Uniformità di emergenza nel mais

Preparare un raccolto di successo

La semina è uno dei passaggi più critici per massimizzare il potenziale produttivo del mais. L’obiettivo è ottenere una disposizione “a steccato”: piante equidistanti, che emergano contemporaneamente e che poi producano spighe di dimensioni uniformi.

Numerosi studi hanno analizzato negli anni gli effetti dell’uniformità di emergenza e della spaziatura sulla resa del mais. Tra i due fattori, l’emergenza uniforme si è rivelata generalmente più influente (Liu et al., 2004; Doerge et al., 2015).

Le piante che emergono in ritardo rispetto alle vicine sono meno competitive e tendono a produrre spighe più piccole. Se queste piante tardive sono numerose, l’intera resa del campo può risentirne.

L’importanza di un’emergenza uniforme è nota da tempo e rimane una priorità per agricoltori e agronomi, che cercano di ottimizzare ogni dettaglio della semina per massimizzare la resa. Con l’aumento delle produzioni grazie soprattutto a densità di impianto più elevate, è sempre più rilevante capire quale livello di uniformità sia necessario in ambienti ad elevata produttività.

Figura 1: emergenza di piante di mais

Perché un’emergenza uniforme è così importante nel mais

L’emergenza uniforme è cruciale perché le piante competono intensamente per le risorse – soprattutto la luce solare (Satorre e Maddonni, 2018) – e gli ibridi moderni hanno una scarsa plasticità vegetativa e riproduttiva (Rotili et al., 2021).

A differenza di altre graminacee, dove una singola pianta può produrre più germogli e infiorescenze, la selezione nel mais ha favorito un fenotipo compatto a culmo singolo, tollerante allo stress da affollamento e in grado di produrre costantemente una sola spiga ben formata in condizioni di alta densità. A basse densità le piante possono produrre più spighe, ma la capacità di convertire un lieve vantaggio di accesso alle risorse in una resa maggiore resta limitata. Questa scarsa plasticità rende l’emergenza uniforme molto più rilevante rispetto ad altre colture come la soia (Andrade e Abbate, 2005). La soia, infatti, è altamente adattabile: le piante vicine a spazi vuoti possono sviluppare ramificazioni e foglie supplementari, catturare più luce e formare più baccelli. Un certo grado di perdita di piante è normale in un campo di soia, e la risposta della resa della soia alla densità di impianto è relativamente bassa. Finché si ottiene una chiusura completa delle file, la densità e la distribuzione delle piante hanno un peso minore sulla resa complessiva.

Il mais, invece, non ha la stessa capacità compensativa. Una pianta accanto a uno spazio vuoto o a una pianta debole può trarre un vantaggio relativo, ma non abbastanza da compensare la perdita di resa della pianta mancante o sottosviluppata (Liu et al., 2004; Doerge et al., 2015; Novak e Ransom, 2018). Le disformità nelle dimensioni delle piante penalizzano quindi la resa complessiva (Figura 2) e il momento dell’emergenza è un fattore chiave nel determinarne la relativa taglia, (Nafziger et al., 1991; Ford e Hicks, 1992; Carter et al., 2001; Liu et al., 2004; Novak e Ransom, 2018).

Figura 2: potenziale produttivo di mais con emergenza ritardata o irregolare. Basato sui dati di Carter, P.R., E.D. Nafziger e J.G. Lauer, Uneven Emergence in corn, North Central Regional Extension Publication No. 344. Clicca per ingrandire

Impatto sulla resa dell’emergenza non uniforme

Gli studi sull’emergenza del mais mostrano che un ritardo anche breve può ridurre significativamente la resa della singola pianta. Una pianta che emerge molto dopo le vicine, parte con uno svantaggio competitivo da cui non riesce a recuperare. La competizione inizia già intorno allo stadio V4 e si intensifica nella fase di crescita vegetativa e levata, tra V7 e V13 (Maddonni e Otegui, 2004). Le differenze tra piante avvantaggiate e svantaggiate si amplificano man mano che aumenta la competizione. Al momento della fase riproduttiva, le piante più piccole possono produrre una spiga molto ridotta o addirittura nessuna.

Diversi studi in campo hanno documentato perdite significative di resa legate a ritardi nello sviluppo (Nafziger et al., 1991; Ford e Hicks, 1992; Liu et al., 2004). In questi studi venivano effettuate semine scalari, inserendo semi aggiuntivi dopo un certo numero di giorni dalla semina iniziale, per simulare piante emerse in ritardo. Liu et al. (2004) ha osservato che le piante emerse con 12 giorni di ritardo avevano una resa inferiore in media del 35%, mentre quelle emerse con 21 giorni di ritardo subivano perdite fino al 72%.

In alcuni studi degli anni ’80 e ’90, i ritardi di semina ed emergenza testati erano spesso lunghi (da 7 fino a oltre 21 giorni), perché lo scopo principale degli studi era supportare le decisioni di risemina, ossia stabilire quando la perdita di resa fosse tale da giustificare una nuova semina.

Oggi, invece, l’interesse si concentra sull’ottimizzazione della semina per ridurre al minimo la finestra di emergenza e massimizzare la resa.

Gli agricoltori vogliono sapere quale impatto abbiano piante emerse anche solo 1–3 giorni dopo il gruppo principale, un ritardo molto più breve rispetto a quello analizzato negli studi più datati.

Va inoltre considerato che la produzione di mais è cambiata molto negli ultimi decenni. Sia le rese che le densità di semina sono aumentate.

Negli Stati Uniti, in Iowa, nel 1984, la densità media era di 5,3 piante/m² con una resa media di 70,3 Q.li/ha. Nel 2024, invece, si è passati a 7,6 piante/m² e 132 Q.li/ha.

La maggiore densità accresce la competizione tra piante, amplificando le differenze di competitività (Carter et al., 2001; Maddonni e Otegui, 2004).

Di conseguenza, l’emergenza non uniforme oggi potrebbe incidere ancora più negativamente sulla resa rispetto a 20–40 anni fa. Inoltre, il livello tecnologico delle seminatrici è migliorato notevolmente, offrendo maggiori opportunità di regolare le macchine per ottenere prestazioni migliori.

Figura 3: vista dall'alto di mais seminato a una densità di 7 piante/ m2 e 9 piante/m2. Una maggiore densità di piante aumenta la competizione tra piante per le risorse e può acuire le differenze nella capacità di competere tra le singole piante all'interno del campo.

Quanto deve essere uniforme l’emergenza?

I maiscoltori cercano di ottimizzare ogni parte del loro sistema produttivo per aumentare la resa. Quindi è importante comprendere quale livello di uniformità nell’emergenza sia davvero necessario per raggiungere il massimo potenziale produttivo, o almeno quello realisticamente ottenibile nei moderni sistemi di coltivazione.

Lavorare per migliorare la semina con l’obiettivo di ottenere un’emergenza più uniforme è generalmente vantaggioso per ottenere la massima resa, ma deve essere valutato nel contesto di altri fattori gestionali che influenzano la produzione, trovando il compromesso più vantaggioso.

Ad esempio, il modo più diretto per ottenere la finestra di emergenza più breve possibile sarebbe seminare relativamente tardi in primavera, in un campo lavorato in profondità. Questo garantirebbe condizioni ottimali di calore e uniformità del letto di semina, favorendo un’emergenza omogenea.

Tuttavia, gli effetti negativi della semina tardiva e della lavorazione intensiva del terreno potrebbero superare i benefici di una maggiore uniformità. Il compromesso tra tempistica della semina, giorni disponibili per preparare il suolo e condizioni ottimali del letto di semina varia in base al clima e alla località.

Come si misura l’uniformità dell’emergenza?

Una delle principali difficoltà nello studio dell’emergenza del mais è che i metodi di valutazione variano molto. In genere, agricoltori e agronomi misurano l’emergenza contando quante piante compaiono ogni 12 o 24 ore durante la finestra di emergenza.

Una valutazione più accurata si ottiene utilizzando i dati di temperatura per esprimere il momento dell’emergenza in unità termiche di crescita (GDU).

La fenologia del mais è regolata dall’accumulo di calore, non dal semplice passare del tempo: per questo la differenza in GDU tra due piante è una misura più precisa del loro stadio di sviluppo relativo. Misurare l’emergenza in GDU consente anche di tener conto delle differenze stagionali: ad esempio, un ritardo di 3 giorni a metà aprile rappresenta un divario in GDU molto più ridotto rispetto a uno stesso ritardo a metà maggio, quando le temperature più alte accelerano l’accumulo giornaliero.

La misura più fedele sarebbe l’uso dei GDU del suolo (sGDU), calcolati alla profondità di semina, poiché riflettono direttamente le condizioni che i semi sperimentano nel solco.

Tuttavia, il monitoraggio accurato degli sGDU richiede strumentazioni specifiche, non sempre disponibili o pratiche.

Studi recenti sull’emergenza del mais

Gli studi più datati raramente si concentravano sulle differenze di emergenza nei primissimi giorni, mentre due ricerche recenti hanno affrontato proprio questo aspetto. I risultati sono riassunti in Tabella 1.

Tabella 1: potenziale produttivo delle singole piante in base al giorno di emergenza in ambienti normali e ad alto stress, sulla base dei risultati di studi dell'Ohio State University (OSU) e dell'Iowa State University (ISU).

Lo studio dell’Ohio State University (triennale), parzialmente finanziato dal programma Pioneer Crop Management Research Awards, ha analizzato gli effetti della temperatura e dell’umidità del suolo sull’uniformità dell’emergenza (Lindsey e Thomison, 2020; Nemergut et al., 2021).

Lo studio dell’Ohio State ha rilevato che le piante emerse entro 3 giorni dalle prime non mostravano cali di resa. Oltre questo intervallo, la perdita era pari al 5% per ogni giorno di ritardo. È emersa inoltre l’importanza della profondità di semina: semi posizionati troppo superficialmente hanno incontrato condizioni di umidità più variabili, con conseguente emergenza meno uniforme. Lo studio della Iowa State University (biennale) ha valutato gli effetti dell’uniformità della dimensione del seme e della profondità di semina sull’emergenza e sulla resa, sia in sistemi convenzionali sia con monosuccessione. Questo studio ha dato risultati contrastanti nei due anni. 

• 2019: condizioni fredde e umide hanno ritardato l’emergenza, ma con temperature più calde dopo l’inizio dell’emergenza. Le rese delle piante emerse nell’arco di 5–6 giorni si sono mantenute stabili, diminuendo poi linearmente.
• 2020: la perdita di resa è iniziata già dal secondo giorno di ritardo, con una diminuzione di 7,8 g per pianta al giorno. Gli autori hanno attribuito questo esito allo stress da siccità, poiché le precipitazioni del 2020 sono state circa la metà rispetto al 2019. Studi precedenti hanno mostrato che un’elevata densità aumenta la competizione tra piante (Carter et al., 2001; Maddonni e Otegui, 2004). È probabile che lo stress da siccità abbia avuto un effetto analogo, accentuando le differenze di resa. 

I risultati di questi due studi, mostrano come le condizioni ambientali successive all'emergenza possano influenzare l'impatto di un'emergenza irregolare e forniscono informazioni sulla gamma di potenziali esiti di un'emergenza ritardata in diverse condizioni. Nello studio dell'Ohio State e nel primo anno dello studio dell'Iowa State, che hanno sperimentato condizioni di crescita relativamente normali, si è riscontrata poca o nessuna differenza nella resa delle piante che sono emerse entro i primi giorni dall'inizio dell'emergenza. Al contrario, il secondo anno dello studio dell'Iowa State ha registrato un significativo stress stagionale, che ha probabilmente aumentato la competizione tra le piante e amplificato gli effetti di un'emergenza irregolare. In queste condizioni, la resa delle singole piante ha iniziato a diminuire quasi immediatamente, con le piante che sono emerse il secondo giorno della finestra di emergenza che vedevano già ridotto il proprio potenziale produttivo.

Quand’è che le piante in ritardo diventano “infestanti”?

Le piante di mais che emergono troppo tardi per contribuire realmente alla resa vengono talvolta equiparate ad “infestanti”. Ma questa definizione è sempre giustificata?

Una pianta che non produce una spiga e sottrae risorse alle vicine, riducendone la resa, risponde certamente alla definizione di infestante. La domanda cruciale è: quanto incide una pianta emersa tardivamente sulle sue vicine?

Gli studi sulla spaziatura mostrano che le piante accanto a uno spazio vuoto possono compensare producendo di più. Doerge et al. (2015) hanno osservato un aumento del 10% della resa, mentre Novak e Ransom (2018) hanno riscontrato un incremento dell’11%.

Quando invece una pianta normale si trova accanto a una pianta emersa in ritardo (11–17 giorni dopo), gli stessi autori hanno rilevato compensazioni solo del 5%. In questo caso, perché la presenza della pianta tardiva non penalizzi il gruppo, essa dovrebbe produrre almeno il 12% della resa normale. Al di sotto di questa soglia, può essere considerata a tutti gli effetti un’infestante. Gli studi indicano quindi che una pianta deve emergere con almeno 2 settimane di ritardo rispetto alle altre per essere considerata realmente un’“infestante”.

Figura 4: formazione della spiga in uno studio di Pioneer sull'emergenza irregolare del mais. In entrambe le foto, l'emergenza della pianta centrale è stata ritardata rispetto alle piante ai lati: di 8 giorni (foto 1) e di 18 giorni (foto 2).

Qual è una finestra di emergenza tipica per il mais?

Recenti studi di campo forniscono indicazioni sul grado di uniformità dell’emergenza necessario per massimizzare il potenziale di resa nei sistemi di produzione moderni di mais, ma come si confronta questo con l’uniformità dell’emergenza attualmente raggiunta?

Uno studio di campo condotto da Pioneer in Iowa, ha confrontato il momento dell’emergenza del mais in monosuccessione e in rotazione mais-soia (Figura 5). Le piante emerse sono state contrassegnate e contate ogni giorno. In entrambi i sistemi, quasi tutte le piante sono emerse nei primi due giorni e l’emergenza ha raggiunto il 100% al giorno 3 nella rotazione mais-soia e al giorno 4 nel mais in successione a mais (Grafico 1).

Figura 5: piante di mais appena emerse in uno studio di campo condotto da Pioneer, che confronta i tempi di emergenza in una rotazione mais-soia con quelli di una monosuccessione su mais.

Questo studio presentava diversi fattori favorevoli all’uniformità dell’emergenza: è stato seminato in un campo sperimentale ben gestito utilizzando una seminatrice parcellare a velocità relativamente bassa. Inoltre, durante la finestra di emergenza, le temperature erano molto elevate, con un accumulo di 90 GDU in 4 giorni.

Nello studio sull’emergenza condotto dalla Iowa State University, il tempo dall’inizio dell’emergenza (T0) fino al 95% di emergenza (T95) è stato di 5,28 giorni nel 2019 e 4,25 giorni nel 2020. Aggiungendo un po’ di tempo per tener conto dell’ultimo 5% di emergenza, la finestra totale di emergenza in questo studio era probabilmente intorno ai 5–6 giorni. Nemergut et al. hanno riportato il tempo dal 10% al 90% di emergenza (T10–90) per lo studio dell’Ohio State, che in media era di 3,5–3,8 giorni (58–62 GDU).

La finestra totale di emergenza era probabilmente di uno o due giorni in più, il che la rende molto simile alla finestra di emergenza nello studio dell’Iowa State. In tutti e tre gli studi, le finestre di emergenza variavano da circa 3 a 6 giorni. Applicando i risultati sulla resa legati al momento dell’emergenza dai due studi universitari ai dati di emergenza dello studio Pioneer si ottiene una panoramica dei potenziali risultati di resa a livello di campo. In due dei tre scenari, non si osserva perdita di resa associata all’emergenza non uniforme. Tuttavia, nello scenario ad alto stress, si prevede una perdita di resa: 2% nella rotazione mais-soia e 2,7% nel mais in monosuccessione.

Grafico 1: percentuale di piante emerse per giorno in uno studio Pioneer condotto in campo, in cui vengono messi a confronto i tempi di emergenza in una rotazione mais-soia e in una monosuccesisone di mais su mais.

Ci sono potenzialità di migliorare l’emergenza del mais?

Gli studi di campo fin qui esaminati mostrano quale livello di uniformità di emergenza sia raggiungibile con sistemi ben gestiti e in condizioni relativamente favorevoli. Ma quale sarebbe il massimo teorico se ogni fase della semina e della crescita fosse ottimizzata alla perfezione? Potremmo arrivare a una finestra di 2 giorni? O addirittura a 1 giorno?

Dato l’interesse diffuso degli agricoltori nel ridurre al minimo la finestra di emergenza, è importante chiarire cosa significhi realmente “successo” in questo contesto.

Le piante di mais, infatti, non sono macchine: sono organismi biologici che vivono in ambienti variabili, dinamici e spesso imprevedibili.

È quindi ragionevole concludere che un certo grado di variabilità nell’emergenza non potrà mai essere completamente eliminato.

Gli studi in serra o in camere di crescita offrono qualche indicazione, grazie alle condizioni estremamente controllate e uniformi. Un articolo del 2012 (Egli e Rucker, 2012) ha riportato i risultati di vari esperimenti che hanno analizzato l’effetto del vigore dei lotti di seme sull’uniformità dell’emergenza in esperimenti in serra e camera di crescita. In questo caso, l’uniformità è stata misurata come tempo necessario per passare dal 10% al 90% delle piante emerse (T10–90).

I tempi più brevi registrati erano di 20,4 e 24,5 ore. Le finestre complete (T0–100) non sono state riportate, ma dai dati pubblicati possono essere stimate in circa 40–45 ore, equivalenti a circa 40 GDU in base alle temperature del suolo indicate.

Poiché difficilmente persino il campo più uniforme e favorevole eguaglia la regolarità di una serra, questi risultati suggeriscono che una finestra di emergenza di circa 2 giorni, o 40 GDU, rappresenti il massimo realisticamente raggiungibile in condizioni di campo.

Diamo il giusto peso all’uniformità di emergenza

L’emergenza uniforme è certamente importante per massimizzare la resa del mais, come numerosi studi hanno dimostrato negli ultimi decenni. Tuttavia, è solo uno dei molti fattori che influenzano la produttività, e va quindi considerata con il giusto peso quando si definiscono priorità e risorse da destinare all’aumento delle rese.

Un risultato ricorrente in diversi studi è che il momento dell’emergenza non è sempre un forte predittore della resa della singola pianta (Kovács e Vyn, 2014; Nemergut et al., 2021).

Questo indica che l’uniformità dell’emergenza è importante, ma non è l’unico elemento determinante. Una volta emersa, infatti, la pianta è soggetta a molti altri fattori – umidità, disponibilità di nutrienti, compattamento del suolo, malattie e insetti – che variano all’interno del campo e incidono diversamente sulla resa.

Conclusioni

Le ricerche mostrano che una finestra di emergenza di 3–4 giorni è sufficiente per raggiungere il pieno potenziale produttivo nella maggior parte delle condizioni, e che si tratta di un obiettivo realistico in campo.

Gli studi in serra suggeriscono invece che una finestra inferiore a 2 giorni non sia realisticamente ottenibile nella pratica.

Obiettivi molto più stringenti – come 12 ore, 8 ore o 10 GDU – vengono talvolta proposti come necessari per massimizzare la produttività. Tuttavia, non esistono prove che un livello di uniformità così estremo sia né necessario né realizzabile. Per questo, tali traguardi non dovrebbero essere considerati obiettivi realistici nella gestione agronomica quotidiana.