Analisi comparata di metodi di stima dell'evapotraspirazione della ...

ANALISI COMPARATA DI METODI DI STIMA DELL’EVAPOTRASPIRAZIONE DELLABARBABIETOLA DA ZUCCHERO E DEL POMODORO IN AMBIENTE SEMI-ARIDOFerrara R.M., Introna M., Martinelli N., Vitale D., Rana G.CRA - Unità di Ricerca per i Sistemi Colturali degli Ambienti caldo-aridi, via C. Ulpiani 5, 70125 BariAbstractIl crescente fabbisogno di acqua da impiegare in agricoltura rende necessario valutare in maniera sempre più accuratal’effettivo consumo idrico delle colture. Stime rigorose di evapotraspirazione effettiva (ET) di colture irrigate possonorisultare utili al fine di gestire in maniera razionale la pianificazione irrigua. Facendo riferimento al metodo diretto distima dell’ET basato sul modello Penman-Monteith in cui le variabili meteorologiche sono misurate sulla coltura, duediversi approcci di calcolo di uno dei parametri più critici di tale modello, la resistenza colturale (r c ), vengonocomparati. Il modello di Jarvis (1976) e l’approccio Katerji e Perrier (1983) per il calcolo della r c vengono utilizzatiper simulare l’ET di due colture, la barbabietola da zucchero e il pomodoro, coltivate in Capitanata (Foggia) emantenute in buone condizioni idriche. In particolare, si presenta un’analisi comparata tra i risultati dei due suddettimodelli teorici e i valori di ET misurati mediante la tecnica eddy covariance a livello orario e su due stagioni colturali.IntroduzioneNel Mediterraneo l’irrigazione è il solo modo per avereproduzioni elevate e stabili nel tempo. A causa dellalimitata risorsa idrica in questa regione, è necessariodeterminare i consumi idrici delle colture in manieraaccurata, al fine di mantenere un’irrigazione efficiente esostenibile. Per una programmazione irrigua corretta è,dunque, necessario conoscere la quantità d’acquarealmente persa da una coltura per evapotraspirazione(ET). L’ET può essere misura o stimata con modelli.Ancora oggi le tecniche di misura sono piuttostocomplesse e quindi limitate alla ricerca. Si ricorredunque a metodi di stima dell’ET basati su modelli piùo meno fisicamente basati (Katerji e Rana, 2008). Tra imodelli di ET, quello più diffuso e realmente efficace èquello di Penman-Monteith (P-M) (Monteith, 1965), incui la variabile più importante da determinare è laresistenza colturale r c , specie se la coltura è in stressidrico anche leggero (Rana e Katerji, 1998). Questasituazione si verifica sempre più spesso in Italiameridionale a causa dei recenti aumenti di temperaturadell’aria e alla crescente scarsità delle risorse idricheper l’agricoltura. In questo lavoro si confrontano leprestazioni di due modelli di r c , confrontando l’ET realemodellizzata su scala oraria, con quella misurata con unmetodo micrometeorologico, su due colture tipiche deisistemi agricoli della Capitanata: la barbabietola dazucchero e il pomodoro da industria, sottoposte aregime irriguo tipico della zona. Poiché per la gestionedell’irrigazione è necessario determinare l’ETgiornaliera, il test è stato effettuato anche su questascala temporale.Materiali e metodiL’ET reale di una coltura secondo il modello di P-M sipuò scrivere anche sotto la forma, meno nota (Katerji eRana, 2008):⎡⎛*∆⎞ ⎛ ⎞⎤⎢⎜γ r ⎟ ⎜ γ rcλET= A 1+1+⎟⎥∆ + γ ⎢⎜⎟ ⎜ ⎟⎣⎝γ + ∆ r ⎠ ⎝γ + ∆⎠⎥a r a ⎦con A=R n -G energia disponibile, R n radiazione netta eG flusso di calore nel suolo, tutto in W m -2 . λ è ilcalore latente di evaporazione (J kg -1 ), γ è la costantepsicrometrica (kPa C -1 ), ∆ è la pendenza della funzionepressione di vapor saturo vs. temperatura (kPa C -1 ). r a èla resistenza aerodinamica (s m -1 ) calcolata come(Katerji e Rana, 2008):z − d z − dln lnz0hc− dra=2k u zcon d =0.67 h c piano di spostamento nullo (m), h caltezza della coltura (m), z 0 =0.12 h c rugosità dellacoltura (m), k costante di von Kármán (0.4) e u zvelocità del vento misurata ad altezza z sulla coltura (ms -1 ). r* (s m -1 ) è chiamata resistenza climatica o critica(Monteith 1965) e vale:ρcD* ∆ + γ pr =∆γAcon ρ densità dell’aria (kg m -3 ), c p calore specifico apressione costante dell’aria umida (J kg -1 C -1 ) e Ddeficit di pressione di vapore (kPa). Infine, r c (s m -1 ) èla resistenza colturale superficiale calcolata secondo idue modelli testati in questo lavoro.Modello 1 (Katerji e Perrier, 1983).In questo caso la r c è calcolata con la relazione (Katerjie Rana, 2008):*rc ra= a( r ra) + bcon a e b coefficienti di calibrazione del modello,funzione della coltura e dello stato idrico e ricavatisperimentalmente. In Figura 1 è riportato il risultatodella calibrazione per la barbabietola. In questo lavoro,dunque, si è assunto (a=0.45; b=4.49) e (a=0.54; b=2.4)per barbabietola da zucchero e pomodororispettivamente.Modello 2 (Jarvis, 1976).E’ stata adottata la versione di Jacquemin e Noilhan(1990), valida per la gran parte dei suoli dopocalibrazione:

s,minrc = LF1F2F3F4con r s,min resistenza minima della coltura (tabulata), F 1funzione della radiazione fotosinteticamente attiva, F 2funzione di D, F 3 funzione della temperatura dell’aria,F 4 funzione dell’umidità del suolo, L indice di areafogliare.rc/ra252015105y = 0.45x + 4.49R 2 = 0.55100 5 10 15 20 25 30 35Fig. 1- Relazione sperimentale tra r c /r a e r * /r a ricavatautilizzando le misure dell’evapotraspirazionereale oraria della barbabietola da zucchero.Le colture, il sito e gli strumenti di misuraI dati presentati in questo lavoro si riferiscono a duecampagne sperimentali, su barbabietola da zucchero nel2006 e su pomodoro da industria nel 2007, pressoaziende private di circa 5-6 ha in Capitanata che fannocapo al Consorzio di Bonifica della Capitanata (Foggia)per l’approvvigionamento di acqua per l’irrigazione. Ilclima della zona è di tipo mediterraneo semi-arido.L’ET reale della coltura è stata misurata mediante ilmetodo micrometeorologico denominato EddyCovariance (EC), (i.a. Kaimal e Finnigan, 1994). Negliesperimenti in oggetto, si è utilizzato un anemometrosonico tridimensionale (USA-1, Metek, Germania) e unsensore di tipo open-path (LI-7500, Li-Cor, USA). Lealtre grandezze meteorologiche sono state misuratedirettamente sulla coltura, a circa 2 m dalla sommità,con strumenti standard.Risultati e discussioneIn Figura 2 sono riportati valori orari di ET calcolaticon i due modelli di r c precedentemente descritti equella misurata con il metodo EC, su barbabietoladurante una giornata parzialmente nuvolosa, quando lacoltura copriva completamente il suolo. Si puòconstatare che il modello 2 sottostima, fino al 30% ivalori di ET misurata, soprattutto nelle ore più calde delgiorno, quando i valori sono più alti. I’ET calcolata conil modello 1, invece, dà su questa scala temporale,valori praticamente identici a quelli misurati.Il confronto, su scala giornaliera, tra ET calcolata con ilmodello 1 ed ET misurata su barbabietola è dato inFigura 3. Lo stesso confronto per la ET calcolata suscala giornaliera con il modello 2, dà una pendenza di0.85, un’intercetta di -1.2 mm/giorno e un r 2 di 0.67. Daquesti dati e dal calcolo dei valori cumulati si puòdunque affermare che il modello 2 sottostima (di circail 15%) l’ET misurata.r*/raConclusioniIl modello 1, basato su una r c funzione delle variabiliclimatiche misurate sulla coltura ha delle ottimeperformance (sia in termini di recisione che diaccuratezza) e può essere utilizzato sia per il gap fillingdi dati ET misurati che per stime utilizzabili per lagestione dell’irrigazione.W/m250040030020010019 maggioET modello1ET misurata ECET modello 200-1003 6 9 12 15 18 21 24oraFig. 2- Andamento dell’ET calcolata con i due modellidescritti nel testo e quella misura con ilmetodo Eddy Covariance per la barbabietola.ET modello 1 (mm/d)7654321y = 1.07xR 2 = 0.8400 1 2 3 4 5 6 7ET misurata EC (mm/d)Fig. 3- Confronto, su scala giornaliera, tra ETcalcolata con il modello 1 e misurata con ilmetodo Eddy Covariance per la barbabietola.RingraziamentiRicerca finanziata dal Ministero delle PoliticheAgricole, Alimentari e Forestali (Progetto AQUATERD.M. n. 209/7303/05 - Coord: Dr. M. Rinaldi).BibliografiaJacquemin, B., Noilhan, J., 1990. Sensitivity study and validation of aland surface parameterization using the HAPEX-MOBILHY dataset Bound. Layer Meteorol., 52, 93-134.Jarvis, P.G., 1976. The interpretation of the variation in leaf waterpotential and stomatal conductance found in canopies. Philos. T.Roy. Soc. B., 273, 593-610.Kaimal, J.C., Finnigan, J.J., 1994. Atmospheric boundary layer flows.Their structure and measurements. Oxford University Press,Oxford, 289 pp.Katerji, N., Perrier, A., 1983. Modélisation de l’évapotranspirationréelle d’une parcelle de luzerne: rôle d’un coefficient cultural.Agronomie, 3(6), 513-521.Katerji, N., Rana, G., 2008. Crop evapotranspiration measurementsand estimation in the Mediterranean region. INRA – CRA, ISBN978-8-89015-241-2, 173 pp.Monteith, J.L., 1965. Evaporation and environment. In: Fogg (Ed.)“The state and movement of water in living organism”. Soc. Exp.Biol. Symp., 19, 205-234. Rana, G., Katerji, N., 1998. Ameasurement based sensitivity analysis of the Penman-Monteithactual evapotranspiration model for crops of different height and incontrasting water status. Theor. Appl. Climatol., 60, 141-149.