Requisiti e metodi di irrigazione del frumento

Fabbisogno idrico del frumento

Quando è necessario irrigare il frumento? 

A seconda della specie/coltura di frumento, sia il periodo dell’anno in cui viene coltivato sia la durata del periodo di coltivazione possono variare in modo significativo. Esiste una grande varietà di cultivar di frumento di tipo primaverile e invernale. In particolare, la specie Durum e il frumento duro sono di solito coltivati principalmente durante l’inverno, mentre le specie di frumento da pane (frumento tenero) possono essere coltivate sia in inverno che in primavera. Il periodo in cui il frumento viene coltivato è molto importante, poiché definisce la necessità o meno di irrigazione. 

Il frumento invernale viene generalmente seminato all’inizio dell’autunno e raccolto alla fine della primavera, mentre il frumento primaverile viene seminato in primavera e raccolto alla fine dell’estate o all’inizio dell’autunno.  Molti agricoltori preferiscono coltivare il frumento di tipo invernale perché può avere un potenziale di resa fino al 30% superiore rispetto ai tipi primaverili, mentre la necessità di irrigazione è più limitata (1). In generale, il frumento viene coltivato in terreni aridi, ma le piante rendono meglio con l’irrigazione e danno rese maggiori. Allo stesso tempo, le siccità e le ondate di calore che diventano sempre più frequenti alla fine della primavera (o all’inizio dell’autunno) – e che in alcuni casi coincidono con le fasi di massimo utilizzo idrico delle piante – costringendo gli agricoltori a irrigare. 

Come irrigare il frumento?

Nelle colture di frumento, gli agricoltori spesso applicano l’irrigazione tramite irrigatori a pioggia (pioggia artificiale), poiché le distanze molto ravvicinate tra le piante non consentono l’applicazione dell’irrigazione a solchi. Secondo l’Università della California Davis, i sistemi di irrigazione a goccia e a pioggia sono in grado di applicare quantità d’acqua inferiori rispetto ai sistemi di irrigazione scorrimento superficiale e, pertanto, una minore quantità d’acqua applicata si sposta oltre la zona radicale del frumento. L’irrigazione frequente con sistemi a pioggia può provocare un rapido sviluppo di malattie nella coltura del frumento. I sistemi a scorrimento superficiale sono più efficienti nella lisciviazione dei sali, il che è importante se i sali sono un problema per la coltura del frumento. L’irrigazione a sommersione nella coltivazione del frumento è più comune nelle regioni della Central Valley e del Low Desert della California, mentre gli irrigatori sono più comuni nella regione Intermountain. La ricerca ha dimostrato che, con la quantità di irrigazione ottimale, l’aumento della frequenza dell’irrigazione a goccia può aumentare la lunghezza e il peso delle radici del frumento e l’accumulo di biomassa in superficie, migliorando così la resa e l’efficienza dell’uso dell’acqua.

Attenzione: Se si utilizzano gli irrigatori, è necessario regolarli in modo che l’acqua non provochi l’allettamento delle piante. Inoltre, quando la temperatura è a livelli favorevoli per la dispersione delle malattie fungine, gli agricoltori dovrebbero ispezionare frequentemente le piante per applicare misure di controllo della malattia quando necessario. 

Il fabbisogno e il numero di applicazioni di acqua per irrigazione saranno determinati da:

• Il numero di precipitazioni 
• La varietà 
• Il tipo di terreno (i terreni sabbiosi richiedono irrigazioni più frequenti con una quantità d’acqua inferiore)
• La temperatura 
• La disponibilità di acqua nell’impianto di irrigazione e nel terreno 

La disponibilità o la scarsità di acqua può influenzare la quantità e la qualità della resa finale dei cereali. Un modo semplice per calcolarla è applicare la seguente formula matematica suggerita dalla Montana State University (2).

Resa stimata (in bushel/acro) = 5,8 (SM + R/I – 4,1) bushel/acro dove:

SM = umidità del suolo (pollici)

R = precipitazioni (pollici)

I = irrigazione (pollici)

1 bushel di frumento = 60lbs =27,216kg

1 acro = 0,405 ettari

Fabbisogno idrico nelle diverse fasi di crescita del frumento

Affinché il frumento raggiunga la maturità fisiologica e la sua resa potenziale, ha bisogno in media di circa 350-600 mm di acqua. In molte zone, le piogge della stagione invernale coprono questo fabbisogno. Tuttavia, nonostante l’importanza di soddisfare la quantità totale di acqua necessaria, la sua distribuzione è altrettanto importante per ottenere rese elevate. Lo stress idrico o l’eccesso idrico, in fasi sensibili, porteranno inevitabilmente a perdite di resa. Uno stress idrico moderato si verifica quando il livello di secchezza del suolo supera il 70%. Per evitarlo, gli agricoltori possono irrigare al momento opportuno e con le quantità d’acqua appropriate. Va da sé che le colture di  coltivate per la produzione di cereali sono più esigenti in termini di acqua, seguite dalle colture foraggere raccolte in fase cerosa (28% di fabbisogno idrico in meno), o all’avvio (60% di fabbisogno idrico in meno) (3).

Nelle aree in cui le precipitazioni non sono sufficienti, si suggerisce di irrigare 4-6 volte durante il periodo di coltivazione, soprattutto quando gli agricoltori utilizzano varietà di frumento invernale ad alta resa. Queste irrigazioni servono a coprire il fabbisogno delle piante durante le fasi critiche della crescita: iniziazione delle radici della corona, accestimento, giunzione, fioritura, maturazione lattea e maturazione cerosa (4). Nei terreni aridi, dove c’è disponibilità di acqua attraverso i sistemi di irrigazione, le irrigazioni possono avvenire ogni 12-18 giorni fino allo stadio di maturazione cerosa(3).

Nella fase di semina-emergenza

La mancanza d’acqua durante il periodo di emergenza della coltura può portare al fallimento del raccolto, mentre il deficit idrico in prossimità dell’antesi può ridurre drasticamente il frumento numero e la qualità delle sementi di frumento prodotti. 

Per il frumento invernale, l’irrigazione precoce (o le piogge) contribuiranno all’emergenza rapida e uniforme delle piante, al buon insediamento della coltura e all’aumento del numero di culmi per m2. Un’applicazione di 150 mm di acqua potrebbe essere utile. Tuttavia, in alcuni casi può essere necessaria una semina profonda per evitare falsa germinazione. Le piante dovrebbero iniziare a germogliare quando i 10 cm superiori del terreno sono sufficientemente umidi. In generale, sia per il frumento invernale che per quello primaverile, lo sviluppo delle radici è significativamente favorito quando la zona radicale è in capacità di campo, durante l’emergenza. Le radici delle piante di frumento possono crescere fino a 1,2-2 m di profondità, ma il 70-80% dell’assorbimento idrico totale avviene nei primi 0,6 m di terreno, dove si sviluppa più dell’80% delle radici della pianta (Cutforth et al., 2013, 5).  Di conseguenza, la quantità d’acqua aggiunta attraverso l’irrigazione dovrebbe essere sufficiente a mantenere questo strato di suolo sufficientemente umido. 

Durante la fase di crescita vegetativa (emergenza fino al viraggio)

Man mano che le piante crescono e producono più superficie fogliare attiva, aumenta la richiesta di acqua. Per mantenere le piante fotosinteticamente attive, gli agricoltori possono irrigare di conseguenza, in modo da mantenere sempre gli stomi aperti (potenziali idrici fogliari superiori a -1,5 MPa) (Palta et al., 1994).  

La fase critica dal viraggio all’antesi

Questa è considerata la fase di crescita più critica e bisognosa di acqua del frumento. Anche uno stress idrico lieve-moderato durante queste fasi comporta una riduzione della resa finale delle piante (numero di chicchi m2), a causa della fotosintesi limitata e della diminuzione della crescita delle cellule e delle foglie. Fino al 70% del fabbisogno idrico totale della pianta si ha dallo stadio di accestimento (sviluppo del culmo) fino alla fase di fioritura. In molte regioni, questa quantità è coperta dalle precipitazioni. Tuttavia, anche in queste zone può essere necessaria un’irrigazione complementare di 90-150 mm di acqua nella fase di fioritura. D’altra parte, nel Mediterraneo, negli Stati Uniti centro-meridionali o nell’India settentrionale (per il frumento primaverile) può essere necessaria più di un’irrigazione durante questo periodo. 

Perdita di resa dovuta a un eccesso d’acqua

Questo periodo è descritto come sensibile all’acqua non solo per quanto riguarda la carenza idrica, ma anche per i ristagni idrici. Sulla base di prove scientifiche, si sono verificate perdite di resa fino al 92% a causa del surplus idrico dalla levata allo stadio di antesi (de San Celedonio et al., 2014). 

Ad eccezione del ristagno d’acqua, facilmente osservabile, l’agricoltore deve adottare misure per evitare l’innalzamento della falda freatica. Condizioni anaerobiche prolungate nell’apparato radicale (innalzamento della falda freatica a 0,5 m) e l’allettamento delle piante possono portare a una diminuzione della resa del 20-40%. (5, 2). Il rischio di lignificazione è maggiore nelle varietà di frumento alto e primaverile. 

Fino alla maturazione delle colture-raccolta

Il deficit idrico rimane un problema anche poco dopo la fase di fioritura, diminuendo la durata della fioritura, il numero e il peso delle cariossidi (6). Dopo la fioritura, la fase di riempimento dei chicchi è considerata una delle tre fasi più sensibili allo stress idrico, con conseguente perdita significativa della resa delle colture. Tuttavia, i risultati sperimentali hanno dimostrato che il deficit idrico può aumentare le proteine dei chicchi (forza della glutenina) e la qualità panificatoria della farina di frumento prodotta (Zhou et al., 2018). Tuttavia, altre evidenze scientifiche sottolineano che la carenza idrica durante le fasi maturazione lattea e cerosa diminuisce l’assorbimento di azoto e l’accumulo di proteine della granella influisce negativamente sulla qualità del prodotto finale (Ali e Akmal, 2022). 

Suggerimento:

Tutti gli agricoltori, indipendentemente dalla regione o dal periodo in cui coltivano il frumento, devono sapere che le piante diventano più produttive in base alla disponibilità di acqua nel terreno rispetto alle irrigazioni stagionali. Per questo motivo, è molto importante intraprendere azioni che migliorino la fertilità del suolo e la capacità di ritenzione idrica.  

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Riferimenti

1. https://www.ers.usda.gov/webdocs/publications/43783/39923_eib116.pdf
2. https://waterquality.montana.edu/farm-ranch/irrigation/wheat/wheat-irrigation.html
3. https://alfalfa.ucdavis.edu/+symposium/proceedings/2012/12-109.pdf
4. https://iiwbr.icar.gov.in/wp-content/uploads/2018/02/EB-52-Wheat-Cultivation-in-India-Pocket-Guide.pdf
5. https://www.fao.org/land-water/databases-and-software/crop-information/wheat/en/
6. https://www.fao.org/3/Y4011E/y4011e06.htm
7. https://www.nature.com/articles/s41598-021-84208-7#:~:text=We%20found%20that%20with%20the,yield%20and%20water%20use%20efficiency.
8. https://alfalfa.ucdavis.edu/+symposium/proceedings/2012/12-109.pdf

Ali, N., & Akmal, M. (2022). Wheat Growth, Yield, and Quality Under Water Deficit and Reduced Nitrogen Supply. A Review. Gesunde Pflanzen, 1-13.

Cutforth, H. W., Angadi, S. V., McConkey, B. G., Miller, P. R., Ulrich, D., Gulden, R., … & Brandt, S. A. (2013). Comparing rooting characteristics and soil water withdrawal patterns of wheat with alternative oilseed and pulse crops grown in the semiarid Canadian prairie. Canadian Journal of Soil Science, 93(2), 147-160.

de San Celedonio, R. P., Abeledo, L. G., & Miralles, D. J. (2014). Identifying the critical period for waterlogging on yield and its components in wheat and barley. Plant and Soil, 378(1), 265-277.

Palta, J.A., Kobata, T., Turner, N.C. & Fillery, I.R. 1994. Remobilization of carbon and nitrogen in wheat as influenced by post-anthesis water deficits. Crop Sci., 34: 118-124.

Zhou, J., Liu, D., Deng, X., Zhen, S., Wang, Z., & Yan, Y. (2018). Effects of water deficit on breadmaking quality and storage protein compositions in bread wheat (Triticum aestivum L.). Journal of the Science of Food and Agriculture, 98(11), 4357-4368.