Attività 2. Disponibilità fosfatica e utilizzo di cover crops

Prova in campo per la valutazione dell'effetto dell'utilizzo di diverse specie di cover crop sulla disponibilità del fosforo per il riso, ogni specie sarà gestita con due livelli di fertilizzazione fosfatica (0 kg/ha VS 50 kg/ha)

RISULTATI PRELIMINARI: disponibilità di fosforo (P) e dotazione di carbonio (C) e azoto (N) nel suolo in funzione della cover crop presente al momento della ripresa vegetativa della cover crop (mese di marzo)

Attività 2.1. Effetto dell’uso di cover crops sulla disponibilità di P per il riso a scala di campo

(I/II anno. Ottobre 2020-dicembre 2021. Partner di riferimento: ENR)

L’attività porrà a confronto parcelle sperimentali coltivate con differenti cover crops (una graminacea, una leguminosa e una crucifera) con un testimone privo di cover crop. Le colture da sovescio saranno seminate nell’autunno del primo anno (ottobre 2019) e saranno trinciate e interrate prima della semina del riso nella primavera successiva. Prima della distruzione delle cover crops saranno prelevati campioni di apparato radicale e di fusto e analizzati per contenuto in P, N, C, e S.

Nella primavera successiva, dopo l’abbattimento delle cover crops, verrà coltivato il riso distinguendo due livelli di concimazione fosfatica, 0 e 50 kg/ha di P₂O₅, in funzione della cover crop presente in precedenza.

Su campioni di suolo prelevati prima e dopo la coltivazione delle cover crop e del riso saranno misurati P disponibile e P totale nel suolo rizosferico e bulk per poter valutare l’effettiva modificazione operata dalle cover crops. Saranno inoltre analizzate le fosfatasi e altre biomolecole prodotte a livello rizosferico coinvolte nella nutrizione fosfatica della pianta. Per valutare le differenze nella disponibilità di P saranno prelevate piante di riso per ciascun trattamento in diversi momenti del ciclo colturale (fine accestimento, levata, fioritura) e saranno misurati la biomassa prodotta e i contenuti in P. Al momento della raccolta del riso saranno rilevati i risultati produttivi di ogni parcella associata a ciascun trattamento. Saranno inoltre analizzati il contenuto in azoto, fosforo e potassio nella paglia e nella granella. Il riso sarà inoltre analizzato per la presenza di contaminanti inorganici (As, Cd).

Le colture intercalari di veccia e loietto hanno presentato un buono sviluppo, producendo rispettivamente: 2.14 t/ha di s.s. con 62.3 kg N/ha e 1.56 t/ha di s.s. con 13.4 kg N/ha. L’erbaio di Brassica juncea, invece, ha mostrato inizialmente una buona copertura del terreno ma successivamente, a causa delle avverse condizioni climatiche intercorse nei mesi invernali, la cover non ha superato l’inverno ed ha portato ad una contenuta produzione di biomassa totale.

I tenori di N nei tessuti vegetali delle cover crops hanno evidenziato come la veccia sia maggiormente ricca di nutrienti. La dotazione di azoto più elevata evidenziata al primo campionamento può spiegare la riduzione del nutriente a livello rizosferico osservata nella veccia. Per la Brassica juncea non è stata eseguita l’analisi dei tessuti alla terminazione dell’erbaio visto lo sviluppo molto scarso.

Nel 2021 le componenti produttive non hanno evidenziato relazioni significative tra i due fattori indagati, ovvero cover crop e concimazione fosfatica, e si è avuta una produzione media di 7.8 t di risone/ha con umidità verde media del 16.5%.

Valutando gli aspetti agronomici è chiaro l’effetto esercitato dalle sole cover crops, che portano ad una maggiore variabilità statistica nei dati sebbene la produzione di granella resti invariata. Risultati interessanti sono stati ottenuti con il sovescio di Vicia villosa che, nonostante il minor investimento finale (tabella 6), dato dalla locazione di aree altamente sabbiose in alcune parcelle, ha riscontrato nel riso una risposta positiva in termini d’accestimento. L’alto contenuto in azoto della biomassa interrata (con basso rapporto C/N), tipico di essenze appartenenti alla famiglia delle Leguminose, ha dato una spinta vegetativa alla coltura. Il riso coltivato dopo la veccia ha di fatto prodotto piante di taglia significativamente superiore ed un maggior quantitativo di paglia a ettaro (7.1 t/ha, tabella 4), con un posizionamento intermedio per il valore di Harvest Index.

Il riso coltivato dopo il sovescio di Lolium multiflorum ha evidenziato una penalizzazione delle fasi iniziali di crescita. L’elevata incorporazione di biomassa ad alto rapporto C/N, tipica delle Poaceae, ha un effetto di rallentamento sul processo degradativo della sostanza organica nel terreno, riflettendosi su una minore produzione di paglia e taglia ridotta del riso. Successivamente, nella fase riproduttiva, il riso ha recuperato, eguagliando la produzione media delle altre tesi, e portando al valore migliore di Harvest Index. Il comportamento del riso seminato successivamente alla Brassica juncea è stato abbastanza analogo a quello del test senza copertura intercalare, verosimilmente a causa del basso apporto di biomassa prodotto dalla Brassica in seguito all’andamento meteorologico stagionale sfavorevole.

Andando invece a confrontare tra gli erbai sovesciati, i principali fattori della produzione del riso, ovvero: numero di spighette per pannocchia, percentuale di sterilità e peso dei 1000 semi, è chiara la compensazione avvenuta da parte delle piante seminate nelle diverse zone. Con una sterilità media di 15.4%, le pannocchie di riso con il maggior numero di spighette avevano un minore peso dei 1000 semi (caso dell’erbaio di Vicia villosa) e viceversa, rientrando tutte nella media produttiva delle 7.8 t di granella/ha.

Per quando riguarda il quadro fitopatologico della prova, l’apporto di fosfato ha apparentemente aumentato l’incidenza d’infezione di mal del collo (Pyricularia oryzae), ad eccezione del loietto in cui il testimone non fertilizzato con P raggiunge quasi il valore massimo di 5 su 9 (Figura 2.1.7). Le differenze osservate, se pur significative, sono risultate contenute tra i singoli erbai.

Infine, il livello di elmintosporiosi (Cochliobolus miyabeanus) è risultato basso in tutte le parcelle, con un’incidenza media di 1.3 su un massimo di 9 (scala IRRI). La zona con erbaio di loietto e quella coperta con brassica non hanno mostrato sintomi, probabilmente per la più favorevole localizzazione delle parcelle, in prossimità della capezzagna.

Attività 2.2 Evoluzione del microbiota del riso in presenza di cover-crop.

(II anno. marzo-novembre 2021. Partner di riferimento: UNIMI)

Nella primavera 2020, il suolo rizosferico e l’endosfera radicale delle cover crop verrà separato dalle radici e utilizzato per l’estrazione di DNA. Analogamente, nel corso del ciclo colturale del riso gli acidi nucleici saranno estratti dal suolo rizosferico e dall’endosfera radicale della coltura. La composizione della comunità microbica verrà decifrata mediante analisi Illumina delle sequenze del gene per 16S rRNA che caratterizzano le popolazioni microbiche della rizosfera della coltura sovesciata e quelle di riso. Verranno quantificati mediante PCR quantitativa i geni batterici codificanti per la fissazione dell’azoto e per la solubilizzazione del fosfato.

Attività 2.3. Analisi dati e revisione delle pratiche agronomiche

(II-III anno. settembre 2021-marzo 2022)

L’associazione dei dati chimico-fisici con quelli microbiologici attraverso l’analisi statistica delle componenti principali porterà a quantificare la diversa efficacia dell’introduzione dei tre tipi di erbai da sovescio nell’aumentare la disponibilità fosfatica. Tali risultati verranno utilizzati per poter dosare, in base agli apporti provenienti dalla biomassa sovesciata e quelli rilasciati dalla variazione dell’ambiente rizosferico, il P minerale da apportare al riso cresciuto in successione. Anche in questo caso si potrà calcolare le dosi di fertilizzazione corrette e integrare la tabella di fertilizzazione fosfatica rimodulandola anche in funzione delle tecniche di sovescio. I risultati saranno pubblicati su riviste di settore a partire dalla fine del secondo anno di progetto.

Nel marzo 2021, è stato estratto il DNA totale dal suolo in presemina, dalla porzione rizosferica (suolo rizosferico, rizoplano e endosfera radicale), da residui colturali presenti in campo e costituiti da paglie di riso del ciclo colturale precedente, e da foglie delle piante di cover crop (Vicia villosa var. Villana) presente nel campo sperimentale di Nicorvo. La stessa estrazione è avvenuta a luglio 2021 a partire da suolo rizosferico, rizoplano ed endosfera radicale del riso, campionato da entrambi i campi sperimentali (in assenza e in presenza di cover crop). La composizione della comunità microbica è stata determinata mediante analisi Illumina delle sequenze del gene per 16S rRNA per batteri e archea e ITS per funghi.

L’analisi statistica Nonmetric Multi Dimensional Scaling (NMDS) effettuata sugli indici di diversità Beta calcolati secondo Bray Curtis, ha rilevato che tra i campioni vi è una differenziazione significativa determinata dal comparto della pianta e dall'ospite (riso vs veccia, p < 0,05), mentre la conduzione agronomica, presenza e assenza della cover crop, non ha determinato differenze significative. L’effetto pianta è risultato evidente, specialmente all’interno dell’endosfera radicale di riso, in cui si è osservata la formazione di unico cluster, confermando la selezione da parte della pianta di riso su tutte le comunità microbiche analizzate. Dall’ analisi delle coordinate principali (PCoA) della comunità batterica, del campo sperimentale di Castello D’agogna, si è osservato un effetto determinato dalla condizione agronomica evidente nell’endosfera radicale, unitamente ad un effetto pianta.

I diagrammi di Venn ricavati dalle comunità microbiche di riso e veccia hanno evidenziato che le due piante hanno un microbioma parzialmente condiviso formato da keynote species nel suolo rizosferico, sul rizoplano e nell’endosfera, in ordine decrescente nei tre comparti. Questo è indice di un effetto di selezione esercitato dalle piante. Nei campi sovesciati, questa condivisione aumenta proporzionalmente nei tre comparti rispetto ai campi non sovesciati, indicando che la presenza della cover crop influenza la composizione del microbioma del riso.