Monitorare la temperature delle gemme per prevenire i danni delle gelate primaverili

La temperatura dell'aria viene utilizzata per prevedere le temperature letali per le gemme di ciliegio dolce, ma può differire dalla temperatura effettiva del tessuto della gemma. La Washington State University ha confrontato diversi tipi di sensori per quantificare la temperatura dei tessuti delle gemme nelle stagioni primaverili 2022 e 2023.

Durante le notti di gelo primaverile è stata osservata una differenza significativa tra la temperatura dell'aria e quella dei tessuti delle gemme. La temperatura del tessuto della gemma è scesa rapidamente sotto i 0°C (32°F) rispetto alla temperatura dell'aria. La relazione tra la temperatura dell'aria e quella dei tessuti delle gemme potrebbe essere utilizzata per prevedere meglio le temperature letali.

Gestione delle gelate primaverili

La produzione di ciliegie dolci è messa a dura prova dai danni da gelo, soprattutto all'inizio della primavera. Nella stagione 2022-23, la resa netta dei frutti nello Stato di Washington si è ridotta del 21% a causa di danni da freddo alla fine dell'inverno e all'inizio della primavera (USDA NASS, 2022).

Quando le gemme si sviluppano all'inizio della primavera, si deacclimatano alle temperature fredde. Temperature occasionalmente più calde all'inizio della primavera possono accelerare l'inizio della rottura delle gemme, rendendole più suscettibili ai danni da gelo causati dalle successive temperature più rigide.

Per questo motivo, conoscere la temperatura critica in cui le gemme di ciliegio dolce vengono uccise è fondamentale per poter intervenire tempestivamente con misure di mitigazione del gelo, come i riscaldatori e le macchine del vento. I modelli di resistenza al freddo utilizzano la temperatura dell'aria come fattore predittivo per prevedere le temperature critiche specifiche della cultivar.

Tuttavia, i tessuti delle colture presentano una capacità unica di trattenere il calore che può influenzare la temperatura dei tessuti durante le notti di cielo sereno o l'esposizione diretta alla luce del giorno (Millar, 1972; Landsberg et al., 1974; Snyder et al., 2005).

Pertanto, l'utilizzo della temperatura dell'aria può portare a imprecisioni nella previsione delle temperature critiche, con conseguente attivazione prematura o ritardata della mitigazione attiva del gelo. Abbiamo condotto una serie di esperimenti per comprendere meglio la relazione tra la temperatura dell'aria e quella del tessuto della gemma, nonché i sensori per misurarle.

Rilevamento della temperatura del tessuto della gemma

Nelle stagioni primaverili 2022 e 2023, in tre blocchi di ciliegio dolce (Prunus avium cv. Chelan) nel WA centrale, è testato un sensore a contatto diretto (termocoppia) e un sensore senza contatto (gelo radiativo) contro il controllo di un sensore di temperatura dell'aria standard.

Le termocoppie di precisione di tipo E (Omega Engineering, Norwalk, CT, USA; diametro della sonda: 0,005 pollici) sono state inserite nei boccioli dei fiori dormienti per la misurazione diretta della temperatura del tessuto del bocciolo (Tc). Sono state spinte delicatamente all'interno dei boccioli finché la punta della sonda non ha raggiunto circa 1/64 di pollice (0,2 mm) (Figura 1a). Allo stesso modo, le termocoppie sono state inserite nei fiori come mostrato nella Figura 1b.

Figura 1. Inserimento del termocoppio nel bocciolo/fiore di ciliegio dolce per il monitoraggio della temperatura durante a) la dormienza [BBCH: 00] e b) la fioritura completa [BBCH: 65] delle fasi di crescita. 

Per le misurazioni indirette della temperatura dei tessuti delle gemme, è stata valutata una sonda radiante per il gelo (SF-421, Apogee Instruments, Inc., Logan, Utah, USA; intervallo: da -50 a 70°C). Questo sensore è composto da un termistore di precisione fissato a un disco da 2,3 pollici (Figura 2a).

Figura 2. a) Sensore radiante per il gelo, b) sonda di temperatura dell'aria aspirata e di umidità relativa, e c) sistema di rilevamento integrato posizionato nell'orchard a 5 piedi sopra il livello del suolo (AGL). 

Secondo il documento del produttore, è progettato per simulare la temperatura delle foglie (Trf) durante gli eventi di gelo primaverile. Si afferma che il termistore abbia una capacità termica simile a quella delle foglie della pianta. Questo sensore è stato posizionato insieme a una sonda di temperatura dell'aria aspirata (Ta) (ATMOS-14, Meter Group, Inc., Pullman, WA, USA; intervallo di Ta: da -40 a 180 °F) a cinque piedi dal livello del suolo (Figura 2c).

Quest'ultima ha misurato la temperatura dell'aria e l'umidità relativa nell'orchard.

Differenze di temperatura tra i tessuti delle gemme e l'aria

Gli esami statistici hanno mostrato una differenza significativa tra le temperature medie notturne (1800 - 0700 ore) (Ta, Trf e Tc), indicando che sia la temperatura dell'aria che i sensori radianti per il gelo registrano temperature diverse rispetto alla temperatura effettiva dei tessuti delle gemme.

Tuttavia, poiché la temperatura dell'aria è la misurazione tradizionale per la gestione del gelo, abbiamo calcolato la differenza di temperatura, o offset, tra la temperatura dei tessuti delle gemme e la temperatura dell'aria (Figura 3). Le temperature di offset per entrambi i sensori (Trf e Tc) variavano da Ta da -20°C a -17°C.

L'offset medio per il sensore diretto (Tc) era di -18°C, ma molto più alto a -19°C per il sensore indiretto (Trf). Il sensore indiretto radiante per il gelo registrava temperature più basse dei tessuti delle gemme a causa della grande superficie sensibile rispetto alla misurazione diretta con termocoppia.

Un leggero offset positivo (Figura 3) per la temperatura dei tessuti delle gemme può essere attribuito all'aumento della temperatura dei tessuti delle gemme durante la mitigazione del gelo. Utilizzare solo la temperatura dell'aria (Ta) per attivare la mitigazione del gelo potrebbe essere problematico poiché:

1. Ta era costantemente più alta della temperatura dei tessuti delle gemme (Tc)
2. I sensori dei tessuti delle gemme e radianti per il gelo registravano temperature inferiori al punto di congelamento (32 °F) prima di Ta (Figura 4).

Figura 3. Grafico di densità degli offset tra il sensore radiante per il gelo (Trf) e la temperatura diretta dei tessuti delle gemme (Tc) rispetto alla temperatura dell'aria (Ta). 

Gli offset o le differenze di temperatura per Trf e Tc rispetto a Ta erano più variabili durante gli eventi di gelo primaverile, il che potrebbe essere influenzato anche da altri parametri meteorologici come l'umidità relativa, la velocità del vento e la copertura nuvolosa.

Figura 4. Andamento temporale della temperatura diretta dei tessuti delle gemme (Tc), della temperatura dell'aria (Ta) e del sensore radiante per il gelo (Trf) durante l'evento di gelo primaverile (1800 - 0800 ore), indicando temperature dei boccioli che si congelano precocemente durante le stagioni primaverili a) 2022 e b) 2023. 

A causa degli offset osservati, i modelli di resistenza al freddo che stimano le temperature letali utilizzando solo la temperatura dell'aria potrebbero causare errori nella mitigazione, poiché la temperatura dell'aria e quella dei tessuti delle gemme sono significativamente diverse. Ulteriori ricerche sono necessarie per stimare gli errori delle previsioni dei modelli di resistenza al freddo che utilizzano la temperatura dell'aria invece di quella dei tessuti delle gemme.

Fonte: Washington State University
Immagini: Washington State University

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