IRRIGAZIONE CORSO DI AGRONOMIA GENERALE Anno Scolastico 2009 - 2010 Lezione n. 22 IRRIGAZIONE Prof. Nicola Calella

Irrigazione L’irrigazione può avere le seguenti funzioni: umettante, per soddisfare l’evapotraspirazione delle colture; fertilizzante, per apportare elementi nutritivi; dilavante, per ridurre la salinità del suolo; termica, per favorire la crescita e/o lo sviluppo delle colture; antiparassitaria, per lottare contro i parassiti vegetali; sussidiaria per facilitare alcune tecniche agronomiche; climatizzante, per favorire la radicazione delle talee. L’agricoltura è il settore produttivo che utilizza più acqua di tutti gli altri. L’irrigazione dei suoli agricoli assorbe circa il 70% dell’acqua impiegata nel mondo. L’acqua usata in agricoltura proviene da fonti naturali o alternative. Le fonti naturali includono l’acqua piovana e l’acqua superficiale (fiumi e laghi) e profonda (pozzi). Le fonti alternative sono rappresentate dei centri abitati o strutture gestite dall’uomo da cui derivano acque reflue prive di sostanze e microrganismi nocivi alla salute e all’ambiente. La riutilizzazione dell’acqua reflue per l’irrigazione è una pratica diffusa in tutto il mondo. In Europa, per es., dal 1997 esiste un progetto, in Clermont-Ferrand, Francia, dove più di 10.000 m3 di acqua reflua urbana al giorno sono riutilizzati per l’irrigazione di 700 Ha di mais. Anche in Italia più di 4.000 ha di colture varie sono irrigate con acqua riciclata.

In particolare l’irrigazione umettante, la più importante tra le sue diverse funzioni, può essere : normale, di soccorso e ausiliaria. Quella normale, fatta per gran parte del ciclo colturale delle piante agrarie, ha lo scopo di portare nel suolo quella quantità di acqua necessaria per la massima produzione di biomassa e quindi per la massima resa unitaria. Quella di soccorso è fatta per portare acqua nel suolo quando questa è prossima ad una quantità vicina a quella corrispondente al punto di appassimento. L’interevento irriguo di soccorso è particolarmente importante in coincidenza di alcuni momenti critici come la fioritura e la formazione dei semi o dei frutti. Quella ausiliaria è fatta per assicurare la riuscita di alcune fasi colturali come la germinazione semi e emergenza delle plantule, l’ attecchimento delle piante trapiantate, ecc.. .

Per effettuare l’irrigazione di tipo umettante occorre fare uno studio preliminare dell’area in oggetto prendendo in esame: il clima dell’area agricola in oggetto, il tipo di suolo e la qualità dell’acqua disponibile. Per il clima è importante avere dati influenti sulla ETP e i dati riguardanti la piovosità come quantità totale, frequenza, intensità e loro probabilità di frequenza nei vari momenti critici dell’anno. Per il suolo è importante avere informazioni su: caratteristiche topografiche come pendenza, regolarità della superficie, possibilità di regimazione idrica, ecc..; spessore e permeabilità del profilo del suolo; caratteristiche chimiche come salinità e natura dei sali presenti, pH, ecc...; caratteristiche fisiche come la stabilità di struttura e la crepacciabilità; caratteristiche idrologiche come l’acqua utilizzabile o AWC e velocità di infiltrazione; fattori economici connessi alla sua produttività, ai costi per l’adattamento all’irrigazione, ecc.. . In base alla velocità infiltrazione del suolo questo può essere diviso, secondo Bauzil, in 4 classi di suscettibilità all’irrigazione come riportato nella seguente tabella.

Per la qualità dell’acqua è importante avere dati su: temperatura. In estate si dicono fredde le acque che hanno temperature < 15 ° C. pH. Il pH (dal latino pondus hydrogenii) dell’acqua per irrigazione è bene che, eccetto su suoli anomali, sia prossima alla neutralità. quantità di solidi sospesi. È bene usare, eccetto per scopi particolari, acque con un coefficiente di torbidità molto basso ossia con bassa quantità di materiali terrosi in sospensione espressi in g l-1. quantità di sostanze tossiche inorganiche e organiche. Alcuni microelementi come il Boro alla concentrazione di 0,3-1 ppm e il Cloro alla concertazione di 2-4 meq l-1 sono nocivi per certe colture. la quantità o concentrazione di sali disciolti nell’acqua è importante per evitare danni al suolo e alle colture; S.A.R o Sodium Absorption Ratio che indica il valore della concentrazione nell’acqua del sodio rispetto a quella del calcio e del magnesio calcolato nel seguente modo: dove Na+ Ca2+ Mg2+ sono espressi in meq l-1. l’anione carbonato e bicarbonato; poiché alte concentrazioni di carbonato (CO32-) e di bicarbonato (HCO3-) nell’acqua irrigua aumentano il SAR.

Alcuni brevi cenni di tecnica irrigua. Punto di partenza per il calcolo del fabbisogno irriguo è la richiesta idrica totale in base all’ETP e ai Coefficienti colturali o Kc espressa come altezza in mm di acqua al giorno o per decade. Nella tabella di seguito riportata i Kc di alcune colture nello stadio (3) intermedio (dallo sviluppo ad inizio maturazione) e nello stadio (4) finale (da inizio a maturazione completa) in diverse condizioni climatiche.

Un impianto irriguo deve essere progettato tenendo conto della sua efficienza ossia della percentuale di acqua che effettivamente giunge sull’area da irrigare considerando la tecnica irrigua usata. Solitamente l’efficienza non è mai pari a il 100 %, ovvero uguale ad 1, ma inferiore. Questo perché vi sono perdite di acqua durante la sua distribuzione, per evaporazione o ruscellamento superficiale, ecc.. . L’efficienza di irrigazione varia molto secondo i sistemi irrigui andando da valori vicini ad 1, come nell’irrigazione a goccia, fino a 0,5 nei sistemi e nei casi peggiori. Se, ad esempio, il fabbisogno irriguo calcolato è di 5 mm d-1 e l’efficienza del sistema irriguo è 0,8, la quantità che realmente si dovrà avere a disposizione sarà: 5:0,8 = 6 mm d-1. Questo è fondamentale per la stima a livello aziendale della quantità di acqua per l’intera stagione irrigua.

Sistemi irrigui scorrimento I sistemi utilizzati per distribuire l’acqua dipendono da diversi fattori tra i quali la dose, la qualità delle acque, il tipo di suolo e di coltura, le caratteristiche climatiche, ecc.. . I fondamentali sistemi irrigui sono per scorrimento, infiltrazione laterale, sommersione, per subirrigazione o irrigazione sotterranea, aspersione, a goccia o localizzata. scorrimento

infiltrazione laterale scorrimento infiltrazione laterale

sommersione

subirrigazione o irrigazione sotterranea

Il sistema per aspersione o a pioggia consiste nel far cadere dall’alto sulle colture e sul suolo acqua più o meno finemente suddivisa. Di seguito alcuni principali vantaggi presentati da questo sistema irriguo:può essere impiegato su qualsiasi tipo di suolo anche se molto permeabile; non necessita di alcuna modificazione della superficie da irrigare; porta indirettamente al riscaldamento e all’ossigenazione dell’acqua distribuita; è la migliore tecnica per l’irrigazione ausiliaria; ha uno dei più alti indici di efficienza: circa 0,8- 0,9; consente economia di manodopera in quanto può essere completamente automatizzato; permette di usare portate molto basse. Accanto a questi pregi si trovano anche dei difetti quali: compattamento del suolo, in particolare quando l’intensità della pioggia è eccessiva; elevato prezzo d’acquisto dell’attrezzatura e relativo costo di manutenzione e di ammortamento; in giornate ventose la distribuzione dell’acqua non è regolare; durante la distribuzione si ha perdita di acqua per evaporazione; sistema poco adatto per la distribuzione di acque torbide o con contenuto elevato in sali; causa problemi se usato in particolari stadi vegetativi come, ad es. , durante la fioritura del mais; stimolo allo sviluppo delle infestanti e crittogame.

L’impianto irriguo a pioggia è costituito dalla seguenti parti : - gruppo motore-pompa che fornisce l’acqua con adeguata pressione agli irrigatori - condotte dell’acqua sotto pressione: mobili, semi fisse e fisse irrigatori o aspersori che possono essere statici o dinamici Gli irrigatori statici, principalmente usati per vivai, aree ricreative, ecc.. hanno ugelli di piccolo diametro (circa 1 mm) che lasciano zampillare l’acqua fuori dalla tubazione. La pressione d’esercizio è bassa, circa 1 bar o meno, l’intensità della pioggia piuttosto alta così come lo è la possibilità di occlusione degli orifizi. Gli irrigatori dinamici, usati per le colture di pieno campo, sono di tipo rotativo. Questi sono costituiti da: un tubo di collegamento alla condotta di adduzione dell’acqua una porzione per il lancio dell’acqua, detta irrigatore, inclinata di circa 35° sull’orizzontale con strozzatura progressiva del diametro dell’ugello fino a 10-30 mm 3) un dispositivo rompigetto che serve ad assicurare la frantumazione del getto d’acqua per migliore la sua distribuzione sul campo 4) un meccanismo di rotazione, completo o settoriale, attorno all’asse verticale dell’irrigatore che sfrutta la forza del getto stesso.

irrigatori statici

irrigatori dinamici

Le caratteristiche più importanti che contraddistinguono gli irrigatori rotativi sono le seguenti: Pressione d’esercizio. In base a ciò vi sono irrigatori a: - bassa pressione, da 1 a 3 bar o 0,98 - 2,94 atm (1 bar = 0,986 atm) - media pressione, da 3 a 5 bar o 2,94 - 4,9 atm - alta pressione, > a 5 bar o 4,9 atm Con l’aumento della pressione si ha una gittata più lunga ma è necessario una maggiore potenza del gruppo motore-pompa che comporta una gestione dell’impianto più costosa. Intensità di pioggia (1 mm di acqua h-1 ha-1 = 10 m3 di acqua h-1 ha-1). In base a ciò vi sono irrigatori ad intensità : - bassissima, < 1 mm h-1, adatti per irrigazione antibrina - bassa, da 3 a 5 mm h-1 - media, da 5 a 10 mm h-1 - alta, da 10 a 15 mm h-1 La scelta di questo parametro deve essere fatta in modo che l’irrigazione non apporti una quantità d’acqua superiore alla velocità d’infiltrazione, pena danni alle colture e al suolo come ristagno superficiale, ruscellamento, erosione, ecc.. . Solitamente nei suoli sciolti possono essere usati irrigatori a media o alta intensità mentre in quelli argillosi è bene usare quelli a bassa intensità.

Gittata o lunghezza del getto di pioggia Gittata o lunghezza del getto di pioggia. In base a ciò vi sono irrigatori a gittata: - corta, fino a 20 m - media, da 20 a 40 m - lunga, > a 40 m Gli irrigatori a lunga gittata hanno degli inconvenienti economici ed agronomici: costo elevato, irregolarità di distribuzione in caso di vento, con forte azione battente dell’acqua sul suolo con demolizione degli aggregati strutturali, ecc.. . Portata. La portata è la quantità di acqua erogata nell’unità di tempo. Si esprime in l s-1 e oscilla generalmente da 0,5 a 7 l s-1. Gli irrigatori più usati in Italia sono quelli: a media pressione e gittata, con portata superiore a 2 l s-1, con ugelli con diametro da 12-18 mm e con intensità di pioggia da 10 a 15 mm h-1. Altro elemento importante è la disposizione e la distanza a cui devono essere messi gli irrigatori tra loro dato che non deve essere lasciata nessuna zona scoperta. La disposizione degli irrigatori dipende molto dalla velocità del vento che interessa la zona irrigua: più la velocità del vento è elevata e relativamente minore deve essere la distanza tra due irrigatori per avere la stesso coefficiente di uniformità di bagnatura del suolo.

Nell’ultimo decennio si sono notevolmente diffusi gli impianti irrigui mobili di tipo avvolgente detti, dai pratici, rotoloni. Questi sono caratterizzati da un irrigatore rotativo di notevole gittata, montato su una struttura con ruote o con slitta, attaccato ad una lunga tubazione flessibile che lo alimenta e che si avvolge e svolge su a una grossa bobina montata su un carrello. All’inizio dell’irrigazione la bobina avvolta sul carrello e la struttura a slitta o a ruote con l’irrigatore viene messo sulla testata del campo da irrigare. Fatto ciò l’irrigatore, sostenuto dalla struttura portante, viene spostato in fondo al campo da irrigare srotolando in questo modo il tubo flessibile della bobina per tutta la sua lunghezza. Allacciato poi l’irrigatore al gruppo motore-pompa che lo alimenta, ha inizio l’irrigazione. Irrigando, questo indietreggia lentamente richiamata dal tubo flessibile che si riavvolge automaticamente sulla bobina fino a termine dell’operazione.

Per stabilire quando fare l’irrigazione occorre effettuare il bilancio idrico del suolo. Questo consiste nel valutare le variazioni della sua riserva idrica in base alle : a) voci in entrata ossia agli apporti idrici al netto delle perdite b) voci in uscita ossia all’evapotraspirazione della coltura. Infatti solo quando la riserva idrica del suolo scende sotto di un determinato valore è opportuno reintegrarla con un intervento irriguo. Per tale scopo è utilizzata l’equazione del bilancio idrico: P + I + W + Af - R - D - ET = 0 Dove i termini, espressi in mm, sono: P = precipitazione piovosa , I = acqua di irrigazione, W = variazione del contenuto idrico dello strato di suolo relativo alla profondità da tenere in condizioni idriche adeguate per avere una produzione agro-economicamente valida, Af = apporto idrico dalla falda freatica , R = acqua persa per ruscellamento , D = acqua persa per percolazione, ET = acqua persa per evaporazione e traspirazione. L’esattezza del momento quando fare l’irrigazione dipende dalla accuratezza con cui sono misurati e/o stimati i termini del bilancio.

Le principali problematiche nella determinazione del bilancio idrico sono connesse alla determinazione: 1. della pioggia effettivamente utile o Pu 2. dell’apporto idrico di falda 3. delle perdite per ruscellamento e/o percolazione 4. della stima dell’evapotraspirazione 5. della stima dell’umidità del suolo 6. della individuazione dello strato di suolo interessato alle variazioni idriche 7. della % di riduzione dell’acqua disponibile del suolo a cui far corrispondere l’inizio dell’intervento irriguo 8. dell’efficienza irrigua. Ipotizzando che i punti 1-6 e 8 sopra riporti siano noti e che l’irrigazione si effettui quando l’acqua disponibile del suolo è circa il 50 % della sua quantità, il periodo considerato va dal 1 luglio al 29 agosto, l’ET e la Pu sono valutate ogni 3 giorni, per stabilire quando irrigare e il relativo volume di adacquamento, si procede come nel seguente esempio relativo ad una coltura X.

Calcolo per l’intervento irriguo Dati base. - 1 mm (0,001 m) di acqua di pioggia caduta o evaporata da 1 ettaro corrisponde a 10 m3 (10.000 x 0,001 = 10 m3) - 1 m3 = 1.000 litri = 1.000 kg (supposto 1 la densità dell’acqua) = 1 t - 1 mm = 10 m3 = 10 t - strato o profilo di suolo interessato dall’apporto idrico = 0-0,35 m - peso specifico apparente del suolo o PSa = 1,2 kg dm3 - peso dell’acqua nel suolo alla capacità di campo (Cc) = 30 % del peso secco del suolo - peso dell’acqua nel suolo al punto di appassimento o Pa = 10 % del peso secco del suolo - acqua contenuta alla Cc = 10.000 m2 x 0,35 x 1,2 x 0,3 = 1.260 t di acqua = 126 mm - acqua contenuta alla Pa = 10.000 m2 x 0,35 x 1,2 x 0,1 = 420 t di acqua = 42 mm - inizio intervento irriguo quando l’AWC del profilo 0-0,35 m del suolo è circa il 50% ossia quando è circa 42 mm di acqua ( 1.260 - 420 = 840 t = 84 mm : 2 = 42 mm ). - 31 giugno presenza di pioggia che ha ricaricato completamente il suolo fino alla Cc. - i mm d’acqua distribuita (V) con l’intervento irriguo saranno in numero tale che l’AWC del profilo del suolo non verrà ripristinata. - l’irrigazione avviene dopo il tramonto del sole.

Procedimento per la determinazione della 1° irrigazione. - 01/07-03/07 sia ha una ET di 17 mm, una pioggia utile di 15 mm e perdita netta di 2 mm di acqua disponibile del suolo - 03/07-06/07 si ha una ET di 16 mm, una pioggia utile di 10 mm e perdita netta di 6 mm di acqua disponibile nel suolo che sommata alla precedente ammonta a 8 mm - 06/07-09/07 si ha una ET di 19 mm, una pioggia utile di 0 mm e perdita netta di 19 mm di acqua disponibile nel suolo che sommati ai precedenti 8 mm ammonta a 27 mm - 09/07-12/07 si ha una ET di 20 mm, una pioggia utile di 0 mm e perdita di 20 mm di acqua disponibile (AWC) nel suolo che sommata ai precedenti 27 mm ammonta a 47 mm Giunti a questo valore si irriga perché si è superato il 50% dell’AWC con 47 mm di acqua in quanto questa è la quantità l’acqua che per ristabilire completamente l’AWC. Se fossero distribuiti una quantità di mm di acqua maggiori a 47 l’eccedenza non verrebbe immagazzinata nel suolo ma persa per percolamento. Per stabilire il momento dei successivi intervento irrigui si procederà come sopra, considerando che il 12/07 l’AWC è stata completamente ristabilita.

Principi dell'irrigazione a goccia L'irrigazione a goccia su vasta scala é stata introdotta in Israele all'inizio degli anni '60. I confortanti risultati ottenuti da questo metodo hanno proposto un ripensamento sul rapporto acqua / terreno, in funzione della crescita della pianta, favorendo così la sperimentazione da parte di istituti di ricerca, del Ministero dell'Agricoltura israeliano e degli stessi agricoltori. Con gli anni, i notevoli miglioramenti tecnologici hanno trasformato i gocciolatori e gli altri componenti degli impianti a goccia; oggi, i migliori prodotti, fra i molti in commercio, sono in grado di garantire la precisione dell'erogazione in qualunque condizione d'impiego e con ogni tipo d'acqua, anche di pessima qualità (acque reflue). Detti successi hanno determinato la rapida diffusione dell'irrigazione a goccia oltre che in Israele, in molti Paesi del mond Distribuzione dell'acqua Contrariamente all'irrigazione a pioggia o a spruzzo, l'irrigazione a goccia si basa sulla distribuzione dell'acqua vicino alle radici delle piante, nella quantità e con la frequenza più idonea alla coltura. Il numero dei punti goccia in una determinata area varia in funzione delle condizioni climatiche della zona (temperatura, piovosità, presenza di vento, umidità relativa, ecc.) e del tipo di terreno. L'acqua viene fornita a tutte le piante in maniera uniforme, lasciando completamente asciutto il terreno fra i filari. Infatti, é solo la parte del terreno interessata all'irrigazione, quella dove si trovano le radici delle piante, ad essere bagnata; le strisce di terra non irrigate, che rimangono asciutte, permettono all'agricoltore di lavorare nel campo in qualsiasi momento, anche durante l'irrigazione.

L'acqua viene fornita al terreno per mezzo di gocciolatori, ognuno dei quali funge da "fonte"; le gocce d'acqua si muovono nel suolo per capillarità in tutte le direzioni, con scarsa influenza della forza di gravità. Nella parte di terreno bagnata dal gocciolatore il grado di umidità non é uniforme: la tensione osmotica é bassa vicina al gocciolatore, in aumento verso la regione periferica dell'area bagnata. Poiché é possibile irrigare a goccia senza bagnare le foglie delle piante e lasciando buona parte del terreno asciutto, i tempi dell'adacquamento sono quanto mai elastici ed indipendenti dalle ore del giorno e dai lavori manuali e meccanici che la coltivazione richiede. Miglioramento delle condizioni di salute della pianta L'irrigazione a goccia permette di migliorare la salute delle piante per le seguenti ragioni: • diminuzione delle cause di malattia, grazie ad un apparato fogliare mantenuto asciutto; • mantenimento sulle foglie degli insetticidi e fungicidi, contrariamente a quanto può avvenire usando l'irrigazione per aspersione; • prevenzione dell'aumento delle malattie e delle erbacce, che si possono propagare con altri tipi di irrigazione(per esempio scorrimento e aspersione); • riduzione delle condizioni anaerobiche nel suolo, che determinano l'instaurarsi di varie malattie.

L'irrigazione a goccia rende possibili persino raccolti con l'utilizzo di acqua salina e/o acqua fredda, per le seguenti ragioni: • le foglie non vengono bagnate; • diminuisce l'evaporazione per la minore superficie di terreno bagnata (sulla superficie di evaporazione si crea una maggiore concentrazione di sali); • previene l'aumento, nell'area delle radici, della tensione osmotica, che può causare difficoltà nell'assorbimento dell'acqua da parte del suolo; • il movimento centrifugo dei sali, dall'area bagnata alla periferia, garantisce alle radici una zona libera da tensione osmotica, senza concentrazione eccessiva dei sali stessi. L'irrigazione a goccia rende possibile la coltivazione, l'adacquamento e la raccolta in qualsiasi momento, grazie agli spazi interfilari asciutti. Persino nei casi dove il suolo é stato danneggiato da una scorretta coltivazione, é possibile, con l'irrigazione a goccia, ottenere buoni raccolti, come quelli delle aree con corretto trattamento del suolo.

L'uso dell'acqua con l'irrigazione a goccia é più efficiente di qualsiasi altro metodo irriguo per le seguenti ragioni: • raccolti più consistenti, con minore quantità di acqua per unità di campo; • minore evaporazione che con l'aspersione o lo scorrimento; • nessuna influenza del vento sulla distribuzione dell'acqua; • distribuzione lenta dell'acqua, per prevenire il ruscellamento, anche in condizioni topografiche difficili; • distribuzione dell'acqua più omogenea che con altri metodi di irrigazione. La sensibilità del sistema di irrigazione a goccia richiede basse pressioni in linea. É possibile irrigare 24 ore al giorno senza preoccuparsi delle condizioni esterne (vento, evapotraspirazione, ecc.). Con l'irrigazione a goccia la temperatura del suolo é mantenuta più alta che con gli altri sistemi irrigui e, perciò, in molte coltivazioni, é possibile accelerare la maturazione dei frutti. L'irrigazione a goccia richiede meno lavoro e meno energia di altri sistemi di irrigazione. Le basse portate e le basse pressioni, occorrenti alle ali gocciolanti, fanno risparmiare energia e giustificano l'utilizzo di tubi d'adduzione con diametri contenuti

Considerato il carattere capillare del movimento dell'acqua nel suolo, l'aria viene spostata e non espulsa dal suolo. I pori del terreno rimangono generalmente asciutti ed aerati; il livello di umidità é leggermente più alto della capacità idrica di campo, fatta eccezione per la piccola area bagnata vicino al gocciolatore. Ciò permette una giusta respirazione della radice della pianta, dal principio alla fine della stagione vegetativa, anche durante o immediatamente dopo l'irrigazione. Con l'irrigazione a goccia, l'apparato radicale diviene più fitto che con ogni altro tipo di irrigazione e più funzionale all'assorbimento delle sostanze nutritive. L'adattamento dell'apparato radicale, nel cambiamento da altri tipo d'irrigazione a quello a goccia, risulta essere rapido e con un minimo stress. L'irrigazione a goccia é il sistema più efficace per la nutrizione della pianta: la notevole densità delle radici nell'area bagnata dai gocciolatori e l'elevata aerazione del terreno assicurano un rapido assorbimento delle sostanze nutritive (la nutrizione delle piante é un processo attivo che richiede energia e consuma ossigeno). Con l'irrigazione a goccia é possibile irrigare considerevoli aree contemporaneamente, senza dovere richiedere elevate pressioni ed ingenti volumi d'acqua. La "goccia" rende possibile la coltivazione di aree in pendenza in condizioni topografiche difficili, senza bisogno di complicate misurazioni o di sbancamenti del suolo.

I gocciolatori comuni variano la loro portata al variare della pressione; di conseguenza non sono impiegabili in linee molto lunghe, perché la differenza di pressione lungo la tubazione portaerogatori renderebbe le loro portate molto differenti tra inizio e fine linea, e quindi diversi i volumi irrigui distribuiti sulle piante. I gocciolatori autocompensanti, hanno la caratteristica di mantenere la loro portata al variare della pressione. La capacità di autocompensazione è determinata dalla presenza di una membrana in materiale plastico molto elastico che, sollecitato dalla pressione dell’acqua, si deforma ampliando o riducendo la sezione d’uscita dell’acqua interna all’erogatore, stabilizzando la portata.