Consociazione del grano tenero con leguminose per la riduzione della concimazione azotata del cereale

Human nutrition is largely based on the consumption of cereals, which are the most widely cultivated crops globally and they are at the base of the diet for most of the world's populations, covering half of the world's arable land. The three most common cereals are wheat (Triticum aestivum L.), corn (Zea mays L.) and rice (Oryza sativa L.), which cover one third of the whole surface among field crops. These cereals require high quantities of nitrogen for growth, this nutrient/fertiolizer also allowing the production increases they have undergone during the 20th century. During the last century in Italy, the yield increased by 3.47 times for wheat, 8,65 ntimes for maize and 1.78 times for rice, this bringing to a marked increase in nitrogen fertilizers use by 7 folds, reaching the consumption of approximately 50-55 million tons of N per year for the production of these three main cereals. The aim of reducing the use of mineral nitrogen-based fertilizers is leading to the adoption of new cultivation techniques and among these we have the rediscovery of intercropping or polyculture, ancient techniques that consist in the simultaneous growth of two or more species in the same land which, by being spatially close, can grow better than monoculture cultivation. Intercropping aims to exploit the positive complementary interactions between species to improve resource exploitation, nitrogen use efficiency, as well as yield and profit per unit of land. In particular, intercropping a cereal with a legume has the purpose of exploiting the nitrogen fixed by Fabaceae species, through the natural process of atmospheric nitrogen fixation, in order to support the growth of wheat. This work aimed at evaluating the yield response of two wheat varieties, Rebelde and Criterium, submitted to both whole intercropping and temporary intercropping techniques with vetch and berseem clover. Vetch was sown together with wheat in November, while the berseem clover was sown in February as relay intercropping (named bulatura). The legumes were then weeded by post-emergence herbicide during cereal stem elongation on half of the plots to test the effects of the temporary or continuous presence of vetch and clover on the yield and quality of wheat. The plots with intercropping N fertilisation was half whole dose and were compared with monoculture of wheat under 100% and 50% of the N dose, and with plots where half the nitrogen fertiliser dose was supplied but the intercropping was maintained until wheat harvest, in order to evaluate if the presence of the legume, weeded or not, could provide for the missing nitrogen dose. The results obtained revealed comparable yield levels and grain quality for the intercropping with berseem clover, with a grain yield of 577 g m-2 for the Criterium and 653 g m-2 for the Rebelde wheat varieties. Instead, where wheat was intercropped with vetch, significant yield reductions were obtained with 192 g m-2 (-66%) for 50%N+VD (Weeded Vetch) and 145 g m-2 (-74%) for 50%N+VND (Non-Weeded Vetch) in Criterium variety, and lower yield impairments in Rebelde, it having 264 g m-2 (-56%) for 50%N+VD and 268 g m-2 (-55%) for 50%N+VND. Results show that intercropping is a practice that can partially sustain nitrogen requirements of wheat and that the yield reduction with vetch is due to competition for light, water and space and not to the absence of nitrogen.

L’alimentazione umana dipende fortemente dal consumo di cereali, che rappresentano le colture maggiormente coltivate a livello globale e sono la base alimentare per la maggior parte delle popolazioni mondiali, occupando complessivamente metà dei terreni arabili nel mondo. I tre cereali più diffusi sono grano (Triticum aestivum L.), mais (Zea mays L.) e riso (Oryza sativa L.); questi da soli coprono un terzo dell'intera superficie destinata alle specie erbacee. La loro coltivazione richiede elevate quantità di azoto e gli aumenti produttivi che hanno subito nel corso del XX secolo sono dovuti in parte anche all’aumento dell’utilizzo di fertilizzanti azotati. Le rese italiane lo scorso secolo sono aumentate di 3,47 volte per il grano, 8,65 volte per il mais e 1,78 volte per il riso, con un utilizzo di fertilizzanti azotati aumentato di 7 volte, arrivando a consumare circa 50-55 milioni di tonnellate di N all’anno per la produzione dei tre cereali principali. L’obiettivo di ridurre l’utilizzo di concimi minerali azotati sta spingendo all’adozione di nuove tecniche di coltivazione e tra queste abbiamo la riscoperta della consociazione, ovvero la coltivazione simultanea di due o più specie sul medesimo appezzamento queste che, trovandosi spazialmente vicine, possono crescere meglio rispetto alla coltivazione in monocoltura. La consociazione mira a sfruttare le interazioni complementari positive tra le specie per migliorare la cattura e l’efficienza nell’uso delle risorse, nonché la resa e il profitto per unità di terreno. Nello specifico, la consociazione tra un cereale e una leguminosa ha come obiettivo quello di sfruttare l’azoto fissato dalla Fabacea, tramite il processo naturale di fissazione dell’azoto atmosferico, per sostenere la crescita del grano. Il presente lavoro di tesi ha avuto lo scopo di valutare la risposta produttiva di due varietà di frumento tenero di forza, Rebelde e Criterium, sottoposte a consociazione completa o temporanea con veccia e trifoglio alessandrino. La veccia è stata seminata contemporaneamente al frumento, mentre per il trifoglio alessandrino si è eseguita una trasemina primaverile (bulatura). Le leguminose sono state poi eliminate tramite l’utilizzo di diserbo chimico durante la fase di levata del cereale su metà appezzamento per testare gli effetti della presenza, temporanea o continua, della veccia e del trifoglio sulla resa e sulla qualità del frumento. Le parcelle in cui è stata eseguita la consociazione sono state fertilizzate con metà della dose di azoto e sono state messe a confronto con parcelle in monocoltura frumento in cui è stato fornito il 100% (circa 160 kg ha-1), il 50% della dose di azoto e parcelle in cui è stata fornita metà della dose di fertilizzante azotato mantenendo però la consociazione fino alla raccolta del frumento, in modo da valutare se la presenza della leguminosa, diserbata o meno, potesse sopperire alla riduzione della dose di azoto. I risultati ottenuti hanno rivelato delle rese comparabili sia dal punto di vista produttivo che qualitativo per la consociazione con il trifoglio alessandrino, con una resa in granella di 577 g m-2 per la varietà Criterium e di 653 g m-2 per la varietà Rebelde. Al contrario, dove il frumento è stato posto in consociazione con la veccia, si sono ottenute importanti riduzioni nelle rese con valori di 192 g m-2 (-66%) per 50%N+VD (Veccia diserbata) e 145 g m-2 (-74%) per 50%N+VND (Veccia non diserbata) per la varietà Criterium, ma cali meno marcati per la varietà Rebelde con 264 g m-2 (-56%) per 50%N+VD e 268 g m-2 (-55%) per 50%N+VND. Da questi risultati preliminari in un terreno medio-limoso di buona fertilità la consociazione si è dimostrata una pratica in grado di sopperire almeno in parte alle richieste di azoto del frumento e che la riduzione della resa in presenza di veccia è dovuta alla competizione per luce, acqua e spazio e non all’assenza di azoto.