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PROGETTO FINALIZZATO CAMBIAMENTI CLIMATICI E AGRICOLTURA "CLIMAGRI"

SOTTOPROGETTO 2 - Agricoltura italiana e cambiamenti climatici

TEMATICA 2.4:

Impatto ambientale dei principali sistemi colturali in aree di collina in relazione ai cambiamenti climatici

Responsabile della ricerca :  Dott. Pierpaolo Roggero - Dip. di Scienza Ambientali e delle produzioni Vegetali - Università Politecnica delle Marche Via Brecce Bianche 60131 Ancona

Finalità della ricerca

In Italia si svolgono numerose ricerche sulle relazioni quantitative tra sistemi colturali e processi bio-fisici legati all'impatto ambientale (erosione del suolo, lisciviazione dei nutrienti) in ambienti collinari. Nelle Marche, sono operativi alcuni dispositivi per il monitoraggio, su scala parcellare e di sottobacino imbrifero, dell'erosione del suolo, del deflusso superficiale e delle perdite dei nutrienti. In Emilia Romagna, sono disponibili su alcuni bacini imbriferi serie storiche di dati climatici e dettagliate informazioni sull'uso del suolo nel territorio collinare.

I processi biofisici coinvolti nelle interazioni tra sistemi colturali e risorse naturali (suolo e acqua) costituiscono un elemento essenziale, pur non esclusivo, per la definizione di strategie decisionali finalizzate a valorizzare gli aspetti ecologici dell'attività agricola, come emerge dalla crescente consapevolezza nella società dei nuovi ruoli assegnati all'agricoltura.

La novità della ricerca proposta, rispetto all'attività finora svolta, consiste nella formalizzazione delle conoscenze acquisite con la sperimentazione di campo, attraverso modelli matematici sulle relazioni tra sistemi colturali e ambiente bio-fisico nella collina italiana e la loro applicazione a specifiche realtà territoriali.

L'obiettivo finale è quello di realizzare uno strumento di supporto alle decisioni per la pianificazione dell'uso sostenibile delle risorse agricole e territoriali in collina, con particolare riferimento ai futuri scenari climatici ipotizzati per il nostro paese.

Gli strumenti disponibili per la realizzazione di studi quantitativi sulle interazioni tra clima, sistemi colturali e risorse naturali sono normalmente costituiti da campi sperimentali e modelli matematici di simulazione dei sistemi colturali. In questa ricerca, i due approcci saranno integrati con sistemi informativi geografici (GIS) e con simulazioni relative ai possibili scenari climatici riferiti a specifici contesti ambientali e socio-economici. In tal modo si intendono anche valorizzare le informazioni già disponibili sul territorio, riservando alla sperimentazione parcellare e al monitoraggio agro-ambientale il ruolo di favorire la comprensione dei processi bio-fisici che regolano l'impatto del clima e dei sistemi colturali sulle risorse naturali.

 

Descrizione della ricerca

La ricerca è orientata all'uso di modelli per la simulazione dei sistemi colturali, integrati attraverso sistemi informativi geografici con banche di dati territoriali, agronomici e climatici.

Le unità di ricerca che operano sugli scenari di cambiamento climatico forniranno i dati su cui eseguire le simulazioni, mentre i dati pedologici e ambientali saranno acquisiti attraverso le banche dati regionali e i risultati di progetti già realizzati dai gruppi di ricerca coinvolti nella scheda.

Le aree oggetto di studio ricadono in alcune zone vulnerabili della collina emiliana e marchigiana caratterizzate da dissesto idrogeologico, come conseguenza di massicce distribuzioni di fertilizzanti e/o insufficiente sistemazione idraulica dei terreni, che predispone il suolo a fenomeni di ruscellamento, erosione e movimenti di massa. Già oggi questi fenomeni costituiscono emergenze ambientali insostenibili per la società, che i futuri scenari climatici potrebbero ulteriormente aggravare.

Per lo studio dell'impatto dei sistemi colturali sugli equilibri idrogeologici, si utilizzeranno due modelli di simulazione: "Criteria" e "CropSyst watershed". Il primo è adatto per applicazioni a scala territoriale, il secondo è più efficace per analisi di dettaglio alla scala di campo. La taratura dei modelli verrà effettuata utilizzando i dati sperimentali acquisiti dal DIBIAGA e dall'ISCI nel corso del P.F. "PANDA" e dall'ARPA-SMR nel corso del progetto SINA. Il DIBIAGA utilizzerà anche una raccolta di dati su sistemi colturali, deflusso superficiale, erosione del suolo e perdite di nutrienti, ottenuti da un monitoraggio in corso da oltre tre anni in due sottobacini imbriferi della collina interna marchigiana.

Per applicare i modelli alla scala di territorio in ambiente collinare si provvederà a realizzare, per i modelli citati, le funzioni necessarie alla gestione integrata dei flussi idrici, attraverso lo sviluppo di modelli digitali del terreno (DEM) e la messa a punto di funzioni proprie della dinamica di bacino. Le simulazioni saranno effettuate su due serie di 50 anni, di cui la prima ricavata dalla climatologia corrente e la seconda dagli ipotetici futuri scenari meteorologici.

L'analisi statistica dei risultati, ove attuabile, sarà orientata a valutare la sensibilità dei sistemi colturali considerati e a ricercare le tecniche di produzione a minor impatto ambientale per le aree vulnerabili.

L'integrazione di modelli matematici con modelli per la gestione del territorio (Criteria) permetterà di definire aree vulnerabili alla luce delle nuove situazioni agro-climatiche e di fornire strumenti decisionali per la definizione di strategie per lo sviluppo di nuovi sistemi colturali sostenibili.

La ricerca prevede un periodo di lavoro di tre anni, secondo una successione descritta sinteticamente di seguito:

1° anno

Attività di progetto e coordinamento con le UR addette allo studio di scenari climatici (FMA Firenze);

Definizione degli standard operativi in relazione all'organizzazione degli archivi dati e dei modelli;

Adattamento dei modelli di simulazione alle caratteristiche delle aree geografiche oggetto di studio;

Struttura e sviluppo del SW operativo;

Aggiornamento degli archivi di dati agronomici ed ambientali, attraverso il rilevamento nei siti Marchigiani ed Emiliani di nuovi dati sulle colture (produzioni e contenuto di N e P) e sui deflussi superficiali.

2° anno

Sviluppo del SW operativo;

Acquisizione dati provenienti dalle UR addette allo studio di scenari climatici e previsioni stagionali;

Taratura delle procedure;

Simulazioni di possibili scenari agronomici.

3° anno

Analisi dei risultati delle simulazioni;

Trasferimento della metodologia e dei prodotti della ricerca all'unità di coordinamento e documentazione;

Produzione di cartografie e rapporti;

Divulgazione dei risultati sarà curata da una specifica linea di ricerca nell'ambito del Sottoprogetto 3 e anche tramite convegni e riviste specializzate.

L'integrazione di modelli di simulazione, banche dati territoriali, sistemi informativi territoriali, previsioni meteorologiche e modelli di comportamento, consente di valutare la sensibilità dei diversi sistemi colturali a nuovi scenari e la dinamica spazio-temporale delle aree vulnerabili. La messa a punto di metodologie e di strumenti SW, la realizzazione di nuove banche dati e strati informativi territoriali, costituiranno un patrimonio tecnologico utile per l'applicazione di studi analoghi in altre aree del territorio nazionale e per la valutazione di nuovi scenari relativi alle interazioni clima-suolo-sistema colturale.

 

Obiettivi del primo anno

Verifica della funzionalità dei modelli "Criteria" e "Cropsyst watershed" per estrapolazioni su scala territoriale (bacino del Reno in Emilia Romagna e sottobacini del Misa nelle Marche) dei dati sperimentali e di monitoraggio acquisiti dal DIBIAGA, dall'ISCI e dall'ARPA-SMR.

Aggiornamento e adattamento delle basi di dati agronomici ed ambientali, attraverso il rilevamento di nuovi dati sulle colture (produzioni e contenuto di N e P) e il monitoraggio dei deflussi superficiali nei siti marchigiani.

Sviluppo di modelli digitali del terreno (DEM) e messa a punto di funzioni proprie della dinamica di bacino per i modelli matematici, necessarie per l'integrazione con il GIS.

Interazione con la UR sulle "Analisi climatiche e scenari futuri" proposta dalla Fondazione per la Meteorologia Applicata (FMA) di Firenze per l'acquisizione dei dati climatici.

 

Bibliografia essenziale

Petersen G.W., Bell J.C., Nielsen G.A., Robert P.C., 1995. Geographic Information Systems in Agronomy. Advances in Agronomy. Vol. 55, 67-111.

Roggero P.P. e Bellon S., 1999. Sistemi colturali di collina e problemi ambientali. Rivista di Agronomia. Relazione introduttiva presentata al XXXII Convegno annuale della Società Italiana di Agronomia, Ancona, 15-18 settembre 1998.

Roggero, P.P., Pistelli, E., Toderi, M., 1997. Perdite di fosforo per erosione idrica: stima della frazione biodisponibile con il "Pi test". Rivista di Agronomia, 3 suppl., 799-807.

Roggero, P.P. (coordinatore), 1999. Valutazione dell'applicazione del reg. 2078/92 nella regione Marche. Analisi del quinquennio 1994-98. Regione Marche, Assessorato all'Agricoltura.

Sebillotte J., 1997. La qualité de l'eau : quels problèmes et quelles connaissances pour agir? In: Riou, C. Bonhomme, R., Chassin, P., Neveu, A., Papy, F. (ed.), L'eau dans l'espace rural. Production végetale et qualité de l'eau, 325-352.

Stockle C.O., Martin S.A., Campbell G.S. 1992. CROPSYST, a cropping system simulation model: water/nitrogen budgets and crop yield. Agric. Syst. 46, 335-349.  

DOCUMENTI

* Impatto ambientale dei principali sistemi colturali in aree di collina, in relazione ai cambiamenti climatici - Workshop Cagliari 16-17 Gennaio 2003

* II° Workshop Roma 3-4 / 04 / 2003
Impatto ambientale dei sistemi colturali di collina: problematiche aperte e ipotesi di scenari futuri

* Scheda informativa sull'attività al 30/04/2003

* Relazione II° Anno

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