Basi teoriche

IdrAgraWEB utilizza il modello agro-idrologico IdrAgra (Idrologia Agraria) per stimare il bilancio idrico del sistema suolo-coltura-atmosfera e i fabbisogni irrigui delle colture.

IdrAgra: il modello alla base della piattaforma

IdrAgra è un modello semi-empirico per stimare il bilancio idrico del sistema suolo-coltura-atmosfera e i fabbisogni irrigui delle colture. Il modello lavora su base spaziale: l’area di studio viene suddivisa in unità di calcolo, che possono corrispondere a celle o poligoni, e per ciascuna unità vengono considerati suolo, coltura, dati meteorologici e metodo irriguo. La simulazione procede con passo giornaliero e restituisce risultati distribuiti nello spazio e nel tempo, utili per valutare fabbisogni, consumi, stress idrico, flussi nel suolo e rese attese.

Ogni simulazione parte dalla definizione di un dominio, cioè l’area su cui eseguire il calcolo. Nel modello, il dominio può essere discretizzato tramite una griglia regolare oppure tramite uno strato vettoriale di poligoni. In IdrAgraWEB questo passaggio viene semplificato: l’utente carica o definisce gli appezzamenti e la piattaforma associa a ciascuno di essi le informazioni necessarie alla simulazione, come caratteristiche del suolo, coltura, metodo irriguo e dati meteorologici.

L’approccio spazialmente distribuito consente di tenere conto della variabilità reale del territorio: due appezzamenti vicini possono avere suoli diversi, colture diverse o differenti condizioni irrigue, e quindi fabbisogni idrici diversi. Risulta quindi vantaggioso poter associare ad ogni elemento spaziale, caratteristiche pedologiche, meteorologiche ed agronomiche differenti.

Di seguito, sono presentati i quattro moduli principali in cui è organizzato il modello: fenologia colturale, bilancio idrico suolo-coltura, irrigazione e resa.

Fenologia colturale: come viene simulato lo sviluppo delle colture

Lo sviluppo della coltura viene simulato con un approccio basato sui gradi giorno, o Growing Degree Days, GDD. Il modello calcola ogni giorno il contributo termico utile alla crescita della pianta a partire dalle temperature minima e massima giornaliere. La coltura avanza da una fase fenologica alla successiva quando raggiunge determinate soglie cumulative di gradi giorno.

Per le colture annuali, il conteggio dei gradi giorno inizia dalla semina e termina con la raccolta; per colture perenni o permanenti, la stagione può essere considerata sull’intero anno. La data di semina può essere determinata in funzione delle condizioni termiche: IdrAgra verifica se, all’interno della finestra di semina, la temperatura media soddisfa una soglia minima richiesta dalla coltura.

Oltre alla temperatura, il modello può considerare anche vernalizzazione e fotoperiodo. Questo permette di rappresentare colture la cui crescita o fioritura dipende dall’esposizione al freddo o dalla durata del giorno. Nei parametri colturali sono inoltre descritti l’andamento del coefficiente colturale basale, dell’indice di area fogliare, dell’altezza della coltura e della profondità radicale lungo il ciclo colturale.

Evapotraspirazione: dalla domanda atmosferica al consumo della coltura

La domanda evaporativa dell’atmosfera viene stimata attraverso l’evapotraspirazione di riferimento, calcolata con il metodo FAO Penman-Monteith. Questo metodo utilizza variabili meteorologiche giornaliere come temperatura, umidità relativa, vento e radiazione solare.

A partire dall’evapotraspirazione di riferimento, IdrAgra separa i contributi di evaporazione dal suolo e traspirazione della coltura secondo l’approccio dual crop coefficient della FAO-56. In termini pratici, il consumo idrico non viene rappresentato con un unico coefficiente colturale, ma distinguendo il coefficiente colturale basale, legato alla traspirazione della pianta, e il coefficiente di evaporazione, legato all’acqua presente nello strato superficiale del suolo.

Questa distinzione è importante perché consente di rappresentare meglio ciò che accade dopo piogge o irrigazioni: quando il suolo superficiale è bagnato, l’evaporazione può essere elevata; quando il suolo si asciuga, l’evaporazione diminuisce e la traspirazione della coltura diventa il termine dominante del bilancio.

Bilancio idrico del suolo

Il cuore del modello è il bilancio idrico del suolo. IdrAgra rappresenta il suolo con due strati principali: uno strato superficiale, interessato soprattutto dall’evaporazione, e uno strato radicale, da cui la coltura assorbe acqua per la traspirazione. I due strati sono modellati come serbatoi non lineari in cascata.

Nel bilancio entrano precipitazione, irrigazione, infiltrazione, evaporazione, traspirazione, percolazione, ruscellamento superficiale e, quando previsto, risalita capillare dalla falda. Il modello aggiorna nel tempo il contenuto idrico del suolo e valuta se la quantità d’acqua disponibile nello strato radicale è sufficiente a soddisfare la domanda della coltura.

Quando l’acqua disponibile scende sotto una soglia critica, la coltura può entrare in stress idrico. In questo caso la traspirazione effettiva diventa inferiore a quella potenziale e possono ridursi crescita, biomassa e resa.

Ruscellamento, percolazione e risalita capillare

Il ruscellamento superficiale viene stimato con il metodo SCS-Curve Number, che lega la formazione di deflusso alla pioggia, alle caratteristiche idrologiche del suolo, all’uso del suolo, alla pendenza, alle condizioni antecedenti di umidità del suolo e allo stadio colturale. Dalla differenza tra la pioggia e il ruscellamento superficiale e le perdite iniziali, si stima l’effettivo volume d’acqua che infiltra nel suolo.

La percolazione rappresenta il flusso d’acqua che attraversa il profilo del suolo verso gli strati profondi o la falda. È un’informazione utile non solo per stimare l’efficienza dell’irrigazione, ma anche per valutare possibili effetti ambientali della gestione irrigua.

Quando la falda è sufficientemente vicina alla zona radicale, IdrAgra può simulare anche la risalita capillare, cioè il contributo d’acqua che risale dal basso verso le radici. Questo processo può ridurre il fabbisogno irriguo effettivo, soprattutto in suoli e condizioni idrogeologiche favorevoli.

Simulazione dell’irrigazione e stima dei fabbisogni

IdrAgra può operare in diverse modalità. La modalità NEED è orientata alla stima dei fabbisogni irrigui: il modello calcola quanta acqua sarebbe necessaria per soddisfare le esigenze della coltura, tenendo conto del suolo, della coltura, del clima e dell’efficienza del metodo irriguo. Se sono disponibili informazioni su fonti irrigue, unità irrigue ed efficienze di adduzione/distribuzione, il modello può anche stimare i volumi da prelevare alle fonti per soddisfare tali fabbisogni.

La modalità USE, disponibile nel modello IdrAgra, è invece pensata per simulare l’uso effettivo della risorsa irrigua, includendo fonti idriche, reti di distribuzione, turnazioni, disponibilità giornaliere e perdite di adduzione. Questa modalità è particolarmente utile per studi a scala di comprensorio, distretto irriguo o sistema irriguo collettivo.

Nell’attuale impostazione di IdrAgraWEB, la piattaforma è orientata soprattutto alla gestione agronomica e irrigua di appezzamenti o aziende, con un flusso guidato per stimare i fabbisogni, confrontare scenari e interpretare risultati. Per analisi dettagliate sull’uso delle fonti irrigue e sulla distribuzione della risorsa a scala consortile, IdrAgra nella sua versione desktop rimane al momento lo strumento di riferimento.

Metodi irrigui ed efficienza di applicazione

Il metodo irriguo influenza il modo in cui l’acqua viene applicata al campo e la quota effettivamente disponibile per la coltura. IdrAgra permette di descrivere metodi irrigui diversi attraverso parametri come soglia di attivazione, volume applicato, durata dell’intervento, efficienza e possibili perdite.

Nel caso di aspersione, ad esempio, le perdite possono dipendere anche da vento e temperatura; nel caso di metodi irrigui superficiali, possono essere considerate perdite legate a ruscellamento o acque di coda. Questa rappresentazione consente di confrontare scenari di gestione diversi, ad esempio valutando l’effetto di un cambiamento del metodo irriguo o di un miglioramento dell’efficienza.

Stima della resa

La resa viene stimata collegando la produzione di biomassa alla traspirazione effettiva della coltura. In assenza di stress, la coltura può avvicinarsi alla produzione potenziale; in presenza di deficit idrico o stress termico, la produzione effettiva può ridursi. Il modulo di resa utilizza un approccio ispirato alla metodologia FAO, con coefficienti di sensibilità allo stress che possono variare lungo le fasi fenologiche.

Questo permette di valutare non solo “quanta acqua serve”, ma anche quali possibili effetti può avere una gestione irrigua non ottimale sulla produzione. I risultati vanno interpretati come stime modellistiche, utili per confrontare scenari e supportare decisioni, non come misure dirette della produzione reale.

Output e interpretazione dei risultati

IdrAgra restituisce risultati in forma di mappe, grafici, statistiche e report. Gli output possono includere variabili meteorologiche, fabbisogni irrigui, volumi irrigui, evaporazione, traspirazione, ruscellamento, flussi verso o dalla falda e rese stimate. IdrAgra restituisce invece un report di scenario che costituisce una sintesi delle informazioni disponibili come: l’inquadramento degli appezzamenti, le statistiche meteo, la distribuzione spaziale dei fabbisogni, il bilancio medio suolo-atmosfera-pianta e la produzione stimata.

L’obiettivo non è sostituire l’esperienza del tecnico o dell’agricoltore, ma fornire un supporto quantitativo e coerente per confrontare alternative: colture diverse, metodi irrigui diversi, anni climaticamente differenti o scenari di gestione.