IRRINET: IT-bevattningssystem för vattenförvaltning inom jordbruket i Emilia-Romagna, Italien

Väder och klimat är nyckelfaktorer för jordbrukets produktivitet och deras inverkan på primärsektorn är betydande. En av de viktigaste effekterna av klimatförändringar består av variationer i produktivitet och kulturkvalitet på grund av temperaturökning, förändringar av pluviometriska trender och förändringar i vattentillgången. I juli 2018 antog regionen Emilia-Romagna den regionala strategin för anpassning och begränsning, som utgör en gemensam referensram för att bedöma klimatförändringarnas konsekvenser i de olika berörda sektorerna. Strategin rapporterar om de senaste klimatprognoserna för regionen: För perioden 2021–2050 förväntas den lägsta och högsta regionala temperaturen enligt IPCC:s utsläppsscenarier RCP4.5 och RCP8.5 öka med omkring 1,5 °C på vintern, våren och hösten och med omkring 2,5 °C på sommaren. Signalen för temperaturökning blir mycket intensivare, mellan 3 °C och 4,5 °C, för scenariot RCP4.5 under perioden 2071–2100, med toppar under sommarsäsongen: Antalet dagar utan nederbörd under sommaren förväntas öka med cirka 20 %.

Enligt RCP4.5-scenariot kan mängden nederbörd på regional nivå under perioden 2021–2050 minska under våren och sommaren, medan hösten kan kännetecknas av en ökning (cirka 20 %). En liknande signal hittades för RCP8.5-utsläppsscenariot, något högre för höstsäsongen där den förväntade ökningen är cirka 25-30%.

Förändringar i den geografiska fördelningen av nederbörden i regionen Emilia-Romagna har orsakat betydande vattenbrist i vissa områden och perioder av vattenbrist förväntas öka i framtiden. Tillgången på vattenresurser är låg jämfört med andra regioner i Podalen och påverkas också av förluster i det nuvarande vattendistributionssystemet (Programmadi Sviluppo Rurale 2014–2020). Med tanke på klimatscenarierna är regionens resultat alltmer utsatta för risken för vattenbrist, särskilt när grödor med en vår- och sommarproduktionscykel beaktas. Dessa kan påverkas av de kraftiga minskningar av avkastningen som inträffade under de tidigare torkahändelserna 2003 och 2012, vilket kommer att vara förknippat med en större affärsrisk på grund av de ökade bevattningskostnaderna.

Emilia-Romagna är en ledande region inom italiensk jordbruksproduktion med mer än 84 000 gårdar och cirka 1 miljon hektar investerade. Omkring 33 % av de regionala jordbruken omfattar bevattnad mark. I detta sammanhang blev det allt viktigare att använda vattnet så effektivt som möjligt. Vattenbristen och torkan ökar i Emilia-Romagna och klimatförändringarna förväntas förvärra denna situation, vilket leder till en minskning av den mängd vatten som finns tillgänglig för jordbruket. Med tanke på torkan 2012 och 2013, som drabbade Italien och särskilt vissa områden i Podalen, har den regionala myndigheten i Emilia-Romagna satt press på att förbättra vattenanvändningens effektivitet genom att införa nya kriterier för förvaltning och förvaltning av vattenresurser och utveckla och anta innovativ teknik som kan göra det möjligt för jordbrukare att förbättra den övergripande ekonomiska och hållbara produktionen, såsom vattenplanering.

Av dessa skäl är det viktigt att göra en kvantitativ uppskattning av klimatförändringarnas förväntade effekter på behovet av bevattningsvatten. IRRINET-systemet ger ett svar på denna fråga och uppmuntrar till en effektiv användning av vattenresurser, utan att minska kvaliteten på växtodlingen. På lång sikt, och särskilt när det gäller klimatförändringar och variationer, optimerar IRRINET användningen av vattenresurser och upprätthåller jordbruksproduktionen, särskilt under torra år.

IRRINET är ett expertbaserat och kostnadsfritt informationssystem för bevattningsplanering som implementerar resultaten av mer än 50 års forskning om förhållandet mellan växter och vatten och hållbar bevattningshantering.

Bevattningsschemat bestäms med hjälp av en komplex matematisk modell baserad på daglig vattenbalans i jord-växt-atmosfärsystemet som syftar till bevattning av grödor på fältskala. Olika data och information kombineras för att uppskatta den exakta volymen av vattenbehovet, inklusive: hur mycket regnvatten som tränger in i marken, Simulering av växtrotsystemets tillväxt och växling av de fenologiska faserna. tillståndet för vattenstress i grödan; Underjordsvattnets bidrag och vattenflödet genom tre jordlager (ytskiktet upptas av rötterna och de underliggande lagren). På några sekunder kommuniceras viktningen av dessa element i form av en kort meddelandetjänst (SMS) och information via webbgränssnitt och Tablet App. På detta sätt är odlarna utrustade med en lättanvänd och förståelig information om hur mycket vatten deras gröda har använt, hur länge de behöver köra sin pump eller droppsystem under bevattning och i vilken del av deras egendom de måste agera, tack vare integration med Google Maps där den enda tomten är geolokaliserad.

Uppgifterna som behandlas av IRRINET samlas in dagligen och kommer från tre olika källor: Den regionala vädertjänsten tillhandahåller meteorologiska data (regn och evapotranspiration). Den regionala geologiska tjänsten tillhandahåller markdata och de kulturella parametrarna tillhandahålls av CER.

IRRINET-informationssystemen gör det möjligt för användaren att lagra parametrar på årlig, månatlig och daglig basis och anpassa tjänsten genom att ange ytterligare information om jordbruksytor, typer av grödor, lokala markfuktighetsdata, utförda bevattningar och lokala grundvattendata.

Den första IRRINET-prototypen, som inkluderade ett webbgränssnitt, utvecklades av CER 1999 med ankomsten av Internet, baserat på resultatet av ett 1984-projekt som syftade till att testa användningen av telematik i Emilia Romagna-jordbruket. Under 2009 utvecklades IRRINET i IRRINET Plus som genomför ekonomisk beräkning av fördelarna med bevattning genom ett trafikljusrådgivningssystem. Jordbrukarna stimuleras av den ekonomiska strategin för att maximera vinsten och samtidigt minska överanvändningen av vatten. De experter som arbetar med att vidareutveckla IRRINET arbetar med en närmare integration med öppna GIS-informationslager som kan minska den mängd data som användarna uppmanas att registrera i systemet och om användningen av satellitinformation för att bestämma de effektiva grödkoefficienterna (Kc) för beräkningen av vattenbalansen.

IRRINET-tjänsten omfattar för närvarande mer än 12 000 gårdar, som täcker nästan 22 % av den bevattnade arealen i regionen Emilia-Romagna. Under bevattningssäsongen 2017 skickades 28 500 IRRINET SMS och 147 000 bevattningsscheman producerades. IRRINET-applikationen 2017 möjliggjorde vattenbesparingar på mer än 90 miljoner m3.

Från och med 2011 har ett nationellt projekt kallat IRRIFRAME, som förvaltas av ANBI, tagit tjänsten till alla områden som förvaltas av de italienska återvinningsnämnderna och bevattningsbyråerna. IRRIFRAME-tjänsten används i 26 100 paket i hela Italien och har förbättrats från år till år på grundval av användarnas återkoppling och resultaten av forskning.

IRRINET utvecklades och förvaltas av CER. Från och med 2011 har tjänsten därefter fått stöd och samfinansierats av regionen Emilia-Romagna och ANBI i samarbete med CER, inklusive EU-bidrag. År för år har användarnas feedback drivit utvecklingen av IRRINET- och IRRIFRAME-systemen.

I början av 2019 finns IRRINET-IRRIFRAME i 16 italienska regioner och omfattar 69 markåtervinningsnämnder och mer än 16 000 användare, varav 12 000 endast finns i regionen Emilia-Romagna där tjänsten är mer konsoliderad. Den viktigaste faktorn som gjorde detta initiativ framgångsrikt är det enkla, med låga förvaltningskostnader, användarvänliga informationssystem som har inrättats för att jordbrukarna ska kunna bestämma när och hur mycket de ska bevattna. Denna tjänst är tillgänglig utan avgift och är skräddarsydd för ett stort antal grödor.

Med tanke på de direkta fördelarna för användarna när det gäller vatten- och energibesparingar uppmuntrar och uppmuntrar vattenförvaltare (dvs. markåtervinningsnämnder) och vattenmyndigheter (dvs. landsbygdsutvecklingsplanerna i regionen Emilia-Romagna) jordbrukare att ansluta sig till IRRINET. Som anges i Emilia-Romagna-förordningarna får IRRINET-användare, i stället för att förlita sig på vatten för bevattningsändamål som förvaltas av Land Reclamation Board, ta ut ytvatten från hela Reno-bassängen under vattenbristförhållanden. Dessutom är de skyldiga att registrera sig hos IRRINET om de är intresserade av att ansöka om finansiering från den regionala planen för landsbygdsutveckling.

IRRINET-IRRIFRAME kan enkelt överföras till andra sammanhang där lokala data finns tillgängliga, särskilt för att kalibrera modellen till lokala förhållanden. Begränsningar kan till exempel påverka tillgången till meteorologiska data (daglig min-, max- och medeltemperatur och regn per timme) eller georefererade markkartor. Dessa senare, om de finns tillgängliga, kan minska behovet av insatsvaror för uppskattning av markparametrar och göra outputresultaten mer robusta.

Nästa utmaningar för tjänsteutvecklingen kommer att vara integreringen med sensor- och ställdonssystem samt indata för skördekoefficienter som tillhandahålls genom fjärranalys, för att hantera både få uppgifter från användaren eller tillgängliga om området och behovet av mer noggrannhet i beräkningen av markvatteninnehållet.

Från och med 1999 har IRRINET-tjänsten fått stöd och samfinansierats av CER, Emilia-Romagna-regionen, ANBI och Europeiska unionen. Kostnaderna för utvecklingen av informationssystemet för bevattning uppgick till 200 000 euro, inklusive forsknings- och testverksamhet. Totalt sett har plattformen mycket låga förvaltningskostnader, omkring 0,02 euro/ha, och tjänsten tillhandahålls gratis till slutanvändarna. 

Det italienska ministeriet för jordbruks-, livsmedels- och skogsbrukspolitik använder IRRIFRAME för att planera jordbrukspolitiken som svar på Europeiska kommissionens iakttagelser om vattenbesparingar (enligt ramdirektivet för vatten och som svar på kraven i riktlinjerna för vattenskydd). I vissa regionala riktlinjer nämns dessutom IRRINET - IRRIFRAME som ett stödverktyg för att uppfylla vattenvillkoren i förordningen om Europeiska regionala utvecklingsfonden och det är obligatoriskt för många jordbrukare att följa bevattningsschemat för IRRINET-IRRIFRAME.

IRRINET-systemet är i drift sedan 1984 med telematikverktyg och sedan 1999 med webbverktyg. Förlängningen med IRRIFRAME-systemet genomfördes på två år från 2011 till 2013. IRRIFRAME WEB och APP är för närvarande (i början av 2019) under en uppdateringsfas som genomförs och förvaltas av Agronica Group Srl. En ny version kommer att finnas tillgänglig i slutet av 2019.

IRRINET-IRRIFRAME-systemet uppdateras i enlighet med IT-utvecklingen i genomsnitt vart tredje till femte år.

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