MIGLIORARE L'EFFICIENZA D'USO DEI NUTRIENTI ATTRAVERSO I BIOSTIMOLANTI VEGETALI

Il cambiamento globale del modo di produrre in agricoltura avvenuto nella seconda metà del secolo scorso e noto come "Rivoluzione Verde" ha ottenuto grandi risultati, avendo soddisfatto il bisogno di cibo di molte persone in tutto il mondo anche grazie all'uso massiccio di fertilizzanti chimici.

Sebbene la produttività agricola sia aumentata, questo approccio ad alto input chimico ha prodotto molteplici danni ambientali e ha contribuito al cambiamento climatico. Il settore agricolo non ha altra scelta se non quella di intraprendere una rivoluzione più verde, che significa aumentare la produttività e la qualità dei raccolti applicando pratiche sostenibili e riducendo l'impronta ambientale.

In tutto il mondo si registrano carenze di materie prime e difficoltà logistiche che ritardano e aumentano il prezzo delle materie prime.

In questo scenario, una gestione sostenibile della fertilizzazione è essenziale per aumentare le prestazioni complessive dei sistemi colturali, fornendo il nutrimento ottimale dal punto di vista economico alle colture e riducendo al minimo le perdite di nutrienti dal campo e sostenendo la sostenibilità del sistema agricolo aumentando l'efficienza dell'uso dei nutrienti (NUE).

EFFICIENZA D'USO DEI NUTRIENTI

NUE sembra essere un termine semplice. Tuttavia, una definizione significativa e operativa presenta una notevole complessità a causa del numero di potenziali fonti di nutrienti (suolo, fertilizzanti, concime, atmosfera (deposizione aerea), ecc.) e della moltitudine di fattori che influenzano la richiesta di nutrienti da parte delle colture (gestione delle colture, genetica, clima).

Sei misure comuni di NUE (dopo Dobermann, 2007):

1. La produttività parziale dei fattori (PFP) è una semplice espressione di efficienza produttiva, calcolata in unità di resa del raccolto per unità di nutrimento applicato.

PFP= Y/F

Y= resa della porzione di raccolto con l'applicazione del nutriente
F= quantità di nutriente applicata

2. L'efficienza agronomica (AE) è calcolata in unità di aumento della resa per unità di fertilizzante applicato. Riflette più da vicino l'impatto diretto sulla produzione di un fertilizzante applicato e si riferisce direttamente al ritorno economico. Il calcolo dell'AE richiede la conoscenza della resa senza apporto di nutrienti, quindi è noto solo quando nell'azienda agricola sono state realizzate parcelle di ricerca con apporto zero di nutrienti.

AE= (_Y-Y0) / F

Y= resa della porzione di raccolto con applicazione di nutrienti
_Y0= resa senza applicazione di nutrienti
F= quantità di nutrienti applicata

3. Il bilancio parziale dei nutrienti (PNB) è la forma più semplice di efficienza di recupero dei nutrienti, solitamente espressa come produzione di nutrienti per unità di nutrienti immessi (un rapporto tra "rimozione e utilizzo"). Meno frequentemente viene riportato come "produzione meno input".

PNB= _UH/F

UH= contenuto di nutrienti della porzione di raccolto
F= quantità di nutrienti applicata

4. L'efficienza di recupero apparente (RE) è una delle forme più complesse di espressione della NUE ed è più comunemente definita come la differenza nell'assorbimento dei nutrienti nelle parti fuori terra della pianta tra la coltura concimata e quella non concimata rispetto alla quantità di nutrienti applicata. È spesso l'espressione NUE preferita dagli scienziati che studiano la risposta ai nutrienti della coltura. Come l'AE, può essere misurata solo quando un appezzamento senza nutrienti è stato implementato sul sito, ma richiede anche la misurazione delle concentrazioni di nutrienti nella coltura.

RE= (_U-U0) / F

U= assorbimento totale dei nutrienti nella biomassa delle colture in superficie con l'applicazione dei nutrienti
_U0 = assorbimento dei nutrienti nella biomassa delle colture in superficie senza l'applicazione dei nutrienti
F= quantità di nutrienti applicata

5. L'efficienza di utilizzo interno (IE) è definita come la resa in relazione all'assorbimento totale dei nutrienti. Varia con il genotipo, l'ambiente e la gestione. Un'IE molto alta suggerisce una carenza di quel nutriente. Una bassa IE suggerisce una scarsa conversione interna dei nutrienti dovuta ad altri stress (carenze di altri nutrienti, stress da siccità, stress termico, tossicità minerale, parassiti, ecc.)

IE= Y/U

Y= resa della porzione di raccolto della coltura con l'applicazione dei nutrienti
U= assorbimento totale dei nutrienti nella biomassa della coltura in superficie con l'applicazione dei nutrienti.

6. L'efficienza fisiologica (PE) è definita come l'aumento della resa in relazione all'aumento dell'assorbimento del nutriente da parte della coltura nelle parti fuori terra della pianta. Come AE e RE, necessita di un appezzamento senza applicazione del nutriente di interesse da implementare sul sito. Inoltre, richiede la misurazione delle concentrazioni di nutrienti nella coltura.

PE= (_Y-Y0) / (_U-U0)

Y= resa della porzione di raccolto della coltura con applicazione di nutrienti
_Y0= resa senza applicazione di nutrienti
U= assorbimento totale di nutrienti nella biomassa della coltura fuori suolo con applicazione di nutrienti.
_U0 = assorbimento di nutrienti nella biomassa della coltura fuori suolo senza applicazione di nutrienti.

SEI MISURE COMUNI DI VALORE AGGIUNTO

NDEZZA DAL PUNTO DI VISTA DEGLI AGRICOLTORI

Dal punto di vista degli agricoltori, senza trascurare l'importanza delle implicazioni ambientali di un basso NUE, è particolarmente interessante collegare questo indicatore alla resa delle colture. In questo caso, la NUE è generalmente definita come la resa del prodotto raccoglibile per unità di nutrienti disponibili dal suolo e dai fertilizzanti. È il prodotto di due fattori fisiologici:

I. Efficienza di assorbimento dei nutrienti, definita come la quantità di nutrienti assorbiti dalla coltura per unità di nutrienti disponibili per la coltura.

II. Efficienza di utilizzo dei nutrienti, definita come la quantità di nutrienti assorbiti dalla coltura per unità di nutrienti disponibili per la coltura.

NUE = Resa/Nutrienti forniti o disponibili

NUE = efficienza di assorbimento di N x efficienza di utilizzo di N

Efficienza di assorbimento di N = contenuto di N nella pianta/N fornito o disponibile

Efficienza di utilizzo di N = Rendimento/ contenuto di N nella pianta

Questa suddivisione permette di valutare quale fenomeno riduce la NUE, e quindi di capire se ci sono limitazioni nell'assorbimento o nell'utilizzo dei nutrienti.

COME MIGLIORANO I BIOSTIMOLANTI?

I biostimolanti vegetali migliorano la NUE aumentando l'efficienza di assorbimento e di utilizzo dei nutrienti.

DISPONIBILITÀ DI NUTRIENTI

Ad esempio, nel terreno trattato con idrolisati proteici (PH), la biodisponibilità dei nutrienti per l'assorbimento da parte delle piante è aumentata:

(1) formazione di metallo-amminoacidi/peptidi che impediscono l'insolubilizzazione dei nutrienti (Fe, Zn, Mn, Cu);
(2) riduzione dei micronutrienti in forme più disponibili per l'assorbimento da parte delle piante (ad esempio, da Cu2+ a Cu+ o da Fe3+ a Fe2+), grazie all'attività riduttrice di alcuni amminoacidi;
(3) stimolazione di microrganismi benefici come batteri azotofissatori, batteri/funghi solubilizzatori di nutrienti.

Inoltre, i microrganismi benefici hanno la capacità di migliorare la disponibilità dei nutrienti per l'assorbimento da parte delle piante in diversi modi:

(1) Aumento del volume del suolo accessibile alle radici delle piante
(2) Apporto di azoto alle piante
(3) Solubilizzazione dei nutrienti vegetali

ASSORBIMENTO DEI NUTRIENTI

I PH possono migliorare l'assorbimento dei nutrienti da parte di:

(1) promuovendo la crescita delle radici fini e quindi la capacità delle radici di assorbire i nutrienti;
(2) stimolando gli enzimi radicali coinvolti nell'assorbimento dei nutrienti (ad esempio, l'attività della ferrico-chelato reduttasi);
(3) upregolando i geni che codificano per i trasportatori di nutrienti (ad esempio, i trasportatori di nitrato). Inoltre, i PH possono aumentare la traslocazione dei micronutrienti all'interno della pianta come risultato della formazione del complesso metallo-amminoacidi/peptidi.

ASSIMILAZIONE DEI NUTRIENTI

Numerose ricerche hanno dimostrato che i biostimolanti microbici e non microbici hanno aumentato la regolazione dei geni che codificano per gli enzimi coinvolti nell'assimilazione da parte delle piante di nutrienti inorganici come i nitrati.

I BIOSTIMOLANTI AUMENTANO LA NUE: DATI SPERIMENTALI

I biostimolanti vegetali non microbici e microbici possono influenzare positivamente l'efficienza d'uso dei nutrienti (NUE), in particolare dell'azoto (N), che è uno dei macronutrienti più importanti che limitano la crescita delle piante e uno dei costi principali per gli agricoltori. Sono stati condotti diversi esperimenti per misurare l'aumento della NUE dopo l'applicazione di biostimolanti vegetali.

Carrillo et al.3 hanno dimostrato che applicazioni fogliari settimanali di un idrolisato proteico derivato da legumi hanno aumentato la resa commerciabile (+33% e +24%) di piante di spinacio in serra anche in presenza di livelli di concimazione azotata non ottimali (0 e 15 kg/ha di N come nitrato di ammonio) rispetto a quelle non trattate. Questo risultato è stato associato alla presenza di piccoli peptidi che agiscono come molecole di segnalazione che stimolano attività simili a quelle dell'auxina e/o della gibberellina sia sulle foglie che sulle radici, inducendo una "risposta di acquisizione dei nutrienti" che ne migliora l'acquisizione e l'assimilazione. In questo esperimento, le applicazioni fogliari di idrolizzato proteico hanno aumentato il NUE a tutti i tassi di fertilizzazione azotata, con il valore più alto (+25%) con il tasso di azoto più basso (15 kg/ha), dove il NUE era 0,56 nel controllo e 0,70 nel trattamento biostimolante.

Rouphael et al^.4, l'azione sinergica attraverso l'applicazione di un biostimolante microbico (Trichoderma virens) e non microbico (biopolimero vegetale contenente aminoacidi, peptidi e vitamine) è stata dimostrata su lattuga coltivata in serra con tre condizioni di N: sub-ottimale, ottimale e sovra-ottimale (0, 70 e 140 kg/ha). La lattuga coltivata in condizioni non fertilizzate ha mostrato un aumento della resa commerciabile quando inoculata con T. virens da sola (45%) e un aumento maggiore con il biostimolante microbico e non microbico (67%). L'effetto benefico del biostimolante vegetale era meno pronunciato in condizioni di N ottimale e assente in condizioni di N lussuoso. Gli autori hanno concluso che, sulla base del miglioramento della resa fresca e della NUE nelle piante di lattuga in serra, il trattamento con biostimolanti vegetali ha migliorato non solo la sintesi della clorofilla e lo stato minerale, ma anche la sintesi e l'accumulo di metaboliti antiossidanti, responsabili della riattivazione dell'attività fotosintetica e, di conseguenza, delle prestazioni agronomiche.

L'urgente necessità di ridurre l'uso di fertilizzanti sintetici, aumentando al contempo la NUE e massimizzando la produttività delle colture, rappresenta una grande sfida per l'agricoltura moderna. Inoltre, l'aumento dei prezzi delle materie prime, che si sta verificando a livello globale, apre la necessità di implementare strategie agronomiche per ridurre la dose di applicazione dei fertilizzanti salvaguardando, allo stesso tempo, la produttività delle colture e la redditività degli agricoltori. I biostimolanti vegetali rappresentano una strategia promettente per incrementare la produzione agricola sostenibile, grazie alla loro capacità di migliorare direttamente o indirettamente l'efficienza d'uso dei nutrienti delle colture, soprattutto in condizioni di scarsa disponibilità di nutrienti.