Bari novembre 2007 Evoluzione dei sistemi colturali a seguito di cambiamenti climatici (CLIMESCO) Dipartimento di Scienze dei Sistemi Colturali, Forestali e dell’Ambiente, Università della Basilicata. (Perniola Michele, Lovelli Stella, Caponio Tommaso, Di Tommaso Teo) Collaborazione con CRA-istituto Sperimentale per la Cerealicoltura, Sop di Foggia, commessa esterna di UNIFG. (Troccoli Antonio) Linea 3 - OTTIMIZZAZIONE DELLE RISORSE IDRICHE Attivita’ 3.3 - Evoluzione dei coefficienti colturali e delle resistenze colturali in relazione ai cambiamenti climatici Linea 4 – SIMULAZIONE DI SCENARI COLTURALI Attività 4.1/3 – Simulazione di scenari irrigui

relazione ai cambiamenti climatici Attivita’ 3.3 - Evoluzione dei coefficienti colturali e delle resistenze colturali in relazione ai cambiamenti climatici CONDUTTANZA STOMATICA La conduttanza stomatica diminuisce del 22% circa; Non si osserva alcuna differenza significativa della densità stomatica. (Ainsworth and Rogers, 2007) Questa diapositiva mostra più nel dettaglio come si modifica la conduttanza stomatica all’aumentare della concentrazione atmosferica di CO2. Comè già detto la gs diminuisce significativamente e mediamente del 22%. Emerge tuttavia come si vede dai valori del grafico una certa variabilità tra gruppi di specie, ad esempio nelle specie forestali, negli arbusti e (forbs) specie erbacee dicotiledoni abbiamo la minore riduzione di conduttanza stomatica, rispetto alle C3 e C4monocotiledoni e alle specie coltivate. Va tuttavia sottolineato che in blibliografia alcuni autori su specie forestali conifere, non hanno riscontrato alcuna risposta significativa, in altri termini in alcune specie forestali le cellule di guardia sembrano essere insensibili ad elevate concentrazioni di CO2. Va inoltre sottolineato che non è stata riscontrata alcuna differenza significativa nella densità stomatica.

Effetto dei cambiamenti climatici sulla TRASPIRAZIONE a livello fogliare Si ha una riduzione della conduttanza stomatica Gli effetti contrapposti si compensano tra di loro La minore traspirazione determina un aumento della temperatura fogliare Vpd all’interno delle foglie, aumenta e conseguentemente aumentando il gradiente del Vpd la traspirazione aumenta Questa diapositiva mostra come si modifica la traspirazione fogliare, al variare della concentrazione di CO2. Come già sottolineato la conduttanza stomatica diminuisce, dunque si assiste ad una parziale chiusura degli stomi che inevitabilemente si traduce in una riduzione di acqua persa per traspirazione. Tuttavia diminuendo la traspirazione viene meno l’azione termoregolatrice della traspirazione e dunque la minore traspirazione dovrebbe indurre un aumento della temperatura fogliare, ora dal momento che la forza motrice per la perdita d’acqua dalla foglia e il gradiente di pressione di vapore dell’acqua tra l’esterno e l’interno della foglia e dal momento che tale gradiente è strettamente dipendente dalla Temperatura, se questa aumenta la traspirazione dovrebbe diminuire. Abbiamo dunque due effetti che si compensano vicendevolmente. Dunque la traspirazione fogliare non dovrebbe diminuire.

Nel processo di scaling a livello di canopy intervengono numerose altre variabili. Al fine di valutare i consumi idrici complessivi di una coltura, dobbiamo considerare anche l’effetto del mutato regime termico sulla fenologia e sulla durata complessiva del ciclo colturale. Mentre a livello fogliare possiamo assumere che la traspirazione sia linearmente correlata alla conduttanza stomatica. Nel processo di scaling a livello di canopy numerose variabili intervengono, dal momento che la conduttanza stomatica è soltanto una, di una serie di conduttanze. Andrebbe considerato come variano in relazione ai cambiamenti climatici le resistenze all’interno della canopy, e la resistenza aerodinamica, ed il loro rapporto. (quando il rapporto è ambio la traspirazione è relativamente insensibile ai cambiamenti stomatici.

L’effetto dei cambiamenti climatici sui consumi idrici delle colture vengono complessivamente considerati dalla equazione di Penman-Monteith Dati climatici: Umidità dell’aria (KPa) Radiazione (MJ m-2 d-1) Temperatura dell’aria (°C) Velocità del vento (m s-1) ET = Dati colturali: Resistenza del manto vegetale (s m-1) Resistenza aerodinamica

Attivita’ 3.3 - Evoluzione dei coefficienti colturali e delle resistenze colturali in relazione ai cambiamenti climatici Calcolo dell’ETc secondo l’approccio “two steps” FAO Irrigation and Drainage Paper n.56 (Allen et al., 1998) ET = x Kc

Modifica dei parametri resistivi della Penman-Monteith per il calcolo dell’evapotraspirazione di riferimento (Allen et al., FAO paper #56) (Con d=2/3 h e h=0,12m, ra=208/U2) (Con rs =100 s m-1 e LAIattivo =1,44, rc=70 s m-1) Considerando un aumento della rs del 22% e del LAI attivo del 4% rs=128 s m-1 e LAIattivo =1,50, rc=85 s m-1)

Correzione dei coefficienti colturali per il calcolo dell’Evapotrasirazione massima della coltura (Allen et al., FAO paper #56) Kc=Kctab+[0,04(U2-2)-0,004(RHmin-45)](h/3)0,3 Effetto della velocità del vento, dell’altezza della coltura e dell’umidità dell’aria sul valore del Kc

Correzione dei coefficienti colturali per il calcolo dell’Evapotrasirazione massima della coltura (Allen et al., FAO paper #56) Allen et al., 1998 La correzione della durata delle 4 fasi è stata effettuata considerando la somma termica delle singole fasi calcolata secondo il metodo NOAA

Correzione dei coefficienti colturali per il calcolo dell’Evapotrasirazione massima della coltura (Allen et al., FAO paper #56) Somma termica (GDD) Frumento (T0=5 °C) I fase = 252 II fase = 345 III fase = 401 IV fase = 492 Totale =1490 Pomodoro (T0=10 °C I fase, 15°C succ.) I fase = 60 II fase = 99 III fase = 198 IV fase = 285 Totale = 642 Rielaborato da Rubino et al., 1985 Rielaborato da Rubino e Tarantino, 1984 Andamento dei coefficienti colturali misurati da lisimetro a Policoro su frumento e pomodoro

Attività 4.1/3 – Simulazione di scenari irrigui Località: Metaponto Scenari climatici: dati misurati del 1985 del 2006 e scenario A2 (900 ppm CO2) del 2071 Colture: Frumento e Pomodoro Indicazioni attese Trend climatico dell’area metapontina Bilancio idrico semplificato dei tre scenari Consumi idrici ed irrigui e deficit idrici delle due colture nei tre scenari Effetto del deficit idrico sulla produzione potenziale

Attività 4.1/3 – Simulazione di scenari irrigui Trend Climatico Bilancio idrico semplificato Temperature medie e precipitazioni totali annue del periodo 1960 2100 misurate a Metaponto e previste per lo scenario A2 Evapotraspirazione di riferimento e piogge totali e utili mensili secondo il trend osservato nel 1985 e 2006 e quello previsto nello scenario A2 del 2071

Attività 4.1/3 – Simulazione di scenari irrigui Trend Climatico mensile

Attività 4.1/3 – Simulazione di scenari irrigui Trend delle precipitazioni Trend delle precipitazioni in funzione della latitudine elaborato da vari modelli per i prossimi 70 anni connessi ad un raddoppio della concentrazione di CO2. La linea viola tratteggiata indica l’andamento delle precipitazioni osservato nell’ultimo secolo (fonte CIMIP-2, coupled model intercomparison Project 2).

Attività 4.1/3 – Simulazione di scenari irrigui Consumi idrici ed irrigui e deficit idrici di frumento e pomodoro nei tre scenari Modello CropWat (Clarke e Smith, 1998) Parametri relativi al suolo: Sabbia: 2,2% Limo: 46,7 Argilla: 51,1 C.I.C.=38,5% (-0,03 MPa) P.A. = 18,7% (-1,50 MPa) T.A.W.=180 mm/m M.I.R.=40 mm/d Parametri relativi alla coltura: Frumento Data di semina: 20 Novembre Profondità radicale: 30-120 cm Riserva facilmente utilizzabile: 50-80% T.A.W Ky: 0,4; 0,6; 0,8; 0,4; (1,0). Irrigazione per aspersione (E.M.=70%) Pomodoro Data di trapianto: 20 Aprile Profondità radicale: 25-100 cm Riserva facilmente utilizzabile: 30; 40; 50%% T.A.W Ky: 0,5; 0,6; 1,1; 0,1; (1,05). Irrigazione a microportata di erogazione (E.M.=90%)

Attività 4.1/3 – Simulazione di scenari irrigui Consumi idrici ed irrigui e deficit idrici di frumento e pomodoro nei tre scenari Parametri relativi alla coltura: Coefficienti colturali

Consumi idrici ed irrigui e deficit idrici del frumento 1985 (Y.R. in assenza di irrigazione 10,4%) Consumi idrici ed irrigui e deficit idrici del frumento nei tre scenari 2006 (Y.R. in assenza di irrigazione 14,4%) A2 2071 (Y.R. in assenza di irrig. 12,1%) Bilancio idrico e risposta produttiva del frumento secondo il trend osservato nel 1985 e 2006 e quello previsto nello scenario A2 del 2071

Consumi idrici ed irrigui e deficit idrici del 1985 (Y.R. in assenza di irrigazione 56,1%) Consumi idrici ed irrigui e deficit idrici del Pomodoro nei tre scenari 2006 (Y.R. in assenza di irrigazione 59,5%) A2 2071 (Y.R. in assenza di irrig.65,3%) Bilancio idrico e risposta produttiva del Pomodoro secondo il trend osservato nel 1985 e 2006 e quello previsto nello scenario A2 del 2071

Attività 4.1/3 – Simulazione di scenari irrigui (area del metapontino) Prime “parziali” conclusioni Il modello di simulazione climatica conferma la tendenza misurata nell’ultimo decennio ad un significativo aumento delle temperature (dell’ordine 0,06 °C/anno) e ad una riduzione delle precipitazioni totali annue di circa il 15% (rispetto al 1985) di cui si modifica la distribuzione durante l’anno a favore dei periodi autunnali e primaverili. L’aumento delle temperatura e la concomitante prevista riduzione delle precipitazione porta ad un aumento del deficit idrico potenziale annuo. Per le colture a ciclo autunno-primaverile, come il frumento, non si prevede un ulteriore aumento del deficit idrico rispetto all’attualità. La riduzione dei consumi idrici (per la riduzione della durata del ciclo colturale e, in parte, per la parziale chiusura stomatica) in concomitanza con la più favorevole distribuzione delle piogge, andranno probabilmente a compensare la maggiore domanda evapotraspirativa dell’ambiente determinata dall’aumento della temperatura. Per le colture a ciclo primaverile-estivo, come il pomodoro, si prevede invece un consistente aumento del deficit idrico e, quindi, dei fabbisogni irrigui. Per le colture che svolgono il loro ciclo in questo periodo dell’anno, infatti, il consistente aumento della domanda evapotraspirativa dell’aria non riesce ad essere compensato dalla riduzione del ciclo colturale e dalla parziale chiusura stomatica.

Evoluzione dei sistemi colturali a seguito di cambiamenti climatici 2006 (Y.R. in assenza di irrigazione 14,4%) Consumi idrici ed irrigui e deficit idrici del frumento in funzione dell’epoca di semina Semina 20-11 Ciclo: 205 gg ETc: 537 mm Pu 299 mm 2006 (Y.R. in assenza di irrigazione 3,9%) Semina 1-11 Ciclo: 212 gg ETc: 459 mm Pu 345 mm Bilancio idrico e risposta produttiva del frumento secondo il trend osservato nel 2006 in funzione dell’epoca di semina

Evoluzione dei sistemi colturali a seguito dei cambiamenti climatici 2006 (Y.R. in assenza di irrigazione 59,5%) Consumi idrici ed irrigui e deficit idrici del pomodoro in funzione dell’epoca di trapianto trapianto 20-4 Ciclo: 93 gg ETc: 557 mm Pu: 77 mm V.I.: 480 2006 (Y.R. in assenza di irrigazione 57,7%) trapianto 1-4 Ciclo: 111 gg ETc: 558 mm Pu: 83 mm V.I.: 475 Bilancio idrico e risposta produttiva del pomodoro secondo il trend osservato nel 2006 in funzione dell’epoca di trapianto

Evoluzione dei sistemi colturali a seguito dei cambiamenti climatici Scelta delle colture e avvicendamenti: Colture erbacee e orticole: più indicate le microterme, colture da energia, areali di colt. per le macroterme, scelta varietale etc. Colture arboree: per i nuovi impianti scelta del sito di coltivazione per il fabbisogno in freddo, scelta varietale. Sistemazioni idrauliche agrarie: Sistemazioni in piano: per il modificato regime delle precipitazioni maggiore ristagno Sistemazioni in pendio: maggiore erosione e minore imagazzinamento idrico Lavorazioni: Aratura: valutare bene i pro (regimazione idraulica, immagazzinamento idrico, controllo infestanti etc.) e i contro (s. organica, bilancio energetico, economico) Impianto delle colture: Epoca di impianto: Concimazione: C. azotata: rivedere i piani di concimazione in funzione delle reali asportazioni, della mineralizzazione, del regime delle precipitazioni (lisciviazione) etc-

Evoluzione dei sistemi colturali a seguito dei cambiamenti climatici Sostanza organica: Maggiore temperatura più elevato tasso di mineralizzazione, rivedere i bilanci della S.O In funzione del sistema colturale. Irrigazione: Per le colture estive: consumi più elevati, minori apporti naturali (piogge e falda), attingimento più elevato da falda, subsidenza e salinizzazione. Azioni per incentivare il risparmio della risorsa idrica. Azioni di razionalizzazione delle attività irrigue, al fine di ridurre il rischio di salinizzazione delle falde e di conseguenza dei suoli; Azioni per un corretto uso delle acque saline; Azioni finalizzate ad incentivare il riuso in agricoltura delle acque reflue depurate; Azioni tese alla ricarica della falda; Azioni per il ripristino degli equilibri e della funzionalità del sistema idrogeologico; Azioni per limitare l’emungimento delle acque sotterranee;