“Gestione dell’irrigazione e della fertirrigazione delle colture in vaso”

Alberto Pardossi e Luca Incrocci

Dipartimento di Scienze Agrarie, Alimentari e Agro-Ambientali, Università di P isa (alberto.pardossi@unipi.it)

PROGETTO SEGIF-“Sviluppo di un sistema Esperto per la Gestione dell’Irrigazione, Fertilizzazione e controllo fitopatologico in floricoltura”

Sala Convegni CeRSAA – Albenga – 18 luglio 2013

Programma di Sviluppo Rurale 2007 – 2013 Misura 1.2.4 – “Cooperazione per lo sviluppo di nuovi prodotti, processi e tecnologie

nei settori agricolo, alimentare e in quello forestale”

Fondo Europeo Agricolo per lo Sviluppo Rurale: l’Europa investe nelle zone rurali

ü Timer (esperienza) ü Bilancia elettronica (weighing gutter) ü Conta-litri (flussi d’acqua in/out) ü Modelli di traspirazione (ET)

ü Sensori di umidità del terreno/substrato (SMS)

Approcci principali al controllo dell’irrigazione

Turgore alto

Turgore basso

Mesofillo

Xilema Aria

Acqua (vapore) Cellule-guardia

Stoma

Traspirazione = VPD / (rb + rs)

VPD = deficit di pressione di vapore rb = resistenza strato-limite rs = resistenza stomatica

÷÷

ø

ö

çç

è

æ+×g=g

g+D

÷øöç

èæ -×÷

÷

ø

ö

çç

è

æ ×r

+g+D

×D=×l

arsr1

ae*ae

arc

cIE

*

*

p

*

E (kg m-2 h-1) = traspirazione

Ic (W m-2) radiazione intercettata dalla coltura ea - ea* = deficit di saturazione o VPD (kPa)

l (J kg-1) = calore latente di vaporizzazione dell’acqua

ρ (kg m-3) = densità dell’aria cp (kJ kg-1) = calore specifico dell’aria

D (kPa °C-1) = pendenza della curva della pressione di vapore dell’aria satura in funzione della temperatura

g (kPa °C-1) = costante psicrometrica

rc (sec m-1) = resistenza interna (o stomatica) ra (sec m-1) = resistenza aerodinamica

g* = g (1 + rc/ra)

( )LAIkc exp1II ×--×=

L’equazione di Penman-Monteith (P-M)

VPDLAIBcIAE

Barc

LAI1

A

VPDarc

cIE

*

p

*

*

p

*

××+l

×=

=g+D

÷÷

ø

ö

çç

è

æ ×r

××l

=g+D

Dg+D

×÷÷

ø

ö

çç

è

æ ×r

+g+D

×D=×l

Equazione semplificata della traspirazione fogliare

Se la resistenza stomatica è costante

Crop Grow ing conditions A B Reference

Cetriolo Almeria, ES; perlite; aut. & primavera.

0.2 - 0.4 0.02-0.04 Medrano et al., 2005

Gerbera Pisa, IT; lana di roccia; aut. & primavera

0.55 0.019 Carmassi et al., 2011

Geranio Barcelona, Spain) 0.56 0.012 Montero et al., 2001

Rosa Volos, GR; perlite, inverno. 0.24 0.017 Kittas et al. 1999

Rosa Valencia, ES; rockwool; estate 0.36 0.021 Gonzalez-Real, 1995

Pomodoro Almeria, ES; perlite, aut. & primavera.

0.58 0.025 E. Medrano, p.c.

Zucchino Viterbo, IT; poice, aut. & primavera. 0.63 0.007 Rouphael and Colla, 2004

Valori dei coefficienti A e B per alcune colture ortofloricole

Confronto tra valori simulati e misurati della traspirazione oraria (Ed) di gerbera coltivata in serra su lana di roccia (Carmassi et al., 2011).

I substrati di coltivazione

Fonteno

Densità (peso specifico) apparente (DA, kg/L): peso (secco) del materiale essiccato e il volume da questo occupato al momento del prelievo Porosità (P): spazi disponibili per aria (macropori) o acqua (micropori) Terreno: 50% Substrati: >80-85%

Macropori: diametro superiore a 300 micron Micropori: diametro inferiore a 300 micron. L’acqua nei micropori di diametro inferiore a 30 micron non è disponibile per le piante

DA aumenta al diminuire delle dimensioni delle particelle.

P diminuisce con l’aumento di DA: P = 100 – (36 x DA)

Es.: DA = 0.5 kg/L ---> P = 100 – (36 X 0.5) = 100 - 18 = 82 %

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

FASE SOLIDA

ACQUA

Capacità per l'aria

Acqua facilmente disponibile Acqua

disponibile

Volu

me

(%)

Tensione d'umidità (hPa)

ARIA

1 hPa = 1 mbar = 1 cm (colonna d’acqua)

Substrato ideale: · porosità totale >85% (vol.) · capacità per l'aria (1 KPa) = 20-30% · acqua facilmente disponibile = 20-30% · acqua di riserva= 5-10%

CURVE DI RITENZIONE IDRICA DI ALCUNI SUBSTRATI

Schematizzazione dell’effetto dell’altezza del contenitore

sul contenuto di aria e di acqua di un substrato

Capacità di contenitore = 1657/3859 = 43%

All’aumentare dell’altezza del vaso, la forza gravitazionale aumenta (yg diminuisce) e diminuisce il volume di acqua trattenuta dal substrato

472 ml 32% 151 ml

378 ml 69% 261 ml

459 ml 34% 156 ml

444 ml 36% 160 ml

431 ml 39% 168 ml

418 ml 43% 180 ml

406 ml 49% 199 ml

388 ml 59% 229 ml

463 ml 33% 153 ml

Totale 3859 ml 1657 ml

Substrato vol. H20% H20 vol.

PILOTAGGIO DELL’IRRIGAZIONE

REGIME IRRIGUO

Volume irriguo o d’adacquamento: la dose (in peso o volume)

di acqua erogata in occasione di ogni intervento irriguo.

Frequenza (turno) irrigua: numero di interventi nell’unità di

tempo o durata della fase di asciutta (periodo tra

un’irrigazione e quella successiva)

Volume irriguo o d’adacquamento (VA) – funzione di:

q Caratteristiche idrologiche del substrato

q Geometria del contenitore

q Qualità dell’acqua irrigua (lisciviazione)

q Efficienza del sistema irrigua

q Uniformità di erogazione (impianto irriguo)

q Uniformità vegetale

VA teorico (VAT)

Coefficiente di sicurezza

(KS)

VA = VAT x KS

VA teorico (VAT) Diametro (cm) 12 15 18 22

Volume Vt (mL) 980 1,603 2,896 7,278 Altezza (cm) 12,0 12,5 15,5 22,0

ml % Vt ml % Vt ml % Vt ml % Vt

Torba CC 678 (69) 1,102 (69) 1,937 (67) 4,678 (64) Aria 204 (21) 340 (21) 670 (23) 1,873 (26) AD 255 (26) 414 (26) 720 (25) 1,684 (23)

Torba:pomice (1:1)

CC 616 (63) 1,001 (62) 1,765 (61) 4,308 (59) Aria 188 (19) 313 (20) 610 (21) 1,661 (23) AD 159 (16) 258 (16) 454 (16) 1,083 (15)

Pomice CC 452 (46) 733 (46) 1,286 (44) 3,138 (43) Aria 352 (36) 581 (36) 1,090 (38) 2,830 (39) AD 66 (7) 107 (7) 192 (7) 293 (4)

Perlite CC 520 (53) 842 (53) 1,448 (50) 3,465 (48) Aria 284 (29) 473 (30) 927 (32) 2,503 (34) AD 106 (11) 173 (11) 305 (11) 731 (10)

Torba:perlite (1:1)

CC 647 (66) 1,054 (66) 1,865 (64) 4,545 (62) Aria 157 (16) 260 (16) 510 (18) 1,423 (20) AD 234 (24) 380 (24) 665 (23) 1,571 (22)

L’acqua disponibile (AD) di un vaso riempito con un determinato substrato è pari, approssimativamente, all’80% dell’AD definita in

laboratorio in base alla curva di ritenzione idrica del substrato stesso

Esempio:

Volume del vaso: 10 L

Substrato: torba

AD determinata in laboratorio: 30%

AD nel vaso: 10 L x (30/100) x (80/100) = 10 x 0.3 x 0.8 = 2.4 L

ü L’acqua disponibile (AD) di un vaso è pari, approssimativamente, all’80% dell’AD definita in base alla curva di ritenzione idrica (laboratorio)

ü Il volume di adacquamento teorico (VAT) è pari al 10-100 % di AD (la percentuale aumenta al diminuire del valore assoluto di AD)

ü Il coefficiente di sicurezza (KS) è maggiore di o uguale (in condizioni ideali) a 1.0; in genere, è compreso tra tra 1.1 e 1.5

Coppa di ceramica porosa

Coppa di ceramica porosa

Manometro

Tensiometro

DEFINIZIONE DEL REGIME IRRIGUO

v La condizione ideale è un contenuto idrico costante, uguale o vicino alla capacità idrica di contenitore.

v Il regime irriguo ottimale è quello che associa l’efficacia (cioè, soddisfa perfettamente le esigenze idriche della coltura consentendo la sua miglior performance) con l’efficienza (minima perdita di acqua).

v L’irrigazione ripristina il contenuto idrico ottimale, quindi il volume irriguo (teorico o netto; VINETTO) deve compensare le perdite di acqua legate all’evapo-traspirazione (ET).

v Il volume irriguo effettivo (o lordo; VILORDO) è generalmente superiore a VINETTO e il surplus di acqua è determinato dal coefficiente di sicurezza (KS), a sua volta definito in base a:

o efficienza del metodo irriguo

o uniformità di erogazione dell’acqua (impianto irriguo)

o qualità dell’acqua irrigua

o uniformità delle coltura (in termini di ET)

Volume irriguo NETTO (VINETTO)

Volume irriguo LORDO (VILORDO)

Durata dell’irrigazione

Clima (rad., temp., UR)

Substrato (ritenzione idrica, etc.)

Coltura (specie, cv., stadio

sviluppo, ecc.)

Impianto irriguo (metodo, densità e

portata erogatori, etc. KS

VILORDO = VINETTO x Ks

VOLUME IRRIGUO

Coefficiente di sicurezza

Evapotraspirazione potenziale (ETP)

Evapotraspirazione della coltura (ET)

Frequenza irrigua

Clima (RAD, temp., UR)

Coltura (specie, cv., stadio

sviluppo, ecc.) KC

VINETTO

Numero e orario delle irrigazioni

Soglia ETP o radiazione

Impianti automatici

Impianti semi-automatici

FREQUENZA IRRIGUA Unità di misura:

RAD: MJ/m2 (1 Kwh = 3.6 MJ)

ETP, ET: L/m2

KC, KS: adimensionali

ET = ETP x Kc

Coefficiente colturale

EVAPOTRASPIRAZIONE

Unità di misura:

RAD: MJ/m2 (1 Kwh = 3.6 MJ)

ETP, ET: L/m2

KC, KS, KT: adimensionali

ETP

• Funzione di RAD, temperatura e umidità relativa

• Funzione di RAD, interna o esterna

ETP = RADINT x 0.4

ETP = RADEST x KT x 0.4

KT = 0.60 -0.70

KC

• Post-trapianto: 0.15 – 0.20

• Rapido sviluppo: 0.30 – 0.50

• Crescita stazionaria/produzione: 0.70 – 1.0

Coefficiente di sicurezza (KS)

Efficienza sist. irriguo

Qualità dell’acqua irrigua

Uniformità di erogazione

Uniformità della coltura

Alta 0.00 0.05 0.05 0.05

Media 0.10 0.10 0.10 0.10

Bassa 0.15 0.15 0.15 0.15

Molto bassa 0.20 0.20 0.20 0.20

Si calcola sommando ad 1 i punti assegnati a quattro diversi fattori tecnologici e biologici

Efficienza sist. irriguo

Uniformità di erogazione

Qualità dell’acqua irrigua

Uniformità della coltura

Alta 0.00 0.05 0.05 0.05

Media 0.10 0.10 0.10 0.10

Bassa 0.15 0.15 0.15 0.15

Molto bassa 0.20 0.20 0.20 0.20

Esempio: KS = 1 + (0 + 0.10 + 0.10 + 0.15) = 1.35

KS = 1.1 – 1.5

Evapotraspiratione della coltura (ET)

Frequenza irrigua

VINETTO

N. irrigazioni/giorno:

ET/VINETTO

Orario:

• Una al mattino

• Le altre comprese tra le 9 e le 18 (prim.-est.)

o tra le 10 e le 16 (aut.-inv.)

Impianti semi-automatici (occorre conoscere l’ET media del periodo

considerato)

CONTROLLO AUTOMATICO DELLA FREQUENZA

Irrigo quando

ET = VINETTO

cioè

ETP = VINETTO/KC

oppure

RAD = VINETTO/(0.4 x KC)

Impianti automatici (occorre conoscere KC)

Unità di misura:

RAD: MJ/m2 (1 Kwh = 3.6 MJ)

ETP, ET: L/m2

Kc, Ks: adimensionali