IRRINET: IT-Bewässerungssystem für die landwirtschaftliche Wasserwirtschaft in der Emilia-Romagna, Italien

Wetter und Klima sind Schlüsselfaktoren für die Produktivität der Landwirtschaft, und ihre Auswirkungen auf den Primärsektor sind erheblich. Einer der Haupteffekte des Klimawandels besteht in Variationen der Produktivität und Qualität der Kultur aufgrund des Temperaturanstiegs, Veränderungen pluviometrischer Trends und Veränderungen der Wasserverfügbarkeit. Im Juli 2018 hat die Region Emilia-Romagna die regionale Anpassungs- und Minderungsstrategie angenommen, die einen gemeinsamen Bezugsrahmen für die Bewertung der Auswirkungen des Klimawandels in den verschiedenen betroffenen Sektoren bietet. Die Strategie berichtet über die neueren Klimaprojektionen für die Region: Für den Zeitraum 2021-2050 wird im Rahmen der IPCC-Emissionsszenarien RCP4.5 und RCP8.5 erwartet, dass die minimale und maximale regionale Temperatur im Winter, Frühjahr und Herbst um etwa 1,5 °C und im Sommer um etwa 2,5 °C steigen wird. Das Temperaturanstiegssignal wird für das Szenario RCP4.5 im Zeitraum 2071-2100 zwischen 3 °C und 4,5°C viel intensiver, mit Spitzenwerten während der Sommersaison: Es wird erwartet, dass die Zahl der Tage ohne Niederschlag im Sommer um etwa 20 % zunehmen wird.

Nach dem RCP4.5-Szenario kann die Niederschlagsmenge auf regionaler Ebene im Zeitraum 2021-2050 im Frühjahr und Sommer abnehmen, während der Herbst durch einen Anstieg (etwa 20 %) gekennzeichnet sein kann. Ein ähnliches Signal wurde für das RCP8.5-Emissionsszenario gefunden, etwas höher für die Herbstsaison, wo der erwartete Anstieg bei etwa 25-30% liegt.

Änderungen in der geografischen Verteilung der Niederschläge in der Region Emilia-Romagna haben in einigen Gebieten zu einem erheblichen Wasserdefizit geführt, und es wird erwartet, dass die Wasserknappheit in Zukunft zunehmen wird. Die Verfügbarkeit von Wasserressourcen ist im Vergleich zu anderen Regionen des Po-Tals gering und wird auch durch Verluste im derzeitigen Wasserverteilungssystem beeinträchtigt (Programmadi Sviluppo Rurale 2014-2020). Unter Berücksichtigung von Klimawandelszenarien sind die Ergebnisse der Region zunehmend dem Risiko von Wasserdefiziten ausgesetzt, insbesondere wenn Kulturen mit einem Frühjahr-Sommer-Produktionszyklus berücksichtigt werden. Diese könnten von starken Ertragsrückgängen während der vorangegangenen Dürreereignisse in den Jahren 2003 und 2012 betroffen sein, die mit einem höheren Geschäftsrisiko aufgrund des Anstiegs der Bewässerungskosten verbunden sein werden.

Emilia-Romagna ist eine führende Region in der italienischen landwirtschaftlichen Produktion mit mehr als 84.000 landwirtschaftlichen Betrieben und etwa 1 Million Hektar investiert. Etwa 33 % der regionalen landwirtschaftlichen Betriebe umfassen bewässerte Flächen. In diesem Zusammenhang wurde es immer wichtiger, das Wasser so effizient wie möglich zu nutzen. Wasserknappheit und Dürreereignisse nehmen in der Emilia-Romagna zu, und der Klimawandel wird sich voraussichtlich verschlechtern, was zu einer Verringerung der für die Landwirtschaft verfügbaren Wassermenge führt. In Anbetracht der Dürreereignisse von 2012 und 2013, von denen Italien und insbesondere einige Gebiete des Po-Tals betroffen waren, hat die Region Emilia-Romagna Druck ausgeübt, die Effizienz der Wassernutzung zu verbessern, neue Kriterien für die Verwaltung und Bewirtschaftung der Wasserressourcen einzuführen und innovative Techniken zu entwickeln und einzuführen, die es den Landwirten ermöglichen können, die wirtschaftliche und nachhaltige Produktion insgesamt zu verbessern, wie z. B. die Wasserplanung.

Aus diesen Gründen ist es wichtig, die erwarteten Auswirkungen des Klimawandels auf den Bewässerungswasserbedarf quantitativ abzuschätzen. Das IRRINET-System bietet eine Antwort auf dieses Problem und schafft Anreize für eine effektive Nutzung der Wasserressourcen, ohne die Qualität der Pflanzenproduktion zu beeinträchtigen. Langfristig, insbesondere im Hinblick auf Klimawandel und Variabilität, optimiert IRRINET die Nutzung von Wasserressourcen und erhält die landwirtschaftliche Produktion, insbesondere in trockenen Jahren.

IRRINET ist ein fachkundiges und kostenloses Informationssystem für die Bewässerungsplanung, das die Ergebnisse von mehr als 50 Jahren Forschung zu Pflanzen-Wasser-Beziehungen und nachhaltigem Bewässerungsmanagement umsetzt.

Die Bewässerungsplanung wird anhand eines komplexen mathematischen Modells bestimmt, das auf dem täglichen Wasserhaushalt des Boden-Pflanzen-Atmosphären-Systems basiert und auf das Bewässerungsmanagement von Nutzpflanzen auf Feldebene abzielt. Verschiedene Daten und Informationen werden kombiniert, um das genaue Volumen des Wasserbedarfs zu schätzen, einschließlich: wie viel Regenwasser in den Boden eindringt; Simulation des Wachstums des Pflanzenwurzelsystems und Wechsel der phänologischen Phasen; Zustand des Wasserstresses in der Ernte; Beitrag des Grundwassers und des Wasserflusses durch drei Bodenschichten (Oberflächenschicht, die von den Wurzeln und den darunter liegenden Schichten besetzt ist). In wenigen Sekunden wird die Gewichtung dieser Elemente in Form eines Kurznachrichtendienstes (SMS) und Informationen über das Webinterface und die Tablet-App kommuniziert. Auf diese Weise sind die Züchter mit einer einfach zu bedienenden und verständlichen Information darüber ausgestattet, wie viel Wasser ihre Ernte verbraucht hat, wie lange sie ihr Pump- oder Tropfsystem während der Bewässerung betreiben müssen und in welchem Teil ihres Eigentums sie handeln müssen, dank der Integration mit Google Maps, wo das einzelne Grundstück geolokalisiert ist.

Die von IRRINET verarbeiteten Daten werden täglich gesammelt und stammen aus drei verschiedenen Quellen: Der regionale Wetterdienst liefert meteorologische Daten (Regen und Evapotranspiration); Der regionale Geologische Dienst liefert Bodendaten und die kulturellen Parameter werden vom CER bereitgestellt.

Die IRRINET-Informationssysteme ermöglichen es dem Benutzer, Parameter auf jährlicher, monatlicher und täglicher Basis zu speichern und den Service anzupassen, indem zusätzliche Informationen zu den landwirtschaftlichen Flächen, Erntearten, lokalen Bodenfeuchtedaten, durchgeführten Bewässerungen und lokalen Grundwasserdaten angegeben werden.

Der erste IRRINET-Prototyp, der eine Web-Schnittstelle enthielt, wurde 1999 von CER mit der Einführung des Internets entwickelt, basierend auf den Ergebnissen eines Projekts von 1984, das darauf abzielte, den Einsatz von Telematik in der Landwirtschaft der Emilia Romagna zu testen. Im Jahr 2009 entwickelte sich IRRINET in IRRINET Plus, das die wirtschaftliche Berechnung des Nutzens im Zusammenhang mit der Bewässerung durch ein Ampel-Beratungssystem umsetzt. Die Landwirte werden durch den wirtschaftlichen Ansatz zur Maximierung des Gewinns bei gleichzeitiger Verringerung der Übernutzung von Wasser angeregt. Die Experten, die an der Weiterentwicklung von IRRINET beteiligt sind, arbeiten an einer engeren Integration mit offenen GIS-Informationsschichten, die die Datenmenge reduzieren können, die die Benutzer im System registrieren müssen, und an der Verwendung von Satelliteninformationen zur Bestimmung der effektiven Erntekoeffizienten (Kc) für die Berechnung des Wasserhaushalts.

Der IRRINET-Dienst umfasst derzeit mehr als 12.000 landwirtschaftliche Betriebe, die fast 22% der bewässerten Fläche in der Region Emilia-Romagna abdecken. In der Bewässerungssaison 2017 wurden 28.500 IRRINET SMS verschickt und 147.000 Bewässerungsplanungen erstellt. Die IRRINET-Anwendung im Jahr 2017 ermöglichte eine Wassereinsparung von mehr als 90 Mio. m3.

Ab 2011 brachte ein nationales Projekt namens IRRIFRAME, das von ANBI verwaltet wird, den Service in alle Bereiche, die von den italienischen Rückgewinnungsstellen und Bewässerungsagenturen verwaltet werden. Der IRRIFRAME-Dienst wird in 26.100 Paketen im gesamten italienischen Land eingesetzt und wurde Jahr für Jahr auf der Grundlage der Rückmeldungen der Nutzer und der Forschungsergebnisse verbessert.

IRRINET wurde entwickelt und wird von CER verwaltet. Ab 2011 wurde der Dienst anschließend von der Region Emilia-Romagna und ANBI in Zusammenarbeit mit CER unterstützt und kofinanziert, einschließlich eines EU-Beitrags. Jahr für Jahr haben die Rückmeldungen der Nutzer die Entwicklung der IRRINET- und IRRIFRAME-Systeme vorangetrieben.

Anfang 2019 ist IRRINET-IRRIFRAME in 16 italienischen Regionen präsent und umfasst 69 Landgewinnungsgremien und mehr als 16.000 Nutzer, von denen 12.000 nur in der Region Emilia-Romagna tätig sind, wo der Service konsolidierter ist. Das Schlüsselelement, das diese Initiative erfolgreich gemacht hat, ist das einfache, benutzerfreundliche Informationssystem mit geringen Verwaltungskosten, das für die Landwirte eingerichtet wurde, um zu entscheiden, wann und wie viel bewässert werden soll. Dieser Service ist kostenlos zugänglich und auf eine große Anzahl von Kulturen zugeschnitten.

Angesichts der unmittelbaren Vorteile für die Nutzer in Bezug auf Wasser- und Energieeinsparungen ermutigen Wassermanager (d. h. Landgewinnungsstellen) und Wasserbehörden (d. h. die Pläne zur Entwicklung des ländlichen Raums der Region Emilia-Romagna) die Landwirte und schaffen Anreize, sich an IRRINET zu halten. Wie in den Verordnungen der Emilia-Romagna festgelegt, dürfen IRRINET-Nutzer bei Wasserknappheit Oberflächenwasser aus dem gesamten Reno-Becken entnehmen, anstatt sich für Bewässerungszwecke auf Wasser zu verlassen, das vom Land Reclamation Board verwaltet wird. Darüber hinaus sind sie verpflichtet, sich bei IRRINET zu registrieren, wenn sie daran interessiert sind, eine Finanzierung aus dem regionalen Plan für die Entwicklung des ländlichen Raums zu beantragen.

IRRINET-IRRIFRAME kann einfach in andere Kontexte übertragen werden, wo lokale Daten verfügbar sind, insbesondere um das Modell auf lokale Bedingungen zu kalibrieren. Einschränkungen können sich beispielsweise auf die Verfügbarkeit meteorologischer Daten (Tagesminimum, Höchst- und Durchschnittstemperatur und stündlicher Regen) oder georeferenzierter Bodenkarten auswirken. Letztere können, sofern verfügbar, den Inputbedarf für die Schätzung der Bodenparameter verringern und die Outputergebnisse robuster machen.

Die nächsten Herausforderungen für die Weiterentwicklung der Dienste werden die Integration mit Sensor- und Aktuatorsystemen sowie die Eingabe von Erntekoeffizientendaten aus der Fernerkundung sein, um sowohl mit wenigen vom Benutzer bereitgestellten oder verfügbaren Informationen über das Gebiet als auch mit den Anforderungen an mehr Genauigkeit bei der Berechnung des Bodenwassergehalts fertig zu werden.

Seit 1999 wird der IRRINET-Dienst von CER, der Region Emilia-Romagna, ANBI und der Europäischen Union unterstützt und kofinanziert. Die Kosten für die Entwicklung des (IT-)Bewässerungsinformationssystems beliefen sich auf 200.000 Euro, einschließlich Forschungs- und Testaktivitäten. Insgesamt weist die Plattform sehr niedrige Verwaltungskosten auf, die bei etwa 0,02 €/ha liegen, und der Service wird den Endnutzern kostenlos zur Verfügung gestellt. 

Das italienische Ministerium für Agrar-, Ernährungs- und Forstpolitik nutzt IRRIFRAME zur Planung der Agrarpolitik als Reaktion auf die Bemerkungen der Europäischen Kommission zu Wassereinsparungen (gemäß dem Rahmen der Wasserrichtlinie und als Reaktion auf die Anforderungen der Leitlinien für den Gewässerschutz). Darüber hinaus wird in einigen regionalen Leitlinien IRRINET - IRRIFRAME als unterstützendes Instrument zur Erfüllung der Wasserkonditionalität der Verordnung über den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung genannt, und die Einhaltung der IRRINET-IRRIFRAME-Bewässerungsplanung ist für viele Landwirte obligatorisch.

Das IRRINET-System ist seit 1984 mit Telematik-Tools und seit 1999 mit Web-Tools in Betrieb. Die Erweiterung mit dem IRRIFRAME-System wurde in 2 Jahren von 2011 bis 2013 umgesetzt. Das IRRIFRAME WEB und die APP befinden sich derzeit (Anfang 2019) in einer Aktualisierungsphase, die von der Agronica Group Srl implementiert und verwaltet wird. Eine neue Version wird bis Ende 2019 verfügbar sein.

Das IRRINET-IRRIFRAME-System wird entsprechend den IT-Entwicklungen im Durchschnitt alle 3-5 Jahre aktualisiert.

Roberto Genovesi
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