La ricerca è stata condotta nell’ambito di una esperienza di lungo periodo realizzata presso il Centro Interdipartimentale di Ricerche Agro-Ambientali “E. Avanzi” dell'Università degli Studi di Pisa (San Piero a Grado - Pisa) a partire dal 1993 e tuttora in corso. Le caratteristiche topografiche della località di prova sono le seguenti: longitudine 10° 23' E; latitudine 43° 41' N; altezza sul livello del mare 1 m. Le principali caratteristiche fisico-meccaniche, chimiche ed idrologiche all’inizio del periodo di prova sono riportate in tabella 1.
Tabella 2 - Caratteristiche fisico-meccaniche, chimiche ed idrologiche medie del terreno che ospita la ricerca (analisi effettuate all’inizio della ricerca nel novembre del 1993)
P rofo n d it à 0 -1 0 cm 1 0- 30 cm Arg illa (%) 1 5.5 1 5.5 Limo (%) 4 0.2 3 7.2 S ab bia (%) 4 4.3 4 7.3 p H 8 .3 8 .4
S ost anza Org anica (%) 1 .8 1 .7
N t o tale (met . Kjeldahl) (‰) 1 .8 1 .8
P2O5 assim ilabile (m et. O lsen) (pp m) 3 0.9 2 1.7
K2O scam biabile (m et. In ternazio nale) (pp m) 1 78 .2 1 15 .3
C.S .C. (meq/10 0 g ) 1 5.1 1 5.2
Umid ità a - 0.3 b ar * (% in peso) 2 8
Umid ità a - 15 b ar * (% in peso) 1 3
* Piastre d i Richar ds. P ro fo ndit à 0- 30 cm
(%) (%) (%) (%) (‰) (pp m) (pp m) (meq/10 0 g ) (% in peso) (% in peso)
Nel corso degli anni l’esperienza ha subito alcune lievi modificazioni dei trattamenti posti a confronto e più sostanziali variazioni dell’avvicendamento colturale all’interno
52 del quale essi sono stati saggiati. In particolare, nel periodo compreso tra il 1993 ed il 1998, sono stati posti a confronto, in una omosuccessione di mais in coltura asciutta, due tecniche di lavorazione principale del terreno: l’aratura primaverile a 30-35 cm di profondità (LC = lavorazione convenzionale) e la non-lavorazione del terreno con semina diretta del cereale estivo(NL = non lavorazione ); quattro dosi di azoto per il mais (0-100-200-300 kg.ha-¹)e quattro tipi di copertura del terreno: i residui colturali del mais (C = controllo), la segale (Secale cereale L.), il trifoglio incarnato (Trifolium
incarnatum L.) ed il trifoglio sotterraneo (Trifolium subterraneum L.); tali colture a
ciclo invernale (winter cover crops) si inserivano nel periodo intercorrente tra due cicli colturali del mais da granella.
Dal novembre del 1999, con la semina del frumento, si è avviato un nuovo ciclo di rotazione che è proseguito fino al 2004 e vedeva l’inserimento del grano duro in rotazione biennale con il mais. Anche in questo caso, le colture di copertura si collocavano tra l’autunno successivo alla raccolta del frumento e la primavera successiva (quella della semina del mais). Rispetto alla monosuccessione del mais; l’inserimento del grano aumentava il tempo a disposizione per eseguire la semina delle colture di copertura in epoca ottimale. Dal 1999 al 2008 le variabili sperimentali sono rimaste le medesime ad eccezione della sostituzione della segale con Brassica
juncea e del trifoglio sotterraneo con Vicia villosa a partire dalle semine dell’autunno
del 2001.
Il disegno sperimentale è stato da sempre quello a parcella suddivisa con tre trattamenti (“lavorazioni” = trattamento principale, “azoto” = trattamento secondario, “colture di copertura” = trattamento terziario) e quattro replicazioni, per un totale di 128 parcelle elementari; ognuna di esse occupa una superficie pari a 210 m² (21 x 11 m).
Le dimensioni delle parcelle sono tali da permettere l’esecuzione meccanica delle operazioni colturali, eccetto la semina delle colture di copertura che, per problemi di ordine tecnico-operativo, è stata eseguita sempre manualmente. Le colture del mais e del girasole sono state sempre condotte senza irrigazione in quanto l’ambiente di prova è contraddistinto dalla presenza di una falda freatica sottosuperficiale poco profonda (max. 110 cm a fine estate).
53 Tabella 3 Schema delle successioni colturali che hanno interessato l’area oggetto
di studio
Anno Epoca Coltura seminata Anno Epoca Coltura seminata
1993 primavera mais 2000 autunno grano duro
autunno cover crops 2001 autunno cover crops
1994 primavera mais 2002 primavera mais
autunno cover crops autunno grano duro
1995 primavera mais 2003 autunno cover crops
autunno cover crops 2004 primavera mais
1996 primavera mais 2004 autunno grano duro
autunno cover crops 2005 autunno cover crops
1997 primavera mais 2006 primavera mais
autunno cover crops autunno grano duro
1998 primavera mais 2007 autunno cover crops
autunno grano duro 2008 primavera girasole
1999 autunno cover crops
2000 primavera mais
Le operazioni colturali non si sono differenziate nel corso degli anni se non per la data di esecuzione delle semine in funzione degli andamenti meteorici verificatisi, la scelta dei genotipi ed il controllo delle infestanti.
La lavorazione principale del terreno, per le tesi arate, è consistita in una aratura alla profondità di 30-35 cm, eseguita con trattrice gommata ed aratro quadrivomere immediatamente prima della semina del cereale (sia estivo che invernale); ad essa è seguita la preparazione del letto di semina mediante un passaggio di erpice a dischi e uno di erpice rotativo.
Per quanto riguarda la fertilizzazione fosfo-potassica, in pre-semina e per tutte le colture principali, sono stati distribuiti 120 kg.ha-¹ sia di P2O5 (perfosfato triplo) che di
K2O (solfato potassico). Successivamente, si è provveduto ad un passaggio di erpice
rotativo sulle tesi arate per interrare il fertilizzante. Nel caso del mais l’azoto è stato distribuito per due terzi in pre-semina e per un terzo in copertura sulle tesi con 300 kg.ha-¹ di azoto; per metà in pre-semina e per metà in copertura sulle tesi con 200 kg.ha-¹ di azoto e tutto in copertura sulle tesi con 100 kg.ha-¹ di azoto. Per il frumento, i 3 livelli di concimazione sono stati pari a 60 kg.ha-¹, 120 kg.ha-¹ e 180 kg.ha-¹ frazionati il 50% al viraggio e il 50% alla levata.
La semina del mais è stata eseguita utilizzando una seminatrice di precisione convenzionale per le tesi arate, e una "No-Till" (Gaspardo) per la semina diretta,
54 distribuendo 8,3 semi al m² (con una distanza interfilare di 50 cm). Analogamente, per il frumento è stata utilizzata una seminatrice a dischi per la semina su terreno arato e una da sodo (Directa – Gaspardo) per la semina su terreno non lavorato (le quantità di seme sono variate in relazione all’epoca di semina).
Il controllo delle malerbe è stato realizzato in modo ordinario per le colture seminate su terreno arato (1 trattamento erbicida di pre-emergenza + 1 post-emergenza per il mais; 1 trattamento di post-emergenza precoce per il frumento); nel caso della semina su terreno sodo, sia per il mais che per il frumento, prima della semina si è fatto ricorso alla distribuzione di un disseccante (glyphosate alla dose di 2,5 l.ha-¹) su tuta la superficie del terreno delle parcelle non lavorate.
Per le colture estive, nelle parcelle sottoposte a lavorazione ordinaria è stato inoltre eseguito un intervento di sarchiatura abbinato alla concimazione azotata di copertura (per il mais), con conseguente interramento del fertilizzante, a differenza delle parcelle non lavorate nelle quali il concime è stato soltanto indirizzato verso la fila. Per quanto riguarda l’impianto delle colture di copertura, la preparazione del letto di semina ha sempre comportato un passaggio di erpice a dischi con conseguente interramento dei residui colturali del mais o del frumento precedentemente triturati, ed un successivo affinamento con erpice rotante. Come sopra accennato, per problemi di ordine tecnico-pratico, la semina è stata sempre eseguita a spaglio manualmente. La biomassa delle colture di copertura è stata devitalizzata meccanicamente nel caso del sistema arativo (con un intervento di trinciatrice) e chimicamente nel caso del sistema sodivo (con un trattamento erbicida a base di glyphosate); la biomassa disseccata delle colture è stata anch’essa trinciata prima della semina del mais o del girasole.
Rilievi sperimentali
I rilievi sperimentali si sono rivolti sistematicamente alla individuazione delle modificazioni indotte dalle tecniche di lavorazione, dall’inserimento delle colture di copertura e delle diverse dosi di azoto sulla produttività delle colture, sia quelle principali (mais - grano duro - girasole) sia quelle di copertura.
Sulle colture principali, per ciascuna parcella elementare, sono stati determinati i seguenti parametri: investimento unitario all’emergenza, numero di piante/culmi e di
55 spighe per unità di superficie alla raccolta, sostanza secca della granella e dei residui colturali, peso dei 1000 semi. Sulla granella e sui residui colturali è stato inoltre determinato il contenuto percentuale di azoto. Sulle infestanti invernali, sviluppatesi all’interno delle colture di copertura e sulle parcelle testimone, è stata determinata la sostanza secca della biomassa totale al momento del loro disseccamento od interramento e la relativa percentuale di azoto.
Relativamente alle colture di copertura sono stati determinati: la sostanza secca della biomassa totale al momento del loro disseccamento od interramento, ed il corrispondente contenuto percentuale di azoto. La determinazione del contenuto percentuale di azoto organico nelle paglie, nella granella, nelle coperture e nelle infestanti è stata eseguita con il metodo Kjeldahl.
Le alterazioni di alcune caratteristiche fisiche e chimiche del terreno sono state monitorate attraverso analisi periodiche effettuate su campioni prelevate da tutte le parcelle all’inizio della ricerca (nell’autunno del 1993), alla fine del periodo di omosuccessione del mais (autunno 1998) e 10 anni dopo (autunno 2008, alla fine del primo ciclo di rotazione quadriennale).
Le attività condotte nell’ambito della tesi si riferiscono alla campagna di analisi del 2008; data la notevole quantità di campioni prelevati e da analizzare derivante dalla complessità dello schema sperimentale di campo (2 tecniche di lavorazione x 4 livelli di N x 4 colture di copertura x 4 replicazioni x 2 sottocampioni per parcella = 256), le analisi fisico-chimiche del terreno sono state effettuate soltanto sulle parcelle soggette ai seguenti trattamenti: lavorazione (LC) e non lavorazione (NL), assenza di concimazione azotata (N0), dose media di fertilizzante azotato (N200), assenza di colture di copertura (C), coltura di copertura a prevalente effetto “catch crop” corrispondente alla Brassica juncea (BJ) e coltura di copertura leguminosa come Vicia
villosa (VV).
In ciascuna parcella corrispondente ai trattamenti di cui sopra, nell’ottobre del 2008 sono stati raccolti 2 sottocampioni di terreno al fine di determinare: stabilità della struttura, pH, sostanza organica, azoto totale, fosforo assimilabile (sottocampioni prelevati nei primi 30 cm di terreno in 2 intervalli: 0-10 e 10-30 cm).
La determinazione della stabilità degli aggregati, è stata effettuata su campioni di suolo indisturbati. E’ stato seguito il metodo del setacciamento in acqua (wet siewing),
56 con apparecchio a rotazione alternata. L’indice di stabilità degli aggregati è stato calcolato secondo la formula di Malquori e Cecconi (1962) : IS= (1-(A/B))*100, dove A e B rappresentano il peso degli aggregati passati attraverso il setaccio rispettivamente dopo 5 e 60 minuti (Pagliai et al., 1997).
La determinazione delle costanti idrologiche, capacità idrica di campo (CIC) e punto di appassimento (Pa), è stata effettuata su campioni essiccati e setacciati a 2 mm. E' stata utilizzata la piastra di Richard per al determinazione delle umidità corrispondenti a valori definiti di potenziale matriciale dell'acqua nel terreno, rispettivamente -0,33 ed a -15 bar (Cavazza, 1997).
La misura del pH è stata effettuata in acqua con il metodo potenziometrico; rapporto suolo/acqua 1:2.5 - (Mc Lean, 1982).
Per l’estrazione del C organico totale (TOC) si è proceduto alla mineralizzazione del campione di terreno a caldo con una soluzione ossidante di bicromato di potassio in ambiente acido. La successiva determinazione è stata effettuata per via colorimetrica. Il valore ottenuto è stato moltiplicato per il fattore di conversione di Van Bemmelen (1.724) ; tale fattore si basa sull’assunto secondo il quale la sostanza organica del suolo contiene circa il 58% di carbonio (Nelson e Sommers, 1982).
La determinazione dell’azoto totale è stata effettuata attraverso il metodo Kjedahal (Bremner e Mulvaney, 1982).
Il fosforo assimilabile è stato estratto secondo il metodo Olsen (soluzione estraente NaHCO3) e determinato con analisi colorimetrica. (Olsen e Sommers, 1982).
Tutti i risultati ottenuti sono stati elaborati per ogni singolo anno per un’analisi della varianza che è stata eseguita impiegando la procedura GLM del programma SAS (SAS\STAT, 1990). Per la comparazione multipla fra le medie è stato adottato il test di Duncan.
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