PROPRIETA’ DELL’ACQUA molecola asimmetricadipolo il lato positivo è attratto da cariche negative carattere bipolare dell’acqua il lato negativo è attratto da cariche positive con cationi e anioni forte interazione con sostanze solide e altre molecole con altre molecole d’acqua COESIONE

PROPRIETA’ DELL’ACQUA acqua H 2 O p.m. 18 punto di ebollizione 100 °C calore latente di vaporizzazione 2,45 MJ kg cal g -1 di acqua confronto con altri composti dell’idrogeno con peso molecolare simile ammoniaca NH 3 p.m. 17 punto di ebollizione -33 °C calore latente di vaporizzazione 1,36 MJ kg cal g -1 di acqua idrogeno solforato H 2 S p.m. 34 punto di ebollizione -62 °C calore latente di vaporizzazione 0,55 MJ kg cal g -1 di acqua vantaggio dell’elevato calore latente di vaporizzazione effetto di raffreddamento

Solido Liquido Gassoso TRANSIZIONI DI FASE Fase inizialeFase finalePassaggio SolidaLiquidaFusione LiquidaSolidaSolidificazione LiquidaVaporeEvaporazione VaporeLiquidaCondensazione SolidaVaporeSublimazione VaporeSolidaDeposizione o Brinamento sublimazione deposizione fusione solidificazioneevaporazione condensazione FASI DELL’ACQUA

Energia che deve essere fornita o rimossa da 1 kg di una sostanza per trasformarla da una fase all'altra. Durante il processo di trasformazione la temperatura del sistema rimane costante. CALORE LATENTE

Evaporazione2,45 MJ kg -1 di acqua assorbe energia 586 cal g -1 di acqua riduzione della temperatura dell’aria 0,334 MJ kg -1 di acquaSolidificazione 79 cal g -1 di acqua libera energia aumento della temperatura dell’aria ENERGIA NECESSARIA NELLE TRANSIZIONI DI FASE

PROPRIETA’ DELL’ACQUA elevato calore specifico 0,042 MJ kg -1 °C -1 1 cal g -1 °C -1 vantaggio lievi incrementi di temperatura anche assorbendo notevoli quantità di calore determina grande stabilità termica nei tessutidei vegetali elevata tensione superficiale adesione e capillarità vantaggio capacità di penetrare e circolare tra le cellule e negli interstizi dei tessuti vegetali (peli radicali e cellule del mesofillo) elevata azione solvente e idrolizzante dovuta alla bipolarità vantaggio solubilizza gli elementi nutritivi rendendoli disponibili per le piante reagente in tutti i processi metabolici nella pianta

Il passaggio dell’acqua all’interno della pianta è continuo soluzione circolante radici tessuti vascolari cellule del mesofillo camere sottostomatiche atmosfera ASSORBIMENTO E RISALITA DELL’ACQUA NELLE PIANTE

l’acqua penetra nelle radici attraverso i peli radicali (grossi vacuoli) Meccanismo Imbibizione (capillarità - osmosi) penetra nei tessuti xilematici e si crea un flusso continuo verso l’alto: CORRENTE DI TRASPIRAZIONE meccanismo tensione idrostatica coesione attraversa le cellule dell’epidermide meccanismo osmosi condizione essenziale la colonna d’acqua non deve subire interruzioni

nelle foglie fuoriesce dai fasci vascolari e si muove tra le cellule del mesofillo meccanismo adesività capillarità dal mesofillo passa alle camere sottostomatiche e fuoriesce dalle aperture stomatiche meccanismo evaporazione ASSORBIMENTO E RISALITA DELL’ACQUA NELLE PIANTE

INTENSITÀ DI TRASPIRAZIONE in condizioni di buon rifornimento idrico aumenta fino alle prime ore del pomeriggio successivamente diminuisce si riduce notevolmente nelle ore notturne

Il potenziale idrico fogliare alla mattina è prossimo allo zero, man mano che trascorre la giornata diventa sempre più negativo sino a raggiungere, in condizioni normali, valori di -0,5 MPa -0,7 MPa. In condizioni di stress il potenziale idrico fogliare può raggiungere i -1,5 ÷ -1,7 MPa. DINAMICA GIORNALIERA DELL’ACQUA E DEL POTENZIALE IDRICO NELLA PIANTA

DEFICIT IDRICO deficit idrici moderati inevitabili ore più calde della giornata limitato contenuto idrico del terreno bassa umidità relativa nell’atmosfera traspirazione assorbimento radicale = deficit idrico > anche in condizioni di buon rifornimento idrico del suolo La pianta ristabilisce l’equilibrio idrico durante la notte Ψ pianta = Ψ terreno

DEFICIT IDRICO ogni giorno si verificano fluttuazioni dello stato idrico della pianta deficit idrici pesanti compromettono le funzioni vitali della pianta

CONSEGUENZE DEL DEFICIT IDRICO Modificazioni anatomiche Ridotta distensione cellulare Organi di dimensioni ridotte Cuticola spessa Lignificazione precoce dei tessuti Modificazioni dello sviluppo Accorciamento del ciclodrought escape Compromissione di germinazione, impollinazione, fecondazione, granigione, ecc.. Cascola di foglie, fiori, frutti, ecc.. Modificazioni metaboliche Ridotta assimilazione netta Ostacolo della sintesi proteica accumulo di nitrati nei tessuti

Importanza dell’acqua per la pianta È reagente nella sintesi fotosintetica e in tutti i processi idrolitici Regola la moltiplicazione e l’espansione cellulare È solvente delle sostanze nutritive del terreno permettendone l’assorbimento È veicolo degli elementi nutritivi e dei prodotti metabolici sintetizzati all’interno delle piante Relazione tra potenziale idrico, espansione fogliare e fotosintesi in piante di mais (Kramer, 1983) TRASPIRAZIONEAzione termoregolatrice FUNZIONI DELL’ACQUA NELLA PIANTA

Regola la moltiplicazione e l’espansione cellulare impartisce turgore alle cellule che aumentano di volume determina la forma, la struttura e la dimensione della pianta fornisce supporto meccanico ai tessuti non lignificati Distensione cellulare Divisione cellulare FUNZIONI DELL’ACQUA NELLA PIANTA

È solvente delle sostanze nutritive del terreno permettendone l’assorbimento È veicolo degli elementi nutritivi e dei prodotti metabolici sintetizzati all’interno delle piante L’acqua è in grado di sciogliere un maggior numero e una maggiore quantità di sostanze rispetto a qualsiasi altro liquido AZIONE SOLVENTE DELL’ACQUA

TRASPIRAZIONEAzione termoregolatrice Evaporazione assorbe energia 2,45 MJ kg -1 di acqua 586 cal g -1 di acqua riduzione della temperatura dell’aria TRASPIRAZIONE

ACQUA COSTITUZIONALE 3 – 5 g l -1 Contenuto idrico di alcune parti di pianta (% del peso fresco) (Kramer, 1983)

EVAPOTRASPIRAZIONE Il contributo di questi processi varia in funzione dello stato di crescita della coltura

EVAPOTRASPIRAZIONE Acqua evaporataAcqua costituzionaleAcqua traspirata Consumo idrico Fattori che condizionano i consumi idrici delle colture ClimaticiPedologiciColturali

CAUSE DI VARIABILITÀ COLTURALI Specie e varietà Fittezza (n° piante m -2 ) Stadio di sviluppo V ariazione di ETE in funzione dello stadio di sviluppo di una coltura di barbabietola da zucchero a semina primaverile (Istituto di Agronomia di Bari) MARAPRMAGGIULUGAGO ET E (mm d -1 ) INTERVENTI IRRIGUI

MARAPRMAGGIULUG ETe(mm d -1 ) Andamento dei consumi idrici di una coltura di barbabietola a semina primaverile in condizioni idriche prossime alla ca- pacità di campo, senza apporti irrigui, ed in situazioni intermedie Caratteristiche fisiche Concentrazione di sali Contenuto di umidità CAUSE DI VARIABILITA’ PEDOLOGICHE

CAUSE DI VARIABILITA’ CLIMATICHE Radiazione solare e temperatura Umidità dell’aria Ventosità Evapotraspirazione potenziale di riferimento (ET 0 ) Quantità d’acqua evapotraspirata, in un determinato intervallo,da un terreno coperto da una coltura di festuca arundinacea di taglia bassa, fitta, uniforme e in piena attività vegetativa, ben rifornito d’acqua.

STIMA DELL’EVAPOTRASPIRAZIONE Metodi indiretti Metodi empirici di relazione tra l’evapotraspirazione misurata ed uno o più fattori del clima X = Valori misurati(*) = per umidità inferiore al 50% (X) = Valori stimati(**) = in assenza del dato della radiazione globale

Metodo di Turc STIMA DELL’EVAPOTRASPIRAZIONE T med = temperatura media mensile Rg = radiazione globale

Penman Turc vs Penman Turc

Hargreaves ET 0 = 0,0023. R a. ( T mean + 17,8 ). ( T max – T min ) 0,5 ET 0 = 0,0013. R a. (T mean + 17). [(T max – T min ) – 0,0123. P] 0,76 T mean = Temperatura media (°C) T max = Media delle temperature massime (°C) T min = media delle temperature minime (°C) P = precipitazioni (mm) R a = Radiazione astronomica (mm d -1 )

Radiazione astronomica (Ra) (mm d -1 ) al 15° giorno dei 12 mesi dell’anno alle diverse latitudini per la formula di Hargreaves

Hargreaves vs Penman Hargreaves Penman

STIMA DELL’EVAPOTRASPIRAZIONE Evaporimetro di classe A Prato irrigato e sfalciato Terreno nudo Ubicazione dell’evaporimetro Relazione tra ETP ed evaporazione da evaporimetro ET 0 = E x Kp E = evaporato Kp = coefficiente di vasca

D* = Distanza tra l'evoporimetro e i bordi del prato o del terreno lavorato, sulla direzione del vento. Coefficienti (Kp) per evaporimetro pan di Classe A CONVERSIONE DELL’EVAPORAZIONE IN ETP 0

EVAPOTRASPIRAZIONE POTENZIALE DELLE COLTURE (ETP C ) ET 0 Kc Scelta del Kc Stadi del ciclo delle colture Iniziale germinazione, emergenza, 10% di copertura del terreno Di copertura fino ad un grado di copertura del 70 – 80% Di pieno sviluppo grado di copertura massimo Finale riempimento dei semi, senescenza, maturazione ETc

Kc Stadio1Stadio2Stadio3Stadio4 0,35 1,15 0,60 0,80 ETP C = ETP 0 x Kc COEFFICIENTI COLTURALI (Kc)

Coefficienti colturali (Kc) per le quattro fasi del ciclo colturale

COEFFICIENTI COLTURALI (Kc) ET 0 = 3 mm d -1 ET C = 2 mm d -1 ET C = 1 mm d -1 ET 0 = 5 mm d -1 Kc=

COEFFICIENTI COLTURALI (Kc) ET 0 = 6 mm d -1 ET C = 8 mm d -1 ET C = 5 mm d -1 ET 0 = 7 mm d -1 Kc=

COEFFICIENTI COLTURALI (Kc) ET 0 = 6 mm d -1 ET C = 3 mm d -1 Kc= 6 3 ET 0 ETc

STIMA DEL COEFFICIENTE COLTURALE (Kc) LISIMETRO Bilancio idrico ET = pioggia + Irrig. – Perdite ± Δw Uso di lisimetri Sezione di un lisimetro: 1. Doccia di misura dell’acqua di precipitazione; 2. Recipiente di raccolta dell’acqua di precipitazione; 3. Doccia di raccolta del deflusso superficiale e coperchio; 4. Recipiente di raccolta del deflusso superficiale; 5. Collettore dell’acqua di percolazione; 6. Recipiente di raccolta dell’acqua di percolazione; 7. Trasmettitore del livello dell’acqua; 8. Tunnel dei collettori; 9. Pareti e pavimenti di calcestruzzo; 10. Vegetazione all’interno del lisimetro ed intorno ad esso. Kc = ET 0 ET c

EVAPOTRASPIRAZIONE REALE (ETR) ETc richiesta evapotraspirativa dell’atmosfera ETr offerta da parte della vegetazione Condizione ottimale ETr = ETc

Incremento di ETr aumento delle riserve idriche irrigazione lavorazioni ammendamenti organici scelta di genotipi idonei Riduzione di ETc riduzione dell’apporto di energia ombreggiamento irrigazione nebulizzante (mist irrigation) frangivento ETr = ETc

Radiazione astronomica (Ra) (cal cm -2 d -1 ) al 15° giorno dei 12 mesi dell’anno alle diverse latitudini per la formula di Turc