Tradizionalmente, tuttavia, i biostimolanti sono classificati in base al materiale di origine. Un elenco non esaustivo di biostimolanti comprende gli estratti di alghe (SWE), gli estratti vegetali (PE), il chitosano (CH), gli acidi umici e fulvici (HFA) e gli idrolizzati proteici (PH) (du Jardin, 2015; Colla e Rouphael, 2015). Questo raggruppamento è molto utile per confrontare le attività, in quanto si associano i prodotti a uno specifico gruppo chimico organico, con l'eccezione degli estratti vegetali per i quali sono disponibili molte meno informazioni sulla composizione chimica (Xu e Geelen, 2018). Tuttavia, le bioattività attribuite ai biostimolanti sono molto diverse, il che suggerisce la presenza di più composti attivi (Yakhin et al., 2017). Le alghe marine, ad esempio, contengono diverse sostanze chimiche alle quali può essere attribuita un'attività biostimolante (Carmody et al., 2020; Langowski et al., 2021). La maggior parte dei biostimolanti sono miscele e mostrano una diversità di proprietà benefiche segnalate, il che suggerisce che determinare l'efficacia di un biostimolante sarà complesso.

La determinazione dell'efficacia dei biostimolanti dipenderà dal biotest utilizzato e dalla descrizione della composizione chimica. L'analisi di questi due fattori è in corso e richiede una ricerca più approfondita per raccogliere i dettagli. I tentativi di valutare l'efficacia media dei biostimolanti sono stati fatti sulla base di quanto apparso finora in letteratura (Jing et al., 2022; Herrmann et al., 2022). Questi studi forniscono nuovi spunti di riflessione sui fattori che influenzano l'efficacia dei biostimolanti, anche se le interpretazioni devono essere fatte con cautela poiché le analisi sono state effettuate utilizzando dati pubblicati per i quali si ipotizza un pregiudizio verso la segnalazione di risultati prevalentemente positivi. Una conclusione che si può trarre è che è necessario rendere pubblici anche i risultati negativi dell'uso dei biostimolanti. Tali dati sarebbero molto utili per comprendere le condizioni in cui applicare i biostimolanti e per identificare i parametri che hanno un impatto negativo sull'efficacia.

In questo contesto è interessante presentare come vengono organizzati i risultati di biostimolanti e biopesticidi e come viene strutturato il database (Fig. 1) generato in un progetto chiamato Bio2Bio (Jing et al., 2022b e articolo in revisione). I confronti tra diversi prodotti biostimolanti vengono idealmente effettuati eseguendo trattamenti paralleli in un disegno a blocchi randomizzati (Hartung, et al., 2019). In queste condizioni, la variazione dei fattori esterni non controllati dall'esperimento è solitamente limitata e i confronti sono più affidabili. Il numero di prodotti biostimolanti presenti sul mercato e i numerosi esperimenti di screening condotti dai laboratori di ricerca a livello globale non consentono di allestire tali esperimenti. Sono quindi necessari metodi alternativi per effettuare confronti. Nel progetto Bio2Bio, abbiamo eseguito 38 biotest e vagliato 64 diversi estratti di biomassa di scarto. Per confrontare le attività di questi estratti nei diversi biotest, i dati sono stati raccolti e organizzati utilizzando il software Tableau. Le biomasse sono state analizzate per verificare la presenza di residui di pesticidi per dereplicare i risultati ed evitare di identificare i composti utilizzati durante la produzione delle colture. Gli estratti sono stati anche testati per l'ecotossicità, poiché diversi saggi di biopesticidi monitorano la vitalità degli agenti patogeni. Le tossine generiche sono efficaci, ma raramente portano a prodotti di valore, in quanto non passano la legislazione. Parallelamente, gli estratti sono stati sottoposti a vari biotest e i dati grezzi sono stati introdotti nel software Tableau. Poiché ogni biotest segue un sistema di punteggio unico, non è possibile un confronto diretto dei dati. Per ovviare a questo problema, abbiamo normalizzato i dati seguendo un'equazione lineare (max-min), denominata indice BBC (Ugena et al., 2018).

Fig. 1. Confronto delle attività di biostimolanti e biopesticidi utilizzando un database normalizzato.

I dati normalizzati facilitano la visualizzazione dei tratti quantitativi in un istogramma a coordinate parallele. Gli estratti possono essere classificati in base alle prestazioni o, in alternativa, le prestazioni dei tratti sono classificate per un estratto specifico. Ciò consente una rapida valutazione dei diversi estratti in un gran numero di biotest. Una simile impostazione del database può essere sviluppata per insiemi di dati molto più ampi, estrapolando i confronti oltre i limiti di un singolo esperimento o di un intero progetto. In un lavoro pubblicato di recente, abbiamo confrontato i dati relativi ai biostimolanti non microbici raccolti da oltre mille coppie di dati in campo aperto in un totale di 180 studi in tutto il mondo (Jing et al., 2022). I dati sono stati raccolti da biostimolanti contenenti una delle principali sostanze bioattive: Chi, HFA, PHs, Phi, SWE, Si e PE (Du Jardin, 2015; Rouphael e Colla, 2020). I dati sperimentali sulla resa delle colture sono stati raccolti dalle tabelle originali o estratti dalle figure allegate utilizzando WebPlotDigitizer (Rohatgi, 2020). L'impatto dei biostimolanti sui parametri di resa delle colture è stato confrontato tra 4 gruppi principali di variabili moderatrici, tra cui parametri sperimentali, relativi alla pianta, al clima e al suolo. Abbiamo organizzato i dati anche in base ai metodi di applicazione (trattamento fogliare, del suolo e delle sementi), al gruppo di colture coltivate (cereali, ortaggi, frutta, legumi, colture di radici/tuberi e altre colture) e al clima (classi principali: equatoriale, arido, temperato caldo e boreale; e 6 sottoclassi: deserto, steppa, monsonico, secco estivo, secco invernale e pienamente umido). La meta-analisi ha rivelato nuove intuizioni che non derivano immediatamente dai dati pubblicati in quanto tali. Un dato sorprendente è che gli estratti vegetali hanno mostrato un aumento medio della resa maggiore rispetto ai biostimolanti più convenzionali SWE, CHI, HFA e PH. Non è chiaro perché gli estratti vegetali mostrino una maggiore efficacia. È possibile che vi sia una distorsione nei dati disponibili, poiché gli estratti vegetali sono stati sviluppati più di recente e sono composti da una più ampia varietà di biomasse rispetto ai biostimolanti convenzionali.

L'aumento della resa è risultato dipendente dal metodo di applicazione (fogliare, per seme e al suolo) e dalle variabili associate (frequenza, dose e applicazione interannuale). Il trattamento al suolo, un metodo di applicazione indiretto, ha prodotto l'aumento di resa più consistente (+28,8%), mentre l'applicazione fogliare è più diffusa perché questo metodo è più adatto a una superficie più ampia di terreni agricoli non irrigui. I trattamenti fogliari hanno prodotto in media un aumento del 17,0%, simile a quello delle sementi, che è sostanzialmente inferiore a quello dei trattamenti al suolo. L'impatto inferiore non è compensato dall'aumento del numero di trattamenti. Infatti, l'efficacia dell'irrorazione singola e di quella doppia è stata più o meno la stessa, mentre applicazioni più frequenti sono risultate controproducenti. Questo risultato concorda con l'idea che i biostimolanti siano veri e propri stimolatori della crescita cellulare, diversi dai nutrienti minerali che sono elementi costitutivi della crescita piuttosto che regolatori della stessa.

L'efficacia dei biostimolanti è risultata dipendere dal tipo di coltura testata. Le colture orticole hanno mostrato i maggiori benefici in termini di resa (+22,8%), con una differenza di oltre due volte rispetto alle colture di tuberi (+10,6%). (+10.6%). Le leguminose hanno risposto molto meglio alle applicazioni di biostimolanti rispetto a frutta, cereali e altre colture. Non è chiaro quale sia la base fisiologica o biochimica di questi risultati. È possibile che le colture orticole siano state allevate in modo più intensivo, generando genotipi che sono spinti a utilizzare tassi di crescita molto più elevati a scapito di una ridotta tolleranza agli stress. Ogni piccolo cambiamento nelle condizioni di crescita può causare una maggiore penalizzazione della resa che può essere soppressa dall'applicazione di biostimolanti.

Infine, un confronto tra 4 categorie climatiche principali (equatoriale, arido, temperato caldo e boreale) e sei tipi di precipitazioni (deserto, steppa, monsonico, secco estivo, secco invernale e pienamente umido) ha rivelato che l'efficacia dei biostimolanti era più positiva nei climi con una disponibilità idrica fortemente limitata (arido e deserto).

Questi risultati mostrano correlazioni tra l'efficacia dei biostimolanti e gli impattanti che, per quanto ne sappiamo, non sono state completamente riconosciute in precedenza. In generale, i biostimolanti si sono rivelati efficaci soprattutto in condizioni di crescita non ottimali e di stress, con una disponibilità idrica limitata come parametro importante. Un secondo fattore importante che è emerso è l'importanza della frequenza di applicazione. Per migliorare l'efficacia dei biostimolanti, sarà fondamentale investire nella ricerca per studiare le condizioni di applicazione dei biostimolanti. Qual è la migliore fase di crescita della coltura, le condizioni climatiche ideali per il trattamento? L'impatto dell'applicazione dei biostimolanti sulla resa delle colture dipende quindi in larga misura dall'esperienza acquisita con un prodotto, accumulata nel corso di diversi anni. La raccolta di dati sui risultati positivi e negativi sarà una componente fondamentale per valutare l'efficacia dei biostimolanti.