software per l’ottimizzazione della fertirrigazione nelle colture … · 2013. 10. 11. ·...
TRANSCRIPT
-
Software per l’ottimizzazione della fertirrigazione nelle colture fuori
suolo
Dr. Luca Incrocci Dipartimento di Biologia delle Piante Agrarie,
Università di Pisa
E-mail: [email protected]
Workshop Risultati del progetto EU “Euphoros- Efficient Use of Inputs in Protected Horticulture”
Donnalucata, (Italy) 6 October 2011
1
-
Sommario
Introduzione
Nutrient solution calculator v1.0 (foglio elettronico di ExcelTM);
Simulhydro 2.0: simulatore per le differenti strategie di fertirrigazione nella coltivazione fuori suolo (foglio elettronico ExcelTM );
Hydrotools: software multi-languaggio per il calcolo della soluzione nutritiva e della simulazione degli effetti di differenti startegie di fertirrigazione sulla efficienza idrica e dei nutrienti;
2
-
Introduzione
Il principale obiettivo del progetto è stato quello di ridurre l’impatto ambientale della coltura fuori suolo, massimizzando la produzione;
La composizione della soluzione nutritiva deve essere simile alla concentrazione di assorbimento della pianta (rapporto fra inutrienti e l’acqua assorbita in un dato periodo);
l’uso di una determinata strategia di fertirrigazione può massimizzare l’efficienza idrica e nutritiva
WUE (kg/m3)= produzione totale/quantità di acqua usata
NUE (kg/g)= produzione totale/quantità di acqua usata
3
-
Introduzione/2
Nel progetto EUPHOROS, UNIPI ha studiato come ridurre l’impatto ambientale della coltura fuori suolo usando diversi approcci:
Ridurre e/o prolungare il più possibile l’uso dei substrati;
Promuovere l’uso di sistemi a ciclo chiuso al posto di quelli a ciclo aperto;
Prolungare il più possibile l’uso della soluzione nutritiva nei sistemi semi-chiusi, usando test rapidi per il monitoraggio giornaliero della soluzione nutritiva ricircolante;
I risultati dell’attività sono riassunti nel deliverable 15:
Advice system fertigation and substrate management with good and poor water quality
4
-
Visitate il sito WEB di EUPHOROS/1
Potete scaricarlo
gratuitamente! 5
www.euphoros.wur.nl
-
Visit the EUPHOROS WEB SITE/2
Disponibile in Italiano, inglese
e anche in ungherese! 6
-
Nutrient Solution calculator v1.0
• Foglio di Excel sviluppato da UNIPI per il calcolo delle soluzioni nutritive, del loro costo. Disponibile nella versione italiana, inglese and ungherese (grazie a Dr. Ombódi Attila dell’Università di Szent István, Ungheria).
•Input necessari:
Composizione chimica dell’acqua;
Ricetta nutritiva della coltura (con anche pH e EC); (contiene un database con 15 ricette nutritive standard);
Contenuto in nutrienti di acidi e concimi (contiene database con i prodotti più utilizzati)
Specifiche tecniche del fertirrigatore;
7
-
Nutrient Solution calculator V1.0
OUTPUT:
Calcolo della soluzione nutritiva e del suo costo;
calcolo dei quantitativi di sali da sciogliere per preparare lo stock (soluzione “madre”);
Test di precipitazione degli elementio nelle soluzioni stocks.
8
-
START
Valutazione
acqua irrigua
Test Dati fertirrigatore
Formula nutritiva
database
Formula nutritiva
database
Sali e
acidi
database
Sali e
acidi
database
Seleziona
Formula
nutritiva
Si
Inserisci nuova
formula nutritivaNo
pH and EC
Aggiustamento
formula nutritiva
Seleziona
sali e acidi
ReportReport((stampastampa))
Nuova
concentrazione
soluzioni stocks
No
Si
CalcoloCalcoloCalcoloCalcoloCalcoloCalcolo
Test
precipitazione
sali
Conversione unità misura
Nutrient Solution calculator v1.0: flow-chart
-
Calcolatore soluzione nutritiva v1.0: report/1
10
-
11
Calcolatore soluzione nutritiva v1.0: report/2
-
Simulhydro gestione fertirrigazione: v2.0
• Serve valutazione della quantità di acqua e nutrienti necessaria in una coltivazione fuori suolo e per la simulazione delle concentrazione di N,P,K,Na,Ca, Mg e Cl nella soluzione drenata o ricircolante .
•Input:
Acqua, ricetta nutritiva e concentrazione di assorbimento;
Dati clima (RG e temp aria) o evapotraspirazione giornaliera;
Descrizione sistema di coltivazione (volume tank soluzione nutritiva drenaggio, contenuto idrico del substrato)
Strategie di fertirrigazione: ciclo aperto, semi-chiuso e set-point per la fertirrigazione (ECMAX)
12
-
Acqua irrigua
Soluzioni stocks
Contenitore
NS
Substrato
Coltura
SISTEMA APERTO Drenato scarico
SISTEMA SEMI-CHIUSO
Traspirazione
Irrigazione
Assorbimento acqua
Iniezione (EC)
Drenaggio reciclato
Acid pH controllo
Controllo pH
Contenitore drenato
Refill
Simulhydro 2.0: sistema modellizzato
13
-
Strategie di fertilizzazione nella coltura del pomodoro(1):
Sistemi semi-chiusi
Tank
Stocks
Acqua
Strategia A: ECNS variabile
Strategia B: ECNS costante
Tank
Stocks
Acqua
Scarico Scarico
14
-
0.5
1.5
2.5
3.5
4.5
0 24 6
8 1012 14Nutrients
NaCl
Nut. Sol.
EC
NS (
ds
m-1
)
Days
0.5
1.5
2.5
3.5
4.5
0 24 6
8 1012 14Nutrients
NaClNut. Sol.
EC
NS (
ds
m-1
)
Days
0.5
1.5
2.5
3.5
4.5
0 24 6
8 1012 14Nutrients
NaClNut. Sol.
EC
NS (
ds
m-1
)
Days
Strategy A Strategy B
Strategy C
0.5
1.5
2.5
3.5
4.5
Nutrients
NaCl
Nut. Sol.
EC
D (
ds
m-1
)
Time
Strategy D
Planting
End
Strategia
sistema
aperto
Strategie di fertirrigazione (2):
Sistemi semi-chiusi vs sistemi aperti
15
-
Area fogliare
Scarico (runoff)
Concentratione ioni
Water uptake
WUE & NUE
Clima
Sistema di coltivazione
Coltura
Coltura
Qualità dell’acqua
Strategia di fertirrigazione
Coltura (produzione)
Input
Strategia di fertirrigazione
Output
Simulhydro 2.0 Fertigation management: sub-routine presenti
16
-
0
1
2
3
4
5
6Strategy A
EC
(dS
m-1
)
0
1
2
3
4
5
6Strategy B
EC
(dS
m-1)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 900
1
2
3
4
5
Strategy C
Days after planting
EC
(dS
m-1
)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 900
1
2
3
4
5
Strategy D
Days after planting
EC
(dS
m-1)
Simulhydro 2.0: validazione (EC)
17 Massa et al. 2011. Simulation of crop water and mineral relations in greenhouse soilless culture. Environmental Modelling & Software 26 (2011) 711-722.
-
Strategy A
0
4
8
12
16
Na+
NO3-
Ion c
oncentr
ation (
mol m
-3)
0
7
14
21
28
35
Strategy B
Na+
NO3-
Ion c
oncentra
tion (m
ol m
-3)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Strategy C
0
4
8
12
16
Na+
NO3-
Days after planting
Ion c
oncentr
ation (
mol m
-3)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 900
7
14
21
28
35
Strategy D
Na+
NO3-
Days after planting
Ion c
oncentra
tion (m
ol m
-3)Simulhydro 2.0: validazione (N and Na)
18
-
Simulhydro (2.0): report
19
-
HYDROTOOLS: un DSS per la gestione della fertirrigazione della coltura fuori suolo
• DSS freeware sviluppato in collaborazione con CNR-IBIMET Firenze (M. Romani, P. Battista, B. Rapi, M. Bevilacqua, L. Bacci).
• Caratteristiche principali
-Sistema modulare sviluppato in C# Microsoft .Net Frameworks 4.0 -Sistema operativo: da Windows XP sp3 a Windows 7. -Il linguaggio di default del programma è inglese e italiano. -L’architettura del sistema è basata su un database centrale che immagazzina sia gli input che gli output. -Il database implementato si basa su sistema SQLite.
20
-
Hydrotools: main components
Gestione
Lingua Pannello di
CONTROLLO Manuale
utente
DATABASE
Piattaforma
SQLite
Data
management
NS calculator
(SOL-NUTRI)
Fertigation
management
OFF-LINE (SIMULHYDRO)
Report
Statistica
Grafici
Esportazione
dati
21
-
22
Hydrotools: nuove funzionalità
• Facile selezione e calcolo delle soluzioni nutritive da utilizzarsi nelle simulazioni;
• Strumento di conversione automatica delle concentrazioni (mg/L o ppm a mol m-3)
• test di valutazione dell’acqua irrigua specie/specifico;
•Nuove funzioni per Simulhydro:
- Possibilità di simulare varie colture da serra; - Il ciclo colturale può essere diviso fino a 12 fasi differenti; - La soluzione nutritiva prima di essere scaricata può soddisfare speciali vincoli ambientali (es. Legge sulle acque reflue); - Simulazione di tutti gli elementi in tre comparti (tank soluzione irrigua, substrato e drenato).
-
Impianto commerciale semi chiuso
Acqua piovana Acqua pozzo
Daily drenage storage tank Tank of stoccaggio drenato
Drain water
Nutrient solution tank
Mixer
Sector 1
Sector 3
Sector 2
Disinfection
unit
Fertigation strategy
Day-storage tank
23
Disinfezione unità
irrigazione
Tank di stoccaggio soluzione nutritiva
Unita Fertirrigatore
Sector 1
Sector 2
Sector 3
substrato
Drenaggio giorn.
Drenaggio disinf.
-
Hydrotools partenza
24
-
Hydrotools: pannello di controllo
25
-
Scelta della lingua
Esci e salva Esci
26
-
Gestione del database
27
-
Gestione del database : inserimento di una nuova acqua
28
Acque già presenti nel database
-
Gestione del database : inserimento nuovo concime
29
Composizione dei fertilizzanti già presenti nel
database
Inserire qui la composizione del fertilizzante per
ogni ione
-
Gestione Database: inserimento nuova coltura/stadio
30
-
Gestione database : inserimento nuova ricetta nutritiva
per coltura/stadio
31
-
Gestione Database: inserimento nuove soglie
32
Valutazione dell’acqua irrigua, valori minimi e massimi tollerati dalla coltura
Valori guida per la qualità dell’acqua specie-specifici
Concentrazione ionica minima tollerata dalla
specie
Concentrazione ionica massima tollerata dalla
specie
-
Gestione Database: inserimento nuova concentrazione
di assorbimento
33
-
Gestione database : inserimento nuovo vincolo
ambientale
34
-
Solnutri: caricamento
35
-
Solnutri: calcolo di una NS
36
-
Solnutri: valutazione acqua irrigua
37
-
Solnutri: settaggio EC e pH
38
-
Solnutri: scelta degli acidi e dei fertilizzanti
39
-
Solnutri: dopo il calcolo
40
-
Solnutri: calcolo acido secondario
41
-
42
Solnutri: test di precipitazione soluzioni madri
-
Solnutri: report
43
Composizione acqua irrigua
Ricetta nutritiva
Composizione soluzione nutritiva
Quantità di Sali e acidi da sciogliere negli stocks
-
Simulhydro: partenza
44
-
45
-
46
Hydrotools: Scelta scenario
-
47
-
48
-
49
Hydrotools: input sistema coltivazione
-
50
Hydrotools: scelta vincolo ambientale
-
51
Hydrotools: scelta vincolo fisiologico
-
52
Hydrotools: opzioni di scarico
-
Hydrotools: simulhydro
OUTPUT:
Simulhydro salva in un file excel le concentrazione per ogni ione nei tre comparti (soluzione irrigua, substrato e drenato);
Calcola il bilancio idrico e dei nutienti e incluso la WUE e NUE;
Stiamo adesso implementando la parte grafica, per poter creare grafici direttamente dopo l’elaborazione.
53
-
Hydrotools: grafici
54
0
2
4
6
8
10
12
1
5
9
13
17
21
25
29
33
37
41
45
49
53
57
61
65
69
73
77
81
Co
nce
ntr
azio
ne
N-N
O3 (m
ol
m-3
)
Giorno di simulazione
Ciclo Chiuso ciclo-EC variabile
Cs N-NO3
Cd N-NO3
Cirr N-NO3
-
Hydrotools: tabelle di output
55
Tabella 4. Bilancio idrico
Parametro
Media
Evapotraspirazione della coltura WU ( L m-2)
252.00
Volume scaricato per ogni rinnovo della soluzione nutritiva (WFL, L m-2)
3.00
Numero di rinnovi della soluzione nutritiva 9.00
Acqua lisciviata a causa dei rinnovi della NS (Wrunoff Lm-2) 27.00
Acqua lisciviata dagli scarichi giornalieri del drenato WCB (L m-2)
0.00
Acqua lisciviata durante il lavaggio del substrato in occasione dei rinnovi della NS (WDw, L m
-2) 108.00
Acqua rimasta nel sistema alla fine del ciclo (WEND, L m-2)
3.00
Totale dell'acqua lisciviata dal sistema WL (L m-2) 138.00
Quantità di acqua necessaria per la coltivazione (WUSE, L m-2)
390.00
Frazione di lisciviazione (LF) 0.35
Primo rinnovo della NS (giorni dalla partenza) 11.00
Frequenza dei rinnovi, con esclusione del primo rinnovo (giorni) 9.20
Efficienza nell'uso dell'acqua (produzione Kg m-3) 28.21
-
Hydrotools: tabelle output
56
Tabella 8. Bilancio dell'azoto.
Parametro
Media
Quantità totale di N fornito, incluso quello presente nel substrato alla partenza (Nsupply) (g m
-2) 47.1
N lisciviato con i rinnovi della soluzione nutritiva (NFL) (g/m2) 3.55
N leachate by continuos bleeding 0.0
N presente nel drenaggio giornaliero, nel substrato e nel Tank del drenato alla fine del ciclo (g m-2)
1.7
N lisciviato durante il lavaggio del substrato (NDw, L m-2) 13.88
N lisciviato per lo scarico giornaliero del drenato (continuos bleeding) NCB (g m-2)
0.00
Totale N lisciviato (NL) (g m-2) 19.1
N assorbito apparentemente (NU) (g m-2) 28.0
Concentrazione media dell 'N-NO3 nella soluzione nutritiva scaricata per i rinnovi (NL, mol m
-3) 9.4
Concentrazione media dell 'N-NH4 nella soluzione nutritiva scaricata per i rinnovi (NL, mol m-3)
0.0
Efficienza nell'uso dell'azoto (produzione kg/N g) 0.23
-
Conclusione
Il software sviluppato da UNIPI, con la collaborazione di CNR-IBIMET è un importante strumento di simulazione che può aiutare gli addetti nella gestione della fertirrigazione;
Sarà disponibile sul sito di Euphoros a partire da febbraio 2012.
57
GRAZIE per l’attenzione!!