Una gestione precisa dell’acqua di irrigazione e dell’azoto migliora l’efficienza nell’uso dell’acqua e dell’azoto nell’agricoltura conservativa del mais

Mar 16, 2024

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12060 (2023) Citare questo articolo

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È stato avviato un esperimento sul campo della durata di 3 anni per affrontare la minaccia dell'esaurimento delle acque sotterranee e la sostenibilità dei sistemi agroalimentari. Il sistema di irrigazione a goccia sotterranea (SDI) combinato con la gestione dell’azoto nell’ambito del sistema mais-frumento (MWS) basato sull’agricoltura conservativa (CA) ha effetti sulle rese delle colture, sulla produttività dell’acqua di irrigazione (WPi), sull’efficienza nell’uso dell’azoto (NUE) e sulla redditività. Le rese in granella di mais, frumento e MWS nell'SDI con il 100% di N raccomandato erano significativamente più elevate rispettivamente del 15,8%, 5,2% e 11,2% rispetto al sistema convenzionale di irrigazione a solco/inondazione (CT-FI). Il risparmio idrico del sistema di irrigazione (~ 55%) e il WPi medio erano più alti nel mais, nel grano e nel MWS con il sistema SDI rispetto al sistema CT-FI. È stato osservato un risparmio del 25% di azoto fertilizzante nel mais e nel MWS, mentre nel frumento non è stato osservato alcun risparmio di azoto. I rendimenti netti di MWS sono stati significativamente più alti (265 USD) con il sistema SDI con N al 100% (senza sovvenzione) rispetto al sistema CT-FI, nonostante i costi di produzione più elevati. I rendimenti netti sono aumentati del 47% se si considera un sussidio dell'80% sulla posa del sistema SDI. I nostri risultati hanno mostrato un grande potenziale di integrazione di CA con la gestione SDI e N per massimizzare la produttività, NUE e WPi, il che può essere economicamente vantaggioso e rispettoso dell’ambiente in MWS nella Trans-IGP dell’Asia meridionale.

Il sistema mais-grano è il terzo sistema colturale più importante (~ 2,90 M ha) dopo i sistemi riso-grano e cotone-grano1 e presenta potenzialità in vista di una crisi idrica emergente nelle pianure indo-gangetiche dell’Asia meridionale. Nell’irrigazione convenzionale del riso a sommersione, una grande quantità di acqua irrigua viene persa attraverso l’evaporazione e la percolazione del suolo2,3. Negli ultimi anni, l’area coltivata a mais è aumentata nell’India nord-occidentale (NW), in gran parte grazie alle politiche governative favorevoli per promuovere la sua coltivazione al fine di risparmiare sui preziosi costi di acqua per l’irrigazione ed elettricità4. La coltivazione di mais e frumento convenzionali su un campo pianeggiante richiede 6-7 operazioni di lavorazione del terreno insieme all’irrigazione a piena, che comporta un elevato apporto di energia e un uso inefficiente dell’acqua di irrigazione e dell’azoto fertilizzante (N), e con minori profitti economici5. Una tecnica alternativa per risparmiare acqua e aumentare la produttività dell’acqua irrigua (WPi) e l’efficienza nell’uso dell’azoto dei fertilizzanti (NUE) comprende il passaggio a pratiche di agricoltura conservativa (CA) basate su letti rialzati permanenti (non lavorazione del terreno e pacciamatura della paglia), programmazione dell’irrigazione e fertirrigazione1, 6.

Aumentare la produttività e diminuire i costi di coltivazione nel sistema mais-frumento rappresenta una grande sfida. L’adozione di aiuole rialzate permanenti irrigate a solco ha aumentato i rendimenti, NUE, ha risolto i problemi di manodopera e acqua e ha salvato l’ambiente7,8,9,10. In un sistema di semina a letto rialzato permanente, sia il mais che il frumento vengono piantati sulla sommità di letti larghi 37,5 cm con solchi larghi 30 cm e conservando i residui colturali precedenti sulla superficie del terreno11. Studi precedenti hanno dimostrato che il mais piantato su aiuole rialzate permanenti con ritenzione dei residui ha comportato un risparmio dell’11% nell’acqua di irrigazione e un WPi superiore del 16% rispetto alla semina convenzionale8,12.

L’agricoltura conservativa, abbinata ad un’applicazione precisa di acqua e sostanze nutritive, fornirà opportunità per un’intensificazione dei sistemi cerealicoli per un cambiamento tanto necessario verso la trasformazione dei sistemi agroalimentari nell’Asia meridionale. La stratificazione dell’irrigazione a goccia combinata con la fertirrigazione con azoto nel sistema CA potrebbe essere una scelta economicamente fattibile per le colture in filari, come il mais13,14,15 e il grano15,16,17,18 per aumentare WPi e NUE. L’irrigazione a goccia di superficie presenta una grave limitazione dovuta al complesso processo di ancoraggio delle laterali all’inizio e di rimozione dopo la raccolta di ogni coltura perché interferiscono con le operazioni in campo durante l’anno. A differenza dell’irrigazione a goccia superficiale, il sistema di irrigazione a goccia sotterranea (SDI) riduce l’evaporazione del suolo, consente una migliore erogazione di acqua e fertilizzanti direttamente alla zona delle radici delle piante per soddisfare e sincronizzare la domanda delle piante, con conseguente WPi e NUE più elevati, oltre a risparmiare manodopera. costo e consente le normali pratiche di lavorazione del terreno13,18,19. L'applicazione superficiale convenzionale di N come urea favorisce le perdite per volatilizzazione di N, in particolare quando i residui colturali vengono trattenuti come pacciame20,21. Una precisa fertirrigazione di N in diverse suddivisioni tramite SDI potrebbe ridurre le perdite di N attraverso la lisciviazione e la volatilizzazione, migliorando così il NUE in un sistema mais-frumento a letto rialzato permanente basato su CA19,22,23. Pertanto, il posizionamento preciso di N insieme all'acqua di irrigazione nella zona radicale attiva delle colture tramite SDI migliorerà NUE e WPi in un sistema mais-frumento a letto rialzato permanente basato su CA.