IRRINET: System nawadniania IT dla rolniczej gospodarki wodnej w Emilia-Romania, Włochy

Pogoda i klimat są kluczowymi czynnikami wydajności rolnictwa, a ich wpływ na sektor pierwotny jest znaczny. 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, zgodnie ze scenariuszami 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 latach 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 spaść wiosną i latem, natomiast jesień może charakteryzować się wzrostem (około 20%). Podobny sygnał stwierdzono w scenariuszu emisji RCP8.5, nieco wyższym w sezonie jesiennym, gdzie oczekiwany wzrost wynosi około 25-30%.

Zmiany w geograficznym rozmieszczeniu opadów deszczu w regionie Emilia-Romania spowodowały znaczny deficyt wody na niektórych obszarach i oczekuje się, że epizody niedoboru wody wzrosną w przyszłości. Dostępność zasobów wodnych jest niska w porównaniu z innymi regionami położonymi w dolinie Padu, a także ma wpływ na straty w obecnym systemie dystrybucji wody (Programmadi Sviluppo Rurale 2014–2020). Biorąc pod uwagę scenariusze zmian klimatu, wyniki regionu są w coraz większym stopniu narażone na ryzyko niedoboru wody, w szczególności w przypadku upraw o wiosenno-letnim cyklu produkcyjnym. Mogą na nie wpłynąć znaczne spadki plonów, które wystąpiły podczas poprzednich susz w 2003 i 2012 r., co będzie związane z większym ryzykiem biznesowym ze względu na wzrost kosztów nawadniania.

Emilia-Romania jest wiodącym regionem we włoskiej produkcji rolnej, w którym zainwestowano ponad 84 000 gospodarstw rolnych i około 1 miliona hektarów. Około 33% gospodarstw regionalnych 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 w 2012 i 2013 r., które dotknęły Włochy, a w szczególności niektóre obszary doliny Padu, władze regionalne regionu Emilia-Romania wywarły presję na poprawę efektywności wykorzystania wody, wprowadzając nowe kryteria dotyczące zarządzania zasobami wodnymi i zarządzania nimi oraz opracowując i przyjmując innowacyjne techniki, które mogą umożliwić rolnikom poprawę ogólnej gospodarczej i zrównoważonej produkcji, takie jak planowanie zużycia wody.

Z tych powodów ważne jest ilościowe oszacowanie przewidywanych skutków zmiany klimatu dla zapotrzebowania na wodę do nawadniania. System IRRINET stanowi odpowiedź na to pytanie, zachęcając do efektywnego wykorzystania zasobów wodnych, bez obniżania jakości produkcji roślinnej. W perspektywie długoterminowej, w szczególności w odniesieniu do zmiany klimatu i zmienności, IRRINET optymalizuje wykorzystanie zasobów wodnych i podtrzymuje produkcję rolną, zwłaszcza w suchych latach.

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

Harmonogram nawadniania określa się przy użyciu złożonego modelu matematycznego opartego na dziennym bilansie wodnym systemu gleba-roślina-atmosfera, którego celem jest zarządzanie nawadnianiem upraw w skali pola. Różne dane i informacje są łączone w celu oszacowania dokładnej wielkości zapotrzebowania na wodę, w tym: ile wody deszczowej przedostaje się do gruntu; symulację wzrostu systemu korzeniowego roślin i naprzemienności faz fenologicznych; stan niedoboru wody w uprawie; udział wód podziemnych i przepływ wody przez trzy warstwy gleby (warstwa powierzchniowa zajmowana przez korzenie i warstwy leżące u ich podstaw). W ciągu kilku sekund wagi tych elementów są przekazywane w formie usługi krótkich wiadomości (SMS) i informacji za pośrednictwem interfejsu internetowego i aplikacji na tablety. W ten sposób plantatorzy są wyposażeni w łatwą w użyciu i zrozumiałą informację o tym, ile wody zużyli ich uprawy, ile czasu potrzebują na uruchomienie pompy lub systemu 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 dane meteorologiczne (deszczowe i ewapotranspiracyjne); 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 oraz lokalnych danych dotyczących wód gruntowych.

Pierwszy prototyp IRRINET, który zawierał interfejs internetowy, został opracowany przez CER w 1999 r. wraz z pojawieniem się Internetu, w oparciu o wynik projektu z 1984 r. mającego na celu przetestowanie wykorzystania telematyki w rolnictwie Emilia Romagna. W 2009 roku IRRINET ewoluował w IRRINET Plus, który wdraża ekonomiczną kalkulację korzyści związanych z nawadnianiem za pomocą systemu doradztwa sygnalizacji świetlnej. Podejście ekonomiczne stymuluje rolników do maksymalizacji zysków przy jednoczesnym ograniczeniu nadmiernego zużycia wody. Eksperci zaangażowani w dalsze postępy IRRINET pracują nad ściślejszą integracją z otwartymi warstwami informacyjnymi GIS, które mogą zmniejszyć ilość danych, o które użytkownicy są proszeni, aby zarejestrować się 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 opracowano 147 000 harmonogramów nawadniania. Aplikacja IRRINET w 2017 r. pozwoliła na oszczędność wody na ponad 90 mln m3.

Począwszy od 2011 r., krajowy projekt o nazwie IRRIFRAME zarządzany przez ANBI wprowadził usługę na wszystkie obszary zarządzane przez włoskie deski rekultywacyjne i agencje nawadniające. Usługa IRRIFRAME jest stosowana w 26 100 paczkach w całym kraju włoskim i z roku na rok była udoskonalana w oparciu o opinie użytkowników i wyniki badań.

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

Na początku 2019 roku IRRINET-IRRIFRAME jest obecny w 16 włoskich regionach i obejmuje 69 rad rekultywacyjnych 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 stworzony, aby rolnicy mogli decydować, 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 zasobów wodnych (tj. rady ds. rekultywacji gruntów) i organy ds. gospodarki wodnej (tj. plany rozwoju obszarów wiejskich regionu Emilia-Romania) zachęcają rolników do przystąpienia do IRRINET i zachęcają ich do tego. Jak stwierdzono w przepisach Emilia-Romania, zamiast polegać na wodzie do celów nawadniania zarządzanej przez zarząd rekultywacji gruntów, 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, gdy są zainteresowane ubieganiem się o finansowanie 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., maks. i średnia temperatura oraz cogodzinny deszcz) lub georeferencyjnych map gleby. Te ostatnie, jeśli są dostępne, mogą zmniejszyć zapotrzebowanie na wsad do oszacowania parametrów gleby i sprawić, że wyniki wyjściowe będą bardziej wiarygodne.

Kolejnym wyzwaniem związanym z ewolucją usług będzie integracja z systemami czujników i siłowników, a także danymi wejściowymi dotyczącymi współczynnika upraw dostarczanymi przez teledetekcję, aby poradzić sobie zarówno z niewielką liczbą 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 systemu informacji o nawadnianiu (IT) 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 i w odpowiedzi na wymagania wytycznych dotyczących ochrony wód). Ponadto w niektórych wytycznych regionalnych wymieniono 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. Rozbudowa o system IRRIFRAME została wdrożona 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