ETD

• agricoltura sostenibile
• agroecosystem resilience
• ambiente mediterraneo
• consociazione colturale
• crop diversification
• diversificazione colturale
• Egyptian clover
• Fico d'india foraggero
• Forage cactus pear
• intercropping
• Italian reyegrass
• Lolium multiflorum
• mediterranean environment
• resilienza agroecosistemica
• sandy soil
• sistemi foraggeri sostenibili
• suolo sabbioso
• sustainable agriculture
• sustainable forage system
• Trifoglio alessandrino

This experimental thesis addresses the topic of crop diversification through intercropping systems between perennial and annual forage resources in the Mediterranean environment, with particular attention to the agronomic sustainability of production systems under conditions of limited availability of external inputs. The study arose from the need to identify innovative and resilient strategies for managing forage crops in areas characterized by high climate variability, water scarcity, and progressive soil impoverishment, problems that are increasingly widespread in Mediterranean contexts. The experimental activity was conducted on sandy soil and in the absence of fertilization, in order to evaluate the behavior of the species under consideration under conditions of low fertility and reduced nutrient supply. In this context, different intercroppings were studied between forage prickly pear (Opuntia ficus-indica), both propagated by cladode cuttings and micropropagation, and annual forage species represented by ryegrass (Lolium multiflorum) and Alexandrian clover (Trifolium alexandrinum).
Forage prickly pear represents a growing resource of interest in arid and semi-arid environments due to its high water-use efficiency, ability to adapt to challenging soil and climate conditions, and potential use as a livestock feed source during periods of forage scarcity. The presence of the micropropagated variant also allows for further investigation of both the role of modern plant propagation techniques in improving crop uniformity, rooting capacity, and productivity, as well as the role of plant size (much smaller through micropropagation than the parent cladode) in the establishment phase of intercropping and its complementarity with other intercropped species. At the same time, ryegrass and Alexandrian clover were selected for their agronomic and nutritional complementarity: the former for its high biomass production, rapid growth, and ability to absorb mineral nitrogen, the latter for its ability to biologically fix atmospheric nitrogen and its related contribution to improving soil fertility. The primary objective of the research was to evaluate the compatibility between annual and perennial species within intercropping systems, analyzing the effects of crop diversification on productivity, adaptation to environmental conditions, and the potential improvement of the agronomic characteristics of the system as a whole. Specifically, the study considered parameters related to vegetative growth, the competitive capacity of the species involved, forage biomass production and quality, and the ability to absorb nutrients (particularly nitrogen) from the soil.
Intercropping is an agronomic practice of considerable interest in sustainable agriculture, as it optimizes the use of available resources, reduces competition with weeds, and increases agroecosystem biodiversity. In Mediterranean environments characterized by frequent water stress and soils poor in organic matter, the integration of species with different physiological strategies and root systems can contribute to improving the efficiency of water and nutrient use. Furthermore, the use of annual legumes such as Alexandrian clover can promote natural soil enrichment through nitrogen fixation, reducing dependence on chemical fertilizers.
The results show that the studied intercroppings can represent a valid alternative to conventional forage systems, especially in contexts characterized by limited water availability and technical inputs. Prickly pear cactus showed good adaptation to the experimental conditions, confirming its resilience to environmental stress. The associated annual crops contributed to ground cover and biomass production in the short term, while also promoting greater diversification of the cropping system. The absence of fertilization also highlighted the potential of biological interactions between intercropping species, highlighting the role of legumes in supporting soil fertility and improving the overall balance of the agroecosystem. The differences observed between traditional and micropropagated prickly pear cactus offer interesting insights for future applications in genetic improvement and the dissemination of higher-performing plant material.
Overall, the research confirms the importance of crop diversification as a strategy for increasing the sustainability and resilience of Mediterranean agricultural systems.

La presente tesi sperimentale affronta il tema della diversificazione colturale attraverso sistemi di consociazione tra risorse foraggere perenni e annuali in ambiente mediterraneo, con particolare attenzione alla sostenibilità agronomica dei sistemi produttivi in condizioni di limitata disponibilità di input esterni. Lo studio nasce dall’esigenza di individuare strategie innovative e resilienti per la gestione delle colture foraggere in aree caratterizzate da elevata variabilità climatica, scarsità idrica e progressivo impoverimento dei suoli, problematiche sempre più diffuse nei contesti mediterranei. L’attività sperimentale è stata condotta su terreno sabbioso e in assenza di concimazione, al fine di valutare il comportamento delle specie considerate in condizioni di bassa fertilità e ridotto apporto di nutrienti. In questo contesto sono state studiate differenti consociazioni tra fico d’India foraggero (Opuntia ficus-indica), sia da riproduzione per talea con cladode, sia da micropropagazione, e specie foraggere annuali rappresentate da loiessa (Lolium multiflorum) e trifoglio alessandrino (Trifolium alexandrinum).
Il fico d’India foraggero rappresenta una risorsa di crescente interesse per gli ambienti aridi e semi-aridi grazie alla sua elevata efficienza nell’uso dell’acqua, alla capacità di adattarsi a condizioni pedoclimatiche difficili e al potenziale impiego come fonte alimentare per il bestiame nei periodi di scarsità foraggera. La presenza della variante micropropagata consente inoltre di approfondire sia il ruolo delle moderne tecniche di propagazione vegetale nel miglioramento dell’uniformità, della capacità di attecchimento e della produttività delle colture, sia il ruolo della dimensione della pianta (molto più piccola da micropropagazione rispetto al cladode madre) nella fase di insediamento della consociazione e complementarietà con le altre specie consociate. Parallelamente, la loiessa e il trifoglio alessandrino sono stati selezionati per la loro complementarità agronomica e nutrizionale: il primo per l’elevata produzione di biomassa e rapidità di accrescimento e capacità di assorbire l'N minerale, il secondo per la capacità di fissazione biologica dell’azoto atmosferico e relativo contributo al miglioramento della fertilità del suolo. L’obiettivo principale della ricerca è stato quello di valutare la compatibilità tra specie annuali e perenni all’interno di sistemi consociati, analizzando gli effetti della diversificazione colturale sulla produttività, sull’adattamento alle condizioni ambientali e sul possibile miglioramento delle caratteristiche agronomiche del sistema nel suo complesso. In particolare, lo studio ha preso in considerazione parametri relativi all’accrescimento vegetativo, alla capacità competitiva delle specie coinvolte, alla produzione di biomassa foraggera e relativa qualità, e alla capacità di assorbire i nutrienti (in particolare l'N) dal suolo.
La consociazione colturale rappresenta una pratica agronomica di notevole interesse nell’ambito dell’agricoltura sostenibile, poiché consente di ottimizzare l’utilizzo delle risorse disponibili, ridurre la competizione con le infestanti e incrementare la biodiversità agroecosistemica. In ambienti mediterranei caratterizzati da stress idrici frequenti e suoli poveri di sostanza organica, l’integrazione di specie con differenti strategie fisiologiche e apparati radicali può contribuire a migliorare l’efficienza d’uso delle risorse idriche e nutritive. Inoltre, l’impiego di leguminose annuali come il trifoglio alessandrino può favorire un arricchimento naturale del terreno attraverso la fissazione dell’azoto, riducendo la dipendenza da fertilizzanti chimici.
I risultati ottenuti evidenziano come le consociazioni studiate possano rappresentare una valida alternativa ai sistemi foraggeri convenzionali, soprattutto in contesti caratterizzati da limitata disponibilità di acqua e input tecnici. Il fico d’India ha mostrato una buona capacità di adattamento alle condizioni sperimentali, confermandosi una specie particolarmente resiliente agli stress ambientali. Le colture annuali associate hanno contribuito alla copertura del terreno e alla produzione di biomassa nel breve periodo, favorendo al tempo stesso una maggiore diversificazione del sistema colturale. L’assenza di concimazione ha inoltre permesso di evidenziare le potenzialità delle interazioni biologiche tra le specie consociate, mettendo in luce il ruolo delle leguminose nel sostenere la fertilità del terreno e nel migliorare l’equilibrio complessivo dell’agroecosistema. Le differenze osservate tra il fico d’India tradizionale e quello micropropagato offrono spunti interessanti per future applicazioni nell’ambito del miglioramento genetico e della diffusione di materiale vegetale più performante.
Nel complesso, la ricerca conferma l’importanza della diversificazione colturale come strategia per aumentare la sostenibilità e la resilienza dei sistemi agricoli mediterranei. L’integrazione tra specie foraggere annuali e perenni può contribuire a una gestione più efficiente delle risorse naturali, favorendo al contempo la conservazione del suolo, la riduzione degli input chimici e il mantenimento della produttività agricola in condizioni ambientali difficili. La sperimentazione svolta rappresenta quindi un contributo utile allo sviluppo di modelli agricoli innovativi orientati verso pratiche più sostenibili e adattate ai cambiamenti climatici.