L’impiego dei biostimolanti nella coltivazione del grano

Today, modern agriculture focuses on two main objectives: reducing production inputs, with particular attention to products that may pose environmental risks and increasing crop yields. Achieving both goals simultaneously is not always straightforward. However, in recent years, farmers have benefited from the introduction of biostimulants, a broad category of compounds that, when used in small amounts, can bring significant improvements both in terms of yield and quality. The first part of this thesis provides a general overview of biostimulants, analyzing their historical evolution, regulatory framework, and methods of application. In the second part, three case studies concerning wheat (Triticum aestivum L.) are presented to demonstrate the positive impact of these products on this crop. The first case study evaluates four commercial biostimulants, including two protein hydrolysates and two humic acids, tested in Saudi Arabia on sandy soils with low nutrient content. The trials focused on products' efficacy in increasing wheat yield. One of the two protein hydrolysates was significantly impacting wheat, with increases of 21.97% in tillering, 12.64% in the number of kernels per spike, 8.61% in 1000-kernel weight, and 8.2% in yield. These results generated considerable interest in it, leading to a second 3-year experimental phase aimed at verifying the repeatability of its benefits, which confirmed the stability of the results, underscoring its agronomic potential. The second case study analyzed here was conducted in Poland, by testing two protein hydrolysates, which differ in amino acid content (15% vs. 20%) and nutrient elements content (17% vs. 23%). The experiment assessed the efficacy of both products at various concentrations. The results indicated that the more nutritionally rich product was the most effective, applied at a minimum dose of 1.25 L/ha. At this concentration, results were highly favorable: a 75% increase in tillering and an 11% improvement in yield. It also had positive effects on grain quality, such as increases in protein content and Zeleny index (+3.12% and +9.65%), translating into improved baking quality, as well as elevated levels of key macro and micronutrients in the kernels, including calcium, sodium, copper, and molybdenum (+7.9%, +46.5%, +50.0%, +15.7%). The final case study examines two biostimulants derived from crustacean shells: chitosan (CS), which is insoluble in water, and chitosan nanoparticles (CSNPs), which are water-soluble and thus more manageable at the industrial level. The experiments focused on two main aspects: the effects of these products on plant growth and determining the optimal concentration. Results indicated that both treatments led to significant improvements, with slightly better outcomes observed with CSNPs. A particularly relevant finding was the optimal concentration: 50 mg/L for CS and 5 mg/L for CSNPs. Both treatments achieved very similar results, making CSNPs a viable option, requiring lower doses and featuring improved technological properties.

L'agricoltura moderna si concentra oggi su due obiettivi principali: la riduzione degli input produttivi, con particolare attenzione ai prodotti potenzialmente dannosi per l’ambiente, e l’incremento delle rese agrarie. Riuscire a perseguire entrambi gli obiettivi in maniera sinergica non è sempre facile. Tuttavia, negli ultimi anni, gli agricoltori hanno potuto contare sull’introduzione di prodotti biostimolanti, una vasta categoria di sostanze che, se impiegate in piccole quantità, possono apportare significativi benefici sia dal punto di vista quantitativo che qualitativo delle colture. Questa tesi, nella sua prima parte, fornisce un quadro generale sui biostimolanti, analizzandone l'evoluzione storica, la normativa di riferimento e le modalità di applicazione. Nella seconda parte, verranno presentati tre casi di studio relativi al frumento tenero (Triticum aestivum L.), al fine di evidenziare l'impatto positivo di questi prodotti in questa coltura. Il primo caso di studio valuta quattro biostimolanti commerciali, due idrolizzati proteici e due acidi umici, testati in Arabia Saudita su terreni sabbiosi e poveri di nutrienti. Le prove si sono concentrate sull’efficacia di questi prodotti sull’incremento di resa del frumento. Tra i quattro, quello che si è significativamente distinto è un idrolizzato proteico, con aumenti del 21,97% dell’accestimento, del 12,64% nel numero di cariossidi per spiga, dell’8,61% nel peso di 1000 semi e dell’8,2% nella resa. Questi risultati hanno suscitato un forte interesse, portando a una seconda fase sperimentale triennale, con l’obiettivo di verificare la ripetibilità dei benefici ottenuti. Anche questa seconda prova ha confermato la stabilità dei risultati, evidenziando l’elevato potenziale agronomico. Nel secondo caso di studio, svolto in Polonia, sono stati testati due idrolizzati proteici, differenziati per contenuto di amminoacidi (15% vs. 20%) ed elementi nutritivi (17% vs. 23%). La sperimentazione ha valutato l’efficacia dei due prodotti a diverse concentrazioni. Dai risultati è emerso che il prodotto più performante risulta essere quello maggiormente ricco di amminoacidi ed elementi nutritivi, purché applicato con una dose minima di 1,25 L/ha. A questa concentrazione, i risultati sono stati interessanti; si è osservato un incremento del 75% nell’accestimento e un miglioramento dell’11% nella resa in granella. Anche sul piano qualitativo sono stati rilevati effetti positivi, come l’aumento del tenore proteico e dell’indice di Zeleny (+3,12% e +9,65%, rispettivamente), che si è tradotta in una migliore attitudine panificatoria, oltre a un incremento nel contenuto di alcuni macro e micronutrienti nella granella, come calcio, sodio, rame e molibdeno (+7,9%, +46,5%, +50,0%, +15,7%, rispettivamente). L’ultimo caso di studio analizzato ha riguardato due biostimolanti derivati dai gusci di crostacei, il chitosano (CS), insolubile in acqua, e le nanoparticelle di chitosano (CSNPs), solubili e quindi più gestibili a livello industriale. Gli esperimenti si sono focalizzati su due aspetti: l’effetto dei due prodotti sull’accrescimento della pianta e la determinazione della concentrazione di applicazione ottimale. Entrambi i trattamenti hanno portano a notevoli miglioramenti, sebbene i risultati siano leggermente superiori con l’uso di CSNPs. Un dato particolarmente rilevante riguarda la concentrazione ottimale, che è risultata essere di 50 mg/L per CS e di 5 mg/L per CSNPs. Entrambi i trattamenti hanno mostrato effetti molto simili, rendendo CSNPs una valida opzione, con dosaggi inferiori e migliori proprietà tecnologiche.