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Sprinkler-irrigated organic rice.
No full textSprinkler-irrigated organic rice
SPANU Antonino1, BARRACU Francesco1
1 Dip. AGRARIA – Sez. Agronomia, Coltivazioni erbacee e Genetica - Università degli Studi di Sassari
e-mail: [email protected]
Keywords: organic rice; sprinkler irrigation; preceding crop
Introduction
In the last ten years organic rice has occupied in Italy a very variable proportion of agricultural land. Organic rice is sold at the same prices of conventional one on Italian markets, but the average yield of 4.5 t ha-1 is lower compared to conventional rice yields, mainly as a consequence of the interdiction imposed by the Council Regulation 2092/91 on chemical fertilization and herbicide use on weed control. The insufficient availability of organic seeds also limits organic rice production.
A long-term experimentation carried out in Sardinia lead to develop a sprinkler-irrigated technology (Spanu et al., 1992, 1996a, 1996b, 2004) instead of traditional continuous flooded irrigation systems. Sprinkler irrigated rice has demonstrated the possibility of producing grain yields as high as those of flooded rice, and showed many advantages:
− energy saves, as precision land grading is not necessary;
− use of tyre-weel machinery, with no specific modifications;
− simpler control of weeds, with pre-emergence treatments;
− inclusion in more favorable rotations with legumes, instead of traditional monocolture, to increase
natural N and organic matter availability;
− weeds can be mechanically controlled;
− rice yields comparable with flooded rice;
− save 40-50 % of water.
This paper reports the results of three years research with the aim of increasing the production of rice seed for organic farming and for human use.
Methodology
Tree trials were carried out in the experimental fields of the University of Sassari (39°59’ N, 8°40’ E, 15 m asl). The soil has alluvial origin, was a medium clayey textured, Typic Eutric Haplic Fluvisol. Soil chemical properties are characterized by neutral pH (pH 7.3), absence of carbonates (3.2%), low total nitrogen (0.08 %) and organic carbon and by high phosphorus (43.0 ppm) and potassium (202.0 ppm) content. Water contents at field capacity and at permanent wilting point were those typical for this type of soil.
A) In the first year Trifolium alessandrinum and T. subterraneum were compared as preceding crops for their effects on weeds and on soil nitrogen. As experimental design, a randomized block, with 3 replications were used for preceding legumes; each parcel area was 50 m2, sowing density of 400 germinable seeds m-2, and row distance of 14 cm. T. alessandrinum was ploughed into the soil whereas T. subterraneum was cut, one month and one day before rice sowing, respectively, and then N soil content was determined. Competitive ability of Trifolium against weeds was compared by several sampling in which fresh and dry weight of Trifolium and of each species of weeds were measured.
The experiment was set up as a split-split plot with four replications. Two rice cultivars (‘Balilla’ and ‘Eurosis’) were assigned to the main plot and three sowing rates (300, 450 and 600 viable seeds m-2 with an inter-row distance of 0.14 m) to the sub-plots. The sub-sub plots received two nitrogen rates: 0 (green manure only) and 80 kg ha-1 of organic N (green manure plus 30 kg ha-1 at sowing and 50 kg ha-1 at stem elongation). Weeds were mechanically controlled using a spiked chain harrow.
In the subsequent years a new set of trials was set up with green manure preceding rice sowing: B) four cultivars with T. Alessandrinum as preceding crop were compared (‘Balilla’, ‘Eurosis’, ‘Creso’ and ‘Selenio’); C) an additional trial was carried out with the cultivar ‘Eurosis’ to compare spontaneous fallow and green manure of T. alessandrinum. In this case soil and plants were sampled monthly to determine their nitrogen content.
Nitrogen supply in trials B and C was provided by plowing preceding crops about one month before rice sowing, plus three N rates: D0 (green manure only), D80 and D160 of organic N after sowing (80 and 160 kg ha-1 respectively). An inter-row distance of 0.2 m was used with a sowing rate of 500 viable seeds m-2 to allow mechanical control of weeds, performed by a precision weeder.
Plots were sown with a cone-seeder placing the seeds at a depth of about 3 cm. Water was applied according to Spanu et al. (2008).
Irrigation was performed by sprinklers, depending of both evotraspiration (measured by Class A vessel “PAN”) and physiological stage. From sowing to complete emergence of rice were supplied 100 m3ha-1; during growth stages, irrigation water volumes were established replacing evotraspiration losses and providing a surplus according to coefficients: 0.4 (from emergence to tillering), 0.8 (tillering-stem elongation), 1.0 (stem elongation-earing), 1.2 (earing-cereous maturation), 0.9 (cereous maturation-physiological maturation). Water was applied when PAN evotraspiration exceeded 25 mm.
Presence and developmental stage of weeds was periodically monitored for a correct timing of weeding. Measurements were made to determine main phonological stages, number of plants m-2 at emergence and harvest, number of fertile and sterile panicles per m-2, plant height and panicle length, kernel weight, percent of whole kernels and viable seeds.
Results and discussion
Meteorological parameters, characterized by no rain and high temperatures during rice crop cycle, showed no significant variations compared with means of last 50 years.
Using spiked chain harrow in mechanical weed control was effective after T.alessandrinum, insufficient after T. subterraneum. Grain yield following T.alessandrinum was significantly higher than that following T.subterraneum for both cultivars, likely as a consequence of the greater N availability. Grain yield after T.alessandrinum was higher at the N rate of 80 kg ha-1 in both ‘Balilla’ (8.1 vs 6.8 t ha-1 N80 and N0, respectively) and ‘Eurosis’ (9.1 vs 8.2 t ha-1 N80 and N0, respectively), whereas no difference was detected between sowing rates or cultivars.
Seed viability was always greater than 90%, with maximum values of 97%, positively affected by T. alessandrinum as preceding crop, and higher in cultivar ‘Euro’ than in’ Balilla’ (Spanu et al., 2007).
In trials B and C, widening the inter-row distance to 0.2 m allowed an almost complete control of weeds by the ‘precision weeder’.
Both cultivar and N rate affected grain yield: 6.6 t ha-1 were produced by ‘Balilla’ and ‘Selenio’ and 8.4 t ha-1 by ‘Eurosis’ at N0. At N160 all cultivars yielded more than 8 t ha-1, with a maximum of 9.7 t ha-1 for cultivar ‘Creso’
The only treatment affecting percent of whole kernels at the analysis of variance was the cultivar, with values of 65% for cultivar ‘Eurosis’, 68% for ‘Creso’ and greater than 70% for ‘Selenio’ and ‘Balilla’.
Trial C showed T. alessandrinum as a preceding crop resulted in greater yields (8.4 t ha-1 at N0 and 9.5 t ha-1 at N160) compared to fallow (7.4 t ha-1 at N0 and 8.1 t ha-1 at N160) when cultivar Euro was utilized (Spanu et al., 2008). Mean percent of whole kernels was 65%, and seed viability was around 90% (Spanu et al., 2008).
Fig. 1 shows total N content in soil and in rice plants measured during biological cycle in both fallow and Trifolium preceding crops.
Soil N content derive advantage mosly by green manuring with T. alessandrinum (Fig. 1), although an addition of organic N fertilizer was needed to reach the highest yields. Probably, using multiannual legouminous plants like Medicago Sativa (L) it could be possible to allow a satisfactory N soil content as well as a more effective weed control, because of several mowing.
Organic rice can take great advantage from sprinkler irrigation as it allows the use of a preceding crop like T. alessandrinum which can have positive effects on both weed control and N availability. Furthermore, sprinkler irrigation reduces environmental impact by reducing both water use - to about 8000 m3 ha-1- and energy use, due to the possibility of using tyre-wheel machinery and no need for precision land grading. Another advantage of sprinkler irrigation is the negligible arsenic and cadmium content of kernels compared to flooded rice, evidenced in a trial comparing 37 rice cultivars (Spanu et al., in press). A higher incidence of cancers and others diseases due to arsenic in rice is common in countries, like Bangladesh, where this cereal represents the basis of the diet ( Spanu et al., 2012a; 2012b).
References
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Spanu A., Pruneddu G., D'Andria R., Lavini L., Quagliettà Chiarandà F. – 1996a - Yield response of rice (Oryza sativa L.) to increasing sprinkler-irrigation volumes. ICID Journal, Vol. 45, N° 2, 55-66.
Spanu A., Pruneddu G. - 1996b - The influence of irrigation volumes on sprinkler-irrigated rice (Oryza sativa L.) production. Agricoltura Mediterranea, Vol 126, n°4, 377-382.
Spanu A., Pruneddu G. - 1997 - Effect of increasing nitrogen rates on the yield of sprinkler-irrigated rice (Oryza sativa L.). Agricoltura Mediterranea; Vol.127, n°4, 379-387.
Spanu A., Murtas A., Ledda L., Ballone F. - 2004 – Innovative agronomic techniques for rice cultivation. Proceeding of the Conference “Challenger and Opportunities for Sustainable Rice-Based Production Systems” - Torino – Italy – 13-15 September.
Spanu A., Murtas A. - 2007 - Produzione di semente certificata di riso destinata all’agricoltura biologica – Dal Seme, n.4.
Spanu A., Murtas A. - 2008 -Tecniche agronomiche innovative per la produzione di semente certificata di riso (Oryza sativa L.) in regime biologico. In: Azioni di innovazione e ricerca a supporto del piano sementiero. Pag. 245 – 258.
Spanu A., Murtas A., Ballone F. - 2009- Water Use and Crop Coefficients in Sprinkler Irrigated Rice.- Italian Journal of Agronomy, 2:47-58
Spanu A., Daga L., Orlandoni A.M., Sanna G. - 2012a – The role of irrigation techniques in Arsenic bioaccumulation in rice (Oryza sativa L.) - In corso di stampa.
Spanu A., Sanna G. - 2012b – The role of irrigation techniques in Cadmium bioaccumulation in rice (Oryza sativa L.). - Atti di “International Cadmium Simposium” P.5 - Sassari – 8-9 giugno
Esperienze di Precision farming nell’areale risicolo dell’oristanese
No full textL'utilizzo di sistemi di telerilevamento di tipo Remote o Proximal sensing può fornire indicazioni fondamentali per valutare lo stato della coltura e per la pianificazione di interventi correttivi durante le sue fasi di sviluppo. È già stata largamente dimostrata l'utilità degli indici spettrali nella stima del LAI e di aspetti connessi alle produzioni per molte colture; inoltre, diversi indici sono stati elaborati appositamente per valutare variabili specifiche di interesse agronomico.
È di fondamentale importanza l'acquisizione di serie storiche nei prossimi anni per affinare la tecnica di misura, in particolare per quanto riguarda gli aspetti connessi con la stima e la quantificazione della presenza di infestanti, fattore di grande rilievo nella risicoltura moderna.
A conclusione dei lavori di sperimentazione e indagine sarà possibile concentrare l'attenzione sulla pianificazione degli interventi mirati a rateo variabile e all'applicazione del site-specific management in maniera coerente ed efficace per dimostrarne l'utilità nel contesto produttivo regionale.
La prosecuzione dello studio, unitamente alla disponibilità di opportune attrezzature adattate alla precision farming può fornire dati e indicazioni di grande importanza per l'applicazione di tecniche utili alla gestione delle produzioni agricole che risultino più rispettose dal punto di vista ambientale e più sostenibili economicamente.
La gestione degli input a rateo variabile consentirebbe di limitare gli sprechi nella distribuzione di fitofarmaci non strettamente necessari, di ottimizzare le concimazioni, di gestire con maggiore accuratezza la risorsa idrica. I benefici immediati risiedono nella minore spesa in operazioni di diserbo, nelle concimazioni, nei trattamenti fungicidi, senza incorrere in cali sul piano produttivo. Sul lungo termine, si prevede un minore impatto ambientale delle operazioni agricole e un minore accumulo di sostanze potenzialmente tossiche sia nelle acque che nei suoli, limitando eventuali problemi di bioaccumulo nelle piante e negli animali, comprese le specie ittiche, di principi attivi o eccipienti più resistenti ai processi di naturale degradazione.
Al di là della disponibilità delle macchine e delle opportune attrezzature di precisione, è comunque importante sottolineare il supporto decisionale offerto dalle mappe spettrali che consentono di stabilire in maniera oggettiva i trattamenti differenziati da effettuare almeno a livello di appezzamento, diminuendo la risoluzione spaziale, ma stabilendo un range ottimale nella distribuzione dei prodotti in funzione dei valori medi della coltura.
Nel caso di colture non irrigate per sommersione continua, in associazione con le mappe tomografiche ARP di georesistività, è possibile programmare e settorizzare gli interventi di irrigazione in maniera specifica, tenendo in opportuna considerazione le caratteristiche dei suoli da un punto di vista idraulico e lo stato idrico della coltura. La riflettanza delle piante è molto legata allo stato idrico in cui si trovano, e tutti i sistemi di misurazione radiometrica sono molto sensibili alle variazioni di temperatura e allo stress idrico. L'acquisizione di immagini satellitari ravvicinate nel tempo permette di stabilire le reali esigenze idriche nelle diverse aree del campo e di temporizzare in maniera puntuale gli interventi, fornendo un supporto fondamentale anche in fase di progettazione e dimensionamento degli impianti di irrigazione settorizzati
Applicazioni di tecniche di Precision Farming in risicoltura.
No full textApplicazioni di Tecniche di Precision Farming in Risicoltura
Francesco Barracu1, Bruno Basso2, Giovanni Cafiero2, Costanza Fiorentino2, Antonino Spanu1
1Dipartimento. di Scienze Agronomiche e Genetica Vegetale Agraria, Univ. Sassari, IT, [email protected]
2Dipartimento di Scienze dei Sistemi Colturali, Forestali e dell'Ambiente, Univ. Basilicata, IT.
Introduzione
L'importanza dell'Agricoltura di Precisione è stata largamente riconosciuta come contributo chiave nella tecnologia produttiva. L'agricoltura di precisione è basata su un approccio innovativo, che è legato ad una combinazione tra GIS, GPS, modellistica previsionale, telerilevamento, macchine intelligenti con pilota automatico e tecnologie di distribuzione di input a dosi variabili, per la corretta gestione agronomica delle colture considerando la variabilità spaziale e temporale presente in campo (Basso et al., 2005). Attualmente, gli strumenti e le macchine agricole adattate alla pratica dell'agricoltura di precisione si stanno rapidamente diffondendo, ma per poterne sfruttare appieno le potenzialità è necessario stabilire quali siano le necessità della coltura e le differenze che si riscontrano all'interno del campo coltivato. Un altro aspetto fondamentale è la necessità di poter valutare gli effetti dei trattamenti e delle concimazioni per programmare eventuali nuovi interventi. L'applicazione di questa ratio a colture in pieno campo impone che i sistemi di indagine rispondano ad alcune caratteristiche irrinunciabili: affidabilità; rapidità di acquisizione del dato; possibilità di georeferenziare la misura ottenuta; scala compatibile sia con le pratiche agronomiche che con gli interventi da eseguire.
In Italia la risicoltura rappresenta un settore di rilievo e la superficie attualmente coltivata è di circa 238,500 ha. L'obiettivo della ricerca, articolata in tre anni, è quello di verificare la possibilità di adottare alcune tecniche di Precision Farming in risicoltura, allo scopo di mettere in condizione l'agricoltore di intervenire in maniera razionale sulla coltura, tenendo in opportuna considerazione la variabilità spazio-temporale presente in campo. Nel primo dei tre anni in programma ci si è concentrati prevalentemente nel test di alcuni strumenti di proximal sensing (PS) e remote sensing (RS) per la valutazione dello stato della coltura e l'affidabilità del dato rilevato in campo.
Metodologia
La prova è stata condotta in una risaia sita in Sardegna in provincia di Oristano (8°43'40"E, 39°56'44"N, WGS 84) la cui superficie complessiva è pari a 35 ha. La risaia è stata gestita mediante tecniche convenzionali; in particolare l’intera area di studio è stata suddivisa in 9 camere e per ciascuna camera sono stati individuati e georiferiti 4 punti di campionamento. I punti per i rilievi sono stati individuati, su ciascun lato delle camere, distanti dagli argini per limitare l’effetto bordo.
Ogni 7 giorni, sulle ultime 30 foglie completamente espanse, sono state effettuate le letture di SPAD (502Plus, Konica Minolta Sensing, Inc.). A cadenza mensile, è stata effettuata la misura del LAI (2200, Li-Cor Inc.) e della firma spettrale (FieldSpec, Analytical Spectral Devices, Inc.). Ogni 14 giorni, sulle ultime 30 foglie completamente espanse, è stato determinato il contenuto in azoto. Alla fine del ciclo colturale, negli stessi punti, sono stati rilevati i principali parametri bio-morfologici della coltura. Alla raccolta, effettuata impiegando una mietitrebbia dotata di sensoristica New Holland Intelliview, è stata acquisita la mappa di produzione. La RapidEye ha fornito una serie multi-temporale di immagini satellitari relative alle date del 2 luglio, 15 agosto e 10 settembre. Tali immagini sono caratterizzate da una risoluzione spaziale di 25 m-2 e sono dotate di 5 bande spettrali, rispettivamente negli intervalli di lunghezze d’onda del blu, verde, rosso, red-edge e del vicino infrarosso. A partire da tali immagini è stato calcolato l’indice vegetazionale normalizzato NDVI. Tale indice è stato calcolato anche utilizzando le misure di riflettanza spettrale rilevate con il FieldSpec in concomitanza all’acquisizione delle immagini satellitari.
Risultati
Il valore di SPAD si è dimostrato strettamente correlato al valore di N assorbito dalla pianta, confermandosi un ottimo strumento per la valutazione dello stato della coltura (test R di Pearson, p<0.001: 0.93, 0.83, 0.91, 0.79, 0.65, 0.87). Contrariamente a quanto riportato correntemente in letteratura, l'analisi di laboratorio non è stata effettuata sulle stesse foglie sulle quali è stato misurato il valore di SPAD, bensì su campioni omogenei prelevati in un intorno circolare di diametro pari a 2 m centrato sul punto di campionamento. L'oscillazione degli indici di correlazione è da imputarsi a questo fatto; è però interessante notare come i due campioni di foglie della stessa età ma provenienti da piante diverse mostrino una certa variabilità individuale ma grande omogeneità sulle medie.
E’ stata analizzata la correlazione dell' NDVI rilevato da satellite con il LAI, il valore di correlazione ottenuto nel mese di luglio, al momento del massimo vigore vegetativo, è pari a 0.623 (p<0.001) e decresce risultando non significativa nel mese di settembre. In settembre iniziano ad essere diffusi i sintomi di senescenza della pianta e i rilievi ottici perdono in affidabilità. Alle medesime considerazioni porta l’analisi di correlazione tra LAI ed NDVI derivato dalle misure effettuate con il FieldSpec. Anche in questo caso gli indici di correlazione sono più elevati a giugno e luglio, ma inutilizzabili in fase di maturazione.
In figura 1a e b sono riportate le mappe di NDVI relative al mese di agosto e settembre, mentre in figura 1c è riportata la mappa di produzione. Dal punto qualitativo si nota subito nel confronto tra le figure 1b e c come alla camera all’estrema sinistra, evidenziata in bianco corrispondano valori bassi di NDVI e produzione, infatti questa sub-area è stata mediamente la meno produttiva. Si noti, invece, la corrispondenza tra NDVI e produzione per la camera evidenziata in nero caratterizzata da un valore di produzione più elevato.
Conclusioni
L'utilizzo del telerilevamento ed in particolare degli indici vegetazionali può essere un valido supporto per analizzare il vigore vegetativo delle colture e fornire informazioni sulla produzione, anche, come dimostra questo lavoro, in ambienti particolari quali le risaie. Nelle risaie il problema principale è legato alla presenza di acqua che impedisce un facile accesso in campo e rende complessa un’accurata campagna di misure a terra, per cui le immagini telerilevate presentano un duplice vantaggio: sopperiscono all’esiguo campionamento e forniscono una mappatura spazio temporale completa dell’area di studio. Nei prossimi due anni si rende necessaria un’ulteriore valutazione delle potenzialità predittive degli indici vegetazionali ed, eventualmente, una loro calibrazione sulla base delle peculiari condizioni ambientali. Rimane inoltre da indagare la possibilità di impiegare la firma spettrale come metodo per valutare la presenza e la densità di infestanti per la programmazione di opportuni interventi di diserbo.
Bibliografia
Basso B. et al. 2005. Agricoltura di precisione. Edizioni l'Informatore Agrario.
Cabangon R.J. et al. 2011. Chlorophyll meter-based nitrogen management of rice grown under alternate wetting and dryng irrigation. Field Crops Research, 121 136-146
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