Cap. 9 - L IRRIGAZIONE L irrigazione è quella tecnica agronomica che prevede l apporto artificiale di acqua al terreno Rappresenta uno dei segmenti della tecnica colturale in grado di mutare più radicalmente le condizioni colturali consentendo la coltivazione di specie altrimenti non utilizzabili o addirittura la messa a coltura di terreni altrimenti non idonei all esercizio dell agricoltura Modifica le condizioni ambientali: umidità, temperatura, ecc.) In Italia circa un 15% della SAU è irrigua (di gran lunga più diffuso è il sistema per scorrimento, poi per aspersione ed infine per sommersione e a goccia). L acqua è però una risorsa limitata e non surrogabile: - disponibilità limitate - usi alternativi - decadimento della qualità L acqua è un importante vettore: - particelle terrose (irrigazione ammendante, bonifica per colmata) - prodotti fitosanitari (irrigazione antiparassitaria) - correttivi di ph (irrigazione correttiva) - fertilizzanti (fertirrigazione) - funzione termica (irrigazione termica): marcite, antibrina, ecc. - nutrizione idrica (irrigazione umettante o irrigazione propriamente detta) 1
è una problematica complessa perché accanto agli aspetti agronomici (generali e specifici per ogni coltura) si presentano problemi idraulici, meccanici, economici, ecc. Da un punto di vista agronomico i punti essenziali sono: - idoneità dei terreni all irrigazione - fabbisogno di acqua irrigua e risposta delle colture - distribuzione dei consumi irrigui durante a stagione irrigua - determinazione del momento di intervento - determinazione dei volumi di adacquamento - scelta del metodo irriguo - qualità delle acque idoneità dei terreni all irrigazione le caratteristiche più importanti da considerare sono: giacitura (forti pendenze), tessitura e struttura, ph(reazione anomala), contenuto in sali proprietà idrologiche (permeabilità troppo debole e troppo accentuata), la suscettività all erosione fabbisogno di acqua irrigua e risposta delle colture per stimare il fabbisogno di acqua irrigua l agronomo può ricorrere al bilancio idrico, per un determinato periodo di tempo, o alla sperimentazione parcellare I = E + T - N + P r ± D I = irrigazione, E = evaporazione, T = traspirazione, N = apporti naturali, P r = perdite (ruscellamento, percolazione, ecc.), D = variazioni positive o negative dell umidità del terreno e della vegetazione. 2
Gli apporti idrici naturali possono essere costituiti da idrometeore (pioggia utile, neve, rugiada, ecc.) o falde freatiche (profondità, tipo di terreno, tipo di coltura). In questo ultimo caso è difficile quantificarne l apporto. Conoscere il consumo idrico delle piante significa quantificare i termini (E + T); tale obiettivo può essere raggiunto moltiplicando il coefficiente di evapotraspirazione (C et ) per la presumibile resa della coltura o stimando direttamente l evapotraspirazione. Il coefficiente di evapotraspirazione (C et ) è il rapporto fra la quantità di acqua dispersa dalla pianta e dal terreno ed il quantitativo di sostanza secca ottenuto sulla stessa superficie. Considerando C et una costante della specie o della varietà, è evidente che moltiplicando il suo valore per la resa è possibile ottenere il consumo idrico stagionale Ad esempio: C et della medica = 800 litri per kg di sostanza secca, resa prevista 13 t ha -1, si avrà un consumo idrico annuo di 0.8 x 13000 = 10400 m 3 /ha Thornthwaite ET P(mm/mese) = 16 x (10 x T / I) a x l T = temperatura media mensile, I = indice annuo di calore, a = una funzione di I, l = numero medio giornaliero delle ore di illuminazione del mese considerato diviso la metà delle ore della giornata Blaney-Criddle ET E(mm/d) = k x (0.46 x T + 8) x p k = coefficiente colturale (ma dipende anche dalle condizioni idriche del suolo, dall umidità relativa, dalla ventosità), T = temperatura media giornaliera, p = rapporto percentuale fra le ore di illuminazione giornaliera ed il totale delle ore di 3
illuminazione dell anno alla latitudine in cui si opera 1. Calcolo dell ET o (evapotraspirazione di riferimento) 2. Scelta del coefficiente colturale K c 3. Calcolo evapotraspirazione massima (ET M = K c x ET o ) ET o - Blaney-Criddle ET o(mm/d) = p x (0.46 x T + 8) x c c = fattore che dipende dalla ventosità, dall umidità relativa dell aria ed all insolazione relativa ET o - metodo evaporimetrico ET o(mm/d) = K p x E e E e = evaporato giornaliero (mm/d) misurato con l evaporimetro, K p = coefficiente della vasca (tipo di evaporimetro, caratteristiche dell area circostante, umidità relativa, velocità del vento) ET o - metodo Penman ET o(mm/d) = c x [WR n + (1- W) x f(u) x (e a - e d )] W = fattore di proporzionalità correlato con la temperatura, R n radiazione solare netta espressa in evaporazione equivalente (mm/d); f(u) = funzione dipendente dalla velocità del vento; (e a - e d ) = differenza tra la tensione di vapore saturo alla temperatura media del periodo considerato e la pressione di vapore effettiva dell aria espressa in mbar, c = fattore di correzione introdotto dalla FAO, dipendente dalla radiazione solare, dall umidità relativa e dalla velocità del vento. Richiede dati di temperatura, umidità, velocità del vento, radiazione solare ed eliofania. Si basa su un equazione di bilancio energetico della superficie evaporante; è quindi un metodo più complicato, ma anche più preciso. 4
Il coefficiente colturale Kc per la stima dell ET M si ricava da alcune tabelle. Equazione di Penman-Monteith La FAO ha scelta questa formula per la stima dei consumi idrici delle colture. L equazione appartiene ai metodi combinati di stima dell ET integrando i principi fisici che regolano i processi di evaporazione dell acqua da diversi tipi di copertura vegetale. ET = (s A + d cp D / ra) / [s + (1 + rc / ra)] s = pendenza della curva di saturazione del vapore, A = energia disponibile, d 0 densità dell aria, cp = calore specifico dell aria, D = deficit di saturazione del vapore, ra = resistenza aerodinamica, rc = resistenza del manto vegetale, = costante psicrometrica Se il consumo idrico comunque stimato supera la quantità di pioggia utile dello stesso periodo (N - P r ) accresciuta della possibile riserva idrica del terreno (D) e non vi sono apporti di acqua ipogei, occorre intervenire con una quantità di acqua irrigua I = E + T - (N - P r ) - D Individuare la legge di variazione delle rese produttive (R) in funzione del volume stagionale di acqua irrigua (V) significa determinare il fabbisogno annuo di acqua per l irrigazione (eq. di Mitscherlich, sigmmoide). 5
volume specifico stagionale (V) rappresenta il quantitativo di acqua irrigua impiegata durante la stagione e può essere espresso in mm o m 3 ha -1. Può essere riferito alla singola coltura od all intera azienda. durata della stagione irrigua (S) si intende il periodo di tempo in giorni che va dalla prima all ultima adacquata volume specifico di adacquamento (v) corrisponde al quantitativo di acqua in mm o m 3 ha -1 distribuito per ognuno degli n interventi irrigui effettuati il turno o ruota (t) è il tempo intercorrente fra due adacquamenti consecutivi; è espressa in giorni e può essere fissa o variabile la durata dell adacquata od orario (o) rappresenta la durata in ore dell adacquata il corpo d acqua parcellare (q) corrisponde alla quantità d acqua che viene immessa nell unità di tempo (l/s) sull appezzamento da irrigare. Esso corrisponde ad una frazione del corpo d acqua distributivo (Q) che rappresenta invece la portata dell intera azienda indice medio di consumo (i) che rappresenta la portata d acqua che verrebbe consumata dall unità di superficie (1 ha), qualora il corpo d acqua venisse rogato in maniera continua ed uniforme (i = V / S) i può variare fra 0.1 l/s (solo qualche irrigazione di soccorso) fino a 1.5-2.0 l/s (con basse efficienze dell adacquata) 6
i può servire per determinare la superficie irrigabile con una prefissata dotazione idrica oppure per determinare il fabbisogno in acqua irrigua di un azienda con un determinato ordinamento colturale v = V / n v = o x q (n - 1) x t = S n = S / t +1 = V / v Esempio: V = 2400 m 3 ha -1 S = 50 giorni v = 400 m 3 ha -1 n = 6 t = 10 i = (2400 x 1000) / (50 x 86400) 0.56 l/s ha se Q = 56 l/s e l impianto può effettivamente funzionare 8 ore al giorno allora si potranno irrigare circa 4 ha al giorno (56 x 3600 x 8) / (400 x 1000) 4 Il volume di adacquamento è legato ad altre variabili irrigue per cui resta perfettamente definito quando siano già stati fissati V e n o V S e t 7
In realtà però esiste la necessità di calcolare direttamente v; in tal caso si dovrà tenere conto di tre fattori: terreno, pianta, metodo irriguo. Il principio è quello di distribuire un quantitativo d acqua tale da riportare alla CC lo strato di terreno voluto; v può essere maggiorato in relazione al tipo di metodo irriguo v = h x da x (CC - u) x 10000 / 100 Esempio CC = 26%, PA = 10%, da = 1.35, u = 50% di AD, h = 0.3 m v = 0.3 x 1.35 x (26-18) x 100 = 324 m 3 /ha o 32.4 mm 10 m 3 /ha = 1.0 mm generalmente i v variano da 20 (terreni sciolti e/o radici superficiali) a 60 mm (terreni ad elevata trattenuta idrica e/o radice profonde), a meno che non vi siano importanti perdite di acqua nell irrigazione Nel caso si utilizzino metodi per sommersione, per scorrimento superficiale, si devono prendere in considerazioni altri fattori quali ad esempio far arrivare l acqua su tutto l appezzamento (permeabilità, dimensione dell appezzamento, crepacciatura, ecc.) Per efficienza della distribuzione si intende il rapporto fra il volume di acqua irrigua trattenuta dal terreno nello strato esplorato dalle radici e quindi assorbibile da esse ed il volume di acqua irrigua distribuita (nello stesso periodo) Per efficienza produttiva (o efficacia o indice di trasformazione dell acqua) si intende il rapporto fra l incremento di resa conseguente il ricorso all irrigazione ed il quantitativo di acqua distribuito nel periodo considerato 8
La scelta del momento dell intervento irriguo rappresenta un problema di notevole interesse tecnico ed economico: ritardare troppo => danni, anticipare troppo => costi inutili Se si fa parte di un consorzio irriguo la scelta del momento non è libera; in ogni caso si può far ricorso a tre criteri: Umidità del terreno. Si fa ricorso a strumenti in grado di misurare il potenziale idrico del terreno o più semplicemente l umidità presente. L adacquata verrà eseguita quando si supera un determinato limite critico (per cereali, girasole, barbabietola, ecc. = 40-50% dell AD; per pomodoro, peperone non oltrepassare il 60-70% dell AD, per altre ancora (zucchino, melanzana, insalata) è poco al di sotto della CC) nei terreni salini bisogna anticipare per il maggior valore del potenziale osmotico Esame della pianta. Si basano sulla misura dell apertura stomatica attraverso strumenti che misurano la permeabilità fogliare ad un flusso d aria o la resistenza stomatica alla diffusione. Oppure si misura il potenziale idrico nella pianta. Conteggio dell ET. Prevedono un aggiornamento periodico del bilancio idrico (AD - ET + P). Si interviene quando l umidità è troppo bassa. Per tenere il bilancio occorre conoscere i valori della ET giornaliera, l umidità iniziale, le costanti idrologiche, gli apporti idrici naturali al netto delle perdite, profondità delle redici. 9
Si dovrebbe intervenire quando si è consumata la RFU (riserva facilmente utilizzabile). Quando siamo ad un umidità > RFU allora l ET = ET M. L RFU può cambiare con l evolvere dell accrescimento radicale. La presenza di una falda superficiale può complicare il bilancio. Metodo empirico. Messo in atto molto spesso dall agricoltore basandosi sulla sua esperienza e su una serie di osservazione circostanziate (stato del terreno, stato della pianta, previsioni meteorologiche), ma non supportate dall utilizzo di strumenti di misura. Criterio poco rigoroso, ma efficace se applicato da una persona che conosce a fondo l ambiente in cui opera. A fasi. L intervento irriguo è effettuato in corrispondenza delle fasi in cui la coltura presenta le maggiori esigenze idriche (periodi critici per l acqua), ovverosia in cui la mancanza d acqua determina danni decisamente superiori a quelli che si sarebbero verificati se la siccità fosse occorsa in un altro periodo (attecchimento delle piantine trapiantate, fecondazione, fioritura => erbacee a fioritura contemporanea, ingrossamento dei frutti => arboree). Dotazione di punta. Corrisponde al corpo d acqua di cui abbisogna l azienda nel periodo del anno in cui l indice di consumo è massimo. La rete irrigua deve essere dimensionata sulla base di tale dotazione. Si utilizzano gli stessi sistemi per la determinazione di V, solo applicati a periodi più brevi (15-20 giorni). Di solito luglio-agosto. 10
Metodi irrigui. Sono le modalità con cui l acqua irrigua viene somministrata alle colture. Possono essere per: sommersione, scorrimento, per infiltrazione laterale, a micro portata di erogazione, per sub-irrigazione, per aspersione. I metodi per sommersione, scorrimento ed infiltrazione richiedono generalmente una particolare sistemazione del terreno che prende il nome di sistemazione irrigua. La scelta del metodo irriguo rappresenta un problema importante dal quale dipende la convenienza economica dell irrigazione (manodopera, energia, capitali, possibilità di automazione, adattabilità alla natura dei terreni, alle colture, a scopi secondari come fertirrigazione od irrigazione antibrina, ecc.). Irrigazione per sommersione. Il terreno viene ricoperto con uno strato d acqua più o meno spesso e più o meno duraturo, da cui poi l acqua penetra nel suolo per movimento verticale. È tipico delle risaie e richiede terreni non troppo permeabili, superfici pianeggianti e possibilità di effettuare un livellamento almeno per settori. Arginellatura, caldana, scomparti (dipendenti o indipendenti). Occorrono corpi d acqua elevati e V elevati (15000-40000 m 3 /ha), bassa efficienza (20%). Si possono anche avere delle aiuole e conche (arboree nel Sud), migliora l efficienza. Dimensioni degli scomparti => problemi per la meccanizzazione piante non sensibili al marciume del colletto 11
Irrigazione per scorrimento. Si basa sullo scorrimento continuo di un velo liquido sull intera superficie del terreno. Le sistemazioni possono essere: ala doppia (permanente), ala semplice, spianata (temporanea), campoletto. Richiedono superfici pendenze abbastanza accentuate delle superfici irrigate (fino al 5% ed oltre) in funzione anche della permeabilità del terreno. Viene utilizzata soprattutto nei prati = marcite (inverno = irrigazione termica, in estate 0 irrigazione umettante). Mais e ortive sono meno adatte. Sistemazione del terreno costosa, campi di dimensioni limitate. Occorrono corpi d acqua molto elevati 50-200 l/s e v di 800-1200 m 3 /ha. Efficienza bassa = 40-60%. Irrigazione per infiltrazione laterale. L acqua viene immessa in solchi di appropriate dimensioni e fittezza e arriva alle radici sia con movimento verticale che orizzontale (attraverso le parete dei solchi stessi). La sistemazione richiesta è in genere di tipo temporaneo e consiste nella formazione di solchetti fra le file delle piante, creati ad esempio attraverso la rincalzatura. Nel caso di colture seminate a spaglio o a righe strette si ricorre a canaletti più grandi e più distanziati dei precedenti. In questo caso i singoli appezzamenti prendono il nome di porche. Il problema è la distanza fra i canaletti che dipende fondamentalmente dalla tessitura del terreno e dalla larghezza delle macchine. Richiede disponibilità idriche ridotte (2-20 l/s) con v = 50-60 mm. L entità delle perdite è piuttosto ridotta e dipende dalla lunghezza dei solchi (efficienza = 50-75%). 12
Microirrigazione. Rappresenta una delle proposte più moderne. Essa permette l arrivo di acqua sul terreno attraverso ugelli distributori inseriti in tubazioni di plastica poggiate direttamente sul terreno oppure sospese da terra. Nell irrigazione a goccia l acqua si trova nei tubi a pressione molto bassa (0.5-0.3 bar) ed esce da gocciolatori con portate modestissime (2-7 l/h), cosicché per fornire volumi di acqua ordinari occorrono tempi di distribuzione molto lunghi Vantaggi - sono sufficienti basse portate e si risparmia acqua bagnando solo il terreno in prossimità delle radici (ridotte perdite per evaporazione) - praticamente inesistenti i fenomeni di erosione e di costipamento; - minori rischi nell uso di acque saline per una minore concentrazione superficiali dei sali - si presta bene per irrigare le colture pacciamate e per distribuire fertilizzanti e antiparassitari - può essere completamente automatizzata con basso impiego di manodopera - il costo di impianto è inferiore a quello richiesto da altri metodi Svantaggi - frequente occlusione dei goccialotori (a causa della bassa intensità di erogazione) - ingombro dei numerosi tubi stesi per terra - mancanza di uniformità di bagnatura del terreno - scarsa adattabilità all irrigazione turnata dei consorzi irrigui - sviluppo di parassiti per l elevata e continua umidità del terreno 13
Si possono usare anche piccoli spruzzatori, oppure tubi forati, o manichette forate, o erogatori che emettono l acqua con portate relativamente elevate, ma con intermittenza (irrigazione a sorsi) Subirrigazione. Si intende l apporto di acqua irrigua per via ipogea. - freatica (innalzamento della falda fino alla zona degli apparati radicali) attraverso l immissione di acqua nelle scoline. Poco costoso (falda poco profonda, terreno permeabili in superficie) - attraverso tubi sotterranei (anche quelli per il drenaggio) Irrigazione per aspersione o a pioggia. L acqua arriva sul campo simulando la pioggia naturale. Pozzo o canale, rete di tubi, gruppo motore-pompa, idranti, irrigatori. Impianti fissi (elevati costi di impianto, ma bassi costi di esercizio, può essere completamente automatizzato) o mobili (bassi costi di impianto, ma elevati costi di esercizio) o misti (in parte fissi = condotte principale ed in parte mobili = condotte secondarie). Le pressioni possono variare largamente (3-7 bar), come le intensità di pioggia (1-15 mm/h). Attenzione ai danni alla vegetazione, al costipamento del terreno e al vento. L irrigatore può compiere un giro intero o una sua frazione (uniformità di distribuzione), è munito di un rompi getto. Si presta bene alle irrigazioni soccorso, può essere utilizzata anche in terreni non livellati e non sistemati, modesto intralcio per le macchine, minori perdite perché l acqua si muove nei tubi invece che sul terreno (efficienza = 80-90%, se non ci sono né vento, né alte temperature). 14
Si possono utilizzare anche grandi macchine per l irrigazione: irrigatori giganti mobili o rotoloni possono servire fino a 40 ha, sono adatti ad aziende con appezzamenti regolari e ben livellati => possibile ribaltamento, l uniformità di distribuzione non è eccezionale soprattutto in testata, molti utili per le irrigazioni di soccorso al posto dell irrigatore si può collocare anche un ala nebulizzatrice (larga 10-35 m) munita di una decina di erogatori e montata su un carrello boma è un traliccio metallico che porta numerosi irrigatori su grandi bracci lunghi 25-35 m portati da una colonna attornio alla quale possono ruotare ali articolate ad avanzamento frontale (Rainger) sono costituiti da tubazione articolate in elementi lunghi 40-50m rinforzato mediante tralicci poggianti su torrini carrelati in grado di avanzare uniformemente per mezzo di adeguati motori. Gli irrigatori installati alla sommità delle condotte sono di piccole dimensioni e abbisognano quindi di modeste pressioni di esercizio. ali imperniate (pivot) sono costituiti come nel caso precedente da tubazioni articolate che ruotano intorno a un perno centrale in corrispondenza del quale è situata la presa d acqua. Ogni impianto copre una superficie circolare 15
LA QUALITA DELL ACQUA Una delle caratteristiche delle acque irrigue è certamente la salinità. I sali più rappresentati nelle acque irrigue sono: - il cloruro di sodio (NaCl) - il solfato di calcio (CaSO 4 ) - il solfato di magnesio (MgSO 4 ) - il solfato di sodio (Na 2 SO 4 ) - il bicarbonato di calcio Il contenuto in sali solubili, espresso in, rappresenta il residuo secco o durezza totale dell acqua e viene ancora usato come indice di salinità (> 2 => acqua salmastra). Ma, più che il loro contenuto, conta la pressione osmotica determinata dai sali che è meglio correlabile alla conduttività elettrica (EC w = 3mS/cm => acqua salmastra). Anche questo criterio però risulta insufficiente in quanto non tiene conto della qualità dei sali disciolti che invece giocano un ruolo importante nella dispersione delle argille del terreno e quindi nel condizionamento della struttura. Rapporto ioni monovalenti ed ioni bivalenti SAR (sodium adsorption ratio) SAR = Na + / [(Ca ++ + Mg ++ ) / 2] 0.5 x [1 + (8.4 - ph c )] dove ph c rappresenta il ph dell acqua irrigua in equilibrio con la CO 2 del terreno e in contatto con il carbonato di calcio. ph c = x + y + z (vedi tabella) 16
Un eccesso di sodio è più pericoloso quanto più il terreno è sensibile alla sua azione (argillosi) e quanto maggiore è la salinità delle acque Le acque salmastre possono produrre danni alle colture, peggioramento delle caratteristiche agronomiche dei terreni Leaching Requirement (LR) che corrisponde alla frazione di acqua irrigua che deve essere aggiunta al normale volume di adacquamento in modo che percolando possa eliminare i sali apportati con l irrigazione stessa Temperatura. Dovrebbe essere per quanto possibile vicina a quella della vegetazione e del terreno interessato dagli apparati radicali. L inconveniente più frequente è quello di utilizzare acque troppo fredde (ad es. derivate da acque profonde). È per questo motivo che si consigli di irrigare al mattino presto o la sera tardi evitando le ore più calde. Materiali solidi in sospensione. Se si tratta di torbide (azione ammendante), acque luride (fertirrigazione). ph. Se anomalo può essere utilizzato per correggere la reazione del terreno. Rifiuti che consumano ossigeno. Si misura attraverso il BOD (Biochemical Oxigen Demand) intervento batterico, COD (Chemical Oxigen Demand) ossidazione completa. Il rapporto BOD / COD rappresenta quindi un indice di biodegradabilità. Non ci sono controindicazioni all uso di acque ad elevato BOD, anzi favorisce un arricchimento di sostanze organica (a meno di imbrattamenti di ortaggi ad esempio, attenzione anche ai patogeni quali coliformi fecali, totali, streptococchi fecali.