– CropSyst –crescita e sviluppo delle colture
Sistemi Colturali
Aspetti che affronteremo
• Sviluppo
• Crescita della coltura in relazione a:
disponibilità di luce
temperatura
disponibilità idrica
disponibilità di nutrienti
• Ripartizione degli assimilati
Sistemi Colturali
CropSyst:generico simulatore di colture
CropSyst simula la crescita e lo sviluppo di colture erbacee usando un simulatore generico
Le diverse specie e cultivar sono descritte da un set di parametri che descrivono le caratteristiche morfologiche e fisiologiche della coltura, e quindi la sua risposta all’ambiente (file .crp “crop”)
Sistemi Colturali
Crescita e sviluppo
Sviluppo: procedere della coltura attraverso stadi fenologici (es. dall’emergenza alla prima foglia vera)
Crescita:
• accumulo di biomassa
• sua ripartizione negli organi
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Sviluppo della coltura
E’ molto importante: determina il momento in cui la coltura avrà bisogno di luce, acqua, nutrienti
Alcuni processi vengono simulati o meno in diverse fasi fenologiche…
…mentre la simulazione di altri viene "modulata" in vari modi a seconda dello stadio di sviluppo
Influenza anche il momento di raccolta e quindi la resa
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Sviluppo in CropSyst
Accumulo di gradi giorno, in funzione di:
• temperatura media dell’aria
• temperatura massima e minima per la coltura
• fotoperiodo e vernalizzazione
• stress idrico
L’accumulo di gradi giorno influenza:
• stadi fenologici
• durata dell’area fogliare
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Calcolo gradi giorno
GDDoggi = (Tmedia* – Tbase) · min(fver, ffoto)
Tbase (°C): temperatura minima per la coltura
Tcutoff (°C): temperatura massima per la coltura
Fver, Ffoto: fattori di correzione per vernalizzazione e fotoperiodo
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elsewhereTT
TTT
TTT
T cutoffmediacutoff
basemediabase
media
2
*
minmax
Vernalizzazione
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Vernalization contribution of each day (Vi)
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
-4 3 5 12
Temperature (°C)
Vi
Fotoperiodo
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Influence of photoperiod (long-day crop)
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
6 9 11
Daylenght (h)
f photo
Fasi fenologiche considerateda CropSyst
• Planting event = semina
• Preemergence = pre-emergenza
• Emergence = emergenza (50)
• Active growth = post-emergenza
• Flowering = fioritura (690)
• Grain filling = riempimento granella (720)
• Physiological maturity = mat. fis. (1611)
• Harvest event = raccolta
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Crescita e disponibilità diradiazione luminosa
• Intercettazione della luce
• Fotosintesi
lorda
netta (sottraggo respirazione per mantenimento e crescita)
• Ripartizione assimilati
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Intercettazionedella radiazione
• La stima della radiazione intercettata dalla coltura è importantissima
• Dipende dal LAI (Leaf Area Index)
• Essa influenza direttamente
la fotosintesi giornaliera(radiazione globale PAR biomassa)
il rapporto tra evaporazione potenziale e traspirazione potenziale
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Legge di Lambert-Beer
• Frazione di radiazione intercettata = 1 – e-k·LAI
• Graminacee: k = 0.5 (foglie verticali)
• Leguminose: k = 0.7 (foglie orizzontali)
• k dipende da:
genotipo
ora del giorno
distanza di semina
età della pianta (!!!)
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Radiazione intercettata e LAI
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0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
0 1 2 3 4 5
LAI (m2/m
2)
Fra
zio
ne
in
terc
ett
ata
0,7
0,6
0,5
k
Fotosintesi nettain funzione della radiazione
GR = RUE (fint PAR) Tlim
• GR = crescita in funzione della radiazione (kg m-2 d-1)
• RUE = Radiation Use Efficiency =Ligth to above ground biomass conversion (kg MJ-1) =tasso di fotosintesi netta
• fint = frazione di radiazione intercettata
• PAR = Photosynthetically Active Radiation (MJ m-2 d-1)
• Tlim = limitazione da temperatura
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Limitazione da temperatura
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0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0 10 20 30 40
Temperatura media (Tavg, °C)
Tlim
Fotosintesi netta in funzionedella radiazione: assunzioni
• RUE deve essere determinata per una coltura in condizioni di crescita ottimali (non limitata da acqua, nutrienti, malattie, parassiti…)
• RUE determinata in condizioni dibasso deficit di pressione di vapore (solo per CropSyst !!!)
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Crescita edomanda traspirativa
GTR = kBT (T / VPD)
• GTR = crescita in funzione della traspirazione potenziale(kg m-2 d-1)
• kBT = biomass-transpiration coefficient(kg m-2) kPa m-1 = tasso di fotosintesi netta
• T = traspirazione (m-3 m-2 d-1) ovvero (m d-1)
• VPD = vapor pressure deficit (kPa)
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Crescita e domandatraspirativa: limiti
• Relazione non valida a bassi valori di VPD
• Va sempre confrontata con la stima in funzione della radiazione
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Crescita potenziale
• GP = min (GR, GTR) (kg m-2 d-1)
• GP = crescita potenziale
• In questo modo considero il fattore più limitante (radiazione o domanda traspirativa)
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Crescita in funzione delladisponibilità di acqua (e azoto)
NF = 1 - (NCcrit-NCa) / (NCcrit-NCmin)
• NF = nitrogen factor
• NCcrit = concentrazione critica (%)
• NCa = concentrazione effettiva nella pianta (%)
• NCmin = concentrazione minima (%)
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Diluizione dell’azoto
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0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 2 4 6 8 10
Biomassa aerea totale (t SS / ha)
Conte
nuto
in
N t
ota
le (
kg N
/ t
)
massima
critica
minima
Nessuna crescita
Crescita limitata da N
Crescita non limitata da N
Crescita in funzione delladisponibilità di acqua (e azoto)
• La resistenza stomatica (RSc; day mm-1) aumenta in condizioni di crescita limitata da N
• RScNF = RSc / NF
RScNF = resistenza stomatica della canopy in condizioni limitate da azoto (day mm-1)
NF = fattore di stress da azoto
Da Tp (traspirazione potenziale) si deriva TN (traspirazione limitata da azoto)
Sistemi Colturali
Crescita in funzione delladisponibilità di acqua (e azoto)
• La traspirazione reale (Ta) si calcola a partire da TN sulla base della disponibilità reale di acqua nel suolo e della capacità della pianta di estrarla
• GW = GP (Ta / Tp)
GW = crescita limitata da disponibilità idrica (kg m-2 d-1)
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Crescita in funzione delladisponibilità di azoto
GN = GW · NF
• GN = crescita limitata da disponibilità di azoto (kg m-2 d-1)
• NF = fattore di stress da azoto
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Ma il LAI da dove viene?
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Biomassa
LAI
Profondità
radicale(massima al
raggiungimento
del massimo
LAI)
0
2
4
6
8
10
0 1 2 3 4 5
Biomassa aerea (t SS/ha)
LA
I (m
2/m
2)
LAI = SLA [B / (1 + p B)]
SLA = Specific Leaf Area (m2/kg)
B = biomassa aerea totale (t SS/ha)
p = coefficiente empirico
(Stem/Leaf partition coefficient)
Specific Leaf Area (SLA)
• E’ la quantità di area fogliare prodotta per unità di biomassa che viene ripartita verso le foglie
• Nella pratica non è costante, ma in CropSyst sì
• Al modello si fornisce una media di valori ottenuti in condizioni ottimali all’inizio del periodo di crescita
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Leaf Area Duration (LAD)
• E’ la durata, espressa in gradi giorno, dell’area fogliare
• Ogni giorno viene emessa una certa quantità di area fogliare. La sua vita inizia quel giorno e termina quando sono stati accumulati i gradi giorno pari a LAD
• Lo stressi idrico accelera l’accumulo di gradi giorno (non influenzato da vernalizzazione e fotoperiodo)
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Suddivisione dell’ETP
• L’evapotraspirazione potenziale (ETP) include:
evaporazione dal suolo (EP)
traspirazione dalla pianta (TP)
• Viene ripartita in EP e TP in funzione della copertura del terreno da parte della coltura (come per intercettazione della luce)
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Suddivisione dell’ETP
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Evapotraspirazione potenziale (ETP)
Frazione di luce
intercettata
Frazione di luce non
intercettata
Traspirazione
della coltura
Residui 1-residui
Evapor. dai
residui
Evapor. dal
terreno
Resa della coltura
• CropSyst non prevede, per semplicità, una ripartizione giornaliera degli assimilati
• Solo la biomassa aerea viene simulata giornalmente
• Alla raccolta, viene stimata la quantità di biomassa contenuta nel prodotto utile (resa), in base all’harvest index(influenzato da disponibilità idrica)
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