Soilwater and Nitrogen Balances in the Emilia-Romagna plaine

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1 NITROGEN MANAGEMENT OPTIMISATION Gestione dell azoto in conformità alla Direttiva Nitrati Convegno internazionale Reggio Emilia, 14 set 27 Bilancio idrico e dell azoto per i suoli della pianura emiliano-romagnola Letizia Fumagalli Nicola Laruccia Marina Guermandi DISAT Soilwater and Nitrogen Balances in the Emilia-Romagna plaine Università di Milano-Bicocca Servizio geologico, sismico e dei suoli Regione Emilia-Romagna

2 Progetto: Studio vulnerabilita' degli acquiferi in provincia di Reggio Emilia Regione Emilia Romagna Provincia di Reggio Emilia Università Milano-Bicocca NUOVA CARTA REGIONALE DELLA VULNERABILITA ARPA Reggio Emilia ENìA CRPA

3 Trasporto di N-NO3 suolo acque sotterranee Periodo climatico: Suoli:39 Monocoltura Mais irriguo Apporti azotati:4 scenari Taratura-Validazione APPLICAZIONE SOILN Percolazione acqua Lisciviazione N-NO3 Vulnerabilità Rischio Programmi d azione SIMULAZIONE MACRO MODELLO CONCETTUALE Scenario di simulazione

4 Carta dei Suoli della Pianura Reggiana 39 tipi di suoli principali CAS1 CAS2 AL V CAS2 MEZ1 CAS1 AL V CNOz CAS1 CAS2 GRG 1 PR D1 RSD1 GRG 1 GRG 1 CTL 3 CTL 3 RSD1 LBA1 LBA1 CTL 1/ CTL 3 TERz SMB2 CPOz MDC z GRG 1 SMB1 /SMB2 LBA1 PR D1 CTL 3- MD C1 RSD1 GRG 1 AL V SMB1 /SMB2 LBA1 MDC z - BOG 1 CTL 4- MD C1 AL V SMB1 RSD1 SMB2 MDC 1 CTL 1 MDC 1 CTL 1 MDC 1 CTL 1/ CTL 3 CON5 /CO N4 CTL 3 GHI1 -BAR1 TEG 2 AL V CAN1 GHI1 CAN1 CAN1 RIP1 BO G1 CTL 3 GHI1 -BAR1 RIP1 CDV2 GHI1 -BAR1 CA - BOG 1 SMB1 /SEC1 TEG 2 MFA1 RNVw CDV2 GHI1 BO G1 CDV2 GHI1 CTL 4 CDV2 CTL 4 CTL 7 RNVw AL V MFA3 MFA1 AL V BO G1 MFA2 MFA1 CTL 7 ND CA ND ND BO G1 AL V Numero e spessore orizzonti; Tessitura (% sabbia, % limo e % argilla); Scheletro (%); Densità apparente (g/cm3); Struttura (dimensione, forma e grado); Sostanza Organica (%); Azoto; Classi di permeabilità.

5 Stazioni meteoreologiche Provincia: 9 ARPA-SIM: 32 Stazione: MODENA BURANA Periodo: Precipitazione media: 8 mm/a Temperatura media: 14 C Precipitazione (mm) 1 3 Precipitazioni Temp. media massima Temp. media Temp. media minima DIC 1959 OTT NOV 1957 LUG AGO SET 1955 GEN FEB MAR APR MAG GIU precipitazioni (mm) 6 Temperatura ( C) precipitazioni (mm)

6 Coltura e Irrigazioni IRRIGAZIONI per tipologia di suoli MONOCOLTURA DI MAIS DA GRANELLA IRRIGUO Situazione di rischio per: forti apporti idrici forti apporti di azoto suolo nudo in autunnoinverno TESSITURA FINE TESSITURA MEDIA GROSSOLANI O CON SCHELETRO 85 mm/a 11 mm/a 13 mm/a DATA 19-Jul-91 2-Aug-91 3-Jul-92 2-Jul Jul-93 3-Jul-93 2-Jul Jul-95 7-Jul Jul Jul-97 7-Jul Jul-98 3-Jun Jul-99 7-Jul- 23-Jul- Irr mm ARPA SIM Criteria DATA 14-Jul Jul-91 8-Jul Jul Jun Jul Jul-93 1-Jul Jul Jul-95 6-Aug-95 3-Jul Jul Jul-97 3-Jul Jun Jul Jul Jun Jul Jul Jun- 11-Jul- Irr mm DATA 8-Jul Jul-91 5-Aug-91 5-Jul Jul-92 4-Aug Jun-93 5-Jul Jul-93 5-Jul Jul Jul-95 3-Jul Jun-96 8-Jul Jul-96 9-Jul Jul-97 2-Jul Jul Jun Jul Jul Jun- 6-Jul- 2-Jul- Irr mm

7 Scenari di apporti azotati Concimazioni minerali e/o Liquami: 4 scenari G F M A M G L A S O N D MAIS DPI Azoto kg/ha 3 MA Azoto kg/ha 3 MB Azoto kg/ha 5 MB Azoto kg/ha Disciplinare di Produzione Integrata 3 efficienza Media Alta 3 efficienza Media Bassa 5 efficienza Media Bassa 25 azoto minerale liquame Liquame: 3% N organico, 7% NH4 Volatilizzazione NH4: 16-24% (ALFAM, 22)

8 Modellazione Matematica Matema MACRO simulazione del flusso idrico in suoli di campo a doppia porosità (micro e macro) SOILN simulazione del trasporto e delle trasformazioni dell azoto nel suolo

9 MACRO (Jarvis, 1994) Bilancio idrico MACROPOROSITA VARIABILI GUIDA CLIMA dati giornalieri MICROPOROSITA Modello di flusso 1D Terreno stratificato Precipitazioni Temperature minime; Temperature massime. Evapotraspirazione (ARPA-SIM) PARAMETRI DI INPUT SUOLO COLTURA IRRIGAZIONE caratteristiche fisico- idrologiche gestione agronomica entità distribuzione parametri colturali

10 Suolo Caratteristiche fisico- idrauliche PARAMETRI BASE DI INPUT Misure Stime da esperto (Banca Dati RER) Pedofunzioni calibrate e validate (Ungaro, Calzolari, 21) Progetto SINA - RER Densità del suolo Curva di ritenzione Permeabilità macropori Lunghezza di diffusione Permeabilità micropori

11 SOILN (Eckjersten, 1996) Bilancio azotato VARIABILI GUIDA Flussi idrici e termici MACROPOROSITA MICROPOROSITA MACRO (Larsson & Jarvis, 1999) PARAMETRI BASE DI INPUT Apporti di Azoto 4 SCENARI N minerale e/o N organico Gruppo di ricerca Trasformazione dell Azoto Mineralizzazione e immobilizzazione Denitrificazione Assorbimento della coltura Calibrati e validati Ungaro, Calzolari, 21; Marchetti, 21

12 Risultati : Flussi idrici Ris-9anni.shp Apporto idrico mm/a mm/a mm/a Tipi di Suoli MEDI FINI Percolazione tflowout mm/a mm/a mm/a Ris-9anni.shp Ruscellamento mm/a mm/a mm/a

13 scenario 3 MB FLUSSO IDRICO FLUSSO N-NO3 Flusso idrico (mm/anno) scenario 3 MA scenario 5 MB Flusso N-NO3 (kg/ha/anno) 3 Flusso N-NO3 (kg/ha/anno) 5 35 BAR1 BEL1 BOG1 BOR1 CAN1 CAS1 CAS2 CASZ CDV2 CNOZ CON4 CON5 CPOZ CTL1 CTL3 CTL4 CTL7 GHI1 GRG1 GRZ1 LAB1 MDC1 MDCZ MEZ1 MFA1 MFA2 MFA3 MOR2 PIS1 PRD1 RNV RSD1 SEC1 SMB1 SMB2 TAL1 TEG2 TERZ 1 Flusso idrico (mm/anno) 3 scenario DPI Flusso N-NO3 (kg/ha/anno) 3 Flusso N-NO3 (kg/ha/anno) 35 BAR1 BEL1 BOG BOR CAN1 CAS1 CAS2 CASZ CDV2 CNOZ CON4 CON5 CPOZ CTL1 CTL3 CTL4 CTL7 GHI1 GRG1 GRZ1 LAB1 MDC1 MDCZ MEZ1 MFA1 MFA2 MFA3 MOR2 PIS1 PRD1 RNV RSD1 SEC1 SMB1 SMB2 TAL1 TEG2 TERZ Flusso idrico (mm/anno) 35 BAR1 BEL1 BOG1 BOR1 CAN1 CAS1 CAS2 CASZ CDV2 CNOZ CON4 CON5 CPOZ CTL1 CTL3 CTL4 CTL7 GHI1 GRG1 GRZ1 LBA1 MDC1 MDCZ MEZ1 MFA1 MFA2 MFA3 MOR2 PIS1 PRD1 RNV RSD1 SEC1 SMB1 SMB2 TAL1 TEG2 TERZ BAR1 BEL1 BOG1 BOR1 CAN1 CAS1 CAS2 CASZ CDV2 CNOZ CON4 CON5 CPOZ CTL1 CTL3 CTL4 CTL7 GHI1 GRG1 GRZ1 LBA1 MDC1 MDCZ MEZ1 MFA1 MFA2 MFA3 MOR2 PIS1 PRD1 RNV RSD1 SEC1 SMB1 SMB2 TAL1 TEG2 TERZ Flusso idrico (mm/anno) Risultati : Percolazione Lisciviazione N-NO

14 Relazione Flussi idrici - Flussi N-NO3 Esempio: Scenario 5 MB y =.2471x R2 =.367 CAN1 CNOz CDV2 GRG1 6 2 MFA2 RSD1 TERz CTL1 CAS2 CTL4 CASZ MFA1 CTL7 3 1 TAL1 MFA3 GHI1 CPOz MEZ1 TEG2 RNVw 5 PIS1 MOR2 LBA1 BEL1 GRZ1 CON5 CTL3 CAS1 CON4 SEC1 SMB1 BOR1 SMB2 MDC1 PRD1 BOG1 BAR1 MDCz Flusso N-NO3 (kg/ha/anno) 12 Flusso idrico (mm/anno)

15 Classi di flusso idrico ed azotato Scenario DPI CNOz CAN1 2 flussi idrici mm/a MB B A MA MEZ1 SEC1 PIS1 MFA3 GRZ1 CTL7 MDC1 MFA1 BOR1 BOG1 SM CON4 BEL1 BA CDV2 RSD1 TERz GHI1 MFA2 MDCz LBA1 CPOz 16 1 flussi N-NO3 kg/ha/a 12

16 Classi di flusso idrico ed azotato Scenario 3 MA CAN1 CNOz GRG1 MOR2 CASZ CDV2 flussi idrici mm/a TEG2 MB B A MA CAS LBA MDCz MFA2 CPOz 2 1 RSD1 TERz 3 1 PIS1 MEZ1 CTL1 CTL3 SMB1 CTL4 MDC1 MFA3 RNVw CA SMB2 GRZ1 CON5 MFA1 CTL7 BAR1 SEC1BOR1 CON4 BOG1 PRD1 BEL1 GHI TAL1 2 3 flussi N-NO3 kg/ha/a 12

17 Classi di flusso idrico ed azotato Scenario 3 MB CAN1 11 CNOz CDV2 PIS1 MOR2 MEZ1 TEG2 CTL1 CON5 TAL1 CAS2 GRZ1 RNVw CTL3 CTL4 MFA3 CASZ CAS1 SMB1 SMB2 SEC1 MFA1 BOR1 CON4 CTL7 MDC1PRD1 BOG1 BEL1 GRG1 5 GHI1 2 flussi idrici mm/a MB B A MA BAR1 CPOz 9 TERz MDCz LBA1 21 MFA2 RSD flussi N-NO3 kg/ha/a 12

18 Classi di flusso idrico ed azotato Scenario 5 MB 15 1 CAN1 13 CNOz PIS1 MOR2 7 CTL3 GRZ1 CTL4 CON5 SEC1 MFA3 CASZ CAS1 SMB1 BOR1 SMB2 MFA1 CON4 BOG1 CTL7 PRD1 MDC1 CAS2 RNVw 5 CTL1 TAL1 6 MEZ1 TEG2 GRG1 CDV2 GHI1 3 BEL1 LBA1 MFA2 BAR1 flussi idrici mm/a MB B A MA MDCz 9 CPOz RSD1 TERz flussi N-NO3 kg/ha/a 12

19 Capacità protettiva dei Suoli Flussi idrici mm/anno FLUSSO IDRICO < mm/a -15 mm/a mm/a > 25 mm/a CAPACITA PROTETTIVA MOLTO ALTA ALTA BASSA MOLTO BASSA

20 Rischio di lisciviazione N-NO3 kg/ha/anno 3MA DPI 3MB RISCHIO MOLTO BASSO BASSO ALTO MOLTO ALTO FLUSSO NITRICO < 1 kg/ha/a 1-3 kg/ha/a 3-5 kg/ha/a > 5 kg/ha/a 5MB

21 kg/ha N-NO3 mm H2O < > 5 mg/l NO3 < > 5

22 Conclusioni Si osserva, qualora in eccesso,un accumulo di N-NO3 nel suolo nei periodi caldo-umidi e una migrazione nei periodi piovosi: critiche le stagioni piovose con suolo nudo Scenario DPI: perdite di N-NO3 molto basse, molto basse anche le concentrazioni nelle acque di percolazione Scenario 3AM: perdite di N-NO3 contenute per quasi tutti i suoli, basse anche le concentrazioni (>5 mg/l nel 17% dei suoli) Scenari 3MB-5MB: apporti di liquami con bassa efficienza in periodi critici, specialmente se in dosaggi superiori ai bisogni colturali, causano perdite N-NO3 elevate ed elevate concentrazioni (>5 mg/l nel 72% e 92% dei suoli):

23 Conclusioni: uso modellistica I modelli richiedono calibrazione e validazione: azioni di misura e montoraggio sono investimenti importanti per la conoscenza del fenomeno Il monitoraggio in suoli rappresentativi e la modellistica con scenari differenti possono costituire validi strumenti per esaminare scenari complessi, teorici ma realistici ed identificare le conseguenti misure preventive ottimizzando i programmi d'azione per aree specifiche Sviluppi futuri: modellizzazione del trasporto di azoto in scenari conformi con i criteri del Piano di Azione per le Zone Vulnerabili ai Nitrati