Il ricercatore capo Joseph Amsili preleva campioni di colture di copertura presso il Russell E. Larson Agricultural Research Center. Lo studio ha rivelato che le miscele di colture di copertura hanno aumentato gli apporti totali di carbonio al suolo perché avevano contemporaneamente un elevato input di radici e germogli e hanno promosso un maggiore apporto di carbonio dai residui lasciati dal successivo raccolto di mais. Credito:gruppo di ricerca Jason Kaye, Penn State
Per giudicare l'efficacia complessiva delle colture di copertura e scegliere quelle che offrono i maggiori servizi ecosistemici, gli scienziati agrari devono considerare le radici delle piante e la biomassa fuori terra, secondo i ricercatori della Penn State che hanno testato le caratteristiche delle radici delle colture di copertura in tre monocolture e una miscela.
"Quasi tutto ciò che sappiamo sulla crescita delle colture di copertura deriva dalla misurazione delle parti fuori terra, eppure alcuni dei benefici che vogliamo ottenere dalle colture di copertura provengono dalle radici, " ha detto il ricercatore Jason Kaye, professore di biogeochimica del suolo. "Questo studio ci mostra che ciò che vediamo in superficie a volte, ma non sempre, riflette i benefici sotto terra".
Le colture di copertura sono ampiamente utilizzate per aumentare la quantità di carbonio organico restituito al suolo tra colture da reddito come mais, grano e soia, nonché per limitare l'erosione e per fissare o aggiungere azoto al suolo. È noto che le radici delle colture di copertura svolgono un ruolo essenziale nell'aumento dei livelli di carbonio organico nel suolo, Kaye ha notato, ma i tratti della radice che influiscono sui livelli di carbonio variano ampiamente tra le specie di colture di copertura, e questa variazione deve ancora essere caratterizzata.
Recentemente, Kaye ha sottolineato, le miscele di colture di copertura si sono espanse in popolarità come un modo per aumentare la diversità dei benefici delle colture di copertura. Il suo gruppo di ricerca presso il College of Agricultural Sciences ha condotto un esperimento continuo che valuta l'efficacia di varie miscele di colture di copertura dal 2011.
Lo studio ha rivelato differenze di carattere radicale tra le tre importanti colture di copertura annuali invernali:colza, trifoglio cremisi e triticale. La ricerca ha scoperto diversi importanti tratti della radice, compreso l'elevato rapporto radice-germoglio e la grande produzione di radici interfilari per il triticale, che è un ibrido di frumento invernale e segale di cereali. Credito:Giuseppe Amsili, Penn State
Nell'ultimo studio, condotto presso il Russell E. Larsen Agricultural Research Center di Penn State a Rock Springs, recentemente pubblicato in Agricoltura rinnovabile e sistemi alimentari , i ricercatori hanno valutato i trattamenti delle colture di copertura comprese le monocolture di triticale, colza e trifoglio cremisi, nonché una miscela di cinque specie dominata da queste tre specie.
Hanno testato la quantità, qualità e distribuzione spaziale di quelle radici delle colture di copertura per conoscere la variazione del tratto radicale tra le specie, e come tale variazione influisce sul design della miscela. Hanno preso i nuclei delle radici da posizioni interfilari e interfilari a una profondità di circa 16 pollici sia in autunno che in primavera da colture di copertura piantate dopo il grano invernale.
I ricercatori hanno anche valutato gli apporti di carbonio cumulativi per l'intera rotazione per determinare i contributi di carbonio delle colture di copertura e delle radici delle colture da reddito. Hanno misurato la distribuzione verticale e orizzontale della biomassa radicale, il rapporto tra biomassa radicale e biomassa fuori terra, noto come rapporto radice-germoglio, e lo ha messo in relazione con la quantità di azoto nelle piante per determinare come questi parametri differissero tra i trattamenti delle colture di copertura.
I ricercatori hanno prelevato nuclei di radici da posizioni interfilari e interfilari a una profondità di circa 16 pollici sia in autunno che in primavera da colture di copertura piantate dopo il frumento invernale. Credito:Giuseppe Amsili, Penn State
Le miscele di colture di copertura hanno aumentato gli apporti totali di carbonio al suolo perché avevano contemporaneamente un elevato input di radici e germogli e hanno promosso un maggiore apporto di carbonio dai residui delle colture di mais, Kay ha spiegato.
"Il raccolto di mais era più produttivo seguendo le miscele che seguendo le erbe, e mentre raccogliamo molta di quella produttività, alcuni vengono lasciati indietro nei residui, " ha detto. "Penso che questo sia davvero interessante perché mostra che l'effetto delle colture di copertura sul carbonio del suolo non è solo correlato alle proprie radici e germogli, ma anche come influenzano la crescita dei raccolti".
Lo studio ha rivelato differenze di carattere radicale tra le tre importanti colture di copertura annuali invernali, colza, trifoglio cremisi e triticale, ha sottolineato il ricercatore capo Joseph Amsili. La ricerca ha scoperto diversi importanti tratti della radice, Ha aggiunto, compreso l'elevato rapporto radice-germoglio e la grande produzione di radici interfilari per il triticale, which is a hybrid of winter wheat and cereal rye.
Researchers tested the quantity, quality and spatial distribution of cover crop roots such as triticale (shown) to learn about root-trait variation among species, and how that variation impacts mixture design. Credit:Joseph Amsili, Penn State
"The five-species mix was associated with increased quantity and distribution of roots compared to a crimson clover monoculture, which shows the benefits of combining legumes that have limited root biomass with brassica and grass species that produce greater root biomass, but provide more nitrogen, " said Amsili. Now an extension associate in the Soil and Crop Sciences Section in the School of Integrative Plant Sciences at Cornell University, he was a graduate student in the Department of Ecosystem Science and Management at Penn State when he spearheaded the research.
The study is important because the increased knowledge of cover crop root traits it yielded improves the understanding of the linkages between root traits and the services cover crops provide, Kaye explained. Andando avanti, he expects to find cover crops and design cover crop mixtures that deliver unexpected ecosystem benefits and added boosts to cash crops that follow.
Cover crop root distribution patterns of four cover crop treatments are shown in this artist's conception, including (from left) triticale, crimson clover, canola and a five-species mixture. Credit:Joseph Amsili
"We'll now be able to think about what we want to occur in the soil and then design mixtures that have the root traits that are best able to provide those benefits, " he said. "Advancing research on cover crop root traits serves as a strong foundation for designing mixtures with complementary root traits. I envision that we will exploit lots of different cover crop plants for different traits, both above and below ground."
