IDROLOGIA DEI SISTEMI AGRARI

COLONNE, SERRE E CAMPI SPERIMENTALI A SUPPORTO DEGLI STUDI DELL’IDROLOGIA DEI SISTEMI AGRARI A DIVERSE SCALE

Moto dell’acqua e trasporto di soluti nel sistema suolo-pianta-atmosfera: esperimenti su:

1) grandi colonne, 2) in serra, 3) in campo.

1) Sperimentazione su grandi colonne (pedon)

La sperimentazione viene condotta su un gruppo di colonne di suolo in dotazione al CIHEAM Bari (vedi schema in figura). I dettagli sull’impiego della strumentazione e sulla gestione delle sperimentazioni, sono oggetto di specifici training presso il Laboratorio di Idrologia del Suolo del CIHEAM Bari.

Le colonne sono alimentate dall’alto utilizzando un simulatore di pioggia in perspex. In funzione di specifiche sperimentazioni, l’alimentazione delle colonne dovrà essere assicurata utilizzando:

  • una soluzione vettrice di ioni di Ca2+ da utilizzarsi in prove di infiltrazione finalizzate alla caratterizzazione idraulica del suolo;
  • una soluzione vettrice di ioni Cl- da utilizzarsi in prove di avanzamento di traccianti;
  • acque marginali sotto forma di acque saline, reflui urbani ed industriali;
  • acque di irrigazione convenzionali.

Le colonne sono dotate di un fondo drenante realizzato stratificando materiali di differente granulometria costituiti, nell’ordine dal basso, da: 6cm di ghiaia; 3cm di sabbia grossolana; 3cm di materiale inerte (farina fossile) ad elevata permeabilità specifica (> 4 darcies).

Le prove da condurre sulle colonne saranno riconducibili alle seguenti tipologie: a) Prove di infiltrazione, b) Esperimenti di moto miscibile con traccianti, c) Cicli di trattamento con acque marginali (acque saline, acque reflue urbane ed industriali).

2) Sperimentazione in serra

Definizione dei parametri idraulici e idrodispersivi del suolo in ambiente controllato (serra). Allo scopo è stato realizzato un dispositivo di misura riportato nella figura qui di seguito.

In breve, il dispositivo consente di applicare al suolo portate d’acqua variabili fra 2 e 12 l/h mediante gocciolatori auto compensanti montati in linea su una rete idraulica costituita da ali gocciolanti. Esso consente inoltre il monitoraggio dei contenuti d’acqua e della conducibilità elettrica apparente a 3-4 profondità, mediante sonde TDR realizzate presso il CIHEAM Bari ed installate lungo un allineamento di 50 m e a distanza di 1m. Risolvendo poi il campo di moto che si sviluppa lungo il profilo di suolo nei diversi siti di monitoraggio, è possibile pervenire alla stima delle proprietà idrologiche del suolo.

Nell’ambito del progetto H2020 denominato MAD4WATER, nelle serre verranno condotte tra il 2016 e il 2020 anche prove di crescita su alcune specie colturali sottoposte a differenti regimi idrici con e senza la inoculazione di batteri GBG opportunamente selezionati presso l’Università di Milano.

3) Sperimentazione in campo

I processi di trasporto dell’acqua e dei soluti dalla superficie del suolo attraverso la zona esplorata dalle radici delle piante fino all’acquifero, possono essere descritti attraverso modelli matematici che permettono in un unico contesto di stimare le perdite per evaporazione e percolazione, i probabili tempi di permanenza dei soluti e l’evoluzione delle risorse idriche.

A causa della complessa eterogeneità intrinseca  dei suoli, i parametri atti a caratterizzarli risultano molto variabili nello spazio e nel tempo; pertanto è indispensabile, per giungere a risultati di interesse applicativo, che siano disponibili un gran numero di dati da fornire come input nei modelli matematici. Parallelamente, è altresì atteso un reale miglioramento delle apparecchiature di misura dei parametri del trasporto con sufficiente precisione e minimi oneri.

In considerazione, quindi, dell’opportunità di acquisire un adeguato numero di osservazioni in campo, particolarmente utili nel parallelo svolgimento di ricerche che si svolgono presso il Laboratorio di Idrologia del Suolo del CIHEAM Bari, è stato messo a punto un dispositivo per la determinazione dei parametri idrologici nei mezzi porosi alla scala di campo, illustrato qui di seguito.

Il dispositivo utilizza una rete a doppio pettine di ali gocciolanti, ciascuna costituita da tre linee sovrapposte che supportano, ad interasse di 2.5 m, gocciolatori autocompensanti di portata variabile da 2 a 12 l/h. Il monitoraggio in contemporanea dei contenuti d’acqua e dei potenziali di pressione dell’acqua nel suolo verrà realizzato utilizzando, rispettivamente, sonde TDR e tensiometri.

Attraverso la risoluzione del campo di moto tridimensionale che si sviluppa al di sotto dei gocciolatori nei diversi siti di monitoraggio, è possibile pervenire alla stima delle proprietà idrologiche del suolo.

Le strumentazioni complessivamente impiegate e le metodologie di prova ora illustrate consentono, in sintesi, di:

  1. elaborare bilanci dell’acqua e dei soluti nel suolo;
  2. condurre studi sulla variabilità spazio-temporale delle proprietà idrauliche e di trasporto.

Detti studi forniranno, fra l’altro, le informazioni necessarie per estendere i risultati delle ricerche alle scale territoriali di interesse applicativo (di comprensorio, di bacino) con riferimento soprattutto alle problematiche agro-ambientali.