NeutraWeed, verso infestanti da non combattere

Esistono comunità di piante infestanti che non danneggiano le colture: sono le cosiddette neutral weed communities, ovvero, comunità infestanti neutrali.

Se non ne avete mai sentito parlare, non preoccupatevi: è una cosa piuttosto nuova e ora ne parleremo noi con il dottore Marco Esposito della Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa, che sta coordinando un progetto di ricerca proprio su questo.

Dottor Esposito, innanzitutto ci può spiegare bene cosa sono e quali sono le infestanti neutrali?
"Innanzitutto, grazie mille per avermi coinvolto in questa vostra intervista. È un grande piacere per me.
Il termine neutral weed communities, in italiano comunità di piante infestanti neutrali, può sembrare un ossimoro, lo capisco perfettamente, e può destare un'iniziale sensazione di smarrimento. Ma terminologia a parte, esse sono definite come comunità di piante (generalmente considerate infestanti) che possono convivere con le piante coltivate senza determinare nessuna riduzione significativa della produzione delle colture rispetto a una condizione in cui esse vengono sistematicamente eliminate. Considerato che le piante infestanti sono piante spontanee e che le comunità di infestanti neutrali hanno di infestante poco o nulla, sarebbe più appropriato chiamarle comunità di piante spontanee neutrali.

Rispetto ad una visione non molto lontana di quando ero uno studente universitario, che vede le piante infestanti come un corpo estraneo da eliminare a tutti i costi dai campi coltivati, il concetto di comunità di piante spontanee neutrali considera centrali la comprensione delle affascinanti ed eleganti interazioni ecologiche tra le piante infestanti, le piante coltivate e gli altri macro e microrganismi degli agroecosistemi, dove le infestanti sono viste come una componente fondamentale da gestire in maniera intelligente. Queste interazioni variano fortemente in base all'identità delle piante infestanti da cui derivano le loro caratteristiche funzionali ed ecologiche, che modellano significativamente la loro interazione con le colture agrarie. Una comunità di piante spontanee può essere molto dannosa per una pianta coltivata e allo stesso tempo non esserlo per un'altra. 

Le evidenze scientifiche finora a disposizione suggeriscono che, in alcuni contesti, l'eliminazione sistematica di tutta la flora spontanea non è solo inutile, ma potrebbe anche essere controproducente. Le piante infestanti possono essere una grande risorsa per impollinatori, uccelli ed insetti predatori di parassiti delle piante coltivate, possono ridurre significativamente il rischio di erosione e arricchire il suolo di sostanza organica e minerali. Esse possono anche incrementare la presenza di microrganismi benefici del suolo, come i funghi micorrizici, i quali aumentano la disponibilità di nutrienti per le colture agrarie.

Il concetto di comunità di piante spontanee neutrali pone un livello di complessità sul quale la ricerca scientifica deve ancora fare tanta strada: comprendere le interazioni tra le infestanti e le piante coltivate a livello di comunità. Non siamo molto interessati a studiare l'interazione tra le singole piante infestanti e le piante coltivate, ma piuttosto a ciò che accade a livello di comunità, quando più piante infestanti interagiscono tra loro e con le piante coltivate.

Grazie alla ricerca scientifica adesso sappiamo che la densità di infestanti non è sempre il principale fattore a determinare la competitività di una comunità, più che altro è la sua composizione, ovvero l'identità botanica delle piante che la formano. Ad esempio, da studi condotti in Italia e Francia, sappiamo che il grano non subisce nessuna riduzione significativa della produzione rispetto a una condizione priva di piante infestanti, quando convive con comunità principalmente formate da centocchio dei campi (Lysimachia arvensis (L.) U.Manns & Anderb), artemide dei campi (Anthemis arvensis L.), geranio dissetto (Geranium dissectum L.), centocchio comune (Stellaria media (L.) Vill.), veronica a foglie d'edera (Veronica hederifolia L.) e veronica di Persia (Veronica persica Poir.), anche a densità complessive relativamente più alte di quelle di comunità di infestanti dannose (Esposito et al., 2023; Adeux et al., 2019).

Analogamente, da esperimenti condotti in Messico, sappiamo che il mais (Zea mays L.) può non subire riduzioni significative della produzione quando convive con comunità formate da specie come l'euforbia (Euphorbia hirta L.), il fillanto (Phyllanthus niruri L.), gramigna indiana (Eleusine indica (L.) Gaertn.) e lo zigolo infestante (Cyperus rotundus L.) (Penagos et al., 2003).

Similarmente può accadere alla fava (Vicia faba L.), come dimostrato da uno studio condotto in Canada (Patriquin et al., 1988), quando essa coesiste con comunità principalmente composte, in ordine di abbondanza, da piante come il tarassaco comune (Taraxacum officinale Weber ex F.H.Wigg.), Equisetum spp., cardo campestre (Cirsium arvense (L.) Scop.), ravanello selvatico (Raphanus raphanistrum L.), ambrosia a foglie d'artemisa (Ambrosia artemisiifolia L.), canapetta comune (Galeopsis tetrahit L.) e il grespino dei campi (Sonchus arvensis L.). 

Comunque, nonostante questi promettenti risultati, è mio dovere precisare che è assolutamente necessario continuare la ricerca scientifica a livello globale, conducendo nuovi studi di lunga durata in modo da fornire dati più robusti e specifici ai differenti contesti ambientali in cui ci si trova.

Spiegare come e perché alcune comunità di piante spontanee si comportano differentemente rispetto alle altre è la vera sfida. Questo è il motivo per cui nasce NeutraWeed, un progetto internazionale finanziato dalla Commissione Europea di cui io sono coordinatore e responsabile scientifico, di cui fanno parte 15 organizzazioni provenienti da Italia, Francia, Olanda, Spagna, Grecia, Cina, Stati Uniti, Kenya e Argentina".

Cosa state facendo nel progetto NeutraWeed?
"Il nucleo centrale del progetto NeutraWeed (Understanding Neutral Weed Communities - Crops interactions and identification of Artificial Intelligence algorithms for species-specific weed management using robots) è il trasferimento di ricercatori da una organizzazione all'altra nell'ambito dei Paesi prima elencati, per sviluppare attività di ricerca scientifica, di training, e di networking in tre aree di ricerca principali: 1) comprendere l'interazione tra le colture agrarie e le comunità di piante spontanee neutrali da un punto di vista ecologico, microbiologico e fisiologico; 2) identificare nuovi algoritmi di Intelligenza Artificiale per il riconoscimento specie-specifico delle infestanti; 3) sviluppare prototipi di robot capaci di utilizzare tali algoritmi per la rimozione specie-specifica delle infestanti, in modo da ottenere comunità di piante spontanee neutrali. Relativamente ai sistemi di trattamento delle infestanti, ci stiamo focalizzando su microspruzzatori, laser o piccoli strumenti meccanici che ci consentirebbero di rimuovere le piante infestanti in modo chirurgico e selettivo".

Qual è l'obiettivo del progetto?
"In un contesto globale in cui gli erbicidi e le lavorazioni del suolo (spesso severe) per la rimozione delle infestanti sono sempre più associati a problemi ambientali gravi (incremento di resistenze agli erbicidi, accumulo di erbicidi nel suolo e nei corpi d'acqua, impoverimento del suolo e aumento dell'erosione), è necessario individuare nuovi metodi di gestione intelligente e sostenibile delle piante infestanti basati sulla comprensione della loro ecologia.

Noi proponiamo l'uso di sistemi robotici capaci di riconoscere le piante infestanti sin dalle prime fasi del loro sviluppo in modo da eliminare quelle più competitive e lasciare le altre, creando una comunità di piante spontanee neutrale. La composizione di una comunità di piante spontanee neutrale che può andare bene per una coltura potrà essere solo stabilita con la ricerca scientifica. In NeutraWeed ci stiamo impegnando non solo per perseguire quest'ultimo obiettivo, ma anche per comprendere e spiegare il perché alcune comunità di piante spontanee sono neutrali rispetto ad altre da un punto di vista ecologico, microbiologico e fisiologico".

Al momento che risultati sono stati ottenuti e cosa deve essere ancora fatto?
"Considerando che il progetto NeutraWeed è cominciato nel novembre 2024 e che in campo agrario, normalmente gli esperimenti hanno una durata di 2-3 anni, siamo ancora in una fase iniziale ed è ancora troppo presto per divulgare i primi risultati. In campo robotico i tempi possono essere anche più lunghi.

Diversi esperimenti sono già stati completati, ma devono essere ripetuti. Altri cominceranno a breve. Io nello specifico sto conducendo un esperimento triennale che prevede la partecipazione della Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa (Italia), Zhejiang University (Cina) e Cornell University (Usa). L'esperimento mira all'identificazione di comunità di piante spontanee neutrali e allo studio delle comunità microbiche ad esse associate nel mais (Usa), riso (Cina) e grano (Italia). Il primo anno di sperimentazione presso Cornell è già stato fatto, ma la ricerca continua. Se volete sapere di più sugli sviluppi di NeutraWeed non esitate a contattarmi e a visitare il sito internet di NeutraWeed".  

Bibliografia e materiale di approfondimento consigliato

"Mitigating crop yield losses through weed diversity" di Adeux G. et al. - Nature Sustainability 2.11 (2019): 1018-1026

"Soil nutrition management may preserve non-detrimental weed communities in rainfed winter wheat (T. aestivum)" di Esposito M., et al. - Agriculture, Ecosystems & Environment 355 (2023): 108596

"Aphid infestation of fababeans on an organic farm in relation to weeds, intercrops and added nitrogen" di Patriquin, D. G., et al. - Agriculture, ecosystems & environment 20.4 (1988): 279-288

"Effect of weeds on insect pests of maize and their natural enemies in Southern Mexico" di Penagos, D. I., et al. - International Journal of Pest Management 49.2 (2003): 155-161