II° WORKSHOP
Progetto “Cambiamaneti Climatici e Agricoltura - CLIMAGRI”
Prima Sessione
“L’impatto del clima sulla produzione agricola”
Conoscenze attuali del
possibile impatto dei
cambiamenti climatici sulla
produzione agricola
M. Bindi
DISAT - UNIFI, P.le delle Cascine 18, 50144 - Firenze
Roma, 3 - 4 Aprile 2003
Argomenti presentazione
Relazioni tra cambiamenti
climatici ed ecosistema agricolo
Stumenti di studio
Risposta componenti sistema
agricolo
Aree vulnerabili
Strategie di adattamento
Attivita’ future di ricerca e
politica agricola
Effetto cambiamenti climatici
settori economici e dei sistemi ambientali
Cambiamenti climatici e Agricoltura
Effetto diretto + indiretto
Effetto diretto (var. gas-serra) Effetto indiretto (var. climatiche)
CO2
Possibili
Benefici dei
Cambiamenti
Climatici
sull’Agricoltura
Allungamento periodo
di crescita
Incremento
precipitazioni
Incremento
Assimilazione
Efficienza idrica
Più frequenti e
severi
Eventi siccitosi
Possibili
Svantaggi dei
Cambiamenti
Climatici
sull’Agricoltura
Crescita più veloce,periodi di
crescita più corti
Stress
termici
Innalzamento livello dei mari,
incremento alluvioni e salinizzazione
terreni
Effetto cambiamenti climatici
Componenti del sistema agricolo
Impatto sul sistema agricolo attraverso la loro azione sui
vari componenti del sistema agricolo:
Effetto diretto
Effetto indiretto
Fattori
Componenti
CO2
Piante


Animali

Acqua

Accumulo s.s.
Uso acqua
Produzione
foraggio
Riserve idriche
suolo
Suolo
Temperature







Fitopatie e
insetti
Infestanti


Qualita’ biomassa
pianta ospite
Competizione con
colture

Durata ciclo
Areali coltivazione
Crescita e
riproduzione
Richieste idriche
Salinizzazione
Decomposizione s.o.
Ciclo N,K,P
Proliferazione insetti

Pioggia/Vento

Accumulo s.s.

Salute

Altezza falda

Erosione eolica ed idrica

Diffusioni batteri e
funghi
Efficienza erbicidi
Risposta colture agricole
Strumenti e obiettivi di studio
Impatti
Circolazione
Genarale
Esperimenti
CO
11 Modelli
GCMs
Fattori
ambientali
lim.effetto
crescita
Modelli
Circolazione
Genarale
Esperimenti
effetto
CO22
Camere
di crescita
(ambiente
controllato)
Indiretti
Diretti
+ Indiretti
Diretti
Gennaio Tmed. > 4°C
Sistema
didiarricchimento
Sistema
arricchimento
Variazioni
variabili
clim. climatiche
Variazioni
variabili
Luglio Tmed
> 22°C
e < 30°C
Strumenti
Variazioni
variabili
climatiche
CO
2
2(Temp.,
FACE
2
(Temp.,
Rad.,
Rad.,
Precip.)
Precip. Ann. > 200 mm
(Temp.,
Rad.,Precip.)
Precip.)
CO
esperimenti
- -Indici
2 Modelli
(laboratorio,
Bio-climatici
crescita
serre,
GCMs
- -GCMs
FACE)
- esperimenti
CO2
Bindi e Ferrini, 1992
Variazione areale coltivazione
Obiettivi
Modifiche
Effetti
CO 2
Sviluppo,
Areali
e
altri fattori
rese,
coltivazione
limitanti
sui
produzione
risposta
fisiologica
colture
33
Modelli
Modellidi
disimulazione
simulazione
Frumento e Girasole
Variazioni
Variazioniquantita’
quantita’prod.
prod.
44
Variazione
Variazionequalita’
qualita’prod.
prod.
Modifiche
Modifichegestione
gestionecolturale
colturale(varieta’,
(varieta’,fertiliz.,
fertiliz.,ecc.)
ecc.)
FACE (condizioni di campo) Tunnel (CO2 temperatura)
Risposta delle componenti del sistema
agricolo: Piante
Frumento
11000
9000
7000
5000
(kg/ha)
• Incremento rese unitarie delle
maggiori colture agrarie ( tasso
fotosintetico;  efficienza WUE):
• C3  30 %
granella
Effetto CO2
• C4  10%
-2 0 2 4 6
Temperature (°C)
• Variazione lunghezza
periodo crescita
• Riduzione rese unitarie colture a
ciclo determinato
• Aumento rese unitarie colture a
ciclo indeterminato
(kg/ha)
• Modifica areali di coltivazione
(espansione areale di
coltivazione olivo e vite)
s.s.
Effetto variazioni climatiche
8000
7000
6000
5000
Trifoglio
-2 0 2 4 6
Temperature (°C)
Risposta delle componenti del sistema
agricolo: Piante
Effetto combinato (CO2 + variazioni climatiche)
• Produzione media

• Specie C4 e colture estive (mais, girasole) 
• Variabilita’ produzione

• Qualita’ produzione

• Specie C3 (ortaggi, frumento, vite)
maize
Yield impact (%) *
sunflower
(V+)
grape
wheat
(V+; Q-)
vegetable
-20
-10
Q= quality; V= yield variability
0
10
20
Risposta delle componenti del sistema
agricolo: Suolo
Fertilità del suolo ed erosione
• Incremento temperature:
  decomposizione sostanza organica e conseguente
riduzione di fertilità
  ciclo degli elementi nutritivi (carbonio, azoto, fosforo,
potassio) nel sistema suolo-pianta-atmosfera (aumento
emissione gas serra, es. CO2 and N2O).
• Aumento CO2:
  processi di fissazione dell’azoto per l’aumento sviluppo
radicale
  sequestro sostanza organica per l’aumento biomassa
accumulata
• Variazioni Precipitazioni:
  erosione eolica per una riduzione crescita radicale e
decomposizione s.o (minori precip. estive).
  erosione idrica (aumento frequenza ed intensita’ di eventi
piovosi estremi)
Risposta delle componenti del sistema
agricolo: Acqua
Disponibilità acqua
La disponibilità di acqua () per la contemporanea variazione delle
precipitazione e per l’aumento dell’evapotraspirazione (altri fattori
degradazione suoli e sedimentazione per erosione) (es. –20% precip.
aumento del rischio di approvvigionamento di acqua dal 1% al 38%; <1000
m3 a persona in vaste aree del sud ed est del Med.)
La domanda di acqua per irrigazione () determinando una piu’
accentuata competizione con gli altri settori (civile, industriale)
(es. aumento domanda del 7% con riduzioni precip. 10% e aumenti temp.
2°C)
Picchi di domanda per irrigazione () per una piu’ accentuata
presenza di ondate di calore
Qualità acqua
Rischio di salinizzazione delle acque () a causa di maggiori livelli
evaporativi, aumento livello mare, aumento prelievi (es. 1 m. aumento
livello mare riduzione del 40% riserve idriche, Malta)
Inquinamento delle acque () a causa della riduzione livello fiumi e
laghi.
Risposta delle componenti del sistema
agricolo: Fitopatie e Infestanti
Fitopatie
 incremento temperature potrà favorire la proliferazione degli
insetti parassiti (stagione di crescita più lunga, maggiori probabilità di
sopravvivenza durante il periodo invernale)
 Aumento concentrazioni CO2 potrà influire sui fabbisogni nutritivi
dei insetti parassiti attraverso una azione sulla quantità e la
qualità della biomassa della pianta ospitante (aumento del
rapporto C/N)
 Alterazioni delle caratteristiche dei venti potranno cambiare la
diffusione sia dei parassiti che dei batteri e dei funghi agenti delle
malattie delle colture.
Infestanti
La diversa risposta delle specie coltivate e di quelle infestanti potrà
portare ad alterazioni delle interazioni competitive infestante-coltura:
 L’incremento di concentrazione del CO2 stimolerà la fotosintesi nelle
specie C3, sia coltivate che infestanti, ed aumenterà il risparmio di uso
dell'acqua sia nelle specie C3 che in quelle C4
 Variazioni di temperatura, precipitazioni, vento e umidità dell’aria
potrà interferire con l’azione di controllo degli erbicidi
Risposta delle componenti del sistema
agricolo: Allevamento di bestiame
Effetti diretti
 azione sulla salute, sviluppo e riproduttività degli animali
Effetti indiretti
 variazioni della disponibilità e dei prezzi degli alimenti vegetali
(cereali, leguminose, ecc.)
 variazioni della produttività dei pascoli e delle colture foraggere
(impatto positivo dell’aumento delle concentrazioni di CO2 sulla
produzione di latte ottenuto da animali con una alimentazione a
base di leguminose, es. trifoglio)
 Spese di alloggiamento del bestiame (isolamento ambienti e
condizionamento dell ’aria)
 Turn-over e perdite delle sostanze nutritive per la produzione di
concime animale (aumento della volatilizzazione dell'ammoniaca
con l'aumento della temperatura)
 Variazioni della distribuzioni delle malattie che agiscono sul
bestiame
Risposte sistema agricolo: Aree Vulnerabili
Le aree marginali Settentrionali e Meridionali per la produzioni di
colture tradizionali risulteranno particolarmente sensibili e vulnerabili
ai cambiamenti climatici:
Aree settentrionali
Benefici
 introduzione nuove colture
 incremento produzioni
 espansione aree utilizzabili per la coltivazione
Svantaggi
 incremento della protezione delle piante
 incremento rischio di lisciviamento
 accelerazione decomposizione s.o.
Aree meridionali
Benefici
 introduzione nuove specie
Svantaggi
 riduzione produzioni
 incremento variabilita’ produzione
 riduzione aree utilizzabili per colture tradizionali
Strategie di adattamento
Strategie Economiche e Agronomiche avranno un ruolo
rilevante per ridurre le perdite o accentuare i guadagni
dovuti ai cambiamenti climatici:
 Strategie economiche prevedono di rendere i costi agricoli
inferiori in funzione delle variazioni che si verificheranno a
carico delle produzioni
 Strategie agronomiche prevedono di evitare totalmente o
parzialmente la riduzione delle produzioni agricole
Strategie agronomiche
 Aggiustamenti a breve-termine
 Adattamenti a lungo-termine
Strategie di adattamento:
Aggiustamenti a breve-termine
Primi interventi di difesa contro gli effetti dei cambiamenti
climatici che prevedono di ottimizzare la produzione con
variazioni minime (come costi) del sistema agricolo,
attraverso modifiche:
 gestione dei sistemi colturali
 conservazione dell'umidità del suolo
• Gestione dei sistemi colturali:
• impiego contemporaneo di varietà con caratteristiche
diverse (ridurre variabilità produzione)
• cambio varietà
• cambio pratiche agronomiche (data di semina)
• cambio tipo e/o modalità di impiego di fertilizzanti e
pesticidi
• Conservazione umidità del suolo:
• introduzione tecniche di conservazione dell'umidità
tillage, pacciamatura, ecc. )
• gestione irrigazione (ammontare ed efficienza)
(no
Strategie di adattamento:
Adattamenti a lungo-termine
Interventi che prevedono di ovviare alle avversità
determinate dai cambianti climatici attraverso modifiche
strutturali del sistema produttivo agricolo:
• Cambio
dell’uso-suolo
• Sviluppo
di nuove cultivar per adattarsi agli stress indotti
per ottimizzare o stabilizzare
produzione (es. Sostituzione di colture con alta variabilità
inter-annuale (frumento) con colture a più bassa variabilità
(pascoli))
dai cambiamenti climatici piu’ velocemente (miglioramento
genetico tradiz. o biotecnologie)
• Sostituzione
colture per conservare meglio l'umidità del
suolo (es. mais con sorgo)
• Modifiche del microclima per migliorare l’efficienza dell’uso
dell’acqua (es. frangivento, colture intercalari, ecc.)
Valutazione
dell’effetto strategie
di adattamento
Variazioni regionali (%) nella produzione di cereali e altre
colture per uno scenario futuro UKMO
Solo effetto clima
+ effetto C02
+ livello 1 adattamento *
+ livello 2 adattamento **
Source: Rosenzweig and Parry, 1994.
Cereali
Altre
colture
-23
-4
+2
+4
-13
-1
+3
+5
Livello 1 di adattamento:
• data di semina di
meno di un mese,
• cultivar,
• irrigazione (+
acqua)
Livello 2 di adattamento:
• data di semina di
piu’ di un mese,
• cultivar nuove,
• irrigazione
(installazione)
• fertilizzanti
Attività di Ricerca:
Aspetti da esaminare in dettaglio
 Sviluppo di scenari climatici futuri che forniscano
informazioni
sull’incidenza degli eventi isolati estremi
(grandine, forti venti, alluvioni, stress termici) e della
variabilità climatica
 Impatto sui fattori secondari delle produzione agricola (es.
suolo, infestanti, agenti patogeni, ecc.)
 Impiego delle tradizionali tecniche genetiche o delle nuove
biotecnologie per rispondere alle variazioni climatiche
(siccità, salinizzazione acque, ondate di caldo, gelate
tardive, ecc.)
 Studio dell’impatto dei cambiamenti climatici a livello di
sistema colturale e aziendale e non solo a livello di singola
coltura
Strategie politiche:
Risorse su cui agire
 Riformare la politica agricola per incoraggiare un uso
flessibile dei terreni agricoli (Risorsa: Terreno).
 Riformare la gestione acqua per incoraggiare un più
prudente uso delle risorse idriche (Risorsa: acqua)
 Migliorare l’efficienza della produzione di cibo ed
esplorare
nuove fonti energetiche alternative per
aumentare accumulo di carbonio nelle piante e nel suolo
(Risorsa: energia)
 Conservare il germoplasma di piante ed animali (Risorsa:
biodiversita’)
 Incoraggiare la ricerca per l’adattamento e sviluppo di
nuovi sistemi aziendali e lo sviluppo di nuove varietà,
specie ecc. (Risorsa: capacita’ di ricerca)
Conclusioni
 Le correnti differenze di capacita’ produttive tra le aree
settentrionali e meridionali si accentueranno sempre di più
 La variabilita’ delle produzioni agricole crescerà, in special
modo nelle aree più meridionali dove si accentueranno del
condizioni di stress idrici
 Le strategie di adattamento potranno essere impiegate per
ridurre gli svantaggi introdotti di cambiamenti climatici
 L’attività di ricerca dovrà orientarsi verso l’analisi
dettagliata degli effetti sui fattori secondari della
produzione e su studi a livello di sistema colturale ed
aziendale
 La futura politica agricola dovrà favorire un impiego delle
risorse piu’ flessibile (terreno) ed adeguato (acqua) in
modo tale da sopperire alla diminuzione produzione qualiquantitativa e ad aumenti della variabilità produttiva