IRRINET: Informatyczny system nawadniania na potrzeby rolniczej gospodarki wodnej w regionie Emilia-Romania we Włoszech

Pogoda i klimat stanowią kluczowe czynniki wydajności rolnictwa, a ich wpływ na sektor pierwotny jest znaczący. Jednym z głównych skutków zmian klimatycznych są zmiany produktywności i jakości kultury spowodowane wzrostem temperatury, zmianami trendów pluwiometrycznych i zmianami dostępności wody. W lipcu 2018 r. region Emilia-Romania przyjął regionalną strategię przystosowania się do zmiany klimatu i łagodzenia jej skutków, która zapewnia wspólne ramy odniesienia do oceny skutków zmiany klimatu w różnych odnośnych sektorach. W strategii przedstawiono najnowsze prognozy klimatyczne dla regionu: w latach 2021–2050, w ramach scenariuszy emisji IPCC RCP4.5 i RCP8.5, oczekuje się, że minimalna i maksymalna temperatura regionalna wzrośnie o około 1,5 °C zimą, wiosną i jesienią oraz o około 2,5 °C latem. Sygnał wzrostu temperatury staje się znacznie bardziej intensywny, między 3 ° C a 4,5 ° C, dla scenariusza RCP4.5 w okresie 2071-2100, ze szczytami w sezonie letnim: oczekuje się, że liczba dni bez opadów w lecie wzrośnie o około 20%.

Zgodnie ze scenariuszem RCP4.5 ilość opadów na poziomie regionalnym w latach 2021–2050 może się zmniejszyć wiosną i latem, natomiast jesień może charakteryzować się wzrostem (ok. 20 %). Podobny sygnał stwierdzono w przypadku scenariusza emisji RCP8.5, nieco wyższego w sezonie jesiennym, gdzie oczekiwany wzrost wynosi około 25-30%.

Zmiany w geograficznym rozkładzie opadów deszczu w regionie Emilia-Romania spowodowały znaczny deficyt wody na niektórych obszarach i oczekuje się, że w przyszłości epizody niedoboru wody wzrosną. Dostępność zasobów wodnych jest niska w porównaniu z innymi regionami położonymi w dolinie Padu i jest również dotknięta stratami w obecnym systemie dystrybucji wody (Programma di Sviluppo Rurale 2014–2020). Biorąc pod uwagę scenariusze zmiany klimatu, region jest w coraz większym stopniu narażony na ryzyko deficytów wody, w szczególności w przypadku upraw o wiosenno-letnim cyklu produkcyjnym. Mogą one zostać dotknięte znacznym spadkiem plonów, jaki miał miejsce podczas poprzednich susz w 2003 i 2012 r., co będzie wiązało się z większym ryzykiem biznesowym wynikającym ze wzrostu kosztów nawadniania.

Emilia-Romania jest wiodącym regionem we włoskiej produkcji rolnej z ponad 84 000 gospodarstw rolnych i około 1 milionem hektarów zainwestowanych. Około 33 % regionalnych gospodarstw rolnych obejmuje grunty nawadniane. W tym kontekście coraz ważniejsze staje się jak najefektywniejsze wykorzystanie wody. Niedobór wody i susze nasilają się w regionie Emilia-Romania i oczekuje się, że zmiana klimatu pogorszy tę sytuację, a w konsekwencji zmniejszy ilość wody dostępnej dla rolnictwa. Biorąc pod uwagę susze z 2012 r. i 2013 r., które dotknęły Włochy, a w szczególności niektóre obszary doliny Padu, władze regionalne regionu Emilia-Romania wywierają presję na poprawę efektywności wykorzystania wody, wprowadzając nowe kryteria dotyczące zarządzania zasobami wodnymi i gospodarowania nimi oraz opracowując i przyjmując innowacyjne techniki, które mogą umożliwić rolnikom poprawę ogólnej produkcji gospodarczej i zrównoważonej, takie jak planowanie dostaw wody.

Z tych powodów ważne jest ilościowe oszacowanie przewidywanego wpływu zmiany klimatu na zapotrzebowanie na wodę do nawadniania. System IRRINET stanowi odpowiedź na ten problem, zachęcając do efektywnego wykorzystania zasobów wodnych, bez obniżania jakości produkcji roślinnej. W perspektywie długoterminowej, a w szczególności w odniesieniu do zmian klimatu i zmienności, IRRINET optymalizuje wykorzystanie zasobów wodnych i podtrzymuje produkcję rolną, zwłaszcza w latach suchych.

IRRINET to oparty na ekspertach i bezpłatny system informacyjny do planowania nawadniania, który wdraża wyniki ponad 50-letnich badań nad relacją roślin / wody i zrównoważonym zarządzaniem nawadnianiem.

Harmonogram nawadniania określa się, stosując złożony model matematyczny oparty na dziennym bilansie wodnym systemu glebowo-roślinno-atmosferycznego, mający na celu zarządzanie nawadnianiem upraw w skali pola. Różne dane i informacje są łączone w celu oszacowania dokładnej objętości zapotrzebowania na wodę, w tym: ile wody deszczowej przenika do gleby; symulacja wzrostu systemu korzeniowego rośliny i zmiany faz fenologicznych; stan deficytu wody w uprawie; udział wód podziemnych i przepływ wody przez trzy warstwy gleby (warstwa powierzchniowa zajmowana przez korzenie i warstwy podziemne). W ciągu kilku sekund wagi tych elementów są przekazywane w formie krótkiej usługi wiadomości (SMS) i informacji za pośrednictwem interfejsu internetowego i aplikacji Tablet. W ten sposób plantatorzy są wyposażeni w łatwe w użyciu i zrozumiałe informacje o tym, ile wody zużyła ich uprawa, ile czasu potrzebują na uruchomienie systemu pompowego lub kroplowego podczas nawadniania i w jakiej części swojej nieruchomości muszą działać, dzięki integracji z mapami Google, gdzie pojedyncza działka jest geolokalizowana.

Dane przetwarzane przez IRRINET są gromadzone codziennie i pochodzą z trzech różnych źródeł: regionalna służba meteorologiczna dostarcza danych meteorologicznych (deszczowych i ewapotranspiracyjnych); regionalna służba geologiczna dostarcza dane dotyczące gleby, a parametry kulturowe są dostarczane przez CER.

Systemy informacyjne IRRINET umożliwiają użytkownikowi przechowywanie parametrów w ujęciu rocznym, miesięcznym i dziennym oraz dostosowanie usługi poprzez określenie dodatkowych informacji na temat działek rolnych, rodzajów upraw, lokalnych danych dotyczących wilgotności gleby, przeprowadzonych nawadniań i lokalnych danych dotyczących wód gruntowych.

Pierwszy prototyp IRRINET, który zawierał interfejs internetowy, został opracowany przez CER w 1999 roku wraz z pojawieniem się Internetu, w oparciu o wynik projektu z 1984 roku mającego na celu testowanie wykorzystania telematyki w rolnictwie Emilia Romagna. W 2009 roku IRRINET ewoluował w IRRINET Plus, który wdraża ekonomiczne obliczenie korzyści związanych z nawadnianiem za pośrednictwem systemu doradztwa w zakresie sygnalizacji świetlnej. Podejście ekonomiczne stymuluje rolników do maksymalizacji zysków przy jednoczesnym ograniczeniu nadmiernego zużycia wody. Eksperci zaangażowani w dalszy rozwój IRRINET pracują nad ściślejszą integracją z otwartymi warstwami informacyjnymi GIS, które mogą zmniejszyć ilość danych, które użytkownicy są proszeni o rejestrację w systemie, oraz nad wykorzystaniem informacji satelitarnych do określenia efektywnych współczynników upraw (Kc) do obliczania bilansu wodnego.

Usługa IRRINET obejmuje obecnie ponad 12 000 gospodarstw rolnych, obejmujących prawie 22% nawadnianego obszaru w regionie Emilia-Romania. W sezonie nawadniania 2017 wysłano 28 500 SMS-ów IRRINET i wyprodukowano 147 000 harmonogramów nawadniania. Aplikacja IRRINET w 2017 r. pozwoliła zaoszczędzić ponad 90 mln m3 wody.

Począwszy od 2011 r. krajowy projekt o nazwie IRRIFRAME, zarządzany przez ANBI, wprowadził usługę na wszystkie obszary zarządzane przez włoskie rady rekultywacyjne i agencje nawadniające. Usługa IRRIFRAME jest stosowana w 26 100 paczkach w całym kraju i z roku na rok ulega poprawie na podstawie informacji zwrotnych od użytkowników i wyników badań.

IRRINET został opracowany i jest zarządzany przez CER. Począwszy od 2011 r. usługa ta była następnie wspierana i współfinansowana przez region Emilia-Romania i ANBI we współpracy z CER, w tym również z wkładem UE. Z roku na rok opinie użytkowników napędzały ewolucję systemów IRRINET i IRRIFRAME.

Na początku 2019 roku IRRINET-IRRIFRAME jest obecny w 16 włoskich regionach i obejmuje 69 zarządów rekultywacji gruntów i ponad 16 000 użytkowników, z których 12 000 znajduje się tylko w regionie Emilia-Romania, gdzie usługa jest bardziej skonsolidowana. Kluczowym elementem, który przyczynił się do powodzenia tej inicjatywy, jest prosty, przy niskich kosztach zarządzania, przyjazny dla użytkownika system informacyjny, który został ustanowiony dla rolników w celu decydowania o tym, kiedy i ile nawadniać. Usługa ta jest dostępna bez opłat i jest dostosowana do dużej liczby upraw.

Biorąc pod uwagę bezpośrednie korzyści dla użytkowników pod względem oszczędności wody i energii, zarządcy wody (tj. rady ds. rekultywacji gruntów) i organy ds. gospodarki wodnej (tj. plany rozwoju obszarów wiejskich regionu Emilia-Romania) zachęcają rolników do przestrzegania IRRINET i zachęcają ich do tego. Jak stwierdzono w przepisach dotyczących regionu Emilia-Romania, zamiast polegać na wodzie do celów nawadniania zarządzanej przez Land Reclamation Board, użytkownicy IRRINET mogą pobierać wody powierzchniowe z całego basenu Reno w warunkach niedoboru wody. Ponadto są one zobowiązane do zarejestrowania się w IRRINET w przypadku zainteresowania ubieganiem się o dofinansowanie z regionalnego planu rozwoju obszarów wiejskich.

IRRINET-IRRIFRAME można łatwo przenieść do innych kontekstów wszędzie tam, gdzie dostępne są dane lokalne, w szczególności w celu skalibrowania modelu do warunków lokalnych. Ograniczenie może na przykład wpłynąć na dostępność danych meteorologicznych (codziennie min, max i średnia temperatura oraz godzinny deszcz) lub georeferencyjnych map gleby. Te ostatnie, jeśli są dostępne, mogą zmniejszyć zapotrzebowanie na środki do szacowania parametrów gleby i sprawić, że wyniki produkcji będą bardziej solidne.

Kolejnymi wyzwaniami związanymi z ewolucją usług będzie integracja z systemami czujników i siłowników, a także dane dotyczące współczynnika upraw wejściowych dostarczane za pomocą teledetekcji, aby poradzić sobie zarówno z niewielką ilością informacji dostarczonych przez użytkownika lub dostępnych na danym obszarze, jak i potrzebą większej dokładności w obliczaniu zawartości wody w glebie.

Od 1999 r. usługa IRRINET jest wspierana i współfinansowana przez CER, region Emilia-Romania, ANBI i Unię Europejską. Koszty opracowania informatycznego systemu informacji o nawadnianiu wyniosły 200 000 EUR, w tym koszty działań badawczych i testowych. Ogólnie rzecz biorąc, platforma wykazuje bardzo niskie koszty zarządzania, które wynoszą około 0,02 EUR/ha, a usługa jest świadczona bezpłatnie dla użytkowników końcowych. 

Włoskie Ministerstwo Polityki Rolnej, Żywnościowej i Leśnej wykorzystuje IRRIFRAME do planowania polityki rolnej w odpowiedzi na uwagi Komisji Europejskiej dotyczące oszczędności wody (zgodnie z ramową dyrektywą wodną oraz w odpowiedzi na wymogi wytycznych dotyczących ochrony wód). Ponadto w niektórych wytycznych regionalnych wymienia się IRRINET – IRRIFRAME jako narzędzie wspierające spełnienie warunków dotyczących wody określonych w rozporządzeniu w sprawie Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego, a przestrzeganie harmonogramu nawadniania IRRINET-IRRIFRAME jest obowiązkowe dla wielu rolników.

System IRRINET działa od 1984 roku z narzędziami telematycznymi, a od 1999 roku z narzędziami internetowymi. Rozszerzenie o system IRRIFRAME zostało wdrożone w ciągu 2 lat od 2011 do 2013 roku. IRRIFRAME WEB i APP są obecnie (na początku 2019 r.) w fazie aktualizacji wdrożonej i zarządzanej przez Agronica Group Srl. Nowa wersja będzie dostępna do końca 2019 roku.

System IRRINET-IRRIFRAME jest aktualizowany zgodnie z rozwojem IT średnio co 3-5 lat.

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