Un modello agroidrologico per la stima del fabbisogno irriguo

Aumentare la sostenibilità dell'agricoltura irrigua attraverso l'assimilazione di dati derivati da immagini satellitari. Maria Rivoli è la vincitrice dell'AgroInnovation Award 2020 nella categoria "Agrometeorologia e gestione delle risorse idriche" - tesi magistrali

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Agroinnovation Award è il premio di laurea che promuove la diffusione di approcci innovativi, strumenti digitali e l'utilizzo di internet in agricoltura

Migliorare la gestione irrigua è fondamentale non solo per migliorare la produttività dell'acqua, ma anche per aumentare la sostenibilità dell'agricoltura irrigua. Le tecniche di telerilevamento e i modelli agroidrologici rappresentano utili strumenti per la gestione ottimale delle risorse idriche in agricoltura, in un contesto di cambiamenti climatici e forte competizione per le risorse idriche.

L'obiettivo del lavoro è stato esaminare la potenzialità di questi sistemi applicati al caso di una coltura di pomodoro da industria (Solanum lycopersium L.), in una parcella irrigua da 2 ettari sita in Frignano (Ce), nella primavera/estate 2019. Nell'ambito del settore irriguo sono state posizionate 10 paline di riferimento, in modo da essere centrate rispetto ai pixel delle immagini spettrali fornite dal satellite Sentinel-2. È stata condotta un'intensa campagna sperimentale volta ad acquisire dati utili per la verifica delle stime dei parametri colturali e fabbisogni irrigui, ottenuti sia attraverso analisi di immagini multispettrali dei satelliti Sentinel-2A e 2B dell'Agenzia Spaziale Europea, sia attraverso il modello agroidrologico Aquacrop sviluppato dalla Fao.

Campo sperimentale
Figura 1. Foto del campo sperimentale e foto satellitare con localizzazione paline
(Fonte: © Maria Rivoli)

È stata valutata la possibilità di ottimizzare la programmazione irrigua attraverso l'uso integrato di:
  • dati dello stato delle colture derivati da analisi di immagini multispettrali da satellite;
  • un modello agroidrologico di crescita delle colture, Aquacrop.
Contestualmente alle acquisizioni delle immagini satellitari sono stati effettuati rilievi in campo nel corso dell'intero sviluppo della coltura, per la registrazione dei volumi di irrigazione ed il rilievo di parametri caratteristici dello stato della coltura da utilizzare per la validazione dei dati da satellite (indice di area fogliare, contenuto di clorofilla e grado di copertura del suolo).

Sono state esaminate tre metodologie di stima del fabbisogno irriguo:
  • stime ottenute con il modello Aquacrop calibrato;
  • stime ottenute con il modello Aquacrop con assimilazione sequenziale del grado di copertura da satellite;
  • stime ottenute con il servizio di consulenza per l'irrigazione Irrisat, basato solo su stime satellitari dello stato delle colture.

La primavera 2019 è stata caratterizzata da temperature più basse della norma e da piogge molto abbondanti e frequenti nel periodo aprile-maggio, determinando condizioni poco favorevoli per lo sviluppo regolare della coltura e anomale anche per sistemi di previsione e monitoraggio.

Un primo confronto è stato quello dell'andamento del grado di copertura simulato con il modello Aquacrop calibrato per la specifica cultivar e con il modello Aquacrop con assimilazione sequenziale delle stime del grado di copertura ottenute con i satelliti della costellazione Sentinel-2.

Nelle prime fasi di sviluppo, a causa dell'andamento meteorologico, è stato possibile stimare l'andamento del grado di copertura solo in due date; ciò ha portato a una stima da parte del modello più alta di quella del satellite. Più efficace l'effetto della correzione subito dopo la fioritura e nella fase di senescenza, quando il numero delle osservazioni satellitari era maggiore. 

Grado di copertura con AquaCrop
Figura 2. Grado di copertura simulato con Aquacrop, con e senza assimilazione, confrontato con le stime di Sentinel-2
(Fonte: © Maria Rivoli)

È stato effettuato un raffronto tra ETc stimata da Aquacrop, ETc di Aquacrop con assimilazione ed ETp stimata da Irrisat (servizio di consulenza irrigua sviluppato in Italia e operativo dal 2007 nella Regione Campania). L'ETp stimata da Irrisat è risultata più bassa dell' ETc stimata da Aquacrop.
Le maggiori differenze tra ETc e ETp si registrano nelle prima fasi di sviluppo della coltura, quando il grado di copertura è ancora relativamente basso e nella fase di senescenza. A tal riguardo occorre evidenziare che Irrisat, che adotta un approccio big-leaf, non simula esplicitamente la evaporazione dal suolo nudo. 

Confronto evapotraspirazione
Figura 3. Confronto tra evapotraspirazione cumulata della coltura (ETc) secondo Aquacrop nei due scenari di simulazione ed evapotraspirazione potenziale (ETp) secondo Irrisat
(Fonte: © Maria Rivoli)

Infine, è stato effettuato un confronto tra i valori cumulati delle altezze di irrigazione secondo il programma irriguo adottato dal conduttore dell'azienda, con quelli relativi ai programmi irrigui simulati con Aquacrop nei due scenari di simulazione e le altezze di irrigazione secondo Irrisat. 

Altezze di irrigazione cumulate
Figura 4. Confronto tra altezze di irrigazione cumulate
(Fonte: © Maria Rivoli)

Anche in questo caso le differenze maggiori tra i due scenari di irrigazione simulati da Aquacrop si registrano dopo la fioritura e nella senescenza, quando più marcato è l'effetto correttivo indotto dall'assimilazione delle immagini satellitari.

Lo studio ha confermato che il monitoraggio satellitare è uno strumento affidabile ed economico per la stima da remoto di parametri colturali quali Lai, grado di copertura del suolo da parte della chioma e contenuto di clorofilla nella chioma. Questo lavoro di tesi ha dimostrato che i risultati migliori si possono ottenere combinando in modo ottimale i dati di monitoraggi remoti con il modello Aquacrop.

Si può concludere che la messa a punto di tecniche di assimilazione per la combinazione di dati remoti - come quelli derivati dalla costellazione Sentinel-2 - e modelli agroidrologici come Aquacrop, rappresenta la migliore strategia da seguire per lo sviluppo di sistemi di gestione ottimali delle risorse idriche al fine di garantire la sostenibilità dell'agricoltura irrigua.
 
Maria Rivoli
Maria Rivoli, categoria "Agrometeorologia e gestione delle risorse idriche"
(Fonte: © Maria Rivoli)

Scarica la tesi completa di Maria Rivoli
Per eventuali contatti: maririvoli@gmail.com

A cura di Maria Rivoli

AgroInnovation Award è il premio di laurea istituito da Image Line in collaborazione con l'Accademia dei Georgofili al fine di promuovere la diffusione di approcci innovativi, strumenti digitali e l'utilizzo di internet in agricoltura.

AgroInnovation Award

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