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Irriframe è alimentato da un modello di
bilancio idrico finalizzato all’irrigazione
delle colture, pertanto i processi simulati
dal modello sono indirizzati in tal senso
e le loro dinamiche di calcolo risultano
fortemente influenzate da questa scelta
di progetto.
Una rappresentazione schematica completa
del movimento dell’acqua nel terreno potrebbe
essere la seguente:
Il bilancio idrico del modello è impostato
simulando l’andamento dell’umidità all’interno
di strati di terreno assimilati a serbatoi,
secondo logiche di tipo capacitivo. In termini
generali lo schema del modello è semplificato
nel seguente modo:
I processi simulati dal modello sono i seguenti
1. Dinamica dell’acqua nel suolo.
Si tratta del processo obiettivo del calcolo.
Gli altri processi simulati sono finalizzati
a questo calcolo, che utilizza un modello
a serbatoi, con passo di calcolo orario
e considerando 3 diversi strati:
-
Invaso superficiale: costituito dagli avvallamenti
presenti sull’interfaccia suolo-atmosfera
-
Strato superiore: è il volume occupato dalle
radici; per alcune colture è variabile nel
tempo
-
Strato profondo, sottostante al precedente,
che sarà in parte colonizzato dalle radici
nella loro crescita
Per lo strato superficiale si stima la capacità
del suolo di trattenere l’acqua meteorica
in base alla sua scabrezza, generata dal
succedersi delle diverse lavorazioni superficiali,
per gli altri due la capacità di immagazzinamento
è ottenuta a partire da pedofunzioni legate
alla tessitura del terreno. Tali pedofunzioni
sono state ottenute empiricamente elaborando
dati dell’Istituto Sperimentale per la Nutrizione
delle Piante, verificate in campo
Ad ogni passo di calcolo si valutano poi
gli scambi tra i vari strati, ipotizzandoli
costanti su ogni passo, ed in base all’equazione
di continuità a fine passo si aggiornano
i valori finali.
Dal confronto dunque tra apporto idrico
meteorico, capacità del primo strato di
trattenere acqua e capacità degli strati
seguenti di farsi attraversare dall’acqua,
si ottiene la suddivisione tra ruscellamento
superficiale, che costituisce una perdita
reale, e quantitativo di acqua che si infiltra
nel suolo vero e proprio. Si calcola poi
l’infiltrazione: la quantità di acqua che
penetra è data dal valore di infiltrazione
massima nell’unità di tempo, ottenuto a
partire dalla sorptività e dalla conduttività
idraulica della zona di trasmissione, tipica
per ogni classe tessiturale.
Il calcolo del ruscellamento è ottenuto
infine dal confronto tra capacità di invaso
dello strato superficiale e quantità di
acqua rimasta in superficie dopo la procedura
di infiltrazione.
Per i due strati sottostanti, si determina
l’acqua in uscita da ogni serbatoio calcolandola
secondo la teoria esposta da Driessen, rappresentandola
cioè come la quantità di acqua che eccede
la capacità di ritenzione dello strato-serbatoio.
Dal confronto tra capacità d’immagazzinamento
di acqua dello strato intermedio e apporto
idrico soprastante si ottiene: le quantità
di acqua a disposizione delle colture e,
in eccesso oltre la capacità di campo, il
drenaggio verso lo strato immediatamente
sottostante.
Analogamente, dal confronto tra capacità
d’immagazzinamento di acqua dello strato
profondo e apporto idrico soprastante si
ottiene la quantità di acqua immagazzinato
ed il drenaggio in uscita dal sistema che
costituisce una perdita reale.
2. Accrescimento della coltura inteso
sia come sequenza di fasi di sviluppo, sia
come accrescimento dell’apparato radicale;
non viene fatta alcuna stima di accumulo
di biomassa.
-
2.1. Fasi di sviluppo – si simula lo sviluppo
della coltura attraverso la stima delle
fasi fenologiche, secondo il loro succedersi
cronologico a partire dalla fase start,
che può essere la semina, il trapianto,
la ripresa vegetativa; in pratica si parte
dalla prima fase o operazione colturale,
ritenuta indice di inizio dello sviluppo
della coltura. Il fattore preso in considerazione
per il calcolo è la temperatura media giornaliera
dell’aria, il cui accumulo è confrontato
alla somma gradi giorno, necessari per fare
scattare la fase fenologica seguente. Il
dato giornaliero viene accettato ai fini
del calcolo solo se superiore ad un valore
soglia, al di sotto del quale non si ha
sviluppo della coltura; non viene preso
in considerazione un valore soglia superiore,
così come non si valuta l’effetto che eventuali
situazioni di stress idrico possano avere
sull’accrescimento della pianta. Il valore
di sommatoria proprio di ogni fase fenologica
di ogni coltura è stato fornito da ARPA
SMR, mentre il valore soglia di temperatura
minima proviene da ricerche bibliografiche,
corretto, laddove necessario, da analisi
su serie storiche di dati, messi a disposizione
dal CER e condotte da ARPA SMR
-
2.2. Accrescimento dell’apparato radicale
– In applicazione del metodo proposto da
F.Danuso nel modello Bidrico, si calcola
la crescita dell’apparato radicale secondo
una funzione, che stima l’effetto della
temperatura, dell’umidità dello strato sottostante
le radici e della fase fenologica, su di
un tasso massimo teorico di crescita proprio
di ogni coltura, messo a punto in base alle
osservazioni sperimentali del CER sulle
colture e sui suoli dell’Emilia Romagna.
Per le colture arboree si considera uno
strato fisso, costante nel tempo
3. Evapotraspirazione – per calcolare
i consumi idrici delle colture si applica
la teoria evaporimetrica che intende calcolare
complessivamente sia il trasferimento di
acqua dal terreno all’atmosfera per evaporazione
dal terreno, sia per traspirazione delle
piante. Il processo viene simulato evidentemente
per stimare il flusso evapotraspirativo.
I passaggi effettuati sono i seguenti:
-
3.1. evapotraspirazione potenziale massima
- calcolata da quella di riferimento che
è fornita giornalmente dall’ARPA SMR, tramite
la formula climatica di Hargreaves spazializzata
su di una griglia territoriale di 2,5 km
di lato a coprire l’intero territorio di
pianura della regione. A tale valore di
partenza si applica, quindi, il kc tipico
di quella coltura e di quella fase fenologica,
con valori desunti dal quaderno 24 della
FAO, corretti, laddove necessario, dall’attività
sperimentale condotta sul territorio regionale
dal CER, per ottenere infine il dato di
evapotraspirazione massima. Per evitare
incongrui salti tra una fase fenologica
e l’altra, il valore giornaliero del kc
viene interpolato linearmente tra le fasi.
-
3.2. Evapotraspirazione effettiva – intesa
come quantità di acqua effettivamente perduta
dal sistema suolo-coltura-atmosfera e dipendente
dalle condizioni idriche del suolo. A valori
di umidità ottimali la pianta non incontra
alcuna difficoltà nell’estrarre dal suolo
l’acqua e la traspirazione è massima, viceversa,
asciugandosi il terreno aumenta lo sforzo
che la pianta deve compiere e la traspirazione
si riduce. In accordo con la teoria esposta
nel quaderno 24 della FAO, è stata individuata,
per ogni coltura, il valore di umidità del
suolo (Uz) al di sotto del quale, la pianta
inizia a ridurre la propria traspirazione.
Lo schema riassuntivo è di seguito riportato
4. Apporto di falda – Anche in questo
caso si tratta di un flusso finalizzato
al bilancio. La stima viene effettuata sotto
forma di riduzione dell’evapotraspirato
della coltura, ed è funzione della sua soggiacenza,
della capacità delle diverse colture di
estrarre acqua dal terreno e dell’approfondimento
del loro apparato radicale.
I principi su cui si basa tale assunto sono
i seguenti:
La risalita della falda è un fenomeno passivo
che viene attivato da un gradiente di umidità
decrescente dal basso verso l’alto ed è
perciò funzione del calo nel contenuto idrico
degli strati soprastanti per evaporazione
del suolo e traspirazione delle piante.
La tessitura del suolo influenza la portata
e la risalita effettiva della falda lungo
il profilo del terreno, con valori rispettivamente:
direttamente e inversamente proporzionali
alla porosità.
La profondità ed efficienza dell’apparato
radicale delle colture nell’estrarre acqua
dal terreno, influiscono direttamente sull’entità
della quota di evapotraspirato della coltura
compensato dall’apporto della falda.
Da prove sperimentali appositamente condotte,
in nove anni di studi e ricerche, per quantificare
la riduzione dell’apporto irriguo delle
colture alla presenza di livelli predeterminati
e costanti di falda, sono state definite
9 relazioni empiriche che legano la percentuale
di evapotraspirazione della coltura soddisfatta
dalla risalita capillare della falda ipodermica,
con la profondità di falda misurata, distinta
per 3 classi di tessitura del terreno in
interazione con 3 raggruppamenti di colture
in base alla profondità radicale ed alla
capacità della coltura di utilizzare la
falda.
Si riporta, a titolo esemplificativo, la
rappresentazione grafica di tre delle 9
relazioni:
Calcolo del volume di adacquata consigliato
Una volta calcolato il bilancio del sistema
suolo-pianta, si stima un volume di adacquata
consigliabile, risultante dalla differenza
tra due valori di Acqua Disponibile che
fissano gli estremi inferiore e superiore
di un campo di umidità del terreno, ritenuto
idoneo per il corretto sviluppo della coltura
ai fini della produttività ottimale, a seguito
di attività sperimentale appositamente condotta.
I valori sono tipici della coltura e variano
in base all’impianto irriguo aziendale,
sia esso microirriguo, aspersione o scorrimento,
per adeguarsi alle diverse capacità di lavoro.
Il calcolo viene effettuato in base al confronto
tra il livello di umidità presente nel terreno
al tempo t, e la soglia minima di intervento,
quando il livello di umidità del terreno
al momento della richiesta di consiglio
è inferiore alla soglia, si calcola la quantità
d’acqua da somministrare alla coltura come
differenza tra la soglia inferiore ed una
soglia superiore, identificata come valore
massimo di umidità a cui è utile portare
il terreno. Partendo dalla soglia inferiore
o addirittura da un punto ad essa inferiore
non verrà così mai superata la soglia superiore.
Il valore della soglia superiore può coincidere
con la capacità di campo ma nella maggior
parte dei casi si situa sotto al di sotto
di essa; ciò per impedire i cosiddetti consumi
di lusso, ovvero sottrazione di acqua dal
terreno che non si converte in prodotto,
ed avere un margine sufficiente ad accogliere
eventuali apporti idrici meteorici. Le coppie
di valori di soglia sono:
-
diversi per coltura e per singola fase fenologica
– fissati in base ad un lungo lavoro di
messa a punto mediante prove sperimentali
condotte appositamente per singola coltura
-
differenti per tipologia di impianto irriguo
– determinati in base alla bibliografia
tecnica ed adattati alle colture con l’attività
sperimentale citata
-
calcolati giorno per giorno, interpolando
linearmente tra i valori iniziale e finale
per evitare bruschi cambiamenti di valore
E’ evidente come il modello sia incentrato
su questo particolare calcolo, rimanendone
fortemente caratterizzato al punto da contraddistinguerlo
come modello di bilancio idrico prettamente
a scopo irriguo.
Bibliografia di Riferimento
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Battilani, A. e Ventura, F., 1996. Influence
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peach trees. Acta Hort. 449:521-528
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Caratteristiche pedoagronomiche e agro climatologia
- Istituto Sperimentale per la Nutrizione
delle Piante
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