Gestione della risorsa idrica, problemi e opportunità

L’applicazione dell’acqua in agricoltura e il consumo controllato delle risorse idriche è stato un fattore essenziale per l’incremento della produttività agricola e per assicurare la prevedibilità dei risultati produttivi. L’acqua è una risorsa essenziale per esprimere il potenziale di resa del suolo e per permettere a varietà di piante e animali di qualità superiore di beneficiare di altri fattori che accrescono il rendimento produttivo agricolo.

Grazie all’incremento della produttività, la gestione idrica sostenibile (soprattutto se combinata con un’attenta amministrazione del suolo) contribuisce a garantire una produzione agricola di qualità superiore sia per il consumo diretto che per la vendita commerciale, generando inoltre surplus economici che sono necessari a risollevare le economie rurali. A partire dagli anni ’60, la produzione alimentare globale è riuscita per lo meno a stare al passo con la crescita della popolazione mondiale, fornendo maggiori quantitativi di cibo pro capite a prezzi generalmente sempre più bassi, ma a un costo eccessivo per le risorse idriche del pianeta. Alla fine del XX secolo, a livello mondiale l’agricoltura consumava mediamente il 70% di tutti i prelevamenti idrici e la Fao calcola che entro il 2030 le estrazioni idriche mondiali per l’irrigazione aumenteranno di circa il 14%, anche se si tratta di un tasso di crescita molto più basso di quello registrato negli anni ’90 (Fao, 2002). Nel contesto agricolo italiano il cambiamento climatico influenzerà negativamente la produttività delle colture e in particolare per le primaverili-estive per cui è previsto un incremento d’uso dell’acqua (Maracchi, 2000).

In generale, le cause di contrazione della risorsa idrica, in cui l’agricoltura gioca un ruolo chiave, sono imputabili a: perdite dell’acqua irrigua, crescente inquinamento dei corpi idrici (sedimenti, sali disciolti, metalli pesanti, agrofarmaci e patogeni) e processi di cambiamento climatico. Come detto, l’acqua in agricoltura ha un valore aggiunto di trasformazione superiore a qualsiasi altro mezzo tecnico e di conseguenza l’uso efficiente della risorsa idrica risulta determinante per la redditività e sostenibilità dei sistemi agricoli (modificato da Ceccon et al., 2017).

Gestione del sistema suolo-pianta

(Tratto da Ceccon et al., 2017)

Nel contesto globale, l’utilizzo efficiente della risorsa idrica in agricoltura assume un ruolo chiave se si pensa che l’acqua effettivamente utilizzata dalle colture ammonta a circa il 45% di quella somministrata con l’irrigazione.

L’ottimizzazione d’efficienza d’uso dell’acqua si ottiene ottimizzando la traspirazione (T) a scapito delle perdite di evaporazione (E) del sistema suolo-pianta. In tal senso, nella gestione dell’agroecosistema le scelte agronomiche saranno volte a massimizzare la disponibilità idrica nel suolo ai fini traspirativi e minimizzare le perdite di evaporazione del suolo e di traspirazione da parte delle piante (infestanti).

L’aumento del contenuto di umidità del suolo può essere perseguito mediante l’aumento della capacità di invaso e di ritenzione idrica, nonché dell’infiltrazione superficiale e la riduzione del ruscellamento. Questi obbiettivi possono essere raggiunti attraverso il miglioramento e stabilizzazione della struttura e l’aumento dello spessore dello strato attivo del terreno corroborati dalla corretta gestione dei residui colturali.

Una volta immagazzinata la riserva idrica nel terreno, bisogna limitare le perdite di acqua attraverso interventi riguardanti la regolazione climatica, il suolo e la coltura. Per quanto riguarda i fattori climatici ed il suolo, gli interventi sono finalizzati a ridurre l’evapotraspirazione (E+T) e l’afflusso di acqua liquida sulla superficie mediante:

• pacciamature, ovvero copertura del terreno con materiale vegetale o fil plastici;
  frangiventi vivi o morti;
• ombreggiamento realizzato con reti ombreggianti o reti antigrandine; controllo delle infestanti che rappresentano una massa vegetale traspirante che depaupera le riserve idriche del terreno;
• lavorazioni superficiali effettuate alla profondità di 10-15 cm sia in pre-semina (erpicatura) che in presenza della coltura (sarchiatura) molto efficaci nella rimozione delle infestanti, nella riduzione della ET e nel favorire l’infiltrazione dell’acqua piovana;
• mantenimento dello stock di carbonio organico nel suolo.

Il carbonio organico è una componente della materia organica del suolo che costituisce una piccola porzione del terreno ma svolge un ruolo fondamentale nella funzione fisica, chimica e biologica del suolo e tra molteplici funzioni, contribuisce alla ritenzione ed alla disponibilità idrica. Il contenuto di carbonio nei suoli agricoli può essere incrementato adottando le cosiddette pratiche di gestione raccomandate (Recommended Management Practices, Rmp) che consistono in: lavorazioni minime del terreno, “no-till” (non-lavorazioni¹ ), colture di copertura ²  ed input esterni come compost e biochar (Bellieni et al., 2017).

Strategie irrigue

La pratica irrigua tradizionale ha tra gli obiettivi la massimizzazione della resa e la riduzione dell’aleatorietà delle produzioni. Tuttavia, la somministrazione di volumi crescenti di acqua comporta una perdita di efficienza complessiva che è legata sia alle quantità erogate, sia alla difficoltà di utilizzare eventuali piogge durante la stagione irrigua, con il risultato di un aumento della frazione non utile dell’acqua distribuita.

Una corretta programmazione irrigua si basa innanzitutto sul calcolo del volume di adacquamento e sulla tempestiva individuazione del momento in cui intervenire con l’irrigazione. A tal fine, è di fondamentale importanza la conoscenza di:

• consumi irrigui delle colture;
• caratteristiche idrologiche del terreno;
• metodo irriguo da adottare;

Per determinare i consumi idrici (volumi) delle colture va considerato l’intero sistema suolo-pianta-atmosfera che porta alla determinazione dell’evapotraspirazione. Per massimizzare l’efficacia dell’intervento irriguo in termini produttivi è necessario individuare, in funzione della specie e della fase fenologica, un punto limite di umidità del terreno, superiore al punto di appassimento³, al di sotto del quale non è opportuno scendere. Questo limite viene definito limite di intervento irriguo, ed è solitamente espresso come percentuale dell’acqua disponibile massima ed è fortemente legato al tipo di coltura in funzione della quale può assumere valori molto diversi.

Quanto detto può essere riassunto nel bilancio idrico, che considera i volumi di acqua in ingresso, in uscita e immagazzinati in un determinato volume di suolo e in un definito periodo di tempo e si ottiene mediante l’equazione riportata di seguito:

P + I + A_f ± △W – R – D – (E + T) = 0

dove

P = pioggia; I = irrigazione; A_f = falda; R = ruscellamento; D = percolazione/drenaggio; E = evaporazione da suolo; T = traspirazione; ± △W = variazione del contenuto idrico del terreno

Queste informazioni risultano utili sia per tarare le strategie di coltivazione finalizzate a minimizzare le perdite e ottimizzare l’uso della risorsa idrica, sia per gestire la programmazione irrigua.

Ai fini della compilazione giornaliera del bilancio idrico si richiede la conoscenza dell’ET giornaliera e della riserva idrica utilizzabile del suolo oltre che degli apporti idrici naturali e delle perdite. Attualmente si stanno diffondendo dei modelli in grado di elaborare dati meteorologici e dati relativi alle caratteristiche del terreno in modo da fornire indicazioni precise su quando e quanto irrigare. Nelle situazioni più avanzate tali informazioni vengono messe a disposizione degli agricoltori, via internet e gratuitamente, dai consorzi di bonifica, ma la prospettiva di una condivisione delle informazioni su larga scala secondo il modello “blockchain”⁴  potrebbe facilitare l’ottenimento e l’implementazione di questo tipo di dati.

Smart agriculture

La programmazione della prossima Politica Agricola Comune (PAC 2021-27) converge verso un modello di agricoltura intelligente, moderna, veloce e resiliente. Il concetto “smart” indica la capacità dell’agricoltura di adattarsi ai cambiamenti dei mercati, di essere sostenibile, di utilizzare più tecnologia, di produrre alimenti sicuri, di qualità e diversificati. Per fare questo, la nuova Pac dovrà sostenere gli investimenti nella ristrutturazione, modernizzazione e diversificazione delle aziende agricole, diffondendo in maniera capillare le nuove tecnologie che sono le sole capaci di garantire il raggiungimento degli obiettivi della politica agricola europea post 2020. (Frascarelli, 2020).

Questo modello si basa sull’idea di creare sistemi di supporto decisionale che poggiano su tecnologie Ict (Information and Communications Technology) in grado di raccogliere ed elaborare dati in tempo reale e che hanno la capacità di fornire informazioni riguardanti tutti gli aspetti legati alla coltivazione. Dal punto di vista della gestione della risorsa idrica questi supporti contribuiranno alla diminuzione del consumo idrico grazie a sensori dell’umidità del suolo e previsioni meteorologiche più precise.

Note

1. Prevedono una semina diretta su terreno con apposite seminatrici che smuovono il terreno soltanto sulle file di semina per garantire l’apertura di piccoli solchi e la copertura di semi ivi deposti con il terreno derivante dall’apertura dei solchi stessi (Ceccon et al., 2015).

2. Colture erbacee coltivate generalmente tra due colture principali senza scopi di reddito, ma con la funzione di mantenere coperto il terreno nei periodi scoperti degli avvicendamenti e di conservare/incrementare la fertilità dei suoli (Antichi, 2018)

3. Quantità di acqua (per unità di peso o di volume di suolo ed espressa in percentuale) che è trattenuta con elevate forze dalle particelle terrose tale che le radici non possono assorbirla  (https://www.unirc.it/documentazione/materiale_didattico/598_2010_235_9555.pdf).

4. La blockchain (letteralmente “catena di blocchi”) è una struttura dati condivisa e immutabile. È definita come un registro digitale le cui voci sono raggruppate in blocchi, concatenati in ordine cronologico, e la cui integrità è garantita dall’uso della crittografia. Sebbene la sua dimensione sia destinata a crescere nel tempo, è immutabile in quanto, di norma, il suo contenuto una volta scritto non è più né modificabile né eliminabile, a meno di non invalidare l’intera struttura (Wikipedia).

Scrive per noi

Anna Della Marta

Anna Dalla Marta è ricercatrice presso l'Università di Firenze e docente di Agronomia Generale nei corsi “Scienze vivaistiche, ambiente e gestione del verde” (6 CFU) e “Natural Resources Management for Tropical Rural Development” (2 CFU). Le sue attività di ricerca comprendono: Agrometeorologia e agronomia, modellazione delle relazioni tra variabili meteorologiche e colture (crescita, sviluppo, produzione e qualità). Analisi e applicazione di modelli agrometeorologici per la simulazione della bagnatura fogliare su colture a canopy orizzontale e verticale. Studio degli impatti delle precipitazioni e delle tecniche colturali su erosione del suolo, runoff e lisciviazione; Sostenibilità ambientale, Life Cycle Assessment (LCA) e Water Footprint di diverse colture food e no-food e valutazione della sostenibilità delle filiere agroalimentari e agro-energetiche. Analisi del ruolo dell'agricoltura nella mitigazione dei cambiamenti climatici sia attraverso la riduzione delle emissioni di gas serra dei processi produttivi, e la produzione di energia rinnovabile; Agricoltura di precisione, dal 2010 collabora alle sperimentazioni in campo finalizzate allo sviluppo di modelli in grado di valutare e monitorare la variabilità produttiva del frumento attraverso l'uso di dati multispettrali, campionamenti a terra, e modellazione delle colture.
Dal 2009 è Field Editor dell’Italian Journal of Agrometeorology ed è revisore per numerose riviste (Journal of Hydrology, European Journal of Agronomy, Biomass and Bioenergy, Italian Journal of Agrometeorology, Science of the Total Environment, Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change). Collabora a numerosi progetti nazionali e internazionali in materia di modellizzazione delle produzioni agricole, valutazione degli impatti del cambiamento e della variabilità climatica sulla resa e la qualità delle produzioni, agricoltura di precisione, impronta idrica delle colture. È autrice di oltre 35 pubblicazioni scientifiche su riviste internazionali peer-reviewed.

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• Interventi30 Maggio 2020Gestione della risorsa idrica, problemi e opportunità