Webinar “GESTIONE SOSTENIBILE DI IMPIANTI DI ULIVO ATTRAVERSO TECNICHE DI IRRIGAZIONE DEFICITARIA E USO DI ACQUE REFLUE – H2Olivo”
Stima dei fabbisogni irrigui per la gestione sostenibile delle produzioni olivicole
Simona Consoli, Daniela Vanella
10 Novembre 2020
Regione Siciliana
Assessorato Regionale Beni Culturali e dell’Identità Siciliana Dipartimento Beni
Culturali e dell’Identità Siciliana
• valutare l’efficienza depurativa di un sistema di fitodepurazione per il riuso delle acque reflue a scopo irriguo in campo olivicolo;
• introdurre strategie innovative di irrigazione deficitaria (ID) in combinazione con impiego di acque non convenzionali per l’irrigazione di colture olivicole;
• valutare gli effetti dell’irrigazione con acque reflue depurate sul sistema di irrigazione;
• valutare gli effetti fisiologici e produttivi su impianti olivicoli connessi al riuso delle acque reflue a scopo irriguo o all’ID:
• valutare la composizione degli acidi grassi dell’olio in relazione alle diverse tesi in analisi;
• fornire giudizi di convenienza economica a supporto delle scelte economico- gestionali.
Obiettivi H2Olivo
Applicazione di strategie irrigue per la gestione sostenibile delle risorse idriche in campo olivicolo, con particolare riguardo
all’adozione dell’irrigazione deficitaria (ID)
A livello mondiale, il 70% delle risorse idriche sono oggi utilizzate nel settore agricolo e principalmente per la pratica irrigua
L’agricoltura irrigua esercita la maggiore pressione sulla risorsa idrica in Italia, che è uno dei paesi europei che maggiormente fa ricorso all’irrigazione (http://www.istat.it).
70% nel settore agricolo 15% nel settore civile 15% nel settore industriale
L'uso delle risorse idriche in agricoltura
Gestione ottimale delle risorse a livello ed aziendale
- scelta metodo irriguo
- miglioramento della gestione irrigua
- miglioramento dell’efficienza dell’uso dell’acqua
La microirrigazione consente un risparmio idrico dal 30% al 60%.
L’acqua, erogata in piccoli volumi in prossimità dell’apparato radicale, garantisce un contenuto di umidità nel terreno pressoché costante, riducendo al minimo le perdite per evaporazione e per deflusso superficiale
microirrigazione irrigazione a pioggia
irrigazione per scorrimento
sommersione 45%
infiltrazione 55-75 %
aspersione 65-75%
microirrigazione 90-95%
Efficienza di distribuzione dell’acqua:
- scelta metodo irriguo
- miglioramento della gestione irrigua
- miglioramento dell’efficienza dell’uso dell’acqua
Gli errori e i difetti più temibili causa di perdita di efficienza sono dovuti a:
• eterogeneità delle portate tra i gocciolatori
• eccessiva localizzazione dell’acqua
• percolazione profonda
• posizione dei gocciolatori inefficiente
• eccessiva lunghezza delle linee erogatrici
ACQUA UTILE ACQUA PERSA
ACQUA UTILE ACQUA PERSA
• una scelta non corretta della portata e della spaziatura dei gocciolatori influisce
negativamente sullo sviluppo radicale.
• conviene creare una striscia di terreno umida per favorire lo sviluppo degli apparati radicali.
• l’analisi preventiva dell’acqua consente di
valutare l’idoneità all’impiego in microirrigazione, considerando il rischio di occlusione degli
erogatori
- scelta metodo irriguo
- miglioramento della gestione irrigua
- miglioramento dell’efficienza dell’uso dell’acqua integrazione di strategie di irrigazione
deficitaria (ID) con uso di risorse
idriche non convenzionali in agricoltura + accuratezza nella stima dei
fabbisogni idrici colturali
Irrigazione deficitaria
L'irrigazione deficitaria (ID) consiste nell’applicazione di volumi irrigui ridotti rispetto a quelli che garantiscono la massima produzione, consentendo una riduzione dei costi di esercizio e conseguenti incrementi del beneficio netto e della produttività dell'acqua (WP, resa per unità di acqua utilizzata) (Fereres e Soriano, 2007).
• Riduzione dei consumi idrici ed energetici
• Migliore efficienza d’uso dell’acqua
• Produzioni adeguate
Partial root-zone drying (PDR)
porzione radicale asciutta
porzione radicale bagnata
porzione radicale bagnata
porzione radicale asciutta
Deficit costante in tutte le fasi fenologiche
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
Irrigazione deficitaria regolata (RDI)
Deficit variabile
per alcune fasi fenologiche
Fernández et al. (2013)
ARAR ARAR AR AC AR
AC AC AR AR AR
AR AR
AR
AC AC
AC
AC AC
AC AR
AR AR AC AC AC
100% ET (T1)
partial root-zone drying (PRD) (80% ET) (T2 )
regulated deficit irrigation (RDI) (T3) (100-50% ET in funzione dello stadio fenologico delle colture olivicole)
Settori di irrigazione:
AR = acque reflue depurate AC = acque convenzionali
Progetto H2Olivo: schema irriguo
Trattamenti irrigui
Caratteristiche principali dell’oliveto in studio
L’oliveto di “Valle dei Margi” (100 piante) presenta un’estensione di 3456 m
2, con un’area del sesto di impianto di 36 m
2.
Parametro Valore
Raggio della chioma 1.42 m
Diametro chioma 2.84 m
Area della canopy 6.69 m2
Interfila 6.0 m
Lunghezza del filare 576.0 m Area dell’oliveto 3456 m2 Area occupata dalla canopy 18.6 m2
Progetto H2Olivo: microirrigazione
Trattamento irriguo n. erogatori per pianta
Portata nominale per erogatore (l/h)
Portata erogata a ciascuna pianta (l/h)
T1 (100 ETc) 4 7.9 31.6
T2 (80% ETc) 4 4
4
2.1 24.4
T3 (100-50% ETc) 4 4
7.9 4
31.6 16
Specifiche tecniche degli erogatori (gocciolatore con flusso turbolento autocompensante) utilizzati nei diversi trattamenti irrigui pressione di esercizio 1 bar
7,90 - ROSSO 4,00 - VERDE 2,10 - CELESTE IDROP®
Progetto H2Olivo: schema irriguo
Schema dei trattamenti irrigui presso l’oliveto in studio
4 gocciolatori da 7.9 L/h
4 gocciolatori da 4 L/h + 4 gocciolatori da 2.1 L/h
T1 100% ET T2 PRD (80% ET) T3 RDI (50-100% ET)
olivo olivo olivo
4 gocciolatori da 7.9 L/h 4 gocciolatori
da 4 L/h
olivo
Fabbisogni idrici delle colture olivicole
La determinazione dei fabbisogni irrigui dell’oliveto di “Valle dei
Margi” è stata effettuata utilizzando le serie storiche dei dati agro-
meteorologici giornalieri rilevati dalla stazione SIAS di Caltagirone
(CT) dal 2012 al 2020
Evapotraspirazione colturale (ETc
)
Evapotraspirazione di riferimento (ET0)
Fabbisogni idrici delle colture olivicole
Coefficiente colturale (Kc
)
ET
c= ET
0x K
cI valori mensili di ET
cper l’uliveto in studio sono stati determinati utilizzando l’approccio FAO-56 P-M (Allen et al., 1998) implementando la seguente equazione:
in cui, il termine ET
0è espresso in mm d
-1e, il parametro K
cè il
coefficiente colturale dell’oliveti
I valori medi annui cumulati di l’ET
0e precipitazione sono pari a 1099.70 e 681.71 mm, rispettivamente. Nel periodo irriguo, i valori di ET
0cumulati sono stati pari a 335 mm, con valori di precipitazioni di circa 25 mm.
Caratteristiche climatiche del sito di studio
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 26 51 76 101 126 151 176 201 226 251 276 301 326 351
Rain (mm)
ETo (mm)
DOY 2012-2020
Rain avg ETo avg ETo Min ETo Max
K
cper le colture olivicole
I valori di Kc riportati nel quaderno FAO-56 dipendono dalla tipologia colturale, dallo stadio fenologico e dal grado di copertura del suolo da parte della vegetazione. Per il calcolo dei fabbisogni idrici colturali dell’oliveto in studio è stato valutato l’utilizzo sia dei valori mensili di Kc proposti nel quaderno FAO-56, sia dei valori mensili modificati da Pastor e Orgaz (1994) per la tipologia colturale di interesse.
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
1 49 97 145 193 241 289 337
Kc
DOY 2012-2020
Kc FAO * Kc FAO
K
cper le colture olivicole in studio
I valori medi annui di K
cFAO e K
cFAO* modificato da Pastor e Orgaz (1994) risultano pari a 0.64 e 0.54, rispettivamente. Il K
cFAO*
presenta valori inferiori nel periodo estivo, presumubilmente, a causa della parziale chiusura degli stomi indotta dall’elevata domanda evapotraspirativa.
I K
cmensili (K
cFAO*) modificati da Pastor and Orgaz (1994) utilizzati ai fini del progetto sono riportati in Tabella:
Giugno Luglio Agosto Settembre
0.50 0.45 0.45 0.55
Fabbisogno irriguo netto dell’uliveto
Il fabbisogno irriguo netto dell’uliveto (IR) è stato determinato a partire dal bilancio idrico semplificato a scala mensile, applicato nel periodo gennaio –dicembre 2012-2020, sottraendo dai valori mensili dell’ETc gli eventuali apporti meteorici (ETc–P). Per la determinazione della dose irrigua (DI) è stata implementata la seguente equazione:
DI = IR * K
r* (1/K
a) * (1/K
d)
il valore del coefficiente (Kr) tiene conto della percentuale di copertura del suolo da parte della chioma (Fereres et al 1981) risulta pari a 0.38; i valori dei coefficienti di efficienza di adacquamento (Ka = 0.90) e di uniformità (Kd, 0.95) dipendono dalle caratteristiche dimensionali dell’impianto di microirrigazione.
Calendario irriguo per la stagione 2020 presso l’uliveto irriguo di Valle dei Margi
La dotazione irrigua è stata somministrata con turni irrigui tri-settimanali (lunedì, mercoledì e venerdì), sulla base delle esigenze dell’azienda.
La durata dell’intervento irriguo è stata variabile tra 3 e 2 ore per turno nei mesi di luglio e agosto (per un totale di 13 irrigazioni al mese), corrispondenti ad un volume di adacquamento somministrato di 8.8 e 6.7 m3, rispettivamente.
Calendario irriguo per la stagione 2020 presso l’uliveto irriguo di Valle dei Margi
A seguito della ridotta produzione di acque reflue provenienti dall’agriturismo, conseguenza dello emergenziale da Covid-19, i due settori irrigui sono stati approvvigionati dalle sole AC.
La PRD (80% di ETc) è stata alternata settimanalmente in T2. La RDI (50% di ETc) è stata applicata sempre nel trattamento T3.
Performance dell’impianto a micro-portata
Le performance dell’impianto a micro-portata sono state valutate mediante la lettura dei contatori volumetrici ad inizio e fine di ciascun intervento irriguo. Sono, inoltre, state effettuate prove di uniformità di erogazione (UE, %) in campo, attraverso la misura della portata da 64 erogatori a campione. In entrambi i settori, UE è risultata superiore al 94%.
Caratterizzazione del suolo in studio
Al fine di caratterizzare la variabilità tessiturale e idraulica del suolo in studio, nel mese di luglio 2020 sono stati prelevati 36 campioni di suolo (18 campioni indisturbati tramite carotaggio e 18 disturbati) per le successive determinazioni di laboratorio (i.e. potenziali idrici e densità apparente). Costanti idrologiche e proprietà fisiche del suolo
Capacità di campo (cm3 cm-3) 0.34 (± 0.05) Punto di appassimento (cm3 cm-3) 0.12 (± 0.030) Densità apparente (g cm-3) 1.50 (± 0.13)
Volumi idrici erogati versus stimati
A scala stagionale si evidenzia una buona corrispondenza tra i volumi idrici cumulati erogati e quelli stimati, con leggeri scostamenti nella parte finale della stagione irrigua, legati alle esigenze aziendali. Si evidenzia un leggero disallineamento tra i settori AC e AR
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
6/7 16/7 26/7 5/8 15/8 25/8
volumi irrigui (m3 )
periodo irriguo Volume teorico totale Voume cumulato settore AC Voume cumulato settore AR
I modelli spazialmente distribuiti per la stima dei fabbisogni idrici colturali
La componente satellitare può avere un ruolo importante nella restituzione delle caratteristiche biofisiche della vegetazione e nella valutazione di eventuali condizioni di stress idrico legate all’adozione di strategie di ID. In generale, la modellistica per la stima spazialmente distribuita dei flussi di ET si divide in due grandi tipologie: i modelli basati sul bilancio energetico superficiale (SEB) ed i modelli basati sull’approccio FAO-56.
L’impiego di dati da remoto a supporto della gestione irrigua
Tra i prodotti satellitari utilizzati come input agli algortimi di stima dell’ET e per la mappatura delle caratteristiche biofisiche delle vegetazione vi sono gli indici di vegetazione (IV). Questi sono strettamente correlati alle dinamiche delle caratteristiche della vegetazione come ad esempio, il contenuto in clorofilla, la percentuale di radiazione fotosinteticamente attiva, la biomassa. Gli IV analizzati nel corso delle attività del progetto H2Olivo sono:
1) albedo o riflettanza emisferica integrata (Manenti, 1984);
2) Normalized Vegetation Difference Index, (NDVI, Rouse et al., 1974);
3) Leaf Area Index (LAI, Clevers, 1989)
L’impiego di dati da remoto a supporto della gestione irrigua
Nell’ambito delle attività progettuali, sono state acquisite le immagini multi-spettrali rilevate dai sensori a bordo dei satelliti Sentinel-2 (2A e 2B) che descrivono le caratteristiche di riflettanza dell’area in studio, utilizzando 13 bande spettrali che operano nelle regioni dello spettro elettromagnetico del visibile/infrarosso (VNIR, B2-B8, con risoluzione spaziale di 10- 20 m) e dell'infrarosso ad onde corte (SWIR, B9-B12, con risoluzione spaziale compresa tra 20 e 60 m).
Data di acquisizione Tipologia di satellite
07/06/2019 Sentinel-2A 12/07/2019 Sentinel-2B 11/08/2019 Sentinel-2B 11/06/2020 Sentinel-2A 11/07/2020 Sentinel-2A 15/08/2020 Sentinel-2B
albedo - agosto 2019
albedo - agosto 2020
NDVI - agosto 2019
NDVI - agosto 2020
LAI - agosto 2019
LAI - agosto 2020
L’impiego di dati da remoto a supporto della gestione irrigua
Indice
biofisico Data Media Deviazione
standard
Errore standard
albedo
07/06/2019 0.126 0.010 0.002 12/07/2019 0.131 0.007 0.001 11/08/2019 0.124 0.008 0.001 11/06/2020 0.133 0.012 0.002 11/07/2020 0.143 0.008 0.002 15/08/2020 0.126 0.006 0.001
NDVI
07/06/2019 0.309 0.051 0.009 12/07/2019 0.311 0.042 0.008 11/08/2019 0.302 0.062 0.011 11/06/2020 0.402 0.113 0.021 11/07/2020 0.418 0.122 0.023 15/08/2020 0.315 0.043 0.008
LAI
07/06/2019 0.401 0.037 0.007 12/07/2019 0.378 0.043 0.008 11/08/2019 0.408 0.049 0.009 11/06/2020 0.509 0.143 0.027 11/07/2020 0.567 0.198 0.037 15/08/2020 0.415 0.053 0.010
Sulla base dell’analisi dei valori medi (ed errore
standard) degli indici biofisici analizzati, i risultati
preliminari denotano un leggero incremento degli
stessi rispetto alla condizione precedente (2019) all’adozione delle
strategie di IR (2020)
Conclusioni
• Le strategie di ID (RDI e PRD) hanno consentito risparmi idrici fino al 50%
nel trattamento RDI (T3) e del 20% nel trattamento PRD (T2), rispetto al controllo (T1);
• La gestione aziendale è stata abbastanza fedele al consiglio irriguo relativo ai volumi da somministrare e alla durata dell’irrigazione;
• Le tecniche satellitari utilizzate per la determinazione delle caratteristiche biofisiche dell’oliveto (i.e. albedo, NDVI e LAI) hanno consentito di monitorare indici di vegetazione strategici per valutare l’eventuale insorgenza di condizioni di stress idrico.
Grazie per l’attenzione
Simona Consoli, Daniela Vanella simona.consoli@unict.it
