IRRINET: Sistema di irrigazione informatica per la gestione delle acque agricole in Emilia-Romagna, Italia

Il clima e il clima rappresentano fattori chiave per la produttività dell'agricoltura e il loro impatto sul settore primario è significativo. Uno dei principali effetti del cambiamento climatico è costituito dalle variazioni di produttività e qualità della cultura dovute all'aumento della temperatura, ai cambiamenti delle tendenze pluviometriche e ai cambiamenti nella disponibilità di acqua. Nel luglio 2018 la Regione Emilia-Romagna ha adottato la Strategia regionale di adattamento e mitigazione, che fornisce un quadro comune di riferimento per valutare le implicazioni dei cambiamenti climatici nei vari settori interessati. La strategia riporta le proiezioni climatiche più recenti per la regione: per il periodo 2021-2050, nell'ambito degli scenari di emissione IPCC RCP4.5 e RCP8.5, la temperatura regionale minima e massima dovrebbe aumentare di circa 1,5ºC in inverno, primavera e autunno e circa 2,5ºC in estate. Il segnale di aumento della temperatura diventa molto più intenso, tra 3ºC e 4,5ºC, per lo scenario RCP4.5 nel periodo 2071-2100, con picchi durante la stagione estiva: il numero di giorni senza precipitazioni in estate dovrebbe aumentare di circa il 20 %.

Secondo lo scenario RCP4.5, la quantità di precipitazioni a livello regionale nel periodo 2021-2050 potrebbe diminuire durante la primavera e l'estate, mentre l'autunno può essere caratterizzato da un aumento (circa il 20 %). Un segnale simile è stato trovato per lo scenario delle emissioni RCP8.5, leggermente più alto per la stagione autunnale, dove l'aumento previsto è di circa il 25-30 %.

I cambiamenti nella distribuzione geografica delle precipitazioni nella regione Emilia-Romagna hanno causato un notevole deficit idrico in alcune aree e si prevede un aumento degli episodi di carenza idrica in futuro. La disponibilità di risorse idriche è bassa rispetto ad altre regioni comprese nella pianura padana ed è colpita anche da perdite nell'attuale sistema di distribuzione idrica (Programma di Sviluppo Rurale 2014-2020). Considerando gli scenari di cambiamento climatico, la regione risulta sempre più esposta al rischio di deficit idrico, in particolare quando si considerano le colture con un ciclo di produzione primavera-estate. Queste potrebbero essere influenzate da forti diminuzioni delle rese osservate durante i precedenti eventi di siccità del 2003 e del 2012, che saranno associate a un maggiore rischio commerciale dovuto all'aumento dei costi di irrigazione.

L'Emilia-Romagna è una regione leader nella produzione agricola italiana con oltre 84.000 aziende agricole e circa 1 milione di ettari investiti. Circa il 33 % delle aziende agricole regionali comprende terreni irrigati. In questo contesto è diventato sempre più importante utilizzare l'acqua nel modo più efficiente possibile. La scarsità d'acqua e gli eventi di siccità in Emilia-Romagna sono in aumento e i cambiamenti climatici dovrebbero peggiorare tale situazione, con conseguente riduzione della quantità di acqua disponibile per l'agricoltura. Considerando gli eventi di siccità del 2012 e 2013 che hanno colpito l'Italia e in particolare alcune aree della pianura padana, l'Emilia-Romagna ha esercitato pressioni per migliorare l'efficienza dell'uso dell'acqua, introducendo nuovi criteri di governance e gestione delle risorse idriche e sviluppando e adottando tecniche innovative che consentano agli agricoltori di migliorare la produzione economica e sostenibile globale, come la programmazione idrica.

Per questi motivi, è importante stimare quantitativamente gli effetti attesi dei cambiamenti climatici sul fabbisogno idrico di irrigazione. Il sistema IRRINET fornisce una risposta a questo problema, incentivando un uso efficace delle risorse idriche, senza diminuire la qualità della produzione agricola. A lungo termine, e in particolare per quanto riguarda i cambiamenti climatici e la variabilità, IRRINET ottimizza l'uso delle risorse idriche e sostiene la produzione agricola, soprattutto negli anni asciutti.

Irrinet è un sistema informativo esperto e gratuito per la pianificazione dell'irrigazione che implementa i risultati di oltre 50 anni di ricerca sul rapporto impianto/acqua e sulla gestione sostenibile dell'irrigazione.

La pianificazione dell'irrigazione è determinata applicando un modello matematico complesso basato sull'equilibrio idrico giornaliero del sistema terreno-pianta-atmosfera volto alla gestione dell'irrigazione delle colture su scala di campo. Diversi dati e informazioni sono combinati per stimare il volume esatto della domanda di acqua, tra cui: quanta acqua piovana si infiltra nel terreno; simulazione della crescita del sistema radicale vegetale e alternanza delle fasi fenologiche; stato di stress idrico nella coltura; apporto di acqua sotterranea e il flusso dell'acqua attraverso tre strati di terreno (strato superficiale occupato dalle radici e dagli strati sottostanti). In pochi secondi la ponderazione di questi elementi viene comunicata sotto forma di un servizio di messaggi brevi (SMS) e di informazioni tramite interfaccia Web e Tablet App. In questo modo, i coltivatori sono dotati di informazioni facili da usare e comprensibili sulla quantità di acqua utilizzata dalla loro coltura, per quanto tempo hanno bisogno di far funzionare il loro sistema di pompaggio o gocciolamento durante l'irrigazione e in quale parte della loro proprietà devono agire, grazie all'integrazione con Google maps dove il singolo appezzamento di terreno è geolocalizzato.

I dati trattati da IRRINET sono raccolti quotidianamente e provengono da tre diverse fonti: il servizio meteorologico regionale fornisce dati meteorologici (pioggia e evapotraspirazione); il servizio geologico regionale fornisce dati sul suolo e i parametri culturali sono forniti dal CER.

I sistemi informativi IRRINET consentono all'utente di memorizzare i parametri su base annuale, mensile e giornaliera e personalizzare il servizio specificando ulteriori informazioni sugli appezzamenti agricoli, sui tipi di colture, sui dati relativi all'umidità del suolo locale, sulle irrigazioni e sui dati relativi alle acque sotterranee locali.

Il primo prototipo IRRINET, che comprendeva un'interfaccia web, è stato sviluppato dal CER nel 1999 con l'arrivo di Internet, sulla base dell'esito di un progetto del 1984 volto a testare l'uso della telematica nell'agricoltura Emilia Romagna. Nel 2009 IRRINET si è evoluta in IRRINET Plus che implementa il calcolo economico dei benefici legati all'irrigazione attraverso un sistema di consulenza semaforica. Gli agricoltori sono stimolati dall'approccio economico per massimizzare il profitto riducendo al contempo l'uso eccessivo di acqua. Gli esperti coinvolti nell'ulteriore avanzamento di IRRINET stanno lavorando a una più stretta integrazione con strati informativi GIS aperti che possono ridurre la quantità di dati che gli utenti sono tenuti a registrare nel sistema e sull'uso di informazioni satellitari per determinare i coefficienti di coltura efficaci (Kc) per il calcolo del bilancio idrico.

Il servizio Irrinet coinvolge attualmente più di 12.000 aziende agricole, coprendo quasi il 22 % della superficie irrigata dell'Emilia-Romagna. Nella stagione di irrigazione 2017 sono stati inviati 28.500 SMS IRRINET e sono stati prodotti 147.000 programmi di irrigazione. L'applicazione Irrinet nel 2 017 ha consentito un risparmio idrico per oltre 90 milioni di m³.

A partire dal 2011, un progetto nazionale denominato IRRIFRAME gestito da ANBI ha portato il servizio a tutte le aree gestite dai pannelli di bonifica e dalle agenzie di irrigazione italiane. Il servizio IRRIFRAME viene applicato in 26.100 pacchi in tutto il paese italiano ed è stato migliorato anno dopo anno sulla base del feedback degli utenti e dei risultati della ricerca.

Irrinet è stato sviluppato ed è gestito dal CER. A partire dal 2011 il servizio è stato successivamente sostenuto e cofinanziato dalla Regione Emilia-Romagna e dall'ANBI in collaborazione con il CER, compreso anche il contributo dell'UE. Anno dopo anno, i feedback degli utenti hanno guidato l'evoluzione dei sistemi IRRINET e IRRIFRAME.

All'inizio del 2019, IRRINET-IRRIFRAME è presente in 16 regioni italiane e coinvolge 69 comitati di bonifica del territorio e più di 16.000 utenti, di cui 12.000 solo in Emilia-Romagna, dove il servizio è più consolidato. L'elemento chiave che ha portato al successo di questa iniziativa è il semplice, con bassi costi di gestione, un sistema d'informazione facile da usare che è stato istituito per consentire agli agricoltori di decidere quando e quanto irrigare. Questo servizio è accessibile senza costi aggiuntivi ed è adattato per un gran numero di colture.

Visti i benefici diretti per gli utenti in termini di risparmio idrico ed energetico, i gestori dell'acqua (ossia i comitati di bonifica del territorio) e le autorità idriche (vale a dire i piani di sviluppo rurale della regione Emilia-Romagna) incoraggiano e incentivano gli agricoltori ad aderire all'IRRINET. Come indicato nella normativa Emilia-Romagna, invece di affidarsi all'acqua per scopi irrigui gestiti dal Land Reclamation Board, gli utenti IRRINET sono autorizzati a prelevare le acque superficiali dall'intero bacino di Reno in caso di carenza idrica. Inoltre, hanno l'obbligo di registrarsi a IRRINET nel caso in cui fossero interessati a richiedere il finanziamento del piano regionale di sviluppo rurale.

Irrinet-IRRIFRAME può essere facilmente trasferito in altri contesti ovunque siano disponibili dati locali, in particolare per calibrare il modello in condizioni locali. La limitazione può, ad esempio, influire sulla disponibilità di dati meteorologici (minuti giornalieri, temperatura massima e media e pioggia oraria) o di mappe georeferenziate del suolo. Questi ultimi, se disponibili, possono ridurre il fabbisogno di input per la stima dei parametri del suolo e rendere i risultati di output più robusti.

Le prossime sfide per l'evoluzione del servizio saranno l'integrazione con i sistemi di sensori e attuatori, nonché i dati sul coefficiente di coltura di input forniti dal telerilevamento, per far fronte sia alle poche informazioni fornite dall'utente o disponibili sull'area sia alle esigenze di maggiore precisione nel calcolo del contenuto idrico nel suolo.

A partire dal 1999, il servizio IRRINET è stato supportato e cofinanziato da CER, Regione Emilia-Romagna, ANBI e Unione Europea. I costi per lo sviluppo del sistema d'informazione sull'irrigazione (IT) ammontavano a 200 000 EUR, comprese le attività di ricerca e di test. Nel complesso, la piattaforma presenta costi di gestione molto bassi, pari a circa 0,02 EUR/ha e il servizio è fornito gratuitamente agli utenti finali. 

Il Ministero delle Politiche Agricole Alimentari e Forestali utilizza IRRIFRAME per pianificare le politiche agricole in risposta alle osservazioni della Commissione Europea sul risparmio idrico (secondo il Quadro della Direttiva Acque e in risposta ai requisiti delle Linee Guida per la Protezione delle Acque). Inoltre, alcune linee guida regionali menzionano IRRINET — IRRIFRAME come strumento di supporto per soddisfare la condizionalità idrica del regolamento del Fondo europeo di sviluppo regionale e il rispetto della programmazione di irrigazione IRRINET-IRRIFRAME è obbligatorio per molti agricoltori.

Il sistema IRRINET è operativo dal 1984 con strumenti telematici e dal 1999 con strumenti web. L'estensione con il sistema IRRIFRAME è stata implementata in 2 anni dal 2011 al 2013. IRRIFRAME WEB e APP sono attualmente (inizio 2019) in fase di aggiornamento implementata e gestita da Agronica Group Srl. Una nuova versione sarà disponibile entro la fine del 2019.

Il sistema IRRINET-IRRIFRAME viene aggiornato in base agli sviluppi IT in media ogni 3-5 anni.

Roberto Genovesi
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Stefano Anconelli
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