IRRINET: IT zavlažovací systém pro hospodaření se zemědělskými vodami v regionu Emilia-Romagna, Itálie

Počasí a klima jsou klíčovými faktory zemědělské produktivity a jejich dopad na primární sektor je značný. Jedním z hlavních účinků klimatických změn je kolísání produktivity a kvality kultury v důsledku zvýšení teploty, změny plutiometrického trendu a změny dostupnosti vody. V červenci 2018 přijal region Emilia-Romagna regionální strategii pro přizpůsobení se změně klimatu a její zmírňování, která poskytuje společný referenční rámec pro posuzování dopadů změny klimatu v různých dotčených odvětvích. Strategie informuje o novějších klimatických projekcích pro tento region: v období 2021–2050 se podle emisních scénářů IPCC RCP4.5 a RCP8.5 očekává, že minimální a maximální regionální teplota vzroste přibližně o 1,5 °C v zimě, na jaře a na podzim a přibližně o 2,5 °C v létě. Signál zvýšení teploty se stává mnohem intenzivnějším, mezi 3 °C a 4,5 °C, pro scénář RCP4,5 v období 2071–2100, s vrcholy během letní sezóny: Očekává se, že počet dnů bez srážek v létě vzroste přibližně o 20 %.

Podle scénáře RCP4.5 se může množství srážek na regionální úrovni v období 2021–2050 během jara a léta snížit, zatímco podzim se může vyznačovat nárůstem (přibližně o 20 %). Podobný signál byl zjištěn u emisního scénáře RCP8.5, který je mírně vyšší pro podzimní období, kdy se očekávaný nárůst pohybuje kolem 25-30%.

Změny zeměpisného rozložení srážek v regionu Emilia-Romagna způsobily v některých oblastech značný nedostatek vody a očekává se, že v budoucnu dojde k nárůstu případů nedostatku vody. Dostupnost vodních zdrojů je ve srovnání s ostatními regiony v údolí Pádu nízká a je rovněž ovlivněna ztrátami v současném systému rozvodu vody (Programma di Sviluppo Rurale 2014–2020). S ohledem na scénáře změny klimatu jsou výsledky regionu stále více vystaveny riziku nedostatku vody, zejména pokud se zvažují plodiny s jarním a letním produkčním cyklem. Ty by mohly být ovlivněny výrazným poklesem výnosů, k němuž došlo během předchozích období sucha v letech 2003 a 2012, což bude spojeno s větším podnikatelským rizikem v důsledku zvýšení nákladů na zavlažování.

Emilia-Romagna je předním regionem v italské zemědělské produkci s více než 84 000 zemědělskými podniky a přibližně 1 milionem hektarů investovaných. Přibližně 33 % regionálních zemědělských podniků zahrnuje zavlažovanou půdu. V této souvislosti bylo stále důležitější využívat vodu co nejefektivněji. V regionu Emilia-Romagna narůstá nedostatek vody a sucho a očekává se, že změna klimatu tuto situaci zhorší, což povede ke snížení množství vody dostupné pro zemědělství. Vzhledem k suchu v letech 2012 a 2013, které postihlo Itálii, a zejména některé oblasti údolí Pádu, vyvinul regionální orgán regionu Emilia-Romagna tlak na zlepšení účinnosti využívání vody, zavedl nová kritéria týkající se správy a řízení vodních zdrojů a vyvinul a přijal inovativní techniky, které mohou zemědělcům umožnit zlepšit celkovou hospodářskou a udržitelnou produkci, jako je plánování vodních zdrojů.

Z těchto důvodů je důležité kvantitativně odhadnout očekávané dopady změny klimatu na požadavky na zavlažovací vodu. Systém IRRINET poskytuje odpověď na tuto otázku a motivuje k efektivnímu využívání vodních zdrojů, aniž by snižoval kvalitu rostlinné výroby. V dlouhodobém horizontu, a zejména s ohledem na změnu klimatu a variabilitu, IRRINET optimalizuje využívání vodních zdrojů a udržuje zemědělskou produkci, zejména v suchých letech.

IRRINET je expertní a bezplatný informační systém pro plánování zavlažování, který realizuje výsledky více než 50 letého výzkumu vztahů mezi rostlinami a vodou a udržitelného řízení zavlažování.

Plánování zavlažování je určeno pomocí komplexního matematického modelu založeného na denní vodní bilanci systému půda-rostlina-atmosféra zaměřeného na řízení zavlažování plodin v polním měřítku. K odhadu přesného objemu poptávky po vodě se kombinují různé údaje a informace, včetně: kolik dešťové vody proniká do země; simulace růstu kořenového systému rostlin a střídání fenologických fází; stav vodního stresu v plodině; příspěvek podzemní vody a tok vody třemi vrstvami půdy (povrchová vrstva, kterou zaujímají kořeny a podkladové vrstvy). Během několika sekund je vážení těchto prvků komunikováno ve formě služby krátkých zpráv (SMS) a informací prostřednictvím webového rozhraní a aplikace Tablet. Pěstitelé jsou tak vybaveni snadno použitelnými a srozumitelnými informacemi o tom, kolik vody jejich plodina použila, jak dlouho potřebují během zavlažování spustit čerpadlo nebo odkapávací systém a v jaké části svého majetku musí jednat, a to díky integraci s mapami Google, kde je geolokalizován jediný pozemek.

Údaje zpracovávané společností IRRINET jsou shromažďovány denně a pocházejí ze tří různých zdrojů: regionální meteorologická služba poskytuje meteorologické údaje (déšť a evapotranspirace); regionální geologická služba poskytuje údaje o půdě a kulturní parametry poskytuje CER.

Informační systémy IRRINET umožňují uživateli ukládat parametry na roční, měsíční a denní bázi a přizpůsobit službu zadáním dodatečných informací o zemědělských pozemcích, typech plodin, místních údajích o vlhkosti půdy, provedených zavlažováních a místních údajích o podzemních vodách.

První prototyp IRRINET, který zahrnoval webové rozhraní, byl vyvinut CER v roce 1999 s příchodem internetu, na základě výsledku projektu z roku 1984 zaměřeného na testování využití telematiky v zemědělství Emilia Romagna. V roce 2009 se IRRINET vyvinul v IRRINET Plus, který provádí ekonomický výpočet přínosu spojeného se zavlažováním prostřednictvím poradenského systému pro semafory. Zemědělci jsou stimulováni ekonomickým přístupem k maximalizaci zisku při současném snížení nadměrného využívání vody. Odborníci, kteří se podílejí na dalším rozvoji sítě IRRINET, pracují na užší integraci s otevřenými informačními vrstvami GIS, což může snížit množství dat, která mají uživatelé registrovat v systému, a na využití satelitních informací ke stanovení efektivních koeficientů plodin (Kc) pro výpočet vodní bilance.

Služba IRRINET v současné době zahrnuje více než 12 000 zemědělských podniků, které pokrývají téměř 22 % zavlažované plochy v regionu Emilia-Romagna. V zavlažovací sezóně 2017 bylo odesláno 28 500 SMS zpráv IRRINET a bylo vyrobeno 147 000 zavlažovacích plánů. Aplikace IRRINET v roce 2017 umožnila úsporu vody za více než 90 milionů m3.

Počínaje rokem 2011 národní projekt s názvem IRRIFRAME spravovaný ANBI přinesl službu do všech oblastí spravovaných italskými rekultivačními komisemi a zavlažovacími agenturami. Služba IRRIFRAME se používá v 26 100 zásilkách po celé italské zemi a na základě zpětné vazby uživatelů a výsledků výzkumu se rok od roku zlepšuje.

IRRINET byl vyvinut a je řízen CER. Od roku 2011 je služba následně podporována a spolufinancována regionem Emilia-Romagna a ANBI ve spolupráci s CER, včetně příspěvku EU. Zpětná vazba uživatelů rok od roku řídila vývoj systémů IRRINET a IRRIFRAME.

Na začátku roku 2019 byla společnost IRRINET-IRRIFRAME přítomna v 16 italských regionech a zahrnuje 69 rad pro rekultivaci půdy a více než 16 000 uživatelů, z nichž 12 000 je pouze v regionu Emilia-Romagna, kde je služba konsolidovanější. Klíčovým prvkem, díky němuž byla tato iniciativa úspěšná, je jednoduchý, uživatelsky přívětivý informační systém s nízkými náklady na řízení, který byl zřízen, aby zemědělci mohli rozhodovat o tom, kdy a kolik zavlažovat. Tato služba je přístupná bez poplatků a je přizpůsobena pro velké množství plodin.

Vzhledem k přímým přínosům pro uživatele, pokud jde o úspory vody a energie, vodohospodáři (tj. rady pro rekultivaci půdy) a vodohospodářské orgány (tj. plány rozvoje venkova regionu Emilia-Romagna) podporují a motivují zemědělce, aby se připojili k síti IRRINET. Jak je uvedeno v předpisech Emilia-Romagna, uživatelé sítě IRRINET mohou při nedostatku vody místo toho, aby se spoléhali na vodu pro účely zavlažování spravované Radou pro rekultivaci půdy, odebírat povrchové vody z celé povodí řeky Reno. Kromě toho jsou povinni se zaregistrovat do sítě IRRINET v případě, že mají zájem požádat o financování z regionálního plánu rozvoje venkova.

IRRINET-IRRIFRAME lze snadno přenést do jiných kontextů všude tam, kde jsou k dispozici místní data, zejména pro kalibraci modelu na místní podmínky. Omezení může například ovlivnit dostupnost meteorologických údajů (denní minimální, maximální a průměrná teplota a hodinový déšť) nebo georeferenčních půdních map. Ty, jsou-li k dispozici, mohou snížit vstupní potřeby pro odhad parametrů půdy a zvýšit robustnost výstupních výsledků.

Dalšími výzvami pro vývoj služeb bude integrace se systémy senzorů a akčních členů, jakož i vstupní údaje o koeficientech plodin poskytované dálkovým průzkumem, aby bylo možné zvládnout jak málo informací poskytnutých uživatelem nebo dostupných o dané oblasti, tak potřeby větší přesnosti při výpočtu obsahu vody v půdě.

Od roku 1999 je služba IRRINET podporována a spolufinancována CER, regionem Emilia-Romagna, ANBI a Evropskou unií. Náklady na vývoj informačního systému pro zavlažování (IT) činily 200 000 EUR, včetně výzkumných a zkušebních činností. Celkově platforma vykazuje velmi nízké náklady na správu, které se pohybují kolem 0,02 EUR/ha, a služba je konečným uživatelům poskytována zdarma. 

Italské ministerstvo zemědělství, potravinářství a lesnictví používá nástroj IRRIFRAME k plánování zemědělských politik v reakci na připomínky Evropské komise týkající se úspor vody (v souladu s rámcem směrnice o vodě a v reakci na požadavky pokynů k ochraně vod). Kromě toho některé regionální pokyny zmiňují IRRINET - IRRIFRAME jako podpůrný nástroj ke splnění podmíněnosti vody podle nařízení o Evropském fondu pro regionální rozvoj a dodržování harmonogramu zavlažování IRRINET-IRRIFRAME je pro mnoho zemědělců povinné.

Systém IRRINET funguje od roku 1984 s telematickými nástroji a od roku 1999 s webovými nástroji. Rozšíření o systém IRRIFRAME bylo realizováno za 2 roky od roku 2011 do roku 2013. IRRIFRAME WEB a APP jsou v současné době (začátek roku 2019) ve fázi aktualizace implementované a spravované společností Agronica Group Srl. Nová verze bude k dispozici do konce roku 2019.

Systém IRRINET-IRRIFRAME je aktualizován podle vývoje IT v průměru jednou za 3-5 let.

Roberto Genovesi
E-mail: genovesi@consorziocer.it  
Stefano Anconelli
E-mail: anconelli@consorziocer.it 
Consorzio di bonifica di Secondo Grado per il Canale Emiliano Romagnolo
Via E. Masi 8, Bologna - Italy
Tel. +39 051 4298811

Gianfranco Giannerini
Agronica Group Srl
Via Calcinaro, 2085 - 47521 Cesena (FC) – Italy
E-mail: giannerini@agronica.it