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Agricoltura moderna
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I legumi sono stati usati come pascoli e colture di fieno nel corso della storia. Sono foraggi di alta qualità che migliorano l'aumento di peso del bestiame, riducono i problemi delle endofite della festuca, prolungano la stagione di pascolo e riducono gli apporti di fertilizzanti azotati a causa della fissazione dell'azoto (N). L'associazione unica dei legumi con i batteri della rizobia per fissare N è un processo spesso promosso ma anche ampiamente frainteso.
La quantità totale di N fissata dipende dalle specie di leguminose e dalla popolazione nel campo. La quantità riportata di N fissata da popolamenti pieni da diverse specie di leguminose varia ampiamente. Ad esempio, N fissato da veccia pelosa varia da 50 a 150 libbre per acro e per l'erba medica l'intervallo riportato è da 128 a 250 libbre per acro (Tabella 1). Legumi annuali come il cremisi o il trifoglio a foglia di freccia fissano N a una velocità maggiore rispetto ai legumi perenni, ma stagioni di crescita più lunghe consentono ai legumi perenni di fissare una quantità totale maggiore di N.
A causa dell'elevata quantità potenziale di N disponibile dalla fissazione, i legumi sono promossi come fonte di fertilizzante N libero. Il lavoro svolto in Arkansas ha mostrato che nei popolamenti di festuca, la resa del foraggio era simile in diversi tassi di fertilizzante N (Tabella 2). Risultati come questo e studi simili hanno portato alla convinzione comunemente errata che i legumi fissino l'azoto e lo rilascino nel terreno per l'uso da parte delle erbe da compagnia nella miscela. Tuttavia, i legumi non condividono liberamente N con le erbe perché ciò creerebbe una maggiore concorrenza che minaccerebbe la sopravvivenza della pianta delle leguminose.
Un processo costoso
La fissazione simbiotica dell'N consente ai legumi di crescere in un ambiente carente di N. La fissazione dell'azoto è un processo biologicamente costoso sia per la pianta delle leguminose che per i batteri della rizobia responsabili della fissazione dell'N. I batteri infettano le radici dei legumi, che fanno sì che la radice formi un nodulo dove vivono e svolgono il loro lavoro i rizobi.
I batteri della rizobia fissano l'N dall'aria che si trova nel terreno e i legumi traggono vantaggio dall'N fisso. A sua volta, il legume fornisce carboidrati e zuccheri dalla fotosintesi alla rizobia. Ogni organismo ottiene i nutrienti necessari dall'associazione. La fissazione dell'azoto promuove direttamente la crescita delle leguminose senza la necessità di fertilizzazione N. L'aumento della crescita dell'erba è solo un effetto indiretto della fissazione dell'N.
Le piante usano N da varie fonti tra cui neve o pioggia, che possono contribuire da 5 a 10 libbre di N per acro all'anno; sostanza organica del suolo (OM), che può contribuire da 10 a 30 libbre di N per acro all'anno per ogni unità percentuale di OM nel suolo; fertilizzante o letame animale, che varia in base al tasso di applicazione; e N fissato dai legumi.
Quando N viene applicato attraverso letame animale o fertilizzante, la fissazione di N si interrompe perché i legumi utilizzeranno N libero da altre fonti proprio come fanno le erbe. Tuttavia, le erbe sono più competitive per N rispetto ai legumi. I legumi hanno generalmente foglie orientate orizzontalmente, mentre le erbe sono orientate più verticalmente. Man mano che le erbe crescono più alte a causa dell'aggiunta di N, ombreggiano le piante di leguminose. L'ombra pesante riduce anche i tassi di fissazione dell'N.
Quindi, l'aggiunta di N non ha un impatto negativo diretto sulla pianta delle leguminose, ma l'effetto netto è una maggiore concorrenza delle erbe, che affollano le leguminose dal manto erboso. Uno studio dell'Arkansas ha mostrato che la percentuale di trifoglio in una zolla di trifoglio bermudagrass è diminuita della metà per ogni incremento aggiuntivo di fertilizzante N utilizzato (Tabella 3).
La maggior parte è nella crescita principale
È importante notare che i noduli radicolari sono la fabbrica, ma non il magazzino N. Una ricerca condotta in Texas da Gerald Evers ha mostrato che fino al 90% di N si trova nella crescita più alta dei legumi annuali. Nei legumi perenni, circa il 70-80% di N si trova nella crescita superiore della pianta. La crescita superiore dei legumi contiene in genere dal 2,5% al 4% di N, che equivale a circa 50-80 libbre di N per tonnellata di sostanza secca (DM) del foraggio.
Il lavoro svolto in Virginia ha mostrato che un popolamento del 53% di trifoglio rosso o del 59% di erba medica coltivata con festuca alta fissava N sufficiente per una resa totale di DM di 4,7 e 5,8 tonnellate per acro, rispettivamente. La crescita massima dei legumi è stata compresa tra il 2,8% e il 2,9% N.
Tre modalità di trasferimento
Se la N fissa si trova nella crescita superiore della pianta e non è condivisa liberamente con le erbe da compagnia nel popolamento, come raggiunge le erbe e le altre piante nel manto erboso?
Esistono tre meccanismi principali per il trasferimento di N. Il più piccolo di questi tre percorsi è attraverso il contatto radice-radice e le associazioni di funghi micorriza. Gli altri due percorsi principali sono il ciclo vegetale-animale attraverso il pascolo e il decadimento delle piante. Di gran lunga, il percorso di trasferimento più ampio è quello di ciclare il materiale vegetale attraverso animali al pascolo, per lo più in superficie, ma anche da erbivori sotterranei.
Solo una piccola quantità proporzionale di N viene trattenuta nel corpo dell'animale al pascolo. Fino all'80-90% dell'N ingerito viene escreto nelle urine e nelle feci. Circa il 50% dell'N nelle urine viene perso per volatilizzazione.
Chiaramente, il sistema presenta delle perdite e non tutta la N fissa viene catturata nel terreno. Inoltre, l'uso dell'N escreto dalle erbe dipende dalla distribuzione degli escrementi attraverso il pascolo. I ricercatori hanno dimostrato che solo dal 14% al 22% circa della superficie dei pascoli è coperto da questo trasferimento ogni anno.
La gestione del pascolo e il tasso di allevamento influenzano la distribuzione. Più letame e urina tendono a essere concentrati vicino all'acqua e all'ombra a bassi tassi di allevamento e in sistemi di pascolo continuo. Una maggiore quantità di N è distribuita nel pascolo a tassi di allevamento elevati e in sistemi a rotazione.
È diverso nei campi di fieno
Nei sistemi di fieno, la maggior parte della crescita superiore contenente N viene rimossa, quindi entra in gioco un meccanismo di trasferimento secondario. Il secondo più grande percorso di trasferimento di N dopo il pascolo è attraverso la decomposizione delle piante. Quando le piante vengono pascolate o raccolte per il fieno, le radici muoiono provocando noduli staccati. La normale maturazione e il danno delle piante provocano anche la morte di corone, foglie e steli. Queste parti della pianta devono decadere per azione di batteri e funghi per rilasciare N nel tempo.
Questo percorso può essere una significativa fonte di N nei sistemi di erba della stagione calda in cui un'erba come il bermudagrass è sovraseminata con leguminose annuali. Quando il legume annuale matura e muore in tarda primavera, i residui vegetali si decompongono, rilasciando N per l'uso da parte dell'erba della stagione calda durante l'estate. Uno studio del Texas ha mostrato che una combinazione di trifogli annuali invernali sovraseminati in bermudagrass ha prodotto tanto DM quanto bermudagrass fertilizzato con l'equivalente di 113-142 libbre per acro di N.
La fissazione dell'azoto richiede tempo
C'è un tempo di ritardo dopo la semina per l'inizio della nodulazione e della fissazione dell'N. Questo periodo è di circa tre settimane dopo l'emergenza della pianta. La fissazione dell'azoto è più bassa durante l'anno di stabilimento per le piante perenni e raggiunge oltre il 90% entro il secondo o terzo anno.
Uno studio dell'Arkansas ha mostrato che la percentuale di trifoglio o erba medica è aumentata in quattro anni quando questi legumi sono stati interseminati nei pascoli di bermudagrass. L'aumento di peso corporeo del vitello per acro tendeva a migliorare con l'aumento della percentuale di legumi nel corso dello studio quadriennale, in particolare per l'erba medica, ma l'aumento era generalmente inferiore nei trattamenti non a base di legumi in cui veniva applicato fertilizzante N. È interessante notare che i guadagni di vitello per acro sono diminuiti drasticamente durante un anno di grave siccità per i trattamenti con fertilizzanti N, ma sono rimasti più stabili negli anni nei trattamenti con leguminose (Figure 1 e 2).
I legumi sono foraggi importanti e riducono la necessità di N input. Sapere come funziona il ciclismo N nei sistemi di foraggio è fondamentale per fare un uso efficace di questi foraggi. Un concetto importante da comprendere è questo:la crescita del foraggio dalla fissazione N è un processo, mentre la crescita del foraggio dalla fecondazione N è un evento occasionale.
Questo articolo è apparso nel numero di aprile/maggio 2020 di Hay &Forage Grower alle pagine da 6 a 8.
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