Classificazione attitudinale a fini agricoli del territorio nazionale su base climatica e pedologica L. Perini Ufficio Centrale di Ecologia Agraria, UCEA Roma Introduzione Un processo di produzione agricola, al pari di altri sistemi complessi, può essere opportunamente studiato analizzando le sue componenti elementari cui viene riconosciuto un ruolo nel determinare la resa finale: si va dal materiale biologico utilizzato alle tecniche colturali, dalle caratteristiche meteo-climatiche e pedologiche fino alle condizioni socioeconomiche e politiche. Risulta abbastanza problematico, però, quantificare la rilevanza di ciascuna variabile poiché gli effetti sulla produzione agricola dipendono dall azione combinata e non lineare di tutte le sue componenti. Più semplice, invece, appare la possibilità di individuare di volta in volta la causa che limita e contrae l'efficienza produttiva di tutto il sistema. Approfondire la conoscenza delle relazioni di causa-effetto fra il sistema pedoclimatico e la produzione agricola è importante, quindi, per stabilizzare le rese, garantire lo standard qualitativo dei prodotti, ridurre i costi di produzione e, in genere, l impatto ambientale dell attività agricola. Obiettivi generali della ricerca Le produzioni agricole variano da un anno all altro per alcuni aspetti aleatori che rappresentano gli incerti dell'attività agricola e che si riferiscono soprattutto alle condizioni meteorologiche. Negli ultimi anni è stato osservato uno scostamento sempre più ampio dell andamento meteorologico dalla normalità climatica e ciò ha accresciuto il rischio dell attività agricola. A fronte di alcuni indicatori oggettivi, come, ad esempio, l aumento della temperatura a scala globale, è lecito ipotizzare scenari futuri che potrebbero consolidare alcune tendenze attuali: lunghi periodi siccitosi alternati a piogge torrenziali, degrado dei suoli agricoli e processi di desertificazione. Negli ultimi decenni, inoltre, la diffusione generalizzata di cultivar molto produttive, ma poco rustiche, ha per contro accresciuto la vulnerabilità climatica delle coltivazioni. Questa ricerca ha posto fra i suoi obiettivi primari la realizzazione di un analisi agroclimatica in grado di valutare l attitudine agricola del territorio italiano in funzione delle interazioni suolo-clima variamente espresse. Un primo importante risultato, conseguito già alla fine del secondo anno, è rappresentato dalla realizzazione di un Atlante agroclimatico nel quale sono definite e raccolte le caratteristiche agroclimatiche, pedologiche e alcuni aspetti fenologici del territorio italiano. Alla ricerca partecipano ricercatori dell Ufficio Centrale di Ecologia Agraria (UCEA) del Ministero delle Politiche Agricole e Forestali e ricercatori del Dipartimento di Colture Arboree (DCA) della Facoltà di Agraria dell Università di Palermo. 35
Metodologia Le caratteristiche climatiche ed agroclimatiche dell Italia sono state valutate sulla base dei dati relativi ad un periodo (il trentennio 1961-1990) conforme alle indicazioni dell Organizzazione Meteorologica Mondiale per questo tipo di analisi ed è la ragione per la quale i risultati ottenuti possono rappresentare un riferimento certo per quantificare oggettivamente ampiezza e significato degli scostamenti dal clima. In ogni caso, per realizzare un analisi climatica attendibile è richiesta la disponibilità di dati meteorologici affidabili, adeguatamente distribuiti su tutto il territorio, appartenenti a serie storiche sufficientemente lunghe, omogenee e complete. Sono stati pertanto utilizzati i dati di Analisi Oggettiva 1 presenti nella Banca Dati Agrometeorologica Nazionale (BDAN) 2. Il database rappresenta la serie completa dei valori giornalieri di temperatura dell aria (minima e massima), precipitazione piovosa, eliofania, umidità relativa e velocità del vento (a 10 m) stimati su 544 punti del territorio italiano e distribuiti omogeneamente secondo una maglia regolare di circa 30 km di lato. È stato acquisito un database pedologico3 del territorio italiano ottenuto dall elaborazione della Carta Nazionale della Capacità Idrica dei Suoli Agrari. La definizione delle unità di suolo-paesaggio è stata realizzata integrando l'informazione litologica dedotta dalla Carta Geologica 1:100.000 e l'insieme delle caratteristiche fisiografiche desumibili da immagini da satellite prodotte alla stessa scala. Quando disponibili, sono state utilizzate anche altre carte a carattere regionale o locale con informazioni sui suoli. In relazione alle esigenze di rappresentazione dei suoli italiani, le principali variabili pedologiche sono state elaborate per realizzare una opportuna rappresentazione spaziale. L'unità di riferimento è una cella quadrata (cella pedo) di superficie pari a 64 km2. Il numero di celle che complessivamente coprono il territorio italiano è pari a 5226. Di queste, 4479 presentano informazioni pedologiche associate, mentre le rimanenti 747 sono prive di informazioni in quanto non intersecano nessuna unità suolo-paesaggio agricola. Il valore delle variabili pedologiche attribuito a ciascuna cella è stato stimato come media ponderata dei valori nelle unità di suolo-paesaggio che intersecano la cella utilizzando, come fattore di ponderazione, la superficie delle unità nella cella. È doveroso precisare che questa modalità di calcolo ha condotto ad un approssimazione delle caratteristiche pedologiche rispondente alle specifiche esigenze della ricerca in corso, ma potrebbe aver prodotto rappresentazioni non coerenti alla realtà se riferite a scale spaziali o finalità diverse. Ad esempio, i valori medi delle frazioni granulometriche associati ad una cella (espressione di tutti i tipi di suolo in essa riconosciuti) sono stati utilizzati per simulare il ruolo del suolo nel bilancio idrico anche se nella realtà potrebbe non essere affatto presente in quella cella un suolo con tali caratteristiche.. Vi sono, infine, molte celle che ricadono in buona parte su terreni non agricoli e che quindi hanno solo piccole intersezioni con unità suolo-paesaggio agricole (celle al bordo dei confini nazionali e celle che includono ampie superfici a bosco, acque 1 Le elaborazioni di Analisi Oggettiva sono state effettuate dall Agrisian nell ambito del Sistema Informativo Agricolo Nazionale (SIAN) del Ministero delle Politiche Agricole e Forestali. 2 La Banca Dati Agrometeorologica Nazionale (BDAN) è stata realizzata in ambito SIAN. In essa sono archiviati i dati meteorologici delle reti di rilevamento UCEA e di altri Servizi Meteorologici italiani. 3 I dati pedologici sono stati prodotti dal Consorzio ITA per conto del Ministero delle Politiche Agricole e Forestali nell ambito del programma AGRIT. 36
interne, aree artificiali, pascoli, ecc). In queste situazioni i valori attribuiti all'intera cella derivano dalla porzione occupata esclusivamente dalle superfici agricole le cui proprietà, come ad esempio la profondità del terreno o la percentuale di scheletro, possono essere molto diverse, generalmente migliori, rispetto alle proprietà dei terreni non agricoli che complessivamente occupano la cella. Le informazioni di base disponibili per ciascuna cella pedo sono: codice ISTAT di regione (viene indicata la regione prevalente nella cella); superficie interna alla cella occupata da unità suolo-paesaggio agricole (ha); valore medio di profondità del suolo (mm); valore medio di AWC (mm di acqua); valore medio della percentuale di carbonio organico a circa 20 cm di profondità (m 3 /m 3 ); valore medio della percentuale di sabbia; valore medio della percentuale di limo; valore medio della percentuale di argilla; valore medio della percentuale di scheletro. Elaborazioni effettuate La base dati meteorologica, costituita dalle serie trentennali dei dati giornalieri di 544 celle meteo, è stata sottoposta ai necessari controlli per accertarne la qualità, la presenza di errori e le mancanze. La metodologia utilizzata si è basata sulla verifica incrociata della congruità temporale fra dati e statistiche (medie, totali, varianza) ed anche fra nodi di griglia limitrofi. In diversi casi, per qualche particolare area del territorio nazionale, è stato necessario procedere in ambito SIAN ad una rielaborazione dell Analisi Oggettiva che ha portato ad eliminare gli elementi di disturbo (outlayers, archiviazioni errate, ecc.) o ad integrare la base informativa delle misure meteorologiche originarie. Le procedure di elaborazione, inizialmente implementate su foglio elettronico per collaudarne il corretto funzionamento, sono state scritte in Visual Basic o in linguaggio C. Temperatura Sono stati presi in considerazione i valori giornalieri delle temperature massime (T max ), delle temperature minime (T min ) e delle temperature medie (T med ) ottenute, quest ultime, come semisomma delle due precedenti. Sono state quindi calcolate le medie climatiche decadali delle suddette grandezze. Sommatorie termiche Il calcolo delle sommatorie termiche è stato effettuato su base decadale utilizzando cinque diverse soglie di temperatura: 0, 5, 10, 15 e 20 C. Il contributo di eventuali valori negativi di Gradi giorno (Growing Degree Days - GDD), dovuti a temperature medie giornaliere inferiori alla soglia prescelta, è stato considerato nullo. La climatologia di ciascuna decade è stata ottenuta come media delle rispettive sommatorie cumulate sull intero trentennio. Precipitazione piovosa Partendo dai dati giornalieri di precipitazione piovosa sono stati calcolati i singoli totali mensili di precipitazione relativi a ciascun anno del trentennio analizzato. La climatologia mensile dei totali di precipitazione è stata calcolata come 50 percentile (mediana) dei 30 valori ottenuti per ognuno dei dodici mesi dell anno. 37
Stagione di Crescita (SC) Si è definita Stagione di Crescita (SC) il periodo dell anno caratterizzato da temperature medie giornaliere uguali o superiori a predeterminate soglie termiche. La SC è caratterizzata da un inizio, da una fine e da una durata. Per la data di inizio è stata ricercata la prima data dell anno compresa tra il 1 gennaio ed il 31 agosto successivamente alla quale si fosse verificato un periodo di persistenza di almeno 15 giorni con temperature medie giornaliere uguali o superiori alla prescelta temperatura soglia. Analogamente, per calcolare la fine della SC è stata ricercata la prima data dell anno compresa tra il 1 luglio ed il 31 dicembre successivamente alla quale si fosse verificato un periodo di persistenza di almeno 15 giorni con temperature medie giornaliere inferiori alla prescelta temperatura soglia. La climatologia riguardante la SC è stata ottenuta individuando come data iniziale quella corrispondente al 75 percentile della serie delle date annuali ordinate in senso crescente. Stessa procedura per determinare la data climatologica di fine della SC che è stata individuata come 75 percentile della rispettiva serie di date annuali ordinate, però, in senso decrescente. La durata della SC, espressa in numero di giorni, è stata desunta dalle suddette date di inizio e fine della SC. Le elaborazioni della SC sono state effettuate per tre diverse temperature soglia: 5, 10 e 15 C. Fabbisogno in freddo (Unità di freddo/chilling Units) Secondo quanto riportato in letteratura (Chill Unit Model) una Unità di freddo si realizza con l esposizione per 1 ora alla temperatura di circa 6 C; temperature inferiori o superiori a tale valore comportano l accumulo di una frazione ridotta o negativa di Unità di freddo. La stima delle unità di freddo è stata effettuata calcolando preliminarmente i gradienti orari fra i valori massimi e minimi giornalieri supponendo un sfasamento di 12 ore ed un andamento lineare della temperatura. Ciò ha consentito di stimare e classificare le temperature orarie in base al contributo fornito all accumulo di Unità di freddo (Tabella 1). Classi di temperatura ( C) Unità di freddo Cumulate in 1 ora 2.0 2.1-4.0 4.1-6.0 6.1-8.0 8.1-10.0 10.1-12.0 12.0 0,00 0,75 1,00 0,90 0,60 0,25 0,00 Tab. 1 Corrispondenza tra classi di temperatura e Unità di freddo Gelate La climatologia delle gelate è stata determinata come frequenza media di tutte le occorrenze di temperature minime giornaliere inferiori a 0 C verificatesi in ogni singola decade dell anno. È stata calcolata analogamente la frequenza delle gelate all interno del periodo definito come Stagione di Crescita (SC) distinguendo fra due casi: le gelate tardive primaverili (computate dall inizio della SC al 31 luglio) e le gelate precoci autunnali (computate dal 31 luglio alla fine della SC). Evapotraspirazione di riferimento (ET 0 ) Sono stati calcolati i valori giornalieri di evapotraspirazione di riferimento (ET 0 ) utilizzando la formula di Penman-Monteith nella versione proposta dalla FAO. 38
Bilancio idrico dei suoli I processi di evapotraspirazione e le precipitazioni piovose implicano il trasferimento di una notevole massa di acqua dal terreno all atmosfera e da questa di nuovo al terreno. In termini quantitativi, 1 mm di acqua, persa o guadagnata dal sistema suolo-pianta, corrisponde a circa 10 m 3 per ettaro. In questo lavoro è stato implementato uno schema di bilancio idrico dei suoli appositamente studiato per conciliare due esigenze in apparente contrapposizione: fornire una rappresentazione sinottica del fenomeno e tenere conto di tutte le variabili disponibili. L obiettivo, in relazione ai dati di base a disposizione, è stato quello di conseguire la migliore risoluzione spazio-temporale e nello stesso tempo simulare, nella maniera più dettagliata possibile, la dinamica dell acqua nel suolo. Il bilancio idrico, tarato su una cadenza giornaliera, è stato elaborato per ogni singola cella pedo per l intero periodo preso in esame (1961-1990) al fine di poter calcolare correttamente le statistiche climatiche delle grandezze derivate. Considerato il carattere generale della trattazione non è stato fatto riferimento a nessuna coltura in particolare per cui alla quantità di acqua (precipitazione piovosa più riserva idrica del suolo) disponibile in un certo giorno è stata contrapposta la corrispondente richiesta evapotraspirativa dell atmosfera espressa in termini di ET 0. Risultato del bilancio idrico è la determinazione per ogni giorno del deficit idrico in ciascuna cella pedologica. Elaborazioni fenologiche Le prime elaborazioni fenologiche hanno riguardato essenzialmente una specie, il Pesco, scelta quale coltura indicativa di una serie di problematiche della moderna agricoltura come, ad esempio, la distribuzione territoriale delle specie coltivate, la ridislocazione degli areali produttivi, il soddisfacimento di particolari esigenze biologiche (accumulo di freddo, sommatorie termiche), ecc. Tessitura dei suoli Sulla base dei dati di composizione granulometrica disponibili per ciascuna cella pedo, sono stati classificati i suoli sulla base del triangolo tessiturale (metodo USDA). Primi risultati e conclusioni I risultati intermedi ottenuti nel secondo anno della ricerca consentono di realizzare una mappatura del territorio nazionale in relazione agli aspetti pedoclimatici che influenzano la produzione agraria. L obiettivo conseguito è quello di poter approntare un Atlante agroclimatico del territorio italiano avvalendosi delle potenzialità elaborative e di rappresentazione cartografica offerte dai GIS (Geographical Information System). L Atlante, che sarà realizzato e diffuso su supporto informatico (CD), può considerarsi a tutti gli effetti uno strumento per gestire dinamicamente le informazioni acquisite ed un ausilio per individuare le potenzialità agricole del territorio. L Atlante si propone anche come riferimento di normalità climatica attraverso cui misurare ampiezza e portata di eventuali cambiamenti climatici ed il rischio connesso all attività agricola. 39
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