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La misura

o I valori di radiazione solare si esprimono in:

-2 -1

cal cm min (o riferite ad un intervallo maggiore: giorno, mese)

-2

Watt m

-2 -1

J m min (o riferite ad un intervallo maggiore: giorno, mese)

o In generale si utilizzano i valori di radiazione totali giornalieri (o

relativi ad un periodo più lungo, mese o stagione) che descrivono la

disponibilità energetica dell’ambiente studiato.

o Gli strumenti per la misura sono chiamati radiometri o solarimetri o

piranometri e permettono di rilevare le diverse componenti della

radiazione sulla base di opportuni filtri e schermature

Radiazione globale

oper la radiazione solare globale, si utilizzano strumenti come i piranometri o

solarimetri la cui superficie sensibile è protetta dalle influenze

atmosferiche mediante due calotte in vetro concentriche.

oper la radiazione diretta, si utilizzano dei pireliometri la cui superficie di

misura è costantemente mantenuta perpendicolare ai raggi solari.

Operazione quest'ultima, che viste le difficoltà che implica, ne rende la loro

utilizzazione limitata. In generale, quindi, il dato di radiazione diretta viene

ottenuto per differenza tra la radiazione globale e quella diffusa.

Radiazione diffusa

o per la radiazione diffusa, si fa ricorso a solarimetri provvisti di una fascia

circolare concentrica alle cupole di protezione, montata in modo tale da

porre in ombra la parte sensibile. Per assicurare l'ombreggiamento durante

tutto il giorno le guide che sorreggono la fascia devono essere poste

parallelamente all'asse terrestre e, con il cambiare della declinazione del

sole, la fascia va traslata sulle guide in modo

da mantenere in ombra il sensore.

Albedo

oper la radiazione riflessa (albedo), si impiegano due piranometri: uno

rivolto verso il cielo e l'altro, tarato nella banda spettrale compresa tra

µm,

0.3 e 3 rivolto verso la superficie in esame. In caso poi sia presente

una copertura erbosa, l'erba sottostante allo strumento va mantenuta ad

una altezza costante. Radiazione netta

oper la radiazione netta, si utilizzano sempre due piranometri

rivolti, uno verso il cielo e l'altro verso la superficie in esame. La

misura della radiazione netta risulta sostanzialmente diversa

dall'albedo sia per l'algoritmo impiegato per il suo calcolo che per

µm).

l'intervallo di frequenze su cui si misura (0.3-60

Stima della radiazione solare

o In generale a causa dell'elevato costo, gli strumenti di misura sono

installati solamente in alcune stazioni del servizio meteorologico o in

stazioni moderne completamente automatizzate.

o La mancanza di misure dirette della radiazione può essere comunque

superata risalendo al valore di radiazione reale a partire dai dati:

- di copertura del cielo espressi in termini di ore di insolazione,

- di decimi di copertura nuvolosa.

o Anche per gli altri flussi di radiazione (radiazione netta, etc.) sono

utilizzabili equazioni empiriche o fisiche per la stima dei valori

mancanti. Eliofania

Argomenti trattati

Aspetti generali

Caratteristiche della radiazione solare

Relazioni radiazione-coltura: la

produzione

Mezzi per una migliore utilizzazione della radiazione

Relazioni radiazione-coltura: il fotoperiodo

Livelli di produzione di una coltura

o I fattori che limitano la crescita delle colture determinano diversi livelli

di produttività finale e possono essere analizzati secondo lo schema

seguente:

o Livello 1 (fattori definenti): la coltura ha una disponibilità completa di

acqua ed elementi nutritivi per tutta la durata del periodo di

crescita. Il suo tasso di crescita dipende quindi solamente dallo stato

in cui si trova la coltura e dalle disponibilità termiche e radiative (P.

P.

potenziale).

potenziale

o Livello 2 (fattori limitanti): la crescita della coltura è limitata, per

almeno una parte del periodo di crescita, dalla carenza di acqua (P.

P.

ottenibile).

ottenibile

Livelli di produzione di una coltura

o Livello 3 (fattori limitanti): la crescita della coltura è limitata dalla

carenza di azoto per almeno una parte del periodo di crescita e

dalla carenza di acqua per il rimanente periodo (P.

P. ottenibile).

ottenibile

o Livello 4 (fattori limitanti): la crescita della coltura è limitata dalla

carenza di fosforo e degli altri minerali nutritivi per almeno una

parte del periodo di crescita (P.

P. ottenibile).

ottenibile

o Livello 5 (fattori riducenti): la crescita della coltura è ridotta dalla

presenza di avversità atmosferiche e biologiche (patogeni,

grandine, infestanti, etc.) (P.

P. attuale).

attuale

Schema della produzione

Light use

efficiency

La radiazione fotosinteticamente attiva

o Viene generalmente chiamata luce e rappresenta quella parte

della radiazione solare con lunghezza d’onda compresa tra 400

nm e 700 nm che ha come caratteristica principale quella di

essere attiva nel processo fotosintetico fornendo l’energia

necessaria.

o L’energia luminosa viene assorbita dai pigmenti clorofilliani e

trasformata in energia chimica nel processo fotosintetico

o L’intensità luminosa massima registrabile sulla superficie

terrestre nei giorni e nelle ore di massima insolazione (circa

µmoli -2 -1

sec ) è di molto superiore a quella necessaria

2000 m

per la fotosintesi.

o Il fatto che venga spesso superato il livello di saturazione fa si

che l’efficienza fotosintetica, intesa come rapporto tra

l’energia contenuta nella s.o. e quella luminosa incidente, è

quindi relativamente bassa

Risposta fotosintetica in rapporto

all’intensità della luce

o Le piante hanno:

o una soglia minima di

illuminazione al

disotto della quale

la fotosintesi non

avviene

o Un intervallo in cui

la fotosintesi

aumenta con

l’aumentare

dell’intensità

luminosa

o Un massimo oltre il

quale la fotosintesi

non aumenta (livello

di saturazione

luminosa)

Utilizzazione della radiazione solare

o Il 90-95% della sostanza secca delle piante superiori consiste

di composti del carbonio derivati dalla fotosintesi

o L'utilizzazione della radiazione solare con la fotosintesi è un

processo quantico limitato alla regione dello spettro

µm,

elettromagnetico compresa tra 400 e 700 regione che

costituisce un po' meno del 50% della radiazione globale del

sole a livello del suolo.

o Una delle più attendibili stime dell'utilizzazione della

radiazione solare è quella di Loomis e Williams

Massime rese vegetali teoriche e

reali

o Si deduce che anche nelle situazioni più favorevoli le produzioni vegetali

sono molto inferiori a quelle teoricamente possibili

o In certi casi il massimo di assimilazione netta non corrisponde

all'optimum di produzione per l'uomo: talora per l'agricoltore è

importante non la produzione totale (o biologica o biomassa), ma la quota

di questa che è in forma di prodotti utili (produzione economica).

Argomenti trattati

Aspetti generali

Caratteristiche della radiazione solare

Relazioni radiazione-coltura: la produzione

Mezzi per una migliore

utilizzazione della radiazione

Relazioni radiazione-coltura: il fotoperiodo

Incremento utilizzazione della

radiazione

o Dal calcolo teorico, il limite massimo di produttività corrisponde a

un'utilizzazione assai modesta dell'energia luminosa disponibile

(12-13% al massimo, secondo i dati di Loomis), ma che nella realtà

è sempre molto più basso.

o Per cercare di migliorare l'utilizzazione della luce diversi mezzi

possono essere impiegati o proposti:

o L’analisi dell’accrescimento e dello sviluppo

o Modelli di simulazione della crescita e dello sviluppo

o Mezzi di intervento tecnico

L’analisi dell’accrescimento

Si basa sul calcolo di una serie di indici in grado fornire informazioni sui

meccanismi e sui fattori limitanti che possono influire sulla produzione a

partire dal rilievo periodico (1 - 2 settimane) dei seguenti parametri:

Superficie fogliare assimilatoria

Peso secco delle varie componenti della biomassa (steli, foglie, granella,

etc.)

Numero foglie, altezza pianta

Più importanti indici derivati:

Indice di area fogliare (LAI): area della superficie fogliare sull’unità

di superficie del suolo

Intensità di accrescimento (CGR): incremento di peso secco per unità

-2 -1

di area di suolo nell’unità di tempo (g m d ) (efficienza produttiva)

Intensità di assimilazione (NAR) ottenuto come rapporto tra CGR/LAI

(capacità fotosintetica), esprime la produzione di sostanza secca per

-2

unità di superficie fogliare per unità di tempo (g dm alla settimana)

Durata dell’apparato assimilatore (LAD) indica la durata del

funzionamento dell’apparato fotosintetico

Accumulo di biomassa

Crop growth rate - CGR

Accumulo di biomassa - LAI

Modelli di simulazione della crescita

o I modelli di simulazione della crescita sono strumenti in grado di

riprodurre il comportamento di una coltura e di valutare la sua

risposta all'ambiente che la circonda.

o Il principali vantaggi di questi strumenti sono legati alla

possibilità:

o di applicazioni in condizioni agronomiche, colturali e gestionali

diverse da quelle dove sono stati sviluppati (estrapolazione dei

dati)

o di valutare rapidamente l’impatto di determinate scelte

(genotipi, variazioni intensità assimilazione, intercettazione

della luce) in tempi rapidissimi e per un numero di anni limitato

solo dalla disponibilità di informazioni climatiche (pre-

screening).

o di fornire indicazioni sui livelli produttivi per scenari futuri

(climatici, agronomici, biotecnologici)

Diagramma di flusso modello di crescita

Processi simulati: 1. Sviluppo ontogenetico; 2. Emissione ed

espansione fogliare; 3. Accumulo Biomassa; 4. Accrescimento

frutto END YES

Daily weather NO

Tmx SDUR > MAT

Tmn

Rad FRU = BIO * HI

HI

Shoot leaf no 4

SLOPE

SLN = SLN + RLF

RLF = (a+b*Tmd)*(1+c*SLN) Days

NO

YES

Shoot leaf area 2 ADUR < LAG

SLA=a * SLN^b BIO=BIO + PHO

LAI=SLA*NS/(Cov*PLA) PHO=Rad*EFF*(1-exp(-0.5*LAI)) 3

NO

SLN>17

1 YES 2

EFF=EFF(1-0.0025(0.25Tmn+0.75Tmx-25)

ADUR = ADUR +TU Mezzi di intervento tecnico

1) Scelta di genotipi (specie e varietà):

dotati di superiore efficienza fotosintetica. Come le specie C4

o (mais, sorgo, canna da zucchero, etc.) con un limite di saturazione

luminosa molto più alto della media a causa dell’assenza o ridotta

presenza di fenomeni di fotorespirazione

selezione di varietà di specie C3 caratterizzate da un basso livello

o di fotorespirazione.

2) Aumento dell'intensità di assimilazione (NAR) aumentando la

quantità di clorofilla per unità di superficie fogliare e la quantità di

proteine fogliari, (tra le quali importanti le già citate carbossilasi)

mediante miglioramento genetico e/o con una nutrizione minerale

equilibrata e abbondante (specialmente per l’azoto).

Mezzi di intervento tecnico

3) Favorire la traslocazione dei primi prodotti della fotosintesi

dalle parti verdi verso gli organi di accumulo e di riserva (radici,

tuberi, semi, frutti, ecc.): ciò allo scopo di evitare che i prodotti

della reazione, restando dove la reazione si svolge, ne rallentino la

velocità. Questo risultato può essere ottenuto in vari modi:

a) creando condizioni ambientali favorevoli al processo di

traslocazione (ad esempio, in una serra assicurando

un'opportuna alternanza di temperature di giorno e di notte);

b) facendo in modo che non difettino i «depositi » dei prodotti

della fotosintesi, rappresentati da semi, frutti, tuberi, etc.

4) Aumento dell'intercettazione della luce. Uno dei motivi della

bassa conversione della energia luminosa in assimilati è l'incompleta

intercettazione della luce da parte del fogliame. L'aumento di tale

intercettazione può essere realizzato giocando sulla disposizione

spaziale del fogliame o sul tempo (periodo e durata) del suo

funzionamento.

Aumento dell’intercettazione nel tempo

o Si tratta di cercare di mantenere un apparato fotosintetico ben

sviluppato durante la stagione favorevole mediante i seguenti

interventi:

o Dare la preferenza alle semine autunnali rispetto alle

primaverili

o Nel caso di semine primaverili cercare di utilizzare specie

adatte a semine precoci

o Fare semine precoci utilizzando semi vigorosi che si sviluppino

rapidamente

o Prolungare al massimo i periodi di produzione delle parti utili,

scegliendo varietà adatte ad ottimizzare i periodi utili di

produzione

o Prolungare al massimo la durata dell’apparato assimilatore

(LAD) difendendolo da parassiti e stress ed rifornendolo di

acqua e nutrienti per ritardare la senescenza

Aumento dell’intercettazione nello spazio

o Nella comunità vegetale, le foglie superiori ricevono il massimo

d’illuminazione, mentre quelle inferiori risultano più o meno

ombreggiate dalle superiori.

o E’ quindi fondamentale che la copertura fogliare sia ampia da

assicurare la completa intercettazione della luce, ma conformata

in modo tale da evitare un eccesso di radiazione sulle foglie

superiori e da favorire la penetrazione della luce nella stessa.

o Il LAI ottimale varia da coltura a coltura, ma per le più specie più

comuni si aggira sui valori di 5-6.

o E’ compito dell’agronomo quello di stabilire per ogni situazione i

valori ottimali


PAGINE

66

PESO

3.98 MB

AUTORE

Atreyu

PUBBLICATO

+1 anno fa


DESCRIZIONE DISPENSA

Materiale didattico per il corso di Agroclimatologia tropicale e subtropicale a cura del Prof. Simone Orlandini, all'interno del quale sono affrontati i seguenti argomenti: la radiazione solare, introduzione al concetto e caratteristiche; gli effetti sulla coltura e sulla produzione agricola; tecniche per un miglior utilizzo della radiazione solare; il fotoperiodo e la relazione tra radiazione solare e colture.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze agrarie
SSD:
Università: Firenze - Unifi
A.A.: 2011-2012

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Atreyu di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Agroclimatologia tropicale e subtropicale e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Firenze - Unifi o del prof Orlandini Simone.

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