Misurazione dell umidità del suolo come supporto all irrigazione in viticoltura

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1 Viticoltura Misurazione dell umidità del suolo come supporto all irrigazione in viticoltura Günther PERTOLL, Centro di Sperimentazione Agraria di Laimburg Attualmente in Alto Adige l irrigazione viene utilizzata secondo osservazioni proprie o turni prestabiliti. Per un impiego adeguato dell apporto di acqua può risultare utile l uso di vari tipi di sensori per la misurazione dell umidità. Secondo i meteorologi le condizioni climatiche diventeranno in futuro più estreme, di conseguenza si assisterà ad un aumento dell intensità delle precipitazioni, periodi di siccità, temperature che aumenteranno verso valori estremi. Questi cambiamenti climatici si ripercuoteranno sul fabbisogno idrico della vite e perciò l irrigazione mirata assumerà un ruolo sempre più importante per garantire una produzione di qualità. ACQUA CARBURANTE DI TANTI PROCESSI VITALI Con il persistere della siccità nel terreno, nelle radici aumenta la concentrazione del fitormone acido abscissico, che tramite il flusso xilematico viene traslocato nelle foglie e provoca la chiusura delle aperture stomatiche. Questo processo nelle radici impone alla vite un utilizzo più economico dell acqua. Con l aumento dello stress idrico la fotosintesi si riduce, di conseguenza ci 105

2 sarà una ridotta crescita vegetativa (crescita dei tralci), nonché un ridotto sviluppo dell acino. Inoltre la carenza idrica influenza la composizione dei solidi solubili nell acino. A tale proposito, prove sperimentali eseguite su varietà a bacca rosse (ad es. Cabernet Sauvignon) hanno dimostrato che uno stress idrico moderato esplica effetti positivi sulla qualità dell uva, aumentano quindi le sostanze polifenoliche (tannini, colore) e migliora la qualità dei solidi solubili (ad es. qualità dei polifenoli e aromi). Per le varietà a bacca bianca, invece, un forte stress idrico nella fase di maturazione provoca ripercussioni negative sulla qualità del vino, causando una forte diminuzione dell acidità titolabile e una riduzione dei solidi solubili (ad es. composti azotati). QUANTA ACQUA PUÒ ESSERE IMMAGAZZINATA NEL TERRENO? Il contenuto massimo d acqua che un terreno saturo riesce a trattenere con la forza capillare senza che si manifesti il fenomeno della percolazione viene definito capacità Il tensiometro, strumento poco costoso per il controllo dell umidità del terreno in frutticoltura, non è adatto all impiego in viticoltura. idrica di campo (C.I.C.). Quest acqua però non è totalmente a disposizione della pianta, in quanto le radici non riescono ad assorbire dai micropori la cosiddetta acqua non disponibile. La differenza tra capacità di campo e acqua non disponibile risulta essere la capacità idrica di campo utile, corrispondente alla quantità massima di acqua disponibile nel terreno per la pianta. I valori sono misurati ed espressi in percentuale in base al peso del terreno (% in peso), al suo volume (% in volume), oppure in millimetri di acqua presenti nella zona radicale. Questo significa che l uno per cento di acqua corrisponde ad un millimetro di acqua in 10 centimetri di profondità (1 vol. % = 1 mm/dm = 1 l/m 2 ogni dm). I terreni leggeri (ricchi di sabbia e scheletro) hanno una ritenzione idrica minore, mentre i terreni cosiddetti pesanti, con un maggiore contenuto di limo e di argilla, hanno una ritenzione idrica maggiore. Minore è il diametro dei pori, maggiore è l energia che la pianta necessita per l assorbimento radicale. La capacità del terreno di trattenere l acqua è denominata potenziale matriciale e le unità di misura sono megapascal (MPa), ettopascal (hpa), chilopascal (kpa), bar (bar) e millibar (Mbar). La decisione di quali siano il momento più opportuno per irrigare e la quantità di acqua necessaria da apportare si basa principalmente sulle osservazioni della vite in campo. Si nota che spesso l irrigazione viene effettuata con troppo anticipo. La vite ha un apparato radicale di grande estensione. Le radici si sviluppano dalle zone asciutte verso quelle più umide del terreno. Solo quando il suolo interessato dalle radici della vite inizia a prosciugarsi, queste si sviluppano verso una zona confinante più umida. Nel caso di continue irrigazioni a turni regolari, lo sviluppo dell apparato radicale viene limitato principalmente in prossimità dell area bagnata costantemente dai gocciolatori. Questo può causare soprattutto nei giovani impianti, uno sviluppo limitato dell apparato radicale. Inoltre viene sprecata inutilmente dell acqua, anche se la vite potrebbe provvedere da sola all assunzione senza supporto. Con il perdurare della siccità si consumano riserve idriche, che potrebbero poi mancare in fase di maturazione dell uva, provocando perdita di qualità. D altronde per definire il momento ottimale dell irrigazione, non bisogna attendere l avvizzimento fogliare nelle ore più calde o l arresto anticipato della crescita dei germogli oppure la caduta fogliare nella zona del grappolo, perché risulterebbe troppo tardi. Quindi la misurazione dell umidità del terreno è utile per determinare il fabbisogno idrico. Per stabilire il contenuto e la disponibilità di acqua nel terreno si possono applicare metodi diversi (vedi tabella). METODO GRAVIMETRICO Si tratta di un metodo diretto di misura del contenuto dell acqua. Tra- 106 Sensore Watermark con lettore manuale: consente di misurare indirettamente l umidità del terreno attraverso la misura della resistenza elettrica.

3 3/ 2008 mite un cilindro viene prelevato un campione di terra ad una determinata profondità. Questo viene pesato allo stato fresco e viene nuovamente pesato dopo l essiccamento in stufa a 105 C. Tramite la differenza di peso si ottiene il contenuto di acqua espresso in percentuale di peso. Per trasformare la percentuale di peso in percentuale volumetrico di acqua bisogna prendere in considerazione la densità del terreno. Questo metodo fornisce dati esatti ma risulta essere molto dispendioso nella sua applicazione e quindi non si adatta per un impiego dell irrigazione. Tuttavia questo procedimento può essere preso a riferimento per confrontare e/o calibrare altri metodi di misura dell umidità del terreno. MISURAZIONE DEL POTENZIALE MATRICALE Il potenziale matricale è la forza con cui l acqua è trattenuta nel terreno e che le radici devono affrontare per l assorbimento dell acqua. Si misura con il tensiometro, strumento composto da un tubo di plexiglas riempito di acqua con una ceramica porosa o di argilla come parte terminale ed un manometro di sottopressione. Con l aumentare della siccità nel terreno l acqua viene sottratta dalla ceramica porosa provocando così una sottopressione visibile sul manometro. Per ottenere una buona funzionalità del tensiometro, al momento dell installazione, il terreno deve essere ben costipato. È inoltre necessario controllare regolarmente il livello dell acqua nel tubo e se necessario riempirlo con acqua distillata. Il tensiometro ha comunque un campo di misurazione limitato che raggiunge valori fino ai -0,85 bar (-85 kpa) e quindi trova largo impiego soprattutto in quelle colture che necessitano di grandi apporti d acqua, come ad esempio la fragola e gli ortaggi. In frutticoltura il tensiometro è diffuso per un impiego mirato dell irrigazione. In viticoltura invece, non vi è nessuna possibilità di impiego, poiché a tale soglia di misurazione la vite non ha bisogno di essere irrigata. Interno di una sonda EnviroSCAN. MISURAZIONE DELLA CONDUZIONE ELETTRICA Per questo metodo in viticoltura sono idonei i blocchetti di gesso ed i sensori Watermak, i quali vengono impiegati già da diversi anni nelle prove sperimentali di irrigazione. Il blocchetto di gesso rappresenta un metodo di misura semplice sviluppato negli anni Si tratta di un sensore di gesso che nel suo interno ha due elettrodi a forma di spirale. Attraverso un filo elettrico si collega lo strumento per la misurazione della conduttività. I valori misurati dipendono dalle condizioni di umidità del blocchetto, che a sua volta dipendono dallo stato di umidità del terreno circostante. In base ad una tabella fornita dal produttore i valori possono essere trasformati in valori di potenziale matricale. L ambito dei sensori raggiunge valori fino ai -15 bar ( kpa). Il sensore Watermark rappresenta l evoluzione del blocchetto di gesso ed a differenza di questo gli elettrodi sono avvolti da una matrice speciale, la quale a sua volta è circondata da una rete in acciaio inossidabile. Il principio di funzionamento è il medesimo. Collegando il cavo allo strumento di misurazione si misura la resistenza elettrica che varia in funzione dell umidità del terreno. Sul display si visualizza direttamente il potenziale matricale. I valori di misura arrivano fino ai -2 bar (-200 kpa). Ambedue i sensori congiungono i vantaggi di una semplice interpretazione dei dati e di una manutenzione minima. Inoltre non sono sensibili al gelo e possono rimanere nel terreno anche durante il periodo invernale. Mentre i sensori di gesso durano al massimo 2 anni, il sensore Watermark può essere impiegato fino a 5 anni. Il prezzo d acquisto Sensori Watermark: gli elettrodi sono inseriti in un blocco di gesso. 107

4 Grafico 1 e 2: umidità del terreno rilevata a 10, 20, 30, 40, 60 e 80 cm di profondità in una parcella non irrigata (a sinistra) e in una irrigata (a destra). Quando le curve salgono, al corrispondente strato di terreno viene somministrata acqua. 108 risulta essere inferiore rispetto ad altri sistemi di misurazione. Un po impegnativa risulta, però, essere la continua lettura con lo strumento, specialmente quando le misurazioni interessano più particelle. La registrazione dei dati può avvenire anche tramite un datalogger (anche in combinazione con una stazione meteorologica) e quindi osservate al computer. Prima della sistemazione in campo dei sensori sarebbe opportuno trovare un punto rappresentativo nel vigneto. Dato che i sensori vengono interrati in prossimità dell apparato radicale, è importante che le viti che si trovano nell immediata vicinanza abbiano una crescita vegetativa conforme alla media dell impianto, cioè non siano né troppo deboli né troppo vigorose. Prima dell installazione del sensore è consigliabile immergerlo per una notte in un secchio d acqua e poi farlo asciugare prima di essere piantato. Al momento dell impianto, il sensore deve presentarsi ben umido ed è necessario quindi una sua ulteriore immersione in acqua per qualche ora. Decisivo per la buona funzionalità e precisione di questo metodo, risulta essere il costipamento tra il sensore ed il terreno circostante. Dato che l umidità va misurata nel terreno indisturbato, è vantaggioso effettuare il foro alla profondità desiderata mediante una trivella. Dopodiché il sensore viene inserito nel foro, ed affinché non ci siano spazi vuoti tra terreno e sensore viene fatta una colata di melma ottenuta dal materiale di trivellazione. Tra gli svantaggi dei blocchetti di gesso e dei sensori Watermark sono da notare l influenza della temperatura del terreno sull esattezza dei dati misurati (nei casi di misurazioni continue tramite un datalogger, si può installare una sonda di correzione automatica della temperatura) ed una reazione lenta ai cambiamenti dell umidità del terreno rispetto ad altri sistemi di misurazione. MISURAZIONE DELLA CAPACITÀ ELETTRICA È un metodo indiretto di misura del contenuto di acqua nel terreno e si basa sulla variazione della costante dielettrica del terreno. Questa rappresenta un numero adimensionale che in base agli indebolimenti dei campi magnetici caratterizza il materiale. In base alle caratteristiche dielettriche del terreno esistono due diversi tipi di sensori per determinare il contenuto volumetrico dell acqua nel terreno. I sensori TDR (Time Domain Reflectometry) sono composti da una parte elettronica e da due fino a quattro aste metalliche parallele che vengono immerse nel terreno. Si misura il tempo che un impulso elettromagnetico ad alta frequenza (GHz) impiega ad attraversa le aste metalliche. Ai fini di ottenere dati precisi non devono esserci spazi vuoti tra il terreno ed i sensori. Quindi il loro impiego non è consigliabile in terreni ricchi di scheletro. Inoltre sono molto costosi. I sensori FDR (Frequency Domain Reflectometry) misurano la costante dielettrica del terreno generata tra due elettrodi. Il valore della costante dielettrica dell acqua è di circa 80, per terreni ricchi di minerali è tra 2 e 5, mentre per l aria il valore è di 1. In base a questi valori il contenuto di acqua nel terreno viene espresso in percentuale di volume. Anche per questo tipo di sensori l installazione deve avvenire in modo corretto, facendo soprattutto attenzione che non si formino spazi d aria tra il sensore ed il terreno. Diversi disturbi alla matrice del terreno (specialmente spazi d aria) possono falsare i valori delle misure. Inoltre anche il contenuto di sali e la temperatura del suolo possono modificare i valori misurati, nonostante i sensori FDR dipendano in minima parte dalla temperatura. Per avere dei valori precisi ed assoluti del contenuto di acqua, è necessario calibrare i sensori per ogni tipo di terreno. Questa operazione viene svolta in particolar modo nelle ricerche scientifiche. In commercio numerose sono le ditte produttrici di diversi tipi di sensori. Da diversi anni viene impiegato in località Colterenzio (Cornaiano) il sistema di misurazione EnviroSCAN della ditta australiana Sen-

5 3/ 2008 tek Pty Ltd. Questo sistema è composto da un apparecchio per la registrazione dei dati (datalogger), da una batteria, da un pannello solare e da quattro sonde, ognuna delle quali è dotata di sei sensori FDR disposti alla profondità di 10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm, 60 cm e 80 cm. L intervallo di misurazione è regolato a 30 secondi. Tramite il software elaborato dalla ditta stessa è possibile osservare mediante una tabella o un grafico, la dinamica dell acqua nel terreno per ogni singola profondità oppure anche per l intera profondità, espressa in mm/dm oppure in percentuale di volume. Il grafico 1 riporta l andamento dell umidità nell anno 2007 nella particella non irrigata alle diverse profondità. È quindi possibile osservare (tramite le frecce rivolte verso l alto) a quale profondità sono giunte le precipitazioni naturali. Di conseguenza si nota, che ad ogni precipitazione è aumentato il contenuto di acqua nei primi 10 cm di terreno, mentre alle profondità tra i 60 cm e gli 80 cm sono giunte solamente poche precipitazioni. D altra parte è anche visibile da quale profondità le radici assorbono l acqua nel terreno. Nel grafico 2 è invece rappresentato l andamento dell umidità nelle particelle irrigate a partire dall 8 giugno 2007 fino al 13 agosto 2007 mediante tre turni settimanali della durata di due ore e mezza ciascuna. L impianto a goccia è costituito da gocciolatori da 2 litri all ora che hanno apportato per ogni vite 15 litri di acqua alla settimana. Nonostante le continue irrigazioni si sono comunque verificate forti diminuzioni del contenuto d acqua alla profondità di 80 cm. La spiegazione di questo è la seguente: le viti essendo state irrigate in eccesso per parecchi anni, hanno sviluppato le loro radici principalmente nella zona bagnata dal gocciolatore. In situazioni climatiche estreme (temperature elevate, forte evapotraspirazione) le radici hanno assorbito in modo rapido tutta l acqua a loro disposizione. CONCLUSIONE I fattori che influenzano il fabbisogno idrico della vite sono vari, soprattutto quelli climatici di ogni singola zona, quali ad esempio la temperatura, l insolazione ed il vento. Anche la varietà, l età della vite, la forma di allevamento, la superficie fogliare, la produzione, il portainnesto ecc. influiscono sul consumo idrico della vite. Non per ultimo, anche le caratteristiche del terreno, la sua capacità di ritenzione idrica e la profondità di radicazione rappresentano delle indicazioni importanti per l utilizzo dell irrigazione. Per un impiego mirato dell irrigazione, la misurazione dell umidità del terreno svolge un ruolo d ausilio importante. Inoltre anche l assunzione degli elementi nutritivi dipende dall umidità del suolo. Apporti ridotti d acqua come pure in esubero, possono ripercuotersi negativamente sia sulla produzione che sullo stato fitosanitario del grappolo. Inoltre, attraverso un impiego corretto dell irrigazione si possono ridurre anche i costi. Per misurare l umidità del terreno sono a disposizione vari tipi di sensori, che misurano il contenuto d acqua (in % volume) oppure la disponibilità d acqua (potenziale matricale). Per la viticoltura si sono dimostrati più idonei i sensori Watermark ed i sensori capacitivi (FDR). Il sensore Watermark misura la resistenza di un flusso elettrico ed il suo valore viene trasformato, tramite un apparecchio o un datalogger, in potenziale matricale. L interpretazione dei dati di questo sensore risulta essere molto semplice ed il costo d acquisto adeguato. Il sensore capacitivo (FDR) rappresenta un metodo preciso di misurazione. Tramite la capacità elettrica viene misurato il volume d acqua del terreno (in % volume). Tramite una sonda possono venire introdotti più sensori a diverse profondità desiderate. In questo modo si può osservare il contenuto d acqua nei vari strati del suolo. Per una registrazione continua dei dati è necessario un datalogger e per la loro interpretazione ci vuole una certa competenza ed esperienza. Tradotto dall Autore Tabella: descrizione dei sensori per la misurazione dell umidità del terreno. Valore misurato Ambito di misurazione Tensiometro Sensore Sensore Blocchetto Sensore TDR FDR di gesso Watermark potenziale contento H 2 O contento H 2 O potenziale potenziale matricale in % volume in % volume matricale matricale fino a -0,85 bar fino 100% fino 100% fino a -15 bar fino a -2 bar profondità desiderata profondità desiderata sonda professionale profondità desiderata profondità desiderata Installazione terreno ben costipato terreno ben costipato più profondità terreno ben costipato terreno ben costipato terreno ben costipato Durata diversi anni diversi anni diversi anni 1-2 anni 3-5 anni Precisione molto buona molto buona molto buona media medio - buona ca. 130 ca. 20 a sensore ca. 45 a sensore Costi possibilità molto costoso costoso ca. 400 per ca. 350 per costruzione propria l app. di misuraz. l app. di misuraz. * Corsi per la costruzione propria di tensiometri presso l istituto professionale agrario Laimburg. (Dott. Thalheimer Martin) 109