Modelli gestionali
Guida informativa dei modelli gestionali per il controllo fertirriguo del substrato colturale, supportati da WiforAgri/WiforWine
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Guida informativa dei modelli gestionali per il controllo fertirriguo del substrato colturale, supportati da WiforAgri/WiforWine
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Il modello di irrigazione WiForAgri costituisce un sistema di monitoraggio, previsione ed allertamento del contenuto idrico del terreno colturale.
Sulla base delle caratteristiche agronomico-colturale del lotto agricolo, 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 idrici in entrata e in uscita dal suolo e fornirà giornalmente una serie di informazioni a descrizione dello status idrico attuale, 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.
Oltre a queste informazioni, fornite in formato grafico a lettura immediata, il modello integra un sistema di allertamento automatico (SMS e/o Email) in grado di comunicare all'utente l’avvicinarsi del momento critico per cui è richiesta un'irrigazione. Sarà quindo possibile evitare uno deficit idrico eccessivo e dannoso per le piante e per la produzione conoscendo in anticipo uno stato di criticità idrica che necessità di un intervento di irrigazione.
Il volume di irrigazione ottimale (irrigazione consigliata per il singolo intervento di irrigazione - in metri cubi o litri ad ettaro) 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 indicare i litri di acqua persi/sprecati per ogni singolo intervento irriguo ritenuto eccessivo.
Il DSS di gestione irrigua sarà inoltre interfacciabile con il modello di concimazione che valuterà una serie di aspetti legati congiuntamente all'irrigazione ed alla concimazione:
le perdite per lisciviazione dei nitrati nell’acquifero sottosuperficiale
le quantità di azoto (N) somministrabili in concomitanza agli interventi irrigui (nei sistemi di fertirrigazione).
Per il corretto funzionamento del modello l'utente dovrà:
fornire una-tantum (dati di setup) informazioni agronomiche-colturali sul lotto agricolo irrigato e sul suo terreno;
fornire giornalmente le eventuali irrigazioni svolte;
aggiornare periodicamente le fasi fenologiche delle colture irrigate.
Nella seguente tabella si riportano i dati inseriti dall'user.
Data di semina (per le colture se seminatave)
Tipo di coltura: Vite, Mais, Soia, Colza, Sorgo, Fruttiferi (Melo, Pero, e altri)
Tipo di terreno: Sabbioso, Sabbia Franca, Limoso, Argilloso Limoso, e altri.
Tipo di impianto irriguo: Ad aspersione (sprinkler), a goccia (microirrigazione), a perno centrale (pivot), e altri.
Altezza delle piante a pieno sviluppo
Profondità della falda conosciuta
Il DSS necessità dei seguenti dati meteo giornalieri per funzionare (raccolte dalle stazione WiForAgri)
Temperatura media giornaliera [°C]
Temperatura minima giornaliera [°C]
Temperatura massima giornaliera [°C]
Velocità del vento media giornaliera [m/s] - opzionale
Umidità relativa minima giornaliera [%]
Pioggia totale giornaliera [mm]
Deficit idrico ad inizio della giornata attuale [mm]
Evapotraspirazione giornaliera effettiva e massima possibile [mm]
Riserva totale e riserva facilmente utilizzabile [mm]
Perdite di acqua di irrigazione per drenaggio profondo [litri/ha] - perdiata giornaliera e cumulata dall'inizioe della stagione
Status idrico attuale: indica se si verifica la condizione di stress idrico per le piante (perdita di produttività) all'inizio della giornata attuale.
Evapotraspirazione effettiva totale riferita all'intero ciclo colturale [mm]
Evapotraspirazione massima totale riferita all'intero ciclo colturale [mm]
Differenza tra evapotraspirazione massima ed effettiva per l'intero ciclo [mm]
Resa agricola massima a maturità colturale [t/ha]
Resa agricola effettiva a maturità colturale (stimata) [t/ha]
Perdita di resa agricola [t/ha]
Totale acqua irrigata [mm]
Totale acqua irrigata persa per drenaggio profondo [mm]
Totale acqua piovuta [mm]
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).
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.
Alla seguente tabella vengono forniti alcuni dettagli circa i metodi di calcolo dei singoli componenti considerati nel modello irriguo.
Il modello calcola giornalmente l’entità di tale riserva (FRU), che dipende dal tipo di terreno (granulometria) e dalla capacità estrattiva della singola specie/coltura coltivata. Tale riserva indica la porzione di acqua facilmente utilizzabile dalle piante stesse senza andare incontro a meccanismi di stress (chiusura degli stomi e riduzione della evapotraspirazione).
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Il modello di concimazione WiForAgri è caratterizzato da una forte livello di personalizzazione e da un'estrema semplicità di utilizzo. In estrema sintesi il modello fornirà stime giornaliere sulla necessità di somministrare i nutrienti NPK (azoto, forsforo e potassio) evitando carenze e/o somministrazioni eccessive (fonte di spreco ed inquinamento). Il modello di concimazione inoltre collabora con il modello di irrigazione ed è utilizzabile anche per le somministrazioni combinate di acqua e nutrienti (impianto di fertirrigazione).
Attraverso l'utilizzo del DSS di concimazione l’utilizzatore potrà conseguire i seguenti obiettivi:
Ottimizzare le tempistiche e l’intensità degli interventi di concimazione in maniera adeguata alle esigenze nutritive delle specifiche piante coltivate, del terreno di simulazione e dell'anno climatico in corso;
Ridurre il tasso di lisciviazione dei nitrati verso le fonti d’acqua sensibili a tale forma di inquinamento;
Somministrare la quantità di fertilizzante NPK nei modi e nei tempi corretti a seconda dei fattori agronomici coinvolti.
I dati di input richiesti all'utente utilizzatore sono suddivisi in:
dati di setup richiesti una tantum all’inizio del ciclo colturale (es esempio dimensioni e localizzazione appezzamento, tipo di terreno);
dati giornalieri inseriti dall’utente durante il ciclo stesso (fertilizzazioni ed eventuali irrigazioni effettuate).
Concentrazione di Nitrati (NO3) e di Ammonio (NH4+) iniziale nel suolo (analisi terreno).
Concentrazione di Sostanza Organica nel suolo, di azoto totale e carbonato di calcio totale (analisi terreno).
Concentrazione di Nitrato nell’acqua di irrigazione al fine del calcolo dei nitrati aggiuntivi (analisi dell’acqua di irrigazione) - dato facoltativo.
Elevata personalizzazione e calibrazione accurata: per ogni coltura selezionabile dall’utente, il modello seleziona automaticamente ben 71 parametri di calibrazione specifici (oltre a quelli inseriti dall’utente) che servono per ottimizzare e personalizzare accuratamente il calcolo del modello per ogni coltura ed ogni specifico ecosistema terreno-piante-clima.
Quantità di fertilizzante (azoto) somministrato in data odierna (kg/ha);
Tipo di fertilizzante utilizzato (pronta o lenta cessione).
Quantità di azoto residuo nel terreno (kg/ha) - bilancio dell'azoto:
Necessità di somministrare azoto (N);
Necessità di somministrare fosforo (P) e potassio (K);
Dosaggio suggerito per P e K in base al dosaggio di N della concimazione di effettuata;
Quantità di azoto rilasciato e disponibile per le piante (kg/ha) relativo alle fertilizzazioni svolte durante il ciclo colturale;
Quantità di azoto rilasciato per mineralizzazione della sostanza organica del suolo (kg/ha);
Quantità di azoto minerale intercettato per crescita dell’apparato radicale (kg/ha);
Quantità di azoto assorbito dalle piante (kg/ha);
Quantità di azoto residuo nel terreno (kg/ha), parametro necessario per l’attivazione degli allarmi e per la quantificazione delle somministrazioni azotate);
Volume di acqua irrigua somministrata (in litri/ha) - se configurato assieme al modello di irrigazione.
Il 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 minima di allarme.
Il livello di soglia (quantità minima di azoto residuo nel terreno) sarà utilizzato dal modello per l’impostazione degli allarmi mail/SMS.
Il modello al suo interno è suddiviso in tre sotto-modelli:
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. Il fabbisogno di P e K viene stimato a partire dal fabisogno di N secondo tabelle proporzionali NPK specifiche per coltura.
Sottomodello del Bilancio Idrico che valuta i volumi di acqua in ingresso e in uscita dal sistema.
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).
Mineralizzazione della sostanza organica.
Presenza di nitrati nell’acqua di irrigazione.
Aumento dell’intercettazione dello stock di azoto minerale per crescita progressiva dell’apparato 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.
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 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 limitando quindi la lisciviazione dei nitrati verso la falda sotto-superficiale.
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