Riassunto analitico
È stato ripetutamente dimostrato come la consociazione di cereali e leguminose supporti molteplici servizi ecosistemici in agricoltura. Nonostante i continui progressi in questo campo, pochi studi sperimentali hanno tentato di comprendere i tratti radicali come un modo per interpretare i meccanismi di sinergia e competitività a livello radicale negli agro-ecosistemi multi-specifici. Pertanto, c'è un bisogno attuale di affrontare adeguatamente le sfide dell'ecologia radicale al fine di comprendere meglio la distribuzione radicale e le interazioni sottosuolo tra cereali e legumi coltivati in combinazione.
In questa tesi è stato condotta una sperimentazione in campo a Wageningen (NL) per testare distribuzione radicale del mais (Zea mays L.) e come varia in monocoltura / in combinazione con leguminose perenni (trifoglio rosso, Trifolium pratense L. o erba medica, Medicago sativa L.). La dinamica temporale e spaziale della crescita radicale è stata studiata quantificando l’evoluzione nel tempo, variazione del peso secco delle radici a diverse distanze dalla fila di mais e a diverse profondità di suolo.
Differenze significative sono state trovate in termini di variazione del peso secco di mais in consociazione rispetto alla monocoltura a 28 giorni dalla semina del cereale. Tuttavia, il peso secco della radice di mais è aumentato nel tempo specialmente quando in consociazione, in misura tale da eguagliare il mais in monocultura a 56 giorni dalla semina. Perciò c’è un interesse nel capire la ragione per cui non sono state riscontrate differenze significative a questo momento. Inoltre, il cereale ha una esibito un incremento della biomassa secca quando in consociazione con l’erba medica, piuttosto che con il trifoglio rosso. Il mais consociato con l’erba medica presenta una ratio lunghezza e peso secco delle radici più basso. Le piante di mais associate con la medica hanno dimostrato un’altezza inferiore rispetto a quelle consociate con il trifoglio. Sebbene cruciali per valutare il funzionamento dei sistemi di consociazione, le dinamiche temporali e spaziali, e il loro effetto sulla distribuzione radicale delle specie consociate rimangono scarse, specialmente se studiate in condizioni di campo.
Questo lavoro di tesi contribuisce perciò ad esplorare come la differenziazione temporale tra mais e legumi, e la scelta della specie di legumi influenzino la distribuzione radicale del cereale sia quando in consociazione, che in monocoltura. Questi fattori devono essere attentamente valutati per progettare la futura consociazione di cereali e leguminose in quanto pratica di intensificazione sostenibile.
Infine, la ricerca sui tratti radicali del mais contribuisce a convalidare modelli matematici per esplorare ulteriormente l'influenza della consociazione a strisce sulla concorrenza interspecifica sottosuolo tra il mais e le leguminose perenni.
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Abstract
Intercropping cereals and legumes have been repeatedly shown to support multiple ecosystem functions in agricultural systems. Despite continuous advances in this field, few experimental studies have attempted to explore into root distribution as a way to interpret synergistic and competitive belowground mechanisms, as contribution to functioning of multispecies agroecosystems. Therefore, there’s a current need to appropriately tackle the challenges of roots functional ecology to better encompasses cereals and legumes root distribution and interactions.
In this thesis, a field experiment was conducted in Wageningen (NL) to investigate into belowground distribution of maize (Zea mays L.) in monoculture / combination with perennial legume species (either red clover, Trifolium pratense L., or alfalfa, Medicago sativa L.). Temporal and spatial dynamics of root growth were investigated by quantifying maize root dry weight evolution over time, at different distances from the maize row and at different soil depths.
Significant differences were found between maize root dry weight in intercrop and monoculture at 28 days after sowing. However, maize root dry weight increased in intercrop to such an extent that it equaled that of the sole maize by 56 days after maize sowing. Hence there is a need to explain the reasons why no significative differences were found at the latter moment. Alfalfa promoted the root growth of maize, since it resulted in higher root dry biomass of maize when associated with alfalfa rather than red clover. Maize associated with alfalfa had a lower total root length and root dry weight ratio. Additionally, maize intercropped with alfalfa resulted in lower plant height.
Although crucial for assessing the functioning of intercropping systems, temporal and spatial information on root distribution of intercropped species remain scarce, especially under field conditions.
This thesis work contributes to further explore how the temporal niche differentiation between maize and legumes, and the choice of the legume species account for belowground distribution of maize in intercrop differently to sole crop. These factors need to be carefully evaluated to design future cereal-legume intercropping as a sustainable intensification practice. Finally, the research on belowground traits of maize also determines the rough direction and lay the foundation for the follow-up underground cereal - perennial legumes’ competition research.
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