Organic mulching impacts on vegetable crop production

Abstract

A sustainable approach seems to be the better way to resolve the sustainability issue of human activities. Among all the anthropogenic activities that have had negative impact on the environment, the agriculture results to be the main sector in changing land use, depleting earth’s resources or polluting the environment. The sustainable agriculture seems to be the solution to resolve some issues, such us high use of mineral nitrogen and/or decreasing of organic matter by the deepest soil tillage, etc. At the experimental farm of University of Tuscia, from 2011 to 2013, several studies were carried out to compare yield productivity of different sustainable agronomic techniques with conventional management (C) on C stock dynamics and CO2 fluxes, soil microbial activity and chemical properties, and weeds control. The obtained results showed different interesting aspects. The hairy vetch (HV) showed the highest positive influences on the tomato yield productivity compared to other cover crop species and to the conventional treatment adopted in the trials. As far as the soil CO2 fluxes resulted that were influenced by climatic conditions and by soil volume water content and soil temperature. The polynomial regression model evidenced the optimum of soil temperature and water content different between treatments in comparison [21.5 °C as average in barley straw (BS), C and HV, and 18.3 °C in white mustard (WM); soil water content of 28% as average in BS, C and HV, 55% in WM, and 87% in lacy phacelia (LP)]. About to the net balance of C soil, the hairy vetch seems to be most advantageous: despite the soil output by means the soil respiration was higher compared to other treatments; the total soil C input (given by cover crops and tomato biomass, fruits excluded), was higher too. It is possible resume that the use of hairy vetch mulch on no-tilled soil, slight reduction of irrigation water (-25%) and a rationalized use of N fertilizer could cause a positive effect on C storage in the soil, and consequently better benefits on the agroecosystem. Concerning to the microbial activity and functional diversity, results showed that they were strongly affected by the climatic conditions in all mulching treatments. In particular, precipitations controlled soil carbon availability, which promoted microbial functional diversity. In the two years of the experiment, the amount of precipitation from May to August was 110 mm in 2012 and 172 mm in 2013. The average values of aridity index were 18 and 49 in 2012 and 2013, respectively. LP mulching was sensitive to low precipitation in terms of aboveground decomposition rate and tomato yield with lower production with respect to control in 2012.WM mulching was sensitive to low precipitation in terms of soil nutrients storage. In conclusion, the effects of LP, WM and HV mulching on soil quality, microbial functions and tomato yield were regulated by precipitation and temperature of the summer in Mediterranean environment. Regarding the weed control, cover crop residues placed in strips suppressed weeds more effectively than incorporated residues. A better nitrogen nutrition and weed control led to an increase in pepper productivity cultivated in vetch mulch strips. Therefore combining legume cover crops and a strip mulching technique to manage cover crop residues, could contribute to effectively increasing the crop productivity and consequently the yield of the following pepper crop. Than it seems that an organic management where were used hairy vetch as cover crop during the winter and mulch during the summer, results to be better respect to a conventional management both as regarding the tomato yield productivity than for the net C soil balance and soil microbial biomass. Moreover the mulching techniques could be considered to be a profitable option for organic and conventional growers seeking a way to reduce the agronomical inputs in a winter cover crop–pepper sequence.

L’approccio sostenibile sembra essere la strada giusta per risolvere il problema della sostenibilità delle attività umane. Tra tutte le attività antropogeniche che hanno avuto un impatto negativo sull’ambiente, l’agricoltura risulta essere il principale settore nel cambiamento dell’uso del suolo, incidendo notevolmente sulla diminuzione delle risorse terrestri e sull’inquinamento ambientale. L’agricoltura sostenibile può essere d’aiuto per risolvere alcuni problemi, come ad esempio l’eccessivo uso di N minerale e/o la diminuzione della sostanza organica causata dalle lavorazioni profonde. All’azienda sperimentale dell’Università degli studi della Tuscia,dal 2011 al 2012, diversi studi sono stati condotti per confrontare la produzione orticola di alcune tecniche agronomiche sostenibili con una gestione invece convenzionale (C) analizzando le dinamiche degli stock di C e i flussi di CO2, l’attività microbica e le proprietà chimiche del suolo, e il controllo delle infestanti. I risultati ottenuti, mostrano differenti aspetti interessanti. Tra tutti i trattamenti adottati nell’esperimento, la veccia (HV)ha mostrato alte influenze positive sulla produzione del pomodoro, in confronto alle altre colture di copertura e al trattamento convenzionale adottate nell’esperimento. Per quanto riguarda i flussi di CO2 dal suolo, questi sono risultati essere influenzati sia dalle condizioni climatiche e sia dal contenuto volumetrico di acqua e dalla temperatura del suolo. Il modello di regressione polinomiale ha evidenziato un optimum di temperatura del suolo e il suo contenuto di acqua differente tra i trattamenti [21.5 °C di media nella paglia di orzo (BS), C and HV, and 18.3 °C nella senape (WM); contenuto volumetrico di acqua di 28% di media in BS, C and HV, 55% in WM, and 87% nella facelia (LP)]. Riguardo al bilancio netto del C nel suolo, la Veccia sembra essere la specie più vantaggiosa utilizzata sia come coltura di copertura che come pacciamatura: infatti nonostante gli output dovuti alla respirazione siano i più alti rispetto alle altre cover, anche gli input di C nel suolo sono i più alti, con un bilancio netto totale in favore del C stoccato nel suolo. E’ quindi possibile riassumere che, l’uso della veccia come pacciamatura su suolo non lavorato, una leggera riduzione di irrigazione (-25%) e un uso razionale dei fertilizzanti azotati possono causare un effetto positivo sul C stoccato nel suolo, e conseguentemente creare migliori benefici all’agroecosistema. Riguardo all’attività microbica e la diversità funzionale del suolo, i risultati hanno mostrato che sono state influenzate nettamente dalle condizioni climatiche, in tutti i trattamenti studiati. In particolare le precipitazioni hanno controllato la disponibilità del C, il quale promuove la diversità microbica funzionale. Nei due anni di sperimentazione, la quantità di precipitazioni da Maggio ad Agosto è stata di 110 mm nel 2012 e di 172 mm nel 2013. Il valore medio dell’indice di aridità è stato di 18 e di 49 nel 2012 e nel 2013 rispettivamente. La pacciamatura di LP è risultata essere sensibile alle basse precipitazioni, in termini di decomposizione della biomassa e di produzione del pomodoro con basse produzioni rispetto al controllo nel 2012. La pacciamatura di WM, invece risulta essere sensibile alle basse precipitazioni in termini di stoccaggio di nutrienti nel suolo. Per cui, in ambiente Mediterraneo, gli effetti della pacciamatura di LP, WM e HV sulla qualità del suolo, sulle funzioni microbiche e sulle produzioni pomodoro sono fortemente regolate dalle precipitazioni e dalle temperature avvenute durante l’estate. Per quanto riguarda il controllo delle infestanti, i residui delle colture di copertura, posizionati in strisce hanno un maggior effetto di soppressione delle infestanti rispetto ai residui incorporati nel suolo. Una migliore fertilizzazione azotata ed il controllo delle infestanti hanno incrementato la produzione del peperone nei campi coltivati con la pacciamatura di Veccia in strisce. Perciò combinando l’uso delle colture leguminose di coperture con la tecnica della pacciamatura in strisce, potrebbe contribuire efficacemente all’incremento della produzione orticola come il peperone. Da tutto ciò si evince che una gestione biologica composta dall’uso della Veccia come coltura di copertura durante l’inverno e pacciamata durante l’estate, risulta essere migliore rispetto alla gestione convenzionale sia per quanto riguarda la produzioni di pomodoro e peperone sia per quanto riguarda il bilancio netto del C nel suolo e la biomassa microbica. Inoltre la tecnica di pacciamatura potrebbe essere considerata un’opzione remunerativa per tutti quei coltivatori, siano essi biologici che convenzionali, che cercano di diminuire gli input agronomici, come gli erbicidi.