Evaluation of sustainable and diverse cropping systems: soil tillage and fertilization within wheat-potato crop rotation and varietal selection of durum wheat
Author(s)
Petroselli, Verdiana
Date Issued
July 25, 2024
Type
Doctoral Thesis
Abstract
Ensuring food security will be one of the biggest challenges that the agriculture industry will be facing in the future globally, considering all the negative repercussions that climate change will have on crops. Current agricultural systems with high inputs and intense use of resources are one of the causes of deforestation, water scarcity, soil depletion, biodiversity loss, resistance to pathogens, and high levels of greenhouse gas emissions, which in turn can no longer guarantee sustainable agri-food production. Sustainable agricultural practices have the potential to reverse the trend of conventional agriculture. The research has allowed the study of sustainable cropping systems (in terms of production and environmental impact) and the evaluation of durum wheat varieties with greater performance concerning management, water availability, and different input levels of fungicides. In particular, two of the world’s main crops have been studied, which are the basis of global and Mediterranean nutrition: wheat and potatoes, with world production of 771 million tons and 376 million tons, respectively (data for the year 2021). These were initially studied in a long-term rotation system. The evaluation was carried out by adopting three different soil treatments (plowing, subsoiling, and spading machine) and two different fertilization sources (mineral and organic). During the years of study, the account has been taken of how these reacted to the different thermo-pluviometric trends and how they interfered with the quality and components of the soil, weeds, and productivity. In parallel, the evaluation of durum wheat was explored in depth in a second experiment, in which the possible adaptation strategies to climate change were explained in the testing of 15 varieties which were tested using increasingly technological and universal evaluation protocols, such as VCU (Value for Cultivation and Use). The objective was to assess the performance of varieties and their characteristics with different management approaches to predict the use of more drought-resistant varieties, capable of using water resources more efficiently and adapting better to new environmental conditions while maintaining high nutritional qualities. In particular, performance was evaluated under two different management regimes relating to fungicides and growth regulators (PGR), called Full and Minimal, and under an organic approach and an irrigation regime. The assessments carried out can help to better understand the environmental impacts that agricultural management has on the various components of the system, to choose the best alternatives to enhance production, quality, and the economic-environmental impact.
Garantire la sicurezza alimentare sarà una delle maggiori sfide che il settore agricolo dovrà affrontare in futuro a livello globale, considerando tutte le ripercussioni negative che i cambiamenti climatici avranno sulle colture. Gli attuali sistemi agricoli, caratterizzati da elevati input e da un uso intensivo delle risorse, sono una delle cause della deforestazione, della scarsità d'acqua, dell'impoverimento del suolo, della perdita di biodiversità, della resistenza agli agenti patogeni e di elevati livelli di emissioni di gas serra, che a loro volta non possono più garantire una produzione agroalimentare sostenibile. Le pratiche agricole sostenibili hanno il potenziale per invertire la tendenza dell'agricoltura convenzionale. Questa ricerca ha consentito lo studio di sistemi colturali sostenibili (in termini di produzione e impatto ambientale) e la valutazione di varietà di grano duro con maggiori prestazioni in termini di gestione, disponibilità idrica e diversi livelli di input di fungicidi. In particolare, sono state studiate due delle principali colture mondiali, che sono alla base dell'alimentazione globale e mediterranea: il frumento e la patata, con una produzione mondiale rispettivamente di 771 milioni di tonnellate e 376 milioni di tonnellate (dati relativi all'anno 2021). Queste sono state inizialmente studiate in un sistema di rotazione a lungo termine. La valutazione è stata effettuata adottando tre diverse lavorazioni del suolo (aratura, ripuntatura e vangatura) e due diverse fonti di fertilizzazione (minerale e organica). Durante gli anni di studio, si è tenuto conto di come questi reagissero ai diversi andamenti termo-pluviometrici e di come interferissero con la qualità e le componenti del suolo, le infestanti e la produttività. Parallelamente, la valutazione del grano duro è stata approfondita in un secondo esperimento, in cui sono state illustrate le possibili strategie di adattamento ai cambiamenti climatici nella sperimentazione di 15 varietà che sono state testate con protocolli di valutazione sempre più tecnologici e universali, come il VCU (Value for Cultivation and Use). L'obiettivo è stato quello di valutare le prestazioni delle varietà e le loro caratteristiche con diversi approcci gestionali per prevedere l'utilizzo di varietà più resistenti alla siccità, in grado di utilizzare le risorse idriche in modo più efficiente e di adattarsi meglio alle nuove condizioni ambientali, pur mantenendo un’elevata qualità nutrizionale. In particolare, sono state valutate le prestazioni in due diversi regimi di gestione dei fungicidi e dei regolatori di crescita (PGR), denominati Full e Minimal, nonché in un approccio biologico e in un regime di irrigazione. Le valutazioni effettuate possono aiutare a comprendere meglio gli impatti ambientali che la gestione agricola ha sulle varie componenti del sistema, per scegliere le alternative più adatte a migliorare la produzione, la qualità e l'impatto economico-ambientale.
Additional information
Dottorato in Scienze delle Produzioni Vegetali e Animali
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Name
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5.2 MB
Format
Adobe PDF
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