AgronomiaAgronomia

Docente: Marco Campus

ECOSISTEMAECOSISTEMAUnità spazialmente individuabile che include

- tutti gli organismi viventi- tutte le componenti fisiche e chimiche

e considera tutte le interazioni tra essi e il livello di organizzazione autonoma.

IDROSFERALITOSFERA

pedosfera

BIOSFERA ATMOSFERA

AgroecosistemaAgroecosistemaGli agroecosistemi differiscono da quelli naturali per l’azione dell’uomo:

•riduzione della complessitàriduzione della complessità biologica: solo le specie coltivate sono volute

•somministrazione di input energeticiinput energetici

•asportazione di biomassa (output energetici)(output energetici)

•miglioramento miglioramento produttivo delle parti di pianta utili (genetica)

•perturbazioniperturbazioni (lavorazioni, irrigazione)

Agronomia: insieme delle tecniche per MIGLIORAREMIGLIORARE la produttività primaria alterando il meno possibile l’ambiente produttivo

Imperativo: lasciare alle generazioni successive un ambiente non compromesso

obbiettivi tecnici:

•garantire il reddito agli operatori

•evitare eccessi di concimazioni

•evitare erosione

•impiego razionale mezzi chimici

•contenere la desertificazione

AgroecosistemaAgroecosistemaClima

•radiazione

•temperatura

•precipitazioni

Pianta•Genotipo

•Produttività

•adattabilità all’ambiente

Suolo•caratteristiche fisiche

•acqua

•elementi chimici

•temperatura

Interventi Agronomici

•lavorazioni

•irrigazione

•diserbo

•difesa fitosanitaria

Aspetti economici e sociali

Ambiente biologico•infestanti

•microbiologia del suolo

•crittogame

•Animali

Atmosfera•Composizione

•Inquinamento

Anidride carbonica (CO2): 1. deriva da un bilancio che vede alla voce attiva la combustione del carbonio (fuoco, combustibili fossili, respirazione degli organismi viventi) ed alla voce passiva l'organicazione da parte dei vegetali; 

2. è presente negli strati più bassi dell'atmosfera; 3. la sua concentrazione negli strati più bassi dipende prevalentemente dall'attività degli organismi vegetali ed animali (alle nostre latitudini è maggiore d’inverno e minore d’estate (così come è più alta di notte e più bassa di giorno); (di notte le piante respirano, ma non fotosintetizzano)

 

atmosfera 750

superficie oceano1020

sedimenti150

DOC <700

5,560

1,6 90

92

91,6100

61,4 0,5

5040

6

4

6

0,2

prod

uzio

ne

prim

aria

e re

spiraz

ione

uso

del

suolo

Ciclo globale del Carbonio (Valori in miliardi di tonnellate di C)Ciclo globale del Carbonio (Valori in miliardi di tonnellate di C)

combustibili fossili e produzione cemento

vegetazione 610suolo e detriti 1580

totale 2190

biota marino 3 oceano intermedioe profondo

38100

CARATTERISTICHE• intensità di flusso•composizione spettrale (400-700 nm)• radiazione fotosinteticamente attiva (50% luce incidente, picchiA 430 e 680 nm)

Unità di misura• flusso: MJ m-2 d-1 (o KJ m-2 d-1) o watt m-2 o cal cm2 d-1

• fotometria: micromoli di fotoni s-1 m-2 (Einstein s-1 m-2)• illuminazione: lux, basati sulla sensibilità dell’occhio umano

RADIAZIONE

RADIAZIONE NETTARADIAZIONE NETTA

EMISSIONE DI SUOLO E ATMOSFERA•Suolo e atmosfera hanno a loro volta una emissione di radiazione, dipendente dalla temperatura, nell’infrarosso a onda lunga (3000-10000 nm). Quella dell’atmosfera è riemessa verso il suolo (effetto serra)

BILANCIO•La radiazione netta (Rn) che costituisce l’effettivo apporto energetico al suolo, è quindi data da:Rn=Rg(1-) - RsRg=radiazione globale Rs=radiazione suolo; =albedo (Rr/Rg).

• Il bilancio per l’intera terra è in pari; è positivo durante il giorno e negativo durante la notte•Le diverse parti della terra hanno bilanci differenti, da cui differenze di temperature, circolazione di masse d’aria, effetti sulla meteorologia

•Senza atmosfera il suolo riemetterebbe più radiazione di quanto ne ha assorbita durante il giorno; in notti molto terse il pericolo di gelate per irraggiamento è maggiore (ridotto effetto serra da parte dell’atmosfera)

Flussi di energia solare (in miliardi di watt)Flussi di energia solare (in miliardi di watt)

radiazione solare

50.000energia riflessa nello spazio

120.000energia assorbita dalla terra

calore

energiacinetica

fotosintesi

calore latenteenergia potenziale

riscaldamento globale

traspirazione evaporazione

produzione di vento e onde

biomassa

radiazione infrarossanello spazio

Sole

60.000

26.400

3.600

1.200

Anche se la fotosintesi riesce ad assorbire solo l'1% dell'energia solare che arriva sul Pianeta, riesce ad assorbire una quantità di energia pari a 9 volte il consumo energetico di tutti gli abitanti della Terra. Vale a dire che circa il 10% dei vegetali prodotti della fotosintesi, se utilizzati per produrre energia, basterebbero a soddisfare il fabbisogno energetico di tutta la popolazione mondiale

Radiazione globale

UTILIZZAZIONE DELLA RADIAZIONEUTILIZZAZIONE DELLA RADIAZIONE

Assimilazione lorda

Assimilazione netta

UTILIZZAZIONE della RADIAZIONEUTILIZZAZIONE della RADIAZIONE

A livello della foglia•Riflessione:mediamente una foglia riflette il 6% della radiazione incidente•Trasmissione: mediamente il 9%, ma può variare tra 0 (foglie spesse) e 40% (in foglie molto sottili)

•Assorbimento = 100 – riflessione (6%) – trasmissione(9%) -> (85% in media)

L’acquaL’acqua

Fondamentale per i vegetali

•costituente fino al 95% nei vegetali

•CO2+H2O=carboidrati nella fotosintesi

•in tutti i processi biochimici

•assorbimento delle sostanze nutritive e loro trasporto

•turgore dei tessuti

•riduzione del riscaldamento della parte epigea

Forme in cui compare

•Vapore (umidità assoluta e relativa dell’aria)

•Liquido (nel suolo, nelle piogge)

•Solido (ghiaccio, precipitazione di grandine e neve)

Quantità di pioggiaQuantità di pioggiaMedia della terra: 1000 mm anno-1

minimi 2-3 mm deserto del cile

massimo 12000 mm versante sud Himalaia

In Italia:

Minimi < 500 mm tavoliere delle Puglie, Sicilia sud ovest, Ovada

Massimi:alpi orientali 2500-3000 mm

Classificazioni climi in base alle piogge:

<250 mm arido: non si può fare agricoltura senza irrigazione

250-500 mm semiarido

500-750 mm subumido

> 750 mm umido: l’irrigazione non comporta incrementi produttivi (attenzione spesso non è vero!)

Indice di qualità del clima. Pioggia /PET 1961-1990 (media di pioggia annuale/media dell’evapotraspirazione potenziale annuale)

Mappa di sensibilità alla desertificazione dell’Italia. Basata sull’analisi ottenuta dal progetto DISMED, FMA ha elaborato la mappa della sensibilità alla desertificazione per l’Italia.

•Distribuzione stagionale delle piogge:

•Equatore ( °6) 2 stagioni delle piogge dopo gli equinozi, brevi

•tra 6 e 20°: 1 stagione delle piogge

•tra 20 e 35° alte pressioni: piogge scarse e irregolari deserti subtropicali

•>35° fascia temperata piogge più regolari a nord

Frequenza

Numero di giorni piovosi all’anno (si considera piovoso un giorno con precipitazioni > 1 mm)

piogge frequenti soprattutto nei periodi caldi sono le più favorevoli all’agricoltura

(Parigi 200 giorni piovosi, Marsiglia 60, Napoli 90-100, Mi e )

Intensità della pioggiaIntensità della pioggia

Si esprime in mm ora-1

pioviggine: <0,5 mm h-1

pioggia leggera 1 mm h-1

pioggia moderata 4 mm h-1

pioggia forte 15 mm h-1

pioggia violenta 40 mm h-1

nubifragio 100 mm h-1

le più efficaci per l’agricoltura sono quelle leggere e moderate, non danno luogo a ruscellamento

Piogge forti oltre al ruscellamento hanno azione battente sul terreno, con formazione di croste

Pioggia utile

Frazione della pioggia totale di un evento che può essere utilizzata dalle piante

Pioggia utile = pioggia totale

- perdite per ruscellamento

-perdite per percolazione al di sotto della zona esplorata dalle radici

-acqua trattenuta dalle foglie (1-5 mm)

EVAPOTRASPIRAZIONEEVAPOTRASPIRAZIONE==

CONSUMI IDRICI DI UNA COLTURA CONSUMI IDRICI DI UNA COLTURA

EVAPORAZIONE DAL SUOLOEVAPORAZIONE DAL SUOLO(max in assenza di coltura e nelle prime fasi)(max in assenza di coltura e nelle prime fasi)

++TRASPIRAZIONETRASPIRAZIONE

(max quando LAI è massimo)(max quando LAI è massimo)

semina raccolta

100%

0%

EE

TT

LAI max

L’ET è la voce negativa principale del BILANCIO IDRICO 

+ PIOGGIA + RISERVA UTILE + RISALITA CAPILLARE

- EVAPOTRASPIRAZIONE

- RUSCELLAMENTO SUPERFICIALE (max in terreni argillosi e in pendio)

- INFILTRAZIONE NEGLI STRATI PROFONDI

(max in terreni sabbiosi in piano)

Indispensabile conoscerla per

•adattabilità delle colture a diversi ambienti

•programmazione irrigua

•stime di produttività a scala territoriale

L’ ET si esprime in quantità di acqua per unità di superficie per unità di tempo

Generalmente in mm giorno-1, mm anno-1

Sapendo che:

1 mm 1 mm ==

1 L m1 L m-2-2

==10 m10 m33 ha ha-1-1

(1 L = 1 dm3)1 mm per m2 = 0.01 dm x 10 dm x 10 dm = 1 dm3 m-2

1 L x 10.000 m-2 =10.000 L ha-1

L’EVAPOTRASPIRAZIONE E’ UNA COMPONENTE DEL FLUSSO IDRICO NEL SISTEMA

SUOLO-PIANTA-ATMOSFERASUOLO-PIANTA-ATMOSFERA

COME TUTTI I FLUSSI (MOVIMENTO DI MATERIALE ATTRAVERSO UN SISTEMA)

ANCHE L’ET E’ REGOLATA DALLA LEGGE GENERALE DEL TRASPORTO (analogo alla legge di OHM):

FF112 2 = Ψ= Ψ22-Ψ-Ψ11/Resistenza/Resistenza

Assorbimentoradicale

Traspirazione

Evaporazione

IL POTENZIALE IDRICO E’IL POTENZIALE IDRICO E’:LA FORZA CON CUI L’ACQUA E’ TRATTENUTA

LA PRESSIONE (negativa, o SUZIONE) CHE SERVE PER ALLONTANARE L’ACQUA

L’ACQUA si muove da un punto con Ψ più alto (MENO NEGATIVO: es –20) ad uno con Ψ più basso (PIU’ NEGATIVO: es –100)

Meccanismo della ritenzione idrica nel terrenoLegenda:S: particella non colloidaleA: colloide mineraleH: colloide organicoI: acqua adsorbitaC: acqua capillarem: macroporo

ADATTAMENTO DELLE PIANTE ALLA DOMANDA ADATTAMENTO DELLE PIANTE ALLA DOMANDA EVAPOTRAPIRATIVAEVAPOTRAPIRATIVA

AUMENTO DEL FLUSSO IN INGRESSOAUMENTO DEL FLUSSO IN INGRESSO(assorbimento radicale)-aumento potere assorbente delle radici (abbassamento potenziale radicale) VELOCE- aumento della superficie assorbente(sviluppo apparati radicali) LENTORIDUZIONE DEL FLUSSO IN USCITARIDUZIONE DEL FLUSSO IN USCITA(traspirazione)-aumento della resistenza con var. morfologiche (peli cuticola,…) LENTO con chiusura stomatica VELOCE- riducendo la differenza Ψaria –Ψfoglia, abbassando il Ψfg con una aumento della concentrazione osmotica VELOCE

 DEFINIZIONIDEFINIZIONI  ETmax o ETc (crop) = EVAPOTRASPIRAZIONE MASSIMA DELLA COLTURA (in assenza di fattori limitanti)  ETr (reale) o ETa (actual) o ETe (effettiva) = ET della coltura in esame nelle condizioni reali ( è sempre ≤ ET max)  ETo (zero) o ETP (Potenziale) o ETr (reference) = ET di riferimento (di un prato di festuca alto 12 cm, cresciuto senza fattori limitanti) 

 ETmax = ETo x Kc  Kc = coefficiente colturale (rapporto tra l'ET della nostra coltura e quella del prato di riferimento)

 

EVAPOTRASPIRAZIONE POTENZIALE

per definirla si fa riferimento a una situazione specifica, standard:

•prato uniforme di Festuca arundinacea (copre il terreno per gran parte dell’anno in diversi climi, vegeta bene sia alte sia a basse T)

•in condizioni di rifornimento idrico ottimale

•tenuto a un’altezza tra 7 e 14 cm

•sufficientemente esteso da evitare effetto oasi

•esente da fitopatie

L’evapotraspirazione potenzialeL’evapotraspirazione potenziale

Può essere direttamente misurata in lisimetri a pesata, dove in un cassone cresce la coltura di riferimento e viene pesato con frequenza giornaliera; è difficile e oneroso, limitato ad alcuni centri di ricerca. Oppure con bilancio idrico (tecniche recenti: eddy covariance)

Può essere stimata a partire dai dati climatici: dipende infatti principalmente dalla radiazione netta (apporto di energia per l’evaporazione dell’acqua) e dal gradiente di pressione di vapore tra foglia e ambiente (umidità relativa e vento)

Formule per stimarla

Penman: tiene conto di tutti i fattori di cui sopra su base fisica, è tra le più precise. Richiede: Radiazione netta (ricavabile da quella globale), Tmax e Tmin, URmax e URmin, velocità del vento, flusso di calore nel suolo (stimabile da altre grandezze o trascurabile su scala di 3-5 giorni). Occorrono quindi stazioni meteo complete, poco diffuse.

Altre formule:

Hargreaves: richiede Tmax e Tmin; Priestley-Taylor: richiede radiazione globale e T°;

Blaney-Criddle, che usa la T° UR e Vento,

Thornthwaite, che usa la T° media mensile; è molto apprezzata dai climatologi, ma quasi inutile per gli agronomi.

Ci sono almeno un centinaio di formule, tutte con validità più o meno locale

Altre tecniche per stimarla

Si possono usare evaporimetri: dispositivi con acqua che evapora e che viene misurata; ve ne sono di tipo diverso,

funzionano tutti abbastanza bene perché l’evaporazione è condizionata dagli stessi fattori che condizionano quelli

della coltura. I più usati sono:

•Classe A, cilindro di 1,2 m di diametro e 25 di altezza poggiato su una pedana

•Colorado: quadrato, di 1 m di lato, interrato con l’acqua a livello suolo

•Piche: una provetta rovesciata, chiusa con carta da filtro e posto al riparo dalla radiazione. Costa poco e in

rapporto ai costi va bene (utile a livello aziendale)

Tutti gli evaporimetri hanno bisogno di coefficienti correttivi (UR, vento) per dare un valore di ETP

L’evapotraspirazione massimaL’evapotraspirazione massima

A una certa evapotraspirazione potenziale corrisponde un’evapotraspirazione reale da parte della coltura. Se la coltura è nelle stesse ottimali condizioni viste per l’ETP, e l’unica limitazione alle perdite di acqua è lo sviluppo della coltura stessa (che ad es. non ricopre completamente il terreno), si parla di EVAPOTRASPIRAZIONE MASSIMA.

All’evapotraspirazione massima la coltura è in condizioni fisiologiche ottimali, max produzione di s.s. Non sempre però in questa condizione si ottiene il massimo del prodotto desiderato e allora si parla di EVAPOTRASPIRAZIONE MASSIMA AGRONOMICA, per la quale si ottiene il massimo del prodotto voluto (es bietola a ETM produce troppe foglie e i fittoni non hanno il max contenuto di saccarosio)

Per calcolare l’evapotraspirazione massima sono disponibili i coefficienti colturali Kc, che moltiplicati per l’ETP danno una stima dell’ETM. Essi variano in funzione della coltura e dello stadio di sviluppo della stessa. In linea di massima dipendono dal LAI della coltura.

Si riconoscono 4 stadi:

1) iniziale: germinazione, emergenza, sviluppo fino a LAI di circa 1 Kc=0,3

2) di copertura: da LAI 1 a LAI 3 (copertura completa del suolo) il Kc cresce linearmente da 0,3 a 1

3) di pieno sviluppo kc= 1 - 1,2 (fioritura)

4) di maturazione, formazione di semi e frutti; la senescenza della pianta riduce la traspirazione da 1 si scende fino a 0,5 - 0,3

(dipende dalle condizioni della pianta al

momento della raccolta)

Coefficiente colturaleCoefficiente colturale

Correzione dei coefficienti colturali per zone climatiche(FAO)

Non sempre la pianta si trova in condizioni ottimali. Ogni allontanamento dall’optimum comporta una riduzione della traspirazione rispetto a quella massima. Si parla di EVAPOTRASPIRAZIONE REALE, che è la quantità d’acqua persa da un sistema terreno - coltura in un momento specifico .

La principale limitazione è la disponibilità di acqua nel suolo: se è scarsa, la pianta riduce la traspirazione fino a cessarla e appassire, se è eccessiva anche, per carenza di ossigeno necessario agli apparati radicali.

Secondariamente, dipende dalle condizioni fitosanitarie

L’evapotraspirazione realeL’evapotraspirazione reale

Bilancio Idro-meteorologicoBilancio Idro-meteorologico