Ricerca e sviluppo di tecnologie per la gestione razionale dell'acqua irrigua

The PhD thesis’s aims was to investigate some theoretical and practical aspects of water irrigation used in small- and large-scale field tests. The first study analyzed the effect of the incident rainfall redistribution due to corn canopy and the effect of micro-variability of soil’s hydrological process at the row scale. Results of this study showed that the mean of throughfall and stemflow was 24% and 76% respectively, while the ratio stemflow/throughfall decreases during rainfall increases as logarithmic function. The stemflow/throughfall ratio was used to model the rainfall redistribution by Hydrus 2D/3D to simulate the crop evapotranspiration (ET) under 3 conditions: 1. sprinkler irrigation 2. precision downwards canopy application 3. hypothetical uniform application. The results of simulation by ET are hereby described. The condition 3 (hypothetical uniform application) got the best ET’s efficiency; the condition 2 (precision downwards canopy application) was more efficient compare to the condition 1 (sprinkler irrigation). The second topic concerned two field experiments to investigate the drip irrigation systems efficiency and the water distribution uniformity: the first trial was made in Verona province, on corn and the second one in Mendoza Argentina, on vineyards. The first experiment considered the effect of the uniformity distribution of two irrigation systems (drip irrigation and sprinkler irrigation) on waxy corn yield. According to DUlq and CU indexes the results showed a good water uniformity distribution in drip irrigation system and a poor uniformity using sprinkler irrigation. The water use efficiency of drip irrigation was lower than sprinkler irrigation (-42% for IWUE and -26% for WUEb), this was caused by the different management, in fact the first one was scheduled, while the second one was supplemental. No statistical correlation was found between water flow and yield for both irrigations systems, while a significant one was found between water flow and crop water use efficiency. The net profit of drip irrigation was slightly higher than sprinkler irrigation. The second experiment analyzed the effect of the distribution uniformity with drip irrigation on some vineyard yield features. Furthermore was made a comparison between surface irrigation and drip irrigation by LANDSAT satellite multispectral images. Results showed an excellent water distribution uniformity and a poor correlation between water flow and vineyard features. Vegetation indexes put into evidence a greater canopy vigor with drip irrigation compared to the surface irrigation, this highlighting that the drip irrigation is more efficient compared to surface irrigation. Finally, a study of large-scale irrigation requirements was carried on within the Piave Irrigation district, located on the north of the province of Treviso. It was designed a GIS model for water supply simulations in homogeneous areas, starting from a survey of a sample of farmers, with a questionnaire on the main features that characterized: farm irrigation, water flows, irrigation rotations, integrated with the soils map, land cover map and meteorological data. Results showed that the using water efficiency improves decreasing the monthly rotation length and increasing the rotation frequency maintaining the crop yields.

La tesi di dottorato si propone di studiare alcuni aspetti teorici e pratici, sia su scala di campo che su scala territoriale, relativi all’uso razionale dell’ acqua con l’irrigazione. Il primo studio riguarda la quantificazione degli effetti correlati all’intercettazione fogliare dell’acqua di pioggia e irrigua in un campo investito a mais e l’effetto di questo fenomeno, a livello della fila, sulle dinamiche dell’acqua nel suolo. I risultati delle prove evidenziano che l’intercettazione fogliare si ripartisce mediamente per il 24% in throughfall (acqua che cade dalle foglie direttamente al suolo) e per il 76 % in stemflow (acqua che arriva al suolo scorrendo lungo il culmo); si è anche riscontrato che il rapporto stemflow/throughfall diminuisce in modo logaritmico all’aumentare della pluviometria. Successivamente, utilizzando la curva che descrive la ripartizione dell’acqua al variare della pluviometria e i dati di umidità rilevati durante il periodo di prova, si è simulato in termini di evapotraspirazione del mais, con il programma Hydrus 2D/3D, l’effetto dell’intercettazione vegetale, di un’ipotetica distribuzione uniforme al suolo e di un sistema di irrigazione localizzata. Dalle simulazioni appare che l’evapotraspirazione è superiore per l’ipotetica distribuzione uniforme rispetto al sistema localizzato, entrambi però superiori rispetto al flusso ripartito dalla copertura vegetale. Il secondo argomento riguarda due sperimentazioni che sono state condotte per valutare l’efficacia dell’irrigazione a goccia nel razionalizzare l’uso dell’acqua: una in un’azienda situata nella provincia di Verona su mais ed una nella provincia di Mendoza in Argentina su vite. La prima ricerca sperimentale è stata condotta presso la Cooperativa Agricola Zootecnica “LA TORRE” di Isola della Scala (VR) e ha riguardato la valutazione dell’impatto dell’uniformità di distribuzione dei due sistemi irrigui sulla resa del mais a maturazione cerosa. I sistemi utilizzati sono stati da una parte l’irrigazione per aspersione gestita con interventi di soccorso e dall’altra l’ irrigazione a goccia gestita a calendario. È stata calcolata inoltre l’efficacia d’uso dell’acqua e la convenienza economica di entrambi i sistemi irrigui. L’uniformità di distribuzione, espressa mediante i coefficienti DUlq e CU, è risultata buona ma non ottima nel sistema microirriguo (DUlq 0,73 e CU 84,74%) a causa della lunghezza dell’appezzamento che ha portato a perdite di pressione nella parte terminale delle linee gocciolanti, mentre è stata bassa per l’aspersione (DUlq 0,33 e CU 58,94%) a causa soprattutto dell’errato posizionamento degli irrigatori che non consentiva una omogenea copertura dell’area. L’efficacia d’uso dell’acqua è stata superiore per il sistema irriguo a pioggia rispetto alla goccia, indicando che la gestione razionale dei volumi irrigui ha un’influenza maggiore rispetto all’uniformità di distribuzione. Dal bilancio economico di entrambi i sistemi irrigui è risultato che l’utile sul tal quale risulta appena superiore per il rotolone rispetto alla gestione a goccia. La seconda sperimentazione ha valutato l’effetto dell’uniformità di distribuzione dell’irrigazione a goccia su alcune caratteristiche delle piante di vite e il confronto con l’irrigazione superficiale mediante indici di vegetazione a partire da immagini satellitari Landsat. Questo lavoro sperimentale, realizzato in un’azienda viticolo frutticola nella zona est di Mendoza ha avuto tre obiettivi: 1) determinare l’impatto dell’uniformità di distribuzione sulla vite; 2) osservare l’effetto della conversione dall’irrigazione per scorrimento superficiale all’irrigazione a goccia mediante l’utilizzo di indici vegetativi a partire da immagini satellitari Landsat; 3) comparare la variabilità della resa e del diametro del tronco in viti irrigate a goccia e per scorrimento superficiale. I risultati indicano che l’uniformità di distribuzione dell’irrigazione a goccia, secondo i coefficienti DUlq, CU e CV, è stata eccellente nonostante si siano osservati un importante numero di orifizi ostruiti. Inoltre, si nota una bassa correlazione tra i parametri quantitativi e qualitativi della vite e la portata degli erogatori e la percentuale di orifizi ostruiti. Gli indici di vegetazione hanno permesso di verificare il significativo miglioramento dello stato vegetativo degli appezzamenti irrigati a goccia rispetto a quelli irrigati per scorrimento superficiale. Per ultimo, il confronto in termini di tendenza della variabilità di resa e diametro del tronco, mostra che negli appezzamenti irrigati a scorrimento superficiale appare lievemente superiore rispetto a quelli irrigati a goccia. Questo può essere attribuito alla influenza dell’irregolarità topografica del suolo. Infine, è stato effettuato uno studio sui fabbisogni idrici territoriali nell’ambito del consorzio di bonifica sinistra Piave situato sulla parte nord della provincia di Treviso. In questa ricerca è stato applicato un modello supportato da un sistema GIS per valutare l’uso dell’acqua per l’irrigazione su un’area all’interno del bacino del Piave. Il modello georefernziato è stato realizzato integrando le informazioni raccolte da un campione di agricoltori che hanno compilato un questionario mirato a caratterizzare l’uso dell’acqua irrigua dell’area, dalla mappa dei suoli, dalla mappa d’uso dei suoli, dai dati medi di evapotraspirazione e pioggia, e dalla fornitura d’acqua per l’irrigazione all’interno dell’area. Grazie all’utilizzo integrato di uno strumento GIS (Geographical Information System) e del programma Management Zone Analyst (MZA), è stata effettuata un’analisi cluster per la stima del bilancio idrico e degli eccessi di fornitura idrica. Al fine di analizzare le possibili strategie che permettono di ottenere una fornitura idrica ottimale garantendo le rese delle colture sono stati analizzati quattro diversi scenari con gestioni diverse nella frequenza e durata dei turni irrigui mensili. Dai risultati delle simulazioni si può concludere che passando da 3 a 4 turni al mese, con una riduzione però delle ore per turno tale che la quantità di acqua fornita sia inferiore a quella prevista per i tre turni, visto la maggiore efficienza irrigua, potrebbe essere una buona strategia per garantire le rese delle colture il più possibile dai cambiamenti climatici che come sembra aumentano la variabilità degli eventi piovosi. Il metodo proposto è un’applicazione semplificata che può essere usata per altri fiumi.