Ottimizzazione agronomica e sostenibilità ambientale in colza invernale da olio

Acreage assigned to winter oilseed rape (B. napus L.; OSR) is increasing rapidly in Italian crop rotations, owing to its beneficial value as a preceding crop for cereals and also European renewable energy policies (Directives, 2009/28/EC and 2009/30/EC). However, stable introduction of OSR in the biofuel production chain is closely related to yield improvements and the environmental sustainability of cropping systems. Optimized agronomic management according to site-specific conditions and varietal choice is therefore needed. Actual OSR cropping systems tend to reduce input resource utilization by conservative soil tillage, integrated nitrogen (N) management, early sowing and low sowing densities. These agronomic practices are based on the yield performance of traditional genotypes (CHH hybrids and open-pollinated varieties) and the responses of recently developed semi-dwarf cultivars (CHH semi-dwarf hybrids) have been less fully examined. The present research aimed at defining an optimal integrated winter OSR management for cropping systems in NE Italy. This aim was achieved by assessing the morpho-physiological and yield responses of various OSR genotypes (CHH hybrids, CHH semi-dwarf hybrids, open-pollinated varieties) to some agronomic inputs (sowing date, sowing density, spring N fertilisation). A dynamic model simulating OSR phenology was also developed to provide an efficient prediction tool for improving crop management scheduling. Regarding ‘sowing date’, early seeding (beginning of September) seemed to be appropriate for NE Italian cropping systems. Moving the growth cycle to early September promoted higher seed yield (4.6 t DM ha-1), due to a greater number of grains per unit area. With anticipated sowing, extended vegetative (emergence – beginning of flowering) and reproductive stages (end of flowering – maturation) were highlighted. Prolonging vegetative phases led to greater N recovery that would restrain leaching and therefore environmental pollution. Delayed sowing (early October) caused severe yield reductions, especially for the semi-dwarf hybrid. Consequently, when early or optimal sowing cannot be carried out, the OSR cropping system should be based on standard-height varieties. Considering ‘sowing density’, a diversified seeding rate according to the vegetative habitus of cultivar resulted necessary. Sparse populations (<40 seeds m-2) are suitable for cropping systems involving conventional varieties, whilst semi-dwarf genotypes need higher sowing density (>60 seeds m-2) to maximize seed yield. The good adaptability of standard-height hybrids to low populations is due to its capacity to support yield components development (e.g., number of seeds per pod) in conditions of low inter-plant competition. In order to define an optimal OSR cropping system, integrated N management based on highly N-efficient varieties is needed to support yields and to prevent environmental pollution. The conventional hybrid revealed a higher yield potential that was achieved at a lower fertilizer rate (~120 kg N ha-1), than the open-pollinated variety (~150 kg N ha-1) and semi-dwarf type (~200 kg N ha-1). The greater yield potential estimated for the normal-size hybrid was due to more efficient use (NUE: Nitrogen Use Efficiency) and uptake (NUpE: Nitrogen Uptake Efficiency) of the N supplied by fertilizer and soil. The differences in terms of NUE and NUpE which appeared between conventional and semi-dwarf hybrids depended on root development. Preliminary characterization of root system carried out during seedling establishment in pots (post-emergence stages) gave rise to greater root weights and lengths for standard-height hybrid. This root structure promoted higher N recovery which could restrict N leaching during the winter part of the OSR growth cycle. In collaboration with the Department of Crop Science of Kiel University (D), the dynamic ‘BBCH model’ was developed to predict winter OSR phenology according to the BBCH scale. Phenological models facilitate decision-making processes in agricultural systems. The implementation of the BBCH coding system within OSR phenology simulation led to a comprehensive description of crop ontogeny, avoiding complicated model parameterisation and evaluation. The ‘BBCH model’ was developed thanks to an extensive database of phenological observations from several experimental sites in France, Germany and Italy. The ‘BBCH model’ reproduced OSR development with a sufficient degree of accuracy for a wide range of years, locations, sowing dates and varieties, resulting in an efficient model widely applicable across Europe with relevant practical purposes in crop management scheduling. In conclusion, optimal OSR management should diversify exploitation of input resources in harmony with the vegetative habitus of cultivars. Among genotypes commercially available for OSR, standard height hybrids characterized by higher yield potential reachable with less agronomic input can successfully be utilized to create integrated OSR cropping systems in NE Italy.

Il colza invernale da olio (B. napus L.) sta godendo di rinnovato interesse negli avvicendamenti colturali nazionali in ragione dei vantaggi agronomici derivanti dal suo inserimento nelle tradizionali rotazioni cerealicole e nell’attuale politica europea in materia di energie rinnovabili (Direttive 2009/28/CE e 2009/30/CE). Tuttavia, il consolidamento della specie nella filiera bioenergetica di riferimento (biodiesel) è strettamente legato all’incremento delle performance produttive e alla sostenibilità ambientale dell’itinerario agronomico. Tali obiettivi non possono prescindere dall’ottimizzazione della tecnica colturale in funzione della sito-specificità ambientale e della scelta varietale. Attualmente la tecnica agronomica va orientata verso regimi colturali low-input basati su lavorazioni ridotte del terreno, razionali concimazioni azotate, semine anticipate e basse densità di semina. Tale semplificazione trova ragione nelle performance produttive dei tradizionali genotipi a taglia convenzionale (ibridi CHH e varietà a impollinazione libera), mentre è ancora poco conosciuta l’adattabilità a itinerari tecnici conservativi dei più recenti genotipi ibridi CHH semi-nani. L’attività di ricerca oggetto di questa tesi di dottorato ha come scopo principale la definizione di una nuova tecnica agronomica ottimizzata da diffondere nell’areale Padano-Veneto. Tale obiettivo è stato perseguito valutando le risposte morfo-fisiologiche e produttive delle principali tipologie genetiche di colza (ibridi CHH, ibridi CHH semi-nani e varietà a impollinazione libera), sottoposte a diversi input agronomici (epoca e densità di semina, concimazione azotata di copertura). Con l’obiettivo di fornire un valido supporto ai processi decisionali coinvolti nella definizione del management colturale, è stato inoltre sviluppato un modello di simulazione della fenologia. Per quanto concerne l’epoca di semina, un suo anticipo (inizio di settembre) rappresenta una pratica agronomica perseguibile con successo indipendentemente dalla scelta varietale. La decisione di collocare la semina nella prima decade di settembre ha consentito di raggiungere elevate rese (4,6 t s.s. ha-1), in ragione di un cospicuo numero di semi per unità di superficie. Tale risposta produttiva è in parte riconducibile al prolungamento degli stadi vegetativi (emergenza – inizio fioritura) e post-fiorali (fine fioritura – maturazione). L’estensione delle fasi pre-fiorali ha garantito inoltre una migliore organicazione dell’azoto (N), contribuendo a mitigare i rischi ambientali legati alla lisciviazione del nitrato. Nel caso in cui l’organizzazione aziendale, le condizioni meteo o il precedente colturale rendessero difficile l’applicazione di questa tecnica, è consigliabile orientare la scelta varietale su genotipi a taglia convenzionale. Di fatto, tra le cultivar a confronto, quella semi-nana ha manifestato le maggiori penalizzazioni produttive con la semina tardiva (inizio ottobre), nonostante peggioramenti di resa siano stati osservati in generale per tutte le varietà. La necessità di ottimizzare la tecnica agronomica variando l’impiego dei fattori colturali in funzione dell’habitus vegetativo è risultata evidente anche indagando gli effetti morfo-produttivi indotti da una riduzione del popolamento di campo. Di fatto, l’applicazione di basse densità di semina (<40 semi m-2) è consigliabile per quelle coltivazioni impostate su varietà a taglia convenzionale, mentre il materiale semi-nano sembra trarre vantaggio produttivo da investimenti più intensivi (>60 semi m-2). La propensione dei genotipi privi di geni nanizzanti a popolamenti ridotti è riconducibile a un migliore sviluppo delle principali componenti della resa e, in particolare, a un elevato numero di semi per siliqua. In un’ottica di riduzione degli input agronomici la scelta di cultivar N-efficienti, capaci cioè di produzioni significative in condizioni nutritive sub-ottimali, risulta imperativa. In tal senso è auspicabile l’impiego di ibridi convenzionali contraddistinti da un uso efficace di N (NUE – Nitrogen Use Efficiency: kg seme / kg N disponibile dal suolo e dalla concimazione) e dal maggiore potenziale produttivo ottenibile con moderate dosi di concime (~120 kg N ha-1). I migliori valori di NUE stimati per l’ibrido ad altezza standard sono dovuti a un efficiente assorbimento di N. La cultivar semi-nana invece massimizza la sua resa con apporti azotati più elevati (~200 kg N ha-1), che associati a una NUE modesta, esporrebbero le colture ai rischi ambientali legati a eccessi minerali. La spiccata organicazione ed efficienza d’assorbimento di N mostrate dall’ibrido convenzionale sono attribuibili a un maggiore accrescimento radicale (peso e lunghezza), in grado di esplorare ampi volumi di terreno e sequestrare elevate quantità di nutrienti. Tali caratteristiche fornite dalla cultivar ad altezza standard già in fasi precoci del ciclo colturale (post-emergenza), sono sfruttabili favorevolmente per mitigare i fenomeni di lisciviazione dei nutrienti tipici dei mesi autunno-vernini (effetto catch crop). In collaborazione con l’istituto Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung dell’Università di Kiel (D) è stato sviluppato un modello (‘BBCH model’) per simulare la fenologia del colza invernale in accordo con la scala BBCH. Un’attendibile previsione fenologica è fondamentale ai fini di una corretta realizzazione di tutte quelle pratiche agronomiche di post-emergenza la cui esecuzione è strettamente legata allo sviluppo colturale. L’implementazione della scala BBCH nel ‘modelling’ fenologico ha permesso di realizzare una dettagliata descrizione dell’ontogenesi, assicurando nel contempo, una facile calibrazione e validazione. Il ‘BBCH model’, sviluppato e testato utilizzando un ampio database di osservazioni fenologiche collezionate in numerosi siti sperimentali collocati in Francia, Germania e Italia, si è rivelato essere un valido strumento di previsione dello sviluppo colturale. Essendo applicabile in molteplici areali Europei caratterizzati da pratiche agronomiche e scelte varietali anche molto eterogenee tra loro, il modello assumerebbe ampia rilevanza pratica nel management agronomico, agevolandone la programmazione (i.e., scelta del momento d’intervento). Si può quindi concludere che nell’areale Padano-Veneto l’ottimizzazione dell’itinerario tecnico deve prevedere un impiego diversificato degli input agronomici tra materiali a taglia convenzionale e cultivar ad habitus vegetativo ridotto. Tra le principali tipologie varietali disponibili, gli ibridi tradizionali contraddistinti da un elevato potenziale produttivo, massimizzabile con un modesto impiego di fattori tecnici, sono i più indicati per l’attuazione con successo di regimi colturali low-input. Gli attuali ibridi semi-nani non rappresentano ancora una valida alternativa ai genotipi più tradizionali, poiché richiedono una maggiore intensificazione colturale per avvicinare il proprio potenziale produttivo, risultato comunque modesto e suscettibile di cospicua variabilità interannuale.