Applicazione della tecnica Applicazione della tecnica eddyeddy covariancecovariance per la misura per la misura dei flussi di evapotraspirazione dei flussi di evapotraspirazione

e di COe di CO22: casi di studio in : casi di studio in Italia. Italia.

FEDERICA ROSSIFEDERICA ROSSI

IBIMET IBIMET -- CNR CNR BolognaBologna

Le piante assumono, trasferiscono, trasformano energia e materia producendo sostanza secca

input output

I sistemi agrari

Gli scambi di C, H2O, energia con l’ atmosfera sono regolati dalla struttura della chioma e dall’attività fisiologica

Comprendere i processi di scambio a livello del sistema è alla base degli studi per lagestione delle risorse a scale territoriali, la risposta e adattamento ai cambiamenti climatici…

FOGLIA

CHIOMAECOSISTEMA

MODELLI

Scaling-up

Le informazioni provengono dalla foglia o dalla pianta

o vengono assunte dall’atmosfera “libera” che circonda la vegetazione. Metodi micrometeorologici

PROCESSI DI SCAMBIO:

EDDY COVARIANCE: EDDY COVARIANCE: la la tecnicatecnica e le e le basibasi

Il moto turbolento: Reynolds applicò per primo la fluidodinamica all’atmosfera, intuendo come il moto turbolento trasportasse, oltre

che quantità di moto, anche calore e altre quantità scalari. Immaginò per primo il flusso in regime di moto turbolento, sostenuto da “eddies”, che sono responsabili del trasporto.

Appositi strumenti posti sopra la vegetazione acquisiscono le fluttuazioni di questi valori (H2O, CO2) con una frequenza di

almeno 10 Hz. I flussi delle diverse quantità vengono ricavati dai dati attraverso una serie di algoritmi, controlli e correzioni.

Il flusso turbolento di una quantità è quindi calcolabile a partire dalla misura delle fluttuazioni delle componenti del vento e della concentrazione della quantità che ci interessa. Il moto tridimensionale è difficile da descrivere, ma se si assume un tempo corretto di misura (stazionarietà), un appezzamento sufficientemente esteso (omogenità permette di trascurare il trasporto orizzontale), e giacitura in piano (velocità verticale media nulla):Allora:

DzzSzCDcwF

z

zz )()()(0

0'' ∫+==

δδ

l’equazione diventa:

Il flusso alla quota z è il flusso diffusivo sommato al contributo di source e sink nello strato sottostante alla misura.

Essenza del metodo:Essenza del metodo:

Il flusso verticale si può rappresentare come covarianza della velocità verticale del vento e della concentrazione dell’entità che ci interessa (CO2, H2O, NOx, O3, ecc.)C è la concentrazionew è la velocità verticale del ventoLa barra sopra al prodotto rappresenta la media su un appropriato periodo di tempo (15 min – 1 ora)L’indice ‘ indica la deviazione dalla media delle variabili considerate (varianza)

zc cwF )( ''=

c

w

Anemometro sonico: misura quanto tempo impiega unimpulso ad ultrasuoni per percorrere la distanza tra due trasduttori e confronta tale tempo con quello

impiegato da un successivo impulso lanciato in senso contrario.

Dato che la velocità di propagazione del suono è regolata anche dalla temperatura, l’anemometro, oltre

alle tre componenti del vento, misura anche la temperatura dell’aria.

Principio generale:

Per rappresentare il flusso occorre comprendere la maggior parte possibile dello spettro della turbolenza efficace per il trasporto: frequenze di campionamento elevate.

Flux tower

Open-path:misura diretta al punto di campionamento. Un raggio IR passa nell’aria libera: la quantità di radiazione letta dal detector è proporzionale alla densità di CO2 and H2O. Tre bande assorbimento: CO2, H2O, e reference, che normalizza il segnale. Non c’è gas di riferimento, occorrono calibrazioni più frequenti. Meno energia, detector molto veloce, no time-lag. Difficili misure quando finestra è bagnata.

Closed-path: L’aria passa in un tubo tra punto di misura e cella di analisi. C è una differenza di assorbimento con un gas campione di concentrazione nota. Occorre una pompa, e una bombola di gas.

Attenuazione specifiche bande (IR-UV)

Eddy covariance Eddy covariance –– vantaggivantaggi

MetodoMetodo non non intrusivointrusivoLivelloLivello didi scalascala appropriatoappropriato per info per info territorialeterritorialePermettePermette misuremisure direttedirette didi evapotraspirazioneevapotraspirazione e e didi NEENEEPuòPuò campionarecampionare areearee grandigrandi se se omogeneeomogenee((alcunialcuni kmkm22))SonoSono possibilipossibili misuremisure a a lungolungo termineterminePuòPuò misuraremisurare diverse specie diverse specie chimichechimiche e e ilil flussoflussodidi energiaenergia

Eddy covariance Eddy covariance –– limitilimiti

MisureMisure notturnenotturne COCO22 sottostimatesottostimate ––stratificazionestratificazione termicatermica ((stratostrato didi inversioneinversione) ) DifficileDifficile in in terreniterreni “non“non--idealiideali””–– pendenzependenze, , piccolepiccole estensioniestensioni. . “Data gaps” “Data gaps” inevitabiliinevitabili –– ricalibrazioniricalibrazioni, , blocchiblocchi, , neveneve, , nebbianebbia, etc…., etc….MoltiMolti datidati!!!!

CORREZIONI agli ERRORI DI MISURACORREZIONI agli ERRORI DI MISURA

• ACCUMULO (STORAGE):** In condizioni di stabilità sopra la chioma le densità di flusso di CO2 non sempre uguagliano lo scambio reale dell’ecosistema. Questo per l’accumulo di CO2 al di sotto della strumentazione di notte.

• DISALLINEAMENTO DEI SENSORI:** La misura della componente verticale della velocità verticale con anemometri sonici non perfettamente verticali o in terreni troppo pendenti porta a valori errati. L’errore della misura è compreso tra il 3-4% per ogni grado di scostamento dalla verticale.

CORREZIONI agli ERRORI DI MISURACORREZIONI agli ERRORI DI MISURA

• DISTORSIONE DEL FLUSSO:** Dovuta alla struttura di supporto dell’anemometro sonico sulla misura della velocità del vento. Si minimizza durante le fasi progettuali realizzando il supporto dei sensori simmetricamente sulla verticale.

• CORREZIONI PER CAMBIAMENTI DELLA DENSITA’ DELL’ARIA** Il trasporto simultaneo di calore sensibile e calore latente porta a fluttuazioni della densità dell’aria che possono erroneamente essere attribuiti a cambiamenti di flusso. L’uso dianalizzatori di tipo chiuso dove l’aria viene fatta passare attraverso un tubo in teflon riduce le fluttuazioni.

CORREZIONI agli ERRORI DI MISURACORREZIONI agli ERRORI DI MISURA

• ROTAZIONE DI COORDINATE:** La rotazione di coordinate corregge le misure effettuate su terreni complessi o con accentuate pendenze che possono causare la divergenza o convergenza delle linee di flusso. La pendenza da non superare durante le misure di eddycovariance è al max di 7 ° dalla verticale.

• DETRENDING** Questa procedura si applica per evitare la non stazionarietà del valor medio. Un metodo di de-trending è la sottrazione della media mobile, applicato direttamente in campo, anche se presenta lo svantaggio di sottostimare il contributo dei eddiesad alta frequenza. Un’alternativa è il de-trending lineare dove si sottrae ai dati grezzi della serie una relazione lineare tra i valori misurati e il tempo.

CORREZIONI agli ERRORI DI MISURACORREZIONI agli ERRORI DI MISURA

• TIME LAG:** Gli analizzatori di tipo chiuso hanno un ritardo nei dati dovutial tempo che l’aria impiega per percorrere il tubo di campionamento. Il ritardo del vapor acqueo è maggiore rispetto a quello della CO2 a causa della natura delle molecole. Il ritardo viene calcolato massimizzando la correlazione tra concentrazioni e velocità verticale del vento. Una stima viene essere effettuata considerando la lunghezza e il diametro del tubo e la portata della pompa di aspirazione.

QUALITY CHECK E GAP FILLINGQUALITY CHECK E GAP FILLING

QUALITY CHECKQUALITY CHECK DEI DATIDEI DATI• Analisi dei dati istantanei:

** Si può effettuare con diversi software: QC QC QualityQuality ControlControl, Boundary Layer Group, Corvallis, USA; EdiReEdiRe, IERM, Institute of Ecology and Resource Management Edimburgh University.I test principali che vengono applicati sono per l’individuazione di:

-- dati non validi (spikes);-- momenti statistici più elevati;-- limiti assoluti;-- discontinuità.

• Test di stazionarietà:** Ogni serie temporale di 30 minuti viene suddivisa in intervalli di 5 minuti, e per ognuno si calcola la covarianza tra due segnali: se la covarianza calcolata sui singoli intervalli differisce per meno del 30% rispetto a quella calcolata sull’intero periodo la misura ha un’ alta qualità, se differisce tra il 30 e il 60% ha una qualità accettabile, altrimenti è da scartare.

QUALITY CHECKQUALITY CHECK DEI DATIDEI DATI

• Test delle caratteristiche della turbolenza:• Si verifica che i parametri micrometeo ottenuti soddisfino la

teoria della similarità con un errore entro il 30%.

• Chiusura del Bilancio di Energia:

• Correzione per u*:

SOLE

Trasmissione

Trasmissione

Riflessione

RiflessioneRiflession

e

Assorbimento

Assorbimento e scattering

Assorbimento

e scatteringda aerosol

Assorbimento

e scatteringmolecolar

e

Assorbimento

OCEANO SUOLO

Assorbimento

Energia disponibile al suolo(Radiazione Netta)RN = (1-α) Rg + I ↓- I↑

una parte viene trasmessa per conduzione al suolo (Flusso di Calore nel suolo G)

una parte viene usata per evaporare l’acqua presente nel suolo e nella vegetazione (Flusso Turbolento di

Calore Latente H)

una parte riguarda lo scambio di calore (Flusso Turbolento di Calore sensibile H)

Rn = H + λE + G

y = 1.0926xR2 = 0.9129

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

-200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700

H0+LE(W m-2)

Rn-

G(W

m-2

)

1:1 line

GAP FILLINGGAP FILLING

•• Interpolazione lineare (per gap di 3 ore Interpolazione lineare (per gap di 3 ore maxmax););

• Andamenti medi giornalieri calcolati su un piccolo numero di giorni (10-15);

• Tavole sinottiche;

• Reti neurali.

•• Metodi di regressione;Metodi di regressione;

GAP FILLING: REGRESSIONI non LINEARIGAP FILLING: REGRESSIONI non LINEARI

• FLUSSI NOTTURNI:

Si calcola la relazione tra il flusso di CO2 notturno e la temperatura dell’aria o quella del suolo e si applica la relazione ottenuta ai dati mancanti.

• FLUSSI DIURNI:

Si calcola la relazione tra il flusso di CO2 diurno e la densità di flusso fotonico fotosinteticamente attivo e si applica la relazione ottenuta ai dati mancanti.

BTnight AeR = Lloyd e Taylor (1994)

dayGPPaPPFD

OPTday ReGPPF OPT −⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−= 1

Dagnielie (1991)GPPOPT:produttività primaria lorda;Rday: respirazione diurna dell’ ecosistema

ApplicazioniApplicazioni eeCasiCasi didi studiostudio

Oltre 500 torri stanno operando misure Oltre 500 torri stanno operando misure longlong--termterm su base continuasu base continua

.

.

DISLOCAZIONEDISLOCAZIONE

•• Superficie 38.6 haSuperficie 38.6 ha•• Lat. 44° 41’ 25.15”Lat. 44° 41’ 25.15”•• Long. 11° 05’ 22.24”Long. 11° 05’ 22.24”•• Altitudine 25mAltitudine 25m•• pendenza 0 pendenza 0

STAZIONE EDDY

• h torre 16 m• h anemometro 15m• h vegetazione ~ 11 m

Tipologia forestale

• Ceduo misto• Sesto 3x3

Anno d’impianto 1992 (830 piante ha-1

Direzione prevalente del vento

Il sito di Nonantola

La vegetazione naturale nel protocollo di Kyotoafforestazione, gestione degli ecosistemi, biomasse vegetali

Per il raggiungimento degli impegni sottoscritti nel Protocollo possono essere considerate le variazioni nette nell’assorbimento di carbonio che risultino direttamente da attività antropiche di modificazione dell’uso del suolo e di gestione forestale, limitatamente a interventi di afforestazione, riforestazione e deforestazione attuati a partire dal 1990 (Art. 3.3) . (Kyoto forests)

I crediti di carbonio derivanti dalla gestione sostenibile delle foreste, previsti dall’Art. 3.4 del Protocollo, sono stati assegnati per il primo periodo di implementazione prescindendo dalle attività effettivamente messe in atto.

Anche se non esplicitamente menzionata, la produzione di legno e biomasse vegetali rientra inoltre indirettamente nel Protocollo, nella misura in cui permette di ridurre il ricorso al petrolio ed ai suoi derivati per usi energetici o strutturali.

Il Protocollo prevede infine che ogni Paese metta in atto un sistema di monitoraggio del bilancio del carbonio della vegetazione.

1058. Carta di GottescalcoAtto costitutivo della Partecipanza Agraria di Nonantola con concessione perpetua di silvas, pascua e paludes

fatta dall’Abbazia all’intero popolo nonantolanonell’anno 1058.

Re-forestata nel 1992.

BOSCO MISTO (KYOTO FOREST NONANTOLA)BOSCO MISTO (KYOTO FOREST NONANTOLA)

8.968.967.017.01MediaMedia

6.566.566.146.14CarpinusCarpinus

betulusbetulus

3.823.825.085.08AlnusAlnus sppspp

4.514.514.814.81PrunusPrunus mahalebmahaleb

14.0914.098.448.44SalixSalix sppspp

14.8714.879.959.95PopulusPopulus sppspp

4.954.954.404.40Acer campestreAcer campestre

12.3512.359.099.09FraxinusFraxinus sppspp..

10.5010.508.138.13QuercusQuercus roburrobur

DBH DBH (cm)(cm)

h h (m)(m)SpecieSpecie

Dimensioni delle piante

2%2%Carpino bianco (Carpino bianco (CarpinusCarpinus betulusbetulus))

4%4%Ontano (Ontano (AlnusAlnus glutinosa)glutinosa)

10%10%MagaleppoMagaleppo ((PrunusPrunus mahalebmahaleb))

8%8%Salici (Salici (SalixSalix alba, alba, SalixSalix contorta)contorta)

7%7%pioppi (pioppi (PopulusPopulus alba, P alba, P nigranigra))

14%14%acero campestre (acero campestre (Acer campestre Acer campestre

L.)L.)

24%24%frassino, frassino, FraxinusFraxinus sppspp..

31%31%farnia (farnia (QuercusQuercus roburrobur L.) L.)

Copertura del suolo

FOOTPRINT FETCH !!!!!!

FOOTPRINTFOOTPRINT: : la distanza dell’area avente il massimo contributo del flusso la distanza dell’area avente il massimo contributo del flusso misurato (misurato (xmaxxmax). ).

Calcoli ad intervalli semiorari, con un adattamento per le condiCalcoli ad intervalli semiorari, con un adattamento per le condizioni di nonzioni di non--neutralità (velocità del vento, direzione, velocità di frizione neutralità (velocità del vento, direzione, velocità di frizione e stabilità e stabilità atmosferica).atmosferica).

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 100 200 300 400 500 600

x (m)

(1/Q

0) d

Q/d

x (x

104 )

Funzione di Funzione di footprintfootprintContributo massimo del flusso misurato

(xmax)

80% del flusso

misurato

90% del flusso

misurato

SchueppSchuepp etetal. (1990)al. (1990)

FISSAZIONE DEL CARBONIO NEL BOSCO DI NONANTOLA

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

t C h

a-1

Gennaio

Febbrai

o

Marzo

Aprile

Maggio

Giugno

Luglio

Agosto

Settem

bre

Ottobre

Novem

breDice

mbre

2002 2003 2004 2006 2007 2008R

ilasc

ia C

O 2A

ssor

be C

O2

Ciclo del C di una Kyoto forestvariabilità giornaliera e stagionale

Tempo (ora) 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00

Tem

po (m

ese)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

-20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6

NEE(μmoli m-2 s-1)

20022002

Tempo (ora) 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00

Tem

po (m

ese)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

-20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6

NEE(μmoli m-2 s-1)

20032003

NONANTOLA: NONANTOLA: giornigiorni tipicitipici

Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00

W m

-2

-100

0

100

200

300

400

500

600

Fc ( μ

mol

i m-2

s-1

)

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

H0 LE Rn G Fc

Febbraio Marzo

Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00

W m

-2

-100

0

100

200

300

400

500

600

Fc ( μ

mol

i m-2

s-1

)

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

H0 LE Rn G Fc

Aprile

Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00

W m

-2

-100

0

100

200

300

400

500

600

Fc ( μ

mol

i m-2

s-1

)

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

H0 LE Rn G Fc

Giugno 2001

Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00

W m

-2

-100

0

100

200

300

400

500

600

Fc ( μ

mol

i m-2

s-1

)

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

H0 LE Rn G Fc

Giugno 2001

Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00

W m

-2

-100

0

100

200

300

400

500

600

Fc ( μ

mol

i m-2

s-1

)

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

H0 LE Rn G Fc

Giugno 2002

Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00

W m

-2

-100

0

100

200

300

400

500

600

Fc ( μ

mol

i m-2

s-1

)

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

H0 LE Rn G Fc

Giugno 2002

Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00

W m

-2

-100

0

100

200

300

400

500

600

Fc ( μ

mol

i m-2

s-1

)

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

H0 LE Rn G Fc

Applicazioni su frutteti

Bilancio energetico, evapotraspirazione e

scambio di carbonio in un impianto diolivo

in Sicilia

Dipartimento di ColtureArboree Quantificare la quantità giornaliera (o

settimanale) di acqua consumata, al fine di “seguire” un modello sostenibile di gestione dell’acquaH20

CO2Definire la efficienza di fissazione diCO2 atmosferica di un olivetocommerciale

Scambi di CO2 misurati a livello di arboreto: eddy covariance

Oliveto commerciale (cv. Nocellara del Belice)Castelvetrano

Confronto fra il consumo idrico Giornaliero valutato a livello di albero e frutteto:

- Approccio ecofisiologico (sensori sap-flow);

- Approccio micrometeorologico (eddy covariance).

Determinazioni indipendenti di Evapotraspirazione attraverso l’uso dell’Equazione n° 69 (dual crop coefficient approach), quaderno 56 FAO (Irrigationand drainage paper): Etc = Eto * (Kc)

H20

CO2

Necessità di migliorare le conoscenze sulla richiesta irrigua come input per un corretto scheduling di irrigazione. Kc sono usati per rapportare i dati di ETo ai valori alla ET della coltura

ETc = ETo x Kc

CaratteristicheVegetative Dell’oliveto

La percentuale media di copertura del suoloda parte degli alberi èdel 45%

Appezzamento (plot)

Età (Anni)

Densità d’impianto

(m)

Area sezione del tronco (cm2)

Area della proiezione della

chioma (m2)

Altezza albero

(m) A 12 5 x 8 321 13 3.7 B 16 5 x 8 463 22.97 3.5 C 150 7 x 7 873 20.71 3.4 D 12 5 x 8 225 13.25 3.7

Plot A (SE)

Plot C (NE)Plot D (NW)

Plot B (SW)

NPlot A (SE)

Plot C (NE)Plot D (NW)

Plot B (SW)N

Plot A (SE)

Plot C (NE)Plot D (NW)

Plot B (SW)

NAppezzamento A (SE)

Appezzamento C (NE)Appezzamento D (NW)

Appezzamento B (SW)

NSensori sap flow

Stazione eddy covariance

Plot A (SE)

Plot C (NE)Plot D (NW)

Plot B (SW)

NPlot A (SE)

Plot C (NE)Plot D (NW)

Plot B (SW)N

Plot A (SE)

Plot C (NE)Plot D (NW)

Plot B (SW)

NAppezzamento A (SE)

Appezzamento C (NE)Appezzamento D (NW)

Appezzamento B (SW)

NSensori sap flow

Stazione eddy covariance

OLIVOOLIVO

y = 1.0926xR2 = 0.9129

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

-200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700

H0+LE(W m-2)

Rn-

G(W

m-2

)1:1 line

Eddy covariance : bilancio energetico

L’elevato valore di correlazione (0.91) indica un basso grado di dispersione

(Flussi turbolenti)

(Ene

rgia

disp

onib

ile)

Flussi di scambio di CO2

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

15/08 00:00 16/08 00:00 17/08 00:00 18/08 00:00 19/08 00:00 20/08 00:00 21/08 00:00

Flus

so d

i CO

2 (µ

mol

m-2

s-1)

Giorni

Flusso di assimilazione massim: 23 μmol m-2 s-1

Flusso di respirazione massima notturna: 5 μmol m-2 s-1

ACTINIDIAACTINIDIAActidinieto di 18 ha situato nella Pianura Padana (45° 28’ N, 11° 27’ E)•Sesto d’impianto 2.5x5 m, h 1.9 m •Cv Hayward•Forma allevamento T •Rapporto femmine/maschi 8:1

WUE (water use efficiency):

Maggio=0.0027Giugno=0.0029Luglio = 0.0022Agosto=0.0018

Footprint dell’actidinieto:

Oltre il 90% dei flussi di CO2 e H2O venivano dalla superficie della coltura.

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250

Fc c

umul

ated

(mm

oli/m

2 tim

e pe

riod)

mag-03 giu-03 lug-03 ago-03 set-03 ott-03 nov-03

morning (7:00-12:30) afternoon (13:00-18:30) night (19:00-6:30)

morning (7:00-12:30) -215.94 -243.93 -215.60 -190.34 -202.98 -170.55 -90.29

afternoon (13:00-18:30) -91.89 -124.58 -106.10 -62.20 -82.54 -46.16 -36.15

night (19:00-6:30) 190.64 148.73 127.81 125.86 125.59 154.04 105.33

mag-03 giu-03 lug-03 ago-03 set-03 ott-03 nov-03

Partizione giornaliera

Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00

W m

-2

-100

0

100

200

300

400

500

600

Fc ( μ

mol

i m-2

s-1

)

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

H0 LE Rn G Fc

May

Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00

W m

-2

-100

0

100

200

300

400

500

600

Fc ( μ

mol

i m-2

s-1

)

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

H0 LE Rn GFc

June

Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00

W m

-2

-100

0

100

200

300

400

500

600

Fc ( μ

mol

i m-2

s-1

)

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

H0 LE Rn GFc

July

Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00

W m

-2

-100

0

100

200

300

400

500

600

Fc ( μ

mol

i m-2

s-1

)

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

H0 LE Rn GFc

August

Partizione stagionale

Programma di Azione LocaleProgramma di Azione Localedi lotta alla siccità e alla desertificazionedi lotta alla siccità e alla desertificazione

Caso di studio Caso di studio LamoneLamone –– MarzenoMarzeno

Inclusa nelle aree vulnerabili alla siccità e desertificazione Inclusa nelle aree vulnerabili alla siccità e desertificazione (Del. CIPE 229/1999)(Del. CIPE 229/1999)

Inclusa nella Inclusa nella perimetrazioneperimetrazione delle aree soggette o delle aree soggette o minacciate da siccità, degrado del suolo e processi di minacciate da siccità, degrado del suolo e processi di desertificazione (allegato F desertificazione (allegato F –– PTA, 2005)PTA, 2005)

PAL EmiliaPAL Emilia--RomagnaRomagna vuole affrontare il problema del rapporto tra irrigazione e vuole affrontare il problema del rapporto tra irrigazione e squilibrio del bilancio idricosquilibrio del bilancio idrico di bacinodi bacinodando valore alla dando valore alla sostenibilità sostenibilità delle scelte colturali alla delle scelte colturali alla luce degli attuali e prossimi scenari climatici luce degli attuali e prossimi scenari climatici per individuare per individuare possibili soluzionipossibili soluzioni in ambito agricolo in ambito agricolo applicabili in situazioni ambientali similiapplicabili in situazioni ambientali simili

CColtura oltura idroesigenteidroesigente (consumi lordi dell’ordine di 6800 m3/ha), che (consumi lordi dell’ordine di 6800 m3/ha), che le precipitazioni dell’area riescono a soddisfare mediamente solle precipitazioni dell’area riescono a soddisfare mediamente solo o per il 50per il 50--60%: 60%: forte domanda irrigua.forte domanda irrigua.

Problema è in aggravamento Problema è in aggravamento per la per la tendenza all’espansionetendenza all’espansionedella coltura, con ritmi superiori rispetto all’aumento delle cadella coltura, con ritmi superiori rispetto all’aumento delle capacità pacità di stoccaggio nei di stoccaggio nei bacini artificialibacini artificiali, e per l’oggettiva , e per l’oggettiva diminuzione della disponibilitàdiminuzione della disponibilità idrica di bacino, dovuta alle idrica di bacino, dovuta alle minori precipitazioni anche nevose.minori precipitazioni anche nevose.

frutticoltura intensivafrutticoltura intensiva

Frumento

Pesco

Vite

Kiwi

Medica

Seminativi primaverili

8.28.21.2361.236Medica (prati Medica (prati avvicendati)avvicendati)

20.320.33.0523.052Frumento (cereali Frumento (cereali autunnoautunno--vernini)vernini)

14.214.22.1372.137Seminativi (a ciclo Seminativi (a ciclo primaverileprimaverile--estivoestivo))

0.90.9128128OlivoOlivo

21.821.83.2773.277ViteVite

30.630.64.5834.583Pesco (altri fruttiferi)Pesco (altri fruttiferi)

3.73.7551551ActinidiaActinidia

di cui:di cui:

100.0100.015.00015.000Superficie agricola tot. Superficie agricola tot.

%%haha

actinidia pesco vite

PAL Forlì, 25 settembre 2008PAL Forlì, 25 settembre 2008 5656

Individuazione delle coltureIndividuazione delle colture

Evoluzione della superficie ad actinidia dal 1985 al 2006 (dati da telerilevamento)

286.75

586.69

106.74

3.6

541.215

0

100

200

300

400

500

600

700

1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008

Ha

400 550 650 750 1000 1400

Precipitazione (mm) - cumulata media annuale 2000-2007

Precipitazioni annuali tra 650 e 750 mm

700 800 900 1000 1100

Evapotraspirazione potenziale (Hargreaves) (mm) valore medio annuale 2000-2007

Etp annuale 950 – 1050 mm

-600 -500 -400 -300 -200 -100

Bilancio idroclimatico (mm) - valore medio 1° maggio- 30 sett 2000-2007

Il deficit idro-climatico estivo va da 400 a 500 mm

FinalitàFinalitàprogrammazioneprogrammazione a livello regionale e a livello regionale e locale degli interventi normativi e strutturali locale degli interventi normativi e strutturali che che risponda alle risponda alle istanze immediate dei produttoriistanze immediate dei produttori, , ma ma non pregiudichi gli non pregiudichi gli equilibri dell’agroequilibri dell’agro--ambiente nel prossimo futuro.ambiente nel prossimo futuro.

Tra le possibili misure di contenimento della domanda irrigua:Tra le possibili misure di contenimento della domanda irrigua:approcci regolativo, tariffario, di mercato,approcci regolativo, tariffario, di mercato,

approcci tecnici ed agronomici: approcci tecnici ed agronomici: adozione di strumenti e tecniche colturali per adozione di strumenti e tecniche colturali per razionalizzazione dell’irrigazione attraverso ad es. i bilanci irazionalizzazione dell’irrigazione attraverso ad es. i bilanci idricidriciscelte colturali e varietali scelte colturali e varietali

POSSIBILI AZIONI POSSIBILI AZIONI DIDI MITIGAZIONEMITIGAZIONE

riduzione della domanda irriguariduzione della domanda irriguasperimentazioni sul risparmio irriguo dell’actinidiasperimentazioni sul risparmio irriguo dell’actinidiaStudi su soluzioni agronomiche alternativeStudi su soluzioni agronomiche alternative

Miglioramento dei parametri irrigui per Miglioramento dei parametri irrigui per il bilancio idrico dell'actinidia il bilancio idrico dell'actinidia nel sistema IRRINETnel sistema IRRINET

Base dati meteo

Base dati Base dati dei suolidei suoli

Parametri Parametri colturalicolturali

IRRINET è il servizio di assistenza tecnica irrigua su WEB, creaIRRINET è il servizio di assistenza tecnica irrigua su WEB, creato dal to dal Consorzio CER e gestito da tutti i Consorzi di Bonifica della reConsorzio CER e gestito da tutti i Consorzi di Bonifica della regione. gione. E’ gratuito e coinvolge più di 9000 agricoltori, coprendo più deE’ gratuito e coinvolge più di 9000 agricoltori, coprendo più del 25% del l 25% del territorio irriguo di pianura. Nel 2007 la sua applicazione ha territorio irriguo di pianura. Nel 2007 la sua applicazione ha permesso di permesso di risparmiare complessivamente circa 50 milioni di m3risparmiare complessivamente circa 50 milioni di m3

AZAZ. SPOGLIANTI . SPOGLIANTI BRISIGHELLA BRISIGHELLA

44° 12.230 N11° 45.264 E

Altitudine 151 s.l.m.Cultivar Haywardimpianto del 1995

sesto 3x5 m forma di allevamento “T”

Irrigazione 4 gocciolatori/pianta da 4 l/h

Pluviometria 1.06 mm/h

ObiettivoObiettivomessa a punto dei Kc dell’actinidiamessa a punto dei Kc dell’actinidia

Monitoraggio con metodi micrometeorologici dei

flussi di evapotraspirazione, derivati dal bilancio

energetico e dagli scambi di CO2 per la messa a punto di

coefficienti culturali dell’actinidia

Kc=ETcKc=ETc//EToETo

•anemometro sonico•Infra Red Gas Analyzer, IRGA •radiometri netti•sensori di temperatura•piastre di flusso nel terreno

Hayward kiwifruit orchard

Po plane, Italy

45°28’ N 11° 27’ E

LAI

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

29/4/

03

6/5/03

13/5/

03

20/5/

03

27/5/

03

3/6/03

10/6/

03

17/6/

03

24/6/

03

1/7/03

8/7/03

15/7/

03

date

LAI

Orchard characteristics, growth and phenology

18 ha uniform surface

13 years old, T –bar training system.

Spacing: 5 x 2.5 m female/male ratio 8:1

Total plants/ha 800, productive plants 700

Irrigation: drop + microsprinkler (below canopy):

4.5 mm/day = 45 m3/ha/day

Production 15. 61 t/ha

Record Mean St.errorTrunk girth (cm) 9 2Buds/cane (n) 22.6 1.2Budbreak (%) 69 2Flower/shoot (n) 6.85 0.34Flowers/bud (n) 4.27 0.27

Budbreak April 6 - Flowering May 21-25 -Harvest October 17

LAI

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

29/4/

03

6/5/03

13/5/

03

20/5/

03

27/5/

03

3/6/03

10/6/

03

17/6/

03

24/6/

03

1/7/03

8/7/03

15/7/

03

date

LAI

Orchard characteristics, growth and phenology

max total flux80% of total flux

N

E

S

W

NE

SESW

NW

max total flux80% of total flux

N

E

S

W

NE

SESW

NWyoung kiwifruit

orchard arable

peach orchard

peach orchardkiwifruit and peach orchard

Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00

W m

-2

-100

0

100

200

300

400

500

600

Fc (μ

mol

i m-2

s-1

)

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

H0 LE Rn G Fc

Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00

W m

-2

-100

0

100

200

300

400

500

600

Fc ( μ

mol

i m-2

s-1

)

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

H0 LE Rn GFc

λE ≅ 35% RnH ≅ 35% Rn

Fc max ≅ 13 μmolm-2s-1

λE ≅ 50% RnH ≅ 20% Rn

Fc max ≅ 15 μmolm-2s-1

MAY

JUNE

Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00

W m

-2

-100

0

100

200

300

400

500

600

Fc ( μ

mol

i m-2

s-1

)

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

H0 LE Rn GFc

Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00

W m

-2

-100

0

100

200

300

400

500

600

Fc ( μ

mol

i m-2

s-1

)

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

H0 LE Rn GFc

λE ≅ 50% RnH ≅ 20% Rn

Fc max ≅ 13 μmolm-2s-1

λE ≅ 50% RnH ≅ 20% Rn

Fc max ≅ 11 μmolm-2s-1

JULY

AUGUST

Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00

W m

-2

-100

0

100

200

300

400

500

600

Fc ( μ

mol

i m-2

s-1

)

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

H0 LE Rn GFc

y = 0.7476x - 13.87R2 = 0.751

0

50

100

150

200

250

0 50 100 150 200 250

Rn-G (W m-2)

H+ λ

E (W

m-2

)

λE ≅ 50% RnH ≅ 20% Rn

Fc max ≅ 14 μmolm-2s-1

SEPTEMBER

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250Fc

cum

ulat

ed (m

mol

i/m2 ti

me

perio

d)

mag-03 giu-03 lug-03 ago-03 set-03

morning (7:00-12:30) afternoon (13:00-18:30) night (19:00-6:30)

morning (7:00-12:30) -215.94 -243.93 -215.60 -190.34 -202.98

afternoon (13:00-18:30) -91.89 -124.58 -106.10 -62.20 -82.54

night (19:00-6:30) 190.64 148.73 127.81 125.86 125.59

mag-03 giu-03 lug-03 ago-03 set-03

-2500

-2000

-1500

-1000

-500

0

500

1000

1500

2000

kg C

/ha

mon

th

mag-03 giu-03 lug-03 ago-03 set-03

NEE GPP ER

NEE -554.05 -802.36 -705.91 -463.77 -511.12

GPP -2020.91 -2282.27 -1999.43 -1517.19 -1593.63

ER 1466.86 1479.91 1292.00 1053.43 1082.51

mag-03 giu-03 lug-03 ago-03 set-03

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

22/7

/03

14.5

522

/7/0

3 20

.55

24/7

/03

13.5

524

/7/0

3 20

.00

25/7

/03

2.00

25/7

/03

8.00

25/7

/03

14.0

025

/7/0

3 20

.00

26/7

/03

2.00

26/7

/03

8.00

26/7

/03

14.0

026

/7/0

3 20

.00

27/7

/03

2.00

27/7

/03

8.00

27/7

/03

14.0

027

/7/0

3 20

.00

28/7

/03

2.00

28/7

/03

8.00

CO

2 (

μmol m

-2 s

-1)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

PA

R (

μmol m

-2 s

-1)

PAR CO2 flux

Leaf photosynthesis- respiration (bag enclosure)

Canopy WUE midday

(molCO2/molH2O)

May 0.0027

June 0.0029

July 0.0022

August 0.0018

September 0.0033

VITE DA MENSAVITE DA MENSA Vigneto da tavola a tendone: sistema tradizionalmente diffuso nel Sud Italia.Regina/140Ruggeri

Daily net Carbon budget di un vigneto di uva da tavola in Puglia, :

2001: 2.07 g C m2 giorno2002: 1.68 g C m2 giorno

Canopy WUE midday(molCO2/molH2O)

2001= 0.0012±0.0002

2002= 0.0018 ±0.0008

-20

-15

-10

-5

0

5

10

00:00 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00

μmol

i CO

2 m-2

s-1

Fc Media mobile

2002

-20

-15

-10

-5

0

5

10

12:00 00:00 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00

μmol

i CO

2 m-2

s-1

Fc Media mobile

2001

FLUSSI GIORNALIERI DI CO2 RILEVATI NEI DUE ANNI

VITE DA VINOVITE DA VINO

SangioveseSangioveseCultivarCultivar

MontalcinoMontalcinoLocalitàLocalità

1 (0,83 min 1,3 1 (0,83 min 1,3 maxmax))LAI fruttetoLAI fruttetoDa 3 a 5 mDa 3 a 5 m2 2 (8100(8100--13500 m13500 m2 2 haha--11))Area fogliare Area fogliare 2700 (3,7 m2700 (3,7 m2 2 pianta)pianta)Piante ettaroPiante ettaro

3 X 1,8 m h=1,9 m3 X 1,8 m h=1,9 mSesto d’impiantoSesto d’impianto

Footprint del vigneto:

Oltre l’80% dei flussi di CO2 e H2O venivano dal vigneto e non da altre zone

Daily net Carbon budget di un vigneto di uva da vino in Toscana :

2006: 3.3 g C m2 giorno che corrispondono a circa 4.9 t di C ha-1 anno.

Rappresentazione di un giorno tipico del flusso di C dalla vegetazione, in rosso il rilascio di CO2, in verde l’assorbimento

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