Modelli gestionali

Guida informativa dei modelli gestionali per il controllo fertirriguo del substrato colturale, supportati da WiforAgri/WiforWine

Modello gestionale: Irrigazione

Modello Irrigazione WiForAgri

Introduzione

Il modello di irrigazione attivato in modalità di web-service e fornito nel pacchetto di modelli per la gestione agronomica aziendale avanzata (plus) WiForAgri costituisce un sistema allarmistico e di controllo del contenuto idrico del terreno colturale.

Sulla base delle caratteristiche agronomico-colturale dell'appezzamento, selezionabili attraverso l'interfaccia di setting iniziale del modello, il DSS svolgerà giornalmente il bilancio idrico del terreno, secondo la metodologia standard FAO (Irrigation and Drainage Paper No.56), analizzando i termini in entrata e in uscita dal sistema suolo e fornirà una serie di informazioni correlate, tra cui:

  • Evapotraspirazione giornaliera e di lungo periodo (di precisione).

  • Deficit idrico del terreno rispetto alla capacità di campo (volume idrico massimo trattenuto dal terreno).

  • Il contenuto residuo di acqua facilmente estraibile dalle colture (senza andare incontro a condizioni di stress).

  • I termini di pioggia efficace e di risalita capillare.

Figura 1 - Scambi di acqua tra l'atmosfera, il suolo e l'acquifero valutati dal DSS giornalmente attraverso l'equazione di bilancio idrico, al fine della determinazione del deficit idrico del terreno rispetto ad una condizione ideale (capacità di campo)

Oltre a queste informazioni, fornite in formato user-friendly nella interfaccia di output, il modello integra un sistema allarmistico automatico (SMS e/o Email) in grado di allertare in tempo reale l’utilizzatore dell’avvicinarsi del terreno al punto di stress idrico per le piante e portando lo stesso ad anticipare situazioni di aridità colturale.

Il volume di acqua di irrigazione ottimale, in metri cubi o litri ad ettaro, per il singolo intervento di irrigazione sarà fornito dal modello al fine di prevenire episodi di sovrairrigazione, saturazione del terreno e quindi anossia radicale e sprechi della risorsa idrica. Qualora l'utente fornisca un volume eccessivo di acqua, il sistema provvederà ad inviare un allarme indicando i litri di acqua persi per singolo intervento irriguo.

Figura 2 - Schema concettuale compensazione delle perdite irrigue del sistema di suolo delle piante attraverso interventi di irrigazione.

Il DSS di gestione irrigua sarà inoltre interfacciabile (tramite attivazione) con il modello di concimazione che, in maniera parallela ed indipendente, valuterà tutta una serie di aspetti legati all'irrigazione, tra cui le annesse perdite di lisciviazione dei nitrati nell’acquifero sottosuperficiale e le quantità di azoto somministrabili in concomitanza agli interventi irrigui (nei sistemi di fertirrigazione).

Come ulteriore e ultimo sistema DSS, il modello fornirà uno strumento (albero decisionale) in grado di porre in relazione le caratteristiche strutturali dell’impianto irriguo (fonte di approvvigionameto, tipo di impianto) alla capacità dello stesso di fornire la quantità di acqua alle proprie piante durante il ciclo colturale.

Dati input: utente

Per il corretto running del modello l'utente dovrà impostare l'interfaccia agronomica-colturale del lotto. Inoltre dovrà fornire le informazioni giornalieri circa le irrigazioni svolte ed eventualmente le fasi fenologiche delle colture. Nella seguente tabella si riportano i dati inseriti dall'user.

Dati di setting
Dati di setting (opzionali)
Dati giornalieri
Dati di setting
  1. Data di semina

  2. Tipo di coltura: Vite, Mais, Soia, Colza, Sorgo, Fruttiferi (Melo, Pero, e altri)

  3. Tipo di terreno: Sabbioso, Sabbia Franca, Limoso, Argilloso Limoso, e altri. (valore pre-impostato default)

  4. Tipo di impianto irriguo: Ad aspersione (sprinkler), a goccia (microirrigazione), a perno centrale (pivot), e altri.

  5. Altezza delle piante a pieno sviluppo (valore pre-impostato default)

  6. Profondità della falda conosciuta (valore pre-impostato default)

Dati di setting (opzionali)
  1. Tipo pacciamante (alla semina): Artificiale, naturale.

  2. Copertura pacciamante rispetto alla superficie del terreno.

  3. Resa agricola massima a fine ciclo della coltura (in t/ha)

Dati giornalieri
  1. Irrigazioni svolte in data odierna con quantità in metri cubi/ha, o l/ha

  2. Fasi fenologiche BBCH osservate della coltura (facoltativo)*

Il sistema DSS determina già di default l'avvenimento delle Fasi Fenologiche BBCH in base del tipo di coltura. Per una impostazione più di precisione l'utente può scegliere di inserirle manualmente durante la stagione vegetativa.

Dati di input: sistema

Il DSS necessità dei seguenti dati meteo giornalieri per funzionare (raccolte dalle stazione WiForAgri)

  1. Temperatura media giornaliera [°C]

  2. Temperatura minima giornaliera [°C]

  3. Temperatura massima giornaliera [°C]

  4. Velocità del vento media giornaliera [m/s]

  5. Umidità relativa minima giornaliera [%]

  6. Pioggia totale giornaliera [mm]

Dati di output: giornalieri

  1. Evapotraspirazione giornaliera effettiva [mm]

  2. Evapotraspirazione giornaliera massima [mm]

  3. Deficit idrico ad inizio della giornata attuale [mm]

  4. Riserva totale nella giornata attuale [mm]

  5. Riserva facilmente utilizzabile nella giornata attuale [mm]

  6. Perdite di acqua di irrigazione per drenaggio profondo [litri/ha]

  7. Accumulo delle perdite di irrigazione per drenaggio profondo fino ad inizio della giornata attuale [litri/ha]

  8. Allarme che indica se si verifica la condizione di stress per le piante all'inizio della giornata attuale. Se Deficit i ≥ RFU i --> Alarm=SI. Se Deficit i < RFUi --> Alarm = NO

Dati di output: fine ciclo

  1. Evapotraspirazione effettiva totale riferita all'intero ciclo colturale [mm]

  2. Evapotraspirazione massima totale riferita all'intero ciclo colturale [mm]

  3. Differenza tra evapotraspirazione massima ed effettiva per l'intero ciclo [mm]

  4. Resa agricola massima a maturità colturale [t/ha]

  5. Resa agricola effettiva a maturità colturale (stimata) [t/ha]

  6. Perdita di resa agricola [t/ha]

  7. Totale acqua irrigata [mm]

  8. Totale acqua irrigata persa per drenaggio profondo [mm]

  9. Totale acqua piovuta [mm]

Funzionalità modellistica

Nella routine giornaliera del modello vengono soppesati tutti i parziali di acqua in entrata e in uscita dal sistema (in mm figurati su una sezione verticale di terreno rappresentante la rizosfera) e, facendone il bilancio, viene controllato a che punto è il deficit idrico giornaliero rispetto ad una situazione ottimale (capacità di campo). L'obiettivo del modello è, attraverso l'invio di allarmi all'utente, permettere all'utente di programmare in anticipo le irrigazioni di soccorso e di mantenere il deficit idrico del terreno entro limiti ottimali per le coltivazioni.

L’equazione di bilancio idrico giornaliera del modello è la seguente:

RZWDi = RZWDi-1 – Rei – Ii + ETEi + (ROi + Di) - CRi

Dove:

  • Tutti i termini sono riportati in mm/giorno.

  • RZWDi è il deficit idrico rispetto alla situazione idrica ideale (terreno alla capacità di campo) che si ha alla fine della giornata attuale.

  • RZWDi-1 è il deficit idrico pregresso della giornata precedente a quella attuale.

  • Rei è il valore di pioggia effettiva caduta nella giornata attuale

  • Ii è il valore dell’irrigazione netta effettuata nella giornata attuale.

  • ETEi è il valore della evapotraspirazione effettiva.

  • ROi è la quantità di acqua in uscita dal sistema per ruscellamento superficiale.

  • Di è la quantità di acqua in uscita dal sistema per drenaggio profondo.

  • CRi è la risalita di acqua nel sistema per capillarità. (*situazione particolare: falda superficiale).

Come si vede, i termini negativi sono apportativi per il sistema ossia riducono il deficit idrico (irrigazione, pioggia, risalita di acqua per capillarità). I termini positivi sono invece asportativi per il sistema ossia aumentano il deficit idrico (evapotraspirazione effettiva, acqua persa per ruscellamento/drenaggio).

Considerando il sistema terreno-radici figurativamente come un serbatoio ed il suo contenuto di acqua (in % - umidità) come il livello di acqua del serbatoio possiamo vedere che il contenuto di acqua (umidità) può ricadere all’interno di tre zone di vivibilità per le piante (Figura 3).

Figura 3 - Contenuto di umidità della zolla radicale e zone di vivibilità per le piante
  • Nella zona di saturazione (zona blu), il terreno è saturo di acqua in seguito ad un forte evento di pioggia. Le radici sono soggette a stress e si potrebbe andare incontro ad una situazione di ristagno idrico. Tuttavia, in un sistema colturale con sistema di drenaggio ben progettato, il contenuto di acqua di saturazione cala velocemente e si stabilizza rapidamente alla condizione ideale della capacità di campo (il giorno stesso).

  • Nel punto di capacità di campo (C.C.) il terreno è nello stato di rifornimento idrico migliore, ossia il rapporto aria/acqua è salutare e il terreno è al suo stato di rifornimento idrico massimo senza che avvenga il fenomeno della saturazione (i macropori sono liberi).

  • Con il calare del contenuto di acqua che avviene ad opera delle variabili in uscita dal sistema nel tempo (essenzialmente evapotraspirazione, ossia assorbimento dell’acqua per la vivibilità vegetazionale), il contenuto di acqua giornaliera diminuisce progressivamente rispetto alla capacità di campo, e si crea quindi una condizione di deficit idrico giornaliero (RZWDi), rispetto alla condizione ideale, che viene soppesato nell’equazione di bilancio idrico giornaliero (Eq.1).

  • All’interno della zona di rifornimento idrico ottimale (RFU), comunque, non si ha riduzione della evapotraspirazione effettiva (ETE=ETM) e quindi la produttività non scende. Di conseguenza, la finalità del modello è quello di mantenere il contenuto idrico del terreno all’interno di questa zona di non stress per le piante.

Il modello quindi, computa giornalmente il deficit idrico RZWDi e, quando questo raggiunge il punto di stress (limite inferiore) o meglio quando si verifica la condizione RZWDi=RFU invia un segnale in output/allarme per far partire l’irrigazione che farà tornare il contenuto idrico del terreno dal punto di stress alla capacità di campo. In questo modo, il contenuto di acqua oscillerà all’interno della zona di riserva facilmente utilizzabile (RFU) e le piante non andranno mai incontro a stress ed a riduzione della produttività.

L’andamento del contenuto idrico verrà rappresentato su un grafico in output (Esempio: Figura 4).

Figura 4 - Output grafico del modello di irrigazione: Variazioni contenuto di acqua all’interno della RFU per diversi impianti. Negli impianti di microirrigazione a goccia, caratterizzati da basse portate di adacquata e alta frequenza di irrigazione il contenuto di acqua verrà mantenuto pressoché stabile ad un livello ottimale. Negli impianti ad aspersione, essendo la frequenza inferiore, l’escursione di contenuto d’acqua sarà più ampia.

I due diagrammi in Figura 4 rappresentano la variazione del contenuto di acqua del terreno nel tempo e saranno visualizzabili sull'apposita inferfaccia di output: in corrispondenza degli eventi piovosi il contenuto di acqua aumenta e non è necessario l’intervento irriguo (istogrammi blu). Sulla linea rossa è invece tracciato l’abbassamento graduale del contenuto d’acqua per consumo idrico giornaliero di evapotraspirazione, che in condizioni di regime ordinario sarà uguale a ETM (evapotraspirazione massima della coltura). Infine, quello che cambierà a seconda dell’impianto di irrigazione sarà l’efficienza dell’impianto, che permetterà di trovare la quantità di acqua netta da inserire nell’equazione di bilancio idrico rispetto a quella lorda di irrigazione.

Termini equazione bilancio idrico (approfondimento)

Alla seguente tabella vengono forniti alcuni dettagli circa i metodi di calcolo dei singoli componenti considerati nel modello irriguo.

Riserva facilmente utilizzabile
Irrigazione effettiva
Evapotraspirazione colturale giornaliera
Resa agricola
Pioggia efficace + Risalita capillare
Riserva facilmente utilizzabile

Il modello calcola giornalmente l’entità di tale riserva, che dipende dal tipo di terreno (granulometria) e dalla capacità estrattiva della singola specie/coltura coltivata.

Tale riserva come indicata nella Figura 1, indica la porzione di acqua facilmente utilizzabile dalle piante stesse senza andare incontro a meccanismi di stress (chiusura degli stomi e riduzione della evapotraspirazione).

Irrigazione effettiva

Il modello calcolerà il termine di irrigazione efficace sulla base dell’efficienza che varia per tipo di impianto utilizzato. Gli impianti di microirrigazione hanno un’efficienza molto elevata (circa 90%) mentre gli impianti di irrigatori dinamici (Sprinkler) hanno un’efficienza più bassa.

Evapotraspirazione colturale giornaliera

Il modello calcola l’evapotraspirazione potenziale (ET0) che esprime le potenzialità evapotraspirative dell'atmosfera attraverso l’equazione di Hargraves-Semani per il territorio di riferimento. Quindi la corregge attraverso il coefficiente colturale (Kc) per determinare giornalmente l’evapotraspirazione totale della coltura di riferimento.

Il coefficiente Kc viene viene stimato attraverso la metodologia ufficiale FAO (Irrigation and Drainage Paper No.56), ossia viene calibrato giornalmente soppesando tramite varie equazioni i fattori agro-climatici determinanti (vento, umidità, altezza delle piante, intensità e frequenza delle piogge ed infine tipo di terreno). Attraverso questa calibrazione il modello è in grado infatti di integrare neldi calcolo della evapotraspirazione tutti i fattori climatici che l'aumento o la riducono rispetto ad una giornata a condizioni climatiche medie.

Resa agricola

il modello per il calcolo della perdita di resa agricola a fine ciclo si rifà all’equazione sviluppata dalla FAO (Irrigation and Drainage Paper No.66) e utilizzata già nel modello AcquaCrop FAO che pone in relazione la riduzione della evapotraspirazione con la perdita di produttività rispetto ad un massimale (resa agricola massima) attraverso un fattore di risposta specifico per coltura coltura coltivata.

L'equazione è la seguente:

ETM e ETE sono rispettivamente l’evapotraspirazione massima e l’evapotraspirazione ridotta in condizione di deficit idrico, totali riferite all’intero ciclo produttivo. Yx e Ya sono rispettivamente la resa massima alla fine del ciclo produttivo (t/ha) coltivata con buon rifornimento idrico (ETE=ETM), e la resa ridotta a fine ciclo (t/ha) coltivata in deficit irriguo (ETE<ETM). Ky è il fattore di risposta della coltura alla riduzione di evapotraspirazione.
Pioggia efficace + Risalita capillare

La pioggia lorda rilevata attraverso le stazioni di monitoraggio WiForAgri viene rielaborata escludendo la porzione di pioggia intercettata dalla vegetazione (perdite iniziali) e non immediatamente disponibili per le colture. Quindi, viene quantificata sulla reale porzione che contribuisce alla riduzione del deficit idrico del terreno.

Il termine di risalita capillare viene determinato in maniera specifica sul tipo di terreno e sulla profondità della falda rispetto alla base dell’apparato radicale

Figura 5 - Andamento del coefficiente Kc durante i periodi del ciclo vegetativo.

Bibliografia di riferimento

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Modello gestionale: Concimazione

Modello Concimazione WiForAgri

Introduzione

Il modello di concimazione delle colture va a completare il pacchetto di modelli per la gestione agronomica aziendale avanzata (plus) assieme al modello di irrigazione al quale si configura direttamente.

Il modello proposto per la gestione concimatoria, a confronto con i recenti modelli di analisi degli scambi di C-N suolo-pianta (modelli di Kersebau et al.,2007; Rinaldi & He, 2014) presenta caratteri di ergonomicità e semplicità e basandosi su un fronte di dati non troppo complesso e quindi facilmente valutabile dall’utilizzatore finale, fornirà stime riguardanti il ciclo di fertirrigazione attraverso una doppia modalità:

  • La prima delle due modalità, maggiormente precisa, è detta “in tempo reale” (real time). Essa fornirà stime che si aggiornano giornalmente e si basano sui dati reali trasmessi dalle stazioni di misura climatica WiForAgri.

  • La seconda modalità viceversa, di tipo pianificatorio (planning), fornirà la schedulazione complessiva del piani di fertirrigazione annuale nel momento di avvio del modello, stimando la crescita delle piante in termini di biomassa complessiva. Questa modalità si baserà sui dati meteo di lungo periodo (storici, pluriennali) e quindi simula una annata a condizioni climatiche medie.

Il modello inoltre si configura sia per dare stima circa le somministrazioni in maniera combinata (impianto di fertirrigazione) sia in forma separata (fertilizzazione e irrigazione).

Figura 1 - Impianto di fertirrigazione comandato da centralina

Attraverso l’acquisizione dello strumento DSS di concimazione l’utilizzatore potrà interpretare i dati e le indicazioni gestionali relative alle dose di fertilizzanti da somministrare e, nel particolare conseguire i seguenti obiettivi:

  • Ottimizzare le tempistiche e l’intensità degli interventi di fertirrigazione in maniera adeguata alle esigenze nutritive ipogee ed epigee delle piante coltivate.

  • Diminuire il tasso di lisciviazione dei nitrati verso le fonti d’acqua sensibili a tale forma di inquinamento.

  • Somministrare la quantità di fertilizzante nei modi e nei tempi corretti a seconda del tipo di impianto (fertirriguo o altri) e ai fattori agronomici coinvolti.

Ultimo ma non ultimo punto strategico tra quelli non presenti in elenco è la possibilità di aderire, attraverso i sistemi DSS innovativi che si aggiungono alle forme di denitrificazione di tipo agronomico-forestali (costituzione di fasce tampone, utilizzo di piante denetrificanti), ad uno dei punti salienti dell’attuale Piano di Sviluppo Rurale 2014-2020, e contribuire così alla salubrità dell’ambiente stesso.

Figura 2 - Fonti di nitrificazione delle acque superficiali e di falda.

Dati di input

I dati di input richiesti dal software sono suddivisi in dati di setup, dati che sono chiesti all’utente all’inizio del ciclo colturale (esempio: dimensioni e localizzazione appezzamento, tipo di terreno) e in dati real time, che vengono inseriti dall’utente durante il ciclo stesso (irrigazioni/fertilizzazioni effettuate).

Dati di setup

  1. Concentrazione di Nitrati (NO3) e di Ammonio (NH4+) iniziale nel suolo (Analisi terreno).

  2. Concentrazione di Sostanza Organica nel suolo, di azoto totale e carbonato di calcio totale (Analisi terreno).

  3. Concentrazione di Nitrato nell’acqua di irrigazione al fine del calcolo dei nitrati aggiuntivi (Analisi dell’acqua di irrigazione) - dato facoltativo.

Dati real time

  1. Quantità di fertilizzante (azoto) somministrato in data odierna (kg/ha).

  2. Tipo di fertilizzante (pronta o lenta cessione)

Per ogni coltura selezionabile dall’utente, il modello per funzionare ha preimpostato 71 parametri di input (oltre a quelli inseriti dall’utente) che servono per svolgere al meglio le subroutine di calcolo in maniera specifica per la coltura.

Dati di output

I dati verranno riportati su interfaccia grafica che riporterà nelle singole giornate, la variazione dei seguenti dati:

  1. Volume di acqua irrigua somministrata (in litri/ha) - se configurato assieme al modello di irrigazione.

  2. Quantità di azoto rilasciato e disponibile per le piante (kg/ha) relativo alle fertilizzazioni svolte durante il ciclo colturale.

  3. Quantità di azoto rilasciato per mineralizzazione della sostanza organica del suolo (kg/ha).

  4. Quantità di azoto minerale intercettato per crescita dell’apparato radicale (kg/ha).

  5. Quantità di azoto assorbito dalle piante (kg/ha)

  6. Quantità di azoto residuo nel terreno (kg/ha), parametro necessario per l’attivazione degli allarmi e per la quantificazione delle somministrazioni azotate)

Funzionalità e struttura del modello

Il software del modello svolgerà la stima giornaliera delle varie componenti legate alla dinamica dell’azoto rizosferico e le riporterà come variabili di output in forma tabellare e grafica, per dare indicazioni dettagliate circa i componenti in entrata e in uscita dal sistema radicale. Svolgerà una stima giornaliera del livello di azoto residuo nel terreno che, a seconda della fase vegetativa considerata (iniziale, media, finale), sarà abbinato ad una soglia di allarme inferiore più o meno conservativa. L'allarme verrà inviato in forma di SMS e/o Email.

Il livello di soglia sarà utilizzato dal modello per l’impostazione degli allarmi sia in gestione real time, per l’impostazione degli allarmi che per la schedulazione del piano complessivo di fertirrigazione, al momento di start del modello.

Il modello al suo interno è suddiviso in tre sottomodelli:

  • Sottomodello di Crescita colturale, che stima la crescita delle piante sia in termini di biomassa sia in termini volumetrici dell'apparato radicale.

  • Sottomodello del Bilancio dell’Azoto, che stima i termini additivi e sottrattivi di azoto nella rizosfera e, svolgendo un bilancio, ne monitora il livello all’interno degli apparati radicale.

  • Sottomodello del Bilancio Idrico, che valuta i volumi di acqua in ingresso e in uscita dal sistema.

ll modello al fine di analizzare gli stress idrici e i volumi di fertirrigazione integra il bilancio dell’azoto giornaliero con il bilancio idrico in una modalità simile a quella già vista per il modello IRR, e quindi si collega direttamente a questo, adattandolo tuttavia in maniera specifica sugli impianti di fertirrigazione a goccia (forma geometrica del bulbo di terreno bagnato - Vedasi Figura 4) e considerando gli apporti dal punto di vista volumetrico piuttosto che lineare (profondità irrigua).

I termini valutati nel bilancio dell’azoto sono i seguenti (vedasi Figura 3):

  • Assorbimento dell’azoto colturale tramite un approccio dinamico, in grado di valutare l’accrescimento della massa colturale (Termine SDW - Shoot Dry Weight) al netto degli eventuali fattori di stress (effetto termico e idrico, negativi sulla crescita). (sottomodello Bilancio dell’Azoto).

  • Mineralizzazione della sostanza organica (sottomodello Bilancio dell’Azoto).

  • Presenza di nitrati nell’acqua di irrigazione (sottomodello Bilancio dell’Azoto).

  • Aumento dell’intercettazione dello stock di azoto minerale per crescita progressiva dell’apparato radicale (sottomodello Crescita colturale).

Figura 3 - Schema concettuale delle relazioni tra le varie componenti del bilancio dell'azoto all'interno del sottomodello

I termini valutati nel bilancio idrico da parte del modello sono i seguenti (sottomodello Bilancio idrico):

  • Evapotraspirazione giornaliera attraverso l’equazione di Hargreaves-Semani, calibrata per il territorio di applicazione.

  • Stima della Riserva Facilmente Utilizzabile, tramite la calibrazione di θcc e θpa (utilizzo di pedofunzioni, o utilizzo di valori categorie tessiturali USDA - metodo FAO).

  • Pioggia efficace

  • Irrigazione effettiva

  • Movimento di acqua nel terreno per differenze di potenziale idrico:

    • movimento verticale: risalita capillare.

    • movimento orizzontale tra la porzione di terreno direttamente bagnato dall’emettitore e quello radicale.

Il modello, considerando la brevità della stagione vegetativa, presuppone che la deposizione di azoto atmosferico e le emissioni gassose (volatilizzazione, denitrificazione) si equivalgono e quindi si annullino tra loro.

Figura 4 - Rappresentazione tridimensionale simulativa di interazione tra l’apparato radicale effettivo e il suolo bagnato negli impianti di fertirrigazione a doppia fila.

Modalità di running: Real time - Planning

Nella modalità “in tempo reale” (Real time) Il modello calcola giornalmente la quantità di azoto presente nella zona radicale effettiva tramite la routine di bilancio dell’azoto. Quando la disponibilità di azoto all’interno del volume radicale effettivo scende al di sotto di un valore di soglia inferiore definito sulla fase del ciclo vegetativo il software invia un messaggio di allerta (SMS e/o Email) all’utilizzatore. Il software non da indicazioni specifiche sulla quantità di fertilizzante da applicare che sono a discrezione dell’utilizzatore.

Nella modalità “pianificatoria” (Planning) il software fornisce ad inizio ciclo una stima di massima della schedulazione del piano di fertirrigazione. Di default, il modello considera che la somministrazione di fertilizzante viene effettuata in concomitanza della prima irrigazione successiva al raggiungimento della soglia di allarme inferiore di azoto residuo nel terreno.

I valori di soglia inferiore critica per la somministrazione del fertilizzante (in kg/ha), uguali in entrambe le modalità di running del DSS, sono diverse a seconda della periodo del ciclo vegetativo in cui le piante si trovano (iniziale - dalla semina al pieno sviluppo; media - a pieno sviluppo; e finale - a maturità ) e sono pre-impostate di default per coltura.

La quantità di azoto da somministrare in Kg/ha viene calcolata nella simulazione del piano di fertirrigazione (modalità di planning) sulla base dell’assorbimento di azoto da parte delle piante fino alla prossima irrigazione (Figura 5) al netto dei termini additivi (rilascio per mineralizzazione della S.O. e intercettazione per crescita radicale). Tale quantità netta di azoto viene aumentata o diminuita nel calcolo della dose da somministrare tramite la moltiplicazione per un coefficiente KNrate che dipende dalla fase vegetativa. Attraverso tale coefficiente si introduce un grado di cautela a seconda della sensibilità produttiva delle piante nel momento di somministrazione del fertilizzante. Un coefficiente molto cautelativo è impostato durante la fase di rapida crescita delle piante, uno mediamente cautelativo durante la fase di pieno sviluppo. infine uno poco cautelativo durante la fase di maturità delle piante.

Approfondimento: Procedure di calcolo modello

Di seguito vengono riportate alcune nozioni sulle procedure di calcolo eseguite dal DSS per la stima delle componenti del ciclo di fertirrigazione

Crescita biomassa secca / ha
Crescita radicale e Bulbo umido irriguo
Ciclo dell'Azoto
Crescita biomassa secca / ha

Questa subroutine del modello calcola l’accrescimento in biomassa secca ad ettaro delle colture utilizzando i gradi giorno all’interno di una funzione di crescita specifica per coltura. Nella funzione vengono coinvolti parametri conosciuti per ogni coltura come la massima resa agricola, l’indice di raccolta (Harvest Index), il tenore in sostanza secca delle piante e il numero di piante ad ettaro.

Nel calcolo della crescita in termini di biomassa, inoltre, vengono valutati i seguenti aspetti:

  1. Setting della biomassa secca iniziale delle piante (se poste a dimora tramite impianto)

  2. Effetto dello stress termico sulla crescita

  3. Effetto dello stress termico sulla fertilità delle piante

  4. Effetto dello stress idrico sulla crescita.

Infine, tramite una procedura di calibrazione modellistica, attivabile su richiesta anche dall’utente, è possibile calibrare ulteriormente il modello sui reali valori di biomassa secca (a circa un terzo del ciclo vegetativo) del proprio appezzamento.

La procedura richiede:

  • Raccolta di 10-30 piante ad ettaro.

  • Misurazione della biomassa secca per pianta.

  • Inserimento del dato mediato sull’intero campione nel software.

Crescita radicale e Bulbo umido irriguo

Il modello valuta i seguenti parametri (vedasi Figura 3)

  • Apparato radicale effettivo, rappresentato tridimensionalmente da un ellissoide mezzo troncato.

  • Volume di irrigazione (Bulbo irriguo), ossia la porzione di suolo bagnata direttamente dall’impianto di irrigazione. Negli impianti di microirrigazione (fertirrigazione) viene rappresentato anch’esso da un ellissoide mezzo troncato.

  • Tipo di impianto di fertirrigazione (se scelto dall’utilizzatore), a singola o doppia fila, e l’interfaccia irrigua che si forma tra gli apparati radicali e i volumi di irrigazione

Ciclo dell'Azoto

Assorbimento dell'azoto

L’Assorbimento dell’azoto da parte delle piante viene calcolato tramite l’approccio proposto da Lemaire e Salette (1984) che stima l’assorbimento radicale sulla concentrazione critica (minima) di azoto in relazione alla biomassa secca totale delle piante

Mineralizzazione della S.O.

L’aumento dello stock di azoto nel terreno per la mineralizzazione della sostanza organica viene calcolato secondo il modello proposto da Hénin & Dupuis (1945), modificato e validato da Boiffin et al. (1986) e da Mary & Guérif (1994), che considera Il coefficiente di mineralizzazione a sua volta stimato giornalmente sulla base della tessitura del suolo (presenza di argilla), del carbonato di calcio presente (CaCO3) e della temperatura dell’aria. Il coefficiente di mineralizzazione tiene conto anche di fattori come la gestione agronomica dei residui colturali e il tipo di lavorazione del terreno.

Intercettazione radicale dell'azoto

Infine, l’aumento di azoto per intercettazione volumetrica del terreno da parte dell’apparato radicale durante la sua crescita viene stimato moltiplicando i contenuti di nitrato (NO3-) e di ammonio (NH4+) risultanti dall’analisi del suolo effettuata ad inizio del ciclo colturale per l’incremento radicale volumetrico (giornaliero)

Funzionalità aggiuntiva: zone ZVN

Attivabile su scelta dell’utilizzatore la modalità sviluppata per le zone ZVN (vulnerabili ai nitrati) fa in modo di consigliare una dose volumetrica di acqua di irrigazione per cui la profondità della porzione di terreno bagnato dall’impianto non superi la profondità radicale effettiva. Questa modalità permette, tramite l’effettuazione di irrigazioni più frequenti e meno intense, di prevenire la percolazione dell’acqua di falda al di sotto della zona radicale e quindi la lisciviazione dei nitrati presenti dal terreno alla falda sottosuperficiale.

Esempio interfaccia di output (modalità planning)

Di seguito viene riportato un esempio grafico di una possibile schedulazione del piano di fertirrigazione. In modalità planning i dati climatici utilizzati per lo svolgimento della proiezione pianificatoria sono quelli storici. Di conseguenza, essa fa riferimento ad un'annata climatica media.

Figura 5 - Interfaccia di schedulazione del piano di fertirrigazione e di crescita colturale. La tabella visualizza esclusivamente le giornate in cui vengono simulate gli interventi di irrigazione e di fertirrigazione. Per ogni riga riporta i termini di acqua irrigua somministrata ad ettaro e i termini più significativi del bilancio dell’azoto (Nota: le perdite per lisciviazione e la presenza di nitrati nell’acqua irrigua non vengono evidenziate nella tabella). Water vol. (m3/ha) - Volume di acqua di irrigazione somministrata per ogni intervento. N input (kg/ha) - Quantità di azoto somministrato negli interventi di fertilizzazione. Σ N upt (kg/ha) - Quantità di azoto assorbito dalle colture a partire dalla data di semina/impianto. N fr OM (kg/ha) - Contributo di azoto derivato dalla mineralizzazione della sostanza organica. N mineral (kg/ha) - Contributo di azoto intercettato per crescita dell’apparato radicale. N res (kg/ha) - Quantità di azoto residuo nel terreno radicale effettivo.

Bibliografia di riferimento

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