodo intercalare tra la raccolta della leguminosa e la semina del frumento in successione.