Processing Tomato Production in Northeastern Italy: Environmental and Agronomic Assessment Using CSM-CROPGRO-Tomato Model

The Italian processing tomato has a major dominance in the global market but few studies have been conducted using a cropping systems analysis approach for this crop. The overall goal of this project was to evaluate the Cropping System Model (CSM)-CROPGRO-Tomato of the DSSAT (Decision Support System for Agrotechnology Transfer) software with experimental data obtained from field experiments that were conducted at the experimental farm in Legnaro, northeastern Italy in 2009 and 2010. The experiments encompassed four transplanting dates starting on 21st of April in 2009 and on 29th of April in 2010 and with ten-day intervals. Mulched and non-mulched plots, and four local processing tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) varieties: Augusto F1 (AUG) and Tiziano F1 (TIZ) from De Ruiter company; and NPT 63 (NPT) and Safaix (SAF) from S&G company were also compared. A comparison of yield for the different transplanting dates showed that earlier transplanting dates increased yield for all varieties, while there was a significant higher yield for NPT variety than the other three varieties. The moderate rainy season in 2009 gave a significant difference between mulched and non-mulched plots, with higher plant growth for mulched conditions. The rainy season in 2010 reduced the effect of both mulching the soil and irrigation on growth, development, and yield. Calibration of CSM-CROPGRO-Tomato model using the non-mulched treatments showed that d-Stat values between observations and model simulation for different parameters using the four varieties ranged from 0.562 to 0.964 at TD1, from 0.915 to 0.992 at TD2, from 0.566 to 0.990 at TD3, and from 0.733 to 0.998 at TD4. Parameters used at calibration phase were total dry matter, fruits dry matter, vegetative dry matter, number of fruits, harvest index and leaf area index. Values of d-Stat for model calibration were lower for leaf area index, which ranged from 0.511 to 0.924. Model calibration using TD1 gave acceptable simulation, whereas it was quite high with the other transplanting dates. This study showed that it is possible, under northeastern Italian conditions, to apply the model for simulating growth and yield of different processing tomato varieties for different production seasons and under different weather conditions. Further experimental work is needed, anyway, in order to evaluate the model performance. Forty years of future projected daily weather datasets from 2011 to 2050 were used to evaluate the performance of calibrated CSM-CROPGRO-Tomato model under different weather conditions. ENEA and MPI were the two future weather scenarios used in order to evaluate processing tomato growth under changed climate conditions. Plants were affected more seriously with MPI scenario as it had sharper changes. At early transplanting, plants will be more adapted to new weather conditions so they will remain at a stable production level in almost all years. Lack of rain using MPI scenario, coupled with higher temperature, will cause a reduction in yield and a need for more amount and frequency of irrigation. Global solar radiation and minimum and maximum temperature will affect growing cycle length. There is a negative correlation between growing cycle to maturity length and values of both minimum and maximum temperature. Yield will be also affected negatively by season average minimum temperature. As low was the average temperature during the growing season as long was growing cycle. Despite the good results with the calibration of the model, further studies and research are needed in order to better adapt the internal parameters of the software to the different varieties available and the specific conditions of northern Italy. This indicates that under northeastern Italian conditions it would be possible to use the model and to simulate the possible yield of different processing tomato varieties at different seasonal and weather conditions.

Il pomodoro da industria italiano ha una posizione dominante nel mercato mondiale, ma pochi studi sono stati condotti, per questa coltura, utilizzando un approccio di analisi dei sistemi colturali. L'obiettivo generale di questo progetto era quello di valutare il modello CSM-CROPGRO-Tomato del DSSAT (Decision Decision Support System for Agrotechnology Transfer) software con i dati sperimentali ottenuti da prove di campo condotte presso l'azienda agricola sperimentale di Legnaro, nord-est di Italia nel 2009 e 2010. Gli esperimenti comprendevano quattro date di trapianto, a partire dal 21 aprile nel 2009 e dal 29 aprile nel 2010 e con intervalli di dieci giorni, confrontando inoltre trattamenti di pacciamatura a confronto con testimoni non pacciamati, e quattro diverse varietà di pomodoro da industria (Lycopersicon esculentum Mill) : Augusto F1 (AUG) e Tiziano F1 (TIZ) forniti dalla Ditta De Ruiter, e NPT 63 (NPT) e Safaix (SAF) forniti da S&G. Un confronto tra la resa per le diverse date di trapianto ha mostrato che un anticipo del momento di trapianto aumenta la resa per tutte le varietà. Si è verificata inoltre una resa significativamente superiore per la varietà NPT rispetto alle altre tre varietà. La stagione 2009, caratterizzata da piovosità moderata, ha indotto una significativa differenza tra tesi pacciamate e non pacciamate, con ritmo di crescita più elevato per i trattamenti con pacciamatura. La stagione 2010, caratterizzata da elevata piovosità, ha invece coperto l‘effetto della pacciamatura del suolo e quindi dell‘intensità della irrigazione sia sulla crescita sia sullo sviluppo e resa. La calibrazione del modello CSM-CROPGRO-Tomato, utilizzando i trattamenti non pacciamati, ha mostrato che i valori d-Stat compresi tra osservazioni e simulazione del modello per diversi parametri utilizzando le quattro varietà variava tra 0,562 e 0,964 a TD1, tra 0,915 e 0,992 a TD2, tra 0,566 e 0,990 a TD3, e tra 0,733 a 0,998 a TD4. I parametri utilizzati in fase di calibrazione sono stati sostanza secca di pianta totale, sostanza secca di frutti, sostanza secca delle strutture vegetative, il numero di frutti, indice di raccolta e indice della superficie fogliare. I valori di d-Stat per la calibrazione del modello sono state inferiori per l'indice di area fogliare, che variavano tra 0,511 e 0,924. La calibrazione del modello di simulazione per la prima data di trapianto è stata accettabile, ma risultai migliori sono stati ottenuti usando le altre date di trapianto. Questo studio ha dimostrato che è possibile applicare il modello, e in diverse condizioni meteorologiche tipiche del nord est italiano. Comunque, sono necessari ulteriori lavori sperimentali per approfondire le valutazioni delle prestazioni del modello. Quarant'anni di dati meteorologici giornalieri stimate per il futuro (2011-2050) sono stati utilizzati per valutare le prestazioni del modello calibrato CSM-CROPGRO-Tomato in condizioni di cambiamenti climatici. ENEA e MPI sono stati i due scenari meteorologici utilizzati per valutare la risposta di crescita del pomodoro in condizioni di cambiamento climatico. Le piante sono state influenzate più seriamente con lo scenario MPI che presentava variazione occidentale. Al primo trapianto, le piante saranno più adattate alle nuove condizioni climatiche in modo che rimarrà a un livello di produzione stabile in quasi tutti gli anni. La carezza di pioggia ipotizzata nello scenario MPI accoppiata con temperature superiori causerà una diminuzione delle rese e la necessità di maggiori irrigazioni. I parametri che hanno influenzato maggiormente le simulazioni sono stati la radiazione solare globale e la temperatura minima e massima che influiscono sulla lunghezza del ciclo e il numero di giorni tra fruttificazione e maturazione. E‘ stata trovata una correlazione negativa tra lunghezza del ciclo di crescita e valori della temperatura minima e massima. La resa è influenzata negativamente anche dalla temperatura minima e massima della stagione. Più bassa è stata la temperatura media durante il periodo di crescita, più corto è stato il ciclo vegetativo. Nonostante i buoni risultati ottenuti con la calibrazione del modello, ulteriori studi e ricerche sono necessari al fine di meglio adattare i parametri interni del software alle diverse varietà a disposizione e alle condizioni specifiche del nord Italia. Ciò indica che in condizioni tipiche del nord-est di Italia sarebbe possibile utilizzare il modello per simulare la resa delle diverse varietà di pomodoro a differenti condizioni stagionali e meteo.