Popolazioni microbiche della rizosfera per un uso più efficiente dell

informazione tecnica
Popolazioni microbiche della rizosfera
per un uso più efficiente dell’acqua
Ricerca Finanziata dalla Regione Piemonte
Laura Bardi, Eligio Malusà, Francesca Zoppellari, Giacomo Sala, Fulvia Rosso
CRA - Centro di Ricerca per lo studio delle relazioni tra Pianta e Suolo
Anna Brondolo, Giusto Giovanetti
CCS Centro Colture Sperimentali Valle d’Aosta S.r.l.
La carenza idrica è divenuta, a causa dei cambiamenti climatici, uno
Il consorzio microbico
dei fattori di stress abiotico maggiormente temuti in agricoltura
E’ stato costituito un consorzio di microrganismi selezionati dalla
non soltanto nei paesi a clima caldo-arido, ma anche nelle regioni
rizosfera di piante di pomodoro campionate nella regione di Louga
temperate, contestualmente al problema divenuto emergenza glo-
in Senegal, in suoli sabbiosi e salini in un ambiente arido. Sono
bale della disponibilità delle risorse idriche.
stati isolati e propagati funghi micorrizici del genere Glomus spp,
In quest’ottica, su iniziativa della Regione Piemonte, è stato rea-
utilizzando il sorgo come pianta ospite (Luster and Finlay, 2006), e
lizzato il progetto Idrostress, con il quale si è inteso valutare tec-
due ceppi di batteri, utilizzando terreni selettivi specifici per PGPR
nologie innovative di gestione dei microrganismi del suolo per
(Plant Growth Promoting Rhizobacteria) addizionati di NaCl per se-
ottimizzare le rese dell’acqua di irrigazione e per rendere possibili
lezionare ceppi tolleranti lo stress osmotico. Il consorzio specifico è
produzioni anche in condizioni di carenza idrica. Il progetto, che nel
stato denominato M1.
suo complesso prevedeva anche sperimentazioni in sistemi colturali
del Senegal, è stato condotto in Piemonte su mais, una coltura che
Prove in condizioni controllate
nelle ultime annate ha subito danni dovuti alla siccità.
Le prove sono state condotte in mesocosmo su piante di mais pres-
E’ noto che alcuni microrganismi rizosferici possono proteggere
so l’azienda sperimentale Ortoamico Scrl (Pocapaglia, CN) all’inter-
la pianta dallo stress da carenza idrica attraverso vari meccanismi:
no di una serra per escludere l’effetto degli eventi meteorici. Sono
incrementando i volumi di suolo esplorabili dalle radici per l’assor-
state poste a confronto piante inoculate con il consorzio microbico
bimento di acqua, migliorando la capacità di assimilazione dei nu-
selezionato M1 e piante inoculate con un consorzio commerciale
trienti, o modificando la risposta fisiologica allo stress. Obiettivo del
(MICOSAT F) denominato M2. Per ogni pianta alla semina è stato
presente progetto è stato di selezionare e di testare, in condizioni
distribuito circa 1g di preparato attorno al seme. Il controllo era co-
controllate e in pieno campo, un consorzio di microrganismi rizo-
stituito da piante senza inoculo (M0). Campioni di suolo sono stati
sferici specifici per questo scopo. Le prove sono state condotte su
analizzati per determinare la tessitura, il contenuto di nutrienti e la
piante di mais inoculate con tale consorzio e poste a confronto con
capacità di campo, necessari per pianificare le prove.
piante inoculate con un consorzio commerciale e con piante non
Sono stati presi in esame cinque diversi livelli idrici e tre diversi livelli
inoculate. L’effetto dell’inoculo è stato valutato a diversi regimi idrici
di concimazione fosfatica (0, 2.5 e 5 g/mq), quest’ultima abbinata
e con diversi livelli di concimazione fosfatica.
ai regimi idrici CC, H2 e H4 (Tabella1).
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Tabella 1. Schema degli interventi irrigui.
TESI
radicale, alcuni parametri fisiologici (traspirazione, conduttanza
stomatica, uptake CO2, indice clorofilliano), l’idratazione, l’accresci-
IRRIGAZIONE IRRIGAZIONE PROFONDA
SUPERFICIALE
mento e la produzione.
CC
settimanale
settimanale
Le prove sono state condotte per due anni consecutivi (2009 e
H2
settimanale
no
2010).
H3
quindicinale
no
H4
quindicinale
quindicinale a settimane alterne rispetto
all’irrigazione superficiale
H5
quindicinale
quindicinale contemporanea con l’irrigazione superficiale
Prove in pieno campo
Le prove sono state effettuate presso l’azienda agricola dell’ITA
“Don Bosco” di Lombriasco (TO), in doppio per due anni consecutivi (2010 e 2011), a integrazione del progetto sui sistemi coltu-
I mesocosmi sono stati allestiti con sacchi di materiale plastico di
rali erbacei ivi condotto dal Dipartimento AGROSELVITER, nelle tesi
circa 1 mc di volume in ciascuno; sono stati installati, dove previ-
PSR, con concimazione minerale ma senza apporti di fosforo da tre
sto dal piano sperimentale, i tubi di irrigazione in profondità al di
anni, e MT, con lavorazione minima.
sopra dei quali è stato posto un telo di “tessuto non tessuto” al
Ogni parcella è stata suddivisa in quattro sottoparcelle:
fine di limitare l’accrescimento delle radici senza compromettere la
1) inoculato, irrigato;
penetrazione delle ife fungine in profondità, allo scopo di valutare
2) inoculato, non irrigato;
l’eventuale ruolo di trasferimento di acqua alle radici da parte delle
3) non inoculato, irrigato;
ife fungine (Fig.1). I tubi di irrigazione sono poi stati posti anche
4) non inoculato, non irrigato.
in superficie. In ciascun sacco sono state coltivate 6 piante di mais
In ogni parcella sono state seminate 16 file di cui 8 addizionate di
della cv. NK Famoso Syngenta (classe FAO 500-600) (Fig. 2).
inoculo M1 e 8 non inoculate (M0). L’inoculo è stato distribuito nel
Lo stato di idratazione del suolo è stato monitorato in alcuni meso-
solco con microgranulatore applicato alla seminatrice in quantità
cosmi attraverso l’utilizzo di sonde tensiometriche.
pari a 13 kg/ha. Sono stati eseguiti i rilievi già descritti per le prove
Nel corso delle prove sono state condotte analisi del suolo, per de-
in mesocosmo.
terminare la composizione delle principali popolazioni microbiche
coltivabili, e delle piante, per valutarne il tasso di micorrizzazione
Risultati: produzioni
Nelle prove condotte in condizioni controllate, nonostante
sia stato rilevato un effetto significativo dell’annata, è stato
comunque
evidenziato
che
l’inoculo con consorzi microbici selezionati risulta efficace
nel determinare un più rapido
accrescimento e una maggior
produzione di biomassa verde.
Il consorzio specifico M1 ha
fornito in linea generale risultati migliori rispetto al consorzio
commerciale M2, in particolare in condizioni di disponibilità idrica ridotta o limitata agli
strati più profondi di suolo;
Figura 1. Prove in condizioni controllate: allestimento
dei mesocosmi.
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Figura 2. Prove in condizioni controllate: disposizione
dei mesocosmi nella serra.
quest’ultimo
risultato
indica
che possono avere un ruolo per
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l’approvvigionamento dagli strati più profondi di suolo le ife fungi-
stata influenzata sia dal regime idrico che dalla disponibilità di fo-
ne che formano simbiosi micorrizica radicale (Figura 3B). Gli effetti
sforo. Nel corso del primo anno si è osservato un evidente stato di
sulla produzione di granella sono risultati meno significativi e non
stress idrico nelle piante delle tesi H3 e H5, che ricevevano acqua
riproducibili da un anno all’altro; occorre però evidenziare che nelle
ogni due settimane; il confronto fra queste due tesi evidenziava
tesi con carenza idrica prolungata (H3) le piante non inoculate non
che le piante inoculate nella tesi H5, che riceveva acqua anche
hanno prodotto spighe, mentre quelle inoculate hanno fornito una
negli strati profondi, presentavano un livello di stress nettamente
produzione seppur minima di granella. (Figura 3A).
inferiore rispetto alla tesi H3, senza differenze fra i due consorzi;
Anche le diverse disponibilità di fosforo hanno evidenziato differen-
ciò supporta l’ipotesi che l’inoculo garantisce un’idratazione mi-
ti comportamenti della pianta rispetto alla crescita in presenza ed in
gliore grazie all’uso delle acque profonde.
assenza di inoculo. Per la produzione di biomassa verde il consorzio
M1 ha dato origine ad un incremento significativo della con-
M1 ha fornito risultati nettamente migliori rispetto a M0 e M2, con
duttanza stomatica dopo l’adacquamento nelle tesi H2 e H4; lo
una differenza tanto maggiore quanto minore era la disponibilità
stesso si è osservato con M2, ma solo nella tesi H2 e in presenza
idrica, quando la disponibilità di fosforo era alta. Entrambi i consorzi
di elevata disponibilità di fosforo. Inoltre la conduttanza stoma-
hanno dato migliori risultati rispetto alle piante non inoculate in
tica sotto stress è risultata alta sia nelle piante non inoculate con
assenza di concimazione fosfatica. Si può dedurre che l’inoculo, in
elevata disponibilità di fosforo, sia nelle piante inoculate sen-
particolare M1, migliora la risposta alla carenza idrica anche miglio-
za apporti di fosforo. Anche la nutrizione fosfatica può quindi
rando l’assimilazione dei nutrienti minerali.
condizionare il ruolo degli inoculi nella risposta delle piante allo
Le prove di pieno campo non hanno messo in evidenza diffe-
stress idrico, ed è noto che l’assimilazione del fosforo è incre-
renze significative dovute all’inoculo nei diversi regimi idrici.
mentata dagli inoculi rizosferici.
Tuttavia alcune osservazioni possono essere evidenziate relativa-
Nelle tesi H5 e H3 si è osservato in alcuni casi un decremento della
mente ai sistemi colturali. In PSR sono sempre stati rilevati valori
conduttanza stomatica in fase di reidratazione; si può ipotizzare che
produttivi più alti (biomassa e granella) in presenza di inoculo,
in condizioni di stress idrico forte (H3) e moderato (H5) la chiusura
sia nelle parcelle irrigate che in quelle non irrigate; in MT invece
degli stomi possa essere attivata come meccanismo di difesa per
l’effetto è visibile soltanto in assenza di irrigazione, mentre nelle
ridurre la traspirazione e salvaguardare l’acqua quando questa è
parcelle irrigate l’effetto è inverso. Ciò può essere considerato
disponibile. A tal proposito va evidenziato anche che nelle prove
una conferma della maggior efficacia dell’inoculo nei sistemi
in pieno campo del secondo anno si è osservata una riduzione del-
colturali in cui il suo-
la traspirazione in fase di reidratazione, più evidente nelle pian-
lo è maggiormente
te inoculate, sia in MT che in PSR. Occorre tenere presente che la
disturbato (PSR).
chiusura della camera stomatica può essere indotta non soltanto
dalla disidratazione, ma anche da altri fattori fisiologici, come la
Figura 3. Prove in condizioni controllate:
produzione di biomassa anno 2009 (ss g).
Parametri
concentrazione di CO2 nella camera sottostomatica.
Fisiologici
Nelle prove in pieno campo in entrambi gli anni sono stati rilevati
La conduttanza sto-
valori elevati della conduttanza stomatica nelle tesi inoculate in con-
matica è un indice
dizioni di stress, sia in PSR che in MT, ad indicare un effetto positivo
dello stato di idrata-
dell’inoculo associato ai regimi in asciutta (Fig. 4).
zione della pianta ed
L’efficienza d’uso dell’acqua (WUE=water use efficiency) è il rap-
è uno dei fattori da
porto fra attività fotosintetica e quantità di acqua traspirata; essa è
cui dipende l’attivi-
più bassa nelle foglie ben idratate rispetto a quelle disidratate. In
tà fotosintetica. Le
accordo con le previsioni, pertanto, nelle prove in condizioni con-
prove in condizioni
trollate i valori di WUE nelle tesi H3 e H5 erano più elevati rispetto
controllate
hanno
alle tesi CC, H2 e H4. E’ stata inoltre rilevata una differenza statisti-
dato risultati diversi
camente significativa fra le tesi M0, M1 ed M2 in fase di reidrata-
nelle due annate e la
zione in H5 (carenza idrica prolungata): la WUE più alta era in M0,
risposta all’inoculo è
la più bassa in M1.
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informazione tecnica
Tensione idrica del suolo
piante non inoculate, il che indica una maggior capacità di man-
Sia nelle prove in condizioni controllate che in pieno campo l’inoculo
tenere attiva anche in condizioni stressate l’attività fotosintetica. Il
microbico ha indotto una netta riduzione della tensione idrica, che
risultato finale è una maggior produzione di biomassa. Anche la
indica un significativo miglioramento dello stato fisico e del man-
qualità fisica del suolo è migliorata dall’inoculo, che induce una ri-
tenimento dell’idratazione del suolo. In pieno campo il fenomeno
duzione della tensione idrica.
è stato osservato nelle parcelle condotte con sistema colturale PSR
L’effetto dell’inoculo risulta più efficace nei sistemi colturali che pre-
sia in caso di irrigazione che di coltivazione in asciutta; in MT le dif-
vedono lavorazioni che disturbano maggiormente l’ecosistema natu-
ferenze riscontrate erano minori, a ulteriore conferma dell’effetto
rale pianta/suolo rispetto ai sistemi con lavorazioni minime. Tuttavia
positivo delle minime lavorazioni sulla struttura del suolo (Fig. 5).
nelle prove in pieno campo tali effetti non si sono tradotti in differenze significative sulla produttività, probabilmente come conseguenza
Conclusioni
del fatto che nelle annate in oggetto non si sono create condizioni
L’uso di inoculi rizosferici selezionati ha dimostrato di influire po-
reali di grave carenza idrica: a conferma di ciò si può infatti osservare
sitivamente sull’ecosistema pianta/suolo proteggendo la pianta
che la tesi sottoposta allo stress idrico più spinto ha mantenuto valori
dagli stress indotti dalla carenza idrica. Dallo studio della fisiologia
di produttività non irrilevanti (9,2 t/ha ss). Occorre anche notare che
della pianta sia sotto stress che in reidratazione è emerso che la
l’aggiunta di inoculo ha indotto, in assenza di irrigazione, un incre-
regolazione dell’apertura della camera stomatica è un importante
mento di produttività di circa 0,9 t/ha nel sistema PSR e di circa 0,5
meccanismo di protezione che viene influenzato dall’inoculo di mi-
t/ha nel sistema MT. E’ pertanto possibile ipotizzare che l’inoculo di
crorganismi rizosferici. Nella fase di stress idrico le piante inoculate,
consorzi microbici rizosferici selezionati possa proteggere la coltura
in particolare con il consorzio specifico M1, mostrano una miglior
anche al verificarsi di condizioni di siccità tali da compromettere la
idratazione ed una conduttanza stomatica maggiore rispetto alle
produzione o addirittura la sopravvivenza della pianta.
Figura 4. Prove in pieno campo: conduttanza stomatica in fase
di stress idrico (mol H2O/mq/s).
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Figura 5. Prove in pieno campo: tensione idrica del suolo
anno 2011 (kPa).
Ringraziamenti
Si ringraziano il
Prof. Claudio Lovisolo e il dr. Walter
Chitarra dell’Università di Torino ed
il dr. Federico Spanna, la dr.ssa Tiziana
La Iacona e la dr.ssa
Irene Vercellino
della Sezione Agrometeorologia del
Settore Fitosanitario della Regione
Piemonte per la
gentile disponibilità
a collaborare per
i rilevamenti degli
scambi gassosi.

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