Validation of new sustainable intensification models of hazelnut orchard
Author(s)
Pacchiarelli, Alberto
Date Issued
March 15, 2024
Type
Doctoral Thesis
Abstract
Given the expansion of the hazelnut cultivation in the last decades, accompanied by an intensification of planting layout and the adoption of new training systems, the activities of this study were carried out in order to assess, understand and design strategies for sustainable intensification of the hazelnut orchard. The research was divided into four main work packages (WP). In the WP I, a comprehensive study was conducted to assess the dynamics of carbon sequestration during the life cycle of the hazelnut orchard, using permanent grasslands as a reference for previous land use. Carbon sequestration capacity was determined by considering the main carbon sources, above-ground biomass, below-ground biomass, and carbon stock in the topsoil, up to a depth of 30 cm. The findings indicated that the establishment of a new hazelnut orchard initially led to carbon losses, mainly related to soil tillage, but after this initial phase it became evident how the carbon content overcame that recorded in the stable grassland. This observation underlines the high capacity of this species in sequestering CO2 from the atmosphere, mitigating in part its negative effects. The aim of WP II was to develop a model for monitoring the distribution of water supply in sub-irrigation, using proximal electromagnetic induction sensors (EMI), to verify the long-term efficiency of the sub-irrigation system. This tool allows the detection of soil apparent electrical conductivity (ECa), a parameter closely related with some of the main physical characteristics of the soil and to its water content. During the field test, two different conditions were analyzed. The first survey was carried out under dry soil conditions, while the second one was carried out after six hours of sub-irrigation system operating (wet soil condition). Through direct field observation, and from the findings obtained by the sensor, it can be stated that there were no apparent breaks or anomalies in the subirrigation system. However, due to relatively modest differences in ECa, there is no certainty whether these variations could be attributed to a change in water content or alterations in textural characteristics. Further investigations aimed to improve the model are desirable. In WP III, an assessment on the agronomic responses of the hazelnut plants of Nocchione cultivar, which has been subjected to three different plant shaping (Thesis A: symmetrical four-stemmed bush; Thesis B: sapling form; Thesis C: multi-stemmed bush) was conducted. Within the framework of sustainable intensification, with the adoption of new planting distances and new training systems, the main objective was to discern which of the investigated forms exhibited the best responses to the growing conditions. The results showed that the regular four-stemmed shrub (Thesis A) appeared to be the most promising system among those investigated, showing greater constancy in hazelnut biometric traits and production parameters, maintained over the years of investigation, with generally higher values. In WP IV a preliminary trial on potted plants was conducted, in which the influence of the non-suckering rootstock Dundee, (interspecific hybrid of C. colurna x C. avellana), on the cultivar Tonda di Giffoni was evaluated. A comparative analysis was carried out with self-rooted plants of the same cultivar and rootstock. Specifically, the evaluation included a thorough examination of morphological traits (stem height and diameter), leaf biometric traits, eco-physiological parameters (stomatal conductance), and macro- and micronutrient content in the leaves. In addition, observations on the phenology of plant material and reproductive parameters (detection and counting of female and male flowers) were recorded. In general, grafted plants showed higher vigor, delayed vegetative recovery, and shorter juvenile phase than self-rooted Tonda di Giffoni plants. These preliminary results are promising, although long-term observation under field conditions is necessary to better understand the agronomic behavior and yield performance of the grafted plants.
Considerata la costante espansione della coltivazione del nocciolo negli ultimi decenni, accompagnata da una generale intensificazione dei sesti d’impianto e dall’adozione di nuove forme di allevamento, le attività svolte nell'ambito di questo studio erano finalizzate a valutare, comprendere e progettare nuove strategie per una intensificazione sostenibile del corileto. La ricerca è stata suddivisa in quattro tematiche principali di lavoro (WP). Nel WP I è stato condotto uno studio per analizzare le dinamiche di sequestro del carbonio durante il ciclo vitale di un noccioleto, utilizzando i prati permanenti come riferimento per l'uso precedente del suolo. La valutazione della capacità di sequestro del carbonio è stata realizzata considerando le principali fonti di carbonio, tra cui la biomassa epigea, la biomassa ipogea e lo stock di carbonio nello strato superficiale del suolo (primi 30 cm). I risultati hanno rivelato che la realizzazione di un nuovo noccioleto comporta inizialmente delle sostanziali perdite di carbonio, attribuite principalmente alle lavorazioni del suolo. Tuttavia, dopo questa prima fase è emerso che il contenuto di carbonio nel corileto superava quello registrato nel prato stabile. Questa osservazione sottolinea così la notevole capacità di questa specie nel sequestrare la CO2 dall'atmosfera, mitigandone in parte gli effetti negativi. L'obiettivo del WP II era quello di sviluppare un modello per il monitoraggio della distribuzione nel corileto dell'acqua in subirrigazione, utilizzando un sensore prossimale ad induzione elettromagnetica (EMI), finalizzato alla valutazione dell'efficacia del sistema di subirrigazione nel lungo periodo. Questo strumento permette la misurazione della conducibilità elettrica apparente del suolo (ECa), un parametro fortemente legato a diverse caratteristiche fisiche del suolo, tra cui il suo contenuto d'acqua. Le prove di campo hanno previsto l’analisi di due situazioni distinte: a) indagine in condizioni di terreno asciutto (assenza di pioggia per più di un mese e impianto di irrigazione spento e non ancora attivato durante la stagione vegeto-produttiva in corso); b) indagine effettuata in condizioni di terreno umido dopo sei ore di funzionamento dell'impianto di subirrigazione (primo apporto idrico stagionale). Grazie alle osservazioni dirette sul campo e all'analisi dei dati generati dal sensore e successiva spazializzazione, si può affermare che non sono state riscontrate rotture o anomalie evidenti nel sistema di subirrigazione. Tuttavia, a causa delle differenze relativamente ridotte nei valori di ECa, non è possibile stabilire con certezza se queste variazioni derivino da cambiamenti nel contenuto idrico o da alterazioni delle caratteristiche tessiturali. Ulteriori indagini risultano quindi indispensabili per affinare ulteriormente questo modello. Nel WP III è stata condotta una valutazione delle risposte agronomiche delle piante della cultivar Nocchione sottoposte a tre differenti forme di allevamento (Tesi A: cespuglio simmetrico a quattro branche; Tesi B: forma ad alberello; Tesi C: cespuglio policaule tradizionale). Nel contesto di un'intensificazione sostenibile, che incorpora nuovi sesti d’impianto e forme di allevamento, l'obiettivo primario era quello di identificare quale forma di allevamento, tra quelle studiate, evidenziasse le migliori performance nelle condizioni di coltivazione. I risultati hanno rivelato che il cespuglio simmetrico a quattro branche (Tesi A) è emerso come il sistema più promettente tra quelli indagati, mostrando una maggiore costanza nei tratti biometrici della nocciola e nei parametri produttivi, mantenuti negli anni di indagine, con valori generalmente più elevati. Nel WP IV è stata condotta una prova preliminare su piante in vaso, incentrata sulla valutazione dell'influenza del portinnesto non-pollonifero Dundee (ibrido interspecifico di C. colurna x C. avellana) sulla cultivar Tonda di Giffoni. Lo studio è stato condotto svolgendo un'analisi comparativa con piante auto-radicate della stessa cultivar e dello stesso portinnesto. Nello specifico, la valutazione ha incluso un esame approfondito dei parametri morfologici (altezza e diametro del fusto), tratti biometrici fogliari, parametri eco-fisiologici (conduttanza stomatica) e il contenuto di macro e micronutrienti nelle foglie. Inoltre, sono state condotte delle osservazioni sulla fenologia e sui parametri riproduttivi (individuazione e conteggio dei fiori femminili e maschili). In generale, le piante innestate hanno mostrato una maggiore vigoria, una ripresa vegetativa ritardata ed una fase giovanile più breve rispetto alle piante di Tonda di Giffoni. Sebbene questi risultati preliminari siano promettenti, è indispensabile un'osservazione più estesa e prolungata in condizioni di campo per comprendere più a fondo il comportamento agronomico e la resa delle piante innestate.
Additional information
Dottorato in Scienze delle Produzioni Vegetali e Animali
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