Intensificazione sostenibile delle produzioni agroalimentari e forestali (DBA.AD001)

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Department

The quality

Uno dei problemi centrali dell'umanità riguarda la necessità di produrre cibo a sufficienza per sfamare una popolazione mondiale in rapida crescita, che si stima supererà i 9 miliardi di individui entro il 2050. La FAO stima che questo obiettivo possa essere raggiunto aumentando di almeno il 60%, nel prossimo trentennio, la produzione globale di risorse alimentari. Ma allo stesso tempo, la pratica agricola corrente ha effetti sull'ambiente: più grande è la quota di terre messe a coltura, più piccola la porzione di territorio disponibile per gli ecosistemi naturali e per i servizi che essi forniscono, più intenso è l'impiego di risorse tecniche, di acqua e di prodotti di sintesi, maggiore è l'impatto sulla natura. Ne scaturisce la necessità di progettare una nuova agricoltura eco-compatibile, dove la necessaria intensificazione produttiva eviti la messa a coltura di nuove terre e garantisca la resilienza dei servizi ecosistemici, spesso fondati sulla biodiversità. E' un fatto che l'estrapolazione futura delle traiettorie correnti di produttività del sistema agrario, non consenta di raggiungere, nell'arco di tempo indicato, il livello di produzione alimentare che si renderà necessario. Il quadro generale di cambiamento ambientale e climatico, la scarsità di alcune risorse fondamentali quali acqua e nutrienti, la diffusione di nuove fitopatie e malattie degli animali e l'invarianza dell'energia disponibile per la produzione primaria si aggiungono alla complessità di questo quadro ponendo sfide ulteriori. Sfide che rendono impossibile prescindere da forme innovative di adattamento delle coltivazioni e degli allevamenti al cambiamento e da altre funzioni di sostenibilità a cui è chiamata a rispondere una nuova agricoltura. Fra queste rientra il ruolo che l'agricoltura dovrà assumere sul tema della mitigazione delle emissioni di gas climalteranti anche attraverso il sequestro di carbonio organico e la produzione sostenibile e non conflittuale di bioenergie.

Goals

E' urgente identificare, progettare e sperimentare sistemi di intensificazione sostenibile dell'agricoltura per poter assicurare la sicurezza alimentare. La priorità è quella dell'efficientamento dell'uso delle risorse naturali anche di fronte alla loro crescente scarsità e alla necessità di affrontare le sfide poste dal cambiamento climatico e contribuire alla mitigazione della sua intensità. Tali obiettivi possono essere raggiunti solo combinando fra loro azioni di ricerca "fondamentale" che mirano ad approfondire le conoscenze su processi e meccanismi biologici a livello cellulare, molecolare, genetico, fisiologico ed ecologico, e ricerche che mirano a fornire "servizi applicati" di monitoraggio, previsione e sperimentazione. Finalità, queste, che sono in armonia con gli obiettivi del Programma Nazionale della Ricerca (PNR) e con le più importanti iniziative di settore a livello europeo e internazionale. Gli obiettivi più specifici possono essere declinati su tre assi principali:
I. Aumentare/migliorare l'efficienza di conversione fotosintetica in biomassa con la finalità di aumentare le rese produttive.
II. Sfruttare, amplificandoli, fenomeni di tolleranza/adattamento/resilienza a stress biotici e abiotici in colture annuali e perennanti, anche sfruttando la biodiversità vegetale e microbica, l'adozione di sistemi resilienti di coltivazione, la diversificazione delle produzioni in aree marginali.
III. Produrre anche in condizioni limitanti, mantenendo o migliorando la qualità dei prodotti; sia progettando nuovi ideotipi di piante e animali, sia sistemi innovativi e performanti di gestione tramite approcci di biotecnologici e di agro-tecnologie avanzate.

Outline of research in an international context

La programmazione del Programma Horizon 2020 della Commissione Europea si pone una serie di obiettivi rilevanti per l'AP. Spicca quello di "assicurare la sicurezza alimentare attraverso l'efficientamento dell'uso delle risorse naturali anche di fronte alla scarsità delle risorse primarie e le sfide poste dal cambiamento climatico". La strategia è quella di definire una base solida per sostenere la sicurezza alimentare attraverso l'adattamento e l'innovazione attraverso la ricerca e la sperimentazione di soluzioni innovative ed alternative all'economia corrente basata su fonti energetiche fossili. Nello specifico, il programmaH2020 2016-17 chiede contributi riguardo a ricerche ed approcci per la i) difesa di piante ed animali in produzione (incluso le produzioni ittiche), ii) per la ricerca di soluzioni innovative per l'efficienza e la tolleranza stress biotici e abiotici, iii) per l'innovazione nel settore delle colture foraggere permanenti, iv) per lo sfruttamento delle funzioni produttive della biodiversità, v) per la progettazione di sistemi resilienti di coltivazione, vi) per la diversificazione delle produzioni in aree marginali e vii) per la progettazione di economie su base biologica. Gli aspetti fondamentali dell'innovazione in agricoltura, a cui la ricerca europea dovrebbe far riferimento sono invece oggetto delle strategie dell'EIP-AGRI (European Innovation Partnership - Agriculture) che definisce l'innovazione come l'insieme delle idee su base tecnologica, organizzativa e sociale che trovano effettivi riscontri nella pratica applicazione. Rientrano fra queste priorità anche quelle relative all'interfaccia fra ambienti urbani e rurali e al mantenimento di fondamentali servizi ecosistemici.

Outline of research in a national context

Manca, in Italia, un programma nazionale di ricerca in grado di capitalizzare in modo organico l'insieme delle ricerche che vengono condotte da Università, Enti di Ricerca pubblici e privati sul tema dell'intensficazione sostenibile delle produzioni agroalimentari. L'esperienza dei PRIN e dei FIRB esemplifica questa carenza, anche se esistono esperienze di interesse nei progetti PRIN CARBOTREES (Mitigazione dei Cambiamenti Climatici in sistemi arborei agrari e forestali), IC-FAR (Sperimentazioni agronomiche di lunga durata), GEN2PHEN (Ricerca delle basi genetiche di nuovi fenotipi nelle produzioni dei bovini da latte), Trattamenti innovativi per il riutilizzo a scopo irriguo delle acque reflue, Innovazione nella filiera orzo perqualità e sostenibilità ambientale, Identificazione e caratterizzazione di geni utili ad incrementare la produttività e sostenibilità del frumento duro, Rete nazionale per il monitoraggio dei processi erosivi nei territori agricoli, collinari e montani, TREE-CITY (Progettare la città verde nell'era del cambiamento globale), PRO-ROOT (Alle radici della produttività delle piante: interazioni fra la rizosfera e la chioma delle piante), Il controllo della crescita delle radici: un approccio di systems biology. Per parte sua il Mipaaf ha da poco concluso l'esperienza del Progetto Agri-Scenari che ha delineato un quadro di riferimento nazionale sugli impatti e sui rischi legati al clima che cambia. Altri contributi vengono dalle Regioni, ma in maniera spesso disomogenea e con forti elementi di sovrapposizione attraverso lo strumento dei fondi strutturali e coesione (es. PON e POR).

Positioning of Cnr

I nove Istituti del DISBA gestiscono, allo stato attuale una quarantina di progetti esterni che sono rilevanti per l'Area Progettuale. Le fonti di finanziamento sono internazionali (soprattutto Europee), nazionali (MIUR, ISS, MEF) e regionali (PON, POR, Fondi Strutturali). La partecipazione a molte iniziative di ricerca PON mette in evidenza come l'offerta di ricerca CNR contribuisca ad azioni mirate allo sviluppo e al consolidamento di azioni tese a strutturare il sistema produttivo delle aree svantaggiate del paese dove la ricerca riveste un ruolo di traino dell'economia locale. Non trascurabile, ma sicuramente da rafforzare la ricerca commissionata da organizzazioni private (Industria) e PMI. Fra queste ultime spiccano molte attività di servizio e di analisi, ma anche iniziative finalizzate al trasferimento tecnologico. L'insieme dei progetti afferenti all'AP delinea un quadro assai complesso e distribuito su linee diverse sia per finalità che per intensità. Alla luce di questa complessità, non è operazione semplice definire da subito un posizonamento complessivo del CNR e ancor meno farlo in maniera comparativa con altri Enti di Ricerca e le Università. Appare invece chiaro che l'offerta di ricerca CNR sui temi specifici dell'AP è comunque di rilievo e merita una particolare attenzione. E' evidente che gli Istituti che contribuiscono all'AP hanno mediamente un significativa presenza nei progetti più significativi a scala Europea, con un posizionamento suffragato dal coordinamento di progetti 7 FP-EU in aree di frontiera scientifica, sia a livello fondamentale, sia nel settore applicativo. In ambito nazionale è importante sottolineare il contributo al progetto strategico INTEROMICS che sta rapidamente portando al sequenziamento del grano duro, un caso di successo collaborativo della ricerca italiana di grande importanza a livello internazionale.

The main activities performed

A livello di ricerca "fondamentale" si segnalano, a titolo di esempio, le ricerche di successo su: limitazioni della fotosintesi, segnali e comunicazione intrapianta, tra piante, e con altri organismi, anche mediate da composti volatili, meccanismi di resistenza, tolleranza, e resilienza a stress biotici/abiotici, genomica, post-genomica ed epigenetica di specie modello e piante e animali di interesse agrario e forestale, conservazione e valorizzazione del germoplasma agrario, zootecnico e microbico, fenotipizzazione e variabilità fenotipica, simbiosi piante-microorganismi e fertilità dei suoli, proteomica, in particolare su proteine di membrana, dei semi, e in generale di riserva, sintesi e ruolo dei composti antiossidanti, produzione di estremoenzimi e di molecole di interesse medico. A livello di ricerca applicata si segnalano gli studi di monitoraggio riconducibili alle tecniche di agricoltura di precisione e di agricoltura digitale, per la produzione sostenibile in condizioni ottimali, limitanti o estreme, l'analisi di climate smart crops (es. migliorate geneticamente con germoplasma adattato all'ambiente), l'intensificazione delle produzioni tipiche. Si ricorda la massiccia partecipazione a iniziative di coordinamento infrastrutturale per l'intensificazione delle produzioni, basate sull'uso delle scienze -omiche, a livello europeo (es: EPSO e roadmap ESFRI: ANAEE, EMPHASIS) e internazionale (es: Wheat Initiative, IPPN).

The planned activities

Il principio dell'intensificazione sostenibile (produrre di più, consumando meno) prevede l'integrazione di attività di carattere fondamentale ed applicate, tramite fertilizzazione di competenze diverse e approcci multidisciplinari. Le attività di ricerca sono riconducibili a tre grandi aree tematiche:
1. BIOCHIMICA, FISIOLOGIA E EPIGENETICA VEGETALE E ANIMALE
a) fattori che limitano la fotosintesi e ne controllano l'efficienza, fotosintesi dinamica; b) fenotipizzazione e nuove tecnologie di analisi "high throughput"; c) identificazione e quantificazione dei fattori di stress; d) effetti di elevate concentrazioni di CO2 atmosferica su fotosintesi e crescita; e) metabolismo secondario ed emissioni di composti organici volatili; f) epigenetica in piante e animali di interesse agrario.
2. AGROECOLOGIA
a) relazioni tra piante, atmosfera, organismi del suolo, simbiosi e fertilità dei suoli; b) analisi e previsione di resistenza e resilienza delle colture ai fattori principali di stress; c) meccanismi e funzioni dei sistemi di comunicazione inter- e intra piante e con altri organismi.
3. AGROTECNOLOGIE
a) agricoltura di precisione e digitale; b) tecniche agronomiche innovative e sostenibili (nuove colture perenni, rotazione colturale, sovescio, consociazioni, minime lavorazioni, no-tillage); c) nuove formulazioni di fertilizzanti, ammendanti, regolatori di crescita, erbicidi e fitofarmaci; d) "climate smart crops" per l'adattamento a condizioni di coltivazione limitanti; e) sistemi previsionali, prevenzione e gestione del rischio ambientale e meteo-climatico, idrogeologico e da incendi boschivi, nonché studi sulla pianificazione territoriale per la riduzione di eventi catastrofici.

Thematic area

Biology, agriculture and food sciences

Keywords

Intensificazione sostenibile, Adattamento e Mitigazione dei Cambiamenti Climatici, Rese e produzioni agricole, zootecniche e forestali

Projects

Last update: 20/04/2024