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Pisetta, Michele (2011) Relazioni idriche in nocciolo (Corylus avellana L.). [Ph.D. thesis]

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Abstract (english)

In the first part of this work we assessed water relations that contribute to determine the behavior of a hazelnut (Corylus avellana L.) orchard.
Hazelnut can still be considered a semi-wild forestal plant that was domesticated through the years without undergoing substantial changes from its wild habitus. In particular genetic improvement, a technique that has been successfully applied to almost all fruit crops, didn’t really take off for hazelnut and, of the few cultivars released in time, no one has been adopted globally. The lack of standardized cultivar in terms of adaptation and reactions to environmental factors has led the management of the hazelnut orchard to be frequently performed unprofessionally with many different theories applied. It has also to be considered the strong expansionistic momentum that the crop is experiencing both in industrialized countries (Italy. USA, France) and in economies in transition (Georgia, Azerbaijan, China). In the formers is competing with cash crops taking marginal land and carving its own niche on the market thanks to its effect of diversifying agricultural investments and keeping the risks low. The main drawback this crop is subject to is the lack of a proper monitoring of environmental stresses, especially those related to water use and its implications in the functioning of the plant. Particularly the Italian scenario, where most of the orchards are thought not to be needing scheduled irrigation, suffers from recurrent water deficits that alter production and pose a threat to plants’ health. The object of this work is to individuate simple key performance indicators that could be effectively used to determine risk thresholds for the need of a temporary irrigation in the productive orchard.
To do so the work was carried out in several different areas that highlighted dissimilar parameters, two permanent plots were set up in the villages of Cravanzana and Baldisserod’Alba in the Piedmont region. Different parameters were measured using a full set of sensors among which a weather station, multilevel soil moisture probes, Granier’s probes for sap flow and a dendrometer for stem radial variations. At the same time field measurements with a gas analyzer and a pressure chamber were conducted both in the permanent plots and in the temporary ones; these comprise sites in Georgia, Chile and South Africa. Soil moisture data showed a peculiar trend for the year 2011, the 16 cm stratum gave evidence about water stress situations already in May and other 3 stress events were detected throughout the growing season. When the most superficial level of the soil was completely depleted, deeper roots were observed to activate and to absorb water from lower levels such as the ones at 86 cm and at 116 cm. The investigations of these dynamics allow to define the thresholds for water depletion at each soil level thus to understand when the water content was minimal and to focus on the plant’s reactions during these events. Sap flow was correlated with VPD (Vapor Pressure Deficit) when water was available in good quantities while it became more related to the diameter at breast height of each individual when the water supply started to be scarce. Through the identification of the stress period during May and of a relatively safe period in terms of water availability in July, it was possible to spot consistent differences in terms of net photosynthetic rate and WUE (Water Use Efficiency) in all the trees. In particular the low water supply during May along with exceptionally high values of VPD could have affected the correct development of new twigs, it will be possible to estimate the consequences only next year since it will be these branches to bear the crop. On the other hand the favorable conditions encountered during the month of July are a reliable indicator for the filling of the kernel that takes place during this time of the year. The kernel to shell ratio was found to be dependant from the average temperature during May with the highest values ranking always for the above average years. The same relations was expressed in the total production by hectare with the mean temperature of August that resulted to be detrimental in decreasing the yield when too high. The latter issue could be solved applying emergency irrigation when the water stress is detected during this period.
In the second part of the study a TGdL hazelnut orchard located near in the village of Diano d’Alba (Piedmont) was analyzed to determine carbon fixation by the plants also working out biomass accumulation per hectare. To do so 15 hazelnut trees (26 scaffolds) considered to be representative of a diameter range spanning from 1 to 18 cm where selected and cut at the collar. Once at the laboratory the samples where subdivided in 3 categories, stem, main branches (> 1 cm in diameter) and twigs (< 1 cm in diameter) and were measured for fresh weight, volume and, after being oven dried, dry weight. For each individual, leaves were weighted and leaf area was obtained by selecting representative samples of leaves. Biomass accumulation, for each fraction, was determined for each diameter of the range using already existing allometric relations, a carbon fixation curve was elaborated for each individual and by hectare. Ring count allowed to relate the results to the age of each plant but this value is not considered to be fully accurate because of the many parameters that concur in shaping the growth of the orchard through time. SLA (Specific Leaf Area) was determined as the LAI (Leaf Area Index) that derives from it. Wood density was measured in the process and it resulted in accordance with existing literature. The results of this work permit to rapidly retrieve the output, as total above ground biomass, using a simple input as breast height diameter, measured in the field. The resulting values are necessary in the development phase of any carbon related project within the Kyoto mechanisms framework.

Abstract (italian)

Il nocciolo (Corylus avellana L.) è una specie forestale che nel tempo è stata adattata a coltura agricola senza però modificare sostanzialmente le caratteristiche della pianta attraverso processi di miglioramento genetico. Per questo motivo si può considerare una specie semi selvatica e come tale non vi è una gestione agricola unificata che permetta di condurre il corileto in maniera efficiente. Il basso livello di input necessari per ottenere un raccolto soddisfacente fa si che si stia diffondendo sempre di più, anche nei paesi industrializzati (Italia, USA, Francia) la sua presenza come specie coltivata. Esso compete con l’agricoltura specializzata ricavandosi una nicchia nei contesti marginali o nelle aziende agricole dove non si intende diversificare l’investimento mantenendo basso il rischio, grazie a questi fattori dinamica espansionistica si osserva anche nei paesi con economie in transizione (Georgia, Azerbaijan, Cina).
A livello di gestione il deficit maggiore lo si rileva nel monitoraggio dello stress ambientale e nella gestione della risorsa idrica che sono stati poco analizzati soprattutto in contesti, come quello italiano, dove non si ritiene ancora necessaria l’irrigazione programmata delle piante durante i periodi siccitosi. Questo studio si propone di stabilire nel dettaglio il tipo di strategia che la pianta adotta per resistere al deficit idrico e, contestualmente, individuare degli indicatori semplici da utilizzare ed efficaci per poter delineare le linee operative per la gestione diligente di un impianto a nocciolo.
A livello di gestione il deficit maggiore lo si rileva nel monitoraggio dello stress ambientale e nella gestione della risorsa idrica che sono stati poco analizzati soprattutto in contesti, come quello italiano, dove non si ritiene ancora necessaria l’irrigazione programmatica delle piante durante i periodi siccitosi. Questo studio si propone di individuare degli indicatori semplici da utilizzare ed efficaci per poter delineare delle soglie di intervento generalizzate nella gestione diligente di un impianto a nocciolo.
Sono state analizzate più aree localizzate in contesti geografici differenti, due aree permanenti sono state istituite in Italia presso i paesi di Cravanzana e Baldissero d’Alba in provincia di Cuneo e in queste è stata installata una sensoristica comprensiva di monitoraggio climatico, del suolo (con l’utilizzo di sonde multistadio) e dei processi fisiologici della pianta per mezzo di sensori di flusso linfatico e dei dendrometri. In parallelo sono state eseguite delle misure puntuali di scambio di gas grazie all’utilizzo di un porometro e di potenziale idrico ottenuto con una camera a pressione. Le aree permanenti sono state affiancate nel corso dei tre anni di indagini (2009-2011) da tre stazioni temporanee situate in grandi piantagioni industriali di nocciolo in Georgia, Cile e Sudafrica. L’analisi delle serie di dati ha messo in evidenza un andamento particolare per il contenuto idrico del suolo. Lo strato più superficiale, monitorato con un sensore a 16 cm di profondità, ha evidenziato delle situazioni di carenza già durante il mese di maggio con la curva di ritenzione idrica che ha raggiunto valori minimi più volte durante l’anno e almeno tre volte durante la stagione vegetativa. È stato osservato come, durante questi casi di deficit le radici dei livelli più profondi si attivano cominciando ad utilizzare l’acqua a maggiore profondità (86 e 116 cm). Comprendendo queste dinamiche è stato possibile determinare i livelli minimi di contenuto idrico per ogni strato del suolo e concentrarsi quindi sulle interazione della pianta durante questi periodi. Il flusso idrico misurato per due polloni per nocciolo ha evidenziato la sua dipendenza dal VPD (Vapor Pressure Deficit) durante le fasi di buona disponibilità idrica mentre è emersa una differenziazione del flusso in base del diametro a petto d’uomo dei singoli polloni durante i momenti di scarsa disponibilità di acqua. Le misure di scambio gassoso e quindi di assimilazione fotosintetica così come quelle di WUE (Water Use Efficiency) hanno messo in mostra delle differenze nella risposta delle piante tra il periodo di deficit (maggio) e quello con buona disponibilità di acqua (luglio). La poca disponibilità di acqua durante maggio unita agli elevati valori di VPD misurati potrebbe aver compromesso il corretto sviluppo vegetativo dei rami dell’anno, le conseguenze di questa criticità si potranno stimare solamente nel prossimo anno in quando questi rami saranno i portatori delle nocciole. La buona disponibilità e le condizioni climatiche favorevoli riscontrate durante luglio sono garanzia di un buon riempimento della nucula del frutto che avviene durante questo periodo. È stata ulteriormente verificata una dipendenza della resa allo sgusciato dalla temperatura media del mese di maggio con le nocciole che raggiungono valori più elevati in corrispondenza di temperature medie più elevati. Allo stesso modo una rapporto negativo tra produzione ad ettaro e temperatura media del mese di agosto è risultato essere ben correlato con il noccioleto in esame. In questo caso diviene fondamentale applicare un’irrigazione di soccorso ogniqualvolta venga individuato uno stress ambientale relativo alla disponibilità idrica durante questo periodo e prima della raccolta delle nocciole.
Nella seconda parte dello studio si è individuato un noccioleto modello, piantato a TGL, nel comune di Diano d’Alba (CN) e lo si è analizzato per determinare l’assimilazione di carbonio ovvero l’incremento di biomassa accumulata all’ettaro. Lo svolgimento dei lavori ha previsto l’abbattimento di 15 alberi modello (26 branche) per poter verificare la corrispondenza tra diametri di ingresso (Dbh) differenti e il peso secco epigeo corrispondente; la seriazione diametrica analizzata comprende un intervallo da 1 cm a 18 cm. In laboratorio è stato calcolato il peso fresco, il volume e, dopo trattamento in stufa, il peso secco di ogni singolo individuo preventivamente diviso in 3 categorie, fusto, rami (rami superiori ad 1 cm di diametro) e ramaglia (rami inferiori ad 1 cm di diametro). Contestualmente è stata pesata la massa fogliare di ogni nocciolo ed è stata misurata strumentalmente l’area di selezionati campioni di foglie rappresentativi per ogni individuo.
Applicando le equazioni allometriche utilizzate per casi analoghi è stato calcolato l’accumulo di biomassa totale e diviso nelle sue frazioni, per ogni diametro preso in esame ed è stata costruita la curva di assorbimento del carbonio per individuo e all’ettaro. Misurando gli anelli e contandoli è stato possibile riferire questo valore relativamente all’età di ogni singola pianta anche se la significatività diminuisce per via delle molteplici variabili che concorrono a determinare lo sviluppo del popolamento. Allo stesso tempo è stata determinata l’area fogliare specifica SLA (Specific Leaf Area) grazie al quale è stato possibile giungere all’area totale riferita al diametro a 1,30 m che permette di confrontare rapidamente il LAI (Leaf Area Index) di individui diversi. Il procedimento ha ulteriormente permesso di calcolare la densità del legno del nocciolo che è risultata corrispondente alla bibliografia. Si è giunti alla creazione di una tavola alsometrica per il nocciolo, strumento che mette in relazione il diametro e la fitomassa totale per stimare la biomassa totale epigea. I risultati ottenuti con questo lavoro hanno permesso di definire dei valori di assorbimento di carbonio ad ettaro potenzialmente utilizzabili nella definizione di progetti afferenti ai meccanismi del protocollo di Kyoto.

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EPrint type:Ph.D. thesis
Tutor:Anfodillo , Tommaso
Ph.D. course:Ciclo 23 > Scuole per il 23simo ciclo > TERRITORIO, AMBIENTE, RISORSE E SALUTE > ECOLOGIA
Data di deposito della tesi:28 January 2012
Anno di Pubblicazione:2011
Key Words:nocciolo, deficit idrico, hazelnut, water stress, equazioni allometriche, assorbimento carbonio
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 07 - Scienze agrarie e veterinarie > AGR/02 Agronomia e coltivazioni erbacee
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento Territorio e Sistemi Agro-Forestali
Codice ID:4688
Depositato il:20 Dec 2012 14:11
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