IRRINET: Maatalouden vesihuollon kastelujärjestelmä Emilia-Romagnassa, Italiassa

Sää ja ilmasto ovat keskeisiä tekijöitä maatalouden tuottavuuden kannalta, ja niiden vaikutus alkutuotantoon on merkittävä. Ilmastonmuutoksen tärkeimpiä vaikutuksia ovat lämpötilan noususta johtuvat tuottavuuden ja viljelyn laadun vaihtelut, pluviometristen suuntausten muutokset ja veden saatavuuden muutokset. Emilia-Romagnan alue hyväksyi heinäkuussa 2018 alueellisen sopeutumis- ja hillitsemisstrategian, joka tarjoaa yhteisen viitekehyksen ilmastonmuutoksen vaikutusten arvioimiseksi asianomaisilla eri aloilla. Strategiassa raportoidaan alueen tuoreemmista ilmastoennusteista: vuosina 2021–2050 IPCC:n päästöskenaarioissa RCP4.5 ja RCP8.5 alueellisen vähimmäis- ja enimmäislämpötilan odotetaan nousevan noin 1,5 celsiusastetta talvella, keväällä ja syksyllä ja noin 2,5 celsiusastetta kesällä. Lämpötilan noususignaalista tulee paljon voimakkaampi, 3–4,5 °C, skenaariossa RCP4.5 vuosina 2071–2100, ja huiput ovat kesäkaudella: Niiden päivien määrän, joina ei sada kesällä, odotetaan kasvavan noin 20 prosenttia.

RCP4.5-skenaarion mukaan sademäärä alueellisella tasolla vuosina 2021–2050 voi vähentyä kevään ja kesän aikana, kun taas syksylle voi olla ominaista kasvu (noin 20 %). Samanlainen signaali havaittiin RCP8.5-päästöskenaariossa, hieman korkeampi syyskaudella, jolloin odotettu kasvu on noin 25-30%.

Emilia-Romagnan alueen sademäärien maantieteellisessä jakautumisessa tapahtuneet muutokset ovat aiheuttaneet merkittävää vesivajetta joillakin alueilla, ja vesipulajaksojen odotetaan lisääntyvän tulevaisuudessa. Vesivarojen saatavuus on vähäistä verrattuna muihin Po-joen laakson alueisiin, ja siihen vaikuttavat myös nykyisen vedenjakelujärjestelmän häviöt( Programma di Sviluppo Rurale 2014–2020). Ilmastonmuutosskenaariot huomioon ottaen alue altistuu yhä enemmän vesivajeen riskille, erityisesti kun otetaan huomioon kevään ja kesän tuotantosyklin viljelykasvit. Niihin saattaa vaikuttaa edellisten vuosien 2003 ja 2012 kuivuuskausien aikana koettu satojen voimakas pieneneminen, johon liittyy suurempi liiketoimintariski kastelukustannusten nousun vuoksi.

Emilia-Romagna on Italian maataloustuotannon johtava alue, jolla on yli 84 000 maatilaa ja noin miljoona hehtaaria investointeja. Alueellisista tiloista noin 33 prosenttia on kasteltua maata. Tässä yhteydessä tuli yhä tärkeämmäksi käyttää vettä mahdollisimman tehokkaasti. Veden niukkuus ja kuivuus lisääntyvät Emilia-Romagnassa, ja ilmastonmuutoksen odotetaan pahentavan tilannetta, mikä vähentää maatalouden käytettävissä olevan veden määrää. Ottaen huomioon vuosien 2012 ja 2013 kuivuustapahtumat, jotka vaikuttivat Italiaan ja erityisesti joihinkin Po-joen laakson alueisiin, Emilia-Romagnan alueviranomainen on painostanut parantamaan vedenkäytön tehokkuutta ottamalla käyttöön uusia vesivarojen hallinnointia ja hallintaa koskevia kriteerejä sekä kehittämällä ja ottamalla käyttöön innovatiivisia tekniikoita, joiden avulla viljelijät voivat parantaa yleistä taloudellista ja kestävää tuotantoa, kuten vedenkäytön suunnittelua.

Näistä syistä on tärkeää arvioida määrällisesti ilmastonmuutoksen ennakoituja vaikutuksia kasteluveden tarpeeseen. IRRINET-järjestelmä tarjoaa vastauksen tähän kysymykseen ja kannustaa vesivarojen tehokkaaseen käyttöön heikentämättä kasvintuotannon laatua. Pitkällä aikavälillä ja erityisesti ilmastonmuutoksen ja vaihtelun osalta IRRINET optimoi vesivarojen käyttöä ja ylläpitää maataloustuotantoa erityisesti kuivina vuosina.

IRRINET on asiantuntijapohjainen ja maksuton kasteluaikataulujen tietojärjestelmä, joka toteuttaa yli 50 vuoden tutkimustulokset kasvien ja veden suhteesta ja kestävästä kastelun hallinnasta.

Kasteluaikataulu määritetään soveltamalla monimutkaista matemaattista mallia, joka perustuu maaperän, kasvien ja ilmakehän järjestelmän päivittäiseen vesitasapainoon, jonka tarkoituksena on viljelykasvien kastelun hallinta kenttämittakaavassa. Vedenkysynnän tarkan määrän arvioimiseksi yhdistetään erilaisia tietoja, mukaan lukien: kuinka paljon sadevettä imeytyy maahan; kasvin juuriston kasvun simulointi ja fenologisten faasien vuorottelu; viljelykasvin vesistressin tila; maanalaisen veden osuus ja veden virtaus kolmen maakerroksen läpi (juurten ja alla olevien kerrosten peittämä pintakerros). Muutamassa sekunnissa näiden elementtien painotus välitetään lyhytsanomapalvelun (SMS) ja tiedon muodossa Web-käyttöliittymän ja Tablet App -sovelluksen kautta. Tällä tavoin viljelijät saavat helppokäyttöiset ja ymmärrettävät tiedot siitä, kuinka paljon vettä heidän satonsa on käyttänyt, kuinka kauan heidän on käytettävä pumppu- tai tippumisjärjestelmää kastelun aikana ja missä osassa omaisuuttaan heidän on toimittava, kiitos Google-karttojen integroinnin, jossa yksittäinen tontti on geolokalisoitu.

IRRINETin käsittelemät tiedot kerätään päivittäin ja ne tulevat kolmesta eri lähteestä: alueellinen sääpalvelu tuottaa meteorologisia (sade- ja haihdunta) tietoja; alueellinen geologinen palvelu toimittaa maaperätietoja, ja CER toimittaa kulttuuriset parametrit.

IRRINET-tietojärjestelmien avulla käyttäjä voi tallentaa parametreja vuosittain, kuukausittain ja päivittäin ja mukauttaa palvelua määrittämällä lisätietoja viljelylohkoista, viljelykasvityypeistä, paikallisista maaperän kosteustiedoista, suoritetuista kasteluista ja paikallisista pohjavesitiedoista.

Ensimmäinen IRRINET-prototyyppi, joka sisälsi verkkokäyttöliittymän, kehitettiin CER:n toimesta vuonna 1999 Internetin myötä. Prototyyppi perustui vuonna 1984 toteutettuun hankkeeseen, jonka tarkoituksena oli testata telematiikan käyttöä Emilia-Romagnan maataloudessa. Vuonna 2009 IRRINET kehittyi IRRINET Plus -ohjelmassa, joka toteuttaa kasteluun liittyvän hyödyn taloudellisen laskennan liikennevalojen neuvontajärjestelmän avulla. Taloudellinen lähestymistapa kannustaa viljelijöitä maksimoimaan voitot ja vähentämään samalla veden liikakäyttöä. IRRINETin kehittämiseen osallistuvat asiantuntijat pyrkivät tiiviimpään integrointiin avoimiin paikkatietojärjestelmätietokerroksiin, mikä voi vähentää käyttäjien järjestelmään rekisteröimien tietojen määrää, sekä satelliittitietojen käyttöön efektiivisten viljelykertoimien (Kc) määrittämiseksi vesitaseen laskentaa varten.

IRRINET-palveluun kuuluu tällä hetkellä yli 12 000 maatilaa, jotka kattavat lähes 22 prosenttia Emilia-Romagnan alueen kastellusta pinta-alasta. Vuoden 2017 kastelukaudella lähetettiin 28 500 IRRINET SMS -viestiä ja tuotettiin 147 000 kasteluaikataulua. IRRINET-sovellus mahdollisti vuonna 2017 yli 90 miljoonan m3:n vedensäästön.

ANBI:n hallinnoima kansallinen IRRIFRAME-hanke toi palvelun vuodesta 2011 alkaen kaikille Italian kierrätyskeskusten ja kastelulaitosten hallinnoimille alueille. IRRIFRAME-palvelua käytetään 26 100 paketissa eri puolilla Italiaa, ja sitä on parannettu vuosittain käyttäjien palautteen ja tutkimustulosten perusteella.

IRRINET on kehitetty ja sitä hallinnoi CER. Vuodesta 2011 lähtien palvelua ovat tukeneet ja yhteisrahoittaneet Emilia-Romagnan alue ja ANBI yhteistyössä CER:n kanssa, myös EU:n rahoitusosuus. Vuosi vuodelta käyttäjien palautteet ovat ohjanneet IRRINET- ja IRRIFRAME-järjestelmien kehitystä.

Vuoden 2019 alussa IRRINET-IRRIFRAME on läsnä 16 Italian alueella, ja siihen kuuluu 69 maankäyttölautakuntaa ja yli 16 000 käyttäjää, joista 12 000 on vain Emilia-Romagnan alueella, jossa palvelu on vakiintuneempi. Keskeinen tekijä tämän aloitteen onnistumisessa on yksinkertainen, pienin hallintokustannuksin toimiva ja käyttäjäystävällinen tietojärjestelmä, jonka avulla viljelijät voivat päättää, milloin ja kuinka paljon kastellaan. Tämä palvelu on käytettävissä maksutta ja se on räätälöity suurelle määrälle viljelykasveja.

Koska käyttäjille koituu suoria hyötyjä veden ja energian säästämisen muodossa, vesihuollosta vastaavat tahot (eli maankäyttölautakunnat) ja vesiviranomaiset (eli Emilia-Romagnan alueen maaseudun kehittämissuunnitelmat) kannustavat viljelijöitä liittymään IRRINET-verkostoon. Kuten Emilia-Romagnan asetuksissa todetaan, IRRINET-käyttäjät voivat ottaa pintavettä koko Renon altaasta vesipulan aikana sen sijaan, että ne luottaisivat maankäyttöviraston hallinnoimaan kasteluveteen. Lisäksi niiden on rekisteröidyttävä IRRINET-verkostoon, jos ne ovat kiinnostuneita hakemaan rahoitusta alueellisesta maaseudun kehittämissuunnitelmasta.

IRRINET-IRRIFRAME voidaan helposti siirtää muihin konteksteihin aina, kun paikallisia tietoja on saatavilla, erityisesti mallin kalibroimiseksi paikallisiin olosuhteisiin. Rajoitukset voivat vaikuttaa esimerkiksi säätietojen (päivittäinen vähimmäis-, enimmäis- ja keskilämpötila sekä sadetunti) tai georeferoitujen maaperäkarttojen saatavuuteen. Jälkimmäiset, jos niitä on saatavilla, voivat vähentää maaperäparametrien estimointiin tarvittavia panoksia ja tehdä tuotostuloksista vankempia.

Palvelun kehittämisen seuraavat haasteet ovat integrointi anturi- ja toimilaitejärjestelmiin sekä kaukokartoituksen tuottamat viljelykerrointiedot, jotta voidaan selviytyä sekä käyttäjän toimittamasta tai alueesta saatavilla olevasta vähäisestä tiedosta että tarpeesta tarkempaan maaperän vesipitoisuuden laskentaan.

Vuodesta 1999 lähtien IRRINET-palvelua ovat tukeneet ja rahoittaneet CER, Emilia-Romagnan alue, ANBI ja Euroopan unioni. (Tietoteknisen) kastelutietojärjestelmän kehittämiskustannukset olivat 200 000 euroa, mukaan lukien tutkimus- ja testaustoiminta. Kaiken kaikkiaan alustan hallinnointikustannukset ovat hyvin alhaiset, noin 0,02 euroa/ha, ja palvelu tarjotaan ilmaiseksi loppukäyttäjille. 

Italian maatalous-, elintarvike- ja metsätalousministeriö käyttää IRRIFRAMEa maatalouspolitiikan suunnittelussa vastauksena Euroopan komission huomautuksiin veden säästämisestä (vesipuitedirektiivin mukaisesti ja vastauksena vesien suojelua koskevien suuntaviivojen vaatimuksiin). Lisäksi joissakin alueellisissa suuntaviivoissa mainitaan IRRINET - IRRIFRAME tukivälineenä Euroopan aluekehitysrahastoa koskevan asetuksen vesiehtojen täyttämiseksi ja IRRINET-IRRIFRAME-kasteluaikataulun noudattaminen on pakollista monille viljelijöille.

IRRINET-järjestelmä on ollut toiminnassa vuodesta 1984 telematiikkatyökaluilla ja vuodesta 1999 verkkotyökaluilla. Laajennus IRRIFRAME-järjestelmällä toteutettiin kahdessa vuodessa vuosina 2011–2013. IRRIFRAME WEB ja APP ovat tällä hetkellä (vuoden 2019 alussa) päivitysvaiheessa, jonka toteuttaa ja jota hallinnoi Agronica Group Srl. Uusi versio on saatavilla vuoden 2019 loppuun mennessä.

IRRINET-IRRIFRAME-järjestelmä päivitetään tietotekniikan kehityksen mukaan keskimäärin 3-5 vuoden välein.

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