Evoluzione dei sistemi colturali a seguito di cambiamenti climatici (CLIMESCO) Linea 3...

Evoluzione dei sistemi colturali a seguito di cambiamenti climatici (CLIMESCO)

Linea 3Linea 3 - - OTTIMIZZAZIONE DELLE RISORSE IDRICHEOTTIMIZZAZIONE DELLE RISORSE IDRICHEAttivita’ 3.3 - - Evoluzione dei coefficienti colturali e delle Evoluzione dei coefficienti colturali e delle resistenze colturali in relazione ai cambiamenti climaticiresistenze colturali in relazione ai cambiamenti climatici

Linea 4Linea 4 – SIMULAZIONE DI SCENARI COLTURALI – SIMULAZIONE DI SCENARI COLTURALIAttività 4.1/3Attività 4.1/3 – Simulazione di scenari irrigui – Simulazione di scenari irrigui

Bari novembre 2007Bari novembre 2007

Dipartimento di Scienze dei Sistemi Colturali, Forestali e dell’Ambiente, Dipartimento di Scienze dei Sistemi Colturali, Forestali e dell’Ambiente, Università della Basilicata.Università della Basilicata. (Perniola Michele, Lovelli Stella, Caponio Tommaso, Di Tommaso Teo)

Collaborazione con CRA-istituto Sperimentale per la Cerealicoltura, Sop di Collaborazione con CRA-istituto Sperimentale per la Cerealicoltura, Sop di Foggia, commessa esterna di UNIFG. Foggia, commessa esterna di UNIFG. (Troccoli Antonio)(Troccoli Antonio)

La conduttanza stomatica diminuisce del 22% circa;

Non si osserva alcuna differenza significativa della densità stomatica.

(Ainsworth and Rogers, 2007)

CONDUTTANZA STOMATICACONDUTTANZA STOMATICA

Attivita’ 3.3 - - Evoluzione dei coefficienti colturali e delle resistenze colturali in Evoluzione dei coefficienti colturali e delle resistenze colturali in relazione ai cambiamenti climaticirelazione ai cambiamenti climatici

Effetto dei cambiamenti climatici sulla Effetto dei cambiamenti climatici sulla TRASPIRAZIONE a livello fogliareTRASPIRAZIONE a livello fogliare

Si ha una riduzione della conduttanza stomatica

Gli effetti contrapposti si compensano tra di loroLa minore traspirazione

determina un aumento della temperatura fogliare

Vpd all’interno delle foglie, aumenta e conseguentemente aumentando il gradiente del Vpd la traspirazione aumenta

Nel processo di scaling a livello di canopy intervengono numerose altre variabili.

Al fine di valutare i consumi idrici complessivi di una coltura, dobbiamo considerare anche l’effetto del mutato regime termico sulla fenologia e sulla durata complessiva del ciclo colturale.

ET =

ac

aAApaN

rr

reecGR

/1

/

Dati colturali:Resistenza del manto vegetale (s m-1)Resistenza aerodinamica (s m-1)

L’effetto dei cambiamenti climatici sui consumi idrici delle colture vengono complessivamente considerati dalla equazione

di Penman-Monteith

Dati climatici:Umidità dell’aria (KPa)Radiazione (MJ m-2 d-1)Temperatura dell’aria (°C)Velocità del vento (m s-1)

Attivita’ 3.3 - - Evoluzione dei coefficienti colturali e delle Evoluzione dei coefficienti colturali e delle resistenze colturali in relazione ai cambiamenti climaticiresistenze colturali in relazione ai cambiamenti climatici

Calcolo dell’ETc secondo l’approccio “two steps” FAO Irrigation and Drainage Paper n.56 (Allen et al., 1998)

ET =

ac

aAApaN

rr

reecGR

/1

/

x Kc

z

ohomma

uK

zdzhzdzr

2^

/ln/ln

Modifica dei parametri resistivi della Penman-Monteith per il calcolo dell’evapotraspirazione di riferimento (Allen et al., FAO paper #56)

(Con d=2/3 h e h=0,12m, ra=208/U2)

attivoLAI

rrc

s

(Con rs =100 s m-1 e LAIattivo =1,44, rc=70 s m-1)

Considerando un aumento della rs del 22% e del LAI attivo del 4%rs=128 s m-1 e LAIattivo =1,50, rc=85 s m-1)

Variazioni di temperatura (°C)

0 1 2 3 4 5 6

Var

iazi

oni d

i ET

o (%

)

-5

0

5

10

15

20

rc = 70 s m-1

rc = 85 s m-1

versione "Standard" della P-M applicatasu base media giornaliera con i dati del 1985di Metaponto

Correzione dei coefficienti colturali per il calcolo dell’Evapotrasirazione massima della coltura (Allen et al., FAO paper #56)

Effetto della velocità del vento, dell’altezza della coltura e dell’umidità dell’aria sul valore del Kc

Kc=Kctab+[0,04(U2-2)-0,004(RHmin-45)](h/3)0,3

Allen et al., 1998


La correzione della durata delle 4 fasi è stata effettuata considerando la somma termica delle singole fasi calcolata secondo il metodo NOAA

0

n0vegmed )T(TGDD


giorni dalla semina

0 30 60 90 120 150 180 210

coef

ficie

nte

coltu

rale

(K

c)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

giorni dal trapianto

0 30 60 90 120

coef

ficie

nte

coltu

rale

(K

c)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

Frumento

Pomodoro

Rielaborato da Rubino et al., 1985

Rielaborato da Rubino e Tarantino, 1984

Andamento dei coefficienti colturalimisurati da lisimetro a Policoro su frumento e pomodoro

Somma termica (GDD)

Frumento (T0=5 °C)

I fase = 252II fase = 345III fase = 401IV fase = 492Totale =1490

Pomodoro (T0=10 °C I fase, 15°C succ.)

I fase = 60II fase = 99III fase = 198IV fase = 285Totale = 642

Attività 4.1/3Attività 4.1/3 – Simulazione di scenari irrigui – Simulazione di scenari irrigui

SCENARI

Località: Metaponto

Scenari climatici: dati misurati del 1985 del 2006 e scenario A2 (900 ppm CO2) del 2071

Colture: Frumento e Pomodoro

Indicazioni attese

Trend climatico dell’area metapontina

Bilancio idrico semplificato dei tre scenari

Consumi idrici ed irrigui e deficit idrici delle due colture nei tre scenari

Effetto del deficit idrico sulla produzione potenziale


Trend Climatico

anni

1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100

tem

pera

tura

med

ia a

nnua

le (

°C)

10

15

20

25

30misurato 1961-2006 A2 (900 ppm CO2) 2071-2100

anni

1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100

piog

gia

tota

le a

nnua

(m

m)

0

200

400

600

800

1000

+ 83 mm

+ 4.8 °C

+ 7.4 °C

- 77 mm

+ 1.3 °C ET

o-p

iogg

ia to

tale

me

nsile

(m

m)

0

100

200

300

400

1985

ET

o-p

iogg

ia to

tale

me

nsile

(m

m)

0

100

200

300

400

ETo P-M pioggia pioggia utile

2006

-807-840

-648-750

genn

aio

febb

raio

mar

zoap

rile

mag

gio

giugn

olug

lio

agos

to

sette

mbr

e

otto

bre

nove

mbr

e

dicem

bre

ET

o-p

iogg

ia to

tale

me

nsile

(m

m)

0

100

200

300

400

-1134-1167

A2-2071

Temperature medie e precipitazioni totali annue del periodo 1960 2100 misurate a Metaponto e previste per lo scenario A2

Evapotraspirazione di riferimento e piogge totali e utili mensili secondo il trend osservato nel 1985 e 2006 e quello previsto nello scenario A2 del 2071

Bilancio idrico semplificato


Trend Climatico mensile

Anni

Te

mp

era

tura

me

dia

me

nsi

le (

°C)

5

10

15

20

25

30

35

giugno

maggio

aprile

marzo

febbraiogennaio

Temperatura media mensile

Anni

1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100

Te

mp

era

tura

me

dia

me

nsi

le (

°C)

5

10

15

20

25

30

35luglioagosto

ottobre

novembre

dicembre

Anni

Pio

gg

ia (

mm

)

0

20

40

60

80

100

giugnomaggio

aprile

marzo

febbraio

gennaio

Pioggia totale mensile

Anni

1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100

Pio

gg

ia (

mm

)

0

20

40

60

80

100

luglioagosto

settembre

ottobre

novembre

dicembre

Anni

rad

.glo

ba

le m

ax

me

dia

me

nsi

le

50

60

70

80

90 giugno

maggio

aprile

marzo

febbraiogennaio

Radiazione globale

Anni

1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100ra

d.g

lob

ale

ma

x m

ed

ia m

en

sile

(%

)

50

60

70

80

90luglioagosto

settembre

dicembre


Trend delle precipitazioni

Trend delle precipitazioni in funzione della latitudine elaborato da vari modelli per i prossimi 70 anni connessi ad un raddoppio della concentrazione di CO2. La linea viola tratteggiata indica l’andamento delle precipitazioni osservato nell’ultimo secolo (fonte CIMIP-2, coupled model intercomparison Project 2).


Consumi idrici ed irrigui e deficit idrici di frumento e pomodoro nei tre scenari

Modello CropWat (Clarke e Smith, 1998)

Parametri relativi al suolo:

Sabbia: 2,2%Limo: 46,7Argilla: 51,1C.I.C.=38,5% (-0,03 MPa)P.A. = 18,7% (-1,50 MPa)T.A.W.=180 mm/m M.I.R.=40 mm/d

Parametri relativi alla coltura:

FrumentoData di semina: 20 NovembreProfondità radicale: 30-120 cmRiserva facilmente utilizzabile: 50-80% T.A.WKy: 0,4; 0,6; 0,8; 0,4; (1,0).Irrigazione per aspersione (E.M.=70%)

PomodoroData di trapianto: 20 AprileProfondità radicale: 25-100 cmRiserva facilmente utilizzabile: 30; 40; 50%% T.A.WKy: 0,5; 0,6; 1,1; 0,1; (1,05).Irrigazione a microportata di erogazione (E.M.=90%)

Attività 4.1/3Attività 4.1/3 – Simulazione di scenari irrigui – Simulazione di scenari irriguiConsumi idrici ed irrigui e deficit idrici di frumento e pomodoro nei tre scenari

Parametri relativi alla coltura: Coefficienti colturali

giorni dalla semina

0 30 60 90 120 150 180 210

coef

ficie

nte

coltu

rale

(K

c)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

Kc 1985 Kc 2006Kc A2 2071

Frumento

giorni dal trapianto

0 30 60 90 120

coef

ficie

nte

coltu

rale

(K

c)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

Pomodoro

Consumi idrici ed irrigui e deficit idrici del frumento nei tre scenari

ET

o

ET

c

Pog

gia

tot.

Pio

ggia

ut.

Fab

biso

gni i

rr.

mm

0

100

200

300

400

500

600

700

1985 2006 A2 2071

Frumento

1985 (Y.R. in assenza di irrigazione 10,4%)


A2 2071 (Y.R. in assenza di irrig. 12,1%)

Bilancio idrico e risposta produttiva del frumento secondo il trend osservato nel 1985 e 2006 e quello previsto nello scenario A2 del 2071

ET

o

ET

c

Pog

gia

tot.

Pio

ggi

a ut

.

Fab

biso

gni i

rr.

mm

0

100

200

300

400

500

600

700Pomodoro

Consumi idrici ed irrigui e deficit idrici del Pomodoro nei tre scenari



A2 2071 (Y.R. in assenza di irrig.65,3%)

Bilancio idrico e risposta produttiva del Pomodoro secondo il trend osservato nel 1985 e 2006 e quello previsto nello scenario A2 del 2071

Attività 4.1/3Attività 4.1/3 – Simulazione di scenari irrigui (area del metapontino) – Simulazione di scenari irrigui (area del metapontino) Prime “parziali” conclusioniPrime “parziali” conclusioni• Il modello di simulazione climatica conferma la tendenza misurata nell’ultimo decennio ad un significativo aumento delle temperature (dell’ordine 0,06 °C/anno) e ad una riduzione delle precipitazioni totali annue di circa il 15% (rispetto al 1985) di cui si modifica la distribuzione durante l’anno a favore dei periodi autunnali e primaverili.

•L’aumento delle temperatura e la concomitante prevista riduzione delle precipitazione porta ad un aumento del deficit idrico potenziale annuo.

•Per le colture a ciclo autunno-primaverile, come il frumento, non si prevede un ulteriore aumento del deficit idrico rispetto all’attualità. La riduzione dei consumi idrici (per la riduzione della durata del ciclo colturale e, in parte, per la parziale chiusura stomatica) in concomitanza con la più favorevole distribuzione delle piogge, andranno probabilmente a compensare la maggiore domanda evapotraspirativa dell’ambiente determinata dall’aumento della temperatura.

•Per le colture a ciclo primaverile-estivo, come il pomodoro, si prevede invece un consistente aumento del deficit idrico e, quindi, dei fabbisogni irrigui. Per le colture che svolgono il loro ciclo in questo periodo dell’anno, infatti, il consistente aumento della domanda evapotraspirativa dell’aria non riesce ad essere compensato dalla riduzione del ciclo colturale e dalla parziale chiusura stomatica.

Consumi idrici ed irrigui e deficit idrici del frumento in funzione dell’epoca di semina


Bilancio idrico e risposta produttiva del frumento secondo il trend osservato nel 2006 in funzione dell’epoca di semina


Semina 20-11Ciclo: 205 ggETc: 537 mmPu 299 mm

Semina 1-11Ciclo: 212 ggETc: 459 mmPu 345 mm

coef

ficie

nte

coltu

rale

(K

c)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

Kc semina 1-11Kc semina 20-11

Nov Dic Gen Feb Mar Apr Mag Giu

Evoluzione dei sistemi colturali a seguito di cambiamenti climatici

Bilancio idrico e risposta produttiva del pomodoro secondo il trend osservato nel 2006 in funzione dell’epoca di trapianto

Consumi idrici ed irrigui e deficit idrici del pomodoro in funzione dell’epoca di trapianto



trapianto 20-4Ciclo: 93 ggETc: 557 mmPu: 77 mmV.I.: 480

trapianto 1-4Ciclo: 111 ggETc: 558 mmPu: 83 mmV.I.: 475

coef

ficie

nte

coltu

rale

(K

c)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

Kc trapianto 1-4Kc trapianto 20-4

Apr Mag Giu Lug

Evoluzione dei sistemi colturali a seguito dei cambiamenti climatici


Scelta delle colture e avvicendamenti: Colture erbacee e orticole: più indicate le microterme, colture da energia, areali di colt. per le macroterme, scelta varietale etc.Colture arboree: per i nuovi impianti scelta del sito di coltivazione per il fabbisogno in freddo, scelta varietale.

Sistemazioni idrauliche agrarie: Sistemazioni in piano: per il modificato regime delle precipitazioni maggiore ristagno Sistemazioni in pendio: maggiore erosione e minore imagazzinamento idrico

Lavorazioni: Aratura: valutare bene i pro (regimazione idraulica, immagazzinamento idrico, controllo infestanti etc.) e i contro (s. organica, bilancio energetico, economico)

Impianto delle colture: Epoca di impianto:

Concimazione: C. azotata: rivedere i piani di concimazione in funzione delle reali asportazioni, della mineralizzazione, del regime delle precipitazioni (lisciviazione) etc-


Sostanza organica:Maggiore temperatura più elevato tasso di mineralizzazione, rivedere i bilanci della S.OIn funzione del sistema colturale.

Irrigazione:Per le colture estive: consumi più elevati, minori apporti naturali (piogge e falda), attingimento più elevato da falda, subsidenza e salinizzazione.

• Azioni per incentivare il risparmio della risorsa idrica.

• Azioni di razionalizzazione delle attività irrigue, al fine di ridurre il rischio di salinizzazione delle falde e di conseguenza dei suoli;

• Azioni per un corretto uso delle acque saline;

• Azioni finalizzate ad incentivare il riuso in agricoltura delle acque reflue depurate;

• Azioni tese alla ricarica della falda;

• Azioni per il ripristino degli equilibri e della funzionalità del sistema idrogeologico;

• Azioni per limitare l’emungimento delle acque sotterranee;

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