IRRIGAZIONE Somministrazione di acqua alla coltura mirante a colmare i fenomeni di carenza idrica che si verificano nel momento in cui l’evapotraspirazione.

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1 IRRIGAZIONE Somministrazione di acqua alla coltura mirante a colmare i fenomeni di carenza idrica che si verificano nel momento in cui l’evapotraspirazione è superiore alle precipitazioni Precipitazioni ed ETP 0 a Reggio Calabria (valori medi mensili)

2 Irrigazione umettante IRRIGAZIONE normale ausiliaria di soccorso Ulteriori funzioni dell’irrigazione ammendante antiparassitaria dilavante fertilizzante termica climatizzante sussidiaria

3 IDONEITÀ DI UN COMPRENSORIO ALL’IRRIGAZIONE Situazione topografica Caratteristiche fisiche Caratteristiche chimiche Proprietà idrologiche Idoneità del terreno EvapotraspirazionePiovositàVentosità Clima stagionale irrigazione intervento Distribuzione Fabbisogni idrici Momento diVolume diSistema di Coltura e tecnica agronomica Qualità dell'acqua Temperatura Sostanze sospese Sostanze disciolte Reazione

4 Acque per l’irrigazione Acque convenzionali Superficiali fiumi, canali, laghi naturali o artificiali. Sotterranee sorgenti, pozzi. Acque marginali, acque saline, acque reflue, acque inquinate QUALITÀ DELLE ACQUE DI IRRIGAZIONE

5 Temperatura Differenza tra acque di superficie e sotterranee Acqua fredda in colture tolleranti in colture poco tolleranti Accorgimenti per l’uso di acque fredde Sosta in vasche di raccolta Interventi nelle ore meno calde Sistemi irrigui idonei T w = 2/3 + 1°C T a T w = 3/4 + 1°C T a Volumi ridotti e turni frequenti QUALITÀ DELLE ACQUE DI IRRIGAZIONE

6 Solidi totali (TS) QUALITÀ DELLE ACQUE DI IRRIGAZIONE Tutte le sostanze disciolte e in sospensione in un’acqua naturale o di scarico, vengono indicate come solidi totali. La determinazione dei solidi totali si esegue sottoponendo un campione d'acqua per evaporazione in stufa termostatata a 105°C. Solidi totali (mg/l) = (M1 - M0) x 1000 / V Campione dove: M1 = massa in mg della capsula e del residuo dopo essiccamento; M0 = massa in mg della capsula vuota; V Campione = volume in mL di campione sottoposto ad analisi. Es. M1 = 10,0236 g = 10023,6 mg M0 = 10g = 10000 mg V Campione = 100 ml 10023,6 – 10000 = 23,6 mg TS = 23,6x1000/100 = 236 mg/l

7 Solidi totali Solidi sospesi totali TSS Solidi disciolti totali TDS Parte dei solidi totali presente in sospensione in un campione d’acqua che può essere separato su un filtro a membrana con porosità di 0,45 μm Dimensioni > di 0,45 μm Rappresentano il residuo del filtrato Dimensioni < di 0,45 μm Solidi disciolti totali Il campione d’acqua filtrato viene fatto evaporare a 105 °C e poi essiccato a 180 °C (per acque a basso contenuto di sostanza organica facilmente volatilizzabile) Residuo fisso a 180 °C Il campione viene riscaldato in muffola a 500 °C (per acque con elevato contenuto in sostanza organica) Residuo fisso a 500 °C QUALITÀ DELLE ACQUE DI IRRIGAZIONE

8 Solidi sospesi totali (TSS) (minerali e organici) Differenza tra acque di superficie e sotterranee Utilità nell’uso di acque torbide azione ammendante azione concimante Azione dannosa delle acque torbide depositi negli invasi e nei canali occlusione degli irrigatori e delle tubazioni imbrattamento delle piante contenuto di sostanze inquinanti contenuto di sostanze che consumano ossigeno QUALITÀ DELLE ACQUE DI IRRIGAZIONE

9 Misura solo la quantità di ossigeno consumata per via microbica Si tende a riprodurre in laboratorio ciò che avviene nei corpi idrici Sostanza organica proveniente da scarichi depurati e non, fogne, allevamenti zootecnici, concerie, macelli, cartiere, ecc. BOD 5 Biochemical Oxigen Demand Parametro utilizzato per valutare questo tipo di inquinamento Solidi sospesi totali (rifiuti che consumano ossigeno) Il BOD 5 si determina nel modo seguente: Il campione d’acqua viene frazionato in due parti (portati a pH 7); Sul primo si determina la quantità di O 2 (a 20 °C) (es. 500 ppm); Il secondo si inocula con una quantità fissata di microrganismi; Si mette il campione in termostato a 20 °C al buio per 5 giorni; Si determina la quantità di O 2 residua (es. 100 ppm); BOD 5 := 500 – 100 = 400 ppm. Non tutta la sostanza organica presente nell’acqua viene ossidata per via microbica COD Chemical Oxigen Demand QUALITÀ DELLE ACQUE DI IRRIGAZIONE

10 CODChemical Oxigen Demand Misura la quantità di O 2 necessaria per ossidare tutte le sostanze presenti nell’acqua (anche quelle non attaccabili per via biologica) In questo caso il campione d’acqua viene trattato con sostanze chimiche ad alto potere ossidante: Bicromato di potassio (K 2 Cr 2 O 2 ) BOD COD = Indice di biodegradabilità Il COD ci da un’indicazione del contenuto totale delle sostanze ossidabili e quindi del potenziale livello di inquinamento delle acque naturali e di scarico. Un alto valore di COD di uno scarico comporta una riduzione dell'ossigeno disciolto nel corpo idrico e nei terreni irrigati con tali acque e quindi una riduzione di capacità di autodepurazione. Il rapporto COD/BOD risulta più alto negli scarichi industriali nei quali prevalgono le sostanze organiche non biodegradabili. QUALITÀ DELLE ACQUE DI IRRIGAZIONE

11 Ai fini irrigui non esistono particolari controindicazioni all’impiego di acque con BOD 5 elevato. Un’eccessiva somministrazione di acque con BOD 5 elevato può comportare : Danni per eccesso di elementi minerali e conseguente accumulo di salinità Danni alle proprietà del suolo per apporto di cationi monovalenti (Na); per modificazioni del pH; per compromissione della microflora (consumo di ossigeno) Inquinamento delle falde idriche (ammonio, nitriti, nitrati) Inquinamento dei corsi d’acqua con conseguenti fenomeni di eutrofizzazione Imbrattamento dei prodotti (ortive, foraggere, fruttiferi); sviluppo di cattivi odori Apporto di agenti patogeni per l’uomo e per gli animali; Alcuni valori di BOD 5 Acqua pura 0 mg/l Acqua discretamente pura < 3 mg/l Acque di fogna 200-400 mg/l Acque di vegetazione degli oleifici > 5000 mg/l Limiti di legge per la COD Per lo scarico nei sistemi fognari COD < 500 mg/l Per lo scarico in acque superficiali (fiumi, ecc.) COD < 160 mg/l

12 QUALITÀ DELLE ACQUE DI IRRIGAZIONE Reazione (pH) Valori normali pH 6.0-8.5 anidride solforosa (SO 2 ) Acidità elevata dell’acqua scarico di sostanze acide nei fiumi da parte delle industrie (cartarie, siderurgiche, conciarie) acqua piovana che trasporta sostanze acide inquinanti dell’atmosfera come anidride solforica (SO 3 ) NO 2 (biossido di azoto) SO X (ossidi di zolfo) CO 2 (anidride carbonica) SO 3 SO 2 H 2 SO 4 acido solforico CO 2 H 2 CO 3 acido carbonico NO 2 H 2 NO 3 acido nitrico O 2 N 2 H 2 S CH 4 Altri gas disciolti

13 Il passaggio dell’acqua nel terreno e sulle rocce e la sua permanenza nell’acquifero determinano la vera identità chimico-fisica di un’acqua in seguito alla solubilizzazione di diversi composti minerali. Solidi disciolti totali (TDS) Residuo secco 180 °C Sali disciolti Concentrazione Composizione Na + Sodio K + Potassio Ca 2+ Calcio Mg 2+ Magnesio CO 3 2- Carbonati HCO 3 - Bicarbonati Cl - Cloruri SO 4 2- Solfati NH 4 + Ammonio PO 4 3- … Fosfati NO 3 - Nitrati QUALITÀ DELLE ACQUE DI IRRIGAZIONE

14 Concentrazione μS cm -1 Metodi di determinazione Residuo secco (in stufa a 180 °C dopo filtrazione) Conducibilità elettrica (Ec w ) mS cm -1 dS m -1 = Ec w ( μS cm -1 ) Conc. (mg l -1 - ppm) Ec w ( dS m -1 ) Conc. (g l -1 - 0 / 00 ) Relazioni tra conducibilità e concentrazione salina EC w ≤ 5 dS m -1 EC w x 0,64 = g l -1 EC w > 5 dS m -1 EC w x 0,80 = g l -1 QUALITÀ DELLE ACQUE DI IRRIGAZIONE

15 dS m -1 g l -1 bar 10,64-0,36 21,28-0,72 31,92-1,08 42,56-1,44 53,20-1,80 64,80-2,70 75,60-3,15 86,40-3,60 97,20-4,05 108,00-4,50 118,80-4,95 129,60-5,40 1310,40-5,85 1411,20-6,30 1512,00-6,75 1612,80-7,20 1713,60-7,65 1814,40-8,10 1915,20-8,55 2016,00-9,00 4032,00-18,00 Relazioni tra conducibilità, concentrazione e potenziale osmotico EC w ≤ 5 dS m -1 EC w x 0,64 = g l -1 EC w > 5 dS m -1 EC w x 0,80 = g l -1 EC w ≤ 5 dS m -1 EC w x -0,36 bar EC w > 5 dS m -1 EC w x -0,45 bar

16 Classificazione delle acque in funzione della salinità SalinitàEC W (μS cm -1 ) Concentrazione (mg L -1 ) bassa0 - 2500 - 175 media250 - 750175 - 525 alta750 - 2250525 – 1.575 altissima2250 - 50001.575 – 3.500 limite> 5000> 4.000 Incremento della popolazione Ridotta disponibilità di acqua Incremento nell’uso di acque salate QUALITÀ DELLE ACQUE DI IRRIGAZIONE

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21 Cloruri (Cl - ) In piccole quantità entrano far parte dei tessuti vegetali Il valore soglia nelle acque di irrigazione 350 mg l -1. Pericolosità commisurata alla tolleranza delle singole specie Sensibilita' Cl (mg l -1 ) Specie Sensibile<178 Agrumi, Mandorlo, Albicocco, Susino, Fragola, Tabacco Moderatamente sensibile178-355Uva, Peperone, Patata, Pomodoro, Vite Moderatamente tollerante355-710 Erba medica, Orzo, Mais, Cetriolo, Melone, Carota, Cipolla, Frumento Tollerante>710 Cavolfiore, Cotone, Cartamo, Sesamo, Sorgo, Barbabietola da zucchero, Girasole Facile dilavabilità percolazione nelle falde Contatto con minerali contenenti sali sodici o potassici (NaCl, KCl) Urine presenti negli scarichi fognari o nei liquami Processi di clorazione Origine Intrusione marina Trattamenti antigelo nelle strade

22 Solfati (SO 4 -- ). QUALITÀ DELLE ACQUE DI IRRIGAZIONE Dissoluzione di gessi Acqua piovana Scarichi industriali Origine Valore soglia nelle acque di irrigazione 2500 mg l -1. Assorbito dalle piante anche in quantità cospicue Emissioni vulcaniche Facile dilavabilità percolazione nelle falde

23 Nitrati (espressi come nitrato (NO 3 - ) o azoto nitrico (N-NO 3 - ). QUALITÀ DELLE ACQUE DI IRRIGAZIONE Fertilizzanti liquami domestici e zootecnici scarichi industriali processi di combustione Ammonio e ammoniaca nell’acqua indicano inquinamento da materiale organico Nitriti indicano che l’ammoniaca ha iniziato ad ossidarsi (passando ad azoto nitroso) Nitrati indicano che il processo di ossidazione si è completato Origine Assorbito dai vegetali Soggetto all'azione dilavante

24 Fosfati (PO 4 3- ) QUALITÀ DELLE ACQUE DI IRRIGAZIONE Fertilizzanti Irrazionale utilizzazione di liquami di stalla Scarico di reflui non depurati Utile alla nutrizione delle colture Eccessiva dotazione processi di eutrofizzazione Produzione industriale Uso di detergenti Origine Contatto con rocce fosfatiche 10 mg l -1 di P totale (pari a circa 30 mg l -1 di fosfati) Valore soglia nelle acque di irrigazione

25 QUALITÀ DELLE ACQUE DI IRRIGAZIONE Potassio (K + ), Magnesio (Mg ++ ) e Calcio (Ca ++ ) Elementi importanti per la nutrizione delle piante Ca ++ e Mg ++ bilanciano l’equilibrio cationico del terreno contrastando gli effetti del Na + Ca ++ e Mg ++, in quantità elevate, reagiscono con CO 3 2- e HCO 3 - a formare calcare che si deposita nelle tubazioni, negli ugelli e sulle foglie Sodio (Na + ) Destrutturazione degli aggregati terrosi Effetto tossico sulle piante Riduzione della velocità di infiltrazione dell’acqua Origine vedi cloruri 180 mg l -1 Valore soglia nelle acque di irrigazione In natura il calcio e il magnesio sono presenti in molte rocce sedimentarie di composizione calcarea.

26 QUALITÀ DELLE ACQUE DI IRRIGAZIONE Sodio (Na + ), Magnesio (Mg ++ ), Calcio (Ca ++ ) La conoscenza delle loro concentrazioni non basta per indicarne l’influenza sulle caratteristiche dell’acqua SAR sodium adsorption ratioindice di assorbimento del sodio Alcalinità dell’acqua in funzione del S.A.R. Pesi equivalenti Ca = 20.04 Mg = 12.16 Na = 22.99

27 Abaco per la classificazione delle acque irrigue in base alla condut- tività elettrica ed al S.A.R. QUALITÀ DELLE ACQUE DI IRRIGAZIONE

28 ClassiRischio di salinitàRischio di sodicità 1 Utilizzabili senza particolari accorgimenti; modesto leaching per suoli poco permeabili Utilizzabili in quasi tutti i suoli; particolare attenzione per le colture eccessivamente sensibili al sodio 2 Utilizzabili senza problemi per specie moderatamente tolleranti; necessario un modesto leaching Utilizzabili in terreni sciolti; rischio notevole nei suoli argillosi ad alta CSC, con ridotta con ridotto leaching e in assenza di Fe. 3 Utilizzabili in suoli con elevato drenaggio e con specie molto tolleranti. Possono elevare a livelli pericolosi il Na scambiabile; richiedono drenaggio, leaching e sostanza organica; può essere necessario l’impiego di correttivi. 4 Non adatte per l’irrigazione; occasionalmente solo per specie molto tolleranti, su suoli molto permeabili e con notevole leaching. Non adatte per l’irrigazione; occasionalmente in suoli a bassa e media salinità e con distribuzione di adatti correttivi. QUALITÀ DELLE ACQUE DI IRRIGAZIONE

29 La durezza totale dell’acqua è dovuta alla presenza dei cationi Ca ++ e Mg ++ Quando l’acqua è soggetta al riscaldamento o aumenta la concentrazione (evaporazione) avvengono le reazioni: Ca(HCO 3 ) 2 → H 2 O + CO 2 + CaCO 3 ↓ Mg(HCO 3 ) 2 → H 2 O + CO 2 + Mg CO 3 ↓ Il precipitato di CaCO 3 e MgCO 3 costituisce il calcare. La durezza totale dell’acqua viene espressa in gradi francesi (°f) cioè: 1 °f = 10 mg L -1 di CaCO 3 Durezza totale Calcolo della durezza totale ppm Ca ++ x2,5 + ppm Mg ++ x4,1 = ppm CaCO 3 f°= ppm CaCO 3 /10

30 QUALITÀ DELLE ACQUE DI IRRIGAZIONE Durezza (°F)Classificazione 0 - 4Acqua molto dolce 4 - 8Acqua dolce 8 - 12Acqua a durezza media 12 - 18Acqua a durezza discreta 18 - 30Acqua dura > 30Acqua molto dura

31 classe I: acque che consentono un esercizio irriguo continuativo, senza limitazioni (qualità ottima); classe II: acque che permettono un esercizio irriguo continuativo, con eventuali limitazioni riguardanti i volumi stagionali, le specie irrigabili, i metodi irrigui (qualità buona); classe III: acque che permettono solo un’irrigazione saltuaria (un anno ogni due o tre), o di soccorso su specie tolleranti e con metodi irrigui ad elevata efficienza (qualità scarsa); classe IV: acque da non impiegare per fini irrigui, se non in via del tutto eccezionale su terreni particolarmente idonei e specie tolleranti (qualità pessima). QUALITÀ DELLE ACQUE DI IRRIGAZIONE

32 Macro - meso e micro-nutrienti Macroelementi Azoto ammoniacale (NH4 + -N) Azoto nitrico (NO 3 -- -N) Fosfati (PO 4 --- ) (Potassio K + ) Mesoelementi Calcio (Ca++), Magnesio (Mg++), Solfati (SO 4 — ) Ferro (Fe) Importante conoscerne la concentrazione nelle acque e tenerne conto nel piano di concimazione. Microelementi Rame (Cu) Manganese (Mn) Cloro (Cl) Zinco (Zn) Boro (B) Molibdeno (Mo) Indispensabili in quantità minime Possono facilmente raggiungere concentrazioni tossiche

33 QUALITÀ DELLE ACQUE DI IRRIGAZIONE Metalli pesanti Hanno la tendenza ad accumularsi nel terreno inquinandolo in maniera permanente Tendono a bioaccumularsi Possono entrare nei corpi idrici con le pioggia acida Anche a concentrazioni minime risultano tossici Sono presenti naturalmente nell'aria, nell'acqua, nel suolo Sono aumentati a dismisura con le attività industriali

34 QUALITÀ DELLE ACQUE DI IRRIGAZIONE

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36 USO DELLE ACQUE SALSE Apporto di quantità di acqua eccedente rispetto al fabbisogno delle colture (irrigazione dilavante) Fabbisogno di lisciviazione (LR) ECw Conducibilità dell’acqua d’irrigazione ECe Conducibilità dell’estratto saturo tollerato dalla coltura per un predeterminato valore di riduzione della resa vt volume irriguo maggiorato ECwECe ECw LR - = )(5 v vt - 1 =

37 DATI PER IL DIMENSIONAMENTO DELLE OPERE IRRIGUE Riferiti ai massimi fabbisogni idrici di una coltura periodo più caldo massimo sviluppo fogliare Indice dell’efficienza dell’irrigazione (Ey) Acqua distribuita Fabbisogno irriguo Acqua utilizzata Fabbisogno idrico Ey = Indice medio di consumo o portata caratteristica (q) Portata d’acqua, riferita all’unità di superficie, somministrata in maniera continua ed uniforme ad una determinata coltura.

38 Esempio Piantagione di cotone in Egitto in piena estate Etp = 9 mm d -1 9 mm d -1 = 90 m 3 d -1 ha -1 = 90.000 lt d -1 ha -1 trasformazione del fabbisogno idrico in portata continua 90.000 lt d -1 ha -1 24 h x 60 ’ x 60 ” = 86.400 ” =1,04 l s -1 q = Portata alla sorgentesuperficie irrigabile

39 Esempio di calcolo del fabbisogno irriguo di una coltura (cotone, Cairo) (durata dei ciclo: 180 d, dal 10 aprile al 30 settembre). (*) Il fabbisogno di lisciviazione (20%) si considera soddisfatto dalla ‘inefficienza’ (30%) del sistema d'irrigazione (°) Calcolato in base al fabb. irr. di campo di punta: 12,84 mm d -1 = = 128.400 I d -1 ha -1 / 86.400 s d -1 = 1,49 l s -1 ha -1 (presupponendo l'erogazione 24 ore su 24)

40 Esempio di calcolo del fabbisogno irriguo di una coltura di mais a Reggio Calabria (durata dei ciclo: 150 d, dal 1 aprile al 31 agosto). ( * ) Il fabbisogno di lisciviazione (20%) si considera soddisfatto dalla ‘inefficienza’ (30%) del sistema d'irrigazione. (°) Calcolato in base al fabb. irr. di campo di punta: 7.0 mm d -1 = 70.000 I d -1 ha -1 /86.400 s d -1 = 0.81 l s -1 ha -1 (presupponendo l'erogazione 24 ore su 24).

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42 Volume stagionale (V) (m 3 ha -1 o mm) Durata della stagione irrigua (S) (d) Volume specifico di adacquamento (v) (m 3 ha -1 o mm) Numero di adacquamenti (n) Turno (t) (d) VARIABILI IRRIGUE

43 Parametri per il calcolo del volume specifico di adacquamento Strato di terreno da umettare (H) Costanti idrologiche (CC - PA) Contenuto di umidità del terreno (U) Densità apparente del terreno ( Φ ) Indice dell’efficienza dell’irrigazione (Ey) Coefficiente di lisciviazione (LR) Limite critico di umidità (Lcu o P) Riserva facilmente utilizzabile(Rfu) Pioggia utile (Pu)

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45 Riserva Utile (RU) e Volume Specifico di Adacquamento (v) RU = 10.000 x (CC - PA) x Φ x H m 3 ha -1 v = 10.000 x (CC – U) x Φ x H m 3 ha -1 Calcolo della riserva utile del terreno, del volume di adacquamento iniziale e dei volumi successivi H60 cm CC30% in peso PA16% in peso U19.5% in peso Φ 1.25 g cm -3 (Ey)0.70 LR0.23 * * soddisfatto da Ey RFU45% P55% PUvariabile

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47 Profondit à delle radici e frazioni RFU dell'utilizzazione dell'acqua da parte di alcune colture.

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51 QUALITÀ DELLE ACQUE DI IRRIGAZIONE Fenomeno visibile cattivi odori, moria di pesci, diffusione di certi tipi di flora, chiazze oleose, schiuma, ecc. I valori limite delle sostanze inquinanti variano in funzione dell’impiego Uso civile, industriale, irriguo, ecc. Presenza di sostanze inquinanti Fenomeno rilevabile solo attraverso analisi appropriate diserbanti, fitofarmaci, sostanze chimiche inorganiche, metalli pesanti, ecc.

52 QUALITÀ DELLE ACQUE DI IRRIGAZIONE