VULNERABILITÀ DELLA COLTURA DI POMODORO AI CAMBIAMENTI CLIMATICI IN CAPITANATA Michele Rinaldi e Roberta Ubaldo Consiglio per la Ricerca e Sperimentazione in Agricoltura Unità di Ricerca per i sistemi colturali degli ambienti caldo-aridi, ex-Istituto Sperimentale Agronomico di Bari Convegno “Vulnerabilità dei sistemi colturali ai cambiamenti climatici” Bari, 18-19 Ottobre 2007 INTRODUZIONE Terzo rapporto di valutazione dell’IPCC (2001) - Confermata la tendenza al riscaldamento del clima terrestre - La maggior parte del riscaldamento è attribuito alle attività umane, in particolare alla crescita delle emissioni di gas-serra. Eventuali ulteriori aumenti delle emissioni di gas-serra possibili mutamenti futuri - Ulteriore riscaldamento - Modificazioni della quantità e dei regimi delle precipitazioni - Aumento della frequenza degli eventi climatici estremi Potenziali impatti sul settore agricolo dovuti a - Variazione della climatologia - Variazione della concentrazione di CO2 nell’atmosfera Variazioni di: - Produzioni - Fenologia - Harvest Index - Fabbisogni idrici - Efficienza d’Uso dell’Acqua Strategie di adattamento dei sistemi colturali alle mutate condizioni ambientali - Colture, varietà, ordinamenti colturali - Data di semina - Impiego di acque non convenzionali Modelli di simulazione colturale Calibrati e validati per l’ambiente di studio, permettono di apprezzare le complesse interazioni “Clima x CO2 x Management ” Strumento di previsione degli effetti dei cambiamenti climatici sull’accrescimento e sulla produttività delle colture SCOPO DEL LAVORO Valutare gli effetti dei cambiamenti climatici sulla coltura del pomodoro da industria in Capitanata, mediante l’applicazione di un modello di simulazione colturale DSSAT 4.0.2.0 CROPGRO model Il modello CROPGRO Processi di sviluppo e di accrescimento: dipendenti dalle temperature di base e ottimale (per il pomodoro 10 e 28°C, rispettivamente) 9 Accumulo di biomassa: calcolato come prodotto tra Efficienza d’Uso della Radiazione (RUE) e radiazione fotosinteticamente attiva intercettata 9 9Espansione fogliare: dipendente dall’accrescimento in peso della foglia e dall’area fogliare specifica (SLA), a sua volta dipendente da temperatura, luce e deficit idrico Coefficienti di ripartizione: per l’allocazione dei nuovi assimilati agli organi vegetativi, riproduttivi e radicali 9 La CO2 nel modello CROPGRO Fotosintesi a livello fogliare Upscaling Sub-model Fotosintesi a livello di canopy Modello complesso che simula le retroazioni tra fotosintesi bilancio idrico bilancio energetico della canopy Meccanismi che ottimizzano la fissazione del C e il bilancio idrico: stress idrico chiusura stomi Elevate [CO2 ] chiusura stomi Riduzione del flusso di CO2 nella canopy Riduzione del tasso fotosintetico Riduzione perdite d’acqua per traspirazione Calibrazione e validazione di CROPGRO Il modello è stato calibrato per la var. PS 1296 e per l’ambiente di studio (Rinaldi et al., 2007). Coefficienti genetici generati nella fase di calibrazione per il pomodoro FILE CULTIVAR FILE SPECIES FILE ECOTYPE CULTIVAR Misurato EM-FL FL-SH FL-SD PODUR Stimato da dati disponibili SLAMAX SLAMIN SLAPAR SIZREF Calibrato TRIFL LFMAX SLAVR SIZLF Valori Default 23 8 17 42 Generati 21 10 17 21 590 270 -0.047 300 500 250 -0.050 200 0.52 1.36 350 300 0.6 3.5 280 180 Indici statistici per il confronto dei valori simulati con quelli osservati per il pomodoro nella fase di validazione, validazione 2003-2004 Variabile Unità Data di maturità Alla raccolta Sost. Secca frutti Numero frutti Sost. Secca totale Durante il ciclo colturale LAI Peso foglie Peso steli Peso frutti Peso parte epigea (4) SWC 5-15 cm SCW 15-30 cm SWC 30-45 cm dap 3 106.0 Dev. St. dei valori osservati 3.7 t ha-1 n m-2 t ha-1 3 3 3 6.81 162 10.82 1.61 36 2.79 8.54 129 12.19 1.65 46 1.56 25.5 -20.2 12.7 cm2 cm-2 t ha-1 t ha-1 t ha-1 t ha-1 cm3 cm-3 cm3 cm-3 cm3 cm-3 21 24 24 14 24 29 29 29 1.4 1.38 0.84 3.98 4.48 0.34 0.35 0.36 1.0 1.15 0.76 2.57 4.52 0.06 0.06 0.06 1.1 1.01 1.11 5.09 5.09 0.39 0.40 0.40 0.7 0.76 1.03 2.61 4.81 0.05 0.05 0.03 -19.6 -26.6 32.8 27.9 13.8 14.6 15.8 10.2 (1) Numero di Osservati dati Errore Quadratico Medio Efficienza di modellizzazione (3) Coefficiente di Correlazione di Pearson (4) SWC = contenuto idrico del suolo (2) Simulati 107.0 Dev. St. Differenza dei valori RMSE (1) (%) simulati 5.0 0.9 6.6 ME (2) r (3) -2.55 -0.27 26.0 22.8 17.1 -0.20 0.96 0.56 0.98 0.94 0.99 50.1 49.6 63.3 46.0 38.9 22.6 25.0 19.8 32.3 0.50 0.65 0.51 0.49 0.85 -0.30 -0.87 -0.81 -0.02 0.76 0.90 0.92 0.84 0.94 0.37 0.14 0.20 0.64 5 - 15 cm 0.6 0.4 0.4 3 m m -3 5 - 15 cm 0.6 0.2 0.2 TDM 2003 TDM 2004 16 0 160 0 20 40 60 80 100 120 0 12 60 80 100 120 t ha 0.6 8 4 0.4 15 - 30 cm 0.6 8 0.4 4 3 m m -1 -1 t ha 40 12 15 - 30 cm -3 20 0 0.2 0 20 40 60 80 100 120 0 0.2 0 20 days after transplanting 0 0 20 40 60 80 40 100 120 100 120 0 20 40 60 80 100 120 30 - 45 cm 0.6 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2 3 m m 80 0 30 - 45 cm -3 60 days after transplanting 0 0 0 20 40 60 80 days after transplanting 100 120 0 20 40 60 80 days after transplanting 100 120 Simulazioni con il modello CROPGRO Genotipo: ibrido PS 1296, a bacca tonda Suolo: azienda sperimentale Agronomico (Foggia): dell’Istituto Sperimentale vertisuolo argillo-limoso di origine alluvionale sabbia 24.9% limo 39.7% argilla 35.4% acqua disponibile per la coltura (0-120 cm) 225 mm Simulazioni con il modello CROPGRO Management: 9 Trapianto: data di trapianto fissa (30 Aprile) 9 Concimazioni: 1) in presemina: 278 kg ha-1 di fosfato biammonico 2) in copertura (30 Maggio): 147 kg ha-1 di nitrato di ammonio 9 Raccolta: automatica a maturità della coltura Stima dell’ Evapotraspirazione: modello di Priesley-Taylor Scenari di management 1) POTENZIALE: disattivati i moduli dell’acqua e dell’azoto (nessuno stress) 2) IRR AUTO 45: irrigazione automatica in base a contenuto idrico del suolo 9 Sistema irriguo: a goccia 9 Soglia di innesco: 45% dell’acqua disponibile per la coltura 9 Strato di suolo monitorato: 0 – 30 cm 9 Volume irriguo: al ripristino della CIC 9 Termine della stagione irrigua: a maturità della coltura Dati climatici 3 serie trentennali di dati climatici ottenuti applicando il MODELLO CLIMATICO REGIONALE HadRM3P (dati forniti dal prof. M. Bindi, Università degli Studi di Firenze) 1) PASSATO: PASSATO 1961 – 1990 FUTURO: 2071 – 2100 2 scenari di emissione della CO2 selezionati tra quelli proposti dallo Special Report on Emission Scenarios (SRES) nell’ambito del processo IPCC Scenario climatico B2 Scenario climatico A2 Evoluzione delle emissioni di CO2 secondo diversi scenari socio-economici prodotti dall’IPCC per i prossimi 100 anni circa. Le diverse curve corrispondono a varie ipotesi sullo sviluppo sociale ed economico planetario Scenario A2: A2 CO2 Æcirca 850 ppm (2100) Scenario B2: B2 CO2 Æcirca 600 ppm (2100) Scenari climatici Incrementi di T max (°C) rispetto alla serie climatica passata MAGGIO - AGOSTO 8 Rispetto al passato: 7 Futuro B2 Æ + 5.2 °C 6 5 Futuro A2 Æ + 6.6 °C Futuro B2 4 Futuro A2 3 2 1 Incrementi di T min (°C) rispetto alla serie climatica passata Dicembre 7 Novembre 8 Ottobre Settembre Agosto Luglio Giugno Maggio Aprile Marzo Febbraio Gennaio 0 MAGGIO - AGOSTO 6 Futuro A2 3 2 1 Dicembre Novembre Ottobre Settembre Agosto Luglio Giugno Maggio Aprile 0 Marzo Futuro A2 Æ + 5.3 °C 4 Febbraio Futuro B2 Æ + 4.1 °C Futuro B2 Gennaio Rispetto al passato: 5 Scenari climatici Variaz. di Rad. glob. (MJ m-2 d-1) rispetto alla serie passata MAGGIO - AGOSTO 2.0 Rispetto al passato: 1.5 Futuro B2 Æ + 0.95 MJ m-2 d-1 Futuro B2 1.0 Futuro A2 Æ + 1.01 MJ m-2 d-1 Futuro A2 0.5 0.0 Dicembre Novembre Dicembre Novembre Ottobre Settembre Agosto Luglio Giugno Maggio Aprile Settembre Ottobre Futuro A2 Marzo Futuro A2 Æ – 44.6 mm MAGGIO - AGOSTO Futuro B2 Febbraio Futuro B2 Æ – 41.8 mm 30 25 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20 Gennaio Rispetto al passato: Agosto Luglio Riduzione di Pioggia (mm) rispetto alla serie climatica passata Giugno Maggio Aprile Marzo Febbraio Gennaio -0.5 Simulazioni con il modello CROPGRO Scenari di management - POTENZIALE - IRR AUTO 45 Serie climatiche - Passato - Futuro B2 - Futuro A2 1) Trascurando gli incrementi di concentrazioni di CO2 (Simulazione 1) 1 2) Fornendo in input al modello le variazioni di concentrazione della CO2 (Simulazione 2) 2 Simulazione 2 – Concentrazioni di CO2 Passato: 360 ppm di CO2 per l’intera serie 1961-1990 9 Futuro B2: concentrazione iniziale (nel 2071) di 510 ppm di CO2 e successivi incrementi di 15 ppm ad intervalli di 5 anni fino al 2100 (Æ 600 ppm) 9 Futuro A2: concentrazione iniziale (nel 2071) di 610 ppm di CO2 e successivi incrementi di 40 ppm ad intervalli di 5 anni fino al 2100 (Æ 850 ppm) 9 Risultati Simulazione 1 (senza incremento di [CO2]) Variazioni delle variabili di risposta negli scenari futuri rispetto alla seria passata, scenario POTENZIALE Variabile Biomassa epigea (t ha-1) Resa in bacche fresche (t ha-1) Data di fioritura (giorno giul.) Data di raccolta (giorno giul.) Durata del ciclo colturale (giorni) Harvest Index Passato 16.3 185.1 155 225 Diff. assol. Futuro B2 Futuro A2 -3.1 -4.1 -96.3 -120.8 -9 -10 -9 -8 Diff. % Futuro B2 Futuro A2 -18.8% -25.1% -52.0% -65.3% -5.8% -6.7% -4.1% -3.7% 105 -9 -8 -8.9% -7.8% 0.567 -0.231 -0.307 -40.8% -54.2% Simulazione 1 (senza incremento di [CO2]) Variazioni delle variabili di risposta negli scenari futuri rispetto alla seria passata, scenario IRR AUTO 45 Variabile Biomassa epigea (t ha-1) Resa in bacche fresche (t ha-1) Data di fioritura (giorno giul.) Data di raccolta (giorno giul.) Durata del ciclo colturale (giorni) Numero di irrigazioni Volume di acqua irrigua (mm) Evapotraspirazione (mm) WUE (kg s.s. m-3) IRRWUE (kg s.s. m-3) Harvest Index Passato 9.1 93.0 155 224 104 13.2 514.4 537.1 0.87 0.92 0.51 Diff. assol. Futuro B2 Futuro A2 0.5 -0.3 -18.1 -38.1 -9 -10 -9 -8 -9 -8 1.5 2.2 45.4 80.2 85.3 130.4 -0.26 -0.45 -0.24 -0.45 -0.12 -0.21 Diff. % Futuro B2 Futuro A2 5.8% -2.9% -19.5% -41.0% -5.8% -6.7% -4.1% -3.6% -8.8% -7.8% 11.4% 16.9% 8.8% 15.6% 15.9% 24.3% -29.8% -51.5% -25.4% -48.3% -23.8% -40.4% Simulazione 1 (senza incremento di [CO2]) Biomassa epigea (t ha-1) Resa in bacche fresche (t ha -1) 30 250 25 200 20 150 15 100 10 5 50 0 0 Passato Futuro - Futuro - Passato Futuro - Futuro B2 A2 B2 A2 IRR AUTO 45 Passato Futuro - Futuro - Passato Futuro - Futuro B2 A2 B2 A2 POTENZIALE IRR AUTO 45 Harvest Index POTENZIALE Durata del ciclo colturale (giorni) 0.7 115 0.6 110 0.5 105 0.4 100 0.3 95 0.2 90 0.1 85 0.0 80 Passato Futuro - Futuro - Passato Futuro - Futuro B2 A2 B2 A2 IRR AUTO 45 POTENZIALE 75 70 Passato Futuro - B2 Futuro - A2 Simulazione 1 (senza incremento di [CO2]) Numero di irrigazioni Volume di acqua irrigua (mm) 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 700 600 500 400 300 200 100 0 Passato Futuro - B2 Futuro - A2 Passato IRR AUTO 45 Futuro - B2 Futuro - A2 IRR AUTO 45 WUE (kg m-3) IRRWUE (kg m-3) 1.2 1.2 1.0 1.0 0.8 0.8 0.6 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2 0.0 0.0 Passato Futuro - B2 IRR AUTO 45 Futuro - A2 Passato Futuro - B2 IRR AUTO 45 Futuro - A2 Simulazione 2 (con incremento della [CO2]) Variazioni delle variabili di risposta negli scenari futuri rispetto alla seria passata, scenario POTENZIALE Variabile Biomassa epigea (t ha-1) Resa in bacche fresche (t ha-1) Data di fioritura (giorno giul.) Data di raccolta (giorno giul.) Durata del ciclo colturale (giorni) Harvest Index Passato 18.6 211.1 155 225 105 0.57 Diff. assol. Futuro B2 Futuro A2 1.93 1.88 -70.5 -97.0 -9 -10 -9 -8 -9 -8 -0.23 -0.29 Diff. % Futuro B2 Futuro A2 10.4% 10.1% -33.4% -46.0% -5.8% -6.7% -4.1% -3.7% -8.9% -7.8% -39.9% -51.8% Simulazione 2 (con incremento della [CO2]) Variazioni dei valori delle variabili di risposta negli scenari futuri rispetto alla seria passata, nello scenario IRR AUTO 45 Variabile Biomassa epigea (t ha-1) Resa in bacche fresche (t ha-1) Data di fioritura (giorno giul.) Data di raccolta (giorno giul.) Durata del ciclo colturale (giorni) Numero di irrigazioni Volume di acqua irrigua (mm) Evapotraspirazione (mm) WUE (kg s.s. m-3) IRRWUE (kg s.s. m-3) Harvest Index Passato 9.9 94.6 155 225 105 13.5 524.6 547.4 0.87 0.91 0.48 Diff. assol. Futuro B2 Futuro A2 2.8 3.0 1.5 -12.3 -9 -10 -9 -8 -9 -8 1.2 1.9 38.1 71.9 74.5 117.2 -0.09 -0.24 -0.04 -0.20 -0.10 -0.16 Diff. % Futuro B2 Futuro A2 27.9% 30.8% 1.6% -13.0% -5.8% -6.7% -4.1% -3.6% -8.9% -7.8% 9.2% 13.9% 7.3% 13.7% 13.6% 21.4% -10.0% -27.0% -4.5% -22.3% -20.2% -33.1% Simulazione 2 (con incremento della [CO2]) Biomassa epigea (t ha-1) Biomassa epigea (t ha -1) 30 30 25 25 20 20 15 15 10 10 5 5 0 0 Passato Futuro - Futuro - Passato Futuro - Futuro B2 A2 B2 A2 IRR AUTO 45 Passato Futuro - Futuro - Passato Futuro - Futuro B2 A2 B2 A2 POTENZIALE IRR AUTO 45 250 250 200 200 150 150 100 100 50 50 0 0 IRR AUTO 45 POTENZIALE POTENZIALE Resa in bacche fresche (t ha -1) Resa in bacche fresche (t ha -1) Passato Futuro - Futuro - Passato Futuro - Futuro B2 A2 B2 A2 Simulazione 1 Simulazione 1 Passato Futuro - Futuro - Passato Futuro - Futuro B2 A2 B2 A2 IRR AUTO 45 POTENZIALE Simulazione 2 (con incremento della [CO2]) Durata del ciclo colturale (giorni) Harvest Index 0.7 115 0.6 110 0.5 105 0.4 100 0.3 95 0.2 90 0.1 85 0.0 80 Passato Futuro - Futuro - Passato Futuro - Futuro B2 A2 B2 A2 IRR AUTO 45 75 70 Passato POTENZIALE Numero di irrigazioni Futuro - B2 Futuro - A2 Volume di acqua irrigua (mm) 700 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 600 500 400 300 200 100 0 Passato Futuro - B2 IRR AUTO 45 Futuro - A2 Passato Futuro - B2 IRR AUTO 45 Futuro - A2 Simulazione 2 (con incremento della [CO2]) WUE (kg/m 3) WUE (kg m -3) 1.2 1.2 1.0 1.0 0.8 0.8 0.6 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2 0.0 0.0 Passato Futuro - B2 Futuro - A2 Simulazione 1 Passato IRR AUTO 45 IRRWUE (kg m-3) 1.2 1.2 1.0 1.0 0.8 0.8 0.6 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2 0.0 0.0 Futuro - B2 IRR AUTO 45 Futuro - A2 IRR AUTO 45 IRRWUE (kg m-3) Passato Futuro - B2 Futuro - A2 Simulazione 1 Passato Futuro - B2 IRR AUTO 45 Futuro - A2 CONCLUSIONI Il pomodoro da industria, pianta C3 con ciclo primaverile-estivo, è stata simulata con dati climatici giornalieri relativi a due scenari futuri (A2 e B2), con e senza la variazione di [CO2] per stimare la resa potenziale e quella ottenibile con l’irrigazione automatica NON considerando l’aumento della [CO2], i due scenari climatici hanno causato una riduzione del ciclo colturale, maggiori consumi idrici, stress termici e minore produzione di biomassa e frutti (specie nell’A2), con diminuzione netta della WUE e dell’IRRWUE Se si considera, però, l’effetto positivo della [CO2] sulla fotosintesi, allora il modello evidenzia una sorta di compensazione che limita il calo produttivo (e della WUE e IRRWUE) del pomodoro al solo scenario climatico più estremo (A2) Opportune strategie di adattamento ai cambiamenti climatici (scelte dell’epoca di trapianto, della classi di precocità degli ibridi) potrebbero comunque attenuare queste risposte, mantenendo i consumi idrici sui livelli attuali. Grazie per l’attenzione