vulnerabilitàà della coltura di pomodoro ai cambiamenti climatici in

VULNERABILITÀ DELLA COLTURA DI
POMODORO AI CAMBIAMENTI CLIMATICI
IN CAPITANATA
Michele Rinaldi e Roberta Ubaldo
Consiglio per la Ricerca e Sperimentazione in Agricoltura
Unità di Ricerca per i sistemi colturali degli ambienti caldo-aridi,
ex-Istituto Sperimentale Agronomico di Bari
Convegno “Vulnerabilità dei sistemi
colturali ai cambiamenti climatici”
Bari, 18-19 Ottobre 2007
INTRODUZIONE
Terzo rapporto di valutazione dell’IPCC (2001)
- Confermata la tendenza al riscaldamento del clima terrestre
- La maggior parte del riscaldamento è attribuito alle attività
umane, in particolare alla crescita delle emissioni di gas-serra.
Eventuali ulteriori aumenti delle emissioni di gas-serra
possibili mutamenti futuri
- Ulteriore riscaldamento
- Modificazioni della quantità e dei regimi delle
precipitazioni
- Aumento della frequenza degli eventi climatici estremi
Potenziali impatti sul settore agricolo dovuti a
- Variazione della climatologia
- Variazione della concentrazione di CO2 nell’atmosfera
Variazioni di:
- Produzioni
- Fenologia
- Harvest Index
- Fabbisogni idrici
- Efficienza d’Uso dell’Acqua
Strategie di adattamento dei
sistemi colturali alle mutate
condizioni ambientali
- Colture, varietà, ordinamenti colturali
- Data di semina
- Impiego di acque non convenzionali
Modelli di simulazione colturale
Calibrati e validati per l’ambiente di studio, permettono di
apprezzare le complesse interazioni
“Clima x CO2 x Management ”
Strumento di previsione degli effetti dei cambiamenti climatici
sull’accrescimento e sulla produttività delle colture
SCOPO DEL LAVORO
Valutare gli effetti dei
cambiamenti climatici sulla
coltura del pomodoro da
industria in Capitanata,
mediante l’applicazione di un
modello di simulazione colturale
DSSAT 4.0.2.0
CROPGRO
model
Il modello CROPGRO
Processi di sviluppo e di accrescimento: dipendenti
dalle temperature di base e ottimale (per il pomodoro 10 e
28°C, rispettivamente)
9
Accumulo di biomassa: calcolato come prodotto tra
Efficienza d’Uso della Radiazione (RUE) e radiazione
fotosinteticamente attiva intercettata
9
9Espansione
fogliare: dipendente dall’accrescimento in
peso della foglia e dall’area fogliare specifica (SLA), a sua
volta dipendente da temperatura, luce e deficit idrico
Coefficienti di ripartizione: per l’allocazione dei nuovi
assimilati agli organi vegetativi, riproduttivi e radicali
9
La CO2 nel modello CROPGRO
Fotosintesi a livello
fogliare
Upscaling
Sub-model
Fotosintesi a livello di
canopy
Modello complesso che simula le retroazioni tra
fotosintesi
bilancio idrico
bilancio energetico
della canopy
Meccanismi che ottimizzano la fissazione del C e il bilancio idrico:
stress idrico
chiusura stomi
Elevate
[CO2 ]
chiusura stomi
Riduzione del
flusso di CO2
nella canopy
Riduzione del
tasso
fotosintetico
Riduzione perdite d’acqua per
traspirazione
Calibrazione e validazione di CROPGRO
Il modello è stato calibrato per la var. PS 1296 e per
l’ambiente di studio (Rinaldi et al., 2007).
Coefficienti genetici generati nella fase di calibrazione
per il pomodoro
FILE
CULTIVAR
FILE
SPECIES
FILE
ECOTYPE
CULTIVAR
Misurato
EM-FL
FL-SH
FL-SD
PODUR
Stimato da dati disponibili
SLAMAX
SLAMIN
SLAPAR
SIZREF
Calibrato
TRIFL
LFMAX
SLAVR
SIZLF
Valori
Default
23
8
17
42
Generati
21
10
17
21
590
270
-0.047
300
500
250
-0.050
200
0.52
1.36
350
300
0.6
3.5
280
180
Indici statistici per il confronto dei valori simulati con quelli
osservati per il pomodoro nella fase di validazione,
validazione 2003-2004
Variabile
Unità
Data di maturità
Alla raccolta
Sost. Secca frutti
Numero frutti
Sost. Secca totale
Durante il ciclo
colturale
LAI
Peso foglie
Peso steli
Peso frutti
Peso parte epigea
(4)
SWC 5-15 cm
SCW 15-30 cm
SWC 30-45 cm
dap
3
106.0
Dev. St.
dei valori
osservati
3.7
t ha-1
n m-2
t ha-1
3
3
3
6.81
162
10.82
1.61
36
2.79
8.54
129
12.19
1.65
46
1.56
25.5
-20.2
12.7
cm2 cm-2
t ha-1
t ha-1
t ha-1
t ha-1
cm3 cm-3
cm3 cm-3
cm3 cm-3
21
24
24
14
24
29
29
29
1.4
1.38
0.84
3.98
4.48
0.34
0.35
0.36
1.0
1.15
0.76
2.57
4.52
0.06
0.06
0.06
1.1
1.01
1.11
5.09
5.09
0.39
0.40
0.40
0.7
0.76
1.03
2.61
4.81
0.05
0.05
0.03
-19.6
-26.6
32.8
27.9
13.8
14.6
15.8
10.2
(1)
Numero di
Osservati
dati
Errore Quadratico Medio
Efficienza di modellizzazione
(3)
Coefficiente di Correlazione di Pearson
(4)
SWC = contenuto idrico del suolo
(2)
Simulati
107.0
Dev. St.
Differenza
dei valori
RMSE (1)
(%)
simulati
5.0
0.9
6.6
ME (2)
r (3)
-2.55
-0.27
26.0
22.8
17.1
-0.20
0.96
0.56
0.98
0.94
0.99
50.1
49.6
63.3
46.0
38.9
22.6
25.0
19.8
32.3
0.50
0.65
0.51
0.49
0.85
-0.30
-0.87
-0.81
-0.02
0.76
0.90
0.92
0.84
0.94
0.37
0.14
0.20
0.64
5 - 15 cm
0.6
0.4
0.4
3
m m
-3
5 - 15 cm
0.6
0.2
0.2
TDM 2003
TDM 2004
16 0
160
0
20
40
60
80
100
120
0
12
60
80
100
120
t ha
0.6
8
4
0.4
15 - 30 cm
0.6
8
0.4
4
3
m m
-1
-1
t ha
40
12
15 - 30 cm
-3
20
0
0.2
0
20
40
60
80
100
120
0
0.2
0
20
days after transplanting
0
0
20
40
60
80
40
100
120
100
120
0
20
40
60
80
100
120
30 - 45 cm
0.6
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
3
m m
80
0
30 - 45 cm
-3
60
days after transplanting
0
0
0
20
40
60
80
days after transplanting
100
120
0
20
40
60
80
days after transplanting
100
120
Simulazioni con il modello CROPGRO
Genotipo: ibrido PS 1296, a bacca tonda
Suolo: azienda sperimentale
Agronomico (Foggia):
dell’Istituto
Sperimentale
vertisuolo argillo-limoso di origine alluvionale
sabbia 24.9%
limo 39.7%
argilla 35.4%
acqua disponibile per la coltura (0-120 cm) 225 mm
Simulazioni con il modello CROPGRO
Management:
9
Trapianto: data di trapianto fissa (30 Aprile)
9
Concimazioni:
1) in presemina: 278 kg ha-1 di fosfato biammonico
2) in copertura (30 Maggio): 147 kg ha-1 di nitrato di
ammonio
9
Raccolta: automatica a maturità della coltura
Stima dell’ Evapotraspirazione: modello di Priesley-Taylor
Scenari di management
1) POTENZIALE:
disattivati i moduli dell’acqua e dell’azoto
(nessuno stress)
2) IRR AUTO 45:
irrigazione automatica in base a contenuto
idrico del suolo
9
Sistema irriguo: a goccia
9
Soglia di innesco: 45% dell’acqua disponibile per la coltura
9
Strato di suolo monitorato: 0 – 30 cm
9
Volume irriguo: al ripristino della CIC
9
Termine della stagione irrigua: a maturità della coltura
Dati climatici
3 serie trentennali di dati climatici ottenuti applicando il
MODELLO CLIMATICO REGIONALE HadRM3P
(dati forniti dal prof. M. Bindi, Università degli Studi di Firenze)
1) PASSATO:
PASSATO 1961 – 1990
FUTURO: 2071 – 2100
2 scenari di emissione della CO2 selezionati tra quelli proposti
dallo Special Report on Emission Scenarios (SRES)
nell’ambito del processo IPCC
Scenario climatico B2
Scenario climatico A2
Evoluzione delle emissioni di CO2 secondo diversi scenari
socio-economici prodotti dall’IPCC per i prossimi 100 anni
circa. Le diverse curve corrispondono a varie ipotesi sullo
sviluppo sociale ed economico planetario
Scenario A2:
A2 CO2
Æcirca 850 ppm (2100)
Scenario B2:
B2 CO2
Æcirca 600 ppm (2100)
Scenari climatici
Incrementi di T max (°C) rispetto alla serie climatica passata
MAGGIO - AGOSTO
8
Rispetto al passato:
7
Futuro B2 Æ + 5.2 °C
6
5
Futuro A2 Æ + 6.6 °C
Futuro B2
4
Futuro A2
3
2
1
Incrementi di T min (°C) rispetto alla serie climatica passata
Dicembre
7
Novembre
8
Ottobre
Settembre
Agosto
Luglio
Giugno
Maggio
Aprile
Marzo
Febbraio
Gennaio
0
MAGGIO - AGOSTO
6
Futuro A2
3
2
1
Dicembre
Novembre
Ottobre
Settembre
Agosto
Luglio
Giugno
Maggio
Aprile
0
Marzo
Futuro A2 Æ + 5.3 °C
4
Febbraio
Futuro B2 Æ + 4.1 °C
Futuro B2
Gennaio
Rispetto al passato:
5
Scenari climatici
Variaz. di Rad. glob. (MJ m-2 d-1) rispetto alla serie passata
MAGGIO - AGOSTO
2.0
Rispetto al passato:
1.5
Futuro B2 Æ + 0.95 MJ m-2 d-1
Futuro B2
1.0
Futuro A2 Æ + 1.01 MJ m-2 d-1
Futuro A2
0.5
0.0
Dicembre
Novembre
Dicembre
Novembre
Ottobre
Settembre
Agosto
Luglio
Giugno
Maggio
Aprile
Settembre
Ottobre
Futuro A2
Marzo
Futuro A2 Æ – 44.6 mm
MAGGIO - AGOSTO
Futuro B2
Febbraio
Futuro B2 Æ – 41.8 mm
30
25
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
Gennaio
Rispetto al passato:
Agosto
Luglio
Riduzione di Pioggia (mm) rispetto alla serie climatica passata
Giugno
Maggio
Aprile
Marzo
Febbraio
Gennaio
-0.5
Simulazioni con il modello CROPGRO
Scenari di management
- POTENZIALE
- IRR AUTO 45
Serie climatiche
- Passato
- Futuro B2
- Futuro A2
1) Trascurando gli incrementi di
concentrazioni di CO2
(Simulazione 1)
1
2) Fornendo in input al modello le
variazioni di concentrazione della
CO2 (Simulazione 2)
2
Simulazione 2 – Concentrazioni di CO2
Passato: 360 ppm di CO2 per
l’intera serie 1961-1990
9
Futuro B2: concentrazione
iniziale (nel 2071) di 510 ppm di
CO2 e successivi incrementi di 15
ppm ad intervalli di 5 anni fino al
2100 (Æ 600 ppm)
9
Futuro A2: concentrazione iniziale (nel 2071) di 610 ppm
di CO2 e successivi incrementi di 40 ppm ad intervalli di 5
anni fino al 2100 (Æ 850 ppm)
9
Risultati
Simulazione 1 (senza incremento di [CO2])
Variazioni delle variabili di risposta negli scenari futuri rispetto alla seria
passata, scenario POTENZIALE
Variabile
Biomassa epigea (t ha-1)
Resa in bacche fresche (t ha-1)
Data di fioritura (giorno giul.)
Data di raccolta (giorno giul.)
Durata del ciclo colturale
(giorni)
Harvest Index
Passato
16.3
185.1
155
225
Diff. assol.
Futuro B2 Futuro A2
-3.1
-4.1
-96.3
-120.8
-9
-10
-9
-8
Diff. %
Futuro B2
Futuro A2
-18.8%
-25.1%
-52.0%
-65.3%
-5.8%
-6.7%
-4.1%
-3.7%
105
-9
-8
-8.9%
-7.8%
0.567
-0.231
-0.307
-40.8%
-54.2%
Simulazione 1 (senza incremento di [CO2])
Variazioni delle variabili di risposta negli scenari futuri rispetto alla seria
passata, scenario IRR AUTO 45
Variabile
Biomassa epigea (t ha-1)
Resa in bacche fresche (t ha-1)
Data di fioritura (giorno giul.)
Data di raccolta (giorno giul.)
Durata del ciclo colturale (giorni)
Numero di irrigazioni
Volume di acqua irrigua (mm)
Evapotraspirazione (mm)
WUE (kg s.s. m-3)
IRRWUE (kg s.s. m-3)
Harvest Index
Passato
9.1
93.0
155
224
104
13.2
514.4
537.1
0.87
0.92
0.51
Diff. assol.
Futuro B2 Futuro A2
0.5
-0.3
-18.1
-38.1
-9
-10
-9
-8
-9
-8
1.5
2.2
45.4
80.2
85.3
130.4
-0.26
-0.45
-0.24
-0.45
-0.12
-0.21
Diff. %
Futuro B2 Futuro A2
5.8%
-2.9%
-19.5%
-41.0%
-5.8%
-6.7%
-4.1%
-3.6%
-8.8%
-7.8%
11.4%
16.9%
8.8%
15.6%
15.9%
24.3%
-29.8%
-51.5%
-25.4%
-48.3%
-23.8%
-40.4%
Simulazione 1 (senza incremento di [CO2])
Biomassa epigea (t ha-1)
Resa in bacche fresche (t ha -1)
30
250
25
200
20
150
15
100
10
5
50
0
0
Passato Futuro - Futuro - Passato Futuro - Futuro B2
A2
B2
A2
IRR AUTO 45
Passato Futuro - Futuro - Passato Futuro - Futuro B2
A2
B2
A2
POTENZIALE
IRR AUTO 45
Harvest Index
POTENZIALE
Durata del ciclo colturale (giorni)
0.7
115
0.6
110
0.5
105
0.4
100
0.3
95
0.2
90
0.1
85
0.0
80
Passato Futuro - Futuro - Passato Futuro - Futuro B2
A2
B2
A2
IRR AUTO 45
POTENZIALE
75
70
Passato
Futuro - B2
Futuro - A2
Simulazione 1 (senza incremento di [CO2])
Numero di irrigazioni
Volume di acqua irrigua (mm)
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
700
600
500
400
300
200
100
0
Passato
Futuro - B2
Futuro - A2
Passato
IRR AUTO 45
Futuro - B2
Futuro - A2
IRR AUTO 45
WUE (kg m-3)
IRRWUE (kg m-3)
1.2
1.2
1.0
1.0
0.8
0.8
0.6
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
0.0
0.0
Passato
Futuro - B2
IRR AUTO 45
Futuro - A2
Passato
Futuro - B2
IRR AUTO 45
Futuro - A2
Simulazione 2 (con incremento della [CO2])
Variazioni delle variabili di risposta negli scenari futuri rispetto alla seria
passata, scenario POTENZIALE
Variabile
Biomassa epigea (t ha-1)
Resa in bacche fresche (t ha-1)
Data di fioritura (giorno giul.)
Data di raccolta (giorno giul.)
Durata del ciclo colturale (giorni)
Harvest Index
Passato
18.6
211.1
155
225
105
0.57
Diff. assol.
Futuro B2 Futuro A2
1.93
1.88
-70.5
-97.0
-9
-10
-9
-8
-9
-8
-0.23
-0.29
Diff. %
Futuro B2
Futuro A2
10.4%
10.1%
-33.4%
-46.0%
-5.8%
-6.7%
-4.1%
-3.7%
-8.9%
-7.8%
-39.9%
-51.8%
Simulazione 2 (con incremento della [CO2])
Variazioni dei valori delle variabili di risposta negli scenari futuri rispetto
alla seria passata, nello scenario IRR AUTO 45
Variabile
Biomassa epigea (t ha-1)
Resa in bacche fresche (t ha-1)
Data di fioritura (giorno giul.)
Data di raccolta (giorno giul.)
Durata del ciclo colturale (giorni)
Numero di irrigazioni
Volume di acqua irrigua (mm)
Evapotraspirazione (mm)
WUE (kg s.s. m-3)
IRRWUE (kg s.s. m-3)
Harvest Index
Passato
9.9
94.6
155
225
105
13.5
524.6
547.4
0.87
0.91
0.48
Diff. assol.
Futuro B2 Futuro A2
2.8
3.0
1.5
-12.3
-9
-10
-9
-8
-9
-8
1.2
1.9
38.1
71.9
74.5
117.2
-0.09
-0.24
-0.04
-0.20
-0.10
-0.16
Diff. %
Futuro B2 Futuro A2
27.9%
30.8%
1.6%
-13.0%
-5.8%
-6.7%
-4.1%
-3.6%
-8.9%
-7.8%
9.2%
13.9%
7.3%
13.7%
13.6%
21.4%
-10.0%
-27.0%
-4.5%
-22.3%
-20.2%
-33.1%
Simulazione 2 (con incremento della [CO2])
Biomassa epigea (t ha-1)
Biomassa epigea (t ha -1)
30
30
25
25
20
20
15
15
10
10
5
5
0
0
Passato Futuro - Futuro - Passato Futuro - Futuro B2
A2
B2
A2
IRR AUTO 45
Passato Futuro - Futuro - Passato Futuro - Futuro B2
A2
B2
A2
POTENZIALE
IRR AUTO 45
250
250
200
200
150
150
100
100
50
50
0
0
IRR AUTO 45
POTENZIALE
POTENZIALE
Resa in bacche fresche (t ha -1)
Resa in bacche fresche (t ha -1)
Passato Futuro - Futuro - Passato Futuro - Futuro B2
A2
B2
A2
Simulazione 1
Simulazione 1
Passato Futuro - Futuro - Passato Futuro - Futuro B2
A2
B2
A2
IRR AUTO 45
POTENZIALE
Simulazione 2 (con incremento della [CO2])
Durata del ciclo colturale (giorni)
Harvest Index
0.7
115
0.6
110
0.5
105
0.4
100
0.3
95
0.2
90
0.1
85
0.0
80
Passato Futuro - Futuro - Passato Futuro - Futuro B2
A2
B2
A2
IRR AUTO 45
75
70
Passato
POTENZIALE
Numero di irrigazioni
Futuro - B2
Futuro - A2
Volume di acqua irrigua (mm)
700
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
600
500
400
300
200
100
0
Passato
Futuro - B2
IRR AUTO 45
Futuro - A2
Passato
Futuro - B2
IRR AUTO 45
Futuro - A2
Simulazione 2 (con incremento della [CO2])
WUE (kg/m 3)
WUE (kg m -3)
1.2
1.2
1.0
1.0
0.8
0.8
0.6
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
0.0
0.0
Passato
Futuro - B2
Futuro - A2
Simulazione 1
Passato
IRR AUTO 45
IRRWUE (kg m-3)
1.2
1.2
1.0
1.0
0.8
0.8
0.6
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
0.0
0.0
Futuro - B2
IRR AUTO 45
Futuro - A2
IRR AUTO 45
IRRWUE (kg m-3)
Passato
Futuro - B2
Futuro - A2
Simulazione 1
Passato
Futuro - B2
IRR AUTO 45
Futuro - A2
CONCLUSIONI
Il pomodoro da industria, pianta C3 con ciclo primaverile-estivo,
è stata simulata con dati climatici giornalieri relativi a due scenari
futuri (A2 e B2), con e senza la variazione di [CO2] per stimare
la resa potenziale e quella ottenibile con l’irrigazione automatica
NON considerando l’aumento della [CO2], i due scenari climatici
hanno causato una riduzione del ciclo colturale, maggiori
consumi idrici, stress termici e minore produzione di biomassa e
frutti (specie nell’A2), con diminuzione netta della WUE e
dell’IRRWUE
Se si considera, però, l’effetto positivo della [CO2] sulla
fotosintesi, allora il modello evidenzia una sorta di
compensazione che limita il calo produttivo (e della WUE e
IRRWUE) del pomodoro al solo scenario climatico più estremo
(A2)
Opportune strategie di adattamento ai
cambiamenti climatici (scelte dell’epoca
di trapianto, della classi di precocità
degli ibridi) potrebbero comunque
attenuare queste risposte, mantenendo
i consumi idrici sui livelli attuali.
Grazie per l’attenzione