project - EIP-AGRI Operational Group

Innovative crop protection techniques for the eco-sustainable basil chain - Pesto
Tecniche di difesa innovative per la filiera del basilico da industria eco sostenibile - Pesto

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Completed | 2021 - 2023 Italy
Completed | 2021 - 2023 Italy
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Kontext

"Peronospora belbahrii" is taking on more and more importance in basil defense programs. In recent years, as a result of climate change, attacks and damage to crops have increased exponentially. Its spread is greater the better the environmental conditions are for the pathogen.
The management of the disease in basil is increasingly difficult also due to two coexisting problems. The first concerns the etiology of P. belbahrii, which has very short incubation times and requires repeated interventions with systemic synthetic active compounds. The second concerns the fact that basil, although it is gaining more and more importance for the turnover of the Italian agri-food industry, remains a minor crop in terms of cultivated hectares. For this reason, the agro-pharmaceutical industry invests little in the search for new synthetic molecules: there are therefore few authorized active compounds, with the risk of resistance development by the pathogen and the need to apply increasing doses, increasing the risk of residues.
This scenario is surrounded by the ever-increasing needs of consumers towards food production characterized by environmental and social (zero residues of pesticides) sustainability.
In such a complex context, it is essential to seek sustainable and innovative solutions, based on IPM principles (integrated pest management) and focused on prevention, which currently remains the only weapon in the hands of producers to effectively combat the disease.

Objectives

The project "Innovative crop protection techniques for the eco-sustainable basil chain - PESTO" aims to launch a pilot initiative of technology transfer to define an integrated protocol for the implementation of innovative products and technologies for the defense of basil against the downy mildew.  Besides the employment of tolerant varieties and of either biological or chemical products, the project plans to employ activated oxygen (ozone) dissolved in water,  with the aim of controlling the basil disease and of sanitizing the farming areas and tools, both in the field and in greenhouse growing conditions.

Objectives

Il progetto “Tecniche di difesa innovative Per la filiEra del baSilico da indusTria ecO sostenibile - PESTO” si pone l’obiettivo di avviare un’iniziativa pilota di trasferimento tecnologico per la definizione di un protocollo integrato teso all’adozione di prodotti e tecnologie innovative per la difesa dalla peronospora nel basilico. Oltre a varietà tolleranti e a prodotti biologici e chimici, è previsto anche l’impiego dell’ossigeno attivato (ozono) disciolto in acqua, per il controllo in campo e in serra e per igienizzare i siti e le attrezzature utilizzate per la coltura.

Activities

The operating plan aims to develop integrated protocols for protection of basil from the downy mildew, in the field and in the greenhouse, with the support of innovative technologies. The following activities are planned:
•Development of a prototype sprayer for ozonated water;
•Application of integrated basil protection protocols, including ozonated water;
•Characterization of the crop product quality and the effectiveness of crop protection protocols;
•Production of organic basil processed products and their evaluation;
•Economic evaluation of the benefits of the proposed protocols.

Activities

Il piano operativo propone la definizione di un protocollo integrato di difesa del basilico dalla peronospora, in campo e in serra, con il supporto di tecnologie innovative. Sono previste le seguenti attività:
•Messa a punto di un’irroratrice prototipo per acqua ozonizzata;
•Applicazione di protocolli di difesa integrati, incluso acqua ozonizzata;
•Caratterizzazione della qualità merceologica della produzione e dell’efficacia dei protocolli di difesa;
•Produzione di trasformati di basilico biologici e loro valutazione;
•Valutazione economica dei benefici dei protocolli proposti.

Project details
Main funding source
Rural development 2014-2020 for Operational Groups
Rural Development Programme
2014IT06RDRP003 Italy - Rural Development Programme (Regional) - Emilia-Romagna
Ort
Main geographical location
Parma

EUR 275180.62

Total budget

Total contributions from EAFRD, national co-financing, additional national financing and other financing.

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7 Practice Abstracts

The project started with several dissemination events and ended with a press conference that mobilised the various partners. Despite the pandemic, the various activities went smoothly. With a view to making the Pesto project recognisable and facilitating the dissemination of information about it, a visual identity (logo, template) was devised, which was then used by the parties involved in both the documentation and the project sites. Among other activities, a dedicated project website was created, which can also be reached via links published on the websites of OG members. A presentation of Pesto can also be found on the EIP-AGRI European website, on the Innovarurale portal and on the Innovation portal of the Emilia-Romagna Region's Directorate General for Agriculture, Hunting and Fisheries. Leaflets were created to facilitate the dissemination activity. The PESTO project was presented at the International Exhibition of Organic and Natural Products (SANA). At the Azienda Ca' D'Alfieri, the 'Evening of Basil' event was organised, where the objectives and results of the project were described. Within the framework of this OG, a study tour on plant topics was carried out. A scientific article on the results obtained is currently being revised.

Il progetto è iniziato con diversi eventi divulgativi, per concludersi con una conferenza stampa che ha mobilitato i vari partner. Nonostante la pandemia le diverse attività si sono svolte correttamente. Nell'ottica di rendere riconoscibile il progetto Pesto e facilitare la diffusione di informazioni relative ad esso, è stata ideata un’identità visiva (logo, template), poi impiegata dalle parti coinvolte sia nella documentazione che nei siti inerenti al progetto. Tra le attività, si è creato un sito dedicato al progetto, raggiungibile anche grazie al link pubblicato sui siti dei membri del GO. Si può inoltre trovare una presentazione di Pesto sul sito europeo EIP-AGRI, sul portale Innovarurale e sul portale Innovazione della Direzione generale Agricoltura, caccia e Pesca della regione Emilia-Romagna. Per facilitare l'attività divulgativa, si sono creati dei volantini. Il progetto PESTO è stato presentato al salone internazionale del biologico e del naturale (SANA). Presso l’Azienda Ca' D'Alfieri è stato organizzato l'evento "Serata del basilico", in cui sono stati descritti obiettivi e risultati del progetto. All’interno di questo GOI, è stato svolto un viaggio studio inerente alle tematiche vegetali. È attualemente in revisone un articolo scientifico sui risultati ottenuti.

Guidelines

It is still difficult to adequately control Downy mildew, especially since the presence of few symptoms is a problem for the marketing of fresh produce. Considering organic management and the results of the PESTO project, the guidelines for controlling the disease are:

• Use of tolerant varieties. Examples are Eleonora (Enza Zaden),, Prospera (Genesis Seeds Ltd.) and other varieties placed on the market more recently.

• Healthy seed; pathogen-free seed is particularly important for greenhouse crops.

• Reduce foliar wetting period (<4h); avoid overhead watering and evening, night and morning watering.

• Reduce planting density to improve air circulation between plants can help reduce humidity.

• Adopt wide crop rotations and prepare the soil properly. In particular, take care to bury infected crop residues as soon as possible after the end of cultivation.

• Carry out frequent monitoring in order to detect early outbreaks and, if possible, remove infected seedlings.

• Introduce natural means of defence such as micro-organism-based products (Bacillus amyloliquefaciens), corroborants and basic substances (essential oils, copper products, ozone, etc.) and disinfectants (peracetic acid).

Linee guida

Risulta ancora difficile controllare in maniera adeguata la Peronospora, soprattutto perché la presenza di pochi sintomi rappresenta un problema per la commercializzazione del prodotto fresco. Considerando la gestione biologica e i risultati del progetto PESTO, le Linee Guida per il controllo della malattia sono:

• Uso di varietà tolleranti. Esempi sono Eleonora (Enza Zaden), Prospera (Genesis Seeds Ltd.) e da altre varietà immesse più recentemente sul mercato.

• Semente sana; le sementi prive di patogeni sono particolarmente importanti per le colture in serra.

• Riduzione periodo di ore di bagnatura fogliare (e (<4h); evitare irrigazioni sopra chioma e irrigazioni serali, notturne e mattutine.

• Ridurre la densità di semina per migliorare la circolazione dell’aria tra le piante può aiutare a ridurre l’umidità.

• Adottare ampie rotazioni colturali e preparare adeguatamente il terreno. In particolare, fare attenzione a interrare i residui colturali infetti il più presto possibile al termine della coltivazione.

• Effettuare frequenti monitoraggi al fine di individuare tempestivamente i primi focolai e provvedere, s epossibile, ad eliminare le piantine infette.

• Introduzione di mezzi naturali di difesa come prodotti a base di microrganismi (Bacillus amyloliquefaciens), corroboranti e sostanze di base (oli essenziali, prodotti rameici, ozono, ecc.) e disinfettanti (acido peracetico).

Data collected in the field prior to each basil cutting showed a higher incidence and severity of downy mildew in 2022 compared to 2021. This greater diffusion of the pathogen found during the second year of study, correlated above all to the different climatic conditions that occurred compared to the previous year, also corresponded to a lower yield of basil and a greater stem fibrosity. Prospera variety, completely resistant to P. belbahrii in 2021, was instead found to be susceptible to the pathogen in 2022, with disease incidence and severity comparable to Garibaldi variety. As regards the two sowing densities, high and low seeding density, no difference was found in terms of downy mildew occurrence and crop yield, which shows that sparse sowing is not decisive for the control of the pathogen. Finally, between the two irrigation methods, drip and sprinkler, no differences emerged in terms of downy mildew incidence, while slight differences were found in terms of disease severity and final yield. In fact, drip irrigation, although not decisive, can limit the spread of the disease and thus contribute to a greater crop yield. In this action batches of basil seeds belonging to the two varieties under study were also analyzed by qPCR approach; all samples tested positive for the presence of the pathogen.

Dall’elaborazione statistica dei dati raccolti durante le valutazioni effettuate in campo precedentemente a ogni sfalcio di basilico, è emerso che l’incidenza e la gravità della peronospora sono superiori nel 2022, rispetto al 2021. A questa maggiore diffusione del patogeno riscontrata durante il secondo anno di studio, correlata soprattutto alle differenti condizioni climatiche che si sono verificate rispetto all’annata precedente, è corrisposta anche una minore resa di basilico e una maggiore fibrosità degli steli. Cruciale è stato il fatto che la varietà di basilico Prospera, completamente resistente a P. belbahrii nel 2021, è risultata invece suscettibile al patogeno nel 2022, in percentuali simili alla varietà Garibaldi. Per quanto riguarda le due densità di semina, fitta e rada, non è stata riscontrata nessuna differenza a livello di peronospora e resa, da cui si evince che la semina rada non è decisiva per il controllo del patogeno. Infine, tra le due modalità di irrigazione, goccia e pioggia, non sono emerse differenze a livello di incidenza della peronospora, mentre sono state riscontrate lievi differenze a livello di gravità della malattia e resa finale. Infatti, l’irrigazione a goccia, pur non essendo risolutiva, può limitare la diffusione della malattia e contribuire in questo modo a una maggiore resa del basilico. In questa azione sono stati inoltre analizzati mediante approccio qPCR lotti di semi di basilico appartenenti alle due varietà oggetto di studio; tutti i campioni sono risultati positivi alla presenza del patogeno.

Azienda Cà D'Alfieri: In 2021, both varieties (Garibaldi and Prospera) were not affected by downy mildew; there were some differences between the 2 cultivars such as the high Harvest Index (yield of a plant species compared to the total amount of biomass produced.) of Garibaldi F1, which tends to be more woody than Prospera. Also in 2022, there was a total absence of the disease but a decrease in the production performance of both varieties was observed. Garibaldi F1 confirms the early flowering tendency. Azienda Agricola Battistoni: in the 2021 season, the behaviour of the varieties was very similar to the results of the tunnel-grown basil from Cà D'Alfieri, i.e. both varieties in the trial were free of downy mildew. In the 2022 season, on the other hand, a situation similar to the lowland trials occurred, with downy mildew affecting both varieties.

Bottom line:

- Cooler climatic conditions make it possible to reduce the conditions favourable to the disease.

- The transplanting technique can reduce the conditions for the development of downy mildew by reducing the number of plants per unit area;

- Cultivation in cold tunnels made it possible to have blight-free basil even in the difficult 2022 season.

Azienda Cà D'Alfieri: nel 2021 entrambe le varietà (Garibaldi e Prospera) non sono state colpite dalla peronospora; ci sono state alcune differenze tra le 2 cultivar come il parametro elevato di Harvest Index (resa di una specie vegetale rispetto alla quantità totale di biomassa prodotta.) di Garibaldi F1 che tende quindi ad essere più legnoso di Prospera. Anche nel 2022 si è assistito alla totale assenza della malattia ma si è riscontrato una diminuzione delle prestazioni produttive di entrambe le varietà. Garibaldi F1 conferma la tendenza alla fioritura anticipata. Azienda Agricola Battistoni: nella stagione 2021 si evidenzia un comportamento delle varietà molto simile ai risultati del basilico coltivato in tunnel da Cà D’Alfieri, ovvero entrambe le varietà in prova, indenni dalla Peronospora. Nella stagione 2022 invece, si è verificata una situazione simile alle prove sperimentali di pianura, con la Peronospora che ha colpito entrambe le varietà.

In conclusione:

• Condizioni climatiche più fresche consentono di ridurre le condizioni favorevoli alla malattia.

• La tecnica del trapianto può ridurre le condizioni di sviluppo della peronospora, in quanto consente di ridurre il numero di piante per unità di superficie;

• La coltivazione in tunnel freddo ha consentito di avere un basilico indenne da peronospora anche nella difficile stagione 2022.

The Prospera F1 variety performed exceptionally well in 2021 (yield, quality, health), but poorly in 2022;

- The Garibaldi F1 variety was susceptible to downy mildew in both years. It tends to flower before cutting;

- Drip irrigation increased yield in 2021; Drip irrigation was the best performer in terms of yield in 2022. Drip irrigation tends to reduce the Downy Mildew Index,

- Seeding density did not substantially affect downy mildew incidence and yields. Sparse seeding tends to increase plant woodiness and favours weed presence; it has the advantage that it reduces seed costs.

The difference in Prospera F1's behaviour in 2022 with regard to the disease is confirmed by the countless reports from basil growers with problems keeping downy mildew under control, even with synthetic chemical formulations. It should be noted that in 2022 spring-summer temperatures were above average: it is possible that this year has led to a higher virulence of basil downy mildew (new genetic variant?) capable of overcoming the tolerance mechanisms present on varieties such as Prospera. In 2022 the disease was detected from the first cut with atypical symptoms (chlorotic leaves with necrosis in the apical part and lack of characteristic sporulation).

La varietà Prospera F1 ha avuto una prestazione eccezionale nel 2021, (resa, qualità, sanità), ma scarsa nel 2022;

• La varietà Garibaldi F1 è risultata sensibile alla peronospora in entrambe le annate. Tende a fiorire prima del taglio;

• L’irrigazione a goccia ha aumentato la resa produttiva nel 2021; mentre nel 2022 è risultata la pioggia più performante in termini di resa. Tendenzialmente l’irrigazione a goccia tende a ridurre l’Indice di Peronospora,

• La densità di semina non ha inciso sostanzialmente sull’incidenza della peronospora e sulle rese produttive. La semina rada tende ad aumentare la legnosità della pianta e favorisce la presenza di infestanti; ha il vantaggio che riduce i costi del seme.

La differenza di comportamento che ha evidenziato Prospera F1 nel 2022 nei confronti della malattia è confermata dalle innumerevoli segnalazioni fatte dai produttori di basilico, con problemi a tenere sotto controllo la peronospora, anche con formulati chimici di sintesi. Si ricorda che nel 2022 le temperature primaverili-estive sono state superiori alla media: è possibile che tale annata abbia determinato una maggiore virulenza della peronospora del basilico (nuova variante genetica?) capace di superare i meccanismi di tolleranza presenti sulle varietà come Prospera. Nel 2022 la malattia è stata rilevata già dal primo taglio con presenza di sintomi atipici (foglie clorotiche con necrosi nella parte apicale e mancanza della caratteristica sporulazione).

Protocol for ozone treatment

Open field use, on the other hand, requires specially modified sprayers, and within the Pesto project, a prototype sprayer was developed for the distribution of ozone on basil. The sprayer used, provided by the company itself, was modified by fitting an OZONE Airone 2000 generator. Using a Redox meter and a Tablet located in the driver's cab, it was possible to check the level of ozone distributed. The machine was fine-tuned in the first months of the project and was used for field tests at La Felina.

Protocollo per realizzare il trattamento con l'ozono

L’uso in pieno campo invece necessita di irroratrici modificate appositamente, e all’interno del progetto Pesto è stata messa a punto un’irroratrice prototipo per la distribuzione dell’ozono su basilico. L’irroratrice utilizzata, messa a disposizione dall’azienda stessa, è stata modificata montando un generatore di OZONO Airone 2000. Attraverso un misuratore Redox e un Tablet situato in cabina di guida è stato possibile verificare il livello di ozono distribuito. La macchina messa a punto nei primi mesi del progetto ed è stata utilizzata per le prove in campo presso La Felina.

Cost analysis

The costs associated with basil production with both traditional (extra project) and alternative (tolerant/ ozone-treated varieties) methods were modelled, despite the relative complexity, since agronomic realities are many as is the knowledge of individual farmers. A simulation tool was therefore created, where the data to be entered and the parameters are those specific to each farm/farmer. In order to realise the calculation tool, significant data collection was necessary, involving both the agronomic team and the partner farms. The tool realised allows the estimation of revenues (Gross Saleable Production, GSP), once the production related costs have been subtracted. Costs are estimated for each operation. A simulation with 'realistic' data shows that the most important costs arise from farm management and basil harvesting. In the case of using tolerant varieties, there is also a more important seed cost. From an organisational point of view, managing downy mildew in basil by using tolerant varieties tends to be quite complex compared to the other methods. The main points of attention in adopting alternative protocols to deal with basil downy mildew concern the cost of inputs and the human resource commitment required to execute the protocols

Analisi dei costi

Sono stati modellizzati i costi associati alla produzione di basilico sia con metodi tradizionali (extra progetto) che alternativi (varietà tolleranti/ varietà tolleranti trattate con ozono), nonostante la relativa complessità, poiché le realtà agronomiche sono molte così come le conoscenze dei singoli agricoltori. Si è quindi realizzato uno strumento di simulazione, dove i dati da inserire e i parametri sono quelli specifici di ogni azienda/agricoltore. Per realizzare lo strumento di calcolo è stata necessaria un importante raccolta dati, che ha coinvolto sia il team agronomico che le aziende agricole partner. Lo strumento realizzato permette di stimare i ricavi (Produzione Lorda Vendibile, PLV), una volta sottratti i costi legati alla produzione. I costi vengono valutati per ciascuna operazione. Facendo una simulazione con dati "realistici" si evince che i costi più importanti derivano dalla gestione agricola e dalla raccolta del basilico. Nel caso di impiego di varietà tolleranti, c'è da considerarsi anche un costo del seme più importante. Dal punto di vista organizzativo, la gestione della peronospora nel basilico impiegando delle varietà tolleranti tende a risultare abbastanza complessa se confrontata alle altre modalità. I principali elementi di attenzione nell’adozione di protocolli alternativi per affrontare la peronospora del basilico riguardano il costo degli input e l’impegno di risorse umane necessario per l’esecuzione dei protocolli.

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Contacts

Project coordinator

  • Azienda Agraria Sperimentale Stuard

    Project coordinator

Project partners

  • Agriform

    Project partner

  • Azienda Agricola Agriturismo Battistoni

    Project partner

  • Azienda Agricola Ca' d'Alfieri

    Project partner

  • Azienda Agricola La Felina

    Project partner

  • Open Fields

    Project partner

  • Università Cattolica del Sacro Cuore

    Project partner