Misurazione dell`umidità del suolo come supporto all`irrigazione in

Viticoltura
Misurazione dell’umidità del suolo
come supporto all’irrigazione
in viticoltura
Günther PERTOLL, Centro di Sperimentazione Agraria di Laimburg
ACQUA – “CARBURANTE”
DI TANTI PROCESSI VITALI
Con il persistere della siccità nel terreno, nelle radici aumenta la concentrazione del fitormone acido abscissico, che tramite il flusso xilematico viene traslocato nelle foglie
e provoca la chiusura delle aperture stomatiche. Questo processo nelle radici impone alla vite un utilizzo più economico dell’acqua. Con
l’aumento dello stress idrico la fotosintesi si riduce, di conseguenza ci
L
Attualmente in Alto Adige l’irrigazione viene utilizzata secondo osservazioni proprie o turni prestabiliti. Per un impiego adeguato dell’apporto di acqua può risultare utile l’uso di
vari tipi di sensori per la misurazione dell’umidità. Secondo i
meteorologi le condizioni climatiche diventeranno in futuro
più estreme, di conseguenza si assisterà ad un aumento dell’intensità delle precipitazioni, periodi di siccità, temperature
che aumenteranno verso valori estremi. Questi cambiamenti
climatici si ripercuoteranno sul fabbisogno idrico della vite e
perciò l’irrigazione mirata assumerà un ruolo sempre più importante per garantire una produzione di qualità.
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L
sarà una ridotta crescita vegetativa
(crescita dei tralci), nonché un ridotto sviluppo dell’acino. Inoltre la
carenza idrica influenza la composizione dei solidi solubili nell’acino.
A tale proposito, prove sperimentali eseguite su varietà a bacca rosse
(ad es. Cabernet Sauvignon) hanno
dimostrato che uno stress idrico
moderato esplica effetti positivi sulla qualità dell’uva, aumentano quindi le sostanze polifenoliche (tannini, colore) e migliora la qualità dei
solidi solubili (ad es. qualità dei polifenoli e aromi). Per le varietà a
bacca bianca, invece, un forte stress
idrico nella fase di maturazione
provoca ripercussioni negative sulla
qualità del vino, causando una forte diminuzione dell’acidità titolabile e una riduzione dei solidi solubili (ad es. composti azotati).
QUANTA
ACQUA PUÒ
ESSERE IMMAGAZZINATA
NEL TERRENO?
Il contenuto massimo d’acqua che
un terreno saturo riesce a trattenere con la forza capillare senza che
si manifesti il fenomeno della percolazione viene definito capacità
Il tensiometro,
strumento poco
costoso per il
controllo dell’umidità del terreno in
frutticoltura, non è
adatto all’impiego
in viticoltura.
idrica di campo (C.I.C.). Quest’acqua
però non è totalmente a disposizione della pianta, in quanto le radici
non riescono ad assorbire dai micropori la cosiddetta acqua non disponibile. La differenza tra capacità
di campo e acqua non disponibile
risulta essere la capacità idrica di
campo utile, corrispondente alla
quantità massima di acqua disponibile nel terreno per la pianta.
I valori sono misurati ed espressi in
percentuale in base al peso del terreno (% in peso), al suo volume (%
in volume), oppure in millimetri di
acqua presenti nella zona radicale.
Questo significa che l’uno per cento di acqua corrisponde ad un millimetro di acqua in 10 centimetri di
profondità (1 vol. % = 1 mm/dm =
1 l/m2 ogni dm).
I terreni leggeri (ricchi di sabbia e
scheletro) hanno una ritenzione
idrica minore, mentre i terreni cosiddetti “pesanti”, con un maggiore
contenuto di limo e di argilla, hanno una ritenzione idrica maggiore.
Minore è il diametro dei pori, maggiore è l’energia che la pianta necessita per l’assorbimento radicale.
La capacità del terreno di trattenere l’acqua è denominata potenziale
matriciale e le unità di misura sono
megapascal (MPa), ettopascal (hPa),
chilopascal (kPa), bar (bar) e millibar (Mbar).
La decisione di quali siano il momento più opportuno per irrigare e
la quantità di acqua necessaria da
apportare si basa principalmente
sulle osservazioni della vite in campo. Si nota che spesso l’irrigazione
viene effettuata con troppo antici-
Sensore Watermark con
lettore manuale: consente di
misurare indirettamente
l’umidità del terreno attraverso la misura della resistenza elettrica.
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po. La vite ha un apparato radicale
di grande estensione. Le radici si
sviluppano dalle zone asciutte verso quelle più umide del terreno. Solo quando il suolo interessato dalle
radici della vite inizia a prosciugarsi, queste si sviluppano verso una
zona confinante più umida. Nel caso di continue irrigazioni a turni regolari, lo sviluppo dell’apparato radicale viene limitato principalmente in prossimità dell’area bagnata
costantemente dai gocciolatori.
Questo può causare soprattutto nei
giovani impianti, uno sviluppo limitato dell’apparato radicale. Inoltre
viene sprecata inutilmente dell’acqua, anche se la vite potrebbe provvedere da sola all’assunzione senza
supporto.
Con il perdurare della siccità si consumano riserve idriche, che potrebbero poi mancare in fase di maturazione dell’uva, provocando perdita di qualità. D’altronde per definire il momento ottimale dell’irrigazione, non bisogna attendere l’avvizzimento fogliare nelle ore più
calde o l’arresto anticipato della
crescita dei germogli oppure la caduta fogliare nella zona del grappolo, perché risulterebbe troppo
tardi. Quindi la misurazione dell’umidità del terreno è utile per determinare il fabbisogno idrico. Per stabilire il contenuto e la disponibilità
di acqua nel terreno si possono applicare metodi diversi (vedi tabella).
METODO
GRAVIMETRICO
Si tratta di un metodo diretto di misura del contenuto dell’acqua. Tra-
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mite un cilindro viene prelevato un
campione di terra ad una determinata profondità. Questo viene pesato allo stato fresco e viene nuovamente pesato dopo l’essiccamento
in stufa a 105 °C. Tramite la differenza di peso si ottiene il contenuto di acqua espresso in percentuale
di peso. Per trasformare la percentuale di peso in percentuale volumetrico di acqua bisogna prendere
in considerazione la densità del terreno. Questo metodo fornisce dati
esatti ma risulta essere molto dispendioso nella sua applicazione e
quindi non si adatta per un impiego dell’irrigazione. Tuttavia questo
procedimento può essere preso a riferimento per confrontare e/o calibrare altri metodi di misura dell’umidità del terreno.
MISURAZIONE
DEL
POTENZIALE MATRICALE
MISURAZIONE
DELLA
CONDUZIONE ELETTRICA
Per questo metodo in viticoltura sono idonei i blocchetti di gesso ed i
sensori Watermak, i quali vengono
impiegati già da diversi anni nelle
prove sperimentali di irrigazione. Il
blocchetto di gesso rappresenta un
metodo di misura semplice sviluppato negli anni 1940-1960. Si tratta di un sensore di gesso che nel
suo interno ha due elettrodi a forma di spirale. Attraverso un filo
elettrico si collega lo strumento per
la misurazione della conduttività. I
valori misurati dipendono dalle con-
dizioni di umidità del blocchetto,
che a sua volta dipendono dallo stato di umidità del terreno circostante. In base ad una tabella fornita
dal produttore i valori possono essere trasformati in valori di potenziale matricale. L’ambito dei sensori raggiunge valori fino ai -15 bar
(-1.500 kPa).
Il sensore Watermark rappresenta
l’evoluzione del blocchetto di gesso
ed a differenza di questo gli elettrodi sono avvolti da una matrice
speciale, la quale a sua volta è circondata da una rete in acciaio inossidabile. Il principio di funzionamento è il medesimo. Collegando il
cavo allo strumento di misurazione
si misura la resistenza elettrica che
varia in funzione dell’umidità del
terreno. Sul display si visualizza direttamente il potenziale matricale. I
valori di misura arrivano fino ai -2
bar (-200 kPa).
Ambedue i sensori congiungono i
vantaggi di una semplice interpretazione dei dati e di una manutenzione minima. Inoltre non sono sensibili al gelo e possono rimanere nel
terreno anche durante il periodo invernale. Mentre i sensori di gesso
durano al massimo 2 anni, il sensore Watermark può essere impiegato
fino a 5 anni. Il prezzo d’acquisto
Interno di una
sonda EnviroSCAN.
Sensori Watermark:
gli elettrodi sono
inseriti in un
blocco di gesso.
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L
Il potenziale matricale è la forza
con cui l’acqua è trattenuta nel terreno e che le radici devono affrontare per l’assorbimento dell’acqua.
Si misura con il tensiometro, strumento composto da un tubo di
plexiglas riempito di acqua con una
ceramica porosa o di argilla come
parte terminale ed un manometro
di sottopressione. Con l’aumentare
della siccità nel terreno l’acqua viene sottratta dalla ceramica porosa
provocando così una sottopressione
visibile sul manometro. Per ottenere una buona funzionalità del tensiometro, al momento dell’installazione, il terreno deve essere ben costipato. È inoltre necessario controllare regolarmente il livello dell’ac-
qua nel tubo e se necessario riempirlo con acqua distillata. Il tensiometro ha comunque un campo di
misurazione limitato che raggiunge
valori fino ai -0,85 bar (-85 kPa) e
quindi trova largo impiego soprattutto in quelle colture che necessitano di grandi apporti d’acqua, come ad esempio la fragola e gli ortaggi. In frutticoltura il tensiometro
è diffuso per un impiego mirato
dell’irrigazione. In viticoltura invece,
non vi è nessuna possibilità di impiego, poiché a tale soglia di misurazione la vite non ha bisogno di
essere irrigata.
Grafico 1 e 2: umidità del terreno rilevata a 10, 20, 30, 40, 60 e 80 cm di profondità in una parcella
non irrigata (a sinistra) e in una irrigata (a destra). Quando le curve salgono, al corrispondente strato
di terreno viene somministrata acqua.
L
risulta essere inferiore rispetto ad
altri sistemi di misurazione. Un po’
impegnativa risulta, però, essere la
continua lettura con lo strumento,
specialmente quando le misurazioni
interessano più particelle. La registrazione dei dati può avvenire anche tramite un datalogger (anche in
combinazione con una stazione meteorologica) e quindi osservate al
computer.
Prima della sistemazione in campo
dei sensori sarebbe opportuno trovare un punto rappresentativo nel
vigneto. Dato che i sensori vengono interrati in prossimità dell’apparato radicale, è importante che le
viti che si trovano nell’immediata
vicinanza abbiano una crescita vegetativa conforme alla media dell’impianto, cioè non siano né troppo deboli né troppo vigorose. Prima
dell’installazione del sensore è consigliabile immergerlo per una notte
in un secchio d’acqua e poi farlo
asciugare prima di essere piantato.
Al momento dell’impianto, il sensore deve presentarsi ben umido ed è
necessario quindi una sua ulteriore
immersione in acqua per qualche
ora. Decisivo per la buona funzionalità e precisione di questo metodo, risulta essere il costipamento tra
il sensore ed il terreno circostante.
Dato che l’umidità va misurata nel
terreno indisturbato, è vantaggioso
effettuare il foro alla profondità desiderata mediante una trivella. Dopodiché il sensore viene inserito nel
foro, ed affinché non ci siano spa108
zi vuoti tra terreno e sensore viene
fatta una colata di melma ottenuta dal materiale di trivellazione.
Tra gli svantaggi dei blocchetti di
gesso e dei sensori Watermark sono
da notare l’influenza della temperatura del terreno sull’esattezza dei dati misurati (nei casi di misurazioni
continue tramite un datalogger, si
può installare una sonda di correzione automatica della temperatura) ed
una reazione lenta ai cambiamenti
dell’umidità del terreno rispetto ad
altri sistemi di misurazione.
MISURAZIONE
DELLA
CAPACITÀ ELETTRICA
È un metodo indiretto di misura del
contenuto di acqua nel terreno e si
basa sulla variazione della costante
dielettrica del terreno. Questa rappresenta un numero adimensionale
che in base agli indebolimenti dei
campi magnetici caratterizza il materiale. In base alle caratteristiche
dielettriche del terreno esistono due
diversi tipi di sensori per determinare il contenuto volumetrico dell’acqua nel terreno.
I sensori TDR (Time Domain Reflectometry) sono composti da una parte elettronica e da due fino a quattro aste metalliche parallele che
vengono immerse nel terreno. Si
misura il tempo che un impulso
elettromagnetico ad alta frequenza
(GHz) impiega ad attraversa le aste
metalliche. Ai fini di ottenere dati
precisi non devono esserci spazi
vuoti tra il terreno ed i sensori.
Quindi il loro impiego non è consigliabile in terreni ricchi di scheletro.
Inoltre sono molto costosi.
I sensori FDR (Frequency Domain
Reflectometry) misurano la costante dielettrica del terreno generata
tra due elettrodi. Il valore della costante dielettrica dell’acqua è di
circa 80, per terreni ricchi di minerali è tra 2 e 5, mentre per l’aria il
valore è di 1. In base a questi valori il contenuto di acqua nel terreno viene espresso in percentuale
di volume. Anche per questo tipo
di sensori l’installazione deve avvenire in modo corretto, facendo soprattutto attenzione che non si formino spazi d’aria tra il sensore ed
il terreno. Diversi disturbi alla matrice del terreno (specialmente spazi d’aria) possono falsare i valori
delle misure. Inoltre anche il contenuto di sali e la temperatura del
suolo possono modificare i valori
misurati, nonostante i sensori FDR
dipendano in minima parte dalla
temperatura. Per avere dei valori
precisi ed assoluti del contenuto di
acqua, è necessario calibrare i sensori per ogni tipo di terreno. Questa operazione viene svolta in particolar modo nelle ricerche scientifiche.
In commercio numerose sono le ditte produttrici di diversi tipi di sensori. Da diversi anni viene impiegato in località Colterenzio (Cornaiano) il sistema di misurazione “EnviroSCAN” della ditta australiana Sen-
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tek Pty Ltd. Questo sistema è composto da un apparecchio per la registrazione dei dati (datalogger), da
una batteria, da un pannello solare
e da quattro sonde, ognuna delle
quali è dotata di sei sensori FDR disposti alla profondità di 10 cm, 20
cm, 30 cm, 40 cm, 60 cm e 80 cm.
L’intervallo di misurazione è regolato a 30 secondi. Tramite il software elaborato dalla ditta stessa è possibile osservare mediante una tabella o un grafico, la dinamica dell’acqua nel terreno per ogni singola
profondità oppure anche per l’intera profondità, espressa in mm/dm
oppure in percentuale di volume.
Il grafico 1 riporta l’andamento dell’umidità nell’anno 2007 nella particella non irrigata alle diverse
profondità. È quindi possibile osservare (tramite le frecce rivolte verso
l’alto) a quale profondità sono giunte le precipitazioni naturali. Di conseguenza si nota, che ad ogni precipitazione è aumentato il contenuto di acqua nei primi 10 cm di terreno, mentre alle profondità tra i 60
cm e gli 80 cm sono giunte solamente poche precipitazioni. D’altra
parte è anche visibile da quale
profondità le radici assorbono l’acqua nel terreno.
Nel grafico 2 è invece rappresentato l’andamento dell’umidità nelle
particelle irrigate a partire dall’8
giugno 2007 fino al 13 agosto 2007
mediante tre turni settimanali della durata di due ore e mezza ciascuna. L’impianto a goccia è costi-
tuito da gocciolatori da 2 litri all’ora che hanno apportato per ogni vite 15 litri di acqua alla settimana.
Nonostante le continue irrigazioni si
sono comunque verificate forti diminuzioni del contenuto d’acqua alla profondità di 80 cm. La spiegazione di questo è la seguente: le viti essendo state irrigate in eccesso
per parecchi anni, hanno sviluppato le loro radici principalmente nella zona bagnata dal gocciolatore. In
situazioni climatiche estreme (temperature elevate, forte evapotraspirazione) le radici hanno assorbito in
modo rapido tutta l’acqua a loro disposizione.
CONCLUSIONE
I fattori che influenzano il fabbisogno idrico della vite sono vari, soprattutto quelli climatici di ogni
singola zona, quali ad esempio la
temperatura, l’insolazione ed il vento. Anche la varietà, l’età della vite,
la forma di allevamento, la superficie fogliare, la produzione, il portainnesto ecc. influiscono sul consumo idrico della vite. Non per ultimo, anche le caratteristiche del
terreno, la sua capacità di ritenzione idrica e la profondità di radicazione rappresentano delle indicazioni importanti per l’utilizzo dell’irrigazione. Per un impiego mirato dell’irrigazione, la misurazione dell’umidità del terreno svolge un ruolo
d’ausilio importante. Inoltre anche
l’assunzione degli elementi nutritivi
dipende dall’umidità del suolo. Apporti ridotti d’acqua come pure in
esubero, possono ripercuotersi negativamente sia sulla produzione
che sullo stato fitosanitario del
grappolo. Inoltre, attraverso un impiego corretto dell’irrigazione si
possono ridurre anche i costi.
Per misurare l’umidità del terreno
sono a disposizione vari tipi di sensori, che misurano il contenuto
d’acqua (in % volume) oppure la disponibilità d’acqua (potenziale matricale). Per la viticoltura si sono dimostrati più idonei i sensori Watermark ed i sensori capacitivi (FDR). Il
sensore Watermark misura la resistenza di un flusso elettrico ed il
suo valore viene trasformato, tramite un apparecchio o un datalogger,
in potenziale matricale. L’interpretazione dei dati di questo sensore
risulta essere molto semplice ed il
costo d’acquisto adeguato.
Il sensore capacitivo (FDR) rappresenta un metodo preciso di misurazione. Tramite la capacità elettrica
viene misurato il volume d’acqua
del terreno (in % volume). Tramite
una sonda possono venire introdotti più sensori a diverse profondità
desiderate. In questo modo si può
osservare il contenuto d’acqua nei
vari strati del suolo. Per una registrazione continua dei dati è necessario un datalogger e per la loro interpretazione ci vuole una certa
competenza ed esperienza.
Tradotto dall’Autore
Tabella: descrizione dei sensori per la misurazione dell’umidità del terreno.
Valore misurato
Ambito di
misurazione
Installazione
Tensiometro
Sensore
TDR
Sensore
FDR
Blocchetto
di gesso
Sensore
Watermark
potenziale
matricale
contento H2O
in % volume
contento H2O
in % volume
potenziale
matricale
potenziale
matricale
fino a -0,85 bar
fino 100%
fino 100%
fino a -15 bar
fino a -2 bar
profondità desiderata profondità desiderata
terreno ben costipato terreno ben costipato
sonda professionale profondità desiderata profondità desiderata
più profondità
terreno ben costipato terreno ben costipato
terreno ben costipato
Durata
diversi anni
diversi anni
diversi anni
1 - 2 anni
3 - 5 anni
Precisione
molto buona
molto buona
molto buona
media
medio - buona
ca. 130 €
possibilità
costruzione propria
molto costoso
costoso
ca. 20 € a sensore
ca. 400 € per
l’app. di misuraz.
ca. 45 € a sensore
ca. 350 € per
l’app. di misuraz.
Costi
* Corsi per la costruzione propria di tensiometri presso l’istituto professionale agrario Laimburg. (Dott. Thalheimer Martin)
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