Transpiration of hazelnut (Corylus avellana L.) orchards in response to different climatic conditions and implications for water management

Plants are unquestionably at the basis of human life as they are directly or indirectly a source of food, but the agricultural sector accounts for more than 80% of water consumption. Agricultural production cannot ignore water supply to meet market demands, while it faces growing water shortages, droughts and heat waves. In this sense, it is paramount to manage water resources in a sustainable way by understanding the water responses of species to different climates. The European hazelnut is an expanding orchard tree, which has now established in all continents to answer the increasing demand for nuts from the food industry. Trees face the challenge of acclimating to new areas, while remaining productive. In this situation, still no precise knowledge exits about the average transpiration of hazelnut orchard under standard irrigation and thus about the real irrigation needs respect to its environment. The few studies on hazelnut water use are mainly leaf-based or hardly transferred to growers. This research focuses on three main topics in the perspective of providing useful reference for orchard managers set in different climatic contexts: I) to identify the pattern of transpiration response to different climates, irrigation and cultivars. II) To estimate the transpiration at the tree level and propose a realistic tool for growers to reintegrate water loss. III) Explore the links and limitations of transpiration activity and carbon gain processes. We set a long-term experiment across three growing seasons (from 2016 to 2019) on eight orchards in Chile, Australia, Italy, France and Republic of Georgia, involving two cultivars: Tonda Gentile delle Langhe and Tonda di Giffoni. We monitored in continuous the sap flow with Granier’s thermal dissipation probes (TDPs), the meteorological parameters and the soil water content. Tree biometrics and orchard features were recorded as well. TDPs were calibrated with a liquid flow meter applied to a potometric system. The transpiration responses showed to be linearly correlated to the vapor pressure deficit of the atmosphere (VPD) until 20hPa. The radiation intensity produced different responses in the two hemisphere, but cultivar and doubled irrigation had little impact. The calibration of TDPs lead to the correction of the Granier’s equation with parameters suitable for hazelnut. This, together with the estimation of the tree leaf area, allowed to derive a range of transpiration per unit of leaf (1-2.55 l m-2day-1). This is the basis for a water loss reintegration strategy by knowing the mean daily VPD. The link between transpiration and carbon assimilation was considered to highlight the interval of VPD at which the canopy conductance, and thus the potential carbon assimilation, is maximized. A conclusive ancillary study shows through the manipulation of C sources and sinks that the nut production depends on C previously stored in the stem showing that branches are not fully carbon autonomous.Le piante sono indiscutibilmente alla base della vita umana poiché sono direttamente o indirettamente fonte alimentare, ma il settore agricolo pesa per più dell’80% sul consumo di acqua. La produzione agricola non può prescindere dall’apporto idrico per raggiungere le richieste del mercato, mentre deve fronteggiare una crescente scarsità di acqua, eventi siccitosi e ondate di calore. In questo senso, diviene fondamentale gestire le risorse idriche in modo sostenibile comprendendo le risposte idriche delle specie ai diversi climi. Il nocciolo è un albero da frutto in grande espansione, che si è oggi affermato in tutti i continenti in risposta alla richiesta di nocciole da parte dell’industria alimentare. I noccioli debbono al contempo acclimatarsi alle nuove aree e rimanere produttivi. In questa situazione non c’è ancora una precisa conoscenza rispetto alla traspirazione media di noccioleti irrigati e quindi alle loro necessità irrigue calate nel contesto climatico. I pochi studi sull’ utilizzo dell’acqua nel nocciolo rimangono relativi alle dinamiche fogliari o sono difficili da trasferire agli agricoltori. Lo scopo di questa ricerca verte su tre scopi principali nella prospettiva di essere un riferimento per i gestori dei corileti che operano in diversi contesti climatici: I) Identificare la risposta traspirativa di piante adulte in diversi climi, irrigazioni e cultivar. II) Stimare la traspirazione al livello di albero e, sulla base di ciò, proporre un approccio realistico per reintegrare le perdite traspirative volto ai corilicoltori. III) Esplorare le connessioni e le limitazioni alla traspirazione e ai processi di acquisizione del carbonio. Si è installato un esperimento a lungo termine attraverso tre stagioni vegetative (2016-2019) in otto diversi corileti in Cile, Australia, Italia, Francia e Repubblica della Georgia, coinvolgendo due cultivar: Tonda Gentile delle Langhe and Tonda di Giffoni. Il flusso di linfa è stato monitorato con delle sonde a dissipazione termica di Granier (TDP). Sono stati misurati parametri meteorologici, contenuto idrico del suolo e parametri biometrici dei corileti. I TDP sono stati calibrati attraverso un misuratore di flusso e un approccio potometrico. Le risposte traspirative si sono dimostrate linearmente correlate con il deficit di pressione di vapore atmosferico (VPD) fino a circa 20 hPa. L’intensità di radiazione si è anche rivelata importante nel diversificare le risposte tra i due emisferi, ma la cultivar e le diverse strategie irrigue hanno avuto un effetto irrilevante nel diversificare le risposte traspirative. La calibrazione dei TDP ha condotto alla correzione dell’equazione di Granier con parametri adatti al nocciolo. Questo, insieme alla stima dell’area fogliare ha permesso di individuare un intervallo di traspirazione per unità di area fogliare (1-2.5 l m-2 giorno-1). Tale risposta è alla base di una strategia di reintegro delle perdite traspirative che utilizza il VPD medio come principale predittore della traspirazione totale giornaliera. Il legame tra traspirazione e assimilazione potenziale di carbonio è stato considerato per far emergere l’intervallo di VPD in cui la conduttanza di chioma è massimizzata, e quindi, anche il potenziale di assimilazione. Uno studio ancillare conclusivo mostra che per il riempimento delle nocciole la specie utilizza anche carboidrati precedentemente immagazzinati nel fusto oltre che a quelli forniti dalle foglie dell’anno