Biomassa fogliare e apporto di nutrienti al suolo

Durante la stagione vegetativa 2012 sono state effettuate analisi del contenuto dei nutrienti nelle foglie a cadenza mensile. La concentrazione di N, P e K nelle foglie, in generale, subisce un calo progressivo dalla primavera fino all'autunno (Tabella 4.4) dove raggiunge i valori più bassi (pre- abscissione), ma non sempre quest'andamento è risultato così graduale.

Tabella 4.4.Concentrazioni di N, P e K nelle foglie, confronto fra inizio (aprile 2012) e fine (novembre 2012) periodo

vegetativo. I valori sono accompagnati, fra parentesi, dall'errore standard.

Infatti, è stata osservata una forte riduzione della presenza di azoto nelle foglie passando da concentrazioni medie di 40 mg g-1 su suolo Fr e di 50 mg g-1 su suolo SF nel mese di aprile rispetto a 15 mg g-1 su suolo Fr e 24 a mg g-1 su suolo SF nel mese di giugno. Lo stesso andamento è stato riscontrato anche per le [K] su suolo sabbioso, con valori medi di 19 mg g-1 ad aprile e di 10 mg g-1 a giugno; mentre su suolo franco tale andamento è stato molto più graduale con il calo maggiore fra settembre e novembre. Questo decremento, fra l'inizio autunno e il tardo autunno, è stato osservato anche per i valori delle [N] nel suolo Fr. I valori medi di [K] nel 2012 nel periodo estate-autunno risultano più bassi rispetto a quelli osservati nelle foglie del 2010 nello stesso periodo. Anche per le concentrazioni di fosforo si osserva un diverso andamento nel tempo nei due suoli con una similitudine, nel caso del suolo SF, con quello già descritto per le [N] e [K] sulla stessa tipologia di suolo (da una media di 7 mg g-1 di aprile a 3 mg g-1 di giugno). Le alte concentrazioni di partenza, su suolo Fr, non hanno subito un calo a giugno ma in un secondo momento, a luglio, raggiungendo concentrazioni medie di 3 mg g-1. Un altro particolare andamento che è stato riscontrato solo su questo suolo riguarda le [P] per le quali è stata osservata la crescita da settembre a novembre. Quest'ultimo andamento, dall'estate al tardo autunno, è stato riscontrato anche nell'anno 2010, ma meno pronunciato.

Le asportazioni della componente fogliare sono solo temporanee a causa della ri-traslocazione ai tessuti di riserva e al rapido turnover degli elementi rimasti, dopo la caduta delle foglie. Per avere un'indicazione del reintegro dei macronutrienti analizzati dovuto alla componente fogliare, sono stati associati i valori massimi di biomassa fogliare prodotta annualmente alle concentrazioni delle

aprile novembre aprile novembre aprile novembre

AF2 39.12 (±0.15) 13.44 (±0.23) 6.95 (±0.06) 5.37 (±0.19) 18.28 (±0.05) 7.52 (±0.08) Monviso 43.80 (±0.27) 11.61 (±0.06) 6.16 (±0.04) 4.62 (±0.06) 16.99 (±0.14) 12.23 (±0.13) AF2 55.15 (±0.29) 19.22 (±0.08) 6.31 (±0.02) 1.38 (±0.01) 17.10 (±0.02) 5.21 (±0.10) Monviso 49.47 (±0.26) 19.01 (±0.09) 7.50 (±0.14) 1.2 (±0.02) 21.10 (±0.25) 9.88 (±0.03) K (g kg-1) N (g kg-1) 2012 Fr SF Suolo Cloni Anno P (g kg -1 )

foglie nel periodo di senescenza (fine novembre).

E' interessante osservare come varia la percentuale di biomassa secca fogliare (

Figura 4.4), sul totale della biomassa secca epigea, nel periodo di massima produzione (Capitolo 3) durante i due cicli biennali. Nel primo ciclo produttivo non sono state osservate differenze, in termini percentuali, fra i due anni; la biomassa fogliare al momento del suo massimo sviluppo rappresentava complessivamente il 60% circa del totale. Mentre nel secondo ciclo tale rapporto è stato molto inferiore ed è risultato intorno al 30% nel 2011 e al 15% nel 2012.

Figura 4.4. Percentuale delle componenti foglie e legno (fusto e rami) sul totale della biomassa secca prodotta nella

fase di massima produzione fogliare (agosto-settembre). Tali valori riguardano i 4 anni di sperimentazione e i due cicli produttivi (2009-2010 e 2011-2012).

Quest'ultimi dati ci aiutano a comprendere meglio i bilanci di asportazione/restituzione dei tre macronutrienti analizzati, rappresentati in

Figura 4.5. Durante il primo ciclo biennale, per N e K è stato osservato un equilibrio tra asportazioni e restituzioni. Nel caso del P, asportazioni e restituzioni sono risultate equivalenti su terreno SF mentre è stata osservata una quota superiore delle restituzioni per i livelli irrigui su suolo Fr (unica eccezione per AF2 con I100). Durante il secondo ciclo biennale le asportazioni di N e K prevalgono nettamente sul suolo Fr mentre su SF le differenze, rispetto alle restituzioni, risultano ridotte per AF2 e nulle per Monviso. La differenza nel caso dell'N su suolo franco è stata maggiore per Monviso, nei livelli irrigui (I50 e I100), mediamente di 311 kg ha-1 rispetto ai 195 kg ha-1 di AF2. Nel caso di assenza d'irrigazione la risposta dei due cloni è risultata diversa con una differenza di 229 Kg ha-1 per AF2 e di 145 kg ha-1 per Monviso. Lo stesso risultato è stato osservato anche per il bilancio del K con differenze di 106 kg ha-1 e 88 kg ha-1 per I0 rispettivamente di AF2 e Monviso e 20 kg ha-1 e 174 kg ha-1, mediando i risultati osservati nei due livelli irrigui. Diverso è stato il bilancio di P anche al secondo ciclo biennale. Le restituzioni sono risultate uguali alle asportazioni

0 20 40 60 80 100 2011 2012 2011 2012 2011 2012 2011 2012 AF2 Monviso AF2 Monviso

Fr SF % Fusti+rami Foglie 0 20 40 60 80 100 2009 2010 2009 2010 2009 2010 2009 2010 AF2 Monviso AF2 Monviso

Fr SF

in assenza di irrigazione, nel caso di AF2, con restituzioni addirittura superiori per lo stesso clone al livello irriguo I100, con 99 kg ha-1 rispetto ai 55 kg ha-1 delle asportazioni. Tale valore è dovuto all'elevata concentrazione di P (8.1 mg g-1) che è stata osservata nelle foglie in fase di senescenza.

Figura 4.5.Bilancio parziale, per ciclo produttivo, delle asportazioni/restituzioni di N, K e P dovuti alle componenti

della biomassa epigea: foglie e legno (fusti + rami). Le barre sopra gli istogrammi rappresentano l'errore standard.

4.4

Discussione e conclusioni

I risultati presentati hanno mostrato come il livello di asportazioni dei macronutrienti in SRC di pioppo sia strettamente legato al tipo di suolo in cui la coltivazione viene condotta. In generale, l'asportazione della biomassa alla fine del ciclo biennale ha confermato le limitate esigenze nutrizionali del pioppo, con un rapporto tra AGWB e asportazioni di N, P e K pari a di 124 kg kg-1,

0 50 100 150 200 250 300 350 400

I0 I50 I100 I0 I50 I100 I0 I50 I100 I0 I50 I100

AF2 Monviso AF2 Monviso

Fr SF K g K h a -1 0 50 100 150 200 250 300 350 400

I0 I50 I100 I0 I50 I100 I0 I50 I100 I0 I50 I100

AF2 Monviso AF2 Monviso

Fr SF K g K h a -1 Foglie Fusti+Rami 0 100 200 300 400 500 600

I0 I50 I100 I0 I50 I100 I0 I50 I100 I0 I50 I100

AF2 Monviso AF2 Monviso

Fr SF K g N h a -1 1° ciclo biennale (2009-2010) 0 100 200 300 400 500 600

I0 I50 I100 I0 I50 I100 I0 I50 I100 I0 I50 I100

AF2 Monviso AF2 Monviso

Fr SF K g N h a -1 2° ciclo biennale (2011-2012) 0 25 50 75 100 125

I0 I50 I100 I0 I50 I100 I0 I50 I100 I0 I50 I100

AF2 Monviso AF2 Monviso

Fr SF K g P h a -1 0 25 50 75 100 125

I0 I50 I100 I0 I50 I100 I0 I50 I100 I0 I50 I100

AF2 Monviso AF2 Monviso

Fr SF K g P h a -1

951 kg kg-1 e 257 kg kg-1.

In relazione ai fattori analizzati, da questa sperimentazione risulta che le asportazioni di macronutrienti presentano variazioni che sono maggiormente legate alla produzione di biomassa che alle concentrazioni misurate. Infatti, le asportazioni di N, P e K sono risultate maggiori là dove sono state più alte le produzioni, quindi su suolo franco (Fr) e nelle parcelle che hanno beneficiato dell'apporto irriguo. Lo stesso vale anche per il risultato di alcune delle interazioni fra fattori, che sono risultate uguali sia per la produzione di biomassa che per le asportazioni dei macronutrienti: nel 2010 risulta significativa l'interazione suolo x irrigazione mentre nel 2012 quella clone x suolo.

L'unica differenza rispetto ai dati produttivi è emersa al secondo ciclo biennale (2012), nella triplice interazione dei fattori dove è stato osservo il diverso comportamento dei due cloni in funzione sia del suolo che del livello irriguo. Su suolo Fr alla maggior resa del clone Monviso si sono aggiunte le caratteristiche intrinseche al clone stesso: maggiore ramosità e produzione di polloni per pianta (Pannacchi et al. 2009, Paris et al. 2015). Come già osservato da numerosi autori al diminuire del diametro aumenta la percentuale di corteccia (La Marca 2004, Klasnja et al. 2002, Guidi et al. 2008) più ricca in macronutrienti. Quindi il clone Monviso ha presentato maggiori asportazioni rispetto ad AF2; in particolare su suolo franco il primo ha raggiunto i valori più alti ai livelli irrigui I50 e I100 mentre le asportazioni di AF2 non sono state influenzate dalle variazioni di apporto idrico. All'ultima raccolta, Monviso ha presentato asportazioni di K significativamente maggiori rispetto ad AF2. Quest'ultimo risultato, è stato confermato, insieme alle considerazione precedentemente enunciate, dalle considerazioni di altri autori (Senelwa e Sims. 1999, Tharakan et

al. 2003) che hanno osservato elevate concentrazioni di K nella corteccia di pioppo (circa 3 volte la

concentrazione di K nel legno). Il potassio, insieme al calcio, rappresenta uno dei maggiori componenti delle ceneri residue dopo la combustione.

Un altro risultato è stato l'aumento delle asportazioni dal primo al secondo ciclo biennale, tale crescita è stata causata principalmente dall'aumento di produzione ma anche dalle caratteristiche qualitative dal materiale asportato (Senelwa e Sims 1999, Rytter 2002, Tharakan et al. 2003, Adler

et al. 2005, Guidi et al. 2008 , Hangs el al. 2012, Paris et al. 2015). Dopo la ceduazione è aumentata

notevolmente il numero di polloni per pianta e si riduce il loro diametro medio rispetto a quello delle piante del primo ciclo (Paris et al. 2015).

L'irrigazione favorisce l'incremento della produzione di biomassa quindi anche le asportazioni di nutrienti aumentano ma essa non risulta avere un effetto sull'efficienza d'uso dei nutrienti (NUE), come già osservato da Adegbidi et al. (2001) per il salice. Le differenze di NUE, che sono state osservate in questa sperimentazione, sono legate per N e K alla tipologia di suolo (Fr maggiore di SF). Inoltre è stato osservato un aumento del NUE dal primo al secondo ciclo biennale con

particolare evidenza per il K su entrambi i cloni e le tipologie di suolo, mentre per l'N tale aumento è stato riscontrato solo per il clone Monviso su suolo franco. In generale i valori di NUE_N e NUE_K che sono stati osservati sono in linea con quelli di altri autori con un range molto ampio, che va da 104 a 370 Kg Kg-1 per l'N e da 219 a 370 Kg Kg-1 per il K (Jug et al. 1999, Adegbidi et

al. 2001, Paris et al. 2015), mentre sono risultati particolarmente bassi quelli osservati al secondo

ciclo biennale per il P che generalmente oscilla fra 914 e 2000 Kg Kg-1 (Jug et al. 1999, Adegbidi et al. 2001).

Il contributo della biomassa fogliare nella restituzione di nutrienti al suolo è risultata di fondamentale importanza. Nella nostra sperimentazione su suolo franco è stata prodotta una biomassa fogliare di circa 9 Mg ha-1 al primo ciclo biennale e di circa 12 Mg ha-1 al secondo ciclo. Mentre è passata da 7 Mg ha-1 a 8 Mg ha-1 per i livelli I50 e I100 del suolo sabbioso con una media di 2 Mg ha-1 per I0 in entrambi i cicli produttivi. A tali produzioni, se si associano le alte concentrazioni dei macronutrienti alla raccolta si assiste alla fine del primo biennio ad un pareggio tra le restituzioni e le asportazioni della biomassa legnosa. L'apporto di tali nutrienti tramite la lettiera caduta al suolo viene velocemente reso disponibile alle piante (Hangs et al. 2014). Dopo la ceduazione la produzione di biomassa legnosa è risultata preponderante rispetto a quella fogliare e questo rispecchia i dati del bilancio 2011-2012 dei macronutrienti fra le due componenti, quando sono risultate maggiori le asportazioni, in particolare quelle di N e K su suolo franco.

Nel biennio 2009- 2010 l'elevata concentrazione di P nelle foglie ha favorito il conseguimento di un bilancio positivo su suolo Fr. Questo potrebbe indicare che su un terreno già ricco di P, concimato in fase di pre-impianto con 144 Kg ha-1 di perfosfato triplo, le piante non hanno bisogno di fare economia di questo elemento o meglio di ri-traslocarlo in grandi quantità negli organi di riserva (Salehi et al. 2014). Comunque la concentrazione dei nutrienti nelle foglie nello stesso sito può variare da anno in anno e in funzione delle condizioni climatiche (Hagen-Thorn et al. 2004), infatti, nel 2012 non sempre le restituzioni di P sono risultate superiori alle asportazioni.

Tuttavia le variazioni che sono state osservate nei 4 anni di sperimentazione sono in parte legate alla diversa età della coltura (nel primo e nel secondo ciclo) e probabilmente anche alle variazioni climatiche (periodi di forte siccità seguiti da eventi piovosi brevi ed intensi) che hanno influenzato

in primis la resa e di conseguenza le asportazioni e anche la disponibilità di nutrienti del suolo

(mineralizzazione della sostanza organica, lisciviazione dell’azoto ecc).

La letteratura disponibile su questo tema è piuttosto ampia (Hytönen 1995, Heilman e Norby 1998, Jug et al. 1999, Berthelot et al. 2000, Adegbidi et al. 2001, Fircks et al.2001, Calfapietra et al. 2007, Guidi e Labrecque 2009, Henderson e Jose 2012, Hangs et al. 2014a) tuttavia numerose sono le variabili coinvolte, il che rende difficile il confronto e la piena comprensione dei risultati.

Anche escludendo il fattore clone (i lavori citati trattano prevalentemente cloni diversi) molteplici sono i fattori di variazione: clima, tipo di suolo, livello di concimazione, disponibilità idrica e frequenza del taglio.

Le asportazioni di N che sono state osservate su suolo franco, in assenza d'irrigazione (Fr-I0), sono per entrambi i cloni molto simili a quelle riportate recentemente da Paris et al. (2015). In questo caso, gli autori hanno confrontato le diverse risposte in termini di resa ed asportazioni di numerosi cloni di pioppo, fra i quali AF2 e Monviso e in impianti gestiti a SRC con caratteristiche, di densità, lunghezza dei turni (biennale) e tipologie di suolo paragonabili alla nostra (per il suolo franco).

Un confronto utile può risultare quello fra i valori medi di resa e le asportazioni osservate in questa sperimentazione con quelli riguardanti altre colture da biomassa coltivate nello stesso areale (Tabella 4.5), su suoli con le stesse caratteristiche di tessitura (sabbioso e franco), di apporto di nutrienti alla concimazione simili e in condizioni climatiche identiche data la coetaneità delle prove. I dati riportati in (Tabella 4.5), relativi a questa ricerca, riguardano la coltura in asciutta, per entrambe le tipologie di suolo.

Tabella 4.5. Confronto fra colture da biomassa. In termini di valori medi di resa in sostanza secca (s.s.) e relative asportazioni di N, P e K.

Rispetto alla canna comune, il pioppo presenta rese annuali inferiori, in particolare su suolo sabbioso. Questo porta ad asportazioni di N e K altrettanto ridotte sul questa tipologia di suolo, mentre su suolo a tessitura migliore si osservano asportazioni di N molto vicine a quelle osservate per la canna comune. Le asportazioni di P e K nel pioppo, su suolo franco, sono inferiori sia a quelle di Arundo che a quelle di Miscanthus. Quest'ultima caratteristica è già stata osservata da altri autori (Jug et al. 1999, Adegbidi et al. 2001) anche per sottolineare la migliore qualità del materiale prelevato con le SRC di pioppo e salice rispetto alle erbacee poliennali (Kauter et al. 2003, Bonari

et al. 2004).

In conclusione, l’analisi delle asportazioni dei macronutrienti ha mostrato la forte influenza del

N P K

Canna comune (Arundo donax L.) 18 80 12 140 Nassi o Di Nasso et al . 2013

Miscanto (Miscanthus x giganteus Greef et Deuter) 4 12 1 16 Roncucci 2014

Pioppo 2 15 10 32 questa sperimentazione

Canna comune (Arundo donax L.) 32 120 33 280 Nassi o Di Nasso et al . 2011

Miscanto (Miscanthus x giganteus Greef et Deuter) 28 60 20 100 Roncucci et al . 2011

Pioppo 17 117 17 52 questa sperimentazione riferimenti S a b b io so Fr a n co

Suolo Coltura Rese (s.s.) (Mg ha-1 anno-1)

tipo di suolo sul bilancio apparente dei nutrienti. Inoltre, sono state osservate differenti risposte fra il primo (2009- 2010) e il secondo ciclo (2011-2012) biennale quando la coltura sviluppa un nuovo habitus e lo sviluppo radicale risulta più consolidato. Le maggiori asportazioni sono state osservate su suolo franco ed in condizioni irrigue inoltre i due cloni hanno manifestato differenze fra loro solo al secondo ciclo ed in rapporto agli altri fattori.

Da questo emerge che il clone Monviso esprime le sue massime potenzialità produttive su suoli ricchi di nutrienti e di tessitura migliore e si differenzia da AF2 soprattutto se a queste caratteristiche intrinseche al sito si somma l'apporto irriguo durante il periodo estivo. Le maggiori asportazioni e i bassi valori di NUE potrebbero suggerire un utilizzo di questo clone in siti a forte rischio di eutrofizzazione.

Ulteriori indagini su questi tipi di impianti da biomassa dovrebbero riguardare le perdite di nutrienti dovute alla lisciviazione e alle emissioni dal suolo (NH3 e N2O) al momento dell'impianto e dopo la ceduazione, causati dalla temporanea mancanza di copertura. Inoltre sarebbe importante inserire nel bilancio complessivo dei nutrienti l'elevato apporto determinato dalle radici che rimangono nel suolo, dato che le ceppaie e le radici contribuiscono con il 34 - 42% della biomassa epigea senza foglie (Heilman e Norby 1998). La conoscenza della profondità raggiunta dall'apparato radicale in ogni specifico sito è importante per la gestione della fertilità e per questo sarebbe interessate studiare come questa venga influenzata dalla tipologia di suolo e dall'apporto idrico al terreno.