11 Root Growth in Conservation Tillage Systems
Conservation tillage is defined as any tillage sequence, the object of which is to minimize or reduce loss of soil and water; operationally, a tillage or tillage and planting combination that leaves a 30% or greater cover of crop residue on the surface (Soil Science Society of America, 2008). I benefici della lavorazione conservativa sono la riduzione dell’erosione del suolo, la conservazione dell’umidità del suolo, l’evitare le fluttuazioni della temperatura del suolo nella profondità del suolo arabile e la riduzione dei costi della preparazione del suolo. Inoltre, l’uso della lavorazione conservativa viene incoraggiato come parte di una strategia per ridurre la perdita di C dai suoli agricoli (Kern e Johnson, 1993). I tassi di decomposizione sono generalmente più lenti nel no-till rispetto alla lavorazione convenzionale in cui la decomposizione della materia organica del suolo è promossa dal rimescolamento del suolo e dalle alterazioni del microclima del suolo (Parton et al., 1996). Holland e Coleman (1987) hanno suggerito che la ritenzione di C è aumentata in no-till perché il residuo superficiale è decomposto principalmente da funghi, che hanno una maggiore efficienza di assimilazione rispetto ai batteri, che dominano i processi di decomposizione dei residui mescolati nel suolo. Gale e Cambardella (2000) hanno riferito che c’era una chiara differenza nel partizionamento del residuo superficiale e del C derivato dalle radici durante la decomposizione e implicano che gli effetti benefici del no-till sull’accumulo di C organico nel suolo sono principalmente dovuti alla maggiore ritenzione del C derivato dalle radici nel suolo. La conoscenza di come gli apparati radicali delle piante crescono sotto lavorazione conservativa è importante perché questa pratica è ampiamente adottata in molti paesi del mondo, in particolare, in paesi come Stati Uniti, Brasile, Argentina, Canada e Australia (Bolliger et al., 2006). Si stima che il quarantacinque per cento del totale dei terreni coltivati in Brasile sia ora gestito con la lavorazione conservativa, anche se nel Brasile meridionale, questa cifra è riportata per superare l’80% (Bolliger et al., 2006).
La lavorazione conservativa riduce l’erosione del suolo, conserva l’umidità del suolo, conserva energia, aumenta il contenuto di materia organica del suolo e, di conseguenza, la qualità del suolo. Tuttavia, la lavorazione conservativa può compattare gli orizzonti superficiali del suolo e può portare a una scarsa crescita delle radici. Gli effetti negativi della compattazione del suolo sulla produzione delle colture sono stati riconosciuti per molti anni. Catone il Vecchio (234-149 a.C.) scrisse che il primo principio di una buona coltivazione è quello di arare bene e il secondo principio è quello di arare ancora, presumibilmente per fornire un letto di semina “morbido” (ben aerato) (Unger e Kaspar, 1994). La lavorazione conservativa aumenta la densità del suolo (Martino e Shaykewich, 1994) che può inibire la crescita delle radici nella parte superiore del profilo del suolo (Cannell, 1985; Lampurlanes et al., 2001), riducendo l’assorbimento dei nutrienti e la crescita delle piante (Peterson et al., 1984). Qin et al. (2004) hanno riferito che la densità della lunghezza delle radici del grano, il diametro medio delle radici e la percentuale di radici di piccolo diametro erano più bassi con il no-till che con il convenzionale tillage. Il diametro delle radici può essere indicativo degli effetti della forza del suolo sulla crescita delle radici e influisce sull’utilizzo dei nutrienti nel suolo. Sidiras et al. (2001) hanno riportato radici d’orzo più spesse con la lavorazione convenzionale che senza lavorazione. In generale, le densità di massa che impediscono la crescita delle radici sono 1,55 Mg m- 3 per le argille, 1,65 Mg m- 3 per le limo, 1,80 Mg m- 3 per le sabbiose e 1,85 Mg m- 3 per le sabbie fini (Miller, 1986).
Le differenze indotte dalla lavorazione del terreno nello stato dei nutrienti possono anche avere un impatto significativo sulla crescita delle radici (Qin et al., 2004). Il dissodamento conservativo spesso provoca la stratificazione dei nutrienti del suolo, specialmente di quelli immobili come il P (Crozier et al., 1999; Holanda et al., 1998; Logan et al., 1991). Questo produce una maggiore fertilità del suolo vicino alla superficie del suolo che, in contrasto con gli effetti della compattazione descritti sopra, provoca un aumento della densità della lunghezza delle radici vicino alla superficie del suolo sotto la lavorazione conservativa (Cannell e Hawes, 1994; Gregory, 1994). Spesso, la crescita delle radici è maggiore da 0 a 5 cm nei sistemi di conservazione e no-tillage che nei sistemi di lavorazione convenzionale (Chan e Mead, 1992; Rasmussen, 1991; Wulfsohn et al, 1996).
Il rigonfiamento radicale è stato riportato per i lupini (Lupinus angustifolius L.) coltivati in terreni compattati (Atwell, 1989), per l’orzo (H. vulgare L.) sotto impedenza meccanica (Wilson et al., 1977), e per la senape (Brassica sp.) in terreni secchi (Vartanian, 1981). Gli studi sull’allungamento delle radici del cotone in funzione della resistenza del suolo e del contenuto d’acqua del suolo hanno mostrato che l’allungamento delle radici è più sensibile alla resistenza del suolo che al contenuto d’acqua (Taylor e Ratliff, 1969). Il volume delle radici era meno influenzato della lunghezza, indicando un aumento del diametro delle radici (Ball et al., 1994). Chassot et al. (2001) hanno riferito che la lavorazione conservativa diminuisce la temperatura del suolo, e questa può essere la ragione principale della scarsa crescita delle radici e dei germogli delle piantine di mais rispetto alla lavorazione convenzionale in condizioni temperate umide.
Considerando i molti vantaggi della lavorazione conservativa rispetto alla lavorazione convenzionale, gli effetti della compattazione del suolo prodotti dalla lavorazione conservativa possono essere minimizzati. Unger e Kaspar (1994) hanno riferito che la coltivazione di colture con radici profonde in rotazione aiuta a evitare o alleviare la compattazione, migliorando la distribuzione delle radici e aumentando la profondità di radicazione. Questi autori hanno anche riferito che le condizioni meteorologiche e l’umidità del suolo possono aumentare o diminuire gli effetti della compattazione sulla crescita delle radici. Anche se la compattazione limita la crescita delle radici, gli eventi meteorologici successivi possono aumentare o diminuire l’effetto della limitazione delle radici sulla crescita delle colture. Il primo autore ha condotto esperimenti sul campo su una rotazione riso-fagioli secchi in montagna utilizzando la lavorazione conservativa su Oxisols brasiliano. L’apparato radicale del riso è stato influenzato negativamente e le rese del riso sono state basse (circa 2000 kg ha- 1), circa la metà di quelle previste in un esperimento di campo con una preparazione convenzionale del suolo e condizioni ambientali favorevoli. Tuttavia, le rese dei fagioli secchi erano superiori a 3000 kg ha- 1 (Fageria, 2008; Fageria e Stone, 2004). Quindi, la selezione della coltura appropriata è importante.