Agro-productive impact of an experimental model for estimating pressure and flow rates in the micro- irrigation system of the 14 July organoponic farm

L'acqua è il sangue vitale dell'agricoltura, ma distribuirla correttamente è un delicato gioco di equilibrio. Nell'agricoltura moderna, l'obiettivo è spesso quello di applicare la giusta quantità di umidità a ogni singola pianta, evitando sia lo spreco dovuto all'allagamento che lo stress da siccità. Questo è particolarmente impegnativo nei sistemi in cui l'acqua viaggia attraverso lunghi tubi con molti piccoli sbocchi, noti come emettitori, progettati per far gocciolare o spruzzare l'acqua direttamente sulle colture. Mentre l'acqua si muove attraverso questi tubi, l'attrito la rallenta e la pressione diminuisce, il che significa che le piante all'inizio della linea potrebbero ricevere una dose abbondante, mentre quelle alla fine ne ricevono pochissima. Se la pressione è troppo bassa, l'acqua non raggiunge efficacementamente le radici; se è troppo alta, il sistema spreca energia e acqua. Gli agricoltori hanno bisogno di un modo per prevedere esattamente quanta pressione e quanta portata raggiungeranno ogni pianta, in modo da poter regolare il sistema prima che le colture ne soffrano. Senza questa conoscenza, un'azienda agricola potrebbe apparire verde in superficie mentre la sua produttività declina silenziosamente a causa di un'irrigazione disomogenea.

Presso l'azienda agricola organoponica "14 Luglio" a Ciego de Ávila, Cuba, i ricercatori si sono posti l'obiettivo di risolvere questo problema utilizzando un nuovo approccio. Hanno testato un modello matematico, che è essenzialmente un insieme di regole che simula il comportamento dell'acqua all'interno dei tubi, per vedere se potesse aiutarli a gestire in modo più efficace il sistema di microirrigazione della fattoria. L'azienda coltiva una varietà di verdure, tra cui lattuga, bietola, fagiolini e cetrioli, in letti rialzati coperti da una rete di tubi e irrigatori. Il team ha confrontato due modi di gestire l'azienda: il metodo standard, in cui controllavano il sistema in base alle misurazioni iniziali e all'esperienza generale, e un nuovo metodo in cui utilizzavano il loro modello per prevedere e controllare la pressione e la portata in ogni singolo irrigatore. Hanno anche prestato molta attenzione al meteo, utilizzando i dati sulle precipitazioni per decidere quando accendere e spegnere le pompe, con l'obiettivo di risparmiare energia e acqua ogni volta che la natura offriva una mano.

I risultati di questo esperimento sono stati chiari e misurabili. Quando l'azienda ha operato sotto il nuovo modello, la distribuzione dell'acqua è diventata significativamente più uniforme. I ricercatori hanno scoperto che l'uniformità dell'applicazione dell'acqua, una misura di quanto costantemente ogni pianta ricevesse acqua, è passata da un buon livello a uno eccellente. La variazione nella quantità di acqua che usciva da ogni irrigatore è diminuita drasticamente, il che significa che le piante alla fine del tubo ricevevano quasi la stessa quantità d'acqua di quelle all'inizio. Questa costanza si è tradotta direttamente in raccolti migliori. Le colture cresciute sotto la nuova strategia di gestione hanno prodotto visibilmente più cibo: le rese della lattuga sono aumentate di quasi un quinto, della bietola di oltre un quinto, dei fagiolini di un margine simile e dei cetrioli di quasi un quarto. Il modello ha permesso agli agricoltori di diagnosticare problemi nei tubi, come irrigatori intasati o rotti, e di risolverli prima che potessero danneggiare le colture.

Oltre alle colture stesse, lo studio ha evidenziato quanto acqua ed energia potessero essere risparmiate ascoltando il cielo. I ricercatori hanno monitorato le piogge giornaliere per diversi anni e hanno scoperto che la pioggia spesso forniva acqua sufficiente per le colture, specialmente per la bietola, che non ha richiesto alcuna irrigazione supplementare durante certi periodi. Utilizzando il modello per programmare l'irrigazione solo quando la pioggia non aveva fornito abbastanza umidità, l'azienda ha ridotto il numero di volte in cui doveva azionare le pompe. Ciò non solo ha conservato un volume sostanziale di acqua, ma ha anche ridotto l'elettricità necessaria per spingere quell'acqua attraverso i tubi. Lo studio conclude che questo strumento matematico è un modo pratico per gli agricoltori per comprendere la fisica nascosta dei loro sistemi di irrigazione, portando a piante più sane, rese più elevate e un uso più efficiente delle preziose risorse di acqua ed energia.