Document

PROPRIETA’ DELL’ACQUA
molecola asimmetrica
dipolo
il lato positivo è attratto da cariche negative
carattere bipolare dell’acqua
il lato negativo è attratto da cariche positive
con cationi e anioni
forte interazione con sostanze solide e altre molecole
con altre molecole d’acqua COESIONE
PROPRIETA’ DELL’ACQUA
acqua
H2O
p.m. 18
punto di ebollizione
100 °C
calore latente di vaporizzazione 2,45 MJ kg-1 586 cal g-1 di acqua
confronto con altri composti dell’idrogeno con peso molecolare simile
ammoniaca NH3
p.m. 17
punto di ebollizione
-33 °C
calore latente di vaporizzazione 1,36 MJ kg-1 324 cal g-1 di acqua
idrogeno solforato H2S p.m. 34
punto di ebollizione
-62 °C
calore latente di vaporizzazione 0,55 MJ kg-1 132 cal g-1 di acqua
vantaggio dell’elevato calore latente di vaporizzazione
effetto di raffreddamento
FASI DELL’ACQUA
Solido Liquido Gassoso
TRANSIZIONI DI FASE
Fase iniziale
Solida
Liquida
Liquida
Vapore
Solida
Vapore
Fase finale
Liquida
Solida
Vapore
Liquida
Vapore
Solida
Passaggio
Fusione
Solidificazione
Evaporazione
Condensazione
Sublimazione
Deposizione o
Brinamento
sublimazione
fusione
condensazione
solidificazione
evaporazione
deposizione
CALORE LATENTE
Energia che deve essere fornita o rimossa da 1 kg di
una sostanza per trasformarla da una fase all'altra.
Durante il processo di trasformazione la temperatura
del sistema rimane costante.
ENERGIA NECESSARIA NELLE TRANSIZIONI DI FASE
Evaporazione
assorbe energia
2,45 MJ kg-1 di acqua
586 cal g-1 di acqua
riduzione della
temperatura dell’aria
0,334 MJ kg-1 di acqua
79 cal g-1 di acqua
Solidificazione
libera energia
aumento della
temperatura dell’aria
PROPRIETA’ DELL’ACQUA
0,042 MJ kg-1 °C-1
 elevato calore specifico
vantaggio
1 cal g-1 °C-1
lievi incrementi di temperatura anche
assorbendo notevoli quantità di calore
determina grande stabilità termica
nei tessuti dei vegetali
 elevata tensione superficiale
vantaggio
adesione e capillarità
capacità di penetrare e circolare tra le
cellule e negli interstizi dei tessuti vegetali
(peli radicali e cellule del mesofillo)
 elevata azione solvente e idrolizzante dovuta alla bipolarità
vantaggio
solubilizza gli elementi nutritivi
rendendoli disponibili per le piante
reagente in tutti i processi
metabolici nella pianta
ASSORBIMENTO E RISALITA DELL’ACQUA NELLE PIANTE
Il passaggio dell’acqua all’interno della pianta è continuo
atmosfera
camere sottostomatiche
cellule del mesofillo
tessuti vascolari
radici
soluzione circolante
ASSORBIMENTO E RISALITA DELL’ACQUA NELLE PIANTE
 l’acqua penetra nelle radici
attraverso i peli radicali (grossi vacuoli)
Meccanismo
Imbibizione (capillarità - osmosi)
 attraversa le cellule
dell’epidermide
meccanismo
osmosi
 penetra nei tessuti xilematici
e si crea un flusso continuo verso
l’alto: CORRENTE DI TRASPIRAZIONE
meccanismo
tensione idrostatica
coesione
condizione essenziale la
colonna d’acqua non deve
subire interruzioni
ASSORBIMENTO E RISALITA DELL’ACQUA NELLE PIANTE
 nelle foglie fuoriesce dai
fasci vascolari e si muove
tra le cellule del mesofillo
meccanismo
adesività
capillarità
 dal mesofillo passa alle
camere sottostomatiche e
fuoriesce dalle aperture
stomatiche
meccanismo
evaporazione
INTENSITÀ DI TRASPIRAZIONE
in condizioni di buon rifornimento idrico
aumenta fino alle prime ore del pomeriggio
successivamente diminuisce
si riduce notevolmente nelle ore notturne
DINAMICA GIORNALIERA DELL’ACQUA E DEL POTENZIALE IDRICO NELLA PIANTA
Il potenziale idrico fogliare alla mattina è prossimo allo zero, man mano che
trascorre la giornata diventa sempre più negativo sino a raggiungere, in condizioni
normali, valori di -0,5 MPa -0,7 MPa.
In condizioni di stress il potenziale idrico fogliare può raggiungere i -1,5 ÷ -1,7 MPa.
DEFICIT IDRICO
traspirazione
> assorbimento radicale = deficit idrico
ore più calde della giornata
deficit idrici moderati
inevitabili
limitato contenuto idrico del terreno
bassa umidità relativa nell’atmosfera
anche in condizioni di buon
rifornimento idrico del suolo
La pianta ristabilisce l’equilibrio idrico durante la notte
Ψpianta = Ψterreno
DEFICIT IDRICO
ogni giorno si verificano fluttuazioni dello stato idrico della pianta
deficit idrici pesanti
compromettono le funzioni vitali della pianta
CONSEGUENZE DEL DEFICIT IDRICO
Modificazioni anatomiche
Ridotta distensione cellulare
Organi di dimensioni ridotte
Cuticola spessa
Lignificazione precoce dei tessuti
Modificazioni dello sviluppo
Accorciamento del ciclo
drought escape
Compromissione di germinazione, impollinazione,
fecondazione, granigione, ecc..
Cascola di foglie, fiori, frutti, ecc..
Modificazioni metaboliche
Ridotta assimilazione netta
Ostacolo della sintesi proteica
accumulo di nitrati nei tessuti
FUNZIONI DELL’ACQUA NELLA PIANTA
Importanza dell’acqua per la pianta
È reagente nella sintesi fotosintetica e in tutti i
processi idrolitici
Regola la moltiplicazione e l’espansione cellulare
È solvente delle sostanze nutritive del terreno
permettendone l’assorbimento
È veicolo degli elementi nutritivi e dei prodotti
metabolici sintetizzati all’interno delle piante
TRASPIRAZIONE
Azione termoregolatrice
Relazione tra potenziale idrico, espansione fogliare
e fotosintesi in piante di mais (Kramer, 1983)
FUNZIONI DELL’ACQUA NELLA PIANTA
Regola la moltiplicazione e l’espansione cellulare
impartisce turgore alle cellule che aumentano di volume
determina la forma, la struttura e la dimensione della pianta
fornisce supporto meccanico ai tessuti non lignificati
Divisione
cellulare
Distensione
cellulare
AZIONE SOLVENTE DELL’ACQUA
L’acqua è in grado di sciogliere un maggior numero e una
maggiore quantità di sostanze rispetto a qualsiasi altro liquido
È solvente delle sostanze nutritive del
terreno permettendone l’assorbimento
È veicolo degli elementi nutritivi e dei
prodotti metabolici sintetizzati all’interno
delle piante
TRASPIRAZIONE
TRASPIRAZIONE
Azione termoregolatrice
Evaporazione
assorbe energia
2,45 MJ kg-1 di acqua
586 cal g-1 di acqua
riduzione della temperatura dell’aria
ACQUA COSTITUZIONALE
Radici:
Contenuto idrico di alcune parti Orzo, porzione apicale
Pinus taeda, porzione apicale
di pianta (% del peso fresco)
Pinus taeda, micorriza
Carota, parte edule
(Kramer, 1983)
Girasole, sistema radicale
Steli e fusti:
Asparago, punta
Girasole, media steli interi
Pinus banksiana
Pinus echinata, floema
Pinus echinata, legno
Pinus taeda, ramoscelli
Foglie:
Lattuga, foglie interne
Girasole, foglie in piante di 7
settimane
Cavolo, maturo
Granturco, maturo
Frutti:
Pomodoro
Cocomero
Fragola
Mela
Semi:
Granturco, mat. cerosa
Granturco, secco
Orzo
Arachide
3 – 5 g l-1
%
93,0
90,2
74,8
88,2
71,0
Kramer e Wiebe, 1952
Hodgson, 1953
Hodgson,1953
Chatfield e Adams, 1940
Wilson et al., 1953
88,3
87,5
48,0-61,0
66,0
50,0-60,0
55,0-57,0
Daughters e Glenn, 1946
Wilson et al., 1953
Raber, 1937
Huckenpahier, 1936
Huckenpahier, 1936
McDermott, 1941
94,8
81,0
86,0
77,0
Chatfield e Adams, 1940
Wilson ai al., 1953
Miller, 1938
Miller, 1938
94,1
92,1
89,1
84,0
Chatfield e Adams, 1940
Chatfield e Adams, 1940
Daughters e Glenn, 1946
Daughters e Glenn, 1946
84,8
11,0
10,2
5,1
Daughtera e Glenn, 1946
Chatfield e Adams, 1940
Chatfield e Adams, 1940
Chatfield e Adams, 1940
EVAPOTRASPIRAZIONE
Il contributo di
questi processi
varia in funzione
dello stato di
crescita della
coltura
EVAPOTRASPIRAZIONE
Consumo idrico
Acqua costituzionale
Acqua traspirata
Acqua evaporata
Fattori che condizionano i consumi idrici delle colture
Colturali
Pedologici
Climatici
CAUSE DI VARIABILITÀ COLTURALI
6
ETE (mm d-1)
Specie e varietà
Fittezza (n° piante m-2)
Stadio di sviluppo
7
5
4
3
2
1
INTERVENTI IRRIGUI
0
MAR APR MAG GIU LUG AGO
Variazione di ETE in funzione dello stadio di sviluppo
di una coltura di barbabietola da zucchero a semina
primaverile (Istituto di Agronomia di Bari)
CAUSE DI VARIABILITA’ PEDOLOGICHE
7
6
ETe(mm d-1)
Caratteristiche fisiche
Concentrazione di sali
Contenuto di umidità
5
4
3
2
1
0
MAR APR MAG
GIU
LUG
Andamento dei consumi idrici di una coltura di barbabietola
a semina primaverile in condizioni idriche prossime alla capacità di campo
, senza apporti irrigui
, ed in
situazioni intermedie
CAUSE DI VARIABILITA’ CLIMATICHE
Radiazione solare e temperatura
Umidità dell’aria
Ventosità
Evapotraspirazione potenziale di riferimento (ET0)
Quantità d’acqua evapotraspirata, in un determinato
intervallo,da un terreno coperto da una coltura di festuca
arundinacea di taglia bassa, fitta, uniforme e in piena
attività vegetativa, ben rifornito d’acqua.
STIMA DELL’EVAPOTRASPIRAZIONE
Metodi indiretti
Metodi empirici di relazione tra l’evapotraspirazione misurata ed uno o più
fattori del clima
Temperatura
Metodo
RH.
Vento
Eliofania
relativa
Thornthwaite
X
Blaney-Criddle
X
(X)
(X)
(X)
Radiazione
solare
X
(X)
(X)
(**)
Hargreaves
X
Turc
X
(*)
Penman
X
X
X
(X)
(X)
Evaporimetro
Radiazione
globale
Radiazione
netta
Radiazione.
astron.
Evaporato
X
X
X
(**)
X
X
(X)
X = Valori misurati (*) = per umidità inferiore al 50%
(X) = Valori stimati (**) = in assenza del dato della radiazione globale
X
STIMA DELL’EVAPOTRASPIRAZIONE
Metodo di Turc
Tmed = temperatura media mensile
Rg = radiazione globale
Turc vs Penman
Turc
Penman
Hargreaves
ET0 = 0,0023 . Ra . ( Tmean + 17,8 ) . ( Tmax – Tmin )0,5
ET0 = 0,0013 . Ra . (Tmean + 17) . [(Tmax – Tmin) – 0,0123 . P]0,76
Tmean = Temperatura media (°C)
Tmax = Media delle temperature massime (°C)
Tmin = media delle temperature minime (°C)
Ra = Radiazione astronomica (mm d-1)
P = precipitazioni (mm)
Radiazione astronomica (Ra) (mm d-1 ) al 15° giorno dei 12 mesi dell’anno alle diverse
latitudini per la formula di Hargreaves
Lat.
deg.
50
48
46
44
42
40
38
36
34
32
30
28
26
24
22
20
Jan
3,6
4,1
4,6
5,1
5,6
6,1
6,6
7,1
7,6
8,1
8,6
9,1
9,5
10,0
10,5
10,9
Feb
5,9
6,4
6,9
7,3
7,8
8,3
8,8
9,2
9,7
10,1
10,5
10,9
11,3
11,8
12,1
12,5
Mar
9,1
9,5
9,9
10,3
10,7
11,1
11,5
11,8
12,2
12,5
12,8
13,1
13,4
13,7
13,9
14,2
Apr
12,9
13,1
13,4
13,7
13,9
14,2
14,4
14,6
14,7
14,9
15,0
15,1
15,3
15,3
15,4
15,5
Northem Hemisphere
May Jun July Aug
15,7 17,0 16,4 14,0
15,8 17,1 16,5 14,2
16,0 17,1 16,6 14,4
16,0 17,1 16,6 14,6
16,1 17,1 16,6 14,8
16,2 17,1 16,6 15,0
16,3 17,1 16,6 15,1
16,3 17,0 16,6 15,3
16,3 17,0 16,6 15,3
16,3 16,9 16,6 15,5
16,3 16,8 16,6 15,5
16,3 16,7 16,5 15,6
16,3 16,6 16,4 15,6
16,2 16,4 16,3 15,6
16,1 16,3 16,2 15,7
16,0 16,1 16,0 15,6
Sep
10,5
10,9
11,2
11,6
11,9
12,2
12,5
12,9
13,1
13,4
13,6
13,8
14,1
14,2
14,4
14,6
Oct
6,9
7,4
7,8
8,3
8,7
9,2
9,6
10,0
10,4
10,9
11,3
11,6
12,0
12,3
12,6
13,0
Nov
4,2
4,7
5,1
5,7
6,2
6,7
7,1
7,6
8,1
8,6
9,1
9,5
10,0
10,4
10,9
11,3
Dec
3,1
3,5
4,0
4,5
5,1
5,5
6,0
6,6
7,1
7,5
8,1
8,6
9,1
9,5
10,0
10,4
Hargreaves vs Penman
Penman
Hargreaves
Penman
Hargreaves
STIMA DELL’EVAPOTRASPIRAZIONE
Evaporimetro di classe A
Ubicazione dell’evaporimetro
Prato irrigato e sfalciato
Terreno nudo
Relazione tra ETP ed evaporazione da evaporimetro
ET0 = E x Kp
E = evaporato
Kp = coefficiente di vasca
CONVERSIONE DELL’EVAPORAZIONE IN ETP0
Coefficienti (Kp) per evaporimetro pan di Classe A
Veloc.
Vento
m s-1
<2
2-5
5-8
>8
D*
1
10
100
1
10
100
1
10
100
1
10
100
Su prato
Su terreno nudo
Umidità relativa (%)
Umidità relativa (%)
<40
0,55
0,65
0,70
0,50
0,60
0,65
0,45
0,55
0,60
0,40
0,45
0,50
<40 40-70 > 70
0,70 0,80 0,85
0,60 0,70 0,80
0,55 0,65 0,75
0,65 0,75 0,80
0,55 0,65 0,70
0,50 0,60 0,65
0,60 0,65 0,70
0,50 0,55 0,65
0,45 0,50 0,60
0,50 0,60 0,65
0,45 0,50 0,55
0,40 0,45 0,50
40-70
0,65
0,75
0,80
0,60
0,70
0,75
0,50
0,60
0,65
0,45
0,55
0,60
> 70
0,75
0,85
0,85
0,65
0,75
0,80
0,60
0,65
0,70
0,50
0,60
0,65
D* = Distanza tra l'evoporimetro e i bordi del prato o
del terreno lavorato, sulla direzione del vento.
EVAPOTRASPIRAZIONE POTENZIALE DELLE COLTURE (ETPC)
ET0
Kc
ETc
Scelta del Kc
Stadi del ciclo delle colture
Iniziale
germinazione, emergenza,
10% di copertura del terreno
Di copertura
fino ad un grado di copertura
del 70 – 80%
Di pieno sviluppo
grado di copertura massimo
Finale
riempimento dei semi,
senescenza, maturazione
COEFFICIENTI COLTURALI (Kc)
1.4
1,15
1.2
1.0
0,80
Kc
0.8
0,60
0.6
0.4
0,35
0.2
0.0
0
20
40
Stadio1 Stadio2
60
80
Stadio3
100 120 140
Stadio4
ETPC = ETP0 x Kc
COEFFICIENTI COLTURALI (Kc)
Coefficienti colturali (Kc) per le quattro fasi del ciclo colturale
COEFFICIENTI COLTURALI (Kc)
ET0= 3 mm d-1
ET0= 5 mm d-1
ETC= 1 mm d-1
ETC= 2 mm d-1
Kc=
Kc=
1
3
2
5
COEFFICIENTI COLTURALI (Kc)
ET0= 6 mm d-1
ETC= 5 mm d-1
d-1
d-1
ET0= 7 mm
ETC= 8 mm
Kc=
Kc=
5
6
8
7
COEFFICIENTI COLTURALI (Kc)
ET0= 6 mm d-1
ETC= 3 mm d-1
Kc=
ETc
ET0
Kc=
3
6
STIMA DEL COEFFICIENTE COLTURALE (Kc)
LISIMETRO
Bilancio idrico
ET = pioggia + Irrig. – Perdite ± Δw
Uso di lisimetri
Kc =
Sezione di un lisimetro: 1. Doccia di misura dell’acqua di precipitazione; 2. Recipiente di
raccolta dell’acqua di precipitazione; 3. Doccia di raccolta del deflusso superficiale e
coperchio; 4. Recipiente di raccolta del deflusso superficiale; 5. Collettore dell’acqua di
percolazione; 6. Recipiente di raccolta dell’acqua di percolazione; 7. Trasmettitore del
livello dell’acqua; 8. Tunnel dei collettori; 9. Pareti e pavimenti di calcestruzzo; 10. Vegetazione
all’interno del lisimetro ed intorno ad esso.
ETc
ET0
EVAPOTRASPIRAZIONE REALE (ETR)
ETc
richiesta evapotraspirativa dell’atmosfera
ETr
offerta da parte della vegetazione
Condizione ottimale
ETr = ETc
ETr = ETc
Incremento di ETr
aumento delle riserve idriche
irrigazione
lavorazioni
ammendamenti organici
scelta di genotipi idonei
Riduzione di ETc
riduzione dell’apporto di energia
ombreggiamento
irrigazione nebulizzante
(mist irrigation)
frangivento
Radiazione astronomica (Ra) (cal cm-2 d-1 ) al 15° giorno dei 12 mesi dell’anno
alle diverse latitudini per la formula di Turc
Lat.
Northem Hemisphere
deg.
Jan
Feb
Mar
Apr
May
Jun
July
Aug
Sep
Oct
Nov
Dec
50
212,6
343,9
530,2
752,3
919,5
996,0
960,1
821,6
613,8
403,6
243,6
179,1
48
241,2
375,0
556,5
769,1
926,7
998,4
964,9
833,6
635,3
432,3
272,3
207,8
46
269,9
403,6
580,4
785,8
933,9
1000,7
969,7
845,5
656,8
458,6
300,9
236,5
44
298,6
429,9
604,3
800,1
938,6
1000,7
972,1
857,4
678,3
484,8
332,0
265,1
42
329,6
458,6
628,1
814,4
943,4
1000,7
974,5
867,0
697,4
511,1
360,6
296,2
40
358,3
487,2
649,6
828,8
948,2
1000,7
974,5
876,5
716,5
537,4
389,3
324,8
38
386,9
513,5
671,1
840,7
953,0
998,4
974,5
883,7
733,2
563,7
418,0
353,5
36
418,0
539,8
692,6
852,7
955,4
996,0
974,5
893,3
752,3
587,5
446,6
384,5
34
446,6
566,1
714,1
862,2
955,4
993,6
974,5
898,0
766,7
611,4
475,3
413,2
32
475,3
592,3
733,2
871,8
955,4
988,8
972,1
905,2
783,4
635,3
504,0
441,9
30
504,0
616,2
750,0
878,9
955,4
984,0
969,7
907,6
797,7
659,2
530,2
472,9
28
532,6
640,1
769,1
886,1
955,4
976,9
964,9
912,4
809,7
680,7
556,5
501,6
26
558,9
664,0
783,4
893,3
953,0
969,7
960,1
914,8
824,0
699,8
585,2
530,2
24
587,5
687,9
800,1
898,0
948,2
962,5
953,0
914,8
833,6
721,3
609,0
556,5
22
613,8
709,4
814,4
902,8
943,4
955,4
945,8
917,1
845,5
740,4
635,3
585,2
20
640,1
730,9
828,8
905,2
938,6
943,4
938,6
914,8
855,0
759,5
661,6
611,4