BILANCI AGROIDROLOGICI LEZIONE 5-19 MARZO 2004 Luigi Mariani PROGRAMMA -> Esercitazione con il software Irriguida

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1 BILANCI AGROIDROLOGICI LEZIONE 5-19 MARZO 2004 Luigi Mariani PROGRAMMA -> Esercitazione con il software Irriguida

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3 ARSSA - IRRIGUIDA programma semplificato per l'assistenza tecnica all'irrigazione Autori: Marco Acutis Università degli Studi di Milano Bruno Di Lena Arssa Centro Agrometeorol. Regionale - Scerni

4 INQUADRAMENTO

5 ARSSA - IRRIGUIDA Finalità emissione di consigli irrigui (volumi irrigui, turni di adacquamento) per le seguenti colture: Erbacee: Mais (trinciato e da granella), Pomodoro da industria, Tabacco (Virginia bright), Patata precoce, Patata tardiva, Barbabietola da zucchero (Fucino), Barbabietola da zucchero (fascia costiera), melone Arboree: Pesco, olivo, Vite da vino e da tavola, Actinidia, Melo, Susino, Ciliegio, Pero e Albicocco

6 ALGORITMO DI BILANCIO Bilancio idrico a passo giornaliero R (i)= R (i-1) +Pu i +I i -ETe i +Af i Dove: R (i) = riserva idrica del terreno in un determinato giorno (mm) R (i-1) = riserva idrica del terreno del giorno precedente (mm) Pu i = Piogge utili del giorno (mm) (non vengono considerate le piogge inferiori a 5 mm) I i = irrigazioni del giorno (mm) ETe i = evapotraspirazione effettiva della coltura del giorno (mm) Af i = Apporto idrico dovuto alla falda

7 CONSIGLIO IRRIGUO Intervento irriguo -> consigliato quando si esaurisce la riserva facilmente utilizzabile. Viene distribuita la quantità d acqua necessaria per riportare il terreno alla capacità di campo o a una frazione di essa. L acqua che eccede la capacità di campo viene persa per percolazione.

8 PRIMA ESECUZIONE

9 UTILIZZO DEL SOFTWARE A lancio avvenuto -> 1. Scelta della specie / cultivar (voce Colture del menu a tendina in alto)

10 SEZIONI (cartelle) -> Dati e risultati (foglio dati tipo excel) -> Tecnica irrigua (scelte irrigue) -> Suolo -> Piante erbacee -> Piante arboree -> Grafici -> Sintesi risultati

11 PRIMA ESECUZIONE DEL SOFTWARE sezione azione Dati e risultati 1. Scegliere la coltura (mais classe 700) Suolo 2. Fissare caratterist. terreno (sa=50;li=30;ar=20) Tecnica irrigua 3. Fissare umidità iniziale alta a inizio bilancio Tecnica irrigua 4. Inserire profondità irrigazione massima (0.8 m) Tecnica irrigua 5. Scegliere il sistema di irrigazione (scorrimento) Dati e risultati 6. Calcolo ETP (click su bottone) Dati e risultati 7. Calcolo bilancio idrico (click su bottone) Dati e risultati 8. Memorizza risultati (click su bottone) Sintesi risultati 9. visitare sezione Sintesi risultati Grafici 10. visitare sezione Grafici Dati e risultati 11. salvare la run in formato SIM

12 PRIMA ESECUZIONE DEL SOFTWARE Osservazioni su sezione grafici: 1. Andamento pioggia, tn, tx 2. Andamento di ETP, ETM, ETR [mm] 3. Andamento consiglio irriguo & irrigazione netta [mm] 3. Andamento %vol, deficit, irrigazione netta 4. Percolazione

13 APPROFONDIMENTI

14 INPUT: Dati e risultati -> INPUT DEL MODELLO - Temperatura dell aria (min, max) - Precipitazione Come inserire i dati meteorologici: - digitandoli nelle tabelle della sezione dati e risultati - copiandoli da EXCEL Alla modifica dei dati deve seguire il ricalcolo dell Et0 e del bilancio idrico nella sezione Dati e risultati.

15 TECNICA IRRIGUA -> STRATEGIE D INTERVENTO IRRIGUO

16 TECNICA IRRIGUA -> STRATEGIE DI INTERVENTO IRRIGUO Il contenuto idrico viene mantenuto all interno di un intervallo costante espresso in % dell acqua disponibile per tutto il ciclo vegetativo delle colture. Il contenuto idrico viene mantenuto all interno di intervalli variabili, espressi in % dell acqua disponibile, in funzione delle specifiche esigenze delle colture e di strategie improntate al risparmio idrico. Definizione di un volume irriguo costante in base ad un turno irriguo prefissato Definizione degli apporti irrigui espressi in percentuale dell evapotraspirazione di riferimento, dell evapotraspirazione massima o di riferimento in funzione di un deficit programmato.

17 TECNICA IRRIGUA -> UMIDITA INIZIALE

18 TECNICA IRRIGUA -> UMIDITA INIZIALE Colture erbacee a semina primaverile e colture arboree alla ripresa vegetativa: il suolo si può considerare alla capacità di campo poiché: Le precipitazioni cadute nei mesi precedenti consentono il ripristino completo delle riserve idriche del suolo Le perdite evapotraspirative di un suolo privo di vegetazione o con colture in riposo vegetativo sono trascurabili dopo il disseccamento dello strato superficiale esposto all aria. Colture in secondo raccolto: il suolo si può considerare alla capacità di campo qualora la semina sia stata preceduta da un intervento irriguo.

19 TECNICA IRRIGUA -> METODO IRRIGUO NB: a fianco di ogni sistema è riportata in parentesi l efficienza del sistema stesso (% di acqua a disposizione della coltura rispetto a quella erogata)

20 TECNICA IRRIGUA -> PROFONDITA MAX IRRIGAZIONE crescita dell'apparato radicale: definita, in modo lineare, in funzione delle sommatorie termiche che regolano lo sviluppo della coltura.

21 SUOLO -> Capacità di campo e punto d appassimento

22 SUOLO -> Capacità di campo e punto d appassimento CC e PA: richiesti in ingresso (% in volume del terreno). In assenza di dati misurati: funzioni di pedotransfer per il calcolo delle caratteristiche idrologiche dei suoli, espresse in % su volume di terreno, sulla base delle caratteristiche fisiche dei suoli -> (necessari il contenuto % di sabbia, limo e argilla; se disponibili, si usano anche i valori di sostanza organica e densità apparente). Le procedure di pedotransfer utilizzate sono quelle di Rawls e Brakensiek (1982) qualora siano disponibili i dati di sostanza organica e densità apparente o quelle riportate in Hutson e Wagenet (1992) in caso di disponibilità parziale di dati.

23 SUOLO -> Capacità di campo e punto d appassimento Granulometria: se si dispone del certificato di analisi del terreno si deve conoscere la metodologia utilizzata per la determinazione della granulometria. Il laboratorio analisi dell ARSSA esegue la determinazione della tessitura dei suoli utilizzando la metodologia USDA la quale prevede per le particelle di sabbia il limite massimo di 0,05 mm di diametro.

24 SUOLO -> Capacità di campo e punto d appassimento In mancanza di informazioni: digitare nella Sezione suolo i valori indicativi riportati nella seguente tabella, direttamente nelle celle relative alle caratteristiche idrologiche. C.I.C. % vol. P.A. % vol. Acqua Disponibile Terreno % vol. Sabbioso Franco-Sabbioso Franco Franco - Argilloso Franco - Limoso Argilloso

25 Dati e risultati -> stima dell ET0 Viene adottata la formula di Hargreaves (Hargreaves et al. 1982) che richiede per il suo calcolo solo Tx e Tn ( C). Essa considera quale fattore correttivo la radiazione solare extraterrestre in funzione della latitudine. ET0=C*Ra*(T+17.8) * sqrt(tx-tn) dove: Eto = flusso evapotraspirativo in mm d -1 C = costante empirica pari a Ra= radiazione solare extraterrestre [mm di H 2 O evaporata] T = Temperatura media giornaliera = (Tx+Tn)/2

26 Stima di Ra (formule trigonometriche astronomiche) Termini astronomici dr:= *cos(2*pi/365*doy); delta:=0.409*sin(2*pi/365*doy-1.39); lat:=lat*pi/180; omega s :=arccos(-tan(lat)*tan(delta)); Ra:=(24*60/PI*0.082*dr*(omega s *sin(lat)*sin(delta)+cos (lat)*cos(delta)*sin(omega s ))/2.45; (*2.45 serve per passare da MJ a mm*)

27 Ra per varie latitudini riferito al 15 giorno del mese (MJ m -2 d -1 )

28 ET0 - indicazioni degli autori del software In alcuni areali dell Italia meridionale vi è buona corrispondenza tra ET0 Penman Monteith ed ET0 Hargreaves (Fagnano et Al., 2001). Un recente studio ( Di Lena e Acutis, 2002) ha tuttavia verificato che nell area del Fucino la formula di Hargreaves sovrastima la domanda evapotraspirativa a causa delle forti escursioni termiche che si verificano nei mesi estivi. Per il Fucino la calibrazione rispetto alla Penman Monteith ha condotto a ridurre il valore della costante empirica C da a Per la fascia costiera non appare invece opportuno effettuare alcuna calibrazione e pertanto si può mantenere il valore della costante empirica C pari a

29 ET0 correzione della costante empirica C Per correggere il valore della costante C nel software è sufficiente digitare il valore nel file IRRIGUIDA.ini che si trova nella cartella in cui viene installato il programma (se si esegue un installazione di default, in Windows98, la cartella è c:\programmi\irriguida ed il file può essere editato con il blocco note)

30 [inizializzazioni] DatiMeteoName= datimeteo.mdb latitudine = 42 altezza_slm = 10 Hargreaves1 = Hargreaves2 = 17.8 Hargreaves3 = 0.5 Indice_Località =2 EfficenzaAssorbimentoProfondo = 0.5 mmintercettati = 3 MostraSalvaExcel = false [coltureuser] NofUserDefined=0 IL FILE IRRIGUIDA.INI

31 Dati e risultati -> stima di Etm ed ETr Vale la classica formula: ETm = ET0 * Kc Il passo successivo prevede la determinazione del flusso evapotraspirativo reale della coltura (ETr) in funzione della disponibilità di acqua del suolo e delle caratteristiche di sensibilità allo stress idrico delle colture. ETr viene definita con: ETr =ETm * Kd Dove Kd = coefficiente di deficit idrico.

32 Dati e risultati -> stima di ETr Rapporto Etr/Etm (Kd) pa Limite RFU cc cim Contenuto idrico suolo (m3/m3)

33 Piante erbacee -> CICLO VEGETATIVO DELLE COLTURE Il ciclo vegetativo delle colture, da cui dipende la stima dei consumi idrici (attraverso LAI->Kc e profondità radici), viene definito con l impiego di un semplice modello di sviluppo basato sull accumulo dei gradi giorno. Le unità termiche giornaliere cumulate GDD sono ricavate nel modo seguente: GDD = (Tx-Tn) -Ti 2 Ove: GDD = quota accumulata di sommatoria termica per ogni giorno (GDD= growing degree days) Ti = cardinale minimo; Ts= cardinale massimo se Tn< Ti, Ta = Ti; se Tx> Ts Tb= Ts (metodo NOAA)

34 Piante erbacee -> CICLO VEGETATIVO DELLE COLTURE

35 Dati e risultati -> ALCUNI AFFINAMENTI 1. Opzioni -> colonne visibili -> rendere visibili le colonne:

36 Dati e risultati -> STIMA DELLA RISALITA DI FALDA Si evita l approccio meccanicistico (equazione di Richards) Si adotta un approccio empirico ricavato dalle sperimentazioni del Canale Emiliano Romagnolo. Tale approccio si basa su una serie di equazioni empiriche (polinomiali di 3 grado) che correlano la percentuale di soddisfacimento delle esigenze idriche di una coltura alla profondità della falda.

37 APPROCCIO EMPIRICO Terreno Radici Equazione empirica sabbioso Superficiali Y= * x *x ^ * x ^ 3 Intermedie Y = *x * x^ * x^ 3 Profonde Y= * x * x^ * x^ 3 Medio Superficiali Y= *x * x^ * x^ 3 impasto Intermedie Y= *x * x^ * x^ 3 Profonde Y = *x * x^ * x^ 3 argolloso Superficiali Y= *x * x^ * x^ 3 Intermedie Y = *x *x^ * x^ 3 Profonde Y= *x * x^ * x^ 3 Y= soddisfacimento (%) delle esigenze idriche dovuto alla falda x=profondità della falda (cm)

38 PERCENTUALI DI SODDISFACIMENTO DELLE ESIGENZE IDRICHE profondità falda Colture con radici profonde (80 cm) medio sabbioso argilloso impasto medio impasto Colture con radici superficiali (40 cm) sabbioso argilloso medio impasto Colture con radici intermedie (60 cm) sabbioso argilloso

39 Tipologie di apparato radicale Apparato radicale profondo e alta efficienza di estrazione dell acqua dalla falda: bietola, melone, pomodoro Apparato radicale di media profondità con media efficienza di estrazione dell acqua dalla falda: mais, tabacco Apparato radicale superficiale con bassa efficienza di estrazione dell acqua dalla falda: patata

40 ATTIVAZIONE PROCEDURA DI STIMA DEGLI APPORTI DI FALDA Sez. suolo -> scegliere una delle tre categorie (sabbioso, medio, argilloso) Sez. piante erbacee -> scegliere una delle tre categorie di apparati radicali (superficiali, medi, profondi) Sez. dati e risultati -> 1. Indicare i livelli di falda misurati in giorni particolari (per avere falda costante per tutto il bilancio digitare lo stesso valore nei primi 2 gg di bilancio) 2. Lanciare la simulazione con falda Sez. dati e risultati -> ricalcolare il bilancio

41 COLTURE E STRESS IDRICO

42 SENSIBILITA ALLO STRESS IDRICO NB: Nella prima colonna della sezione Dati e Risultati sono evidenziati con sfondo a diversi toni di rosso i giorni in cui si ha stress idrico per irrigazioni non effettuate nelle date indicate dal software, oppure a seguito di strategia di risparmio che implichi deficit idrici per la pianta. stress=risultato dell azione di un fattore di stress (in questo caso la carenza idrica) il risultato dello stress va visto in termini di quantità e qualità A volte lo stress idrico può essere positivo (es: qualità per vite e altri fruttiferi) La sensibilità allo stress idrico varia con coltura, cultivar, fase fenologica.

43 MAIS Fenologia nord Italia: semina: marzo - aprile (prima epoca); maggio dopo loiessa (seconda epoca); fine giugno (3a epoca) fioritura: 10 luglio raccolta: intorno a settembre Sensibilità alla carenza idrica= massima in vicinanza della fioritura (accentua la proterandria). In fioritura alte T+basse RH danno cattiva allegagione per mancata deiscenza antere, devitalizzazione polline, mancata fecondazione (danni difficilmente distinguibili da quelli da siccità)

44 SORGO Fenologia nord Italia: semina: aprile (prima epoca) inizio fioritura: inizio luglio raccolta: intorno a settembre Sensibilità alla carenza idrica= è inferiore rispetto al mais; infatti in carenza di acqua la pianta entra in stasi per riprendere poi a vegetare senza subire i danni tipici del mais.

45 GIRASOLE Fenologia nord Italia: semina: aprile inizio fioritura: giugno raccolta: intorno a settembre Sensibilità alla carenza idrica= produce bene quando il mais ha problemi; la minor sensibilità è dovuta alla morfologia (es: apparato radicale profondo) e alla rapidità di sviluppo iniziale (le fasi critiche - formazione calatide e fioritura - avvengono prima che la siccità estiva raggiunga il suo apice).

46 SOIA Fenologia nord Italia: semina: seconda metà di aprile inizio fioritura: giugno raccolta: intorno a settembre Massima sensibilità alla carenza idrica= a differenza del mais non ha un periodo critico definito e tollera livelli di stress più elevati

47 PATATA Fenologia nord Italia: semina: aprile inizio fioritura: fine maggio raccolta: agosto Massima sensibilità alla carenza idrica= da inizio tuberizzazione a maturazione avanzata. La carenza idrica blocca la tuberizzazione. Piogge o irrigazioni successive danno luogo a una 2a generazione di rizomi con tuberi allungati e irregolari.

48 BARBABIETOLA DA ZUCCHERO Fenologia nord Italia: semina: fine febbraio - inizio marzo; raccolta: fine agosto - inizio settembre Sensibilità alla carenza idrica: - la bietola è una biennale; nel primo anno svolge solo crescita vegetativa (non ha fasi critiche come il mais) -apparato radicale profondo e efficiente. -siccità -> calo di produz. ma aumento il grado zuccherino - siccità estreme deprimono la assimilazione e distruggono l apparato fogliare - pioggia dopo siccità -> rivegetazione Irrigazione: al nord è solo di soccorso, al centro stabilizza la produzione, al sud è necessaria.

49 FRUMENTO Fenologia nord Italia: semina: autunnale levata: 2a metà di marzo raccolta: 3a decade giugno ( 15 gg. prima per l orzo) Massima sensibilità alla carenza idrica= da fioritura a maturazione. Stretta = carenza idrica + alte temperature.

50 COLZA Fenologia nord Italia: semina: autunnale inizio fioritura: aprile raccolta: fine maggio Sensibilità alla carenza idrica= sfugge alla siccità estiva in virtù di una raccolta molto precoce.

51 COME GESTIRE LA SENSIBILITA ALLO STRESS IN IRRIGUIDA Sezione tecnica irrigua -> procedure di irrigazione -> spuntare per fenofasi Sezione tecnica irrigua -> procedure di irrigazione -> scegliere i limiti di somma termica ed i relativi limiti di RFU

52 SOGLIA PLUVIOMETRICA Ai fini del bilancio non vengono considerate le precipitazioni inferiori a 3 mm (piogge che evaporano dalle superfici senza entrare nel suolo) E possibile modificare tale valore intervenendo nel File irriguida.ini.

53 IRRIGAZIONE -> CASI PARTICOLARI sezione Dati e Risultati -> Gli interventi irrigui effettuati dall utente in date diverse da quelle indicate dal software sono inseribili digitando nella nella colonna irrigazioni i valori in mm. Qualora non si possa intervenire nelle date indicate dal software: selezionare la colonna irrigazioni nette e click sull icona non irrigare.

54 LE COLTURE ARBOREE Qualora si sia scelta una arborea (Pesco, olivo, Vite da vino e da tavola, Actinidia, Melo, Susino, Ciliegio, Pero e Albicocco): sezione Colture Arboree -> si possono modificare i Kc mensili o relativi a periodi più brevi. Il software esegue una interpolazione lineare tra un valore e l altro del coefficiente colturale al fine di evitare variazioni troppo brusche.

55 ETR PER LE COLTURE ARBOREE La determinazione dell evapotraspirazione reale nelle arboree presenta complessità per le seguenti motivazioni: Copertura vegetale del suolo incompleta soprattutto negli impianti giovani e in quelli adulti con sesti molto ampi. Le aree di suolo ombreggiate e non ombreggiate variano nel corso giorno e dell anno.

56 ETR PER LE COLTURE ARBOREE Per risolvere tali problemi viene introdotto un coefficiente di riduzione della evapotraspirazione dovuto alla copertura del suolo da parte delle piante (Kr). Kr = 2 Sc/100 (Fereres 1981 ) Dove: Kr= coefficiente di riduzione dell evapotrapirazione Sc = percentuale di suolo ombreggiata dalla chioma delle piante a mezzogiorno. -> Kr assume valori inferiori a 1 quando la percentuale di superficie coperta dalle piante è minore del 50%.

57 LE COLTURE ARBOREE: TECNICA IRRIGUA Analogamente a quanto indicato per le colture erbacee è possibile definire diverse strategie di intervento. L approccio basato su soglie di intervento irriguo (limite di RFU) variabili lungo il ciclo è molto utile nei casi in cui si voglia adottare la tecnica del Deficit Idrico controllato.

58 LE COLTURE ARBOREE: DEFICIT IDRICO CONTROLLATO Per la coltura del pesco (Chalmers et al, 1982) è necessario garantire una adeguata disponibilità idrica nel suolo in due fenofasi: la F1, compresa tra la fioritura e la formazione primaria del nocciolo (moltiplicazione cellulare) e la F3, compresa tra inizio indurimento del nocciolo e raccolta (distensione cellulare e rapido ingrossamento dei frutti). Invece nel periodo di forte crescita vegetativa (F2) e nella fase di post-raccolta (F4) è possibile contenere la crescita vegetativa dei germogli riducendo o annullando le irrigazioni, senza pregiudicare produzione e qualità dei frutti.

59 PESCO: DEFICIT IDRICO CONTROLLATO Le date di inizio delle diverse fasi per l areale abruzzese sono le seguenti ( Di Lena et al 1996): Varietà Springrest Red Haven Baby Gold FASE (precoce) (media) (tardiva) F1 1/3 1/3 1/3 F2 16/4 26/4 1/5 F3 2/5 21/5 1/6 F4 6/6 11/7 21/8

60 ESERCIZI DI ESEMPIO Tratti dal manuale allegato al software. - es. 1: Pomodoro da industria - es. 2: Barbabietola da zucchero - es. 3: Actinidia In alternativa ai dati abruzzesi presenti nell archivio originale provare con i seguenti dati meteo: -> Linate > Brindisi 1960

61 COLTURE ERBACEE Mais da trinciato Mais da granella variabile Pomodoro da industria Patata tardiva (Fucino) Patata precoce (Fucino) Tabacco Bietola (Fucino) Bietola (zona costiera) Melone Cardinale minimo Cardinale massimo Somma termica emergenza Somma termica massimo sviluppo Sommatoria termica raccolta Kc intermedio (fioritura-max sviluppo) Massima profondità radicale (m) Suolo interessato all irrigazione (m) % di acqua disponibile che il terreno può perdere prima di intervenire con irrigazione Limite critico di umidità

62 Kc COLTURE ARBOREE Colture Conduz. suolo Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobre Melo lavorato Ciliegio inerbito Pesco lavorato Albicocco Pero Susino inerbito Olivo lavorato Actinidia lavorato Vite da vino lavorato Vite da tavola lavorato

63 Profondità radicale COLTURE ARBOREE SPECIE Profondità Radicale (m) Vite, olivo 1 Pesco e altri fruttiferi 0.8 actinidia 0.6

64 Rfu e limite critico COLTURE ARBOREE Specie % di acqua disponibile che il terreno può perdere prima di intervenire con l irrigazione Limite critico di umidità espresso in % in volume dell acqua disponibile Vite Olivo Pesco Susino Albicocco Ciliegio Melo Actinidia 30 70