M. Bindi

DISAT - UNIFI, P.le delle Casc ine 18, 50144 - Firenze

Conoscenze attuali del Conoscenze attuali del possibile impatto dei possibile impatto dei

cambiamenti climatici sulla cambiamenti climatici sulla produzione agricolaproduzione agricola

Roma, 3 - 4 Aprile 2003Roma, 3 - 4 Aprile 2003

II° WORKSHOPII° WORKSHOPProgetto “Cambiamaneti Climatici e Agricoltura - CLIMAGRI”Progetto “Cambiamaneti Climatici e Agricoltura - CLIMAGRI”

Prima SessionePrima Sessione““L’impatto del clima sulla produzione agricola” L’impatto del clima sulla produzione agricola”

Argomenti presentazioneArgomenti presentazione

Relazioni tra cambiamenti climatici Relazioni tra cambiamenti climatici ed ecosistema agricoloed ecosistema agricoloStumenti di studioStumenti di studioRisposta componenti sistema Risposta componenti sistema agricoloagricoloAree vulnerabiliAree vulnerabiliStrategie di adattamentoStrategie di adattamentoAttivita’ future di ricerca e politica Attivita’ future di ricerca e politica agricolaagricola

settori economici e dei sistemi ambientali settori economici e dei sistemi ambientali

THE POSSIBLE EFFECTS OF CLIMATE CHANGE ON VARIOUS EU SECTORS AND SYSTEMS

MINERALS/MINING

MANU-FACTURING

INSURANCE

CONST-RUCTION

FINANCE

TRANSPORT

HEALTH

AGRICULTUREIN S. EU

WATER

SOILS

NATURALECOSYSTEMS

ENERGY

FORESTRY

AGRICULTUREIN N. EU

RECREATION

Changes primarily in supply side

Changes primarily in demand side

Cha

nges

inpo

ten

tials

upp

lyo

rd

eman

din

vari

ous

sect

ors

and

syst

ems

(+) INCREASE

(-) DECREASE

RECREATIONIN N. EU

MINERALS/MINING

MANU-FACTURING

INSURANCE

CONST-RUCTION

FINANCE

TRANSPORT

HEALTH

AGRICULTUREIN S. EU

WATER

SOILS

NATURALECOSYSTEMS

ENERGY

FORESTRY

AGRICULTUREIN N. EU

RECREATION

Changes primarily in supply side

Changes primarily in demand side

Cha

nges

inpo

ten

tials

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lyo

rd

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din

vari

ous

sect

ors

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syst

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(+) INCREASE

(-) DECREASE

MINERALS/MINING

MANU-FACTURING

INSURANCE

MINERALS/MINING

MANU-FACTURING

INSURANCE

CONST-RUCTION

FINANCE

TRANSPORT

HEALTH

CONST-RUCTION

FINANCE

TRANSPORT

HEALTH

AGRICULTUREIN S. EU

WATER

SOILS

NATURALECOSYSTEMS

ENERGY

FORESTRY

AGRICULTUREIN N. EU

RECREATION

AGRICULTUREIN S. EU

WATER

SOILS

NATURALECOSYSTEMS

ENERGY

FORESTRY

AGRICULTUREIN N. EU

RECREATION

Changes primarily in supply side

Changes primarily in demand side

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nges

inpo

ten

tials

upp

lyo

rd

eman

din

vari

ous

sect

ors

and

syst

ems

(+) INCREASE

(-) DECREASE

RECREATIONIN N. EU

Effetto cambiamenti climatici

Cambiamenti climatici e Cambiamenti climatici e AgricolturaAgricoltura

CO2

Possibili Benefici dei

Cambiamenti Climatici

sull’Agricoltura

Possibili Svantaggi deiCambiamenti

Climaticisull’Agricoltura

Più frequenti e severi

Eventi siccitosi

Allungamento periodo di crescita

Incremento precipitazioni

Innalzamento livello dei mari, incremento alluvioni e salinizzazione

terreni

Crescita più veloce,periodi di crescita più corti

Stress termici

Incremento Assimilazione

Efficienza idrica

Effetto diretto Effetto diretto (var. gas-serra)(var. gas-serra)Effetto indiretto Effetto indiretto (var. climatiche)(var. climatiche)

Effetto diretto + indirettoEffetto diretto + indiretto

Impatto sul sistema agricolo attraverso la loro azione sui vari componenti del sistema agricolocomponenti del sistema agricolo:

Eff etto diretto Eff etto indiretto Componenti Fattori

CO2 Temperature Pioggia/Vento Piante Accumulo s.s.

Uso acqua Durata ciclo Areali coltivazione

Accumulo s.s.

Animali Produzione f oraggio

Crescita e riproduzione

Salute

Acqua Riserve idriche suolo

Richieste idriche Salinizzazione

Altezza f alda

Suolo Decomposizione s.o. Ciclo N,K,P

Erosione eolica ed idrica

Fitopatie e insetti

Qualita’ biomassa pianta ospite

Prolif erazione insetti Diff usioni batteri e f unghi

I nf estanti Competizione con colture

Effi cienza erbicidi

Componenti del sistema agricolo Componenti del sistema agricolo

Effetto cambiamenti climaticiEffetto cambiamenti climatici

Indiretti

-

-

I ndici Bio- climaticiGCMs

ModificheArealicoltivazione

Indiretti

-

-

I ndici Bio- climaticiGCMs

ModificheArealicoltivazione

I ndici Bio- climaticiGCMs

ModificheArealicoltivazione

Gennaio Tmed. > 4°CLuglio Tmed > 22°C e < 30°C

Precip. Ann. > 200 mmBindi e Ferrini, 1992

Gennaio Tmed. > 4°CLuglio Tmed > 22°C e < 30°C

Precip. Ann. > 200 mmBindi e Ferrini, 1992

Variazioni variabili clim. (Temp., Rad., Precip.)

Variazioni variabili clim. (Temp., Rad., Precip.)

GCMsGCMs Fattori ambientali lim. crescitaFattori ambientali lim. crescita

Variazione areale coltivazioneVariazione areale coltivazione

CO2 esperimenti(laboratorio,serre,FACE)

Eff etti CO2

e altri fattorilimitanti suirisposta fisiologicacolture

Diretti

CO2 esperimenti(laboratorio,serre,FACE)

Eff etti CO2

e altri fattorilimitanti suirisposta fisiologicacolture

CO2 esperimenti(laboratorio,serre,FACE)

Eff etti CO2

e altri fattorilimitanti suirisposta fisiologicacolture

DirettiCamere di crescita (ambiente controllato)

FACE (condizioni di campo)Tunnel (CO2 temperatura)

Sistema di arricchimentoFACE

Sistema di arricchimentoCO2

Modelli Circolazione GenaraleModelli Circolazione Genarale Esperimenti effetto CO2Esperimenti effetto CO2

Variazioni variabili climatiche(Temp., Rad., Precip.)

Variazioni variabili climatiche(Temp., Rad., Precip.)

Modelli di simulazioneFrumento e Girasole

Modelli di simulazione

Variazioni quantita’ prod.Variazioni quantita’ prod. Variazione qualita’ prod.Variazione qualita’ prod.

Modifiche gestione colturale (varieta’, fertiliz., ecc.)Modifiche gestione colturale (varieta’, fertiliz., ecc.)

11

44

22

33

Diretti +Indiretti

-

-

-

ModellicrescitaGCMsesperimenti

CO2

Sviluppo,rese,produzione

Strumenti

Obiettivi

Impatti

Strumenti e obiettivi di studioStrumenti e obiettivi di studio

Risposta colture agricoleRisposta colture agricole

Frumento

500070009000

11000

- 2 0 2 4 6Temperature (°C)

gran

ella

(k

g/ha

)

Trifoglio

5000

60007000

8000

- 2 0 2 4 6

Temperature (°C)s.

s.

(kg/

ha)

Effetto variazioni Effetto variazioni climaticheclimatiche

• Modifica areali di coltivazione (espansione areale di coltivazione olivo e vite)

Effetto COEffetto CO22

• Incremento rese unitarie delle maggiori colture agrarie ( tasso fotosintetico; efficienza WUE):

• C3 30 %• C4 10%

Risposta delle componenti del sistema Risposta delle componenti del sistema agricolo:agricolo: PiantePiante

• Variazione lunghezza periodo crescita

• Riduzione rese unitarie colture a ciclo determinato

• Aumento rese unitarie colture a ciclo indeterminato

Risposta delle componenti del sistema Risposta delle componenti del sistema agricolo: agricolo: PiantePiante

Effetto combinato (CO2 + variazioni climatiche)• Produzione mediaProduzione media

• Specie C3Specie C3 (ortaggi, frumento, vite) • Specie C4 e colture estiveSpecie C4 e colture estive (mais, girasole)

• Variabilita’ produzioneVariabilita’ produzione • Qualita’ produzioneQualita’ produzione

-20 -10 0 10 20

vegetable

wheat

grape

sunflower

maizeYield impact (%) *

(V+)

Q= quality; V= yield variability

(V+; Q-)

Risposta delle componenti del sistema Risposta delle componenti del sistema agricolo:agricolo: SuoloSuolo

Fertilità del suolo ed erosioneFertilità del suolo ed erosione

• Incremento temperature: decomposizione sostanza organica e conseguente

riduzione di fertilità ciclo degli elementi nutritivi (carbonio, azoto, fosforo,

potassio) nel sistema suolo-pianta-atmosfera (aumento emissione gas serra, es. CO2 and N2O).

• Aumento CO2: processi di fissazione dell’azoto per l’aumento sviluppo

radicale sequestro sostanza organica per l’aumento biomassa

accumulata• Variazioni Precipitazioni:

erosione eolica per una riduzione crescita radicale e decomposizione s.o (minori precip. estive).

erosione idrica (aumento frequenza ed intensita’ di eventi piovosi estremi)

Risposta delle componenti del sistema Risposta delle componenti del sistema agricolo:agricolo: AcquaAcqua

Disponibilità acquaDisponibilità acquaLa disponibilità di acqua () per la contemporanea variazione delle

precipitazione e per l’aumento dell’evapotraspirazione (altri fattori degradazione suoli e sedimentazione per erosione) (es. –20% precip. aumento del rischio di approvvigionamento di acqua dal 1% al 38%; <1000 m3 a persona in vaste aree del sud ed est del Med.)

La domanda di acqua per irrigazione () determinando una piu’ accentuata competizione con gli altri settori (civile, industriale) (es. aumento domanda del 7% con riduzioni precip. 10% e aumenti temp. 2°C)

Picchi di domanda per irrigazione () per una piu’ accentuata presenza di ondate di calore

Qualità acquaQualità acquaRischio di salinizzazione delle acque () a causa di maggiori livelli

evaporativi, aumento livello mare, aumento prelievi (es. 1 m. aumento livello mare riduzione del 40% riserve idriche, Malta)

Inquinamento delle acque () a causa della riduzione livello fiumi e laghi.

Fitopatie incremento temperature potrà favorire la proliferazione degli insetti

parassiti (stagione di crescita più lunga, maggiori probabilità di sopravvivenza durante il periodo invernale)

Aumento concentrazioni CO2 potrà influire sui fabbisogni nutritivi dei insetti parassiti attraverso una azione sulla quantità e la qualità della biomassa della pianta ospitante (aumento del rapporto C/N)

Alterazioni delle caratteristiche dei venti potranno cambiare la diffusione sia dei parassiti che dei batteri e dei funghi agenti delle malattie delle colture.

InfestantiLa diversa risposta delle specie coltivate e di quelle infestanti potrà portare ad alterazioni delle interazioni competitive infestante-coltura:

L’incremento di concentrazione del CO2 stimolerà la fotosintesi nelle specie C3, sia coltivate che infestanti, ed aumenterà il risparmio di uso dell'acqua sia nelle specie C3 che in quelle C4

Variazioni di temperatura, precipitazioni, vento e umidità dell’aria potrà interferire con l’azione di controllo degli erbicidi

Risposta delle componenti del sistema Risposta delle componenti del sistema agricolo:agricolo: Fitopatie e InfestantiFitopatie e Infestanti

Effetti diretti azione sulla salute, sviluppo e riproduttività degli animali

Effetti indiretti variazioni della disponibilità e dei prezzi degli alimenti vegetali

(cereali, leguminose, ecc.) variazioni della produttività dei pascoli e delle colture foraggere

(impatto positivo dell’aumento delle concentrazioni di CO2 sulla produzione di latte ottenuto da animali con una alimentazione a base di leguminose, es. trifoglio)

Spese di alloggiamento del bestiame (isolamento ambienti e condizionamento dell ’aria)

Turn-over e perdite delle sostanze nutritive per la produzione di concime animale (aumento della volatilizzazione dell'ammoniaca con l'aumento della temperatura)

Variazioni della distribuzioni delle malattie che agiscono sul bestiame

Risposta delle componenti del sistema Risposta delle componenti del sistema agricolo:agricolo: Allevamento di bestiameAllevamento di bestiame

Risposte sistema agricoloRisposte sistema agricolo:: Aree VulnerabiliAree Vulnerabili

Aree settentrionali Benefici

introduzione nuove colture incremento produzioni espansione aree utilizzabili per la coltivazione

Svantaggi incremento della protezione delle piante incremento rischio di lisciviamento accelerazione decomposizione s.o.

Aree meridionaliBenefici

introduzione nuove specieSvantaggi

riduzione produzioni incremento variabilita’ produzione riduzione aree utilizzabili per colture tradizionali

Le aree marginali Settentrionali e MeridionaliLe aree marginali Settentrionali e Meridionali per la produzioni di colture tradizionali risulteranno particolarmente sensibili e vulnerabili ai cambiamenti climatici:

Strategie di adattamentoStrategie di adattamento

Strategie agronomiche Aggiustamenti a breve-termine Adattamenti a lungo-termine

Strategie Economiche e AgronomicheStrategie Economiche e Agronomiche avranno un ruolo rilevante per ridurre le perdite o accentuare i guadagni dovuti ai cambiamenti climatici:

Strategie economicheStrategie economiche prevedono di rendere i costi agricoli inferiori in funzione delle variazioni che si verificheranno a carico delle produzioni

Strategie agronomicheStrategie agronomiche prevedono di evitare totalmente o parzialmente la riduzione delle produzioni agricole

Primi interventi di difesa contro gli effetti dei cambiamenti Primi interventi di difesa contro gli effetti dei cambiamenti climatici che climatici che prevedono di ottimizzare la produzione con prevedono di ottimizzare la produzione con variazioni minime (come costi) del sistema agricolovariazioni minime (come costi) del sistema agricolo, , attraverso modifiche:attraverso modifiche:

gestione dei sistemi colturaligestione dei sistemi colturali conservazione dell'umidità del suoloconservazione dell'umidità del suolo

• Gestione dei sistemi colturaliGestione dei sistemi colturali::• impiego contemporaneo di varietà con caratteristiche

diverse (ridurre variabilità produzione)•cambio varietà•cambio pratiche agronomiche (data di semina)•cambio tipo e/o modalità di impiego di fertilizzanti e

pesticidi

• Conservazione umidità del suoloConservazione umidità del suolo::• introduzione tecniche di conservazione dell'umidità (no

tillage, pacciamatura, ecc. )•gestione irrigazione (ammontare ed efficienza)

Strategie di adattamento: Aggiustamenti a breve-termine

Interventi che prevedono di ovviare alle avversità determinate dai cambianti climatici attraverso modifiche strutturali del sistema produttivo agricolo:

• Cambio dell’uso-suoloCambio dell’uso-suolo per ottimizzare o stabilizzare produzione (es. Sostituzione di colture con alta variabilità inter-annuale (frumento) con colture a più bassa variabilità (pascoli))

• Sviluppo di nuove cultivarSviluppo di nuove cultivar per adattarsi agli stress indotti dai cambiamenti climatici piu’ velocemente (miglioramento genetico tradiz. o biotecnologie)

• Sostituzione coltureSostituzione colture per conservare meglio l'umidità del suolo (es. mais con sorgo)

• Modifiche del microclimaModifiche del microclima per migliorare l’efficienza dell’uso dell’acqua (es. frangivento, colture intercalari, ecc.)

Strategie di adattamento: Adattamenti a lungo-termine

Valutazione Valutazione dell’effetto strategie dell’effetto strategie

di adattamentodi adattamento

Source: Rosenzweig and Parry, 1994.

Livello 1 di adattamento:Livello 1 di adattamento:• data di semina di data di semina di

meno di un mese,meno di un mese,• cultivar,cultivar,• irrigazione (+ acqua) irrigazione (+ acqua)

Livello 2 di adattamento:Livello 2 di adattamento:• data di semina di piu’ data di semina di piu’

di un mese,di un mese,• cultivar nuove,cultivar nuove,• irrigazione irrigazione

(installazione) (installazione) • fertilizzantifertilizzanti

Variazioni regionali (%) nella produzione di cereali e altre colture per uno scenario f uturo UKMO

Cereali Altre colture

Solo eff etto clima - 23 - 13 + eff etto C02 - 4 - 1 + livello 1 adattamento * +2 +3 + livello 2 adattamento ** +4 +5

Attività di RicercaAttività di Ricerca::

Aspetti da esaminare in dettaglioAspetti da esaminare in dettaglio Sviluppo di scenari climatici futuri che forniscano informazioni

sull’incidenza degli eventi isolati estremidegli eventi isolati estremi (grandine, forti venti, alluvioni, stress termici) e della variabilità climaticae della variabilità climatica

Impatto sui fattori secondari delle produzione agricolafattori secondari delle produzione agricola (es. suolo, infestanti, agenti patogeni, ecc.)

Impiego delle tradizionali tecniche genetichetradizionali tecniche genetiche o delle nuovenuove biotecnologiebiotecnologie per rispondere alle variazioni climatiche (siccità, salinizzazione acque, ondate di caldo, gelate tardive, ecc.)

Studio dell’impatto dei cambiamenti climatici a livello di sistema sistema colturale e aziendalecolturale e aziendale e non solo a livello di singola coltura

Strategie politicheStrategie politiche::

Risorse su cui agire Risorse su cui agire Riformare la Riformare la politica agricolapolitica agricola per incoraggiare un uso per incoraggiare un uso

flessibile dei terreni agricoli flessibile dei terreni agricoli (Risorsa: Terreno).(Risorsa: Terreno). Riformare la Riformare la gestione acqua gestione acqua per incoraggiare un più prudente per incoraggiare un più prudente

uso delle risorse idriche uso delle risorse idriche (Risorsa: acqua)(Risorsa: acqua) Migliorare l’efficienza della Migliorare l’efficienza della produzione di ciboproduzione di cibo ed esplorare ed esplorare

nuove fonti energetiche alternative nuove fonti energetiche alternative per aumentare per aumentare accumulo di carbonio nelle piante e nel suolo accumulo di carbonio nelle piante e nel suolo (Risorsa: energia)(Risorsa: energia)

Conservare il germoplasma di Conservare il germoplasma di piante ed animalipiante ed animali (Risorsa: (Risorsa: biodiversita’)biodiversita’)

Incoraggiare la ricerca per l’adattamento e sviluppo di Incoraggiare la ricerca per l’adattamento e sviluppo di nuovi nuovi sistemi aziendali e lo sviluppo di nuove varietà, specie sistemi aziendali e lo sviluppo di nuove varietà, specie ecc. ecc. (Risorsa: capacita’ di ricerca)(Risorsa: capacita’ di ricerca)

ConclusioniConclusioni

Le correnti Le correnti differenze di capacita’ produttivedifferenze di capacita’ produttive tra le aree tra le aree settentrionali e meridionali si accentueranno sempre di piùsettentrionali e meridionali si accentueranno sempre di più

La variabilita’ delle produzioni agricole La variabilita’ delle produzioni agricole crescerà, in special crescerà, in special modo nelle aree più meridionali dove si accentueranno del modo nelle aree più meridionali dove si accentueranno del condizioni di stress idricicondizioni di stress idrici

Le strategie di adattamentoLe strategie di adattamento potranno essere impiegate per potranno essere impiegate per ridurre gli svantaggi introdotti di cambiamenti climaticiridurre gli svantaggi introdotti di cambiamenti climatici

L’attività di ricerca L’attività di ricerca dovrà orientarsi verso l’analisi dettagliata dovrà orientarsi verso l’analisi dettagliata degli effetti sui fattori secondari della produzione e su studi a degli effetti sui fattori secondari della produzione e su studi a livello di sistema colturale ed aziendalelivello di sistema colturale ed aziendale

La futura politica agricolaLa futura politica agricola dovrà favorire un impiego delle dovrà favorire un impiego delle risorse piu’ flessibile (terreno) ed adeguato (acqua) in modo tale risorse piu’ flessibile (terreno) ed adeguato (acqua) in modo tale da sopperire alla diminuzione produzione quali-quantitativa e ad da sopperire alla diminuzione produzione quali-quantitativa e ad aumenti della variabilità produttivaaumenti della variabilità produttiva