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 Perugia: 7-8 marzo 2013 PAR intercettata/PAR incidente MAIS: Radiazione assorbita e produzione DSAA luglio agosto Corso valutazione danni da avversità meteoriche Perugia: 7-8 marzo 2013 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 Perugia: 7-8 marzo 2013 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 Perugia: 7-8 marzo 2013 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 Perugia: 7-8 marzo 2013 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 Perugia: 7-8 marzo 2013 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 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: 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 Perugia: 7-8 marzo 2013 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 Perugia: 7-8 marzo 2013 n. ranghi/spiga piante/ha DSAA n. spighe/pianta n. ovuli/rango % allegagione Peso cariosside Corso valutazione danni da avversità meteoriche Perugia: 7-8 marzo 2013 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 Perugia: 7-8 marzo 2013 DSAA Corso valutazione danni da avversità meteoriche Perugia: 7-8 marzo 2013 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 Corso valutazione danni da avversità meteoriche Perugia: 7-8 marzo 2013 •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 Perugia: 7-8 marzo 2013 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 Perugia: 7-8 marzo 2013 DSAA Corso valutazione danni da avversità meteoriche Perugia: 7-8 marzo 2013 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. Corso valutazione danni da avversità meteoriche Perugia: 7-8 marzo 2013 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 Perugia: 7-8 marzo 2013 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 Perugia: 7-8 marzo 2013 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 Perugia: 7-8 marzo 2013 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) Corso valutazione danni da avversità meteoriche Perugia: 7-8 marzo 2013 (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 Perugia: 7-8 marzo 2013 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 Perugia: 7-8 marzo 2013 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 Perugia: 7-8 marzo 2013 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 Perugia: 7-8 marzo 2013 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 Perugia: 7-8 marzo 2013 Corso valutazione danni da avversità meteoriche Perugia: 7-8 marzo 2013 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 Perugia: 7-8 marzo 2013 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