MAIS ecofisiologia e ciclo colturale

Università degli Studi di Perugia
Facoltà di Agraria
Dipartimento di Scienze Agrarie ed Ambientali
MAIS
ecofisiologia e ciclo colturale
Mais
Prof. Marcello GUIDUCCI
ordinario di agronomia e coltivazioni erbacee
PROF. Marcello Guiducci
Zea mays L.
Perugia, 7-8 marzo 2013
INFORESCENZA MASCHILE
Zea mays L.
Pianta annuale, altezza da 2 a 3m (fino a >5m),
• Panicolo terminale (pennacchio)
monoica diclina, infiorescenza maschile terminale, femminile ascellare
• Portante spighette geminate (1 sessile e 1 peduncolata)
Radici fascicolate, avventizie dal 2° internodo
• 2 fiori per spighetta, ogni fiore 3 stami
• grande produzione di polline
Culmo unico (stocco), non accestisce, nodi grossi (da 12 a 24)
• Specie proterandra,
internodi pieni di parenchima midollare, diametro al colletto 3-4 cm
Foglie parallelinervie amplessicauli (1 per nodo) con lamina
ondulata, erette nei tipi coltivati, grandi (35-40 x 15-18 cm),
LAI ottimale alla fioritura = 5
INFIORESCENZA FEMMINILE
• Spiga ascellare peduncolata (pannocchia)
inserita al 6°-7° internodo sotto il pennacchio, all’apice di un
peduncolo e avvolta da brattee (cartoccio).
1 spiga per pianta, talvolta 2
• Rachide cilindrico ingrossato (tutolo)
• 14-20 file (ranghi) di spighette geminate sessili
• 2 fiori per spighetta, 1 solo fertile (ovario monosperma)
stili lunghissimi (sete o barbe) e stigma ramificato
• 50 fiori per rango, 14-20 ranghi per spiga,
700-1000 cariossidi per spiga
1
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
Perugia: 7-8 marzo 2013
DSAA
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
Perugia: 7-8 marzo 2013
MAIS: accumulo biomassa
20 t/ha ss
DSAA
MAIS: superficie fogliare
Organi di
accumulo
LAI
Situazione ottimale
F
6
MF
biomassa
5
pianta
Stress idrico
tardivo
4
3
2
Stress idrico precoce
(bassa fittezza, carenze nutrizionali)
1
maggio
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
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PAR intercettata/PAR incidente
MAIS: Radiazione assorbita e produzione
DSAA
luglio
agosto
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
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settembre ottobre
DSAA
germinazione almeno 12°C stabili
1) sviluppo radici embrionali
2) sviluppo coleoptile (eventual. 1° internodo)
emergenza
1.0
giugno
circa 2 settimane dalla semina (temperatura)
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0
2
4
6
8 10
LAI massimo
(alla fioritura)
2
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
Perugia: 7-8 marzo 2013
DSAA
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
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DSAA
Danni da gelo in piantina di mais
levata
sviluppo rapido fusto e foglie
termina con l'emissione del pennacchio
durata circa 50÷70 giorni (ambiente e varietà)
Rapido incremento del LAI
Rapido incremento della Radiazione assorbita
Rapido approfondimento apparato radicale
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
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DSAA
 emissione pennacchio
 emissione polline
 emissione sete
 fecondazione
DSAA
Fecondazione
germinazione polline
crescita tubo pollinico
sete
polline
giorni da antesi
Ritmo emissione polline
% delle piante con sete emesse
fioritura proterandra (circa 2-3 giorni)
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
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Fecondazione nucleo
secondario dell’albume
Fecondazione ovocellula
endosperma
embrione
scalare (circa 2-3 giorni)
Inizia nella zona centale e
prosegue in senso acropeto e
basipeto
Iowa State University
3
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
Perugia: 7-8 marzo 2013
DSAA
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
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Fasi della crescita delle cariossidi
H2O
lattea
70%

cerosa
45%

DSAA
MAIS: ciclo colturale e fasi fenologiche
fisiologica
35%

formazione embrione
12-15 d dalla fecondazione
(modesto aumento di peso)
Sostanza secca
mg/car
accumulo di sostanze riserva
nell' endosperma
(aumento lineare di peso)
H2O
mg/car
maturazione cerosa
(40÷50 d da fioritura)
(40÷45% umidità granella)
fecondazione
Fase
lenta
maturazione fisiologica
(15 d dopo m. cerosa)
Fase lineare
Sviluppo embrione
cellularizzazione
Fase
disidratazione
accumulo amido
accumulo proteine
(strato nero,
35% umidità)
Perdita acqua
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DSAA
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
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DSAA
MAIS: ciclo colturale e fasi fenologiche
MAIS:
fasi fenologiche
STADI FENOLOGICI DEL MAIS
Fase vegetativa*
Fase riproduttiva**
VE
Emergenza
R1
V1
1a foglia*
R2
V2
2a foglia
R3
V3
3a foglia
R4
Maturazione cerosa. Consistenza
pastosa della cariosside
Vn….
ennesima foglia
R5
Formazione del dente nella
cariosside
Vt
Compare l'infiorescenza
maschile e la spiga senza sete
R6
Maturazione fisiologica. Comparsa
del punto nero alla base della
cariosside
Comparsa delle sete,
impollinazione
Formazione delle cariossidi che si
presentano bianche e con liquido
trasparente all'interno
Maturazione lattea. Le cariossidi
sono colorate, con liquido
lattiginoso
* lo stadio fogliare è definito dall'ultima foglia con collare visibile.
** a partire da R2 si fa riferimento alle cariossidi della parte centrale della spiga.
VE
V5
VT
R1-R2
Leaf collar
R6
Abendroth, Elmore, Boyer and Marlay. 2011.
4
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
Perugia: 7-8 marzo 2013
DSAA
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
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DSAA
MAIS
formazione della resa
n° semi m-2
MAIS: dettagli della fioritura femminile
X
% emergenza
X
n° fiori per spiga
6
10
n° piante m-2
no spighe x pianta
numero
spighe m-2
X
1
X
% allegagione
n° cariossidi
per spiga
6 - 10
peso
cariosside
X
700-500
320-300 mg
Produzione granella
13-15 t/ha
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
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n.
ranghi/spiga
piante/ha
DSAA
n.
spighe/pianta
n.
ovuli/rango
% allegagione
Peso cariosside
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
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DSAA
MAIS: la formazione della resa
Effetto densità di semina
I mais attuali hanno
• ridotta prolificità (1 sola spiga fertile)
• assente capacità di accestimento
1200
cariossidi per pianta
pianta
800
spiga principale
400
spiga secondaria
semina
4-5 8-10
foglie foglie
germinazione
Inf. maschile
al colletto
fioritura
maturazione
0
1
PERIODO
CRITICO
5
10
piante m-2
5
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
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DSAA
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
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DSAA
temperatura
MAIS
Durata delle fasi fenologiche
MAIS
Stadi critici per la formazione della resa
genotipo
stadio
n. piante a m2
G-V6
Vt
Dimensioni spiga
Numero ranghi
lunghezza rango
V4-V6
V7-V9…Vt
Numero cariossidi per spiga
R1-R2
Peso delle cariossidi
profondità
densità
R4-R5
R5
•GERMINAZIONE
Compare l'infiorescenza
maschile e la spiga senza
sete
minimo 10° C
stress gravi con temp. <5-7° C
R1
Comparsa delle sete,
impollinazione
R2
Formazione delle cariossidi
che si presentano bianche
e con liquido trasparente
all'interno
R4
R5
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•LEVATA
Ideale 24÷26 °C
•FIORITURA
optimum 28 °C
Maturazione cerosa.
Consistenza pastosa della
cariosside
Formazione del dente nella
cariosside
DSAA
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
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MAIS
Durata delle fasi fenologiche
DSAA
SOMME TERMICHE
altre formule per il mais
SOMME TERMICHE
Growing Degree Days
metodo Bloc e Gouet
GDD = (Tmax +Tmin)/2- 6°
metodo standard
metodo GILMORE e ROGERS
GDD = (Tmax + Tmin)/2- 10°
GDD = (Tmax + Tmin)/2- (Tmax-30)-10
se
metodo NOAA, Usa
GDD = (Tmax + Tmin)/2- 10°
se
Tmin<10°C, Tmin =10
metodo Ontario o “Brown-40”
GDD = ½ [1.85(Tmax-10)-0.047(Tmax-10)2+(Tmin-4.4)]
Tmax>30°C, Tmax =30
Tmin<10°C, Tmin =10
se
se Tg < Tb allora GDD=0
Tmax<10°C, Tmax =10
Tmin<4.4°C, Tmin =4.4
6
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
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DSAA
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
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MAIS
Classi di precocità e Durata del ciclo
DSAA
MAIS
Durata delle fasi fenologiche
classe
FAO
ciclo
giorni
qualifica
precocità
ibrido standard
100
200
300
400
500
600
700
800
900
76-85
ultraprecoci
Wisconsin 1600
86-95
precocissimi
Wisconsin 240
96-105
precocissimi
Wisconsin 355
106-115
medio-precoci
Wisconsin 464
116-120
medio-precoci
Ohio M15
121-130
medio-tardivi
Jowa 4316
131-140
tardivi
Indiana 416
141-150
molto tardivi
US 13
oltre 150
ultra-tardivi
US 523W
stadio
VE
V1
V2
V3
V4
V5
V6
V7
V8
V9
V10
V11
V12
GDD dalla
semina
46
68
113
157
202
246
291
335
379
424
452
479
507
GDD dalla
semina
stadio
V13
V14
V15
V16
V17
V18
VT (tassel)
R1 (silk)
R2 (blister)
R3 (milk)
R4 (dough)
R5 (dent)
R6 (mature)
535
563
591
616
638
660
732
760
904
1'052
1'199
1'343
1'482
Illinois (USA): Neild and Newman. 1987.
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DSAA
Caratteristiche degli ibridi di diversa precocità
Precoce
MAIS
Durata delle fasi fenologiche
pianta piccola
poche foglie
spiga piccola
Classe
VE-R1
R1-R6
d GDD d GDD
VE-R6
d GDD
400
75 772 50 650 125 1422
500
76 786 54 673 130 1458
600
78 814 58 697 136 1511
700
81 862 65 731 146 1593
bassa potenzialità
produttiva
(ciclo breve)
Tardivo
pianta grande
molte foglie
spiga grande
Italia .
Pampana et al -Ital. J. Agron., 2009, 2:39-46
(taglia bassa)
(200: 13-14 foglie
per pianta)
(poche
cariossidi/spiga)
elevata potenzialità
produttiva
(taglia alta)
(700: 23-24 foglie
per pianta)
(molte
cariossidi/spiga)
(ciclo lungo)
7
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
Perugia: 7-8 marzo 2013
DSAA
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
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DSAA
MAIS: ottimizzazione della produzione
MAIS
Scelta delle classi di precocità
condizioni colturali
classe
coltura ASCIUTTA in
semina primaverile
200-300
coltura IRRIGUA
semina primaverile
coltura da foraggio
(ceroso)
APPARATO ASSIMILATORE (source)
AMPIO
LAI alla fioritura 5 m² di foglie per m² suolo
(fittezza, sesto impianto, portamento fogliame, epoca di
semina difesa avversità)
LONGEVO
600-700
zone
favorevoli
(NORD)
400-500
zone meno
favorevoli
(Centro-Sud))
ritardo nella senescenza delle foglie
(concimazioni, irrigazione, difesa infestanti)
ORGANI DI ACCUMULO (sink)
CARIOSSIDI NUMEROSE
oltre 600 car/sp
- giusta fittezza, concimazione, difesa
- allegagione ottimale (temperatura e irrigazione)
+1classe
CARIOSSIDI PESANTI
oltre 300 mg car
- granigione
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
Perugia: 7-8 marzo 2013
DSAA
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
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DSAA
MAIS la tecnica colturale "classica"
MAIS la tecnica colturale "classica"
Lavorazioni terreno
aratura profonda (0.35-040 m)
+ lavori complementari
concimazione
Ibridi
medio-tardivi (FAO 500-700)
abbondante
N
oltre 300 kg/ha
oltre 150 kg/ha
P2O5
oltre 200 kg/ha
K2O
fittezza
elevata 6-9 piante m2
Irrigazione
Diserbo
pre-em. + post-em.
a pieno soddisfacimento
aspersione ad alta pressione
oltre 4 interventi irrigui
oltre 3000 m3/ha
8
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
Perugia: 7-8 marzo 2013
DSAA
Mais: evoluzione delle tecnologie produttive
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
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DSAA
Mais: evoluzione delle tecnologie produttive
I NUOVI SCENARI (globali e locali)
LAVORAZIONI CONSERVATIVE
nuovi sistemi colturali (biologici, a basso input)
limitazioni ambientali (inquinamento, uso risorse)
sicurezza alimentare (residui, micotossine, qualità)
aumento costi energia
biotecnologie
usi non convenzionali (bioenergia, biomateriali)
cambiamenti climatici (riscaldamento globale)
RIDUZIONE DELLE LAVORAZIONI DEL TERRENO
Redditività
Salvaguardia ambiente
Sicurezza alimentare
Qualità (sensu lato)
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(in profondità e/o numero)
Lavorazione a due strati
discissura profonda (ripper)
aratura leggera (0.25m)
Lavorazione minima
LAVORAZIONI
CONCIMAZIONE
IRRIGAZIONE
BIOTECNOLOGIE
DSAA
erpicature
Semina diretta (no tillage - agricoltura blu)
diserbo pre-semina (glifosate)
semina su sodo
Lavorazione a strisce (strip tillage)
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
Perugia: 7-8 marzo 2013
DSAA
Lavorazioni conservative
Lavorazione a strisce (strip tillage)
Mais dopo frumento
9
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
Perugia: 7-8 marzo 2013
DSAA
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
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DSAA
Lavorazioni conservative e strategie di diserbo
Mais: evoluzione delle tecnologie produttive
FERTILIZZAZIONE
ESIGENZE NUTRITIVE - OBIETTIVI PRODUTTIVI
Kg per
100 kg di granella
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
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DSAA
Mais: risposta alla concimazione
14
12
10
meno azoto ? minore inquinamento
minori micotossine
minori consumi idrici
6
4
Ne ritornano al terreno
con i RESIDUI
N
2.5
300
1/
3
100
P2O5
1.2
150
1/
3
50
K2O
2.0
250
3/
4
180
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
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DSAA
Mais: concimazione
OTTIMIZZAZIONE CONCIMAZIONE
granella (t/ha)
8
Kg per
12 t di granella
RIDUZIONE DELLE DOSI
GESTIONE RESIDUI
TIPO DI CONCIME
COLTURE DI COPERTURA (sovescio)
AUMENTO EFFICIENZA
minore produzione
2
fertirrigazione
0
-50
0
50 100 150 200 250 300 350 400
Dose Azoto (kg/ha)
localizzazione
10
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
Perugia: 7-8 marzo 2013
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
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DSAA
DSAA
Mais: consumi idrici durante il ciclo
Consumi
idrici
relativi
Mais: consumi idrici
 Consumi unitari
massimi
 250-300 kg acqua / kg s.s. (C 4)
 Produzione biomassa  20-22 t/ha ss
 Consumi idrici
 500-600 mm
iniziali
finali
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
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Corso valutazione danni da avversità meteoriche
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DSAA
Mais: consumi idrici – coefficienti colturali
Kc
ETPc = ETo x Kc
Mais: fabbisogni idrici ed irrigui – metodo FAO
Evaporimetri
Penman-Monteith
0.6
10% copertura
decade
70-80% copertura
0.60
semina
maturazione
stadio
1
2
4
3
giorni
20
mag
30
giu
50
lug
ago
30
set
4
Kc=0.6
maggio
operazioni di
calcolo
giugno
luglio
agosto
sett.
I
II
III
I
II
III
I
II
III
I
II
III
I
10
10
11
10
10
10
10
10
11
10
10
11
10
R1
giorni decade
R2
Kc medio decade
0.5
0.5
R3
Eto
Penman
monteith
mm/d
2.5
2.8
3.1
3.5
3.9
4.3
5.0
6.0
6.5
5.0
4.5
4.0
3.0
R4
ETPc mais
R2 x R3
mm/d
1.3
1.4
1.8
2.5
3.3
4.2
5.3
6.3
6.83
5.3
4.7
3.8
2.1
R5
ETPc mais (decade)
R4 x R1
mm/decade
13
14
19
25
33
42
53
63
75.1
53
47
41
21
R6
piogge utili
(prob.>80% )
dati locali
mm/decade
20
15
10
R7
riserva nel terreno
dati locali
mm/decade
80
80
70
60
30
R8
fabbisogno irriguo
netto
R5-R7-R6
mm/decade
0.0
0.0
0.0
0.0
3.2
0.4
0.2
Kc=1.05
tabelle FAO
0.35
Kc:
Coefficiente colturale)
3
1
stadio
mese
0.8
2
Kc=0.5
1.05-1.20
1.2
1.0
ETo:
ET di riferimento)
DSAA
n.
tabelle FAO
0.57 0.71 0.85 0.97 1.05 1.05
41.7 52.5 63.0
1.05
1.05 1.05 0.94
0.7
75.1 52.5 47.3 41.4 21.3
FAO paper 56
11
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
Perugia: 7-8 marzo 2013
DSAA
ET reale /ET massima
Mais: disponibilità idrica e ET reale
1.0
0.8
0.6
0.4
Limite critico
1/3 acqua disponibile
0.2
20
40
60
deficit idrico aumenta
1-ETR/ETPc
Il calo di produzione reale (PR)
rispetto alla potenziale massima
(PP) è proporzionale al calo della
ET reale (ETR) rispetto alla ET
potenziale massima (ETPc)
Il calo della
produzione reale
(PR) rispetto alla
potenziale
massima (PP) è
proporzionale al
calo della ET
reale (ETR)
rispetto alla ET
potenziale
(ETPc)
Produzione
diminuisce
sviluppo
apparato radicale
Il calo dipende dallo stadio in
cui si verifica lo stress idrico
80
(Yield response factor: ky)
Acqua disponibile (%)
1-PR/PP
Fonte FAO
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
Perugia: 7-8 marzo 2013
DSAA
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
Perugia: 7-8 marzo 2013
DSAA
Mais: sintomi di stress idrico in fase vegetativa
Mais: stress idrico
La coltura è sensibile alla carenza idrica
in ogni fase del suo ciclo, in particolare in
fase di fioritura-allegagione
(LEAF ROLLING)
Livello di stress
assente
epoca
perdita
relativa di
resa
prefioritura
25%
fioritura
50%
granigione
20%
Sezione
foglia
medio
forte
•aborto fiorale
•scarsa vitalità polline
•ridotto allungamento
tubo pollinico
12
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
Perugia: 7-8 marzo 2013
DSAA
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
Perugia: 7-8 marzo 2013
DSAA
Perché Stress termici e stress idrici
riducono il numero di semi per spiga? Gli eccessi termici
Mais: sintomi di stress idrico in fase vegetativa
(T>40°C)
danneggiano la
vitalità del polline.
Lo stress idrico
danneggia la
fisiologia delle sete
(crescita tubo
pollinico e fecondità
ovari)
Zona sterile
Zona granita
Mais: danni da stress
idrico sulle spighe
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
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DSAA
Stress post fioritura
Stress
pre+post fioritura
Irrigazione a pieno soddisfacimento
Limite critico d’intervento
50-55% AFU
Profondità da bagnare
0.60-0.70 m
n° adacquate e volumi dipendono da
terreno
clima
coeff. colturali
Forte stress
2012
foto Virgili
In Italia
Terreni argillosi profondi
2-4 adacquate
10-12 d turno
13
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
Perugia: 7-8 marzo 2013
DSAA
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
Perugia: 7-8 marzo 2013
DSAA
Mais: irrigazione
Mais: calendario irriguo in Italia
OTTIMIZZAZIONE IRRIGAZIONE
numero
irrigaz.
Insediamento
Fase vegetativa
fioritura.
Form.
Carioss.
Riempimento
Maturazione
RIDUZIONE DEI VOLUMI
1+1
AUMENTO EFFICIENZA
1+2
CAMBIAMENTO SISTEMA IRRIGAZIONE
1+3
1+3
RIDUZIONE IRRIGAZIONE
riduzione inquinamento
riduzione micotossine
riduzione fertilizzanti
1+4
G-V2
Quasi mai
necessaria
in Italia
riduzione della produzione
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
Perugia: 7-8 marzo 2013
DSAA
Mais: strategie irrigue
3
4975 m /ha
2.5
2596
1907 2146 4.3
1480 5.6 5.5
6.8
kg/m
3
VOLUMI IRRIGUI
EFFICIENZA DI USO
DELL'ACQUA
4 irrigazioni
10 irrigazioni
3 irrigazioni
3 irrigazioni
2 irrigazioni
1 irrigazione
em. Penn. + 15 d dopo FIO.
R1-R2
Emissione 15 d dopo
pennacchio Fioritura
(dopo R1)
R2-R3
30 d dopo
Fioritura
(dopo R1)
DSAA
Mais: risparmio idrico
sistemi irrigui ad alta efficienza
a goccia
Emissione pennacchio
VT
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
Perugia: 7-8 marzo 2013
80% produzione massima
692
10.8
asciutto
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
V10
irrigatori a bassa pressione
Rainger - Center Pivot
Sussidio irriguo limitato
Aumento WUE
sistemi irrigui
ad alta efficienza
10° foglia + em. Penn. + 15 d dopo FIO.
em. Penn. + 15 d dopo FIO. + 35 d dopo FIO.
10° foglia + em. Penn. + 15 d dopo FIO. + 35 d dopo FIO.
14
Corso valutazione danni da avversità meteoriche
Perugia: 7-8 marzo 2013
Anticipo dell'epoca di semina
Anticipo fasi critiche
DSAA
Mais: risparmio idrico
epoca di
semina
fioritura
produzione
t/ha
anticipata
(5 aprile)
6 luglio
14.1
normale
11 luglio
(25 aprile)
Riduzione irrigazione
(volumi e n° interventi irrigui)
Università degli Studi di Perugia
Facoltà di Agraria
Dipartimento di Scienze Agrarie ed Ambientali
13.9
Da ermesagricoltura
Prof. Marcello GUIDUCCI
Semina anticipata
(10 Aprile)
Semina normale
(1° maggio)
15