08/11/2013

1

Elia Antonio Dipartimento di Scienze di Scienze Agrarie dell’Alimentazione e

dell’Ambiente

SOIL HEALTH and CROP NUTRIENT MANAGEMENT BARI -Hotel Excelsior 7 Novembre 2013

La nutrizione del pomodoro

Indice

Elementi nutritivi

Macro e microelementi carenze ed eccessi

Gestione della nutrizione

Approcci basati su analisi del terreno

Approcci basati sull’analisi della pianta

Approcci basati sul bilancio

Esempi di calcolo nel pomodoro da industria

Esempio di gestione con un DSS

08/11/2013

2

L’azoto (N) e le piante L’azoto è uno degli elementi fondamentali per la vita, in quanto è un costituente delle proteine. Nella pianta l’azoto entra: • vitamine • proteine • clorofilla • acidi nucleici • alcaloidi • ormoni

•E’ un macronutriente che ha l’effetto più immediato e visibile sullo stato vegetativo delle piante > forte azione di stimolo della crescita

L’N può essere assorbito dalle piante principalmente come NO3

- e come NH4+.

Il nitrato è assorbito in netta prevalenza rispetto all’ammonio; l’NO3

- non è adsorbito dal suolo facilmente può essere perso per lisciviazione e/o ruscellamento. L’NH4

+ è legato al complesso di scambio cationico del terreno ed è gradualmente trasformato in azoto nitrico (nitrificazione) ad opera dei batteri nitrificanti. La riserva azotata più importante, tuttavia, è costituita dall’azoto organico, che rappresenta quasi la totalità dell’N presente nel terreno (Norg~Ntot).

Si manifestano nella pianta con rallentamento ed arresto della crescita e con progressivo ingiallimento, a causa della mancata sintesi di proteine e clorofilla. A sua volta la scarsità di clorofilla rallenta la fotosintesi e quindi si ha una minore produzione. La riduzione del ciclo vegetativo per azoto-carenza induce fioriture e fruttificazioni anticipate ed incomplete.

N - Carenze

riduzione della sintesi degli zuccheri ed accumulo di acidi organici;

crescita stentata e foglie di colore verde-giallastro (clorosi)

ingiallimento parte dalle foglie più vecchie che gradualmente

necrotizzano – con deficienza cronica la pianta imbrunisce e muore

nelle crucifere le foglie sviluppano spesso una intensa colorazione

porpora, rossa o arancio (perdita di clorofilla e evidenza pigmenti

supplementari)

senescenza e caduta prematura foglie

colatura fiori

bassa produzione

maturazione accelerata frutti

08/11/2013

3

N - eccessi

Provocano squilibrio fra lo sviluppo rapido ed eccessivo degli organi epigei e quello più lento e ridotto dell’apparato radicale. La pianta diventa meno resistente alla siccità, il tempo di maturazione si allunga, i tessuti vegetali diventano flaccidi, offrono minore resistenza agli agenti esterni e risultano più vulnerabili verso i parassiti vegetali e animali.

Eccessi di N possono causare:

Ridotto contenuto di vitamina C;

Ridotto contenuto di zuccheri e bassa acidità;

Rapporto alterato di amminoacidi essenziali;

accumulo nitrati nei tessuti vegetali (foglie, steli): rischio alimentare

dilavamento nitrati: rischio ambientale (inquinamento falde)

Ritardo nella maturazione, ritardo ciclo di sviluppo (alcuni giorni)

In sedano: ridotta produzione di composti volatili e variazione del flavor

caratteristico;

maggiori consumi idrici (>LAI, >traspirazione)

minore allegagione dei fiori (in termini %)

maggiore suscettibilità a allettamento, malattie, danni da gelo

In bietola da orto: aumento di glutammine e comparsa di odori anomali

(off-flavors)

In patata dolce: aumento della perdita di peso durante la conservazione;

In c. broccolo: aumento incidenza dello stelo cavo;

Pomodoro: aumento dei marciumi molli durante la conservazione.

Il fosforo (P) Le piante asportano P sottoforma di anioni dell’acido orto-fosforico (H3PO4): - ione H2PO4

- (principalmente) - ione HPO4

-- (in minor misura) (P solubile, direttamente utilizzabile). Queste forme sono in equilibrio con i fosfati adsorbiti sulle superfici di scambio anionico (frazione facilmente scambiabile) e fissati nelle particelle argillose (ceduti più lentamente nella s.c.).

Gran parte del P è bloccato in: a) precipitati poco solubili o insolubili - fosfati di ferro, di

allumino (con pH acido) e fosfati di calcio (con pH alcalino), in equilibrio dinamico con le forme solubili;

b) in composti organici (fitati), disponibili solo dopo mineralizzazione.

Tutte queste componenti rappresentano la risorsa di fosforo per le piante (fosforo assimilabile); inaccessibili sono invece i fosfati cristallini (inerti).

08/11/2013

4

Assimilabilità della P2O5 in rapporto al valore del pH del terreno

(tratto da Miele)

P

Funzioni: importante componente del DNA delle piante, delle membrane

cellulari ed entra in diversi trasportatori intermedi di energia nei processi di

fotosintesi e respirazione. Interviene nel:

• trasferimento di energia

• formazioni acidi nucleici

• proteine, acidi fitici, prodotti di riserva

• fosfolipidi associati alle proteine di membrana e nel mantenimento della

struttura di membrana

• azione nitrato riduttasi (interazione positiva con N)

La nutrizione fosfatica delle piante avviene per assorbimento radicale di uno dei due

anioni sopradetti. Infatti, più che del contenuto di fosforo totale di un terreno ha

importanza la quantità di fosforo disponibile per le colture, che a sua volta è in stretta

relazione con la quantità di anioni fosforici capaci di passare in soluzione ed essere

assorbiti dalle radici.

La maggior parte dei terreni agrari ha solo di rado una buona disponibilità naturale di

fosfati, un apporto di fertilizzanti fosfatici è la fonte migliore per apportare fosforo alle

colture. Invece, al contrario delle concimazioni azotate, dove si possono avere perdite

per dilavamento, con le concimazioni fosfatiche possiamo avere solamente perdite di

disponibilità per insolubilizzazione più o meno forte da parte del terreno.

08/11/2013

5

•riduzione dello sviluppo dell’apparato radicale, •nanismo, crescita stentata, piante deboli e filate •foglie giovani verde scuro •foglie vecchie rosse o porpora, verde-bluastro opaco •clorosi dalle foglie vecchie alle giovani •foglie con ridotto margine fogliare •picciolo fogliare forma angolo acuto con lo stelo •fioritura e maturazione ritardate, •scarsa formazione di frutti, frutti e semi restano piccoli

P- Carenza

si manifesta nelle piante con:

La diminuzione della produzione in seguito a carenze fosfatiche si accompagna spesso a qualità scadente. Nelle leguminose si ha spesso carenza di azoto se i batteri simbionti non trovano un minimo di fosforo necessario per la loro attività.

P- CARENZA

08/11/2013

6

Sono rari Eccessi di somministrazioni fosfatiche provocano una nutrizione accelerata a spese del normale sviluppo vegetativo e di conseguenza una maturazione anticipata. In alcuni casi si possono manifestare clorosi per insolubilizzazione di Fe, Mn e Zn.

P- Eccessi

agisce sul contenuto in amido, grassi, vitamine, enzimi, albumine

(nucleoproteine).

Una buona/alta dotazione di P:

In cavolfiore favorisce le dimensioni dell’infiorescenza.

In pomodoro favorisce la produzione di un gran numero di bacche

di elevata pezzatura (anche in peperone e melanzana), riduce

l’acidità (effetto negativo) e aumenta il residuo ottico.

In patata favorisce la sintesi di amido e vitamina C.

In radicchio, la formazione di un grumolo ben conformato.

attenua i danni dovuti ad eccessi di azoto.

la lattuga è tra le specie che + risponde alla concimazione con P.

in spinacio e lattuga aumenta la sostanza secca il contenuto di P

e la produzione

aumenta il contenuto di P nelle Chenopodiacee e nelle Crucifere

senza avere effetti importanti sulla produzione

scarso effetto sul contenuto di P in porro, cipolla, fava e fagiolino,

ma ne aumenta la produzione.

eccessi in ortaggi da frutto: aumento del contenuto di zuccheri,

riduzione dell’acidità e alterazione del colore.

P e qualità

08/11/2013

7

RootGrow Plus

TerraVital Hortimix®

MicoFert®

LicoMic®

MICOSAT® JOLLY

MICOSAT® ULTRA

Kwizda

P e Micorrizzazione

Trattamento

Biomassa

fresca

Frutti/pianta

totali commerciabili scarto

Peso

medio

(kg/pianta) (kg) (n.) (kg) (n.) (kg) (n.) (g)

Non Micorrizzato 4,6 3,8 61 3,6 54 0,25 8 62

Micorrizzato 5,1 4,2 72 3,9 61 0,36 10 60

Significatività(1) * ** ** * * ns ns ns

Trattamento Peso

secco

N-totale Fosforo

(g/pianta) (g·100 g-1 ss)

Non micorrizzato 473,3 2,67 0,44

Micorrizzato 562,0 2,85 0,49

Significatività(1) * *** ***

Effetto della micorrizzazione artificiale su pomodoro da industria

(Conversa et al. 2007)

08/11/2013

8

Il potassio (K)

Ha un ruolo importante nella regolazione osmotica delle cellule e attiva

diversi enzimi nella fotosintesi e nella respirazione E’ un macronutriente dinamico che, pur non facendo parte di particolari composti organici della pianta, viene assorbito in notevoli quantità e per molte piante (es. orticole) in quantità maggiore rispetto agli altri elementi. Il potassio si accumula in quelle zone delle piante dove sono più attive le divisioni cellulari. Esso neutralizza gli acidi nei tessuti vegetali, agisce sul protoplasma regolandone il rigonfiamento e normalizzando i processi di traspirazione; presiede quindi al mantenimento dell’equilibrio idrico (turgore). Di qui la sua azione favorevole all’aumento della resistenza dei tessuti vegetali al gelo ed alla siccità. Il potassio altresì determina una maggiore turgescenza dei tessuti, rendendo la pianta più resistente agli attacchi dei parassiti. Dal punto di vista biochimico, il potassio è un attivatore enzimatico ed agisce quale catalizzatore per la sintesi dei carboidrati ed equilibratore fra questi e la sintesi delle sostanze proteiche.

Il potassio nel terreno agrario

Il potassio è adsorbito sul complesso di scambio cationico del terreno;

questa forma, definita scambiabile, è in equilibrio con il K+ solubile,

presente nella s.c.. Entrambe rappresentano la risorsa più prontamente

utilizzabile dalle piante. Le altre fonti di potassio presenti nel suolo sono

disponibili soltanto dopo mineralizzazione (potassio organico) o pressocché

indisponibili (fissato, in combinazioni minerali).

K+ K+ K+

Rocce e minerali K+ K+ K+

Non disponibile

Argille

K in forme organiche

Minerali

Esistono nel suolo tre forme di K (non disponibile, fisso o

lentamente disponibile, facilmente disponibile o scambiabile)

K+ K+ K+

Soluzione circolante K+ K+ K+

Colloidi del suolo

K+ K+ K+ K+ K+ K+

K+ K+ K+ K+ K+ K+

Prontamente

disponibile

Fisso

o lentamente

disponibile

08/11/2013

9

Ingiallimento degli apici e dei lembi fogliari e successiva formazione di zone necrotizzate. Spesso induce un aumento di azotati solubili in alcune piante industriali (barbabietola da zucchero, orzo) con ripercussioni sfavorevoli sulla qualità e quantità dei prodotti elaborati. Sintomi: • crescita stentata • meno ramificazioni e foglie • foglie vecchie con margini necrotici e incurvati (o verso il basso o

verso l’alto) • internodi brevi • appassimento fogliare • clorosi internervale sulle foglie vecchie poi ingiallimento su tutta la

foglia • bruciature marginali possono essere precedute da clorosi del

margine con piccole macchie marroni irregolari – poi le macchie si allargano, confluiscono e coprono le aree internervali

K- Carenza

08/11/2013

10

Piante carenti in K sono più suscettibili allo stress idrico (il K ha un ruolo

importante nella regolazione stomatica che è il meccanismo principale di

controllo del regime idrico della pianta, inoltre il K ha un importante ruolo

come soluto osmotico nel vacuolo consentendo di mantenere un alto

contenuto di acqua anche in condizioni di stress idrico.

Piante in condizioni di carenza di K sono più suscettibili ai danni da gelo.

Il danno da gelo è inversamente correlato al contenuto di K nelle foglie

Disponibilità di K e qualità:

Alti livelli sono stati spesso associati con il miglioramento della qualità negli

ortaggi :

• riduce il contenuto in acido ossalico (tossico),

• aumenta la produzione di vitamina C e B,

• aumento acidità titolabile

• colorazione migliore

• diminuisce la produzione di proteine, caroteni e clorofilla.

K

Per molte piante (orticole e frutticole, ecc.) il K ha effetti positivi tanto sulla qualità (sapore, colore, consistenza, ecc.)

quanto sulla conservabilità dei prodotti raccolti.

In pomodoro influenza la produzione e la qualità delle bacche:

• dimensione,

• acidità,

• conservabilità,

• Colorazione (diminuisce l’incidenza della colorazione a chiazze),

• consistenza,

• Vitamina C.

08/11/2013

11

Calcio

Il calcio è un importante componente delle pareti cellulari ed è necessario

per il normale funzionamento delle membrane cellulari.

Essendo le pareti e le membrane cellulari rapidamente sintetizzate nei punti

di crescita , questi sono I primi a manifestare sintomi di carenza.

Diversamente da N, P o K, il calcio è poco mobile all’interno della pianta e

non può essere trasportato dai tessuti più vecchi verso I punti di crescita nei

momenti di carenza.

Il momento di disponibilità per la pianta può avere importanti implicazioni

sulla quantità di calcio che arriva in una specifica parte della pianta.

Calcio

• entra nella composizione delle pareti cellulari (pectato di calcio)

• con il K contribuisce alla neutralizzazione degli acidi organici

• importante per l’assorbimento di N

• aumenta resistenza meccanica tessuti adulti (da cui non è traslocato)

• MOLTO POCO MOBILE NELLA PIANTA: CARENZE SPESSO

DOVUTE A DIFETTI DI TRASLOCAZIONE

Alti livelli di calcio sono stati associati con effetti positivi quali:

• aumento del contenuto di vitamina C

• aumento del periodo di conservazione

• ritardata maturazione

• aumento della consistenza

• riduzione del ritmo di respirazione e della produzione di etilene.

08/11/2013

12

Calcio- CARENZA

Alti ritmi di crescita in organi con basso livello di traspirazione aumentano il

rischio che il contenuto di Ca2+ scenda sotto i livelli critici richiesti per il

mantenimento della integrità delle membrane determinando la comparsa dei

tipici sintomi di Ca-carenza:

• compare su giovani foglie e vicino ai punti di crescita di steli e radici

• foglie piccole

• crescita stentata

• giovani foglie: apice arrotolato e necrotico, margini clorotici, flaccide,

deformate, margine arrotolato verso l’alto, a volte bucate

La carenza di calcio è comune negli ortaggi:

• marciume apicale nel pomodoro, peperone, cocomero

• cuore nero in scarola, sedano

• tipburn in lattuga cavolfiore e cavolo

Bassi livelli di Ca2+ nei frutti determinano aumento della suscettibilità ad attacchi

funginei.

Nel melone è stata anche attribuita a Ca-carenza la presenza di aree con

aspetto vitreo, deliquescente e di colorazione più intensa (vitrescenza)

ECCESSO • clorosi per fissazione Fe e B

Calcio-carenze

Carenza: marciume apicale, tip-burn, atrofia dei fioretti;

legate a temporanea carenza di

calcio causata da un

insufficiente movimento di acqua

verso zone critiche della pianta

in periodi critici:

- crescita troppo rapida

- alta temperatura

- stress idrico

- bassa traspirazione

08/11/2013

13

MAGNESIO

funzioni

• costituente di clorofilla a e b (3.7% di Mg – 10% del Mg totale della

foglia)

• molti enzimi presenti nei cloroplasti che entrano nel processo

fotosintetico contengono Mg

• implicato nel metabolismo del P

• stabilità sub-unità ribosomiali

• interazione positiva con N (soprattutto nitrico)

ECCESSO -> determina carenza di K e Ca

Mg - CARENZA

• compare tardi sulle foglie più vecchie:

perdita di colore verde nelle zone

internervali seguita da imbianchimenti

• poi necrosi e filloptosi (linea di

abscissione nel picciolo)

• margini ricurvi verso il basso

• pisello, pomodoro: margini fogliari

ingialliscono e poi si colorano di rosso-

arancio o porpora

• cavolfiore, cavolo broccolo: foglie con

aree con colorazioni rossastre

• difficile da distinguere dalla carenza di

potassio

• antagonismo con il K (rapporto K:Mg > 3)

08/11/2013

14

FERRO - funzioni

• importante ruolo nello sviluppo e nella integrità dei cloroplasti

(catalizzatore sintesi della clorofilla)

• attivatore di numerose reazioni redox (molti enzimi contengono un

gruppo con ferro)

• regola respirazione, fotosintesi, riduzione di nitrati e solfati

• assorbito come ione ferroso (Fe++) o ferrico (Fe+++)

• raramente manca nel terreno, ma può essere reso indisponibile per

reazione con fosfati e carbonati a pH alto

FERRO - CARENZA

• clorosi internervale delle foglie più giovani

• parte dall’apice fogliare e procede verso il basso

• casi più gravi: imbianchimento fogliare

• riduzione numero e dimensione foglie

• crescita stentata

• abbassamenti produttivi

ECCESSO -> carenze di Mn

08/11/2013

15

Foglie vecchie

e mature

Clorosi

uniforme N (S)

internervale Mg (Mn)

Necrosi

bruciature su

apici e margini K

internervale Mg (Mn)

Foglie giovani

e apici

Clorosi

uniforme Fe (S)

Internervale

o a macchie Zn (Mn)

Necrosi bruciature su

apici e margini K

deformazioni Mo (Zn, B)

PARTE DI PIANTA SINTOMO PREVALENTE CARENZA

Gestione della fertilizzazione

- la fertilizzazione azotata

08/11/2013

16

La concimazione azotata

Per un pronto riscontro della fertilizzazione azotata vengono

distribuiti prevalentemente concimi nitrici, nonostante l’NO3- possa

provenire, più gradualmente, da concimi ammoniacali e da s.o.

naturale e/o di apporto (ammendanti e concimi organici).

La distribuzione dei concimi nitrici spesso si risolve in perdite di N, a

causa di differenti fattori

a) estrema solubilità dello ione nitrato (lisciviazione e/o

ruscellamento);

b) fenomeni di volatilizzazione (NH3, NO2) e immobilizzazione

(utilizzazione da parte dei microrganismi);

c) bassa capacità delle specie orticole di esplorazione del terreno

(apparato radicale poco profondo) e di assorbimento minerale.

perdita di N nell’ambiente comporta non soltanto un aggravio

economico per il produttore, ma soprattutto fenomeni di inquinamento

da nitrato dei corpi idrici sotterranei e superficiali

scarsa conoscenza

delle dinamiche

dell’N nel suolo

gestione piuttosto arbitraria

della scelta della quantità, del

tipo di concime, della modalità

e dei tempi di distribuzione

efficienza della concimazione azotata in

orticoltura piuttosto bassa con l’impiego

di quantità di azoto (in forma nitrica)

superiori alle reali esigenze della coltura

08/11/2013

17

La dose economicamente ottimale del fertilizzante N

• varia con il ciclo della coltura, il clima, la storia del sito

La quantità totale e la disponibilità temporale di N in un suolo

• N minerale (presente all’inizio della coltura)

• N mineralizzato dalla SO durante la coltivazione

Variazioni nel fabbisogno di N duralte il ciclo colturale

Possibili perdite di N minerale dalla zona radicale durante la

coltivazione

Incertezze nella gestione della

fertilizzazione azotata

Concimazione Azotata Scarsa efficienza

Perdite di N nell’ambiente

-Lisciviazione

-Ruscellamento

-Volatilizzazione

Protezione delle acque dall’inquinamento provocato dai nitrati

provenienti da fonti agricole (Direttiva 91/676/CEE);

08/11/2013

18

Oltre l’80% delle aree designate ZVN in

Puglia ricadono in Provincia di Foggia

08/11/2013

19

Approcci che si basano su analisi del terreno

Caratteristiche generali: la dose di fertilizzante N è definita

in relazione al contenuto di N minerale del terreno

approcci sito specifici

Analisi sul suolo

Terreno

Laboratorio

- Nmin

- KNS

Soluzione

circolante

Kit rapidi Laboratorio

Misura

diretta

Sensori di

prossimità

1) Il metodo Nmin

• Commento: Nmin e N “minerale” e non “N mineralizato”;

• Approccio della risposta al fertilizzante che considera l’N

minerale nella zona radicale all’impianto per derivare il “valore

di N target”;

08/11/2013

20

1) Metodo Nmin

Usato negli schemi di fertilizzazione N in USA e Europa

Centrale;

la relazione tra target N vs. Nmin deriva da numerose

prove sperimentali;

sono stati suggeriti approcci modellistici.

2) Metodo KNS

E’ un adattamento del metodo Nmin

Usato negli schemi di fetilizzazione in USA e EC

Considera il livello di Nmin all’impianto e durante la coltura

L’N minerale nel suolo è analizzato almeno 2 volte durante il

ciclo colturale

08/11/2013

21

Usato in maniera estensiva nel mais negli USA

Buoni risultati sperimentali in diversi ortaggi;

Nel mais il campionamento del terreno nello strato

0–30 cm si esegue quando il mais è alto 15–30 cm;

se NO3-N>25 ppm non si applica fertilizzante;

3) Pre-Sidedress Nitrate Test (PSNT)

A) Con campionatori a suzione

per assicurare livelli di sufficienza nella zona

radicale [NO3-]

analisi possono essere fatte direttamente in azienda

con i quick tests

valori usati in Israele (>5 mM)

usati anche in Almeria con drip irrigation &

fertigation

problemi legati alle variazioni spaziali

B) Estratti suolo:acqua 1:2

sistema olandese usato su diversi ortaggi

Disponibili raccomandazioni per diverse colture

C) Con sensori di prossimità (Battilani, 2013)

4) Monitoraggio regolare dell’N nel terreno

08/11/2013

22

Campionatore a suzione

Nitrati - quick test

08/11/2013

23

Battilani, 2013

Sensori di prossimità

Misurano in continuo :

pH

CE

K

fosfati

nitrati

08/11/2013

24

Commenti sugli approcci basati sulle analisi del

terreno

Sono largamente usati in aziende commerciali (USA);

Richiedono la disponibilità di laboratori che possano analizare

velocemente molti campioni;

Le analisi devono essere tempestive;

I campionamenti vanno eseuiti correttamente e il maneggiamento dei

campioni di terreno deve essere accurato, (costi?);

Le analisi del terreno dovrebbero essere una componente nei

programmi di gestione dell’N;

Usando approcci basati solo sulle analisi del terreno si ha una

flessibilità molto limitata:

assunzione di produzioni e fabbisogni azotati fisse;

non si considera in maniera esplicita la mineralizzazione della SO;

non rispondono a variazioni stagionali nella richiesta di N e nella

disponibilità di N.

Si basa sul concetto che in un dato sistema coltura/suolo

la pianta stessa sia un buon indicatore del suo stato

nutrizionale

Analisi pianta/coltura

Succhi

cellulari

Kit rapidi

NO3

Contenuto di

clorofilla

SPAD

CHL meter Fluorescenza

Riflettanza

della canopy

Sensori

manuali

Sensori

montati su

mezzi

08/11/2013

25

Analisi della coltura/pianta

a intervalli regolari e in momenti critici

è uno strumento importarte in un programma integrato della

gestione della fertilizzazione N

molte ricerche svolte, ma l’utilizzo pratico appare ancora limitato

problemi generali: necessità di correlare le indicazioni di

fertilizzazioni ai dati risposta della coltura/pianta

queste relazioni devono essre disponibili per specie, regione,

cultivar

Aspetti critici: danno una indicazione dello stato nutrizionale

azotato momentaneo

Limiti: altri elementi oltre N ….

Analisi dei succhi cellelari [NO3-]

il livello di NO3- nella pianta è considerato un

indice sensibile dello stato nutrizionale azotato

N è trasportato dalle radici alle foglie come

NO3-

normalmente nei piccioli delle foglie giovani

campionamento di 20–40 piccioli per campo

possono essere analizzati in azienda con

sistemi di analisi rapida (es.Cardy NO3- meter)

08/11/2013

26

Da: Sufficiency Ranges for Nitrate-Nitrogen and Potassium for Vegetable Petiole Sap Quick Tests."

G.J. Hochmuth, HortTechnology. Pag. 218-222. 1994.

Da: Sufficiency Ranges for Nitrate-Nitrogen and Potassium for Vegetable Petiole Sap Quick Tests." G.J. Hochmuth,

HortTechnology. Pag. 218-222. 1994.

08/11/2013

27

Analisi dei succhi cellulari NO3-

Diversi lavori in letteratura riportano in molte specie una forte correlazione

tra nitrati nei succhi cellulari

Ma alcuni lavori sperimentali indicano bassi livelli di correlazione (Hartz,

2006)

I nitrati nei succhi cellulari sono influenzati dall’ora di campionamento, dalla

luminosità, dalle procedure di estrazione, dalla posizione della foglia, ecc.

o I protocolli di campionamento possono ridurre questi effetti

Appare limitato come approccio generalizzabile

o Può essere utilizzato su specifiche colture, con livelli di sufficienza

specifici di un’area, delle cultivar e delle pratiche di fertilizzazione etc.

Misura del contenuto di clorofilla fogliare Lettori ottici a clip

SPAD (Minolta), N-Tester (Yara), Chlorophyll meter

(Hansatech)

misura indiretta del contenuto di clorofilla

misura indiretta del N fogliare

CHL vs N fogliare: in genere la relazione è lineare ma sono

riportati anche dei plateau

Fonte: Blackmer et al. 1994. Agron. J. SPAD N-Tester

08/11/2013

28

Ci sono molti studi su ortaggi, riso, grano, ….

I valori tal quali di lettura della clorofilla possono essere influenzati dalla

luminosità, cultivar, umidità del terreno

per determinare i livelli di sufficienza:

1) con I valori assoluti misurati dai lettori (es. SPAD)

2) valutando l’indice di sufficienza (IS) = valore misurato / valore dalla

delle parcelle di riferimento

o Le parcelle di riferimento sono aree del campo senza limitazioni di N

o IS elimina l’influenza di altri fattori oltre l’N (es. cultivar ed altri fattori)

o es. IS <0.95 può essere considerato una situazione di carenza

Nonostante sia stata molto considerata come ricerca appare ancora

limitata nell’applicazione pratica o l’area di misura è molto piccola (6 mm2), è difficile caratterizzare da questa

l’intera coltura

o molto sensibile alle condizioni luminose e all’effetto cultivar.

Misura del contenuto di clorofilla fogliare

La fluorescenza della clorofilla, è un fenomeno che deriva

dall’energia luminosa emessa dalla clorofilla stessa (la clorofilla è

un fluoroforo);

può essere un mezzo efficace per valutare, in modo rapido e non

invasivo, il contenuto di clorofilla e lo stato della fotosintesi di una

pianta.

Stima del contenuto di clorofilla attraverso misure

della fluorescenza

08/11/2013

29

Ulissi et al., 2011 Sensors (Basel). 11(6): 6411–6424.

Metodi basati sulla misura della riflettanza della

canopy

Approccio molto promettente

Può essere considerata una forma di remote sensing

Ci sono molti lavori su colture da pieno campo principalmente in USA

Può essere usato anche nell’agricoltura di precisione (applicazione di

dosi di N variabili)

Applicazioni in colture da pieno campo commerciali

Sensori di prossimità: 0.5–1.5 m, o 4–6 m dalla coltura

Misurano aree relativamente ampie di canopy

Molti sono sensori ATTIVI o hanno una propria fonte di illuminazione

o la variazione delle condizioni luminose (ora del giorno, condizioni

ambientali) non sono una limitazione

08/11/2013

30

Piante ben nutrite Piante in carenza di N

riflettono più visibile e meno NIR

o Misura della riflettanza a diverse lunghezze d’onda (es. 670, 760, 550, 730 nm)

per derivare indici

o Gli indici considerano più lunghezze d’onda (2–3)

o Si calcolano numerosi indici iI più usato è l’NDVI; altri indici: G‐NDVI, RVI, CCCI

Misura della riflettanza della canopy

Misura della riflettanza della canopy

Sensori di tipo manuale

Sensori montati su mezzi

08/11/2013

31

La relazione tra l’indice di riflettanza e la coltura

o varia con la specie e con l’età della coltura

o non c’è una forte relazione con l’età della coltura

o l’approccio comune si basa sull’indice di sufficienza (IS) usando

come riferimento parcelle ben nutrite in N

Derivazione di indicazioni sulle dosi di N dagli indici di riflettanza

o sono stati sviluppati diversi approcci

o normalmente si fa riferimento a IS specifici per specie e fasi della

coltura

o in uso su colture cerealicole

o alcuni indici fanno riferimento alle misure dirette altri usano algoritmi

o alcuni algoritmi non sono disponibili (es. proprietà Yara)

Misura della riflettanza della canopy

Calcolo delle dosi di fertilizzante basato sul

bilancio

Approccio sito specifico

Considera in maniera specifica tutti gli inputs

Bilancio elementi

Semplificato

Basato sulle

sole

asportazioni

Con l’uso dei DSS

complessi semplificati

08/11/2013

32

Coltura: pomodoro da industria su terreno franco

Ipotesi produttiva 100 t/ha

Esempio di calcolo del fabbisogno di concimi P, K e N

in pomodoro da industria con bilancio semplificato

Piani di concimazione con metodo semplificato

Il metodo si basa su due elementi fondamentali:

1) quantità totale di nutriente asportato,

2) quantità di questo elemento disponibile nel terreno (eventuali crediti).

dati necessari per il calcolo del fabbisogno di fertilizzante:

• obiettivo di resa della coltura

• asportazioni unitarie (kg/100 kg)

• precessione colturale

• analisi terreno per:

- tessitura

- sostanza organica

- pH

- fosforo assimilabile

- potassio scambiabile

08/11/2013

33

Coltura

Asportazioni (kg t-1)

Coltura

Asportazioni (kg t-1)

N P2O5 K2O N P2O5 K2O

Aglio 5,0 1,5 3,0 Fragola 8,8 3,4 14,2

Asparago 25,0 7,0 22,0 Lattuga 2,2 0,8 5,0

Bietola da orto 2,5 0,8 4,6 Melanzana 4,4 2,1 6,0

Carciofo 8,0 5,6 12,0 Melone 5,2 2,0 7,5

Cardo 2,2 1,1 4,0 Patata comune 4,0 1,8 8,1

Carota 4,0 1,7 6,6 Patata primat. 4,8 1,7 7,9

Cavolfiore 4,0 1,6 5,0 Peperone 3,7 1,0 5,0

C. cappuc. bianco

3,6 1,3 4,3 Pisello fresco 12,5 4,5 9,0

C. cappuc. rosso 6,0 1,7 7,0 Pomodoro 2,7 1,0 4,6

C. Bruxelles 3,3 1,0 3,5 Porro 3,3 2,0 4,0

C. rapa 5,0 4,0 8,0 Prezzemolo 2,2 0,8 4,8

C. verza 7,0 3,0 7,5 Rapa 4,5 3,0 4,5

Cetriolo 1,6 0,8 2,6 Ravanello 5,5 3,0 5,0

Cipolla 2,8 1,4 4,0 Sedano 6,5 2,5 10,0

Cocomero 1,7 1,3 3,0 Spinacio 4,7 1,7 5,0

Fagiolino 7,5 2,0 6,0 Zucchino 3,8 1,6 8,5

Tabella 1 - Asportazioni di N, P e K delle principali colture orticole

Dose di concime fosfatico

• Produzione di bacche: 100 t/ha

• P asportato dalla coltura: 100 kg/ha P2O5

• P reintegrato alla riserva di P del terreno: 40 kg/ha di P2O5 (*)

• Il livello medio di P2O5 assimilabile nel terreno: 37 ppm (**)

• Coefficiente moltiplicativo: 1

• La dose di concime da somministrare: 60 kg/ha di P2O5

(*) Con l’interramento dei residui della coltura, la quantità di P effettivamente sottratta al

terreno è soltanto la frazione presente nelle bacche raccolte, della quantità totale

assorbita dalla coltura circa il 40% ritorna al suolo come residuo (parte verde della

pianta, eventuali scarti di produzione).

(**) compreso tra 31 e 45 ppm, può essere considerato una dotazione sufficiente (Tab.

2) per terreni da sabbiosi ad argillosi.

08/11/2013

34

Valutazione

agronomica

(livello)

Dotazione Coeff. moltiplicativi (*)

K K2O P P2O5 per il K per il P

(ppm)

Molto basso 0-50 0-60 0-6 0-15 1,1 - 1,5 2 - 2,5

Basso 51-100 61-120 7-12 16-30 0,8 - 1,1 1,5 - 2

Medio 101-150 121-180 13-20 31-45 0,5 - 0,8 1

Alto 151-200 181-240 20-30 46-70 0 - 0,5 0,5 - 1

Molto alto >200 >240 - >70 0 0

Tabella 2 - Valutazione e del potassio scambiabile (metodo Olsen) e

del fosforo assimilabile del terreno (metodo internazionale) e

indicazioni per la concimazione.

(*) Coefficienti moltiplicativi da applicare alle asportazioni per il calcolo della

corretta dose di fertilizzante.

Tipo di

terreno

s.o.

(%)

N totale

(‰)

P2O5

assimilabile

(ppm)

K2O

scambiabile

(ppm)

Sabbioso 0,8-1,3 0,8-1,2 25-30 100-145

Franco 1,5-2,0 1,0-1,6 30-35 120-180

Argilloso 1,5-2,0 1,2-1,6 35-40 145-220

Valori di sufficienza dei principali parametri della fertilità chimica

in diversi tipi di terreno.

08/11/2013

35

Dose di concime potassico

Analogamente al P, le dosi di K2O da somministrare sono determinate

considerando:

1. quantità lasciata sul terreno dai residui della coltura,

2. Il livello di K scambiabile del terreno (Tab. 2).

• Produzione di bacche: 100 t/ha

• K asportato dalla coltura: 400 kg/ha

• K reintegrato alla riserva del terreno: 160 kg/ha (*)

• Il livello medio di K scambiabile nel terreno: 125 ppm di K (**)

• Coefficiente moltiplicativo: 0,5 – 0,8

• La dose di concime da somministrare: 120-192 kg/ha di K

Distribuzione dei concimi fosfatici e potassici

In generale, poiché la mobilità nel terreno del fosforo e del potassio è

molto bassa, è consigliata la distribuzione di questi concimi in pre-

impianto per la l’incorporazione nello strato di terreno che sarà

esplorato dalle radici, in alternativa possono essere distribuiti in

maniera localizzata al momento dell’impianto, o durante la coltura in

fertirrigazione

08/11/2013

36

Dose di concime azotato

Anche nel caso dell’N, il fabbisogno è calcolato per differenza tra l’N

assorbito e quello disponibile; tuttavia, bisogna sottolineare differenze

sostanziali rispetto a quanto descritto per P e K riguardo a due aspetti:

a) calcolo dell’N disponibile;

b) calcolo della dose tecnica di concime.

L’N disponibile è dato da:

• N minerale (trascurabile per effetto della lisciviazione),

• N rilasciato per mineralizzazione dell’N organico (N totale)

incluso nella s.o. (valore riportato dalle analisi del terreno,

prevalentemente humus).

I valori di sufficienza per s.o. e N totale variano rispettivamente da 0,8-1%

e 0,8-1,2 ‰ (in terreni sabbiosi) a 1,5-2% e 1,2-1,6 ‰ (in terreni argillosi).

Azoto mineralizzato (kg/ha) dalla S.O. del

terreno e disponibile per una coltura

(tratta da Miele, 2007)

08/11/2013

37

Mineralizzazione della sostanza organica

L’N mineralizzabile (Nmin) dipende dalla quantità di N totale~N organico

(Norg) e dai fattori che condizionano la cinetica di mineralizzazione

della s.o:

- rapporto C/N

- contenuto di calcare

- contenuto di argilla

Questi fattori considerati nel calcolo della percentuale di

mineralizzazione (Min) e nel coefficiente di mineralizzazione (Km). In

generale il prodotto (Min x Km) è pari a 1,5-2%.

Calcolo dell’azoto mineralizzabile da sostanza organica nel terreno

Nmin=Norg x Min x Km

dove:

Norg (kg/ha) = quantità di azoto organico presente nello strato di terreno

esplorato dalle radici, in funzione del tipo di terreno;

Min=percentuale di mineralizzazione;

Km=coefficiente di efficienza di mineralizzazione.

Determinazione di:

Norg=[(profondità radicale x peso specifico apparente*) x 106] x

(s.o./100)x(N/1000);

Min=1200/[(Argilla+20) x (calcare totale+20)];

Km=1 se C/N<9; Km=0,5 se C/N compreso tra 9-12; Km=0,3 se C/N> 12. *densità apparente (t/m3) = 1,1-1,2 (T=1); 1,3-1,35 (T=1/5); 1,5 (T=1/10) dove

T=(argilla/limo+sabbia)

Ad esempio per un terreno franco, con C/N=9, sufficientemente

dotato in s.o. (1,5-2,0 %), supponendo una durata del ciclo

colturale di 6 mesi, sono resi disponibili, in media, 20 kg/ha di N.

08/11/2013

38

Coltura

Apporto N

(kg/ha)

Produ-zione (t/ha) Coltura

Apporto N

(kg/ha)

Produ-zione (t/ha)

Spinacio 10 25 Finocchio 90 40 Lattuga (cappuccio) 18 50 Pom. da mensa 280 75 Sedano 30 80 Cetriolo 100 70 Melone 65 30 Cav. cappuccio 120 80 Carota 70 40 Cavolfiore 125 23 Pisello 80 8 Zucchino 243 44 Sovescio da favino 80 - Bietola da orto 100 60

Contenuto di N dei residui di alcune colture

Nel bilancio dovrebbe essere anche considerato l’N reso disponibile dai

residui della coltura precedente. Nella maggior parte delle specie orticole,

l’entità di questi residui è abbastanza limitata, poiché buon parte della

biomassa prodotta è allontanata con il raccolto; tuttavia, questi possono

essere consistenti per alcune di esse

La quantità di Nmin proveniente da questa fonte organica varia in

funzione di:

• specie

• stadio fenologico

• tipo di organi interreati

• grado di lignificazione

Questi fattori influenzano il contenuto in N e il rapporto C/N

(C/N=30, valore medio di riferimento al disotto del quale corrisponde

maggiore capacità di rilasciare Nmin).

In generale, è stimato che il 30-50% del contenuto azotato dei residui

può essere considerato utilizzabile dalla coltura.

Supponendo che i residui provengano da una coltivazione di

cavolfiore, questa quantità è variabile tra 40-60 kg/ha.

Contenuto di N dei residui

08/11/2013

39

Dose di N

L’N assorbito da una coltivazione di pomodoro con produzione pari a

100 t/ha di bacche è di 250 kg/ha (Tab. 1), quindi, il fabbisogno di N

[250 – (20+50)] è stimato pari a ca. 180 kg/ha.

La dose di N cosi calcolata deve essere moltiplicata per un coefficiente

di efficienza di concimazione (Ku), che tiene conto del tipo di terreno,

del concime utilizzato, del sistema e modalità di distribuzione. Per

aumentare l’efficienza di concimazione, la dose totale calcolata

dovrebbe essere distribuita in più interventi, per assecondare la

crescita della coltura nel tempo, soprattutto se si impiegano concimi

prontamente disponibili. Ipotizzando la distribuzione frazionata (1/3

all’impianto e 2/3 in copertura) di concimi azotati solubili in un terreno

franco, il Ku è compreso tra 1,2 e 1,4.

Fertirrigazione

Con la fertirrigazione la distribuzione dell’N (minerale o organico) avviene in

soluzione mediante impianti irrigui a micro-portata (a goccia, micro-sprinkers);

questo consente di intervenire con la concimazione durante tutto il ciclo

colturale, così da sincronizzare la disponibilità del concime con le esigenze

della coltura.

La distribuzione del concime è mirata

alla zona del terreno in cui è

maggiormente concentrato l’apparato

radicale, consentendo il risparmio di

fertilizzante rispetto alla concimazione

tradizionale (minori costi di produzione)

e la riduzione della volatilizzazione e

percolazione dell’N (minore impatto

ambientale).

08/11/2013

40

I presupposti per distribuire ad ogni intervento di fertirrigazione la quantità di

concime più adeguata all’assorbimento della pianta sono:

a) stima dei parametri irrigui (volume e turno di adacquamento), poiché volumi

eccessivi di acqua trasportano l’N (nitrico) negli strati profondi;

b) stima del ritmo di asportazioni di nutrienti da parte della coltura (curve di

asportazione), che indica la quantità giornaliera di azoto necessaria in ogni

fase di crescita e sviluppo. La curva di asportazione è caratteristica della

specie e delle cultivar allevate, delle condizioni colturali e pedoclimatiche

dell’areale in cui è realizzata la coltura; la curva di asportazione specifica

offre, inoltre, informazioni più realistiche sul valore della asportazione totale

di N.

Pomodoro ind.

N (

kg

/ha

)

Giorni (n.)

Lattuga

0

50

100

150

200

250

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Broccolo

Si basa sull’assunzione che:

Bilancio azotato

INPUTS OUTPUTS

N minerale – iniziale Asportazioni coltura N

N mineralizzato dalla SO Perdite di N

N da fertilizzanti N minerale – finale

N Inputs Totali N Outputs Totali

∑ N Inputs = ∑ N Outputs

08/11/2013

41

Principalmente solo N

esistono alcune variazioni tra gli autori nei dettagli del calcolo del

bilancio

il calcolo considera sempre le maggiori fonti di N

Alcuni esempi di DSS:

• WELL N

• VegSyst

• Azofert

• GesCoN

Uso dei Decision Support Systems (DSS)

N-fertilizzazioned = N-asportatod - N-disponibile nel suolod

N disponibile

nel terreno

N da S.O Soilwt Norg/1000 k2 P (1/365)

N minerale (NO3, NH4 Iniziale)

Assunzioni Denitrificazione=0

Volatilizzazione=0

Immobilizzazione=0

Accumulo di

biomassa

GesCoN

• Bilancio azotato – bilancio giornaliero

N nella biomassa

Biomassa

N (

%)

Bio

ma

ssa

Gradi giorno

Asportazione di N

N a

sp

ort

azio

ne

Gradi giorno

1)

2)

3)

N asportato dalla pianta N nel suolo

08/11/2013

42

GesCoN – Modulo gestione fertirrigazione • Simulazione – esempio di output in pomodoro da industria