Seminativi sotto stress da siccità
Per garantire la produzione di cibo svizzero a lungo termine, l'ETH e Agroscope stanno studiando la resistenza dei metodi di coltivazione locali alla siccità.
La calda estate del 2018 ha mostrato agli agricoltori e ai non addetti ai lavori cosa deve aspettarsi la Svizzera in futuro: A causa dei cambiamenti climatici, le precipitazioni estive potrebbero non verificarsi più spesso e più a lungo. Nina Buchmann, professoressa di Scienze delle praterie, è preoccupata anche per l'agricoltura di domani, vista la crescente frequenza dei periodi di siccità. Infatti, la siccità e le conseguenti perdite di raccolto minacciano sempre più la produzione alimentare. "La nostra agricoltura non è sufficientemente preparata", afferma Buchmann. La Svizzera ha quindi bisogno di più metodi di produzione che garantiscano rese stabili e buone anche in condizioni di siccità. Finora, tuttavia, non è chiaro quale dei sistemi di coltivazione comunemente utilizzati in Svizzera sia più resistente alla siccità.
Questo è ciò che Nina Buchmann vuole scoprire insieme al suo team e ai colleghi di Agroscope, il Centro federale di eccellenza per la ricerca agricola. In una sperimentazione pluriennale sul campo, dal 2017 i partner della ricerca stanno confrontando le reazioni dei principali sistemi agricoli svizzeri alla siccità persistente. L'attenzione si concentra sulla produzione convenzionale e biologica con e senza lavorazione del terreno, o con meno lavorazione del terreno nel caso della produzione biologica, dove la pressione delle erbe infestanti diventa troppo forte senza l'aratura. Come piante test vengono utilizzati mais, una miscela di piselli e orzo da foraggio e grano invernale. Il progetto, sostenuto dal Programma di Ricerca Mercator del Centro Mondiale per il Sistema Alimentare e dalla Fondazione ETH di Zurigo, fa parte dello studio a lungo termine FAST di Agroscope, che da dieci anni analizza le prestazioni agronomiche degli stessi metodi di coltivazione.
Il sistema di campo messo alla prova
Sul campo, i ricercatori dell'ETH simulano la siccità estiva con semplici tettoie per la pioggia. Questo nasconde un esperimento complesso. Si tratta di 32 parcelle, 16 con tettoie e altrettante senza, sulle quali vengono utilizzati i quattro sistemi di coltivazione. Ognuna delle 32 parcelle è dotata di una cosiddetta Phenocam, che registra la crescita delle piante con immagini ogni ora. I sensori all'interno e al di sopra del suolo misurano altre variabili ecologiche. Un totale di tre dottorandi è responsabile della raccolta dei dati sul campo.
Per il loro esperimento, i partner del progetto hanno formulato l'ipotesi che l'agricoltura biologica sia più resistente alla siccità estiva rispetto all'agricoltura convenzionale. Buchmann spiega: "Ce lo aspettiamo perché nella produzione biologica le rese delle colture sono notoriamente più basse e quindi anche il consumo di acqua dovrebbe essere inferiore. Inoltre, i simbionti delle piante, come i batteri che fissano l'azoto e i funghi micorrizici, che possono favorire la resistenza alla siccità e agli stress, dovrebbero essere più diffusi nel suolo."
Poiché diversi fattori possono influenzare la resistenza alla siccità, i ricercatori stanno cercando di registrare le prestazioni dell'intero ecosistema sul campo. Oltre alla crescita delle piante e alla quantità e qualità dei raccolti, questi servizi ecosistemici comprendono anche aspetti come la resistenza delle colture alle infezioni fungine e ai danni degli insetti. A ciò si aggiungono le funzioni elementari del suolo e dei suoi organismi, come la fertilità del suolo e la capacità di scomporre il materiale organico, ma anche la presenza di simbionti vegetali e, infine, la questione di quanti nutrienti sono disponibili per le piante e in quale forma, e quanto azoto viene eliminato. "Stiamo cercando di coprire molti servizi, ma con misurazioni semplici e consolidate, per ottenere un quadro completo e risultati comparabili", spiega Yujie Liu, che sta svolgendo il suo dottorato presso la cattedra di Buchmann.
Vasi conduttori embolizzati
Un secondo presupposto riguarda la coltivazione del suolo: i ricercatori ritengono che una minore aratura renda il sistema di coltivazione più resistente alla siccità estiva. Questo perché una minore lavorazione del terreno stabilizza la struttura del suolo, che dovrebbe migliorare la disponibilità di acqua e nutrienti per le colture.
Per verificare queste ipotesi, il team di Buchmann utilizza isotopi stabili dell'acqua e dell'ossigeno per determinare quanta acqua è presente a quale profondità nel terreno e a quale profondità le piante assorbono l'acqua. Inoltre, gli scienziati vogliono sapere esattamente quanto le colture soffrano per la mancanza d'acqua e a che punto questa diventi critica per loro. A tal fine, Qing Sun, anch'egli dottorando del gruppo di Buchmann, misura regolarmente lo stress fisiologico da siccità delle colture.
Questo è possibile perché le piante hanno dei vasi nel fusto per il trasporto dell'acqua. L'evaporazione dalle foglie crea un effetto di aspirazione che attira l'acqua dalla punta della radice verso la foglia. Ciò provoca l'accumulo di una pressione negativa nei vasi, che può essere misurata. Se questa pressione diventa troppo alta quando il terreno è asciutto, il filo d'acqua si rompe e l'aria rimane intrappolata, bloccando il tubo. A seconda del punto in cui si verifica l'"embolia", solo una foglia appassisce o l'intera pianta muore. ? interessante sapere quando e quanti vasi sono bloccati. "Queste misurazioni non sono mai state effettuate prima d'ora. Ci aiutano a comprendere meglio la risposta allo stress delle piante coltivabili in diversi sistemi di coltivazione", afferma Sun.
Un quadro (ancora) incompleto
L'esperimento sulla siccità durerà fino alla fine del prossimo anno. Le prime analisi preliminari indicano che i metodi di coltivazione hanno meno influenza sui servizi ecosistemici di quanto si pensasse. Nella miscela pisello-orzo, le piante sembrano essere più resistenti alla siccità con la produzione biologica. Tuttavia, è possibile che il mais e il grano invernale reagiscano in modo diverso. "Il quadro non è ancora completo", sottolinea Buchmann. Se esisterà mai un sistema di produzione resistente alla siccità o se ogni coltura favorirà il proprio metodo di produzione individuale rimane per il momento il segreto delle nostre colture.
Questo testo è pubblicato nell'attuale numero della rivista dell'ETH Il globo Pubblicato.