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Effetto del vapore e di sostanze a reazione esotermica sul controllo della flora infestante
reale e potenziale

Scuola Superiore Sant’Anna, Piazza Martiri della Libertà 33, 56127 Pisa, barberi@sssup.it
Introduzione
L’abbandono dell’impiego del bromuro di metile, previsto per il 2005, comporta la necessità
di trovare mezzi alternativi per la disinfezione del terreno che abbiano un'efficacia
paragonabile a quella della fumigazione.
La solarizzazione è un metodo fisico di disinfezione del terreno che può essere validamente impiegato in ambienti a clima mediterraneo per ridurre o eliminare l'uso di prodotti fitosanitari per la protezione delle colture (Sauerborn et al., 1989; Kumar et al., 1993). Tuttavia, in buona parte dell'Italia Centro-settentrionale l'intensità della radiazione solare e le temperature che si raggiungono in estate non sono spesso così elevate da garantire un buon effetto di controllo con la solarizzazione. Oltre ad essere necessariamente limitata al periodo estivo, la solarizzazione, per poter essere efficace, spesso comporta la sottrazione alla produzione di significative superfici aziendali per lunghi periodi di tempo, talvolta sino a tre mesi (Temperini et al., 1998; Ricci et al., 1999). I limiti della solarizzazione possono essere superati dall’impiego del vapore, tecnica comune nell’orticoltura in serra ma non ancora ampiamente diffusa in pieno campo. Anche se in teoria l’uso di vapore non ha nessuna limitazione legata alla stagionalità, la ridotta temperatura del suolo che si raggiunge al di fuori dalla stagione estiva potrebbe limitarne l'efficacia. Ogni soluzione tecnica in grado di aumentare la quantità di calore rilasciata nel suolo o di mantenere più a lungo la temperatura a valori elevati è pertanto potenzialmente in grado di aumentare l’effetto del vapore. A questo riguardo, un'interessante opportunità è l’applicazione di sostanze a reazione esotermica (ad esempio fertilizzanti o ammendamenti) che, reagendo con il vapore rilasciato nel terreno, sono in grado di aumentarne la temperatura, un effetto che si può amplificare se si copre il terreno con film di polietilene subito dopo l’iniezione del vapore. Vari studi sono stati intrapresi per determinare il tipo di copertura più idonea alla soppressione delle infestanti, un effetto complementare dei trattamenti di disinfezione del terreno ma non meno importante rispetto al controllo di fitofagi, patogeni e parassiti tellurici (Habeeburrahman & Hosmani, 1996; Chase et al., 1999; Mudalagiriyappa et al., 1999). Una macchina per la disinfezione del terreno mediante l'abbinamento tra vapore e sostanze a reazione esotermica a basso impatto ambientale è stata sviluppata dalla Celli S.p.A. di Forlì in collaborazione con il Dipartimento di Agronomia e Gestione dell'Agro-ecosistema dell’Università di Pisa. In questo lavoro vengono riportati i primi risultati di un esperimento di pieno campo con due sistemi di copertura del suolo e due sostanze a reazione esotermica applicate a cinque
dosi, teso a stabilire gli effetti sull’emergenza della flora infestante a ciclo autunno-vernino
sia in campo sia dalla banca semi del terreno.
Materiali e Metodi
Un esperimento di pieno campo è stato condotto nell'autunno 2000 presso il Centro
Interdipartimentale di Ricerche Agro-ambientali "E. Avanzi" dell’Università di Pisa a San
Piero a Grado (Lat. 43°40’ N, Long. 10°19’ E). Le caratteristiche granolumetriche e fisico-
chimiche del terreno impiegato per la prova sono le seguenti: sabbia 91.4%, limo 4.0%,
argilla 4.6% (classificazione USDA); pH (in acqua) 7.5; sostanza organica (Walkey-Black)
0.94%; azoto totale (Kjeldahl) 0.086%; P2O5 assimilabile (Olsen) 10.6 ppm.
L’esperimento è stato realizzato secondo un disegno sperimentale fattoriale (split-split- plot) con due sistemi di copertura del suolo (nessuna copertura e film di polietilene scuro steso dalla macchina sul terreno subito dopo l’iniezione del vapore) e due sostanze a reazione esotermica (CaO ed KOH) applicate a cinque dosi (0, 1000, 2000, 3000 e 4000 kg ha-1). Sono stati inoltre aggiunti due trattamenti di controllo senza vapore, uno con e uno senza copertura del terreno. I trattamenti sono stati replicati sei volte in sub-sub-parcelle di 5 x 1.2 m. I trattamenti di sterilizzazione sono stati effettuati il 23 ottobre 2000 su terreno fresato e livellato per massimizzare l’efficacia del trattamento. Nessuna coltura è stata seminata dopo il trattamento. La densità di ciascuna specie di infestanti emersa in campo è stata rilevata in ogni parcella in due quadrati fissi di 0.5 m2 di superficie. I rilievi sono stati ripetuti in sei momenti dopo il trattamento (10 e 23 novembre 2000, 8 dicembre 2000, 5 gennaio 2001, 8 febbraio 2001 e 15 marzo 2001). In un numero limitato di parcelle sono stati misurati l’umidità e l’andamento della temperatura del suolo ad una profondità di 15 cm durante i primi 180 minuti dopo l’intervento. Il giorno dopo il trattamento sono stati prelevati campioni del suolo per l’analisi della banca semi. In ogni sub-sub-parcella sono state prese tre carote fino a una profondità di 20 cm usando una sonda di 3.5 cm di diametro. Le carote sono immediatamente state suddivise in due sotto-campioni di 0-10 cm e 10-20 cm di profondità. I sotto-campioni sono stati successivamente stesi in vaschette di plastica sopra uno strato di 2 cm di spessore di sabbia grossa di fiume precedentemente sterilizzata e tenuti in una serra fredda semichiusa in condizioni idriche ottimali per un periodo di sei mesi, durante il quale è stato simulato un breve periodo di siccità per rompere la dormienza dei semi. Durante i sei mesi, le plantule emerse dalle vaschette sono state regolarmente identificate per specie, contate e successivamente rimosse. Per l'analisi statistica, il numero di plantule complessivamente emerse dai due (flora di campo) o tre (banca semi) sotto-campioni per parcella è stato considerato una replica. Prima
dell'analisi statistica, i dati di densità delle infestanti (x) sono stati trasformati come √(x+1)
per omogeneizzare le varianze dell'errore. Le differenze fra le medie sono state valutate col
test della DMS per P ≤ 0,05.

Risultati
Temperatura del terreno
La temperatura massima raggiunta nel terreno a 15 cm di profondità dopo il trattamento con
vapore è variata da 75° C a 85° C (Tab. 1). Le dosi maggiori di sostanze a reazione esotermica
hanno aumentato il tempo di permanenza della temperatura sopra i 45° C, valore considerato
una possibile soglia di effetto per la soppressione delle infestanti (Horowitz et al., 1983).
Effetto sulla flora di campo
All'epoca del primo rilievo, la densità media delle infestanti presenti nelle parcelle testimoni
era di 117 piante m-2. L’uso della copertura dopo i trattamenti con vapore ha determinato una
diminuzione del totale delle infestanti nel campo che però non si è protratta per più di quattro
settimane (dati non riportati). L'uso di CaO o KOH ha determinato una riduzione pressoché
equivalente della densità totale delle infestanti e variabile in media dall'11% (quinto rilievo) al
46% (secondo rilievo). Il massimo effetto è stato raggiunto 30 giorni dopo il trattamento con
una riduzione del 25% con l'uso del solo vapore e del 56% con quello di 1000 kg ha-1 di CaO.
A livello di specie principali, Lamium spp. è apparsa più sensibile all'azione del CaO mentre Veronica hederifolia ha mostrato una maggiore sensibilità per il KOH (grafico 1). Rispetto al controllo inerbito, la densità della prima specie è addirittura aumentata in seguito a tutti i trattamenti di disinfezione del terreno. Mediando i dati di tutti i rilievi effettuati, l’uso di sostanze esotermiche è sembrato avere un effetto positivo sul controllo delle infestanti in
campo, a prescindere del tipo e della quantità di sostanza applicata.
Tabella 1. Temperatura massima registrata a 15 cm di profondità, temperatura raggiunta dopo 180
minuti e permanenza della temperatura del terreno oltre una determinata soglia durante i primi 180
minuti nel trattamento con solo vapore e in quelli con CaO e KOH alle due dosi estreme (1000 e 4000 kg
ha-1).

Effetto sulla banca semi Strato 0-10 cm L’applicazione della copertura dopo il trattamento con vapore non ha avuto nessun effetto significativo sull’emergenza delle infestanti. Nei primi 10 cm del suolo si è verificata una riduzione maggiore dell’emergenza delle infestanti in seguito ai trattamenti con il KOH (76%) rispetto o a quelli con il CaO (20%) (grafico 2). Rispetto al trattamento con solo vapore, quelli con KOH e CaO hanno determinato un'ulteriore riduzione dell’emergenza delle infestanti rispettivamente pari a 75 e 17 plantule m-2 per ogni 100 kg ha-1 di sostanza applicata. In pratica, questo significa che con l’applicazione della dose più alta (4000 kg ha-1) si è avuta un'emergenza di oltre 4000 plantule m-2 nel caso dell’applicazione di vapore solo, di oltre 3000 plantule m-2 nelle parcelle trattate con CaO e meno di 1000 plantule m-2 in quelle trattate con KOH. Il test DMS ha indicato che l’uso del solo vapore non ha apportato nessun effetto significativo sulla riduzione dell’emergenza delle infestanti rispetto al trattamento di controllo, cioè quello senza vapore (3840 plantule m-2). Nello strato più superficiale del terreno è stata registrata l'emergenza di 19 specie, di cui 8 con una densità relativa superiore al 1%, che costituivano il 97% del totale: Capsella bursa-pastoris (60%), Lamium spp. (12%), Veronica hederifolia (9%), Portulaca oleracea (8%), Sonchus spp. (3%), Chenopodium album (1%), Poa spp. (1%) e Cyperus spp. (1%). L'analisi della varianza condotta per le singole specie ha indicato un maggior effetto del KOH rispetto al CaO sull'emergenza di Capsella bursa-pastoris e di Veronica hederifolia. L'analisi della regressione del numero di plantule emerse sulla dose di sostanza applicata, condotta per le quattro tra le più abbondanti specie, ha indicato un effetto significativo dell’aumento della dose di KOH sul controllo di C. bursa-pastoris e V. hederifolia, mentre l’aumento della dose di CaO non è risultato in nessuna diminuzione significativa (grafico 3). Lamium spp.
Lamium spp.
Epoca di campionamento
Epoca di campionamento
Veronica hederifolia
Veronica hederifolia
Epoca di campionamento
Epoca di campionamento
Grafico 1: Densità di Lamium spp. e Veronica hederifolia osservata in campo in sei momenti successivi
(T1-T6, vedi testo per ulteriori spiegazioni) in seguito ai trattamenti di disinfezione con solo vapore e
aggiunta di sostanze a reazione esotermica (KOH e CaO). A sinistra: effetto medio sostanza; a destra:
effetto medio dose. Per permettere il confronto con il testimone non trattato, sono state aggiunte le
rispettive spezzate. I simboli di significatività statistica si riferiscono unicamente al confronto, nell'ambito
dello stesso momento di rilievo, tra sostanze o dosi diverse; *,**,**: significativo per P
0,05, 0,01 e 0,001
rispettivamente; ns: non significativo.

Strato 10-20 cm
Nello strato di terreno più profondo, l’effetto del trattamento con vapore in combinazione con
le sostanze a reazione esotermica è diminuito sensibilmente. Tuttavia, con il trattamento con
KOH si è verificata ugualmente una diminuzione significativa (55%) del numero di infestanti
emerse, mentre il numero di infestanti emerse dopo il trattamento con CaO non è diminuito
significativamente (grafico 4).
Nello strato 10-20 cm è stata registrata l'emergenza di 15 specie, di cui 8 con una densità relativa superiore all'1%, che costituivano nel complesso il 98% della densità totale: Capsella bursa-pastoris (59%), Lamium spp. (14%), Veronica hederifolia (11%), Portulaca oleracea (8%), Poa spp. (2%), Chenopodium album (1%), Sonchus spp. (1%) e Tribulus terrestris (1%). L'analisi della varianza condotta sulle singole specie ha indicato una riduzione significativa dell’emergenza di C. bursa-pastoris, Lamium spp., P. oleracea e V. hederifolia in seguito all’applicazione delle sostanze a reazione esotermica (indipendentemente dal tipo) rispetto al uso del solo vapore (dati non riportati). KOH (y=4036-0,75x (r2=0,98**))
CaO (y=3817-0,17x (r2=0,89*))
m
e
tul
n
a 2000

dose kg ha-1
Grafico 2: Numero di plantule emerse dalla banca semi (strato 0-10 cm) durante il periodo autunno-
invernale per il trattamento con solo vapore e per i trattamenti con le due sostanze a reazione esotermica
(KOH e CaO) applicate a quattro dosi diverse (1000, 2000, 3000 e 4000 kg ha-1) e rispettive linee di
tendenza.
Discussione e conclusioni
Questa prova ha rivelato che la disinfezione del suolo con il vapore è in grado di esercitare un
significativo effetto di controllo sulle infestanti. La copertura del suolo con un film di
polietilene scuro dopo il trattamento non ha comportato nessun effetto apprezzabile
sull’emergenza delle plantule dalla banca semi del terreno, mentre ha ridotto
significativamente il numero di infestanti emerse nel campo nelle prime settimane dopo il
trattamento.
Rispetto al CaO, la combinazione del vapore con il KOH ha determinato una riduzione più elevata dell'emergenza delle infestanti dalla banca semi, effetto osservato anche alla profondità di terreno maggiore (10-20 cm). Al contrario, l'effetto del CaO è apparso limitato allo strato superiore (0-10 cm). Tale differenza non è stata registrata per la flora di campo, probabilmente a causa delle più complesse interazioni tra fattori abiotici (ad es. il clima) e biotici (ad es. l’infestazione con semi provenienti dall’esterno del campo e la predazione dei semi da parte della micro- e mesofauna del terreno). Non tutte le specie hanno reagito in modo uniforme all’applicazione delle sostanze a reazione esotermica e alle diverse dosi; ad es., Lamium spp. ha dimostrato una sensibilità più elevata al CaO e V. hederifolia al KOH. In particolare, rispetto al controllo inerbito l'emergenza della prima specie è apparsa addirittura stimolata dalla disinfezione del terreno (indipendentemente dal tipo e dose di sostanza applicata), anche se non è chiaro se tale stimolo sia di tipo diretto (creazione di condizioni microambientali favorevoli all'emergenza della specie) o indiretto (maggior quantità di nicchie ecologiche a disposizione della specie in seguito all'effetto di controllo sulle altre specie). In definitiva, è presumibile che la sostanza e la dose più efficace debbano essere scelte di volta in volta in funzione della composizione specifica della flora infestante. Per quanto riguarda l'effetto sulla temperatura del suolo, i dati indicano che l’applicazione di dosi elevate di sostanze a reazione esotermica determina la persistenza della temperatura oltre 40° C per oltre tre ore dopo il trattamento, mentre nel caso del solo vapore e della dose più bassa di CaO la temperatura del suolo scende sotto i 40° C entro due ore dal trattamento. In bibliografia ci sono pochi riferimenti alla temperatura del suolo in grado di determinare un significativo aumento della mortalità dei semi. Uno studio teso a stabilire l’effetto del compostaggio sulla capacità di germinazione di 15 specie infestanti (Nishida et al., 1998) ha mostrato una riduzione della germinabilità dei semi dopo una permanenza di minimo 7 e massimo 25 giorni a temperature oltre i 46° C, mentre temperature oltre i 56° C arrestavano completamente la germinazione. (Horowitz et al., 1983) ha osservato che una temperatura del suolo compresa tra 45 e 65° C che si protragga per 8-10 ore al giorno per un periodo da 2 a 5 settimane è in grado di causare una significativa riduzione dell'emergenza delle infestanti. Altri studi hanno invece rilevato un aumento della germinazione in seguito a fluttuazioni della temperatura del terreno comprese tra 15 e 60° C in un ambiente secco protrattesi per un periodo di cinque mesi (Baskin & Baskin, 1998). Apparentemente, la germinabilità dei semi risente più delle elevate temperature in un substrato secco che in uno umido. Nella nostra ricerca, il trattamento con vapore è stato effettuato su un terreno umido per incentivare una distribuzione omogenea del vapore in profondità. Nonostante l’effetto più elevato, sia sulla temperatura massima che sulla durata delle temperature oltre 45° C, sia stato osservato con il trattamento con CaO alla dose di 4000 kg ha-1, quello con KOH alla stessa dose ha causato una diminuzione maggiore dell’emergenza delle infestanti dalla banca semi. Il trattamento con solo vapore è risultato in temperature soltanto di poco inferiori a quelle raggiunte con i trattamenti che prevedevano l'aggiunta di sostanze a reazione esotermica, ma il suo effetto di controllo è apparso sensibilmente più ridotto. Ciò sta ad indicare che altri fattori oltre alla temperatura massima raggiunta nel suolo sono responsabili della diminuzione dell’emergenza delle infestanti in seguito ai trattamenti con sostanze a reazione esotermica; uno di questi fattori potrebbe essere l’effetto caustico diretto del KOH sui semi in germinazione. L’iniezione di vapore nel suolo in combinazione con KOH ha comportato una riduzione significativa dell’emergenza di C. bursa-pastoris negli strati 0-10 cm e 10-20 cm e di V. hederifolia solo nello strato più superficiale. L'uso di CaO non ha comportato nessuna riduzione significativa di emergenza delle singole specie. Studi di (Chase et al., 1998) e (Horowitz et al., 1983) indicano che le infestanti annuali hanno una sensibilità maggiore all’aumento della temperatura del suolo rispetto a quelle perenni. Dai risultati presentati in questo lavoro non è possibile trarre delle conclusioni a questo proposito, perché le quattro specie più importanti nella nostra prova fanno parte del gruppo delle annuali o biennali. Anche le dimensioni del seme non sembrano avere un'influenza significativa sull'efficacia della disinfezione del terreno con vapore e sostanze a reazione esotermica, visto che V. hederifolia, la specie dotata di semi più grandi (2-3 mm) e in quanto tale quella teoricamente meno sensibile, ha risposto bene ai trattamenti. In conclusione, il fatto che la disinfezione con vapore abbia determinato un buon controllo della flora infestante in un periodo (autunno-inverno) in cui la temperatura del terreno è naturalmente ridotta, lascia pensare che l'uso di questo metodo in primavera, cioè in un periodo in cui la maggiore intensità della radiazione solare può agire in maniera complementare al vapore, possa dar luogo a risultati ancora migliori. Capsella bursa-pastoris
Lamium spp.
KOH (r2=0,73ns)
KOH (r2=0,97**)
CaO (r2=0,09ns)
CaO (r2=0,55ns)
dose kg ha-1
dose kg ha-1
Portulaca oleracea
Veronica hederifolia
KOH (r2=0,44ns)
KOH (r2=0,92*)
CaO (r2=0,24ns)
CaO (r2=0,02ns)
dose kg ha-1
dose kg ha-1
Grafico 3: Numero di plantule delle quattro specie principali emerse dalla banca semi (strato 0-10 cm)
durante il periodo autunno-invernale per il trattamento con solo vapore e per i trattamenti con le due
sostanze a reazione esotermica (KOH e CaO) applicate a quattro dosi diverse (1000, 2000, 3000 e 4000 kg
ha-1) e rispettive linee di tendenza.

KOH (y=3869-0,55x (r2=0,87*))
CaO (y=3493-0,30x (r2=0,31ns))
m-2
le
tu
n
la 2000

dose kg ha-1
Grafico 4: Numero di plantule emerse dalla banca semi (strato 10-20 cm) durante il periodo autunno-
invernale per il trattamento con solo vapore e per i trattamenti con le due sostanze a reazione esotermica
(KOH e CaO) applicate a quattro dosi diverse (1000, 2000, 3000 e 4000 kg ha-1) e rispettive linee di
tendenza.


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Source: http://www.bioflash.it/wp-content/uploads/2009/11/controllo-flora-infestante.pdf

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