Si può definire l’agronomia come lo studio dei fattori che influenzano la produttività delle piante coltivate, al fine di ottenerne la migliore efficienza dal punto di vista della produzione, rispettando l’equilibrio dell’ambiente in cui cresce la coltura.

La vita sulla terra è resa possibile dagli scambi energetici che avvengono tra gli organismi presenti nella biosfera. Tutte le piante hanno la capacità di utilizzare l’energia luminosa, rendendola disponibile sotto forma di zuccheri che, entrando nel metabolismo cellulare, vengono trasformati nelle altre molecole organiche di cui l’organismo vivente ha bisogno (proteine, lipidi, acidi nucleici). L’accumulo delle sostanze ottenute tramite la fotosintesi avviene in organi specifici della pianta, quali ad esempio semi, frutti, tuberi; gli animali che si cibano di questi organi acquisiscono così le sostanze necessaria alla loro sopravvivenza.

L’avvento dell’agricoltura ha modificato profondamente il rapporto tra gli esseri umani e le piante: se nel periodo in cui l’uomo si nutriva attraverso la caccia e la raccolta la sua sopravvivenza era legata alla quantità di cibo disponibile, nel passaggio alla coltivazione delle piante a scopo alimentare si è sviluppata la necessità e insieme il desiderio di ottenere dalla pianta la maggior resa possibile in termini di cibo. Tutte le scelte fatte da quel momento in poi, consapevolmente o meno, avevano come finalità l’aumento della produttività delle colture.

La selezione operata dall’uomo durante il processo di domesticazione ha portato alla costituzione di fenotipi profondamente diversi da quelli originari. In Tabella 1 sono descritte alcune caratteristiche che erano presenti nelle specie selvatiche e sono andate perse quando le stesse specie hanno cominciato a essere coltivate. I tipi coltivati hanno perso la capacità di disperdere i semi e alcuni fattori di resistenza ai parassiti, diventando quindi meno competitivi in condizioni di crescita naturali, ma hanno acquisito in cambio una più elevata produttività e la possibilità di diffondersi e adattarsi in ambienti diversi da quelli di origine.

 Tabella 1. Differenze tra le forme selvatiche e quelle coltivate delle specie di interesse agrario

Fonte: Cardi T. et al., 2004

 Il concetto di ideotipo

In termini moderni, la produttività di una coltura può essere definita come l’efficienza di conversione dell’energia luminosa in sostanza secca presente nelle parti della pianta che vengono raccolte a scopo alimentare. Quindi, fatte salve le condizioni ambientali e meteorologiche più o meno favorevoli su cui non è possibile intervenire, e messe a punto le condizioni colturali più adatte alla crescita della pianta, l’aspetto che rimane da definire è come deve essere la pianta per esprimere al meglio le sue potenzialità produttive. In un articolo pubblicato nel 1968 sulla rivista Euphytica, C.M. Donald (1910-1985) propose per la prima volta l’idea di utilizzare le conoscenze acquisite sulla genetica e la fisiologia vegetale per costruire un “modello” di pianta che fosse teoricamente capace di una produttività superiore per quantità e qualità a quella delle varietà esistenti. Da qui nasce il concetto di ideotipo: una pianta coltivata che riassume in sé tutti le caratteristiche morfologiche, fisiologiche o chimiche per dare il massimo rendimento nelle condizioni di crescita. Ad esempio, l’ideotipo di frumento secondo Donald doveva essere una varietà caratterizzata da bassa competitività, taglia della pianta ridotta, foglie poco numerose e con portamento eretto, basso indice di accestimento ed elevata efficienza fotosintetica. Un aspetto da considerare in questo modello è che le piante ideali devono possedere una bassa capacità competitiva, in modo da minimizzare la competizione tra le piante all’interno della coltura. Per guadagnare in capacità produttiva, quindi, le piante coltivate diventano più suscettibili agli organismi patogeni, ma anche più dipendenti dagli interventi colturali attuati dall’uomo, quali concimazione, irrigazione e così via.

La variabilità genetica esistente è la base di partenza per l’ottenimento dell’ideotipo di una coltura. La selezione deve essere fatta in base alle caratteristiche morfologiche e fisiologiche delle varietà disponibili, prendendo in considerazione anche i parametri dell’ambiente in cui la coltura dovrà crescere. Il primo step di questa selezione è perciò la descrizione dei materiali di partenza in base a fattori quali la lunghezza del ciclo vegetativo, l’altezza e il portamento del fusto, la resistenza a freddo, allettamento o ai patogeni, la capacità adattativa, la potenzialità produttiva in termini di quantità e qualità.

 Harvest index e Leaf area index

L’idea di esprimere l’efficienza della produzione di granella di una coltura mediante un indice venne all’agronomo inglese Edwin Sloper Beaven (1857 – 1941), uno dei più grandi breeder di orzo della prima metà del ventesimo secolo. Beaven usò il termine “coefficiente di migrazione”, considerando che il peso del seme (per fare un esempio legato ai cereali) non è legato al peso della pianta intera, ma dipende dall’efficacia con cui gli zuccheri prodotti dalla fotosintesi nelle foglie vengono traslocati (quindi “migrano”) ai tessuti del seme. Il termine moderno è harvest index (indice di raccolto, HI) e rappresenta il rapporto tra la produzione in sostanza secca dei tessuti con valore economico (nel nostro caso, la granella che viene raccolta) e la produzione in sostanza secca dell’intera pianta, radici escluse. Il valore di HI, per definizione, è inferiore all’unità: varietà differenti della stessa coltura possono avere la stessa produttività in termini di parti vegetative della pianta, ma differire significativamente per la produttività in termini di semi, quindi avere valori di HI molto diversi.

La valutazione dell’HI viene applicata soprattutto alle colture di frumento, orzo, riso e alle leguminose, mentre risulta poco usata ad esempio per il mais. I valori di HI delle varietà moderne più intensamente coltivate si collocano tra 0.4 e 0.6; in generale durante il 1900 si è osservato un aumento progressivo dei valori, nella maggior parte dei casi come conseguenza di un aumento del numero dei semi prodotti associato a un peso dei semi singoli piuttosto stabile.

Un altro parametro numerico associato alla produttività è l’indice di area fogliare (leaf area index, LAI), definito come l’area totale di tessuto fotosintetizzante (quindi delle foglie) per unità di superficie del terreno ed espresso in metri quadrati di fogliame su metro quadro di suolo (m²/m²). Il valore 0 del LAI corrisponde al suolo nudo, mentre il valore per i vari tipi della vegetazione è espresso da un numero positivo, più frequentemente compreso fra 3 e 7. Il LAI è un parametro dinamico, che può variare di giorno in giorno e, nelle specie pluriennali come le piante forestali, è legato anche all’età della pianta. Il LAI è un parametro importante per la valutazione della produttività, in quanto può fornire informazioni sulla capacità di immagazzinamento di CO₂ delle piante.

 Prove di confronto varietale

In qualsiasi punto del processo di miglioramento genetico per produzione è importante verificare in campo l’effettiva capacità produttiva dei materiali selezionati, ma questo aspetto viene di solito affrontato nelle ultime fasi, quando il quantitativo di seme disponibile è sufficiente ad allestire delle prove agronomiche di confronto varietale. Le varietà o ibridi da valutare vengono seminati in parcelle sperimentali replicate (Figura 1), insieme a materiali già in commercio di comprovata capacità produttiva (tester), secondo uno schema sperimentale che consente l’analisi statistica dei risultati.

figura 1 - Varietà di frumento in prova agronomica

Foto: T. Notario.

 L’organizzazione delle prove agronomiche in un network comprendente più località oppure in anni diversi permette inoltre di valutare la capacità di adattamento dei genotipi a condizioni ambientali e climatiche differenti. Sulla base dei risultati ottenuti dalla sperimentazione vengono compilate le liste delle varietà consigliate per i diversi ambienti.