Principi e tecniche dell'irrigazione

Principi e tecnica dell'irrigazione

Introduzione

La corsa allo sviluppo dell'irrigazione, in atto un po' in tutto il mondo, spinge ad usare tecnologie sempre più costose e sempre meno valide. I maggiori costi derivano dal maggior input di energia richiesto per il sollevamento da falde profonde o dalla maggiore lontananza fra luogo di captazione e luogo di utilizzo della risorsa. Il degrado della qualità è legato alla salinità che può essere di origine marina, nel caso del sollevamento da falde carsiche o sottodunali, o di origine terrestre nel caso che le acque fluenti superficiali attraversino formazioni geo-litologiche di tipo gessoso-solfiero. È stato calcolato che attualmente nel mondo si perdono per isterilimento, conseguente a fenomeni di salinizzazione, 3 ettari al minuto; mentre a causa della degradazione conseguente a fenomeni di erosione e di frane, ad errata gestione del territorio, ad inadatte tecniche agronomiche, (aratura a ritocchino e mancata copertura erbacea), all'adozione della monocoltura continua e ad un uso eccessivo di sostanze chimiche, da 5 a 7 milioni di ettari di terre arabili vengono persi ogni anno.

Importanza dell'irrigazione

L'irrigazione è una pratica agronomica che consiste nell'apporto artificiale di acqua al terreno che ne difetta; essa mira a colmare una deficienza climatica, cioè lo squilibrio esistente tra l'apporto di acqua per mezzo delle piogge e la domanda evapotraspirativa dell'ambiente.

Elementi di climatologia ed agrometeorologia

Elementi del clima

Sappiamo che il tempo muta da un giorno all'altro e che il clima differisce da luogo a luogo a causa delle variazioni che si hanno nella qualità, nell'intensità e nella distribuzione spaziale degli elementi climatici, quali temperatura e umidità dell'aria, ventosità, ecc. È importante individuare gli effetti che queste variazioni inducono nel regno vegetale.

Gli elementi climatici che bisogna conoscere e misurare, perché necessari a fini agronomici, sono:

• Radiazione solare (globale, diretta, diffusa);
• Temperatura dell'aria;
• Eliofania (durata giornaliera delle ore di sole);
• Umidità dell'aria;
• Pressione atmosferica;
• Ventosità (velocità, direzione, durata del vento);
• Precipitazioni atmosferiche (pioggia, neve, grandine, brina);
• Evaporazione (potere evaporante dell'atmosfera).

Alla base di tutto vi sono le “stazioni agronometeorologiche”. Esse, oltre ad effettuare tutte le misure di cui sopra, devono rilevare anche altre misure di interesse agronomico, come: temperatura del suolo a varie profondità, temperatura della massa fogliare, evaporazione da superficie bagnata del terreno, traspirazione da parte della vegetazione, intensità e composizione della luce solare in relazione alla funzione clorofilliniana, ecc.

Compito dell'agronomia è, inoltre, quello di raccogliere dati ed osservazioni di carattere biologico riguardanti le piante coltivate, quali l'inizio delle singole fasi di sviluppo, i danni prodotti a alcune avversità sia di natura non parassitaria che parassitaria, la resa quantitativa e qualitativa delle coltivazioni. I dati raccolti dalle stazioni agronomiche devono poi venire elaborati tenendo conto delle finalità della climatologia agraria, che sono quelle di definire il clima esistente sul territorio di competenza in rapporto alle colture praticate o che sarà possibile introdurre.

Radiazione solare

La radiazione solare (R.s.) rappresenta l'unica fonte di energia per l'atmosfera. Si parla di onde elettromagnetiche che sono caratterizzate, come tutti i fenomeni di propagazione ondulatoria, da alcune grandezze:

• λ, lunghezza d'onda: l'intervallo tra i valori massimi e minimi di onde successive (si indica in nanometri);
• ν, frequenza: il numero di oscillazioni complete nell'unità di tempo (si esprime in hertz – 1Hz=1s^-1);
• α, ampiezza: il massimo valore dell'intensità del campo magnetico;
• χ, velocità: la velocità con cui si propaga un campo elettromagnetico (velocità della luce=300000 km/s).

L'insieme di tali frequenze e della lunghezza d'onda corrispondente si chiama spettro di emissione della sostanza. La caloria è la quantità di calore (Cal) che occorre somministrare ad 1g-massa di acqua distillata per portarne, a pressione atmosferica normale, la temperatura da 14,5 °C a 15,5 °C. Al posto della caloria ormai si adopera l'unità di misura dell'energia, cioè il Joule (J), dal momento che il calore è una forma particolare di energia (1 Cal = 4,1868 J).

Si definisce albedo di una superficie il rapporto fra la radiazione riflessa e la radiazione incidente.

Effetti della luce sulle piante

Le diverse specie vegetali reagiscono in maniera diversa al fattore luce e, pertanto, si possono distinguere valori critici dell'intensità luminosa. Così, ad esempio, per zero specifico di illuminazione si intende il limite inferiore al di sotto del quale la pianta arresta la fotosintesi ed il suo peso diminuisce per effetto della respirazione. Si chiama, invece, livello di saturazione il valore di illuminamento corrispondente alla massima attività fotosintetica.

In relazione al livello di saturazione per l'intensità luminosa le piante vengono suddivise in eliofile e sciafile; le prime richiedono elevate intensità di luce mentre le seconde soffrono per eccesso di illuminazione.

Durata dell'apparato assimilatore o LAD (Leaf Area Duration): rappresenta la durata ossia la funzionalità dell'apparato fogliare assimilatore (in giorni).

Radiazione solare, anidride carbonica atmosferica ed effetto serra

Il sistema terra-atmosfera viene riscaldato dalla radiazione solare che, a breve lunghezza d'onda, nel raggiungere il suolo si trasforma in calore. Tale radiazione si trasforma in buona parte in onde lunghe non più capaci di riattraversare la cortina di gas atmosferici. Questo intrappolamento della radiazione solare è chiamato “effetto serra”.

La CO₂, liberata dai processi naturali, fisici e biologici, si è mantenuta costante nell'atmosfera fino ad alcuni decenni or sono, finché la crescente industrializzazione non ne ha fatto aumentare la quantità relativa alterando alcuni equilibri naturali. Il tanto discusso aumento dell'effetto serra atmosferico è dovuto appunti alla notevole capacità della molecola di CO₂ di assorbire energia nell'infrarosso.

Molto importante è la PAR che è la radiazione fotosinteticamente attiva che è una misura dell'energia della radiazione solare intercettata dalla clorofilla nelle piante. È in pratica una misura dell'energia effettivamente disponibile per la fotosintesi e coincide con la radiazione visibile quasi completamente.

Tra gli effetti sicuramente favorevoli di un aumento della concentrazione di CO₂ nell'atmosfera c'è quello di un importante aumento dell'intensità della fotosintesi e dell'assimilazione netta della vegetazione; si tratta di effetti, da lungo tempo ben noti, della concimazione carbonica. Altro effetto positivo dell'aumento della concentrazione di CO₂ nell'atmosfera è costituito da una maggiore efficienza delle piante nell'utilizzazione dell'acqua, una maggiore resistenza al gelo ed all'inquinamento dell'aria da gas tossici, una maggiore capacità di utilizzare gli elementi nutritivi del terreno, riducendone così il dilavamento e le manifestazioni di inquinamento, un maggior contributo all'accumulo di materia organica nel terreno.

Temperatura dell'aria

La temperatura, o stato termico di un corpo, rappresenta l'energia cinetica media delle singole molecole, mentre la quantità di calore posseduta dal corpo rappresenta il totale dell'energia cinetica di tutte le molecole che lo costituiscono.

Il calore serve ad aumentare l'energia cinetica media delle molecole e degli atomi, ed in tal caso si chiama calore sensibile, oppure ad aumentare la distanza fra le molecole, cioè a dilatare il corpo e in parte ad eseguire un lavoro, a vincere la pressione esterna per provocare un cambiamento di stato, ed allora si parla di calore latente.

Calore latente: energia che deve essere fornita o rimossa da 1kg di una sostanza per trasformarla da una forma all'altra. Durante il processo di trasformazione la temperatura del sistema rimane costante.

Il minimo e il massimo di una temperatura si verificano rispettivamente la mattina verso le ore 6, quando l'emissione ad onde lunghe eguaglia la radiazione ad onde corte, e verso le ore 15, quando la radiazione emessa equivale a quella ricevuta. Naturalmente la nuvolosità può modificare l'andamento del fenomeno. La differenza fra il valore massimo e quello minimo viene detta escursione termica giornaliera.

Si definisce gradiente dell'aria secca la diminuzione della temperatura dal basso verso l'alto: l'aria che sale si espande e l'energia spesa per questa espansione fa abbassare la temperatura (in condizioni normali di circa 1°C per ogni 100 m di altezza).

La misura della temperatura dell'aria si fa esponendo gli apparecchi all'aria entro speciali capannine in modo da fornire sempre la stessa schermatura. Tale misurazione può effettuarsi con termometri a massima ed a minima e con termometri registratori, ossia con i termografi.

Limiti termici: Per ogni specie agraria esistono tre temperature limite:

• Un limite ottimo che corrisponde alla massima velocità di accrescimento (germinazione, respirazione, fotosintesi);
• Un limite massimo oltre il quale ogni forma di crescita viene bloccata;
• Un limite minimo al di sotto del quale ogni processo di sviluppo vitale si arresta.

Le temperature ottimali per le colture agrarie oscillano fra +15 e +32°C, quelle minime vanno da -2 a +5°C nei climi temperati ed in inverno, mentre sono superiori a +15°C per le colture a ciclo primaverile-estivo. Il limite minimo viene normalmente indicato come zero di vegetazione che normalmente corrisponde anche al cardinale termico di germinazione.

Poiché ogni coltura raggiunge la maturazione quando ha accumulato un determinato quantitativo di calore, un parametro utile per esprimere il comportamento delle colture, in relazione all'andamento termico ambientale, è rappresentato dai gradi giorno utili per la crescita: GDD (Growing Degree Days) ovvero somma termica (St) o unità termiche (Ut). Per somma termica si intende la sommatoria delle differenze fra la temperatura media giornaliera (m) e lo zero di vegetazione (z) delle specie o Cv considerata per l'intero ciclo colturale o per una o più fasi di sviluppo delle piante in detto ciclo:

GDD= Σ (m - z)

• dove n = ultimo giorno del periodo considerato
• m = temperatura media giornaliera (Tmax + Tmin/2)
• z = zero di vegetazione della specie considerata

Un altro aspetto interessante è quello che riguarda l'alternanza delle temperature, cioè l'interferenza delle temperature diurne e notturne sulla crescita e sullo sviluppo delle piante coltivate, nota come termoperiodismo. Nelle piante esistono reazioni che hanno bisogno di basse temperature. Così, ad esempio, i prodotti della fotosintesi, elaborati dalla pianta durante il giorno a temperature relativamente elevate, sono trasportati durante la notte con maggiore rapidità se la temperatura è bassa. Il termoperiodismo risulta meno marcato quando le piante ricevono una buona illuminazione; se l'illuminazione è scarsa, le piante hanno bisogno di temperature notturne relativamente basse.

L'acqua nell'atmosfera

Il ciclo dell'acqua, detto anche ciclo idrologico (evaporazione, traspirazione, condensazione, precipitazione), svolge un ruolo fondamentale in relazione ai fenomeni climatici e biologici.

L'acqua si può trovare nei 3 stati: solido, liquido e gassoso e può passare da uno stato all'altro ed i diversi passaggi di stato che si possono riscontrare tutti nei fenomeni meteorologici sono:

Per il passaggio da uno stato all'altro è necessaria una certa quantità di energia che viene detta “calore latente”. Perché un grammo di ghiaccio passi, a temperatura costante, allo stato liquido sono necessarie 80 calorie, che rappresentano il calore latente di fusione. Il calore latente di vaporizzazione, invece, necessario perché un grammo di acqua passi allo stato di vapore, è di 540 cal a 10°C e di 600 cal a 0°C. Il calore latente di sublimazione, cioè l'energia necessaria perché un grammo di ghiaccio passi allo stato di vapore, è di 680 cal a 0°C. Nella trasformazione inversa la stessa quantità di calore viene ceduta.

Il vapor d'acqua è sempre presente nell'atmosfera. Esso contribuisce alla pressione dell'atmosfera con una pressione parziale. Tale pressione raggiunge per ciascuna temperatura un valore massimo, E, detto pressione o tensione di saturazione, oltre il quale l'acqua che evapora da una superficie condensa nuovamente. I valori della pressione di saturazione E, sono i seguenti:

L'umidità assoluta (Ua) rappresenta la concentrazione del vapor d'acqua nell'atmosfera, l'umidità relativa è la quantità di vapor d'acqua contenuta nell'atmosfera in relazione a quella che vi sarebbe contenuta se l'atmosfera fosse satura a quella temperatura:

UR = 100 (e/E)

• dove: e = tensione effettiva del vapore presente nell'atmosfera
• E = tensione di saturazione alla temperatura dell'aria

L'UR esprime l'attitudine delle superfici ad evaporare. L'umidità specifica (Us) è il rapporto fra la massa del vapor d'acqua presente nell'atmosfera (mw) e la massa totale dell'atmosfera (mw + ma) compreso lo stesso vapor d'acqua; si esprime in g/kg:

Us = mw/(mw+ma)

Il rapporto di mescolanza (r) è il rapporto tra la massa del vapor d'acqua (mw) e la massa atmosferica asciutta (ma); si esprime in g/kg di aria asciutta:

r = mw/ma

La temperatura di rugiada (Tr) è la temperatura alla quale occorrerebbe raffreddare l'aria, a pressione costante e lasciando inalterato il contenuto di vapore, affinché diventi satura rispetto all'acqua ed avvenga la condensazione.

Il deficit di saturazione (ds), detto anche deficit igrometrico o fattore di evaporazione, rappresenta la differenza fra la tensione di saturazione (E) e la tensione attuale (e), cioè la pressione del vapor d'acqua presente nell'atmosfera. Il ds serve ad esprimere, in termini di pressione, la quantità di vapor d'acqua che occorre aggiungere a quella presente nell'unità di volume d'aria per raggiungere la saturazione.

VPD = E – e

Evaporazione

Per evaporazione in senso lato si intende il passaggio di stato dell'acqua da liquido a gassoso. In natura si può avere evaporazione da una superficie idrica libera, dalla superficie umida del terreno, dalla superficie fogliare. Perché si abbia evaporazione non è sufficiente la presenza di acqua e di una certa disponibilità energetica, ma è necessario che l'atmosfera presenti un certo deficit idrico di saturazione, cioè che la tensione effettiva del vapore dell'aria sia inferiore alla sua tensione di saturazione a quella temperatura.

Gli strumenti utilizzati per la determinazione dell'evaporazione da una superficie sono gli evaporimetri, fra cui il più noto ed il più utilizzato è l'evaporimetro “Classe A”. Si tratta di una vasca di forma circolare costruita in acciaio galvanizzato, o metallo cromato, dello spessore di mm 0,8. Ha un diametro di 1,21 m, altezza di 25,5 cm. È poggiata a terra su un'armatura di legno di 15 cm di altezza. Viene riempita d'acqua fino a 5 cm dal bordo e il livello dell'acqua non deve mai scendere al di sotto di 7,5 cm dal bordo stesso. Internamente ad essa si trova una vaschetta di calma con vite micrometrica per mezzo della quale giornalmente si misura l'evaporato. L'acqua viene aggiunta ogni qual volta il livello raggiunge i 7,5 cm dal bordo e di tanto in tanto rinnovata per evitare che diventi troppo sporca e vi proliferino le alghe.

Condensazioni e precipitazioni

Le precipitazioni meteoriche dipendono dall'evaporazione e dell'umidità dell'aria. Il vapore d'acqua presente nell'atmosfera può raggiungere e superare il punto di saturazione quando si verifichi una sensibile diminuzione della temperatura nella massa che lo contiene. Esso subisce allora un fenomeno di condensazione o di sublimazione a seconda che la temperatura ambientale sia superiore o inferiore a zero gradi °C, passando nel primo caso allo stato liquido in forma di minute goccioline e nel secondo allo stato solido in forma di sottili aghi di ghiaccio. Queste trasformazioni possono verificarsi al livello del suolo ed allora si ha la formazione di rugiada e di brina, oppure nell'atmosfera ed allora si ha la formazione di nebbie e di nubi.

Punto di rugiada = Temperatura dove un volume d'aria deve essere raffreddato per provocare la condensazione del suo vapore acqueo. Rugiada: È il risultato della condensazione dell'umidità atmosferica su superfici fredde quando la loro temperatura scende sotto il punto di rugiada. Brina: Non è altro che rugiada a temperatura inferiore a 0 °C. Le nubi sono degli aggregati di particelle di acqua e di ghiaccio di un miscuglio di entrambi, di dimensione sempre ...