Risultati 1° Anno

Climagri - Cambiamenti Climatici e Agricoltura

sottoprogetto 3: Siccità, desertificazione e gestione delle risorse idriche

lINEA DI RICERCA 3.2: "Programmazione irrigua e analisi della gestione dell'acqua in relazione ai futuri cambiamenti climatici."

Responsabile della ricerca: dott. Marcello Mastrorilli

Ente: Istituto Sperimentale Agronomico, Bari

Introduzione

Negli ambienti a clima mediterraneo, con estati siccitose, la gran parte del reddito agricolo deriva dai sistemi colturali in irriguo.

Negli ultimi decenni si è assistito ad una forte espansione delle aree irrigue. La crescita della pratica irrigua è, però, frenata, oltre che dalla cronica penuria di acqua di buona qualità dell'Italia del Sud, dagli irregolari andamenti meteorologici che sono stati registrati nelle ultime annate, soprattutto per quanto riguarda le precipitazioni (fig. 1).

Figura  1. Precipitazioni annuali registrate presso la stazione agrometeorologica di Foggia dell'Istituto Sperimentale Agronomico dal 1951 al 2000.

Per diverse annate successive, all'aumento dei valori di evaporaspirazione potenziale - anche durante la stagione invernale (fig. 2) - è corrisposta una minore piovosità. Ciò ha provocato alterazioni significative nelle riserve idriche nelle falde, sia da un punto di vista quantitativo che qualitativo.

L'espansione delle superfici irrigabili e la maggiore durata della stagione irrigua determinano una più intensa  pressione dell'agricoltura sulle falde sotterranee, che tendono ad esaurirsi. L'abbassamento dei livelli delle falde aumenta i rischi di intrusione marina, nelle falde delle zone costiere, o, nei casi meno drammatici,  fenomeni stagionali di salinizzazione (fig. 3).

L'irrigazione con queste acque che tendono a peggiorare la loro qualità nel corso della stagione irrigua, o il ricorso generalizzato alle acque anomale (irrigazione con acque salmastre o reflue) determina l'accumulo di sali lungo il profilo di terreno (fig. 4).

Figura 2. Differenza tra le precipitazioni e l'evaporaspirazione di riferimento registrate durante i mesi invernali presso la stazione agrometeorologica di Foggia dell'Istituto Sperimentale Agronomico dal 1951 al 2000.

Figura 3. Variazioni della salinità (in dS m^-1) di una falda di acqua "dolce" situata a 10 km dalla costa adriatica.

Figura 4. Salinità (in dS m^-1) misurata lungo il profilo del terreno a Metaponto (MT) alla fine di una stagione irrigua della barbabietola utilizzando durante l'intero ciclo colturale acqua dolce (profilo a sinistra) o salmastra (profilo a destra) e alternando le due qualità di acqua (profilo al centro).

La ricerca agronomica ha messo a punto le tecniche per agevolare l'allontanamento dei sali dalla zona di terreno interessata dagli apparati radicali (drenaggio, lavorazioni, arricchimento della sostanza organica per aumentare la stabilità degli aggregati del terreno), ma queste non possono prescindere dalle precipitazioni che, concentrandosi almeno nella stagione a minor domanda evaporativa, saturano il terreno. La saturazione è la condizione indispensabile per lisciviare il terreno dai sali in eccesso.

Il ripetersi di annate caratterizzate da scarsa pluviometria, con l'aumento della salinità del terreno e la diminuzione delle risorse idriche rinnovabili, innesca i processi di desertificazione.

Obiettivi

Data questa situazione di riferimento e presa la Puglia come area di studio, la ricerca si  articolata in tre fasi:

1. reperimento di serie storiche di dati agrometeorologici e determinazione dell'ET_ref, dei consumi idrici delle colture più rappresentative dell'area di studio; stima dei fabbisogni irrigui in base al metodo del bilancio idrico realizzato con le sequenze agrometeorologiche disponibili e le caratteristiche podologiche tipiche dell'area di studio;

2. trasferimento del metodo di calcolo dell'ET_ref  e della stima dei fabbisogni irrigui negli scenari futuri previsti per l'Italia Mediterranea;

3. indagine sistematica per il controllo della qualità delle acque di pioggia e delle falde.

Materiali e metodi  

Da alcuni decenni l'Istituto Sperimentale Agronomico cura il rilievo dei dati agrometeorologici di alcune località in Puglia e Basilicata, sedi delle proprie aziende sperimentali. Per la ricerca sono state selezionate le stazioni agrometeorologiche di Foggia, Bitetto e Rutigliano, perché rappresentative di realtà agricole diverse ed importanti dal punto di vista economico.

Il modello adottato per il calcolo dell'ET è quello di Penman-Monteith. E' stato realizzato un software per la misura giornaliera dell'ET_ref e del calcolo dell'ET per le principali colture erbacee irrigue (pomodoro da industria e bietola da zucchero). Per il calcolo dell'ET si è utilizzato il sia il coefficiente colturale (Kc) "single" che il Kc "dual".

Per determinare il momento dell'intervento irriguo e il volume di adacquamento, si fatto ricorso ad un modello semplificato di bilancio idrico (figura 5). In pratica, l'irrigazione era prevista  ogniqualvolta che, per effetto dell'evapotraspirazione, si esauriva la riserva idrica disponibile nello strato di terreno interessato dall'apparato radicale.  Il volume di adacquamento corrispondeva alla quantità di acqua da restituire al terreno per ripristinare la riserva idrica massima, calcolata come differenza tra la capacità idrica di campo (CIC)  e il punto di appassimento (PA) 

Figura 5. Schematizzazione del bilancio idrico 

Infine, in parallelo con queste determinazioni, sono state individuate 20 località distribuite lungo la costa pugliese (figura 6) nelle quali sono in corso i rilievi sistematici (ogni 15 giorni) della qualità delle acque. La conducibilità elettrica dell'acqua (CE_w, espressa in dS m^-1) è il criterio utilizzato per definire la qualità dell'acqua. In cinque località si preleva anche l'acqua di pioggia per l'analisi qualitativa. In più, per ogni località è stato previsto di analizzare il terreno dal punto di vista chimico e fisico.

Figura 6. Localizzazione di alcune falde e delle stazioni pluviometriche da cui provengono i campioni per il monitoraggio della qualità delle acque:

Risultati conseguiti nel primo anno

Durante il primo anno di attività è stata condotta l'indagine sui consumi delle specie agrarie di pieno campo più diffuse nei sistemi colturali del mezzogiorno: pomodoro da industria e barbabietola da zucchero.

Le variabili prese in considerazione durante la stagione colturale sono: evapotraspirazione di riferimento (calcolata secondo il metodo di Penman-Monteith), evapotraspirazione della coltura (adozione del Kc "dual") senza limitazioni idriche (ripristino nel terreno, tramite irrigazione, della riserva idrica massima, ogni qual volta si esauriva l'acqua disponibile nel profilo di terreno interessato dall'apparato radicale) e minerali, precipitazioni (giorni piovosi, pioggia totale, e pioggia efficace) e  variabili irrigue (volume stagionale e numero di interventi).

Per quanto riguarda il pomodoro da industria, è stata considerata la tipica stagione colturale, che si estende da maggio fino a settembre, mentre per la barbabietola si è ipotizzata la pratica più diffusa che consiste nel seminare in autunno (stagione colturale da novembre a giugno).

Le precipitazioni durante le stagioni di crescita non compensano la domanda climatica, soprattutto per quanto riguarda la coltura a ciclo primaverile-estivo.  Se si considerano soltanto le piogge utili (> 5 mm d^-1), le differenze tra apporti e perdite di acqua diventano ancora più consistenti (tab. 1).

Tabella 1. Richiesta evapotraspirativa dell'ambiente (ETref) e apporti naturali di acqua in tre località; dati (in mm) medi del periodo di rilievo e deviazione standard (in corsivo).

In queste condizioni climatiche le colture possono essere effettuate solo se l'irrigazione rientra nelle pratiche colturali. La tabella 2 riporta i dati di ET calcolata per le due specie esaminate, i volumi irrigui stagionali, necessari per evitare che le colture si trovino in condizioni di stress idrico, il numero di interventi irrigui per ciascuna stagione e la quantità di acqua che si perde per drenaggio (dovuto alle precipitazioni che si verificano quando il terreno è prossimo alla saturazione o superiori alla capacità di trattenuta del terreno stesso).

Tabella 2. Fabbisogni irrigui (ETc, in mm), volume irriguo stagionale (in mm), n° adacquamenti e acqua perduta per drenaggio (in mm) in tre località; dati medi del periodo di rilievo e deviazione standard (in corsivo).

Per quanto riguarda le due specie prese in considerazione, si nota che nonostante i fabbisogni idrici medi totali siano comparabili, il pomodoro richiede volumi irrigui stagionali maggiori rispetto alla bietola. Questa specie, infatti, compie una parte del proprio ciclo colturale tra la fine dell'autunno e l'inverno, caratterizzati da maggior piovosità, spesso sufficiente a soddisfare i fabbisogni idrici delle colture. Non è casuale, infatti, che - sempre per la bietola - i valori stimati di drenaggio indicano come oltre il 50 % dell'acqua di pioggia si perda senza essere utilizzata dalle piante. Le precipitazioni, infatti, sono assai più frequenti durante i primi stadi fenologici che richiedono minori fabbisogni idrici.

I valori di "standard deviation" denunciano l'elevata variabilità interannuale della richiesta evapotraspirativa e, di conseguenza, dei volumi irrigui stagionali. A titolo di esempio nella figura 7 si riportano gli andamenti dei volumi richiesti durante la stagione di crescita dalla coltura di pomodoro a Rutigliano. Mediamente sono necessari 411 mm per soddisfare pienamente le esigenze idriche di questa coltura, ma i valori sono variati da un minimo di 152 mm (nel 1999, distribuiti in 5 interventi) a 598 mm (nel 1985, con 27 interventi irrigui). I due principali parametri agrometeorologici che determinano questa variabilità sono l'ET_ref e le piogge efficaci. Nel 1999 ad un bassa domanda evapotraspirativa dell'ambiente (324 mm durante la stagione di crescita del pomodoro) è corrisposta una buona quantità di pioggia efficace (263 mm) regolarmente distribuita durante il ciclo colturale (0 mm di acqua percolata); nel 1985 l'ET_ref  è stata pari a 768 mm e le piogge efficaci si sono ridotte a 96 mm, di cui 15 mm sono stati persi per drenaggio.

Figura 7. Valori cumulati dei volumi irrigui decadali simulati per la coltura di pomodoro a Rutigliano in 17 annate (dal 1984 al 2000).

La elevata domanda evapotraspirativa, associata alla scarsa piovosità, determina le condizioni che favoriscono il maggior prelievo di acque dalle falde per far fronte alle esigenze delle colture. La qualità dell'acqua di una falda sottoposta a prelievi ripetuti potrebbe peggiorare. A questo scopo, sono stati ispezionati regolarmente diversi pozzi, localizzati lungo la costa pugliese,

che attingono a falde di diversa natura. I risultati di questo monitoraggio sono sintetizzati nella figura 8 in cui si riportano le variazioni della salinità (in dS m^-1) dell'acqua di falda, misurata durante il periodo aprile 2001 - maggio 2002. I 18 siti di campionamento sono stati ripartiti in tre aree geografiche: quella centrale, con i 5 pozzi della provincia di Bari,  quella a Nord (6 siti in provincia di Foggia) e quella salentina (2 punti di campionamento in provincia di Brindisi, 3 in quella di Lecce e 2 in provincia di Taranto).

In provincia di Bari, i due siti più interni (BA4 e BA2 a circa 7 km di distanza dalla costa, dove la falda si situa ad oltre 120 di profondità) mostrano valori di salinità contenuti ed accettabili dal punto di vista agronomico. La falda "BA4", gestita da un privato per la propria azienda agraria non mostra variazioni di conducibilità elettrica; al contrario, la qualità dell'acqua del pozzo BA2 tende a peggiorare con il proseguire della stagione irrigua: dai valori iniziali di 1,2 dS m^-1 si passa a 2,6 in autunno. Questo andamento potrebbe indicare un possibile rischio di salinizzazione della falda. Infatti, mentre il pozzo che attinge dalla prima falda è utilizzato per irrigare una sola azienda di modesta superficie, nel secondo caso diversi agricoltori si sono consorziati per realizzare un pozzo e portare l'acqua, in tubazioni superficiali, alle aziende orticole dislocate lungo la costa e frequentemente prelevano l'acqua tutti contemporaneamente, in funzione dell'andamento meteorologico. In prossimità della costa (BA1, BA3 e BA5) la salinità dell'acqua di falda è più elevata (oltre 5 dS m^-1) e può essere utilizzata in agricoltura solo con forti limitazioni.

Figura 8. Variazioni della salinità (in dS m^-1) dell'acqua di falda, misurata durante il periodo aprile 2001 - maggio 2002, in 18 siti di campionamento.

In provincia di Foggia, i pozzi localizzati nella zona di Capitanata (FG3 e FG6) mostrano un'ottima qualità, mentre nella zona di Manfredonia (FG4 e FG5) la salinità dell'acqua di falda risulta troppo elevata per essere utilizzata ai fini irrigui senza le dovute precauzioni. Il monitoraggio della qualità delle acque provenienti dai due pozzi della zona di Lesina (FG1 e FG2) rivela oscillazioni della salinità tra i successivi campionamenti. Queste fluttuazioni dei valori di conducibilità elettrica potrebbero essere attribuiti al fatto che le falde sono superficiali (a pochi metri di profondità dalla superficie del terreno), pertanto soggette ad una maggiore o minore concentrazione dei sali a seconda dell'entità dei prelievi da parte degli agricoltori e degli apporti  da parte degli eventi meteorici.

Nella zona salentina le acque esaminate non mostrano particolari difetti di qualità, ad eccezione di BR1 che si caratterizza per una estrema variabilità tra i prelievi (da 1 a 5 dS m^-1). Questo sito è localizzato nelle vicinanze della costa (< 1 Km), in una zona balneare, in cui nei mesi primaverili-estivi, ai consumi determinati dalla maggior richiesta degli agricoltori, si sommano quelli dei turisti che popolano le numerose abitazioni presenti nella zona e che utilizzano l'acqua della stessa falda  per usi spesso diversi (orti domestici, giardini, pulizia, ecc.). Tale coincidenza potrebbe spiegare gli aumenti di salinità dalla primavera alla fine dell'estate. Dall'autunno in poi i valori di salinità dell'acqua tendono a diminuire, per i minori prelievi di acqua e per il sopraggiungere delle piogge che contribuiscono ad alimentare le falde. Si fa presente, infine, che dai pozzi "LE2" e "TA2" si attinge l'acqua per l'irrigazione di un oliveto e di un pescheto; per questo motivo i campioni si prelevano limitatamente al periodo dell'esercizio irriguo e non continuativamente.

Prospettive future

La ricerca proseguirà secondo le due direttive previste:

1.      utilizzare la metodologia, messa a punto e  calibrata durante il primo anno di attività, per calcolare i fabbisogni irrigui delle specie agrarie che occupano un ruolo preminente negli attuali sistemi colturali, alla luce degli scenari climatici futuri;

2.      continuare il monitoraggio dello stato qualitativo delle falde da cui si emunge l'acqua per l'irrigazione al fine di individuare le interconnessioni tra la domanda climatica, il fabbisogno irriguo e il degradamento della qualità dell'acqua.

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