Attività 3. Disponibilità fosfatica e gestione dell'acqua
La diminuzione della disponibilità idrica potrebbe imporre l’utilizzo di minori volumi d’acqua e l’introduzione di periodi di asciutta durante il ciclo colturale. Questo modificherà la disponibilità del P per il riso.
L'obiettivo è quello di valutate le variazioni della disponibilità fosfatica in risposta all’uso di tecniche di gestione dell’acqua che portino a un risparmio idrico rispetto a quelle tradizionali. I passi per raggiungere questo obiettivo sono: (i) Impostazione di esperimenti a scala di macrocosmo in presenza della coltura del riso confrontando semina in acqua e sommersione permanente, semina in asciutta e sommersione permanente, semina in acqua e alternanza di sommersione e asciutta; (ii) monitoraggio della disponibilità fosfatica durante lo sviluppo della coltura; (iii) indagine degli effetti della gestione dell'acqua sui microrganismi coinvolti nella mobilizzazione del fosfato; (iv) valutazioni agronomiche, portate avanti da ENR
Attività 3.1 Dinamiche del fosforo a scala di macrocosmo
(II-III anno, marzo-novembre 2022. Partner di riferimento: UNITO)
L’effetto della gestione dell’acqua sulle dinamiche del P sarà studiato attraverso prove in vasche della capacità di circa 1 m3, utilizzando un suolo scelto in base alla caratterizzazione eseguita nell’Attività 1. Lo schema prevede il confronto di
i) tre differenti gestioni dell’acqua:
a) metodo di alternanza di sommersione e asciutta,
b) semina in asciutta con sommersione posticipata,
c) semina in sommersione;
ii) due diverse strategie di fertilizzazione fosfatica:
a) 2 livelli di fertilizzazione come P2O5,
b) un testimone, non fertilizzato.
Ciascuna tesi sarà eseguita in triplicato con uno schema a blocchi randomizzati. Il fosforo nella soluzione del suolo verrà misurato a metà e fine accestimento, levata e fioritura. La determinazione della produzione di biomassa e del contenuto di fosforo nei tessuti vegetali avverrà durante il ciclo colturale (metà-fine accestimento e fioritura) ed alla raccolta, suddividendo la pianta in risone e paglia. Il riso sarà inoltre analizzato per la presenza di contaminanti (As, Cd). Alla raccolta si provvederà a determinare la resa produttiva, la qualità del granello e le componenti della produzione. La fertilità residua verrà valutata mediante analisi del suolo all’inizio e al termine del ciclo colturale.
Il microbiota radicale di riso nelle tesi allestite sarà caratterizzato mediante analisi metagenomiche. Il DNA sarà estratto da suolo “bulk” e da suolo rizosferico. Le popolazioni batteriche verranno descritte utilizzando il sequenziamento Illumina dell’operone ribosomiale 16S rRNA. Le popolazioni microbiche rilevanti per la mobilizzazione di fosfato, azoto, ferro e zolfo saranno quantificate mediante metodo di PCR quantitativa con marcatori molecolari specifici per le diverse funzionalità.
Indicatore risultato: Quantificazione delle differenze nell’estraibilità del P in funzione di tecniche di gestione dell’acqua volte al risparmio idrico (sommersione continua vs alternanza sommersione/ asciutta).
Attività 3.2 Microrganismi del ciclo del ferro e dinamiche del fosforo
(III anno, giugno 2022 – febbraio 2023. Partner di riferimento: UNIMI)
Le variazioni nella disponibilità di P in seguito a diverse tecniche di gestione dell’acqua sono anche dovute a processi di ossidoriduzione del ferro operate da batteri specifici che utilizzano il Fe nei loro processi metabolici in modo diverso a seconda della gestione dell’acqua. Per mettere in luce il ruolo dei microrganismi Fe-ossidanti e Fe-riducenti nelle dinamiche di Fe e P nella rizosfera del riso, saranno allestite colture di arricchimento in condizioni specifiche. In particolare, tubi a gradiente contenenti FeS/FeCO3 in presenza di fosfato organico e inorganico verranno inoculati con sospensioni batteriche ottenute da suolo rizosferico per selezionare batteri Fe-ossidanti che con la loro azione di ossidazione del metallo sono responsabili della precipitazione di fosfati di Fe. Parallelamente, saranno allestite colture di arricchimento in condizioni anaerobiche in presenza di co-precipitati Fe-P sintetizzati dall’Università di Torino per selezionare batteri Fe-riduttori che, riducendo il Fe, sono responsabili della mobilizzazione del fosfato. Dopo trapianti successivi, entrambe le popolazioni microbiche saranno analizzate mediante sequenziamento Illumina del gene ribosomiale 16S rRNA. Al termine dell’incubazione, verrà analizzato il rapporto FeII/FeIII e il fosfato solubile. Gli idrossidi di Fe formatisi a seguito del metabolismo microbico saranno analizzati per valutare la loro capacità a rilasciare P mediante diffrattometria ai raggi X (XRD) e microscopia a scansione con sonda EDS, presso la Piattaforma Tecnologica di microscopia UNIMI “NoLimits” (http://www.unimi.it/ricerca/finanziamenti_ateneo/90200.htm). Si identificheranno quindi i principali processi, mediati microbiologicamente, che si succedono nella rizosfera di riso all’alternarsi di periodi di sommersione e di asciutta, e si individueranno le condizioni che portano a una ottimizzazione della disponibilità fosfatica. Questi dati verranno integrati con i precedenti per lo sviluppo di biofertilizzanti che operino sia direttamente sia indirettamente sulla solubilizzazione del fosforo.
Attività 3.3. Analisi dati e revisione delle pratiche agronomiche
(III anno. settembre 2022-febbraio 2023)
L’associazione dei dati chimico-fisici con quelli microbiologici attraverso l’analisi statistica delle componenti principali individuerà i principali processi che condizionano la disponibilità fosfatica a seconda delle condizioni di ossidoriduzione in cui si trova il suolo rispetto allo stadio fenologico della pianta di riso. Verrà costruita la curva di asporto di P da parte della coltura e paragonata con le curve di disponibilità fosfatica nel suolo. Sarà inoltre possibile individuare in quale condizione di gestione idrica il microbiota funzionale colonizzi le piante di riso e permetta alla pianta di sfruttare al meglio il P minerale. Tali risultati verranno utilizzati per calcolare l’efficienza d’uso del fertilizzante fosfatico. Si potranno quindi calcolare le dosi di fertilizzazione corrette e integrare la tabella di fertilizzazione fosfatica rimodulandola anche in funzione delle diverse tecniche di gestione dell’acqua. Queste informazioni verranno pubblicate su riviste di settore alla fine del terzo anno di progetto. Saranno inoltre incluse nella presentazione al convegno conclusivo e negli articoli scientifici finali (per dettagli: Capitolo 4.3).