Indovinare quanta acqua utilizzare è uno dei maggiori costi nascosti dell'agricoltura. Troppa acqua crea deflusso, lava via i nutrienti e spreca energia. Troppa poca acqua stressa le colture e riduce i raccolti. Si tratta di precisione.
Il calcolo scientifico dell'acqua di irrigazione ti offre un metodo chiaro per determinare esattamente la quantità di acqua di cui hanno bisogno le tue colture e quando ne hanno bisogno. Ciò costituisce la base della gestione intelligente dell’azienda agricola. Questa guida ti guida attraverso il processo completo.
Comprendere i principi fondamentali
Per calcolare accuratamente l’acqua per l’irrigazione, è necessario prima capire cosa determina la domanda di acqua nelle aziende agricole. Questa conoscenza spiega il "perché" dietro la matematica.
1.1 Definizione del fabbisogno idrico
○ Il fabbisogno idrico delle colture (CWR) è l'acqua totale di cui una coltura ha bisogno dalla semina al raccolto in condizioni di crescita perfette.
○ Il fabbisogno idrico per l'irrigazione (IWR) è diverso. È la porzione di CWR che devi fornire attraverso l'irrigazione. Ciò equivale al CWR meno l’acqua proveniente da altre fonti come le precipitazioni e l’umidità immagazzinata del suolo.
1.2 Il modello del bilancio idrico
Immagina il tuo campo come un conto bancario. Il modello del bilancio idrico tiene traccia di ogni goccia come un registro. Il principio è semplice: ciò che entra deve essere uguale a ciò che esce più qualsiasi variazione nello stoccaggio.
☆ Input (irrigazione + precipitazioni)=Output (evapotraspirazione + deflusso + percolazione profonda) + variazione dello stoccaggio dell'acqua nel suolo
Il tuo obiettivo è gestire l'ingresso "Irrigazione". Ciò mantiene il "cambiamento nell'immagazzinamento dell'acqua nel suolo" al livello ottimale per colture sane.
1.3 Scomposizione dei componenti chiave
Diverse variabili chiave guidano questa equazione del bilancio idrico. Comprenderli è essenziale per calcoli accurati.
○ L'evapotraspirazione potenziale (ET₀) è il punto di partenza. Mostra il tasso massimo di perdita di acqua nell'atmosfera da una superficie erbosa standard e ben-irrigata. Il meteo guida questa metrica attraverso la radiazione solare, la temperatura, il vento e l’umidità.
○ Il coefficiente del raccolto (Kc) regola l'ET₀ per il tuo raccolto specifico. Una giovane pianta di mais utilizza meno acqua di una pianta adulta. Il fattore Kc riflette questo cambiamento. Varia durante le fasi di crescita del raccolto: iniziale, sviluppo, metà-stagione e fine-stagione.
○ Le precipitazioni effettive (Pe) sono la porzione di precipitazioni totali che effettivamente aiuta il raccolto. Questa è la pioggia che penetra nel terreno e rimane nella zona delle radici. Un acquazzone breve e forte può causare un deflusso significativo. La sua piovosità effettiva è molto inferiore alla quantità totale misurata.
Padroneggiare la formula principale
Ora che hai compreso i principi, puoi trasformarli in un'equazione pratica. Questo è lo strumento principale per calcolare il fabbisogno di irrigazione.
2.1 Fase di progettazione: stima basata sullo "scenario-peggiore"
2.1.1 Calcolo del consumo di acqua per l'irrigazione in fase di progettazione
Nella fase di progettazione e pianificazione, il calcolo dell'utilizzo dell'acqua per l'irrigazione si basa su fattori quali il metodo di irrigazione più sfavorevole nel luogo del progetto, il consumo massimo di acqua durante il periodo di crescita delle colture e le condizioni meteorologiche più sfavorevoli (assumendo l'assenza di precipitazioni per un periodo prolungato, ovvero precipitazioni=0). Innanzitutto è necessario determinare la stagione di crescita della coltura e la domanda massima di irrigazione durante il suo periodo di crescita. Le condizioni meteorologiche più sfavorevoli riguardano la richiesta idrica della coltura durante l'estate. Quando vengono ruotate più colture, per i calcoli del consumo idrico dovrebbe essere selezionata quella con la maggiore richiesta di acqua in estate. Infine, in base ai parametri di progettazione del sistema di irrigazione, come il metodo di irrigazione, l'efficienza dell'irrigazione, ecc., viene calcolato l'utilizzo dell'acqua per l'irrigazione.
Nella fase di pianificazione e progettazione, il periodo durante il quale cresce la coltura dovrebbe essere selezionato come base per la progettazione. La scelta corretta è quella di utilizzare la domanda idrica della coltura durante il periodo di crescita con il consumo di acqua più elevato rispetto alla domanda idrica prevista dalla coltura.
2.1.2 Tabella di riferimento e base per determinare l’intensità del consumo di acqua di progetto (ETc)
Il Micro-Irrigation Engineering Design Standard GB/T 50485-2020 "Technical Standards for Micro-Irrigation Engineering" fornisce direttamente il consumo di acqua di progetto per le colture, come mostrato nella Tabella 1: Intensità di consumo di acqua di progetto (mm/giorno). La richiesta idrica prevista per la coltura viene utilizzata solo per calcolare la progettazione del ciclo di irrigazione.
|
Raccolti |
Irrigazione a goccia |
Micro-irrigazione a pioggia |
Raccolti |
Irrigazione a goccia |
Micro-irrigazione a pioggia |
|
Uva, alberi, meloni |
3-7 |
4-8 |
Ortaggi (in pieno campo) |
4-7 |
5-8 |
|
Cereali, Cotone, Piante oleaginose |
4-7 |
\ |
Fresche-erbe di stagione |
\ |
5-8 |
|
Ortaggi (Aree Protette) |
2-4 |
\ |
Calde-erbe di stagione |
\ |
3-5 |
Questo perché, per le colture corrispondenti ad un particolare metodo di irrigazione, non è necessario considerare in modo eccessivo il periodo di crescita e le variazioni climatiche. Potrebbe essere impossibile soddisfare questi requisiti in fase di progettazione. L'utilizzo di acqua per l'irrigazione convenzionale, che si riferisce alla quantità di acqua utilizzata in un singolo evento irriguo, è chiamato quota di irrigazione (la quota di irrigazione si riferisce alla profondità di acqua applicata durante una singola irrigazione o alla quantità di acqua applicata per unità di area durante una singola irrigazione).
2.1.3 Quota di irrigazione prevista e quantità massima di irrigazione per evento
Quantità massima di irrigazione per evento:
Dove:
max′- il limite superiore del contenuto di umidità del suolo adeguato (in %), calcolato in base al rapporto volumetrico;
min′- il limite inferiore del contenuto di umidità del suolo adeguato (in %), calcolato in base al rapporto volumetrico;
η- il coefficiente di utilizzo dell'acqua per l'irrigazione. Diversi metodi di irrigazione hanno valori diversi per questo coefficiente. Generalmente per l'irrigazione a goccia: η=0.9; per irrigazione a pioggia: η=0.85.
max′=95% della capacità del campo, min′=70% della capacità del campo.
2.1.4 Metodo di calcolo standard per la progettazione del ciclo di irrigazione
In fase di progettazione il ciclo di irrigazione può essere calcolato secondo la norma tecnica sull'irrigazione a pioggia GB/T 50085-2007, formula 4.3.4. Il ciclo di irrigazione e il numero di irrigazioni dovrebbero essere determinati sulla base di dati sperimentali locali. In mancanza di dati sperimentali è possibile determinare il numero di irrigazioni in base all'anno rappresentativo del progetto e al regime irriguo formulato secondo il principio del bilancio idrico. Il ciclo irriguo può essere calcolato come:
Dove:
○ T - ciclo irriguo di progetto, il valore calcolato è un numero intero (giorni);
○ETa- intensità del consumo di acqua nel progetto della coltura, selezionata dalla tabella o presa come valore medio del periodo di punta dell'irrigazione per l'anno rappresentativo del progetto (mm/giorno);
○ md- quota di irrigazione prevista (mm).
Formula comune per il calcolo dell'utilizzo dell'acqua per l'irrigazione:
I=ETc +W−P
Dove:
○ I - consumo di acqua per l'irrigazione, in mm;
○ ETc - intensità di consumo idrico di progetto, in mm/giorno;
○ P - precipitazioni, in mm;
○ W - deficit di umidità del suolo, in mm. Questa formula viene comunemente utilizzata per calcolare l'utilizzo dell'acqua di irrigazione durante la fase di progettazione del sistema di irrigazione. L'idea è che l'utilizzo dell'acqua per l'irrigazione deve soddisfare il consumo di acqua della coltura.
2.2 Fase operativa: calcolo preciso basato sulle "condizioni giornaliere effettive"
Durante la fase di funzionamento e gestione, il calcolo dell'utilizzo dell'acqua per l'irrigazione si basa sull'effettiva domanda di irrigazione giornaliera e sulle condizioni di approvvigionamento idrico del sistema di irrigazione. Prima dell'avvio del sistema di irrigazione (prima dell'irrigazione), è necessario determinare la domanda di irrigazione in base alla fase di crescita della coltura, alle condizioni meteorologiche, ecc. Quindi, in base all'attuale contenuto di umidità del suolo e alle precipitazioni nette dall'ultima irrigazione a quella attuale, viene calcolata la quantità di irrigazione necessaria per reintegrare l'acqua persa dalla coltura dall'ultima irrigazione a questa irrigazione. Occorre considerare anche l'acqua immagazzinata nel suolo, ovvero il ciclo irriguo di progetto. Il valore calcolato è:
○ Utilizzo dell'acqua per l'irrigazione=Consumo dell'acqua delle colture - (Precipitazioni nette + Acqua disponibile nel suolo).
○ Acqua disponibile nel suolo=Capacità del campo - Contenuto attuale di umidità del suolo.
Quando non si considera il ciclo irriguo il calcolo diventa:
○ Utilizzo dell'acqua per l'irrigazione=Consumo dell'acqua delle colture - Precipitazioni nette.
2.3 Fabbisogno Netto di Irrigazione (NIR)
La formula del fabbisogno netto di irrigazione (NIR) calcola la quantità di acqua necessaria per soddisfare le esigenze delle colture. Tiene conto delle precipitazioni e delle perdite del sistema.
La formula primaria è:
○ NIR=(ETc - Pe) / Ea
Qui, ETc è l'evapotraspirazione delle colture, Pe è la pioggia effettiva ed Ea è l'efficienza applicativa del sistema di irrigazione.
Analizziamo ciascuna variabile in modo che tu sappia esattamente come trovarla o calcolarla.
⒈ ETc (evapotraspirazione della coltura): mostra l'utilizzo specifico dell'acqua da parte della tua coltura. Calcolalo con: ETc=ET₀ * Kc. I valori Kc per varie colture e fasi di crescita sono disponibili da fonti come l'Organizzazione per l'alimentazione e l'agricoltura (FAO) o la ricerca universitaria.
⒉ Pe (Precipitazioni effettive): stimare le precipitazioni effettive può essere semplice o complesso. Un metodo comune presuppone che Pe sia una percentuale delle precipitazioni totali, spesso il 70-80%, a seconda del tipo di terreno e dell'intensità della tempesta. Calcoli più precisi, come il metodo USDA-SCS, utilizzano la capacità di ritenzione idrica del suolo e i dati sulle precipitazioni giornaliere per una maggiore precisione.
⒊ Ea (efficienza applicativa): questo fattore cruciale viene spesso trascurato. Mostra la percentuale di acqua che raggiunge effettivamente la zona radicale della coltura dal tuo sistema di irrigazione. Nessun sistema è efficiente al 100%. Le perdite si verificano a causa del vento, dell’evaporazione e del deflusso. Esploreremo questo in dettaglio più tardi.
2.4 Monitoraggio del processo
Durante il processo di irrigazione, è necessario monitorare il contenuto di umidità del suolo e le condizioni di crescita delle colture, regolando tempestivamente la quantità di irrigazione per garantire che le colture ricevano acqua sufficiente. Inoltre, il tempo di irrigazione o il volume dell'acqua devono essere calcolati e regolati quotidianamente in base alle condizioni effettive per ottenere risultati di irrigazione ottimali.
In conclusione, comprendere e calcolare accuratamente l’utilizzo dell’acqua per l’irrigazione è fondamentale nella progettazione e nella gestione operativa dei sistemi di irrigazione.
Scegli il tuo sistema
Il sistema di irrigazione che utilizzi influisce notevolmente sul calcolo dell’acqua. Ciò viene catturato dalla variabile Efficienza applicativa (Ea) nella nostra formula principale.
3.1 Ruolo dell'efficienza applicativa
L'efficienza di applicazione (Ea) è la percentuale di acqua immagazzinata con successo nella zona radicale della coltura, pronta per l'assorbimento. L'acqua rimanente viene persa per evaporazione, deriva del vento, deflusso o percolazione profonda sotto le radici.
Un sistema con un Ea basso del 50% richiede di applicare il doppio dell'acqua di cui il tuo raccolto ha effettivamente bisogno. Un sistema con un Ea elevato pari al 95% elimina quasi completamente questi sprechi. Ciò riduce direttamente i costi di pompaggio e il consumo di acqua.
3.2 Confronto tra le efficienze del sistema
Comprendere l'efficienza tipica dei diversi sistemi è fondamentale per scegliere il valore Ea corretto per i propri calcoli. Aiuta anche quando si effettuano investimenti strategici in nuove attrezzature.
|
Metodo di irrigazione |
Tipico Ea (%) |
Principali cause di perdita |
Ideale per |
|
Inondazione/solco |
40 - 60% |
Elevata evaporazione superficiale, ruscellamento, percolazione profonda non uniforme. |
Campi pianeggianti, aree-abbondanti di acqua, colture specifiche-tolleranti al sale. |
|
Perno centrale/irrigatore |
75 - 85% |
Evaporazione degli spruzzi, deriva del vento, intercettazione della chioma. |
Campi ampi e uniformi per cereali, foraggi e verdure. |
|
Gocciolamento/Micro-irrigazione |
90 - 95%+ |
Minimo. Una certa evaporazione superficiale da punti umidi. |
Colture in filari-di alto valore, frutteti, vigneti, aree con scarsità d'acqua-. |
3.3 Il caso dell'irrigazione a goccia
I dati mostrano chiaramente che l’irrigazione a goccia offre il potenziale più elevato in termini di efficienza nell’uso dell’acqua nell’irrigazione. Il suo elevato Ea riduce direttamente l'acqua totale necessaria nel calcolo del fabbisogno netto di irrigazione.
I sistemi a goccia erogano l'acqua lentamente e direttamente nella zona delle radici. Ciò riduce al minimo le perdite dovute all'evaporazione e al vento. Questo metodo riduce anche la crescita delle erbe infestanti tra le file e consente una "fertirrigazione" altamente efficiente - applicando nutrienti attraverso l'acqua di irrigazione.
Per coloro che desiderano massimizzare l’efficienza delle applicazioni, investire in attrezzature di qualità è fondamentale. Prodotti affidabili, come il nastri gocciolanti disponibili presso produttori specializzati, garantiscono una fornitura d'acqua costante e una lunga durata. Ciò contribuisce direttamente a una maggiore efficienza nell’uso dell’acqua e a migliori risultati delle colture.
Regolazioni dinamiche avanzate
I calcoli statici e stagionali forniscono una solida base di riferimento. Tuttavia, per raggiungere il massimo dell'efficienza nell'utilizzo dell'acqua in agricoltura, è necessario andare oltre le medie e utilizzare dati in tempo reale-per una gestione dinamica dell'irrigazione.
4.1 Ascoltare il tuo suolo
I sensori di umidità del suolo sono la tua linea diretta di comunicazione con la zona radicale della coltura. Rispondono a domande critiche: "Quando dovrei irrigare?" e "Quanta acqua è rimasta nel terreno?"
Questi strumenti forniscono misurazioni dirette-sul campo del contenuto di acqua nel suolo. Ciò elimina le congetture dalla pianificazione. I tipi più comuni includono i tensiometri, che misurano la tensione idrica del suolo, e le sonde elettroniche (TDR, capacità), che misurano il contenuto volumetrico di acqua.
Posizionare i sensori a diverse profondità all'interno della zona radicale per stabilire i trigger di irrigazione. Ad esempio, una strategia comune consiste nell'irrigare quando l'umidità del suolo scende al 50% dell'acqua disponibile per le piante. Ciò impedisce qualsiasi stress sul raccolto.
4.2 Integrazione dei dati meteorologici
Invece di utilizzare le medie mensili storiche per ET₀, un sistema veramente intelligente utilizza dati meteorologici in tempo reale-.
Le moderne stazioni meteorologiche forniscono valori ET₀ giornalieri o addirittura orari. Possono trovarsi in-farm o far parte di una rete regionale. L'integrazione di questi dati in tempo reale nei tuoi calcoli consente modifiche immediate al tuo programma di irrigazione.
Questa pratica impedisce l'irrigazione eccessiva prima di un temporale previsto. Al contrario, ti assicura di applicare abbastanza acqua per superare un’ondata di caldo inaspettata. Ottimizza-l'applicazione dell'acqua in modo che corrisponda alle condizioni reali di un dato giorno.
4.3 Contabilità delle perdite idriche
Un calcolo veramente avanzato va oltre le sole esigenze delle colture. Rappresenta altre applicazioni e perdite idriche necessarie. Questo livello di dettaglio è raramente trattato nelle guide di base.
Un fattore chiave è il requisito di lisciviazione (LR). Nelle aree con terreno o acqua salini, è necessario applicare acqua extra per eliminare i sali accumulati sotto la zona delle radici. Ignorare questo può portare ad un accumulo di sale tossico e ad una grave riduzione della resa nel tempo.
È inoltre necessario lavorare per ridurre al minimo e tenere conto delle perdite derivanti dal deflusso e dalla percolazione profonda. Tecniche come l'"irrigazione a impulsi" possono ridurre drasticamente il deflusso su terreni in pendenza o stretti. Questo applica l'acqua in brevi raffiche per consentire l'assorbimento del suolo. È fondamentale abbinare il tasso di applicazione del sistema al tasso di infiltrazione del terreno. Ciò impedisce all'acqua di oltrepassare la zona delle radici prima che la coltura possa utilizzarla.
Conclusione
L’era dell’irrigazione basata sul calendario o sulla sensibilità del terreno è finita. Il percorso verso un’attività agricola più redditizia, resiliente e sostenibile è lastricato di dati. La conservazione dell’acqua in agricoltura attraverso questo approccio paga dividendi consistenti sotto forma di risparmio di acqua, risparmio di energia e rese agricole più elevate e più affidabili.