Misura e Modellazione degli Scambi Idrici nel Sistema Continuo SPA e approfondimenti sulle Funzioni di Stress Idrico: Applicazione alla coltura dell’Olivo

Gli effetti negativi dovuti ai periodi di aridità che caratterizzano i Paesi del bacino del Mediterraneo (Rebetez et al. 2006) determinano nel suolo una ridotta disponibilità di acqua per le piante e quindi l’insorgenza inevitabile di una forma importante di stress abiotico (Nielsen et al., 1996). In particolare, nel bacino del Mediterraneo l'aridità ambientale viene ancor più accentuata da fattori climatici poiché, in corrispondenza del periodo estivo, alle scarse o assenti precipitazioni sono associate elevate temperature che si traducono in un aumento della domanda evapotraspirativa dell’atmosfera. Tali effetti sono più marcati nelle regioni semiaride del bacino del Mediterraneo e più in particolare nella regione sud-orientale della penisola iberica, nell'intero Mezzogiorno italiano, nella Sardegna, nella Corsica, nella Grecia e nella gran parte della Turchia meridionale e centrale. In questi ambienti l'aridità può avere serie conseguenze negative sul funzionamento e sull’efficienza degli ecosistemi, siano essi naturali o agrari. In un ecosistema naturale la pressione ambientale influenza molto la biodiversità, in quanto in tali condizioni solo le specie in grado di sviluppare strategie come la resistenza, l’evitanza o la tolleranza alla condizione di stress hanno maggiori possibilità di sopravvivere. In un agro-ecosistema, invece, i periodi di deficit idrico che si verificano all’interno del ciclo colturale rendono necessaria l’adozione di adeguate strategie di gestione delle risorse idriche in agricoltura. Le risposte delle piante allo stress idrico sono state ampiamente studiate, soprattutto a causa dei loro effetti inibitori sulla produttività degli ecosistemi naturali ed agricoli. Forse il fatto più importante è che uno dei primi processi influenzati dallo stress idrico è l’assorbimento di acqua nelle cellule al fine di favorire i processi di distensione delle pareti cellulari e quindi l’accrescimento dei tessuti vegetali (Salisbury, 1998). L'analisi della risposta della pianta alle condizioni di deficit idrico è di difficile interpretazione e la causa può essere imputata al comportamento caotico che si riscontra nei processi di scambio idrico che si verificano tra il suolo, la pianta e l’atmosfera (Baldocchi, 1994). La complessità caotica è dovuta, non soltanto al notevole numero di variabili che entrano in gioco, ma soprattutto ai fenomeni di autoregolazione interna che si verificano tra le diverse componenti del sistema stesso. In particolare, la pianta, in virtù della capacità di mettere in atto espedienti volti a resistere, evitare o tollerrare le condizioni di deficti idrico, non può essere considerata come un semplice elemento idraulico continuo che mette in connessione l’acqua presente nel suolo con il vapore acqueo contenuto nell’atmosfera. A tale scopo l’analisi del sistema continuo Suolo-Pianta-Atmosfera rappresenta l’approccio scientificamente più valido per la descrizione degli scambi idrici tra questi comparti. All’interno del sistema continuo SPA l’assorbimento di acqua da parte delle radici è influenzata dalla diffusione di questa nell’atmosfera, ma anche dalla velocità con cui l’acqua può muoversi dal suolo alle radici. Così la velocità di traspirazione dipende non solo dall’apertura stomatica e dai fattori atmosferici che influenzano la traspirazione, ma anche dalla velocità con cui l’acqua viene assimilata per via radicale. Al fine di semplificarne lo studio, le relazioni idriche esistenti tra i comparti del sistema SPA sono state interpretate anche sulla base di analogie con altri sistemi fisici, quale può essere un circuito elettrico e nel quale il movimento dell’acqua è governato da regole analoghe a quelle che regolano il flusso di corrente elettrica, come descritto dalla legge di Ohm. Gli avanzamenti tecnico-scientifici nella micrometeorologia, nella misura dei flussi traspirativi, nella spettrometria e nel monitoraggio dei contenuti idrici del suolo, permettono di poter studiare in dettaglio il comportamento dei singoli comparti del sistema SPA. Secondo un approccio olistico, le conoscenze acquisite sulle relazioni idriche tra i tre comparti del sistema SPA, possono essere integrate attraverso formulazioni matematiche, che sono pertanto offerte come strumento per rispondere ai due fondamentali interrogativi che sono alla base dell’irrigazione di precisione: Quando e quanto irrigare. A tale scopo i modelli integrati di bilancio agro-idrologico, forniscono consigli utilizzabili nell’applicazione funzionale dell’acqua irrigua, nel rispetto sia dei vincoli fisiologici legati alla sensibilità agli stress idrici della coltura, che di quelli imposti dalla natura fisica del suolo (D’Urso, 2009). Con riferimento al comparto “pianta” nel sistema SPA, particolare importanza riveste la risposta alle condizioni di deficit idrico. Nei modelli di simulazione agroidrologica, di solito tale risposta viene implementata nei processi di attingimento idrico da parte delle radici, importanti per l’ottenimento dei flussi traspirativi effettivi a partire da quelli potenziali. Lo studio di questi processi è di rilevante importanza soprattutto in ambienti dove gli apporti idrici non risultano ottimali e nei quali pertanto sussiste, per buona parte del ciclo fenologico colturale, una condizione di stress idrico. Nasce pertanto la necessità di verificare sperimentalmente la rispondenza delle funzioni di stress idrico in ambienti come quello Mediterraneo, nel quale la condizioni deficitarie di umidità del suolo perdurano nel corso del ciclo fenologico della coltura. Nel presente studio, dopo aver analizzato in dettaglio i comparti del sistema continuo Suolo-Pianta-Atmosfera, descritto analiticamente i processi di scambio idrico che si sviluppano all’interno di ciascun comparto e presentato le più innovative tecniche per il monitoraggio dello stato idrico, viene affrontata la tematica relativa alle funzioni di stres. Con riferimento alla coltura dell’olivo, viene in particolare approfondito l'effetto di diverse schematizzazioni della funzione di stress attraverso misure di campo legate allo stato idrico del suolo (contenuti idrici e potenziali matriciali) e della pianta (potenziali xilematici e flussi traspirativi). Viene inoltre verificata la possibilità applicativa a scala puntuale sia di un modello agroidrologico a fondamento fisico, SWAP (van Dam, 2000), che della procedura semplificata descritta nel quaderno FAO n. 56 (Allen, 1996). A tale scopo, viene eseguita la validazione degli stessi modelli mediante confronto misurato-simulato dei regimi di umidità del suolo, dei flussi evapotraspirativi, misurati con uno scintillometro, e di quelli traspirativi acquisiti direttamente sulla pianta con la tecnica sap-flow. Nella presente tesi è infine presentata una banca dati basata su osservazioni sperimentali di pieno campo inerenti la variabilità temporale dei principali parametri biofisici della coltura, che intervengono nella descrizione dei processi di scambio idrico nel sistema SPA.