Gestione dell'acqua in risaia: effetti sulla composizione della soluzione del suolo e implicazione agroambientali

Alternating redox conditions in paddy soils influence important processes in soil by controlling the biogeochemical cycling of elements, the loss of nutrients from rice paddies to surface and subsurface waters, soil organic matter stabilization and methane and nitrous oxide emissions. The aim of this study is to evaluate the interaction between changes in soil redox conditions and element cycling as a function of different water management practices in rice cropping systems. The research was carried out in an experimental platform in Castello d'Agogna (PV, Italy) where three water management practices were compared. ¿ FLD rice cultivation under traditional submerged conditions; ¿ DRY seeding under dry soil conditions and delayed flooding; ¿ IRR seeding under dry soil conditions and rotation irrigation. Water samples were collected at regular intervals from April to September from porous ceramic suction cups (25, 50, 75 cm) and from V-notch (150 e 300 cm) and subsequently analyzed for DOC, SUVA, Fe2+, organic and inorganic N and phosphate. DOC concentrations in soil solutions were generally higher in FLD and DRY treatments with respect to IRR throughout the cropping season. Higher DOC contents after field flooding in FLD and DRY treatments also corresponded to higher concentrations of Fe (II), higher SUVA and pH, and negative Eh. This suggests that, following anaerobiosis, desorption of aromatic molecules from iron (idr)oxides occurred. These trends were not observed in the IRR treatment. These differences in DOC contents between treatments could possibly explain the increasing trend in cumulative methane emissions in the order IRR<DRY<FLD. Water management practices also influences N dynamics, principally nitrification and denitrification with consequent nitrogen losses. Under the predominantly reducing conditions of the FLD treatment, nitrification was limited at all depths consequent to low oxygen concentration. In DRY and IRR high NO3- concentration at all depths was observed as result of greater nitrification and leaching along the soil profile. Denitrification/nitrification processes following the oscillating redox conditions led to N losses also into atmosphere with consistent N2O emissions in IRR treatment. The results of this field study show that the irrigated system allow to reduce water consumption, but it has negative effects on nutrient availability, fertilizer efficiency and rice yield, losses of DOC and nitrates to surface and subsurface waters, as well as a higher potential to produce N2O. Compared to the traditional practice, the system with dry seed showed the best compromise between rice yield, water management and environmental implications, despite the criticism of a high water demand concentrated in a single moment.

L'alternanza delle condizioni di ossido-riduzione nei suoli di risaia influenza importanti processi nel suolo, in particolare controlla i cicli biogeochimici degli elementi nutritivi, le perdite di essi dal suolo verso le acque superficiali e sotterranee, la stabilizzazione della sostanza organica e le emissioni di metano e protossido d'azoto verso l'atmosfera. Lo scopo dello studio è quello di valutare le interazioni tra il cambiamento delle condizioni redox del suolo e il ciclo degli elementi in funzione di diverse gestioni dell'acqua. La ricerca è stata condotta in una piattaforma sperimentale situata a Castello d'Agogna (PV) dove sono state messe a confronto tre diverse gestioni dell'acqua: ¿ FLD riso coltivato con gestione tradizionale dell'acqua e con semina in sommersione; ¿ DRY semina in asciutta e sommersione dopo 40 giorni; ¿ IRR semina in asciutta e bagnature turnate. I campioni delle acque sono stati raccolti a intervalli regolari da aprile fino a settembre 2012 da coppe porose alla profondità di 25, 50 e 75 cm e da piezometri alla profondità di 150 e 300 cm, e analizzati per la determinazione di DOC, SUVA, Fe2+, azoto organico, inorganico e fosfato. Le maggiori concentrazioni di DOC in soluzione sono generalmente presenti nei trattamenti FLD e DRY rispetto all'IRR durante tutta la stagione colturale per effetto della sommersione prolungata. Le elevate concentrazioni di DOC corrispondono anche ad un incremento nelle concentrazioni di ferro ridotto, ad elevati valori di SUVA e di pH e a valori di Eh particolarmente negativi. Questi suggeriscono un maggior desorbimento di molecole aromatiche associate alle superfici degli ossidi di ferro. Questi andamenti sono meno evidenti nel trattamento IRR. Le differenze del contenuto di DOC tra i trattamenti possono inoltre spiegare le differenze nelle emissioni di metano, che risultano essere nell'ordine FLD > DRY > IRR. Le diverse gestioni dell'acqua influenzano anche le dinamiche dell'azoto e in particolare i processi di nitrificazione e denitrificazione, con la conseguente perdita di azoto dal suolo. In condizioni di forte riduzione, nel trattamento FLD, i processi di nitrificazione sono inibiti a tutte le profondità per la scarsa presenza di ossigeno. Nel DRY e nell'IRR, invece, si osservano elevate concentrazioni di nitrato a tutte le profondità, indice dell'avvenuta nitrificazione e del fenomeno della lisciviazione lungo il profilo del suolo, determinando importanti perdite di N. Ulteriori perdite possono verificarsi verso il comparto atmosferico attraverso i processi di denitrificazione/nitrificazione, influenzati anch'essi dalle differenti condizioni redox. Le maggiori emissioni di N2O sono state misurate dal trattamento IRR. Si può quindi affermare che in un'ottica di risparmio idrico si dovrebbe applicare la gestione irrigata, che però implicherebbe, in aggiunta all'incremento della produzione di protossido d'azoto, anche una diminuzione dell'efficienza della fertilizzazione azotata e un minor contenuto di DOC che si rispecchia in una minore resa produttiva. Rispetto alla gestione tradizionale la semina in asciutta, pur presentando la criticità di un'elevata richiesta idrica concentrata in un unico momento, risulta essere il miglior compromesso tra produzione, gestione idrica ed implicazioni ambientali.