Sistemi Colturali Biologici ed Ecocompatibili, Presentazione Università

Leguminose in agricoltura biologica

• Introduzione
• Caratteristiche
• Specie principali
• Servizi ecosistemici delle leguminose

Introduzione alle leguminose

I legumi coltivati, ad eccezione di fagiolo e arachide (America) e della soia (Asia orientale), sono tutti originari del bacino del Mediterraneo (o del vicino Oriente) -> coltivati da millenni per loro valore nutrizionale, apporto energetico e conservabilità. Rappresentano la seconda famiglia più importante in agricoltura dopo le graminacee. Utilizzati per granella o per foraggio. Inizialmente coltivati in sistemi di tipo orticolo, nel medioevo passano al pieno campo. Molte specie tipiche delle zone europee (ceci, lenticchie, fave ... ) soppiantate da fagioli e piselli dall'XIX secolo in poi. Recupero di importanza alimentare dagli anni '70 in poi. In Italia i legumi più utilizzati per alimentazione umana sono: fagioli, piselli, lenticchie e ceci. Arachide e soia usati per produrre olio. In Europa i legumi sono in espansione per cercare di ridurre la dipendenza dall'importazione di proteine. Le leguminose hanno la potenzialità di migliorare i sistemi colturali EU rendendoli più produttivi (meno input di N sintetico, riduzione GHG, maggiore diversificazione dei sistemi). Tale combinazione di servizi pone importanti sfide per agricoltori, decisori politici e food system in generale.

Legumi: un cambio di ruolo necessario

I legumi coltivati in UE sono in declino da circa 50 anni, durante i quali l'UE è diventata esportatore di altre commodities. Se prendiamo però le proteine, l'UE è autosufficiente al 69% (FAOSTAT, import+ EU production - export). Se consideriamo commodities ad alto contenuto proteico l'UE è in deficit per il 71% (di cui il 90% è sanato con importazione di soia). Dal 1961 al 2011 -> incremento di produzione e consumo di carne da 822 a 993 kcal pro-capite al giorno (+400% avicoli e +170% suini) Scollegamento tra produzione e suolo, importazione massiccia di soia (crisi BSE, 1990)

45 40 35 Production or import (Mt) Soybean, imports (net) 30 25 - Pig meat 20 15 Poultry meat 10 Pulse production 5 Ruminant meat 0 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996 2001 2006 2011 FAOSTAT, 2016

Servizi ecosistemici dei legumi

Provisioning

Cibo Importanti, proteine tra il 20 e il 45% con profilo amminoacidico complementare ai cereali. Flavonoidi e altri antiossidanti importanti per la salute. Forte potenziale nel rimpiazzare prodotti a base di carne -> Davis et al. (2010) studio sull'impatto di sostituzione di carne con legumi (mediante LCA). Concentrati e foraggi per zootecnia Adatti ai ruminanti (meno problemi con fattori antinutrizionali), per i monogastrici da valutare alcuni processi (decorticazione, ammollo, fioccatura ... ) Molti studi confermano la possibilità di sostituire i panelli di estrazione con leguminose (soprattutto pisello, favino e lupino) Questo non è un aspetto che interessa l'AB, ma la pratica agricola convenzionale. Interessante per acquacoltura (farine di favino-> basso contenuto saponine 0.4% vs. 4% della soia)

Supporting and Regulating

BNF Aspetto chiave, dipende da specie e da condizioni esogene (temperatura e disponibilità idrica e di N minerale). Importante anche la %Ndfa (effetto della competizione). Gestione N e effetti rotazione Effetto positivo su nutrienti, SOM, struttura -> aumento resa colture successive. Dipende da livello INPUT: vedi tabella -> Effetto combinato di N effect e di break-crop (diversificazione, effetto su microbi del suolo, infestanti, patogeni) Effetto diretto derivante da aumento di livelli di H2 nel suolo (sottoprodotto dell'Nfix), stimolo batteri H2-utilizzatori e di conseguenza altre popolazioni PGPR bacteria (Dong et al., 2003; Golding and Dong, 2010). Effetti sulla nutrizione P -> bio-mobilizzazione mediante essudati ricchi di carbossilati e altri composti solubilizzanti il P

Precrop Crop N Rate Yield Effect Country Source (kg ha-1) (%) (kg ha-1) No Fertilization (0 kg N ha-1) Pea Wheat 0 114 3109 DE, Thuringia Albrecht and Guddat (2004) Wheat 0 135 2700 UK, McEwen et al. Rothamsted (1989) Faba bean Wheat 0 104 2759 DE, Thuringia Albrecht and Guddat (2004) Wheat 0 156 3125 UK, McEwen et al. Rothamsted (1989) Barley 0 75 1248 UK, Dyke and Slope Rothamsted (1978) Oats 0 27 920 DE Justus and Köpke (1995) Wheat 0 36 1092 ES, Andalucia Melero et al. (2011) Narrow- leafed Wheat 0 100 1750 DE, Thuringia Albrecht and Guddat (2004) lupin Oilseed rape Wheat 0 11 434 AT, Lower Dachler and Kochl (2003) Moderate Fertilization (20-90 kg N ha-1) Pea Wheat 77 24 1267 DE, Bavaria Panse et al. (1994) Rye 45-80 6 550 CH Charles and Vuilloud (2001) Faba bean Wheat 38 26 1085 UK, Boxworth Bowerman and Clare (1976) Wheat 50 72 2153 UK, Prew and Dyke Rothamsted (1979) Barley 61 19 540 UK, Dyke and Slope Rothamsted (1978) Watson et al., 2017

Servizi ecosistemici dei legumi: Supporting and Regulating (continuazione)

BNF Aspetto chiave, dipende da specie e da condizioni esogene (temperatura e disponibilità idrica e di N minerale). Importante anche la %Ndfa (effetto della competizione). Gestione N e effetti rotazione Effetto positivo su nutrienti, SOM, struttura -> aumento resa colture successive. Dipende da livello INPUT: vedi tabella -> Effetto combinato di N effect e di break-crop (diversificazione, effetto su microbi del suolo, infestanti, patogeni) Effetto diretto derivante da aumento di livelli di H2 nel suolo (sottoprodotto dell'Nfix), stimolo batteri H2-utilizzatori e di conseguenza altre popolazioni PGPR bacteria (Dong et al., 2003; Golding and Dong, 2010). Effetti sulla nutrizione P -> bio-mobilizzazione mediante essudati ricchi di carbossilati e altri composti solubilizzanti il P

Precrop Crop N Rate Yield Effect Country Source (kg ha-1) (%) (kg ha-1) Vetch Barley 30 23 550 CY, Papastylianou (2004) Grain Durum 80 1 72 IT, Sicily Giambalvo et al. (2004) Oilseed Wheat 20-90 9 490 AT, Lower Dachler and Kochl (2003) High Fertilization (>100 kg N ha-1) Pea Wheat 195 22 1608 DE, Bavaria Panse et al. (1994) Wheat 190-240 22 1600 UK, McEwen et al. Rothamsted (1989) Rye 90-140 5 500 CH, Changins Vuilloud (2001) Faba bean Barley 122 14 425 UK, Dyke and Slope Rothamsted (1978) Wheat 195 23 1528 DE, Bavaria Panse et al. (1994) Wheat 150 5 275 UK, Bowerman and Clare (1976) Wheat 170 2 153 DE, Soest Luetke-Entrup et al. (2006) Wheat 50-150 63 1310 ES, Andalucia López-Bellido and López-Bellido, 2001 Narrow- Wheat leafed lupin Chickpea Wheat 50-150 44 915 ES, Andalucia López-Bellido and López-Bellido, 2001 Oilseed rape Wheat >100 3 197 AT, Lower Dachler and Kochl (2003) Watson et al., 2017 170 42 2753 DE, Gülzow Luetke-Entrup et al. (2006) Athalassa legumes wheat rape Charles and Boxworth

Lisciviazione e emissioni N2O

Lisciviazione Aspetto critico, attenzione a fertilità residua, gestire appropriatamente le rotazioni. Senza CC il rischio di perdita di N post- raccolta è notevole (Plaza-Bonilla et al., 2015). Uso consociazioni con graminacee (Tosti et al., 2014) rappresenta un'ottima misura preventiva, oppure accorciare i tempi in cui il suolo rimane scoperto dopo la raccolta della leguminosa (CC estive, trasemine interfila) Con approccio di sistema, rotazioni ben costruite anche se più ricche di leguminose sono comunque da preferire poiché riducono I'N lisciviato (+1/-7 kg di N /ha; Reckling et al., 2016). Emissioni N2O Emissione ridotta rispetto a colture fertilizzate con N (1.3 vs. 3.2 kg/ha/y; Jensen et al., 2012). Importante risparmio di emissioni indirette (Nemecek et al., 2015; 2018) grazie al risparmio dell'apporto di N sintetico (in sistemi convenzionali). In convenzionale questo aspetto è però controbilanciato da un maggiore uso di agrofarmaci

Biodiversità e adattamento

Biodiversità Diversificazione delle rotazioni (spazio e tempo) -> in convenzionale controbilanciato da maggiore uso di agrofarmaci. Specie molto importanti per insetti pronubi in generali e per api in particolare. Aumento di massa e numerosità di decompositori invertebrati. Influenza positiva anche su biodiversità del suolo a livello microbico (sempre da considerare in rotazioni adeguate). Adattamento Espansione areali di lenticchia e ceci (Centro e Sud Europa) soia e lupino (Nord Europa)

Famiglia Leguminosae (o Fabaceae) - Inquadramento botanico

Fiore zigomorfo Vessillo Carena Ala Stame libero Peduncolo Calice Tubo degli stami Pistillo http://it.wikipedia.org/wiki/File:Wisteria_sinenis_anatomia_it.png Baccello o legume (a due valve) Seme "vero" con 2 cotiledoni ricchi di proteine Tegumenti "duri" ilo Germinazione A - epigea (fagiolo, soia, lupino, arachide) B - ipogea (cece, pisello, fava, lenticchia) B A Da Baldoni

Chiavi di riconoscimento (foglie)

Pisum sativum Pisum arvense .2-3 paia di foglioline Fiori bianchi Fiori violetti Cicer arietinum Faba . Pubescente .6-7 paia di foglioline . Margine seghettato .4-8 paia di foglioline ·Stipole molto grandi · Cirro terminale · Cirro terminale Lens culinaris .1 paio di foglioline lanceolate · Cirro terminale · Stipole visibili IMPARIPENNATE PARIPENNATE Lathyrus sativus PALMATO COMPOSTE TRIFOGLIATE Pianta tomentosa Pianta poco o affatto tomentosa ·Picciolo lungo .5-9 foglioline Glycine max . Pagina inferiore tomentosa · Fiori bianchi vistosi · Foglie ruvide e bollose · Foglie lisce e lucide . Fiori in racemi ascellari · Fiori in racemi terminali Phaseolus Vigna . Appendice terminale lesiniforme · Fusto a sezione quadrangolare . Fiori con ala macchiata · Racemi terminali Lapinus albus

Importanza alimentare e caratteristiche della granella

Proteine e grassi

Granella facilmente conservabile e altamente proteica (20-40%), valori simili a quelli della carne. Importante per: · Alimentazione umana (granella secca o prodotto fresco) · Alimentazione bestiame (foraggi, granella, residui agroindustria) · Sovescio e gestione fertilità del suolo

Caratteristiche della granella

· Basso contenuto di amminoacidi solforati (cisteina e metionina) . Buon contenuto di lisina Ottima qualità proteica per miscele cereali-leguminose Difetti qualitativi: .Gusto non neutro · Presenza di zuccheri non digeribili (stachiosio, verbascosio, raffinosio) . Presenza di sostanze tossiche (alcaloidi, aminoacidi non proteici e neurotossine) · Presenza di sostanze antimetaboliche (antitripsinici)

Processo di azotofissazione simbiotica

FISSAZIONE DELL'AZOTO Tubercolo NITROGENASI + Fe + Mo N2 + 8H+ H2 + 2NH3 Radice MgATP ->MgADP Energia dal metabolismo della pianta ospite Sostanze azotate alla pianta ospite