SIMULAZIONI E MAPPE FENOLOGICHE PER IL BOLLETTINO AGROMETEOROLOGICO DELL'EMILIA-ROMAGNA

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1 SIMULAZIONI E MAPPE FENOLOGICHE PER IL BOLLETTINO AGROMETEOROLOGICO DELL'EMILIA-ROMAGNA Vittorio Marletto, Franco Zinoni ARPA Emilia-Romagna, Servizio Meteorologico Regionale Area Agrometeorologia e Territorio Introduzione Presso il Servizio meteorologico regionale dell Emilia-Romagna viene realizzato da alcuni anni il bollettino agrometeorologico regionale (v. sito Internet La produzione del bollettino è settimanale (di solito viene redatto il martedì). Esso è disponibile sia in versione cartacea che in versione Html consultabile sul sito solo per la settimana corrente. Per le settimane precedenti il sito consente di scaricare una versione stampabile in formato pdf (Adobe portable document format). L area agrometeorologia del SMR realizza anche dei bollettini speciali accessibili anch essi in versione web e pdf, il più recenti dei quali è dedicato all andamento agroclimatico dell estate I contenuti del bollettino consistono nella presentazione delle previsioni meteorologiche settimanali, nella discussione del tempo trascorso nella settimana precedente (il cosiddetto riepilogo meteo settimanale). Nella parte più strettamente agroclimatica il bollettino presenta mappe regionali relative al bilancio idroclimatico della settimana corrente e la relativa situazione stagionale. Il bollettino propone inoltre mappe delle sommatorie dei gradi giorno alle soglie di 0, 5 e 10 C. Le mappe presentano sia la situazione stagionale dei gradi giorno che il confronto con l'anno passato. Attraverso la valutazione di opportuni modelli viene simulata la fenologia di alcune specie erbacee: le mappe anche in questo caso presentano sia la situazione corrente che il confronto con l'anno passato (differenze espresse in giorni di anticipo o ritardo nello sviluppo). Altre importanti elaborazioni recentemente rese operative sono quelle realizzate con il modello di bilancio idrico Criteria e relative al computo dell acqua utile nei suoli e al numero di irrigazioni necessarie al contenimento dello stress idrico. Buona parte del lavoro preparatorio necessario alla compilazione del bollettino viene realizzato con l applicativo DIC, un programma scritto in Visual Basic che consente: il rapido aggiornamento della base di dati meteorologici necessaria ai calcoli successivi; la selezione della mappa da realizzare sia per quanto riguarda la variabile che il periodo di interesse; il calcolo delle grandezze in uscita per mezzo degli opportuni algoritmi di elaborazione dei dati; l attivazione automatica del programma di interpolazione spaziale Surfer che provvede alla effettiva realizzazione delle mappe stesse secondo gli standard predefiniti. 1

2 Le mappe e i modelli fenologici Il programma di elaborazione DIC incorpora come già detto alcuni modelli più o meno semplici relativi alla simulazione dello sviluppo fenologico di alcune colture erbacee quali i cereali autunno-vernini, la soia, il mais, il girasole, la barbabietola e il pomodoro seminato e trapiantato. Sono anche disponibili due modelli relativi alla vite e all olivo, coltura quest ultima presente in alcuni areali collinari romagnoli. Per la simulazione della fenologia il programma richiama un apposita DLL (dynamic link library) ottenuta compilando un programma di simulazione fenologica scritto in C++ (Nerozzi et al., 1997). La procedura di simulazione fenologica consente la scelta della data di semina (o di trapianto in campo per il pomodoro) e la scelta della classe varietale (p.e. classi FAO per il mais, precoce, media o tardiva per il pomodoro). È possibile visualizzare lo stadio di sviluppo raggiunto sotto forma di mappa relativa ad una qualsiasi data posteriore all inizio della simulazione. I modelli infatti producono valori numerici espressi in una scala continua nella quale, per esempio, nel caso del mais: 1 corrisponde alla semina, 2 all emergenza, 3 al viraggio apicale, 4 alla fioritura femminile (comparsa delle sete) e 5 alla maturazione fisiologica. A titolo esemplificativo presentiamo di seguito la descrizione succinta di un paio tra questi modelli, relativi allo sviluppo fenologico del pomodoro e del mais. Pomodoro Il modello per la simulazione dello sviluppo fenologico del pomodoro si basa essenzialmente sul lavoro di Wolf et al. (1986). In questo approccio la durata delle fasi viene calcolata conteggiando i cosiddetti "giorni fisiologici" (PHD), individuati idealmente da una temperatura costante di 26 C, alla quale è massimo il tasso di sviluppo. L'algoritmo fa uso delle temperature estreme giornaliere Tmin e Tmax, dalle quali ricava il contributo diurno e notturno al computo dei giorni fisiologici. In generale PHD = Dday + Dnyt con Dday = (Tday - Ts) / (26 - Ts) * DL / 24 Dnyt = (Tnyt - Ts) / (26 - Ts) * (24 - DL) / 24 e Tday = Tmin + (Tmax - Tmin) * Dayfac Tnyt = Tmin + (Tmax - Tmin) * Nytfac nelle quali Tmin e Tmax sono le temperature estreme giornaliere, Dayfac e Nytfac sono fattori empirici del valore rispettivo di 0.77 e 0.19, Ts è la temperatura di soglia della fase e DL è la durata del giorno, determinata dalla DL = 12 * (1 + 2 * ARCSEN((-SEN(-4π/180) + SEN(TETA) * SEN(DELTA)) / COS(TETA) / COS(DELTA)) / π) con TETA = *COS(2π(D+10)/365) dove D è il giorno dell'anno, TETA è la declinazione solare e DELTA è la latitudine. Nel modello la fase di emergenza si conclude dopo 4.52 giorni fisiologici con soglia termica pari a 8 C. La fase di primo fiore si raggiunge una volta trascorsi 27.4 giorni 2

3 fisiologici dall'emergenza con soglia termica di 10 C, valida anche per la fase successiva, quella dell invaiatura, che viene raggiunta dopo giorni fisiologici. La maturazione (individuata al 95% di bacche rosse) si verifica trascorsi giorni fisiologici dall'invaiatura, in dipendenza delle condizioni idriche del suolo. Per semplicità utilizziamo un valore medio di 28 giorni fisiologici, modificabile a 31 in caso di abbondanti precipitazioni (100 mm dall invaiatura in poi) e a 25 in caso di assenza di pioggia per più di 20 giorni nella fase di sviluppo dei frutti. I valori sopra riportati sono riferiti alle varietà medie, mentre per le varietà precoci, in assenza di riferimenti bibliografici, il ciclo è ridotto di 2 giorni fisiologici e per le varietà tardive il ciclo è aumentato di 2 giorni fisiologici. 28-set 29-ago 30-lug 30-giu 31-mag 1-mag 1-apr Cotir Tadini Cotir Tadini Tadini Cotir Catania Data di semina Emergenza Viraggio Comparsa sete Maturazione fisiologica Oss Oss Oss Figura 1. Confronto tra le simulazioni (simboli) e le osservazioni fenologiche (linee spezzate) nelle diverse località e date di semina del progetto Phenagri nel I valori si riferiscono al mais varietà Sara (classe Fao 400). Per quanto riguarda il pomodoro trapiantato, il trapianto inizia normalmente quando non sussistono più rischi di gelate tardive (la pianta è molto sensibile a temperature inferiori a 0 C e può essere irrimediabilmente compromessa), periodi che si approssimano indicativamente verso la fine di aprile nel nord Italia. L operazione di trapianto prosegue normalmente per giorni in relazione all andamento meteorologico e alla programmazione dei raccolti. A seguito della scalarità del trapianto, le piantine prodotte nei semenzai vengono impiegate dallo stadio di 3 allo stadio di 6-7 foglie. 3

4 Considerando un valore medio di sviluppo delle piantine, la fase trapianto - inizio fioritura può essere stimata in un lasso di tempo pari al 30 % del periodo compreso tra semina e inizio fioritura (Gray et al., 1980), quindi in circa 10 giorni fisiologici. Mais Il modello per la simulazione dello sviluppo fenologico del mais si basa essenzialmente sul lavoro di Grant (1989). Per la stima della data di emergenza si fa uso di una somma della temperatura del suolo con soglia 8,5 C fino al raggiungimento di 55 D. Facendo invece uso della temperatura dell aria la soglia termica va elevata a 9.8 C, e la somma a 61 D. L importante fase del viraggio apicale (consistente nel mutamento della natura dell apice vegetativo che cessa la produzione di abbozzi fogliari e dà inizio all abbozzo della spiga) viene determinata attraverso una valutazione del numero potenziale di foglie in base alla classe di maturazione FAO. Questo potenziale fogliare è soggetto a una modifica giornaliera in base al fotoperiodo e alla temperatura. Parallelamente viene portato avanti il computo dei primordi fogliari sull'apice vegetativo in base alla temperatura. All'uguaglianza tra foglie potenziali e numero di primordi siamo al viraggio ed è noto il numero finale di foglie. L emissione delle foglie è funzione della temperatura e prosegue fino al numero massimo di cui sopra. La fioritura maschile è raggiunta all'emissione dell'ultima foglia mentre la fioritura femminile viene raggiunta calcolando l'emissione di ulteriori due foglie fittizie. La fase di maturazione viene infine calcolata con il cosiddetto metodo Ontario basato sull'accumulo delle corn heat units CHU. MAIS 400 Irriguo Emergenza Fioritura femminile Errore Quadratico Medio Maturazione fisiologica Errore Medio (bias) EQM-EM Tabella 1. Valori medi degli errori (in giorni) per le tre fasi sulle quali è possibile un confronto tra osservazioni e modello fenologico del mais. Come si vede buona parte dell errore quadratico relativo alle fasi di fioritura femminile e maturazione fisiologica è da attribuirsi alla componente sistematica (bias) dell errore, tanto che la rimozione del bias genera valori di errore residuo inferiori alla settimana, del tutto accettabili per questo tipo di modelli. Nell ambito del progetto finalizzato Phenagri il nostro gruppo ha potuto sottoporre a verifica sia il modello del pomodoro che quello del mais, preventivamente calibrato su dati indipendenti (Nerozzi et al., 1998). Nell ambito del progetto finalizzato infatti sono state realizzate prove di semina in 3 località site nelle province di Catania (Az. Magnano, Cassibile), Chieti (Az. Cotir, Vasto), e Piacenza (Az. Tadini, Gariga di Podenzano), per 3 anni (1997, 1998 e 1999), con 3 epoche di semina per 2-3 trattamenti irrigui su due varietà. Il protocollo sperimentale adottato prevedeva il monitoraggio 4

5 delle fasi fonologiche su 5-6 piante per tesi. Questo ha portato alla rilevazione e archiviazione di quasi osservazioni per specie. Naturalmente il protocollo prevedeva anche la rilevazione dei dati meteorologici nelle località di prova. I confronti condotti tra modelli non calibrati e osservazioni hanno indicato una buona capacità di adattamento dei modelli al trasferimento tra diversi ambienti. Per il passaggio all'applicazione è però necessario correggere gli errori sistematici rilevati sulle date di fioritura e quelli, meno forti, sulla fase di maturazione. E' anche necessario un approfondimento sulle diverse modalità di rilevazione effettivamente messe in campo durante le prove. Applicazioni dei modelli e delle mappe fenologiche Il bollettino agrometeorologico, basato com è sull applicazione territoriale di modelli fenologici costituisce a nostro avviso un valido supporto operativo ai tecnici delle produzioni agro-ambientali operanti in regione sia ai fini della pianificazione degli interventi irrigui che per la pianificazione degli interventi fitosanitari. Inoltre questo materiale consente analisi a posteriori dell impatto di situazioni meteoclimatiche particolari sulla base delle condizioni fenologiche delle colture. I modelli fenologici, oltre ad essere essenziali elementi costitutivi di modelli di crescita e bilancio idrico costituiscono anche un valido ausilio nello studio del mutamento climatico e dei suoi impatti agricoli. Bibliografia Grant, R.F Simulation of maize phenology. Agron. J. 81: Gray D, Ward JA, Steckel JRA, Growth and development of bush tomatoes in relation to temperature. J. Agric. Sci. Camb. 95: Nerozzi F., Marletto V., Zinoni F., Modelli agrofenologici operativi. Rapporto interno SMR - ARPA Emilia Romagna (AGR9701). Nerozzi F., Zinoni F., Marletto V., Calibrazione e validazione di due modelli fenologici operativi per il frumento e per il mais in Emilia-Romagna. Rivista di Agronomia 32: Wolf et al., Predicting harvesting date of processing tomatoes by a simulation model. J. Am. Soc. Hort. Sci. 111: