L irrigazione e il bilancio idrico

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1 L irrigazione e il bilancio idrico Prof. Simone Orlandini Dipartimento di Scienze delle Produzioni Vegetali, del Suolo e dell Ambiente Agroforestale (DIPSA) Università di Firenze

2 Il valore medio delle precipitazioni meteoriche è di 300 miliardi di m 3 che corrisponde ad un'altezza media di precipitazioni di circa 1000 mm/anno. L'Italia riceve un quantitativo di acque meteoriche significativamente superiore alla media europea che è di circa 650 mm/anno. Le difficoltà dell'italia nel campo delle disponibilità idriche sono legate alla irregolare distribuzione sia spaziale che temporale delle precipitazioni e alle modalità di utilizzazione. Dei circa 300 miliardi di m 3 /anno di afflusso meteorico solo 45 miliardi (il 15% circa) sono utilizzati per tutti gli usi civili, agricoli e industriali

3 LE PRECIPITAZIONI MEDIE IN ITALIA (ANNI ) mm/mese La media delle precipitazioni assume valori non omogenei sul territorio nazionale. Dall immagine si nota come la parte nord orientale della penisola presenti il livello maggiore di precipitazioni, mentre in Sicilia, in Sardegna e in Puglia si riscontra il livello medio più basso. Fonte: NOAA

4 Apporto artificiale di acqua al terreno per ripristinare la riserva idrica necessaria alla crescita della coltura In Italia: 4,7 mil di ha irrigati 67% da fiumi 27% da pozzi e fontanili 6% da serbatoi Auto approvvigionamento Consorzio di Bonifica Irrigazione Nord Centro Sud 13,4 67,2 44,6 65,4 18,7 33,6 Altra modalità 1,1 4,9 6,5 Più modalità 20,2 9,2 15,3 A 29.1% 7.4% 63.5% North Center South 70.4% 6.0% 23.6% Montain Hill Plain

5 L AGRICOLTURA RAPPRESENTA UNO DEI MAGGIORI SETTORI DI IMPIEGO DELL ACQUA IN ITALIA (UTILIZZA TRA LA METÀ E I DUE TERZI DEL CONSUMO TOTALE). IL 40% DELLA PRODUZIONE AGRICOLA NAZIONALE PROVIENE DA COLTURE IRRIGUE. LE AZIENDE CHE UTILIZZANO L ACQUA A FINI IRRIGUI SONO (29,2% DELLE AZIENDE CON SUPERFICIE COLTIVATA) E IRRIGANO ETTARI DI SUPERFICIE (IL 20,4% DELLA SUPERFICIE COLTIVATA). SI REGISTRA UNA PREVALENZA NELLA DIFFUSIONE DEL METODO PER ASPERSIONE (37,5% DELLA SUPERFICIE TOTALE IRRIGATA), A CUI FA SEGUITO LO SCORRIMENTO SUPERFICIALE E L INFILTRAZIONE LATERALE (30,2%), LA MICROIRRIGAZIONE (20,6%), LA SOMMERSIONE (8,8%) E GLI ALTRI SISTEMI (3,8%)

6 Scopi dell irrigazione Umettante: può essere totalitaria (per tutto il ciclo di coltivazione) ausiliaria (una tantum dopo semina o trapianto) di soccorso solo in caso di andamento stagionale avverso fertilizzante: somministrazione di sostanze fertilizzanti ammendante: miglioramento delle proprietà fisiche mediante trasporto di materiale terroso dilavante: per dilavare eccessi di salinità termica: irrigazione antibrina, mist in serra antiparassitaria: contro roditori o con antiparassitari in acqua sussidiaria: per lavorare il terreno in tempera

7 Elementi di base A LIVELLO AZIENDALE Idoneità dei terreni alla irrigazione Qualità delle acque Scelta del metodo irriguo e della sistemazione dei terreni Fabbisogno di acqua irrigua aziendale e risposta delle colture Determinazione del momento di intervento Determinazione dei volumi di adacquamento A LIVELLO TERRITORIALE Classificazione del territorio a uso irriguo Fabbisogno irriguo territoriale, distribuzione dei consumi e risposte delle colture Classificazione qualitativa e riutilizzo delle acque Rapporti con l ambiente

8 Idoneità dei terreni all irrigazione Dipende principalmente dalla permeabilità del terreno (Kfs) >180 mm h -1 troppo permeabili, irrigabili con difficoltà mm h -1 adatti all irrigazione 18-3,6 mm h -1 irrigare con precauzione <3,6 mm h -1 impermeabili, quasi impossibile irrigare Organizzazione dell irrigazione Irrigazione autonoma o individuale (discrezionalità nell uso dell acqua). Da pozzi. Irrigazione collettiva: un consorzio distribuisce l acqua agli utenti: secondo turni (irrigazione turnata) in genere turni a calendario e orario fisso, per ragioni di organizzazione alla domanda

9 Ruolo dei fattori ambientali In un comprensorio la tecnica irrigua può essere stata messa a punto empiricamente nel tempo, oppure deve essere valutata. Dipende da clima, terreno, disponibilità e qualità delle acque Piovosità media clima frequenza intensità Probabilità di pioggia Vento (impossibile aspersione con vento forte Topografia (pendenza, regolarità superficie, drenaggio Profilo (spessore, permeabilità terreno Chimica: sali e loro natura Fisica: stabilità struttura Idrologia acqua utile, Kfs

10 Idoneità dell acqua all irrigazione Dipende da Temperatura, solidi sospesi, sali disciolti Queste caratteristiche sono correlate all origine: acque superficiali (fiumi, canali ecc.): temperature variabili, più o meno torbide acque di falda: temperature costanti, limpide Temperatura le acque di falda hanno T costante di circa 10 C = fredde in estate (freddo = T < 3/4 T aria) prezzo in funzione di T in risaia: caldane per riscaldare l acqua in floricoltura: serbatoi Se si hanno acque fredde irrigare di notte (T aria più bassa, minori shock termici pianta) Usare poca acqua Torbida: si esprime come coefficiente di torbida: g/l o m 3 di sostanze sospese Vantaggi: bonifica per colmata, miglioramento tessitura in terreni sabbiosi Svantaggi interramento canali, usura pompe, ostruzione ugelli (problemi filtraggio impianti a microportata)

11 Salinità e alcalinità I sali disciolti hanno effetto positivo se fertilizzanti, negativo se salinizzanti, alcalinizzanti o deflocculanti Misura: 1. residuo secco totale (se >2% acque salmastre) 2. conduttività elettrica 3 ms/cm 3. SAR: sodium adsorption ratio esiste una modifica del SAR (SARa) che tiene conto dell equilibrio carbonati-co 2 in funzione del ph (indicazione del grado di alcalinità)

12 Classificazione salinità bassa (S1) 250µS 165 ppm nessun rischio media (S2) µs ppm pochi rischi alta (S3) µs ppn terreni permeabili molto alta µs ppm condizioni particolari: terreni molto permeabili, colture tolleranti, molta acqua Classificazione in base al SAR (alcalinità) tipo sar uso bassa 0-10 ovunque media no argillosi alta solo terreni sciolti molto alta occorrono terreni sciolti, gessatura, Non usare acque con SAR alto su terreni argillosi! (deflocculazione)

13 Salinità Uso acque saline: Su terreni sciolti, ben permeabili turni brevi (4-5 d) ridurre evaporazione (copertura suolo, irrigazione a goccia) no aspersione (ustioni foglie) Fabbisogno di lisciviazione (leaching requirement) E la % di acqua da aggiungere ai volumi normali per lisciviare i sali apportati con l irrigazione stessa. Dipende dalla salinità dell acqua irrigua e da quella max accettabile nel suolo Posto che il dilavamento dei sali è necessario per una corretta gestione del terreno, occorre tenere presente alcune considerazioni. Innanzitutto, non è necessario prevedere la lisciviazione dei sali ad ogni adacquata, ma si può ricorrere a questa tecnica quando la salinità del terreno sta per raggiungere livelli critici. In questa maniera non è necessario soddisfare completamente i fabbisogni evapotraspirativi delle piante, ma si possono adottare regimi irrigui che prevedono ridotti volumi garantendo alti livelli di resa.

14 Elementi tecnici dell irrigazione Portata caratteristica (o continua o indice medio di consumo) portata in l s -1 ha -1 di cui bisogna disporre continuativamente per una superficie tipo varia da 0,1 a 2 l s -1 ha -1. Determina la superficie irrigabile con una determinata dotazione idrica. Portata caratteristica di punta = massimo consumo evapotraspirativo (in genere riferito al mese) Stagione irrigua: periodo tra il 1 adacquamento e l ultimo Volume d adacquamento (m3): quantità necessaria per portare un terreno alla C.C. Può essere: stagionale, colturale o aziendale. Occorre conoscere la profondità da raggiungere Calcolo se le caratteristiche idrologiche sono in peso: V= profondità * densità * (CC-UA)*10000 (umidità in frazione, profondità in m) Volume specifico di adacquamento: quantità distribuita a ogni intervento Turno o ruota: tempo in giorni tra 2 interventi in teoria T=V/ET; in irrigazione collettiva è prefissato (fisso per tutta la stagione o differenziato in base ai mesi)

15 Elementi tecnici dell irrigazione Durata o orario dell adaquamento: teoricamente tempo necessario perché nel suolo possa infiltrarsi il volume d adaquamento. Ha significato solo per aspersione e scorrrimento Nei sistemi a goccia è, nell irrigazione a conche è 0 Corpo d acqua o modulo o portata di dispensa: in l s -1, portata che un utente ha diritto di ricevere quando è il suo turno, per tutta la durata dell irrigazione importante sia adeguato alla permeabilità e all area dell appezzamento: da 30 l s -1 a 400 l s -1. Aree ampie, terreni permeabili occorre un corpo d acqua elevato. L infiltrazione laterale richiede corpi d acqua più piccoli dello scorrimento Dimensione dell appezzamento: dipende da corpo d acqua e permeabilità. Approssimativamente sup =corpo d acqua (l s -1 )/velocità di infiltrazione(l s -1 ha -1) Se la superficie è eccessiva, per scorrimento non si raggiunge l estremità, se è scarsa si hanno perdite per ruscellamento. Per l aspersione si deve scegliere il numero di irrigatori e la portata Per l infiltrazione laterale la lunghezza e il numero dei solchi

16 Consumi idrici complessivi 1) Stima mediante la moltiplicazione del COEFFICIENTE DI EVAPOTRASPIRAZIONE (Cet) per la RESA prevista. Il primo rappresenta la quantità di acqua consumata per unità di biomassa. Ad esempio se Cet=700 l*kg (medica) e la resa 12 t ha-1, il consumo idrico risulterà pari a 700 x = 8400 m3 ha (pari a 840 mm) 2) Calcolo di ET e del relativo bilancio idrico I = ETPc Pu RI I=fabbisogno irriguo ETPc=evapotraspirazione potenziale della coltura Pu=piogge utili RI=riserva idrica facilmente utilizzabile

17 Calcolo del volume e del momento dell intervento irriguo Il volume di adacquamento risulta spesso determinato non sulla base delle effettive esigenze della coltura, ma in conseguenza di altre variabili irrigue (ad esempio i volumi annuali, il turno, il corpo parcellare). Nel caso della irrigazione con turni fissi l acqua viene fornita all agricoltore indipendentemente dalle esigenze della coltura. E però necessario conoscere il metodo di calcolo del volume in grado di soddisfare il fabbisogno idrico della coltura, che dipende da clima, terreno, pianta e metodo irriguo. In questo caso l intervento irriguo deve essere eseguito quando l acqua nel terreno (in termini di potenziale) ha raggiunto un LIMITE CRITICO oltre il quale la coltura non è più in grado di approvvigionarsi di acqua. Tale limite viene generalmente determinato tenendo conto del punto di appassimento (-15 bar, 1.5 MPa). L intervento viene eseguito quando si raggiunge un livello pari a circa il 40% della acqua disponibile, che corrisponde alla quota di acqua facilmente utilizzabile da parte delle piante. Osservazioni del terreno e della coltura possono consentire di integrare le informazioni derivate dal calcolo del bilancio idrico

18 Calcolo del volume e del momento dell intervento irriguo Obiettivo è la determinazione del momento di intervento sulla base di un continuo aggiornamento del bilancio idrico. Elementi base sono la stima della ETPc, della riserva idrica del suolo e degli apporti idrici naturali (precipitazioni) al netto delle perdite (piogge utili). La ETPc si calcola come descritto in precedenza, mediante formule empiriche e meccanicistiche (ETP) e il coefficiente colturale (Kc) Le precipitazioni si misurano con il pluviometro, ma è necessario considerare il concetto di piogge utili, che tengono conto del rapporto fra intensità di pioggia e velocità di infiltrazione, in rapporto al valore della riserva idrica. La riserva idrica del suolo viene generalmente ridotta considerando la riserva idrica facilmente utilizzabile, che rappresenta una quota variabile (generalmente attorno al 60% della riserva idrica (differenza fra la capacità di campo e il punto di appassimento)

19 LE PIOGGE UTILI PER l AGRICOLTURA Attraverso questa tabella si riportano alcuni valori di PU (pioggia utile) in relazione a determinate coppie di valori pioggia-evapotraspirazione. (ipotizzando un fc pari ad 1) Se, ad esempio, la precipitazione mensile è pari a 100 mm, l evapotraspirazione mensile è 125 mm e la riserva idrica utilizzabile che può essere immagazzinata nel terreno (RU) è = 75 mm (cf=1), la tabella indica una pioggia utile di 72 mm. Per la calibrazione dei valori riportati a condizioni pedologiche differenti da quella standard, è necessario calcolare il coefficiente correttivo (fc), che varia in funzione della RU (Riserva idrica utilizzabile). Se RU è diverso da 75 mm, il valore va corretto moltiplicando il dato ricavato precedentemente, per un valore correttivo (fc). Così, ad esempio, con RU = 125 mm, la PU (pioggia utile) nel precedente esempio è = 72 x 1.04 = mm.

20 Efficienza dell irrigazione L efficienza di un impianto di irrigazione è sempre <1 efficienza= quantità richiesta dalla coltura/acqua somministrata si hanno sempre perdite, per evaporazione, ruscellamento, percolazione, difformità di bagnatura si ha: efficienza di consegna efficienza aziendale volume consegnato eff = volume derivato dalle fonti volume portato ai campi eff = volume consegnato efficienza dell adaquamento eff = volume utilizzato dalle piante volume portato ai campi

21 scorrimento Metodi di irrigazione Infiltrazione laterale Per gravità richiedono sistemazione del terreno sommersione subirrigazione aspersione Per pressione non richiedono sistemazione (non sempre!) Irrigazione localizzata

22 GESTIONE IRRIGUA E DIFFUSIONE DELLA CULTURA DEL RISPARMIO IDRICO L agricoltura ha bisogno di acqua per produrre, ma occorre diffondere comportamenti e tecniche responsabili per garantire il risparmio della risorsa. Questo obiettivo può essere raggiunto, ad esempio, attraverso: - il coinvolgimento diretto degli imprenditori agricoli e la diffusione delle conoscenze tecniche; - la manutenzione degli schemi sistematori esistenti e la realizzazione di nuovi; - una gestione oculata degli ordinamenti produttivi; - l introduzione di adeguate tecniche irrigue; - la diffusione di tecniche agricole che favoriscono il risparmio idrico (lavorazioni minime, semina su sodo, ecc); - la diffusione di nuovi strumenti e servizi di tipo agrometeorologico (finalizzati alla previsione tempestiva di eventuali accumuli o carenze idriche). Fonte: INEA