Aggraffatura a rullo per colture di copertura per gestire la pressione delle infestanti nella produzione rigenerativa di canapa CBD biologica

Dott. Dinesh Panday, Dott. Reza K. Afshar, Dott. Arash Ghalehgolabbehbahani

Rodale Institute, Kutztown, PA, Stati Uniti

Astratto

Nell'agricoltura biologica rigenerativa, la gestione delle erbe infestanti è fondamentale per proteggere la qualità del raccolto. Questo studio ha esplorato il roller-crimping come metodo per terminare le colture di copertura di segale e cereali come strategia di gestione delle erbe infestanti per la produzione di canapa CBD. Sono state condotte ricerche sul campo di due anni presso Rodale Institute- Pocono Organic Center per valutare l'efficacia della biomassa della coltura di copertura di segale nella soppressione delle erbacce durante la coltivazione di canapa CBD. Lo studio ha confrontato diversi approcci: metodo di terminazione della coltura di copertura (incorporazione/disco vs crimpatura a rulli), spaziatura tra file (30 vs 60 pollici) e spaziatura tra piante (24 vs 30 pollici). Sebbene la resa di CBD più elevata sia stata riscontrata in appezzamenti con colture di copertura a disco, spaziatura tra file di 30 pollici e spaziatura tra piante di 24 pollici, la crimpatura a rulli ha ridotto significativamente la pressione delle erbacce a foglia larga nelle fasi successive della crescita. Questo metodo si dimostra promettente nel ridurre la necessità di un controllo delle erbacce ad alta intensità di manodopera e supporta la salute del suolo riducendo al minimo l'interruzione del suolo nella produzione di canapa CBD biologica rigenerativa.

Introduzione

canapa (cannabis sativa L.) è una coltura riemergente negli Stati Uniti dal 2014, essendo stata vietata per oltre mezzo secolo a causa di alternative più economiche e vincoli legali legati al composto psicoattivo, ovvero il delta-9-tetraidrocannabinolo (THC). Il settore della canapa da fiore, che occupa il 26% degli acri totali, ha contribuito con 179 milioni di dollari negli Stati Uniti. Le vendite al dettaglio di cannabidiolo derivato dalla canapa (CBD) sono in rapido aumento e si prevede che raggiungeranno i 4.5 miliardi di dollari nel 2024.

Nonostante queste prospettive promettenti, esistono significative lacune nella conoscenza riguardo alle migliori pratiche agronomiche per la produzione di canapa industriale, in particolare nella gestione delle infestanti (Dhakal et al., 2023). Attualmente non sono registrati erbicidi per la canapa, il che rende il controllo delle infestanti una sfida importante che può avere un impatto significativo sui raccolti. Vengono utilizzati metodi di gestione delle infestanti come il pacciame plastico, il diserbo meccanico e il diserbo manuale, ma ciascuno presenta degli inconvenienti. Il pacciame plastico solleva preoccupazioni ambientali, il diserbo meccanico può danneggiare la struttura del suolo e il diserbo manuale è costoso.

Le colture di copertura stanno diventando uno strumento valido per migliorare la salute del suolo e la qualità dell’acqua negli Stati Uniti (Adeli et al., 2019) e possono anche sopprimere le erbe infestanti (Bozzolo et al., 2024). Il metodo utilizzato per terminare le colture di copertura influenza in modo significativo la loro capacità di sopprimere le erbe infestanti nelle colture successive. Rodale Institute ha sviluppato una piegatrice a rulli, uno strumento che rotola sulle colture di copertura e le piega in superficie. Lo stelo piegato non può più assorbire umidità e sostanze nutritive, causando la morte della coltura di copertura sul posto e formando una barriera naturale sul suolo (Davis, 2010). Di conseguenza, il campo rimane libero dalle erbacce e più sano per la crescita e lo sviluppo delle colture.

Questo progetto mira a esplorare l'applicazione di una pressa a rulli per migliorare la gestione delle infestanti nei campi biologici certificati. Inoltre, il progetto mira a esplorare la spaziatura ottimale delle file e della pianta per una migliore produzione agricola, compreso l’effetto sulla variazione delle concentrazioni di metaboliti secondari nella canapa CBD.

Materiali e metodi

L'esperimento è stato condotto in un campo di ricerca presso Pocono Organics, Long Pond, Pennsylvania nel 2022 e 2023. La struttura del terreno è un terriccio Clymer (6.8 pH, 4.1% OM, 2.4% C totale e 0.2% N totale) e sito di ricerca aveva una pendenza dal 3 all'8%. Il clima della regione è caratterizzato da estati calde e umide e inverni freddi.

Per questa ricerca, una prova sperimentale è stata organizzata in un disegno a tre blocchi fattoriali completi con quattro repliche. Questi tre fattori erano il metodo di terminazione delle colture di copertura (A), la distanza tra file (B) e la distanza da pianta a pianta (C). Ciascun fattore includeva due livelli: terminazione delle colture di copertura: incorporazione/disco (A1) e crimpatura a rulli (A2), distanza tra file: 30 pollici (B1) e 60 pollici (B2) e distanza pianta-pianta: 24 pollici ( C1) e 30 pollici (C2). La dimensione del singolo appezzamento era di 10 piedi di larghezza e 20 piedi di lunghezza.

Ogni anno, all'inizio di giugno, il campo veniva preparato dopo il completamento della coltura di copertura della segale mediante l'utilizzo di una lavorazione a rulli o con dischi. Le piantine di canapa, coltivate all'interno della serra in terriccio, sono state trapiantate manualmente a 3 settimane di età dall'inizio alla metà di giugno. Nel 2023, a causa della scarsità di sementi biologiche certificate, abbiamo impiegato diverse cultivar: Kirsche nel 2022 e Lindorea nel 2023. Il fertilizzante organico elencato dall'OMRI (farina di sangue, 12:0:0 NPK) è stato distribuito uniformemente a una velocità di 150 libbre N AC^-1 in due parti: 1/3^rd durante il trapianto (dose basale) e 2/3^rd dopo 2 settimane dal trapianto sulla superficie del terreno. Un sistema di irrigazione a goccia è stato installato in ciascuna fila da pianta a pianta dopo il trapianto delle piantine.

Seguendo un approccio di campionamento sistematico (dimensione del quadrante di 0.25 m²), abbiamo raccolto i dati di campionamento delle infestanti da ciascun appezzamento due volte: 4 settimane dopo il trapianto (Evento 1) e 4 settimane prima del raccolto di canapa CBD (Evento 2). I campioni di infestanti sono stati classificati in tre gruppi: (i) latifoglie, (ii) erba e (iii) carice ed espressi in termini di copertura percentuale. Anche l'altezza delle piante è stata registrata durante la stagione di crescita.

La canapa CBD veniva raccolta ogni anno alla fine di settembre. Sono stati raccolti dati sulla resa totale della biomassa di canapa, sul profilo dei metaboliti secondari (CBD e THC), sulla resa del CBD e sul peso delle cime. I profili dei metaboliti secondari sono stati analizzati in un laboratorio commerciale certificato (Lancaster DHIA, Manheim, PA). Gli effetti del trattamento sui parametri osservati sono stati testati utilizzando la procedura PROC MIXED in SAS, con significatività statistica valutata a P < 0.05 se non diversamente specificato.

Risultati

Altezza e resa della pianta. L'altezza delle piante ha mostrato un aumento significativo con gli effetti di interazione del metodo di terminazione delle colture di copertura e della spaziatura tra le file nel 2022 (Tabella 1). Le piante più alte sono state osservate in appezzamenti in cui le colture di copertura erano discostate e le piante di canapa erano piantate con una distanza tra le file di 60 pollici (Figura 1a). Nel 2023, abbiamo osservato solo un effetto significativo del metodo di terminazione delle colture di copertura sull'altezza delle piante, con le piante più alte nel trattamento con dischi delle colture di copertura (Tabella 2).

Allo stesso modo, il peso delle gemme secche è stato significativamente influenzato dagli effetti dell’interazione tra il metodo di terminazione delle colture di copertura e la spaziatura tra le file nel 2022 (Tabella 1). Il peso massimo delle gemme secche (17.9 g) è stato osservato nel trattamento con colture di copertura a disco e una distanza tra le file di 60 pollici (Figura 1b). Il peso delle gemme secche è stato comparativamente inferiore nel 2023 rispetto al 2022 (Tabella 2).

La resa della biomassa di canapa CBD è stata significativamente influenzata dalle interazioni tra il metodo di terminazione delle colture di copertura, la spaziatura tra file e pianta-pianta nel 2022 (Tabella 1). La resa di biomassa più elevata è stata osservata nel trattamento con colture di copertura aggraffate a rulli, una distanza tra le file di 30 pollici e una distanza tra le piante di 24 pollici, seguita da una distanza tra le piante di 30 pollici (Figura 1c). Qualsiasi combinazione di trattamento con una distanza tra le file di 30 pollici ha mostrato una resa migliore rispetto ad altre. Risultati coerenti sono stati osservati anche nel 2023 (Tabella 2 e Figura 2c).

La resa del CBD è stata significativamente influenzata dalle interazioni tra il metodo di terminazione delle colture di copertura, la spaziatura tra file e pianta-pianta nel 2022 (Tabella 1). La resa di CBD più alta (587 t ac^-1) è stato osservato nel trattamento con colture di copertura discostate e piantate mantenendo una distanza tra le file di 30 pollici e una distanza tra le piante di 24 pollici, mentre sono state osservate rese inferiori in qualsiasi combinazione di trattamento, comprese le colture di copertura ondulate con rulli (Figura 1d). La resa del CBD è stata influenzata solo dalla spaziatura tra le file nel 2023 (Tabella 2).

Resa dei metaboliti secondari. In questo studio, le concentrazioni di CBD variavano dal 2.5-7.0% nel 2022 e dal 6.0-11.4% nel 2023. Abbiamo osservato effetti significativi della cessazione delle colture di copertura sulle concentrazioni di CBD e THC nel 2022 (Tabella 1), ma non nel 2023 (Tabella 2). La concentrazione di CBD era più elevata negli appezzamenti a disco delle colture di copertura rispetto a quelli con crimpatura a rulli. Questa tendenza è stata osservata anche per la concentrazione di THC nel 2022. È stata osservata una relazione positiva significativa tra le concentrazioni di CBD e THC: r²= 0.72 e P < 0.001 nel 2022 (Figura 3a) e r²= 0.77 e P < 0.001 nel 2023 (Figura 3b). Ciò indica che all’aumentare delle concentrazioni di CBD, aumentano anche le concentrazioni di THC.

Pressione delle infestanti. Durante la stagione di crescita in entrambi gli anni, la pressione delle infestanti era relativamente più alta durante la seconda data di misurazione (Evento 2) rispetto alla prima data di misurazione (Evento 1). Nel 2022, abbiamo osservato un effetto significativo del metodo di terminazione delle colture di copertura sulla pressione delle infestanti a foglia larga e sulla pressione delle infestanti di tipo erba nell’Evento 2 (Tabella 1). In particolare, l’aggraffatura a rulli delle colture di copertura è stata efficace nel ridurre la pressione delle infestanti a foglia larga nell’Evento 2. Inoltre, abbiamo osservato gli effetti principali della spaziatura tra file e pianta-pianta sulla pressione delle infestanti nell’Evento 2.

Nel 2023, non è stato riscontrato alcun effetto del metodo di terminazione delle colture di copertura sulla pressione delle infestanti. Tuttavia, abbiamo osservato gli effetti di interazione del metodo di terminazione delle colture di copertura e della spaziatura tra le file sulla pressione delle infestanti nell'Evento 2 (Tabella 2). Gli appezzamenti con colture di copertura crimpati a rulli e con una distanza tra le file mantenuta di 30 pollici hanno sperimentato la pressione più alta di infestanti a foglia larga nell'Evento 2, mentre quelli con un crimpato a rulli e una distanza tra le file di 60 pollici avevano la pressione più bassa di infestanti (Figura 2a). Al contrario, gli appezzamenti crimpati a rulli e mantenuti a una distanza tra le file di 30 pollici hanno ricevuto la pressione più bassa di infestanti nell'Evento 2 (Figura 2b). Questi risultati hanno dimostrato che l’applicazione del rullo crimpatore può diminuire la pressione delle infestanti a foglia larga.

Sommario

Sebbene la nostra esplorazione dell’efficacia delle colture di copertura aggraffate con rulli non abbia portato a una raccomandazione generale, questo studio fornisce informazioni preziose:

Resa di biomassa, resa di CBD e CBD e THC:

2022:

• La resa della biomassa di canapa CBD è stata più alta con colture di copertura ondulate a rulli, distanza tra le file di 30 pollici e distanza tra le piante di 24 pollici.
• La resa di CBD è stata la più alta (587 lb ac^-1) con colture di copertura a disco, distanza tra le file di 30 pollici e distanza tra le piante di 24 pollici.
• Concentrazioni più elevate di CBD e THC negli appezzamenti a disco.
• Relazione positiva tra le concentrazioni di CBD e THC (r² = 0.72, P <0.001).

2023:

• Nessun effetto significativo della cessazione delle colture di copertura sulle concentrazioni di metaboliti.
• Relazione positiva tra le concentrazioni di CBD e THC (r² = 0.77, P <0.001).

Pressione delle infestanti:

2022:

• Pressione delle infestanti più elevata alla seconda data di misurazione (Evento 2).
• Effetto significativo della terminazione delle colture di copertura sulla pressione delle infestanti di latifoglie e graminacee.
• Le colture di copertura a rulli hanno ridotto la pressione delle infestanti a foglia larga.
• La distanza tra le file e le piante ha influenzato la pressione delle infestanti nell'Evento 2.

2023:

• Nessun effetto della terminazione delle colture di copertura sulla pressione delle infestanti.
• Effetti dell'interazione tra la terminazione delle colture di copertura e la spaziatura tra le file sulla pressione delle infestanti nell'Evento 2.
• Gli appezzamenti crimpati a rulli con una distanza tra le file di 60 pollici avevano la pressione più bassa di infestanti a foglia larga.
• Gli appezzamenti ondulati con rulli con una distanza tra le file di 30 pollici avevano la pressione più bassa delle erbacce.

I risultati del nostro studio sull’efficacia delle colture di copertura con crimpatura a rulli suggeriscono diverse direzioni di ricerca future: test varietali, prove aggiuntive sulla spaziatura e sull’interazione delle colture di copertura, comprensione delle dinamiche delle specie infestanti, valutazione dell’impatto dei metodi di terminazione delle colture di copertura sulla salute del suolo e sulla flora microbica. attività e conduzione di analisi economiche aziendali. Inoltre, lo sviluppo di metodologie per migliorare la gestione delle infestanti utilizzando una pressa a rulli in campi biologici certificati migliorerà la sostenibilità della produzione di canapa.

---

Informazioni sul finanziamento

Questo lavoro è stato reso possibile grazie al finanziamento del programma di sovvenzioni per blocchi di colture speciali del Commonwealth del Dipartimento dell'Agricoltura della Pennsylvania (numero di sovvenzione C940000924) e al sostegno di Pocono Organics e Rodale Institute.