programma di sviluppo rurale 2007 – 2013 · “gestione dell’irrigazione e della...
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“Gestione dell’irrigazione e della fertirrigazione delle colture in vaso”
Alberto Pardossi e Luca Incrocci
Dipartimento di Scienze Agrarie, Alimentari e Agro-Ambientali, Università di P isa ([email protected])
PROGETTO SEGIF-“Sviluppo di un sistema Esperto per la Gestione dell’Irrigazione, Fertilizzazione e controllo fitopatologico in floricoltura”
Sala Convegni CeRSAA – Albenga – 18 luglio 2013
Programma di Sviluppo Rurale 2007 – 2013 Misura 1.2.4 – “Cooperazione per lo sviluppo di nuovi prodotti, processi e tecnologie
nei settori agricolo, alimentare e in quello forestale”
Fondo Europeo Agricolo per lo Sviluppo Rurale: l’Europa investe nelle zone rurali
ü Timer (esperienza) ü Bilancia elettronica (weighing gutter) ü Conta-litri (flussi d’acqua in/out) ü Modelli di traspirazione (ET)
ü Sensori di umidità del terreno/substrato (SMS)
Approcci principali al controllo dell’irrigazione
Turgore alto
Turgore basso
Mesofillo
Xilema Aria
Acqua (vapore) Cellule-guardia
Stoma
Traspirazione = VPD / (rb + rs)
VPD = deficit di pressione di vapore rb = resistenza strato-limite rs = resistenza stomatica
÷÷
ø
ö
çç
è
æ+×g=g
g+D
÷øöç
èæ -×÷
÷
ø
ö
çç
è
æ ×r
+g+D
×D=×l
arsr1
ae*ae
arc
cIE
*
*
p
*
E (kg m-2 h-1) = traspirazione
Ic (W m-2) radiazione intercettata dalla coltura ea - ea* = deficit di saturazione o VPD (kPa)
l (J kg-1) = calore latente di vaporizzazione dell’acqua
ρ (kg m-3) = densità dell’aria cp (kJ kg-1) = calore specifico dell’aria
D (kPa °C-1) = pendenza della curva della pressione di vapore dell’aria satura in funzione della temperatura
g (kPa °C-1) = costante psicrometrica
rc (sec m-1) = resistenza interna (o stomatica) ra (sec m-1) = resistenza aerodinamica
g* = g (1 + rc/ra)
( )LAIkc exp1II ×--×=
L’equazione di Penman-Monteith (P-M)
VPDLAIBcIAE
Barc
LAI1
A
VPDarc
cIE
*
p
*
*
p
*
××+l
×=
=g+D
÷÷
ø
ö
çç
è
æ ×r
××l
=g+D
Dg+D
×÷÷
ø
ö
çç
è
æ ×r
+g+D
×D=×l
Equazione semplificata della traspirazione fogliare
Se la resistenza stomatica è costante
Crop Grow ing conditions A B Reference
Cetriolo Almeria, ES; perlite; aut. & primavera.
0.2 - 0.4 0.02-0.04 Medrano et al., 2005
Gerbera Pisa, IT; lana di roccia; aut. & primavera
0.55 0.019 Carmassi et al., 2011
Geranio Barcelona, Spain) 0.56 0.012 Montero et al., 2001
Rosa Volos, GR; perlite, inverno. 0.24 0.017 Kittas et al. 1999
Rosa Valencia, ES; rockwool; estate 0.36 0.021 Gonzalez-Real, 1995
Pomodoro Almeria, ES; perlite, aut. & primavera.
0.58 0.025 E. Medrano, p.c.
Zucchino Viterbo, IT; poice, aut. & primavera. 0.63 0.007 Rouphael and Colla, 2004
Valori dei coefficienti A e B per alcune colture ortofloricole
Confronto tra valori simulati e misurati della traspirazione oraria (Ed) di gerbera coltivata in serra su lana di roccia (Carmassi et al., 2011).
I substrati di coltivazione
Fonteno
Densità (peso specifico) apparente (DA, kg/L): peso (secco) del materiale essiccato e il volume da questo occupato al momento del prelievo Porosità (P): spazi disponibili per aria (macropori) o acqua (micropori) Terreno: 50% Substrati: >80-85%
Macropori: diametro superiore a 300 micron Micropori: diametro inferiore a 300 micron. L’acqua nei micropori di diametro inferiore a 30 micron non è disponibile per le piante
DA aumenta al diminuire delle dimensioni delle particelle.
P diminuisce con l’aumento di DA: P = 100 – (36 x DA)
Es.: DA = 0.5 kg/L ---> P = 100 – (36 X 0.5) = 100 - 18 = 82 %
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
FASE SOLIDA
ACQUA
Capacità per l'aria
Acqua facilmente disponibile Acqua
disponibile
Volu
me
(%)
Tensione d'umidità (hPa)
ARIA
1 hPa = 1 mbar = 1 cm (colonna d’acqua)
Substrato ideale: · porosità totale >85% (vol.) · capacità per l'aria (1 KPa) = 20-30% · acqua facilmente disponibile = 20-30% · acqua di riserva= 5-10%
CURVE DI RITENZIONE IDRICA DI ALCUNI SUBSTRATI
Schematizzazione dell’effetto dell’altezza del contenitore
sul contenuto di aria e di acqua di un substrato
Capacità di contenitore = 1657/3859 = 43%
All’aumentare dell’altezza del vaso, la forza gravitazionale aumenta (yg diminuisce) e diminuisce il volume di acqua trattenuta dal substrato
472 ml 32% 151 ml
378 ml 69% 261 ml
459 ml 34% 156 ml
444 ml 36% 160 ml
431 ml 39% 168 ml
418 ml 43% 180 ml
406 ml 49% 199 ml
388 ml 59% 229 ml
463 ml 33% 153 ml
Totale 3859 ml 1657 ml
Substrato vol. H20% H20 vol.
PILOTAGGIO DELL’IRRIGAZIONE
REGIME IRRIGUO
Volume irriguo o d’adacquamento: la dose (in peso o volume)
di acqua erogata in occasione di ogni intervento irriguo.
Frequenza (turno) irrigua: numero di interventi nell’unità di
tempo o durata della fase di asciutta (periodo tra
un’irrigazione e quella successiva)
Volume irriguo o d’adacquamento (VA) – funzione di:
q Caratteristiche idrologiche del substrato
q Geometria del contenitore
q Qualità dell’acqua irrigua (lisciviazione)
q Efficienza del sistema irrigua
q Uniformità di erogazione (impianto irriguo)
q Uniformità vegetale
VA teorico (VAT)
Coefficiente di sicurezza
(KS)
VA = VAT x KS
VA teorico (VAT) Diametro (cm) 12 15 18 22
Volume Vt (mL) 980 1,603 2,896 7,278 Altezza (cm) 12,0 12,5 15,5 22,0
ml % Vt ml % Vt ml % Vt ml % Vt
Torba CC 678 (69) 1,102 (69) 1,937 (67) 4,678 (64) Aria 204 (21) 340 (21) 670 (23) 1,873 (26) AD 255 (26) 414 (26) 720 (25) 1,684 (23)
Torba:pomice (1:1)
CC 616 (63) 1,001 (62) 1,765 (61) 4,308 (59) Aria 188 (19) 313 (20) 610 (21) 1,661 (23) AD 159 (16) 258 (16) 454 (16) 1,083 (15)
Pomice CC 452 (46) 733 (46) 1,286 (44) 3,138 (43) Aria 352 (36) 581 (36) 1,090 (38) 2,830 (39) AD 66 (7) 107 (7) 192 (7) 293 (4)
Perlite CC 520 (53) 842 (53) 1,448 (50) 3,465 (48) Aria 284 (29) 473 (30) 927 (32) 2,503 (34) AD 106 (11) 173 (11) 305 (11) 731 (10)
Torba:perlite (1:1)
CC 647 (66) 1,054 (66) 1,865 (64) 4,545 (62) Aria 157 (16) 260 (16) 510 (18) 1,423 (20) AD 234 (24) 380 (24) 665 (23) 1,571 (22)
L’acqua disponibile (AD) di un vaso riempito con un determinato substrato è pari, approssimativamente, all’80% dell’AD definita in
laboratorio in base alla curva di ritenzione idrica del substrato stesso
Esempio:
Volume del vaso: 10 L
Substrato: torba
AD determinata in laboratorio: 30%
AD nel vaso: 10 L x (30/100) x (80/100) = 10 x 0.3 x 0.8 = 2.4 L
ü L’acqua disponibile (AD) di un vaso è pari, approssimativamente, all’80% dell’AD definita in base alla curva di ritenzione idrica (laboratorio)
ü Il volume di adacquamento teorico (VAT) è pari al 10-100 % di AD (la percentuale aumenta al diminuire del valore assoluto di AD)
ü Il coefficiente di sicurezza (KS) è maggiore di o uguale (in condizioni ideali) a 1.0; in genere, è compreso tra tra 1.1 e 1.5
Coppa di ceramica porosa
Coppa di ceramica porosa
Manometro
Tensiometro
DEFINIZIONE DEL REGIME IRRIGUO
v La condizione ideale è un contenuto idrico costante, uguale o vicino alla capacità idrica di contenitore.
v Il regime irriguo ottimale è quello che associa l’efficacia (cioè, soddisfa perfettamente le esigenze idriche della coltura consentendo la sua miglior performance) con l’efficienza (minima perdita di acqua).
v L’irrigazione ripristina il contenuto idrico ottimale, quindi il volume irriguo (teorico o netto; VINETTO) deve compensare le perdite di acqua legate all’evapo-traspirazione (ET).
v Il volume irriguo effettivo (o lordo; VILORDO) è generalmente superiore a VINETTO e il surplus di acqua è determinato dal coefficiente di sicurezza (KS), a sua volta definito in base a:
o efficienza del metodo irriguo
o uniformità di erogazione dell’acqua (impianto irriguo)
o qualità dell’acqua irrigua
o uniformità delle coltura (in termini di ET)
Volume irriguo NETTO (VINETTO)
Volume irriguo LORDO (VILORDO)
Durata dell’irrigazione
Clima (rad., temp., UR)
Substrato (ritenzione idrica, etc.)
Coltura (specie, cv., stadio
sviluppo, ecc.)
Impianto irriguo (metodo, densità e
portata erogatori, etc. KS
VILORDO = VINETTO x Ks
VOLUME IRRIGUO
Coefficiente di sicurezza
Evapotraspirazione potenziale (ETP)
Evapotraspirazione della coltura (ET)
Frequenza irrigua
Clima (RAD, temp., UR)
Coltura (specie, cv., stadio
sviluppo, ecc.) KC
VINETTO
Numero e orario delle irrigazioni
Soglia ETP o radiazione
Impianti automatici
Impianti semi-automatici
FREQUENZA IRRIGUA Unità di misura:
RAD: MJ/m2 (1 Kwh = 3.6 MJ)
ETP, ET: L/m2
KC, KS: adimensionali
ET = ETP x Kc
Coefficiente colturale
EVAPOTRASPIRAZIONE
Unità di misura:
RAD: MJ/m2 (1 Kwh = 3.6 MJ)
ETP, ET: L/m2
KC, KS, KT: adimensionali
ETP
• Funzione di RAD, temperatura e umidità relativa
• Funzione di RAD, interna o esterna
ETP = RADINT x 0.4
ETP = RADEST x KT x 0.4
KT = 0.60 -0.70
KC
• Post-trapianto: 0.15 – 0.20
• Rapido sviluppo: 0.30 – 0.50
• Crescita stazionaria/produzione: 0.70 – 1.0
Coefficiente di sicurezza (KS)
Efficienza sist. irriguo
Qualità dell’acqua irrigua
Uniformità di erogazione
Uniformità della coltura
Alta 0.00 0.05 0.05 0.05
Media 0.10 0.10 0.10 0.10
Bassa 0.15 0.15 0.15 0.15
Molto bassa 0.20 0.20 0.20 0.20
Si calcola sommando ad 1 i punti assegnati a quattro diversi fattori tecnologici e biologici
Efficienza sist. irriguo
Uniformità di erogazione
Qualità dell’acqua irrigua
Uniformità della coltura
Alta 0.00 0.05 0.05 0.05
Media 0.10 0.10 0.10 0.10
Bassa 0.15 0.15 0.15 0.15
Molto bassa 0.20 0.20 0.20 0.20
Esempio: KS = 1 + (0 + 0.10 + 0.10 + 0.15) = 1.35
KS = 1.1 – 1.5
Evapotraspiratione della coltura (ET)
Frequenza irrigua
VINETTO
N. irrigazioni/giorno:
ET/VINETTO
Orario:
• Una al mattino
• Le altre comprese tra le 9 e le 18 (prim.-est.)
o tra le 10 e le 16 (aut.-inv.)
Impianti semi-automatici (occorre conoscere l’ET media del periodo
considerato)
CONTROLLO AUTOMATICO DELLA FREQUENZA
Irrigo quando
ET = VINETTO
cioè
ETP = VINETTO/KC
oppure
RAD = VINETTO/(0.4 x KC)
Impianti automatici (occorre conoscere KC)
Unità di misura:
RAD: MJ/m2 (1 Kwh = 3.6 MJ)
ETP, ET: L/m2
Kc, Ks: adimensionali