Risparmio idrico in agricoltura e riuso delle acque reflue

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1 Risparmio idrico in agricoltura e riuso delle acque reflue Nuove tecniche di irrigazione e risparmio idrico in agricoltura Prof. Simona Consoli Dipartimento di Agricoltura, Alimentazione e Ambiente (Di3A), Università di Catania 1

2 Problematica Il miglioramento dell efficienza dell irrigazione può contribuire a contenere i consumi idrici accrescendo la competitività economica dell azienda soprattutto in agrumicoltura, laddove le irrigazioni vengono tradizionalmente praticate in quantità eccedenti e secondo criteri empirici basati sulla individuazione soggettiva delle condizioni di stress idrico da parte dell agricoltore. I modelli di simulazione agro-idrologica consentono di programmare gli apporti irrigui in funzione dei reali fabbisogni della coltura ma richiedono accurate procedure di calibrazione sito-specifiche. Negli ultimi anni, i sensori per il monitoraggio dello stato idrico del suolo e della vegetazione hanno raggiunto un elevato livello di sofisticazione, mentre la contemporanea riduzione dei costi ha reso economicamente conveniente la loro applicazione in sistemi di irrigazione di precisione finalizzati ad ottimizzare la risorsa idrica disponibile. 2

3 CAMBIAMENTO CLIMATICO ED EFFETTI IN AGRICOLTURA 3

4 mm Deficit idrico annuale 700 mm Deficit idrico annuale 158 mm Jan mar may july sept nov Piana di Catania (South Italy (media su 15 years ) fonte: CSEI Catania ETo Precipitazione Cesena (north Italy (average of 10 years) fonte: Cons. Bonif. Canale Emiliano Romagnolo 4

5 Gestione ottimale delle attuali risorse, a livello consortile ed aziendale - scelta metodo irriguo - miglioramento della gestione irrigua - miglioramento dell efficienza dell uso dell acqua 5

6 Utilizzando la microirrigazione anziché l irrigazione a pioggia, si ottiene un risparmio idrico dal 30% al 60%. L acqua, diffusa in piccoli volumi vicino all apparato radicale, garantisce un contenuto di umidità nel terreno pressoché costante, riducendo al minimo le perdite per evaporazione e deflusso superficiale. irrigazione per scorrimento 6 irrigazione a pioggia microirrigazione 6

7 Efficienza di distribuzione dell acqua sommersione 45% infiltrazione % aspersione 65-75% microirrigazione 90-95% 95% 7

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10 Gestione ottimale delle attuali risorse, a livello consortile ed aziendale - scelta metodo irriguo - migliorare la gestione del metodo irriguo - migliorare l efficienza dell uso dell acqua della pianta 10

11 GLI ERRORI E I DIFETTI PIU TEMIBILI CAUSE DI PERDITA DI EFFICIENZA, SONO DOVUTI A: ETEROGENEITA DELLE PORTATE TRA I GOCCIOLATORI COMPROMETTENTI L UNIFORMITA ECCESSIVA LOCALIZZAZIONE DELL ACQUA PERCOLAZIONE PROFONDA DELL ACQUA POSIZIONE DEI GOCCIOLATORI INEFFICIENTE ECCESSIVA LUNGHEZZA DEI LATERALI 11

12 ACQUA UTILE ACQUA PERSA ACQUA UTILE ACQUA PERSA Una non corretta scelta della portata e spaziatura dei gocciolatori influisce negativamente sullo sviluppo radicale. Conviene creare una striscia di terreno umida per favorire lo sviluppo degli apparati radicali. 12

13 0,2 m 0,5 m 0,5 m 1,5 m 3 m 1 anno 2 anno 3 anno 13

14 Gocciolatore coestruso a flusso turbolento con labirinto autopulente e filtro incorporato Sei fori per X2, diminuiscono le perdite per percolazione profonda e aumentano l area bagnata Due diametri Due spessori e nove differenti portate 16 mm 1,1 20 mm 1,2 1,5-2,1-4,0-8,0 1,7-2,2-3,8-7,0-15,0 X1 X2 14

15 SISTEMI PER LA SUBIRRIGAZIONE Con la subirrigazione, un impianto a goccia in pressione posizionato al di sotto del piano campagna somministra l acqua e i nutrienti in essa disciolti alle colture. L insufflazione d aria evita fenomeni di asfissia. La sempre più diffusa conoscenza dei vantaggi della microirrigazione, integrata con i nuovi studi agronomici e tecnologici, ha favorito la diffusione della subirrigazione applicata a un numero sempre più esteso di colture. 15

16 Nella subirrigazione il volume di terreno bagnato intorno al punto di erogazione assume una forma sferica con un aumento di circa il 46% a parità di acqua erogata rispetto all irrigazione a goccia tradizionale. 16

17 Esalta la fertirrigazione localizzando la soluzione nutritiva nelle zone colonizzate dagli apparati radicali intervenendo in modo preciso e tempestivo. 17

18 ESPERIENZE IN SUBIRRIGAZIONE Copyright 2013 Irritec S.p.A. - All Rights reserved 18

19 Gestione ottimale delle attuali risorse, a livello consortile ed aziendale - scelta metodo irriguo - migliorare la gestione del metodo irriguo - migliorare l efficienza dell uso dell acqua della pianta 19

20 Tecniche di irrigazione deficitaria: Deficit Irrigation DI Regulated Deficit Irrigation RDI Partial root zone drying PRD 20

21 Tecniche di irrigazione deficitaria: Deficit Irrigation DI Regulated Deficit Irrigation RDI Partial root zone drying PRD Deficit costante per tutte le fasi fenologiche -massimizzare i profitti a discapito della massima produzione - riduzione dei volumi di adacquamento 21

22 Tecniche di irrigazione deficitaria: Deficit Irrigation DI Regulated Deficit Irrigation RDI Partial root zone drying PRD Critical periods in citrus Deficit variabile per alcune fasi fenologiche vantaggi: controllo dello sviluppo vegetativo, equilibrio tra fase vegetativa e fase produttiva, incremento dell efficienza d uso dell acqua svantaggi: monitoraggio del contenuto idrico del suolo e fisiologia della pianta 22

23 Tecniche di irrigazione deficitaria: Deficit Irrigation DI Regulated Deficit Irrigation RDI Partial root zone drying PRD Consiste nell alternanza della somministrazione dei volumi irrigui su due porzioni distinte dell apparato radicale, al fine di creare una zona umida contrapposta ad una zona asciutta attuazione di meccanismi ormonali da parte delle piante 23

24 Obiettivi e attività del progetto: INTRODURRE INNOVAZIONI NELLA GESTIONE DELL IRRIGAZIONE DEL COMPARTO AGRUMICOLO E FORNIRE ASSISTENZA TECNICA ALLE IMPRESE PER LA GESTIONE SOSTENIBILE DELLE RISORSE IDRICHE valutare gli effetti dell applicazione di tecniche di irrigazione deficitaria sui parametri della produzione, sugli aspetti qualitativi e sullo sviluppo vegetativo degli agrumi mettere a punto tecniche innovative per la valutazione degli effettivi fabbisogni irrigui, attraverso il monitoraggio del contenuto idrico del suolo e della traspirazione delle piante fornire indicazioni sulla gestione sostenibile della risorse idriche e migliorarne l efficienza d uso in agrumicoltura 24

25 Sito Sperimentale: CREA - ACM Az. Sperimentale Palazzelli del CRA ACM di Acireale area sperimentale di 0.7 ha piante di 4 anni di Tarocco Sciara C1882 portinnesto: citrange Carrizo 300 piante alla distanza di 6 x 4 m 3 blocchi randomizzati (3 repliche) piante per ciascun blocco 16 piante indice 25

26 Surface Drip Irrigation SDI (100% IR) due ali gocciolanti di tipo superficiale, erogatori da 4 l/h con interdistanza 0.60 m Ali gocciolanti legate insieme poste in prossimità del tronco 26

27 due ali gocciolanti accoppiate Sub Surface Drip Irrigation SSDI (75 % IR) interrate ad una profondità di 0,35 0,40 m la portata è di 6 l/h (4 l/h + 2 l/h) pressione 1 bar; erogatori con interdistanza 0.60 m Subsurface Drip Irrigation 75% IR (4 + 2 L/h) Ali gocciolanti a Tandem per Subirrigazione interrate a 0.35 m di profondità e distanti dal tronco 0.35 m. 27

28 Regulated Deficit Irrigation RDI (100-50% IR) due ali gocciolanti di tipo superficiale ciascuna avente erogatori da 4 l/h, normalmente il sistema restituisce alle piante 8 l/h; Critical periods in citrus 28

29 Partial Rootzone Drying PRD (50% IR) gocciolatori in-line da 4 l/h con interdistanza 0.60 m pressione 1 bar il sistema prevede l apertura alternata delle ali (con frequenza settimanale) Wet side Dry side 0.35 m Ali gocciolanti superficiali poste a 0.35 m distanti da tronco 29

30 Durante la stagione irrigua sono state effettuate: Misure di LAI e PAR (ceptometro) Potenziale xilematico (camera a pressione) Conduttanza stomatica (porometro) Misura della temperatura delle foglie (termometro a raggi infrarossi ) Monitoraggio continuo del contenuto idrico del suolo (TDR) Variazioni del flusso di linfa (Sap Flow) 30

31 Risultati: indicatori fisiologici dello stato idrico della pianta Ψ stem (MPa a) -0,2-0,6-1,0-1,4-1,8-2,2-2,6-3, T1 T2 T3 T DOY potenziale xilematico (Ψ stem, MPa) T1 T2 T3 T4-1.56± ± ± ±0.06 I valori medi di potenziale xilematico (Ψ stem, MPa), durante la stagione irrigua , sono molto simili nei trattamenti T1, T2, T3. In tutti i trattamenti il valori medi di Ψ stem sono sotto il valore soglia di Mpa relativo a colture agrumicole ben irrigate (Ortuno et al., 2006)

32 Risultati: produzione totale (t ha -1 ) T1 100% ET c (t/ha) T2 75% ET c (t/ha) T3 RDI (t/ha) T4 PRD (t/ha) produzione totale (t/ha) ,1 21,9 22,5 23,4 T1 T2 T3 T4

33 Risultati: effetti dell irrigazione deficitaria sui parametri produttivi peso medio dei frutti (gr) resa in succo (%) peso medio frutti (gr) ,3 285, ,9 248, T1 T2 T3 T4 resa in succo (%) 55,0 52,4 59,8 54,7 T1 T2 T3 T

34 Risultati: effetti dell irrigazione deficitaria sui parametri qualitativi TA (g L -1 ) 2,4 2,0 1,6 1,2 0,8 0,4 0, TA, acidità titolabile (g L -1 ) 1,45 1,33 1,21 1,23 T1 T2 T3 T4 antocianine (g/l) , ,0 12, TSS ( Brix) Antocianine (g/l) T1 T2 T3 T4 TSS, totale solidi solubili ( Brix) 10,72 10,52 11,67 11,71 T1 T2 T3 T4 28,9

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37 Sito Sperimentale N.1: Giusto Gusto Bonomo (loc. Stazione Motta) L azienda è caratterizzata dalla presenza di numerosi frutteti, irrigati con tecniche diverse che vanno dall utilizzo del micro sprayer all irrigazione a goccia superficiale. Presso l area aziendale è stata individuata un area di circa 20 ha di giovani piante di agrume (circa ) di età compresa tra i 3 e i 4 anni, aventi altezza colturale di circa 1 m e poste a dimora con sesto di 5 x 3 metri 37

38 Citrange Carrizo è innestato su Tarocco Scirè nucellare; tale portinnesto è consigliato in areali contraddistinti dalla presenza del virus CVT. La microirrigazione a goccia superficiale è utilizzata con irrigatori in linea del tipo a sigaro; l irrigatore è raccordato all ala erogatrice (diametro di 16 mm), mediante tubicino capillare estensibile. I gocciolatori, in numero di 2 per pianta, erogano ciascuno 4 l/h ad una pressione di 1 bar. L estensibilità del tubicino capillare favorisce il riposizionamento dell erogatore al crescere della pianta. 38

39 Sito Sperimentale N.2: Giusto Gusto Bonomo (loc. Stazione Motta) periodo di monitoraggio Secondo sito sperimentale (superficie di circa 400 m 2 ), in cui sono state effettuate modifiche all impianto di irrigazione a goccia superficiale esistente per l applicazione della tecnica PRD. Ciascun filare, caratterizzato da un sesto di impianto di 5x5 m, è servito da 2 ali gocciolanti con le seguenti caratteristiche: Spaziatura erogatori 0.5 m; Erogatori in-line con portata 2 l/h (alla pressione di esercizio di 1 bar); Lunghezza ala gocciolante 55 m. L irrigazione viene somministrata nel periodo primaverile-estivo, 2 volte la settimana per una durata di 3 h per ciascun intervento irriguo. 39

40 Uniformità di erogazione (UE) e coefficiente di riduzione (R d ) determinati per l azienda Impianto di micro-irrigazione UE (%) R d (%) 3,2-2,5 Sono stati effettuati rilievi biometrici su selezionate piante di arancio sottoposte al regime deficitario PRD e alla normale irrigazione di controllo. In particolare è stata monitorata la risposta delle piante a livello fogliare sui meccanismi di formazione e funzionamento degli stomi (densità stomatica, % stomi aperti); inoltre è stato monitorato lo sviluppo e l espansione delle lamine fogliari (area fogliare, peso fresco e peso secco). Campionamento 07/07/2016 5/09/ /10/2016 Tesi Peso fresco (g) Peso secco (g) Sostanza secca (%) Area fogliare (cm 2 ) Stomi totali (N.) Stomi aperti (N.) Stomi aperti (%) Controllo 1,8 0,72 41,1 46,8 306,0 177,0 57,8 Tesi 1 2,1 0,86 40,9 53,7 277,0 212,0 76,5 Controllo 1,7 0,63 42,6 73,3 306,0 199,6 66,0 Tesi 1 1,5 0,60 40,5 51,0 398,0 213,6 53,0 Controllo 1,6 0,61 42,0 70,0 305,0 200,4 65,0 Tesi 1 1,5 0,59 41,0 58,0 395,0 220,5 58,0 40

41 Buona % in sostanza secca per tutti i campioni analizzati, indice di un buon stato nutrizionale delle piante. Una significativa maggiore superficie è stata riscontrata nel Controllo (secondo campionamento, 73,34 cm 2 ) mentre sul numero di stomi totali i valori rientrano nella norma con un picco nella PRD (Tesi 1) del secondo campionamento; la più bassa percentuale di stomi aperti nella Tesi 1 rispetto al Controllo (secondo campionamento) indica una lieve sofferenza delle piante che reagiscono chiudendo gli stomi. I risultati delle analisi non mostrano differenze significative tra le due tesi, sebbene la tesi PRD abbia previsto la somministrazione del 50% dei volumi irrigui somministrati al controllo. Campionamento 07/07/2016 5/09/ /10/2016 Tesi Peso fresco (g) Peso secco (g) Sostanza secca (%) Area fogliare (cm 2 ) Stomi totali (N.) Stomi aperti (N.) Stomi aperti (%) Controllo 1,8 0,72 41,1 46,8 306,0 177,0 57,8 Tesi 1 2,1 0,86 40,9 53,7 277,0 212,0 76,5 Controllo 1,7 0,63 42,6 73,3 306,0 199,6 66,0 Tesi 1 1,5 0,60 40,5 51,0 398,0 213,6 53,0 Controllo 1,6 0,61 42,0 70,0 305,0 200,4 65,0 Tesi 1 1,5 0,59 41,0 58,0 395,0 220,5 58,0 41

42 Data Ore di adacquamento Lettura contatore 1 -PRD (m3 ) Lettura contatore 2-100% ( m 3 ) Pression esercizio ( 26/05/ /05/ /06/ /06/ /06/ /06/ /06/ /06/ /07/ /07/ /07/ /07/ /07/ /07/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /09/ /09/ /09/ /09/ /10/ /10/

43 Sito Sperimentale: Azienda OLIVERI (loc. Motta S. Anastasia) L azienda è caratterizzata dalla presenza di diverse varietà di agrume, mentre sui nuovi impianti è prevalente l utilizzo della varietà Tarocco Meli su Citrange Carrizzo. L agrumeto si estende per circa 35 ha ed è caratterizzato dal colture aventi una età compresa tra i 5 e i 22 anni. Il sesto d impianto è, anch esso, molto variabile, anche se sui nuovi impianti si realizza sempre il 6 x 4 metri. L altezza media colturale è di circa 3 metri, con riferimento alle piante adulte. Le tecniche irrigue adottate vanno dall aspersione con micro-sprayers, alla microirrigazione, quest ultima realizzata per lo più presso gli impianti aziendali di nuova concezione. 43

44 Gli impianti di microirrigazione sono caratterizzati dalla presenza di gocciolatori in linea (del tipo Tandem) da 4 l/h, mentre i micro sprayers erogano 3 l/min. La pressione di funzionamento del sistema è di 1 bar. Il sistema di nutrizione prevede due interventi di fertirrigazione annui. Le opere di distribuzione idrica non sono dotate di contatori volumetrici per il monitoraggio dell efficienza della somministrazione. 44

45 Uniformità di erogazione (UE) e coefficiente di riduzione (R d ) determinati per l azienda Oliveri Impianto di micro-irrigazione UE (%) 91,7 R d (%) 3,3 Impianto di micro-aspersione UE (%) 94,0 R d (%) 3,3 45

46 CRITICITÀ Anche nei sistemi di nuova concezione, come nel caso della microirrigazione, le reti di distribuzione aziendale sono prive di sistemi di misura della portata e della pressione; la valutazione di tali grandezze è fondamentale per garantire un adeguato rifornimento idrico. Inoltre si è rilevata una certa empiricità sia nella definizione dei volumi di adacquamento da somministrare, sia nella frequenza dell irrigazione irrigazione. Sarebbe utile, a tal fine, determinare un maniera semplice ma rigorosa il fabbisogno idrico colturale e il momento dell intervento irriguo. 46

47 Conclusioni L agricoltura irrigua è indispensabile per il sostentamento e la sopravvivenza della popolazione mondiale, tuttavia occorre un grande sforzo della ricerca per garantire la sostenibilità ambientale dell irrigazione 47