Fattore di copertura e gestione

Il fattore USLE di copertura e gestione, CUSLE, è definito come il rapporto tra la perdita di suolo, coltivato in specifiche condizioni, e la corrispondente perdita di suolo dai terreni in cui è stato effettuato il raccolto. La copertura vegetale, poiché intercetta parte della pioggia, riduce l’energia erosiva. Il tasso di riduzione dipende dalla densità della copertura fogliare, e poiché tale densità varia con il ciclo di crescita della pianta, SWAT permette di calcolare giornalmente la CUSLE usando la seguente equazione:

dove CUSLE,

mn è il valore minimo per il fattore di copertura e gestione per i terreni coltivati, mentre rsd

surf è l’ammontare del residuo sulla superficie del suolo [kg/ha]. Il fattore minimo C può essere stimato dalla conoscenza della media annuale del fattore C

con la seguente equazione:

dove CUSLE,

aa è il fattore C medio annuale per la copertura del suolo. 4.6 CICLO DELL’AZOTO

La complessità del ciclo dell’azoto e l’importanza dell’azoto nella crescita delle piante rende questo elemento oggetto di numerose ricerche. Il ciclo dell’azoto è un sistema dinamico che include l’acqua, l’atmosfera ed il suolo. Le piante richiedono l’azoto più di altri elementi, a parte il carbonio, l’ossigeno e l’idrogeno.

Fig. 4.6 . Il ciclo dell’azoto.

La forma di azoto che prevale nel suolo è quella organica, che viene lentamente convertita nelle forme inorganiche più facilmente disponibili (ammoniaca e nitrati). Il nitrato è molto solubile e facilmente si infiltra al di sotto della zona radicale delle colture o può essere

asportato dalle acque di ruscellamento. L’azoto organico e l’ammoniaca, d’altro canto, sono adsorbiti dalle particelle di suolo e quindi tendono a permanere se non asportati dall’erosione. Tre processi di tipo microbico si esplicano nel bilancio dell’azoto, e sono: ammonificazione, nitrificazione, e denitificazione. I primi due (ammonificazione e nitrificazione) sono parte del processo di mineralizzazione che trasforma l’azoto dalla forma organica a quella inorganica, rendendolo disponibile per le piante. L’altro (denitrificazione) è causa delle perdite in atmosfera e può ridurre la quantità di azoto perduto per percolazione e dilavamento. L’azoto può essere disperso in atmosfera in forma gassosa anche per processi chimici, senza richiedere la presenza di microrganismi, come nel caso di pesanti applicazioni di fertilizzanti a base di urea e di ammonio. Le pratiche che aumentano l’ossigenazione o il drenaggio, aumentano la mineralizzazione e quindi consentono la formazione di nitrati disponibili per le piante, ma anche per il dilavamento delle acque meteoriche e per la percolazione. Nel terreno il contenuto di composti azotati aumenta normalmente fino ad una trentina di centimetri circa, per poi diminuire sotto l’azione delle acque di circolazione. Il periodo di applicazione del fertilizzante è importante in quanto un uso prossimo al periodo di massimo sviluppo vegetativo favorisce una riduzione delle perdite. In particolare, per le acque sotterranee è riconosciuto che, in alcuni casi, gran parte della responsabilità della migrazione dei nitrati è dovuta all’abuso dei fertilizzanti, sia chimici che organici, in relazione alle eccessive quantità applicate, e all’uso non ottimale rispetto al ciclo germinativo delle piante; un fattore che favorisce tale migrazione è rappresentato inoltre dalla mineralizzazione della sostanza organica presente nel suolo, connessa a pratiche agricole non idonee.

SWAT permette all’utente di definire la quantità di nitrati ed azoto organico contenuta nella sostanza umica per tutti gli strati di suolo all’inizio della simulazione. Se l’utente non specifica la concentrazione iniziale di azoto, SWAT inizializza il livello di azoto delle diverse forme. Il livello iniziale di azoto nel suolo varia in funzione della profondità con la seguente relazione:

dove NO3

conc,z è la concentrazione di azoto nel suolo alla profondità z in [mg/kg oppure ppm], mentre z è la profondità dalla superficie del suolo in [mm].

profondità, è illustrata nella figura 4.6.

I livelli di azoto organico sono assegnati assumendo che il rapporto C:N per la sostanza umica sia di 14:1. La concentrazione dell’azoto organico umico in uno strato di suolo è calcolata con:

dove orgN

hum,ly è la concentrazione di azoto organico umico nello strato [mg/kg oppure ppm], e orgC

ly è la percentuale di carbonio organico nello strato.

Fig. 4.6. Variazione della concentrazione di nitrati nel suolo in funzione della profondità.

I livelli di azoto organico sono assegnati assumendo che il rapporto C:N per la sostanza umica sia di 14:1. La concentrazione dell’azoto organico umico in uno strato di suolo è calcolata con:

ppm], e orgC

ly è la percentuale di carbonio organico nello strato.

L’azoto organico umico è distinto in una parte attiva ed una parte stabile usando le seguenti equazioni:

dove orgN

act,ly è la concentrazione di azoto allo stato organico attivo [mg/kg], orgNhum,ly è la concentrazione di azoto organico umico nello strato , [mg/kg], fr

actN è la frazione di azoto umico in fase attiva, e la orgN

sta,ly è la concentrazione di azoto organico in fase stabile [mg/kg].

La frazione di azoto umico in fase attiva, fr

actN, viene settata dal modello al valore 0,02. L’azoto organico fresco viene posto pari a zero in tutti gli strati tranne che nei primi 10 millimetri di suolo dove assume il valore pari al 0,15% dell’ammontare iniziale di residuo presente sulla superficie del suolo, ovvero:

dove orgN

frsh,surf è la quantità di azoto organico fresco nei primi 10 mm[kg N/ha], e rsdsurf è il materiale residuo presente sulla superficie del suolo [kg/ha]. L’azoto ammoniacale NH4

ly, per il suolo è inizializzato a 0 ppm.