Distribuzione e gestione delle malerbe nel contesto dei
cambiamenti climatici
Francesco Vidotto
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI TORINO
Dipartimento di Scienze Agrarie,
Forestali ed Alimentari - Università di Torino francesco.vidotto@unito.it
250 270 290 310 330 350 370 390 410 430
1,800 1,850 1,900 1,950 2,000
Concentrazione CO 2(ppmv)
Fonte: https://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/gl_data.html
Trends in Atmospheric Carbon Dioxide provided by National oceanic and atmospheric administration (NOAA)
Variazione dal 1800 al 2019
+1.54 ppmv/anno=
incremento medio dal 1950
Concentrazione CO
2atmosferica
2019:
409.85 ppmv
2nd1st3rd
-0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8
1850 1854 1858 1862 1866 1870 1874 1878 1882 1886 1890 1894 1898 1902 1906 1910 1914 1918 1922 1926 1930 1934 1938 1942 1946 1950 1954 1958 1962 1966 1970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002 2006 2010 2014 2018
Temperature anomaly(°C)
Temperature medie globali 1850-2019
http://www.cru.uea.ac.uk
2016: anno più caldo in assoluto
2019: terzo anno più caldo (+0.736 °C)
Temperature medie Italia 1800-2020
http://www.isac.cnr.it/climstor/climate_news.html
anomalie rispetto a periodo 1981-2010
Temperature medie Italia 1990-2020
http://www.isac.cnr.it/climstor/climate_news.html anomalie rispetto a periodo 1981-2010
primavera estate autunno inverno
Precipitazioni Italia 1990-2020
http://www.isac.cnr.it/climstor/climate_news.html anomalie rispetto a periodo 1981-2010
primavera estate autunno inverno
Effetti dei cambiamenti climatici sulle malerbe
Aumento [CO
2]
Aumento temperatura
Effetti indiretti es. salinizzazione Variazione eventi
meteorici
Aumento concentrazione CO
2comparsa delle foglie
350 milioni di anni fa: glaciazione carbonifera drastica riduzione di CO
215 grandi glaciazioni negli ultimi 2 milioni anni:
cicli di riduzione di CO
2comparsa pathway C
4C3 vs C4: il paradigma dei cambiamenti climatici C
3favorite da aumento [CO
2]
C
4favorite da aumento di temperatura
C
3C
4Intercellular carbon dioxide (µl l-1)
Quantum yieldof photosynthesis (molCO2photon-1 )
C
4C
3Ehleringer et al. (1991). Climate change and the evolution of C4 photosynthesis. Trends in Ecology & Evolution, 6: 95–99.
C3 vs C4: il paradigma debole
Bazzaz FA et al (1989) Oecologia 79:223–235.
350 µl/l 500 µl/l 700 µl/l
AMARE ABUTH
Abutilon theophrasti (C
3) e Amaranthus retroflexus (C
4) – produzione biomassa
Nessuna differenza a seguito incremento [CO
2] quando cresciuti in competizione
C3 vs C4: aumento concentrazione CO
2e rapporto colture - infestanti
Percent reduction in seed yield from weeds.
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0
Ambient Carbon Dioxide
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0
Elevated Carbon Dioxide
*
*
*
Sorghum
Sorghum
Soybean
Soybean
Velvetleaf
Red-root pigweed
Lambsquarters
Red-root pigweed
Velvetleaf
Red-root pigweed
Lambsquarters
Red-root pigweed
Aumento di CO
2favorisce anche la coltura
C
3C
4chi trae maggior vantaggio?
C3 C4
C3 riduzione riduzione
C4 nessun effetto riduzione
malerba
C3
C4
C3
C4
C4 C3
C4 C3
Produzione semi da parte di infestanti in competizione
coltura
Aumento concentrazione CO
2– altri effetti
• diversa allocazione della biomassa
• riduzione densità e apertura stomatica
• diverso rapporto C:N
• diversa produzione di strutture legate alla riproduzione (polline)
Li Y., Xu J., Haq N.U., Zhang H., Zhu X.-G. (2014). Was low CO2 a driving force of C4 evolution: Arabidopsis responses to long-term low CO2 stress. Journal of Experimental Botany, 65: 3657–3667. doi:10.1093/jxb/eru193
Aumento concentrazione CO
2– effetti sugli organi di riproduzione Es. Ambrosia artemisiifolia: aumento produzione polline
Rogers et al. (2006). Environ Health Perspectives 114:865–869. Ziska et al. (2003). Journal of Allergy and Clinical Immunology 111:290–295.
Aumento della temperatura
• dinamiche degli areali di distribuzione
• dinamiche della banca semi
• lunghezza complessiva del ciclo vitale e durata relativa delle fasi vegetativa e riproduttiva
• sincronizzazione tra foto e termo periodo
• sincronizzazione con organismi mutualistici (pronubi)
• efficacia tecniche di gestione
Aumento della temperatura poleward shift
In USA, previsto poleward shift in Sorghum halepense di 200-600 km entro 2100
: areale SORHA
Mc’Donald et al.; http://www.newss.org/symposium/mcdonald_climate_symposium.pdf
ATTUALE PREVISTO
(scenario A1fi)
A1fi: dipendenza da fonti fossili, rapida crescita economica, [CO2] 940 ppmv 2100
Spostamento verso N di 6.5 km/anno osservato in 1700 organismi
Hickling R, et al. (2006). Global Change Biology 12:450–455.
Aumento della temperatura spostamento altitudinale
Chown et al. (2013) Biology Letters 9:20120806.
0 1 2 3 4
0 500 1000 0 500 1000 0 500 1000
Log (Ricchezza specifica)
Altitudine (m s.l.m.)
NATIVE ALIENE TOTALE
es: Marion Island (Isole del Principe Edoardo)
limitato effetto antropico
http://upload.wikimedia.org/wi kipedia/commons/a/a4/Pr_Edw ard_Isl-pos.png
: 1965-1966 : 2006-2010
Aumento della temperatura
effetto sull’epoca di emergenza (modello AlertInf)
Masin et al. (2012) Weed Science 60:254–259
T attuale T + 1°C
T + 2°C T + 5°C
• riduzione finestra di inizio emergenze
• anticipo delle emergenze nelle
specie con maggiori esigenze
termiche
Variazioni delle precipitazioni
effetto combinato disponibilità acqua x [CO
2]
Valerio et al (2011) Weed Research 51:591–600.
NO stress idrico SÌ stress idrico
*
* espressa come PRY
PRY = biomassa A in competizione con B biomassa A da sola
C3 C4 C3 C4
Daliakopoulos et al., 2016
saltwater intrusion
• quasi tutti i paesi europei hanno problemi di salinizzazione di
acqua e suolo
• maggiori problemi in aree costiere (intrusione marina)
• peggioramento futuro a causa di aumento utilizzo risorse idriche
Ulteriori conseguenze dei cambiamenti climatici: aumento salinità
• la salinità ha effetti sulle colture…ma anche sulle infestanti
Ulteriori conseguenze dei cambiamenti climatici: aumento salinità
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0
50 100 150 200 250 300 350 400
Giorni da inizio test
NaCl concentration (mM)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0
50 100 150 200 250 300 350 400
Giorni da inizio test
NaCl concentration (mM)
Popolazioni Resistenti Popolazioni Sensibili
anticipo di 2 giorni inizio germinazione assenza germinazione
semi in germinazione
Interazione con fenomeni di resistenza agli erbicidi es. Echinochloa crus-galli
Fogliatto S., Serra F., Patrucco L., Milan M., Vidotto F. (2019). Agronomy, 9: 658.
variabilità fra popolazioni es. riso crodo
Vidotto F., Serra F., Fogliatto S., Ferrero A. (2016). XLV Convegno SIA.
Implicazioni per la gestione delle malerbe: diserbo chimico
pre-emergenza post-emergenza
(“precoce”)
post-emergenza (“tardivo”)
interazioni diverse a seconda dell’epoca di applicazione
prodotti applicati al suolo
(in assenza di vegetazione infestante) prodotti applicati alla vegetazione infestante
Implicazioni per la gestione delle malerbe: diserbo chimico
“ATTIVAZIONE” degli erbicidi di pre-emergenza
• richiesta pioggia di 5-10 mm entro 2-3 settimane dal trattamento
• l’erbicida viene traslocato lungo i primi cm di suolo
stagioni a decorso particolarmente asciutto: scarsa efficacia degli interventi di pre-emergenza
Implicazioni per la gestione delle malerbe: diserbo chimico
“ATTIVAZIONE” degli erbicidi di pre-emergenza
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
1-mar 11-mar 21-mar 31-mar 10-apr 20-apr 30-apr
Probabilità (%)
• Probabilità di una pioggia di almeno 10 mm nei 20 gg successivi (provincia di Como)
diserbando prima dell’11-12 marzo il diserbo di pre non viene attivato un anno su quattro
Implicazioni per la gestione delle malerbe: diserbo chimico
• aumento siccità primaverile
rischio riduzione attivazione e carry over colture in successione
• aumento umidità e temperatura autunnale
mantenimento efficacia trattamenti colture autunno-vernine (ma minore persistenza?)
• fenomeni piovosi violenti
possibili effetti sul destino ambientale (percolazione, ruscellamento) e fitotossicità degli erbicidi.
diserbo di PRE-EMERGENZA
Implicazioni per la gestione delle malerbe: diserbo chimico
diserbo di POST-EMERGENZA
• riduzione disponibilità idriche
ridotto assorbimento e traslocazione per cuticole più spesse, diversa morfologia cere e ridotta attività metabolica
• aumento[CO
2]
minore assorbimento per riduzione densità stomatica
• diversa allocazione biomassa
possibili variazioni di efficacia verso le perenni a sviluppo organi ipogei
• concentrazione emergenze e più rapidi tassi accrescimento
modifica timing applicazione (anticipo), finestre di intervento più ridotte
Implicazioni per la gestione delle malerbe: diserbo chimico diserbo di POST-EMERGENZA
Archambault (2007) In: Agroecosystems in a Changing Climate.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
23 °C 26 °C 29 °C
Efficacia (%)
Temperatura
CO2 amb. CO2 amb. + 160 ppm CO2
es. effetto aumento temperatura + [CO
2] su efficacia glufosinate ammonio
Implicazioni per la gestione delle malerbe: diserbo chimico diserbo di POST-EMERGENZA
Xu et al.. (2010). Transactions of the ASABE, 53(1), 13–20.
l’aggiunta di coadiuvanti può
aumentare la superficie di contatto...
..senza aumentare la velocità di evaporazione
• evaporazione lenta = maggiore assorbimento
• gocce “più piatte” = maggior superficie di contatto
S θ ≈ 90°
θ
S
θ ≈ 120°
θ
Altre conseguenze dei cambiamenti climatici: attenzione alle esotiche invasive
Foto F. Vidotto
Ailanthus altissima Buddleja davidii Phytolacca americana
Sicyos angulatus Impatiens glandulifera Broussonetia papyrifera
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Foto F. Vidotto