IrrigazioneIrrigazione

In Italia: 4,7 mil di ha irrigati, 70% in settentrione, 9% al centro, 21% in meridione67% da fiumi27% da pozzi e fontanili6% da serbatoi

Apporto di acqua al terreno per colmare lo squilibrio tra acqua fornita dalle precipitazioni e ETm

Scopi dell’irrigazione•Umettante: può essere

• totalitaria (per tutto il ciclo di coltivazione• ausiliaria (una tantum dopo semina o trapianto)• di soccorso solo in caso di andamento stagionale avverso

• fertilizzante: con acque che contengono sostanze disciolte (volutamente) o per altre cause

•dilavante: per dilavare eccessi di salinità• termica: irrigazione antibrina, mist in serra•antiparassitaria contro roditori o con antiparassitari in acqua•sussidiaria: per lavorare il terreno in tempera

Idoneità all’irrigazioneIdoneità all’irrigazione

Dipende principalmente dalla permeabilità del terreno (Kfs)

>180 mm h-1 troppo permeabili, irrigabili con difficoltà180 -18 mm h-1 adatti all’irrigazione18- 3,6 mm h-1 irrigare con precauzione<3,6 mm h-1 impermeabili, quasi impossibile irrigare

Organizzazione dell’irrigazione

Irrigazione autonoma o individuale (discrezionalità nell’uso dell’acqua). Da pozzi.

Irrigazione collettiva: un consorzio distribuisce l’acqua agli utenti:•secondo turni (irrigazione turnata) in genere turni a calendario e orario fisso, per ragioni di organizzazione

•alla domanda

Tecnica irriguaTecnica irrigua

In un comprensorio la tecnica irrigua può essere stata messa a punto empiricamente nel tempo, oppure deve essere valutata. Dipende da clima, terreno, disponibilità e qualità delle acque

clima

Probabilità di pioggia

intensità

frequenza

Piovosità media

Vento (impossibile aspersione con vento forte

Profilo (spessore, permeabilità

terreno

Topografia (pendenza, regolarità superficie, drenaggio

Chimica: sali e loro natura

Fisica: stabilità struttura

Idrologia acqua utile, Kfs

Idoneità dell’acqua all’irrigazioneIdoneità dell’acqua all’irrigazioneDipende da•Temperatura, solidi sospesi, sali discioltiQueste caratteristiche sono correlate all’origine:•acque superficiali (fiumi, canali ecc.): t° variabili, più o meno torbide•acque di falda: t° costanti, limpide

Temperatura• le acque di falda hanno t° costante di circa 10 °C = fredde in estate (freddo = t° < 3/4 T° aria)

•prezzo in funzione di t°• in risaia: caldane per riscaldare l’acqua• in floricoltura: serbatoiSe si hanno acque fredde irrigare di notte (t° aria più bassa, minori shock termici pianta)

Usare poca acqua

Torbida: si esprime come coefficiente di torbida: g/l o m3 di sostanze sospese•Vantaggi:•bonifica per colmata, miglioramento tessitura in terreni sabbiosi•Svantaggi• interramento canali, usura pompe, ostruzione ugelli (problemi filtraggio impianti a microportata)

Misura:residuo secco totale (se >2%° acque salmastre)conduttività elettrica 3 mS/cmSAR: sodium adsorption ratio

esiste una modifica del SAR (SARa) che tiene conto dell’equilibrio carbonati-CO2 in funzione del pH

SalinitàSalinità

I sali disciolti hanno effetto positivo se fertilizzanti, negativo se salinizzanti, alcalinizzanti o deflocculanti

SalinitàSalinità

Classificazione salinitàbassa (S1) 250S 165 ppm nessun rischiomedia (S2) 250-750 S 165-700 ppm pochi rischialta (S3) 750-2250 S 500-1500 ppn terreni permeabilimolto alta2250-5000 S 1500-3500 ppm condizioni particolari:

terreni molto permeabili, colture tolleranti, molta acqua

Cloro:ustioni foglie, a partire dai bordi max sensibilità fruttiferi in meq/l di estratto saturo agrumi 10-20, fragola 5-8, drupacee 7-2

SODIO. Ione estremamente pericoloso, può risultare tossico, per certe piante, in

minime quantità (ad es. 0,05% sul peso secco), talvolta a livelli nettamente inferiori a

quelli che possono provocare danni nel suolo. In base alla percentuale di Na

scambiabile sulla CSC, si hanno colture: “Estremamente sensibile” (2- 10): agrumi,

avocado, drupacee; “Sensibile” (10 - 20): leguminose; “Moderatamente tolleranti”

(20 - 40): riso, trifoglio, avena; “Tolleranti” (40 - 60):grano, cotone, medica, orzo,

pomodoro, barbabietola

SalinitàSalinitàBORO. Essenziale per la crescita delle piante, diventa tossico non appena si superi la quantità strettamente necessaria. È quasi sempre presente nelle acque naturali ed è impossibile eliminarlo dal suolo per lisciviazione.

concentrazione massima ammissibile di boro nell’acqua irrigua: “Tolleranti” (2 - 4 p.p.m.):asparago, palme, barbabietola, medica, cipolla, carota, lattuga, cavoli, ecc.;

“Semi-tolleranti” (1 – 2 p.p.m.): girasole, patata, cotone, pomodoro, peperone, olivo, orzo, grano, mais, avena ecc.;

“Sensibili” (0,3 - 1 p.p.m.): susino, pero, melo, vite, ciliegio, pesco, albicocco, arancio, fico, noce, avocado, pompelmo, limone, carciofo

Solfato. Eccezionalmente le acque irrigue contengono sufficiente SO4 per raggiungere livelli di tossicità. Un effetto indiretto abbastanza pericoloso, è collegato al fatto che SO4 favorisce l’assorbimento di Na+ e tende a impedire quello di Ca++.Bicarbonato. Rarissimi i danni alle piante, i suoi effetti si riflettono sul suolo per la sua tendenza a precipitare Ca++ e quindi ad aumentare la SP.Magnesio. L’Mg++ può causare un deficit in Ca++ ma se un’alta concentrazione di Mg++ è accompagnata da un’alta concentrazione di Ca++ non esiste un effetto specifico dell’Mg++.

Salinità- []

SalinitàSalinitàClassificazione in base al SAR (alcalinità)tipo sar usobassa 0-10 ovunquemedia 10-18 no argillosialta 18-26 solo terreni scioltimolto alta26-30 occorrono terreni sciolti, gessatura,

salinità molto bassaNon usare acque con SAR alto su terreni argillosi! (deflocculazione)

Uso acque saline:Su terreni sciolti, ben permeabiliturni brevi (4-5 d)ridurre evaporazione (copertura suolo, irrigazione a goccia)no aspersione (ustioni foglie)

Fabbisogno di lisciviazione (leaching requirement)E’ la % di acqua da aggiungere ai volumi normali per lisciviare i sali apportati con l’irrigazione stessa

dipende dalla salinità dell’acqua irrigua e da quella max accettabile nel suoloLR=Eci/(5ECt-ECi) ECt= conduttività max dell’estratto saturo accettabile; Eci=conducibilià acqua irrigua. Occorre facile drenaggio

Elementi tecnici dell’irrigazioneElementi tecnici dell’irrigazione

Portata caratteristica (o continua o indice medio di consumo)

portata in ls-1ha-1 di cui bisogna disporre continuativamente per una superficie tipo

varia da 0,1 a 2 ls-1ha-1 . Determina la superficie irrigabile con una determinata dotazione idrica.

Portata caratteristica di punta = massimo consumo evapotraspirativo (in genere riferito al mese)

Stagione irrigua: periodo tra il 1° adacquamento e l’ultimo

Volume d’adacquamento: quantità necessaria per portare un terreno alla C.C. Può essere: stagionale, colturale o aziendale. Occorre conoscere la profondità da raggiungere

Calcolo se le caratteristiche idrologiche sono in peso:

V= prof * densità * (CC-UA)*10000 (umidità in frazione, prof. in m)

Volume specifico di adacquamento: quantità distribuita a ogni intervento

Turno o ruota: tempo in giorni tra 2 interventi in teoria T=V/ET; in irrigazione collettiva è prefissato (fisso per tutta la stagione o differenziato in base ai mesi)

Elementi tecnici dell’irrigazione (2)Elementi tecnici dell’irrigazione (2)

Durata o orario dell’adaquamento:teoricamente tempo necessario perché nel suolo possa infiltrarsi il volume

d’adaquamento. Ha significato solo per aspersione e scorrrimentonei sistemi a goccia è , nell’irrigazione a conche è 0

Corpo d’acqua o modulo o portata di dispensa:in l s-1, portata che un utente ha diritto di ricevere quando è il suo turno, per

tutta la durata dell’irrigazione importante sia adeguato alla permeabilità e all’area dell’appezzamento: da 30 l s-1 a 400 l s-1. Aree ampie, terreni permeabili occorre un corpo d’acqua elevato. L’infiltrazione laterale richiede corpi d’acqua più piccoli dello scorrimento

Dimensione dell’appezzamento: dipende da corpo d’acqua e permeabilità. Approssimativamente

sup =corpo d’acqua (l s-1) /velocità di infiltrazione(l s-1ha-1)

Se la superficie è eccessiva, per scorrimento non si raggiunge l’estremità, se

è scarsa si hanno perdite per ruscellamento.Per l’aspersione si deve scegliere il numero di irrigatori e la portataPer l’infiltrazione laterale la lunghezza e il numero dei solchi

L’efficienza di un impianto di irrigazione è sempre <1efficienza= quantità richiesta dalla coltura/acqua somministrata

si hanno sempre perdite, per evaporazione, ruscellamento, percolazione, difformità di bagnatura

si ha:

efficienza di consegna

efficienza aziendale

efficienza dell’adaquamento

volume consegnato

volume derivato dalle fontieff

consegnato volume

campi ai portato volumeeff

campi ai portato volume

piante dalle utilizzato volumeeff

Efficienza dell’irrigazione Efficienza dell’irrigazione

Metodi di irrigazione Metodi di irrigazione

Per gravitàrichiedono sistemazione del terreno

Per pressionenon richiedono sistemazione (non

sempre!)

scorrimento

Infiltrazione laterale

sommersione

subirrigazione

aspersione

Irrigazione localizzata

Irrigazione per scorrimento Irrigazione per scorrimento Diffusione: a nord del Po, per il mais e prati irrigui

Concetto generale: l’acqua scorre sulla superficie con un velo sottile, per tutta la durata dell’adaquamento

Elementi:• campo con pendenza• adaquatrice: canale adduttore dell’acqua, in piano sulla parte alta del campo• colatore (cavo colatore): fosso adibito alla raccolta dell’acqua che ruscella

Principi: • campi corti consentono un risparmio di acqua, con corpi d’acqua elevati meglio

allargare i campi che allungarli• Vantaggi da una rapida distribuzione dell’acqua, specie su terreni permeabili Pregi:• sistemi semplici, rete irrigua molto diffusaLimiti:• manutenzione adaquatori e scoline• poco adatti a terreni argillosi• corpi d’acqua elevati• bassa efficienza (ruscellamento, percolazione, perdite alla paratie di chiusura)

Metodi per scorrimento Metodi per scorrimento

Ala doppia, con pendenze elevate (2-4%) campi lunghi 60-100 m, larghi 6-12, portate 20-80 l s-1 ha-1

Adaquatrice in testata

Sul fondo, scoline che convogliano l’acqua in altre adaquatrici

Adaquatrice sul colmo che tracima da 2 lati

Sistemazione fissa, costosa, meccanizzazione disagevole (marcite)

Ala semplice,per terreni in pendenza, adaquatrice su lato lungo a monte

Campoletto, lato maggiore sulla max pendenza, adaquatrice di testa e 2 laterali cieche per 2/3 della lunghezza per terreni permeabile e corpi d’acqua elevati (150-300 s-1 ha-1 )

Spianata: pendenza uniforme (0,5%), lato maggiore sulla max pendenza, adaquatrice di testa, dimensioni 60-70 m per 40-50 m; tendenza odierna a allungare, turbine per parzializzare

Fossatelli orizzontali: per la montagna, fossatelli lungo le curve di livello

Infiltrazione laterale Infiltrazione laterale

Campi con rete di solchi, l’acqua è contenuta nei solchi e si infiltra in basso e lateralmente.

Elementi• richiede sistemazione temporanea (rincalzatura nel mais)•L’acqua si immette dall’adaquatrice con sifoni o da tubi forati•distanza tra solchi: 0,6 - 1 m in terreni sciolti, 1,2 - 1,5 m in terreni fini• irrigazione sospesa al 70-80% della lunghezza dei solchi• idoneo per orticole e colture a file

Pregi•valorizza corpi d’acqua modesti (5-10 l s-1 ha-1)•si possono usare acque luride (non c’è contatto con la vegetazione)•non crea asfissia•non favorisce malattie (non bagnando la vegetazione)

Difetti:•molta percolazione profonda (bassa efficienza: 0,5-0,6)• tempi di irrigazione lunghi•necessita di pendenza uniforme•manodopera (lavoro sgradevole)

Sommersione Sommersione

Il terreno viene coperto da un cospicuo strato d’acqua che non si muove e si infiltra verticalmente

Elementi• richiede terreno piano•terreno ripartito in scomparti da arginelli•dimensioni dipendenti da:

•pendenza•ventosità (evitare onde)•permeabilità•necessità di asciugare la superficie

Sommersione continua (risaia)terreno suddiviso in camere (da 0,1 a 10 ha)acqua fornita di continuo da adacquatori a monte (talvolta preceduti da caldane –percorsi tortuosi dell’acqua perché assorba calore prima di entrare nella prima camera)

in genere comparti dipendenti (una camera scarica in un’altra posta a valle) che formano “lotti”

Sommersione (2)Sommersione (2)

Sommersione discontinua: completata la sommersione si lascia asciugare il terreno

•A rasole o aiole: per ambienti aridi con piccoli corpi d’acqua arginelli su 3 lati, su un lato adacquatrice; dimensioni 10-300 m2.

•A conche: per frutteti al sud: conche di 20 cm di profondità, talvolta controconca per evitare bagnatura tronco, rete di canaletti (basso spreco di acqua)

Pregi:distribuzione uniforme

Difetti:elevati consumi richiesta di elevati corpi d’acqua(risaia)•costipazione e asfissia terreno•sistemazione accurata•non si possono usare acque fredde• inapplicabile in suoli permeabili

Aspersione Aspersione L’acqua arriva alle colture dall’alto in forma di pioggiaPregi:• impiegabile in qualunque condizione (terreni declivi, irregolari, accidentati)•non necessita di sistemazioni•assenza di tare (affossatura)• impiegabile anche in terreni molto permeabili• riscaldamento delle gocce d’acqua durante la caduta•abbinabile a altre funzioni:

•fertirrigazione•irrigazione antibrina

•alta efficienza (0,75 - 0,85)•possibilità ampie di regolazione dell’intervento

Difetti:• forte investimento iniziale•compattamento e erosione del terreno•costi di manutenzione•costi energetici (pompe)•perdite per evaporazione (tanto più le gocce sono piccole)•perdite per intercettazione (fino a 5 mm)•non utilizzabile con acque torbide, luride, saline

Aspersione (impianto) Aspersione (impianto)

1) gruppo motore-pompa2)condotte in pressionedistribuiscono l’acqua alimentando gli irrigatori

•fisse: interrate, elevato costo impianto, basso costo esercizio•mobili: appoggiate al suolo, con giunti rapidi. Basso costo iniziale, alto costo di esercizio•miste: interrata la rete principale, mobile la terminale

3) Irrigatori•statici

piccoli ugelli a bassa pressione. Cerchi di pochi metri di diametro o tubi perforati (area rettangolare). Per rischi di occlusione solo acque molto pureidonei per vivai, giardini, campi sportivi

•Rotativi (dinamici)composti da:

•tubo di connessione alla condotta•condotto di lancio (a 35° sull’orizzontale, che si restringe progressivamente)•ugello (10 - 30 mm di diametro)•rompigetto (a girandola, a turbina, a leva oscillante•meccanismo di rotazione: sfrutta la forza del getto per ruotare l’irrigatore ( a cerchio completo o a settori, regolabile)

Irrigatori rotativi Irrigatori rotativi Gittata:raggio del cerchio bagnato (da 10 a 70 m) dipende da:

•pressione•inclinazione tubo di lancio•diametro ugello

i tipi a media gittata (20-40 m) sono i più diffusi; quelli a lunga gittata hanno forte azione battente sul terreno, distribuzione irregolare con ventoPortata (da 0,5 a 70 l s-1);corpo d’acqua/portata=n irrigatoriPressione di esercizio: bassa 1-3 atm

media 3-5 atmalta > 5 atm

Intensità di pioggia =portata/area cerchi bagnato, in mm h-1

lentissima < 3 mm h-1 lenta 3 - 5 mm h-1

media 5-10 mm h-1 alta 10-15 mm h-1

l’intensità è regolabile attraverso pressione, gittata, disposizione degli irrigatoriImportante: intensità deve essere < velocità infiltrazioneL’intensità non è costante nel cerchio bagnato, > all’interno che in periferiadisposizione irrigatoriin quadrato: distanza = 1,4 RIn caso di vento irrigatori a getto “teso”, angolo di 15°, distanze minori

Impianti meccanizzati di aspersione: RotoloniImpianti meccanizzati di aspersione: Rotoloni

Il nome corretto è irrigatori autoavvolgentii più diffusi, costo del singolo rotolone non elevato, richiedono poco lavorocostituiti da:

•irrigatore rotativo con arco di 270°•carrello porta-irrigatore su slitta•tubo (100-400 m)•gruppo motore-pompa con riavvolgitore

Bagnano circa 4 haintensità di pioggia elevate (15-40 mm h-1)velocità di recessione 40-50 m h-1

Pregi•gestione poco onerosaDifetti

•Richiedono superfici ben livellate (rischio di ribaltamento della slitta)•strisce o stradini (4-5% di tare)•problemi talvolta per l’alta intensità di pioggia•elevata potenza•cattiva bagnatura testate•intensità di pioggia troppo elevate per terreni con cattiva struttura

Impianti meccanizzati di aspersioneImpianti meccanizzati di aspersione Ali translanti e Ali translanti e ali imperniate (Pivot) ali imperniate (Pivot)

lunghe tubazioni sospese su carrelli (100-800 m) che portano gli irrigatori spostate con motore su carrelli, ogni 40-100 m, ognuno con motore elettrico per l’avanzamentoI pivot sono imperniati sulla presa d’acqua, descrivono un cerchio. Bagnano da 50 a 120 ha.I ranger (Wheel line, lateral move) hanno una unità principale che corre parallela a un canale

Altezza variabile, conviene sia la più bassa possibile per avere uniformità, massime attorno a 3.5 m

Superficie non coltivabile: circa 1.5% dovuto ai carrelli, e 0.5% dovuto alla pompa.

Velocità di avanzamento attorno a 2 m/minutoSpaziatura degli ugelli 2-5 metri

Intensità di pioggia bassa, alta regolarità, basse pressioni di esercizio. Oggi sono usati ugelli a bassa pressione (LEPA – low energy precision application) che bagnano l’interfila

Pregi:elevate capacità di lavorobasse intensitàturni brevi (3 giorni)bassi costi esercizionon perfetta planarietà (i LEPA la richiedono)

Difetti:solo per grandissime aziendelascia superfici non irrigaterichiedono assenza di ostacolimanutenzionecosti di impianto

Nel complesso, se è possibile installarli sono molto convenienti

Impianti meccanizzati di aspersioneImpianti meccanizzati di aspersione Ali translanti e Ali translanti e ali imperniate (Pivot) ali imperniate (Pivot)

Confronto sistemi a alta e bassa pressione e Lepa (Low Confronto sistemi a alta e bassa pressione e Lepa (Low Energy precision Application)Energy precision Application)

Table 3: Trade-offs between high-pressure, low-pressure and LEPA systems.

System (pressure) High Low LEPA

Typical pivot pressure (psi) 5.5 2.5 1.7

Application rate Low High Very high

Droplet size Large Small Variable

Evaporation and drift losses Depends on wind speed Small if using drop tubes None

Potential runoff Small Moderate Very high

Effect of elevation differences Small High High

Energy Cost* $ (lift of 200 feet) $12,764 $8,799 $7,650

Energy Cost* $ (lift of 400 feet) $19,399 $15,064 $13,586

* Pumping cost for applying 600 mm, system capacity 55 l/s, irrigating 60 ha, pump efficiency 65 % and power cost of $0.07 kwh.

Un esempio di LEPA

Gli erogatori LEPAGli erogatori LEPAL’erogatore di presta a triplice uso, in un’ora di

lavoro si convertono 200 metri

LESA (Low elevation spray applicationLESA (Low elevation spray application

Irrigazione a goccia Irrigazione a goccia

Detta anche a microportata o microirrigazione o irrigazione localizzata: acqua a bassissima pressione erogata in gocce da gocciolatoi inseriti su tubi di plastica

Elementi

•punto di alimentazione di acqua in pressione

•gruppo di controllo

•regolatore di pressione

•filtri

•dosatore per fertilizzanti

•condotte di erogazione (polietilene)

•gocciolatoi:di diversi tipi ( a lungo percorso, a labirinto, a vortice) problema di evitare occlusioni; portata 2-7 l h-1

In alternativa: tubi forati, con fori di circa 1 mm semplice, economico; usato sotto film plastici

tubi a doppia parete

tubi porosi

Irrigazione a goccia (2)Irrigazione a goccia (2)

Pregi:

•massima efficienza (0.85, 0.9)

•poche perdite per evaporazione

•automatizzabile

•dosaggio accurato

•fertirrigazione

Difetti

•occlusione

•manutanzione

•danni alle tubazioni (macchine, radiazione, animali)

•concentrazione sali al margine della zona umida

Massimo uso per orticole, fruttiferi, olivo

Regolarità di distribuzione Regolarità di distribuzione

Si valuta con il Christiansen's coefficient of uniformity (CU)

CU = 100 (1-D/M) , ove D = (1/n) |Xi-M| ;M = (1/n) ΣXi

M = media;D = somma degli scarti in valore assoluto dalla media;Xi = quantità di acqua rilevata in ogni punto;n = numero di punto di rilievo.

Se CU > 85% va molto bene (anche 90% per microirrigazione)Se CU < 75% l’uniformità è inadeguata.

Spesso si usa anche il Coefficiente di variazione (= dev.st/media*100) Buono se < 15%, inadeguato se > 30%

Regolarità di distribuzione ESEMPI Regolarità di distribuzione ESEMPI

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

distanza dal pivot

mm

H2O

In questo Pivot c’era un errore di installazione degli ugelli nella parte iniziale, e altri ugelli intasati. Nessuno se ne era accorto fino a che non si è usata una mietitrebbia con pesatura automatica e GPS (le produzioni erano molto irregolari

CU=63%, CV 30%

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

distanza dal pivot

mm

H2O

CU=88%, CV 8.8%

Sono stati sostituiti tutti gli ugelli iniziali e quelli guasti che non erogavano regolarmente