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da T. A. Bauder, R. M. Waskom, P. L. Sutherland e J. G. Davis* (10/14)
i Fatti in breve:…
- Conoscenza di irrigazione qualità dell’acqua è fondamentale per la comprensione di gestione per la produttività a lungo termine.
- La qualità dell’acqua di irrigazione viene valutata in base al contenuto totale di sale, al sodio e alle tossicità specifiche degli ioni.
- In molte aree del Colorado, la qualità dell’acqua di irrigazione può influenzare la produttività delle colture.
Impianto di mais danneggiato da acqua salina sprinkler.
I terreni colpiti dal sale si sviluppano da una vasta gamma di fattori, tra cui: tipo di terreno, pendenza del campo e drenaggio, tipo e gestione del sistema di irrigazione, pratiche di concimazione e concimazione e altre pratiche di gestione del suolo e delle acque. In Colorado, forse il fattore più critico nel prevedere, gestire e ridurre i terreni colpiti dal sale è la qualità dell’acqua di irrigazione utilizzata. Oltre a influenzare la resa delle colture e le condizioni fisiche del suolo, la qualità dell’acqua di irrigazione può influenzare le esigenze di fertilità, le prestazioni del sistema di irrigazione e la longevità e il modo in cui l’acqua può essere applicata. Pertanto, la conoscenza della qualità dell’acqua di irrigazione è fondamentale per comprendere quali cambiamenti di gestione sono necessari per la produttività a lungo termine.
Criteri di qualità dell’acqua di irrigazione
Gli scienziati del suolo utilizzano le seguenti categorie per descrivere gli effetti dell’acqua di irrigazione sulla produzione vegetale e sulla qualità del suolo:
- Rischio di salinità – contenuto totale di sale solubile
- Pericolo di sodio – proporzione relativa di sodio agli ioni di calcio e magnesio
- pH – acido o basico
- Alcalinità – carbonato e bicarbonato
- Ioni specifici: cloruro, solfato, boro e nitrato.
Un altro potenziale danno alla qualità dell’acqua di irrigazione che può influire sull’idoneità dei sistemi di coltivazione è rappresentato dai patogeni microbici.
| Tabella 1. Linee guida generali per il rischio di salinità dell’acqua di irrigazione in base alla conduttività. | |
| Limitazioni per l’uso | Conducibilità Elettrica |
| (dS/m)* | |
| Nessuno | ≤0.75 |
| Alcuni | 0.76 – 1.5 |
| Moderate1 | 1.51 – 3.00 |
| Severe2 | ≥3.00 |
| *dS/m a 25 ° C = mmhos/cm1Leaching richiesto al campo superiore.2UN buon drenaggio necessario e piante sensibili possono avere difficoltà a germinazione. | |
Rischio di salinità
La linea guida più influente sulla qualità dell’acqua sulla produttività delle colture è il rischio di salinità dell’acqua misurato dalla conduttività elettrica (ECw). L’effetto primario dell’acqua ECw elevata sulla produttività delle colture è l’incapacità della pianta di competere con gli ioni nella soluzione del suolo per l’acqua (siccità fisiologica). Più alta è la CE, meno acqua è disponibile per le piante, anche se il terreno può apparire umido. Poiché le piante possono traspirare solo acqua “pura”, l’acqua vegetale utilizzabile nella soluzione del suolo diminuisce drasticamente all’aumentare della CE.
La quantità di acqua ottenuta attraverso una coltura è direttamente correlata alla resa; pertanto, l’acqua di irrigazione con elevata ECw riduce il potenziale di resa (Tabella 2). Le riduzioni effettive del rendimento derivanti dall’irrigazione con acqua ad alta CE variano notevolmente. I fattori che influenzano la riduzione del rendimento includono il tipo di terreno, il drenaggio, il tipo di sale, il sistema di irrigazione e la gestione. Oltre gli effetti sul raccolto immediato è l’impatto a lungo termine del carico del sale attraverso l’acqua di irrigazione. L’acqua con un ECw di soli 1,15 dS / m contiene circa 2.000 libbre di sale per ogni piede di acro d’acqua. È possibile utilizzare i fattori di conversione nella Tabella 3 per effettuare questo calcolo per altri livelli di acqua EC.
| Tabella 2. Riduzione potenziale del rendimento da acqua salina per le colture irrigate selezionate.1 |
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| % riduzione della produzione | ||||
| Raccolto | 0% | 10% | 25% | 50% |
| ECw2 | ||||
| Orzo | 5.3 | 6.7 | 8.7 | 12 |
| Grano | 4.0 | 4.9 | 6.4 | 8.7 |
| Sugarbeet3 | 4.7 | 5.8 | 7.5 | 10 |
| Erba Medica | 1.3 | 2.2 | 3.6 | 5.9 |
| Patate | 1.1 | 1.7 | 2.5 | 3.9 |
| di Mais (granella) | 1.1 | 1.7 | 2.5 | 3.9 |
| di Mais (silaggio) | 1.2 | 2.1 | 3.5 | 5.7 |
| Cipolla | 0.8 | 1.2 | 1.8 | 2.9 |
| Fagioli secchi | 0.7 | 1.0 | 1.5 | 2.4 |
| 1adattato da ” Qualità dell’acqua per l’irrigazione.”R. S. Ayers. Jour. dell’Irrig. e scarico. Div., ASCE. Vol 103, n. IR2, giugno 1977, pag. 140. 2ECw = conducibilità elettrica dell’acqua di irrigazione in dS/m a 25oC. 3Sensibile durante la germinazione. ECw non deve superare i 3 dS / m per barbabietole da giardino e zuccherobarbabietole. |
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Altri termini che i laboratori e le fonti di letteratura usano per segnalare il pericolo di salinità sono: sali, salinità, conducibilità elettrica (ECw) o solidi totali disciolti (TDS). Questi termini sono tutti comparabili e tutti quantificano la quantità di “sali” disciolti (o ioni, particelle cariche) in un campione d’acqua. Tuttavia, TDS è una misura diretta di ioni disciolti e EC è una misura indiretta di ioni da un elettrodo.
Anche se le persone spesso confondono il termine “salinità” con sale da cucina comune o cloruro di sodio (NaCl), la CE misura la salinità da tutti gli ioni disciolti in un campione. Questo include ioni con carica negativa (ad esempio, Cl–, NO–3) e ioni con carica positiva (ad esempio, Ca++, Na+). Un’altra fonte comune di confusione è la varietà di sistemi di unità utilizzati con ECw. L’unità preferita è deciSiemens per metro (dS / m), tuttavia millimhos per centimetro (mmho/cm) e micromhos per centimetro (µmho/cm) sono ancora frequentemente utilizzati. Le conversioni per aiutarti a cambiare tra sistemi di unità sono fornite nella Tabella 3.
| Tabella 3. Fattori di conversione per i rapporti di laboratorio di qualità dell’acqua di irrigazione. | |||
| il Componente | Per la Conversione | Moltiplicare per | Per Ottenere |
| Acqua di nutrienti o TDS | mg/L | 1.0 | ppm |
| La salinità dell’acqua di pericolo | 1 dS/m | 1.0 | 1 mmho/cm |
| la salinità dell’Acqua di pericolo | 1 mmho/cm | 1,000 | 1 µmho/cm |
| la salinità dell’Acqua di pericolo | ECw (dS/m) CE <5 dS/m |
640 | TDS (mg/L) |
| la salinità dell’Acqua di pericolo | ECw (dS/m) CE >5 dS/m |
800 | TDS (mg/L) |
| Acqua NO3N, SO4-S,B applicati | ppm | 0.23 | libbre per acro pollice di acqua |
| acqua di Irrigazione | acri pollici | 27,150 | litri di acqua |
Definizioni |
|
| Abbrev. | Significato |
| mg/L | milligrammi per litro |
| meq/L | milliequivalenti per litro |
| ppm | parti per milione |
| dS/m | deciSiemens al metro |
| µS/cm | microSiemens per centimetro |
| mmho/cm | millimhos per centimetro |
| TDS | totale solidi disciolti |
Sodio Pericolo
Infiltrazione/Permeabilità Problemi
Anche Se la crescita delle piante è principalmente limitata dal livello di salinità (ECw) dell’acqua di irrigazione, l’applicazione di acqua con uno squilibrio di sodio può ridurre ulteriormente la resa in determinate condizioni di tessitura del suolo. Riduzioni dell’infiltrazione d’acqua possono verificarsi quando l’acqua di irrigazione contiene sodio elevato rispetto al contenuto di calcio e magnesio. Questa condizione, chiamata “sodicità”, deriva da un eccessivo accumulo di sodio nel terreno. L’acqua sodica non è la stessa dell’acqua salina. La sodicità provoca gonfiore e dispersione delle argille del suolo, croste superficiali e intasamento dei pori. Questo stato degradato della struttura del suolo a sua volta ostruisce l’infiltrazione e può aumentare il deflusso. La sodicità provoca una diminuzione del movimento verso il basso dell’acqua dentro e attraverso il terreno, e le radici delle piante in crescita attiva potrebbero non ottenere acqua adeguata, nonostante la messa in comune dell’acqua sulla superficie del suolo dopo l’irrigazione.
La misura più comune per valutare la sodicità nell’acqua e nel suolo è chiamata Rapporto di adsorbimento del sodio (SAR). Il SAR definisce la sodicità in termini di concentrazione relativa di sodio (Na) rispetto alla somma di ioni calcio (Ca) e magnesio (Mg) in un campione. Il SAR valuta il potenziale di problemi di infiltrazione dovuti a uno squilibrio di sodio nell’acqua di irrigazione. Il SAR è scritto matematicamente sotto, dove Na, Ca e Mg sono le concentrazioni di questi ioni in milliequivalenti per litro (meq/L). Le concentrazioni di questi ioni nei campioni di acqua sono tipicamente fornite in milligrammi per litro (mg/L). Per convertire Na, Ca e Mg da mg/L a meq/L, è necessario dividere la concentrazione rispettivamente per 22,9, 20 e 12,15.
Per la maggior parte delle acque di irrigazione incontrate in Colorado, la formula SAR standard fornita sopra è adatta per esprimere il potenziale pericolo di sodio. Tuttavia, per l’acqua di irrigazione con alto contenuto di bicarbonato (HCO3), è possibile calcolare un SAR “regolato” (SARADJ). In questo caso, la quantità di calcio viene regolata per l’alcalinità dell’acqua, è raccomandata al posto del SAR standard (vedere la sezione pH e alcalinità sotto). Il laboratorio può calcolare una SAR regolata in situazioni in cui l’HCO3 è maggiore di 200 mg / L o il pH è maggiore di 8,5.
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meq/L = mg/L, divisi dal peso atomico di ioni diviso dalla carica ionica (Na+=23.0 mg/meq, Ca++=20.0 mg/meq, Mg++=12.15 mg/meq) |
Il potenziale di infiltrazione nel suolo e la permeabilità dei problemi creati da applicazioni di acqua di irrigazione con alta “sodicità” non può essere adeguatamente valutata sulla base del SAR solo. Questo perché il potenziale di rigonfiamento dell’acqua a bassa salinità (ECw) è maggiore delle acque ECw elevate allo stesso contenuto di sodio (Tabella 4). Pertanto, una valutazione più accurata del rischio di infiltrazione/permeabilità richiede l’utilizzo della conduttività elettrica (ECw) insieme al SAR.
| Tabella 4. Linee guida per la valutazione del rischio di sodio nelle acque di irrigazione basate su SAR e ECw2. | ||
| Potenziale per l’Acqua di Infiltrazione Problema | ||
| Irrigationwater SAR | Improbabile | Probabile |
| —-ECw2 (dS/m)—- | ||
| 0-3 | >0.7 | <0.2 |
| 3-6 | >1.2 | <0.4 |
| 6-12 | >1.9 | <0.5. |
| 12-20 | >2.9 | <1.0 |
| 20-40 | >5.0 | <3.0 |
| 2Modified da R. S. Ayers e D. W. Westcot. 1994. Qualità dell’acqua per l’agricoltura, l’irrigazione e il drenaggio Documento 29, rev. 1, Organizzazione delle Nazioni Unite per l’alimentazione e l’agricoltura, Roma. | ||
Molti fattori tra cui la struttura del suolo, la materia organica, il sistema di coltivazione, il sistema di irrigazione e la gestione influenzano il modo in cui il sodio nell’acqua di irrigazione influisce sui terreni. I terreni più suscettibili di mostrare infiltrazioni e croste ridotte dall’acqua con SAR elevato (maggiore di 6) sono quelli contenenti argilla espansiva (smectite) superiore al 30%. I terreni contenenti più del 30% di argilla includono la maggior parte dei terreni nelle classi di argilla argillosa, limosa argillosa e argillosa più fine e alcuni argillosi sabbiosi. In Colorado, le argille di smectite sono comuni nelle aree con produzione agricola.
| Tabella 5. La suscettibilità varia per i raccolti alla lesione fogliare dall’acqua salina dell’irrigatore. | ||||
| Na o Cl concentrazione (mg/L) causando lesioni fogliari | ||||
| Na concentrazione | <46 | 46-230 | 231-460 | >460 |
| Cl concentrazione | <175 | 175-350 | 351-700 | >700 |
| Albicocca | Pepe | Erba Medica | Barbabietola Da Zucchero | |
| Prugna | Patata | Orzo | Girasole | |
| Pomodoro | Mais | Sorgo | ||
| La lesione fogliare è influenzata dalle condizioni culturali e ambientali. Questi dati sono presentati solo come linee guida generali per l’irrigazione diurna. Fonte: Massa (1990) Crop salt tolerance. In: Manuale di valutazione e gestione agricola. K. K. Tanji (ed.). ASCE, New York. pp. 262-304. | ||||
pH e alcalinità
L’acidità o la basicità dell’acqua di irrigazione è espressa come pH (< 7,0 acido; > 7,0 basico). L’intervallo di pH normale per l’acqua di irrigazione è compreso tra 6,5 e 8,4. I pH anormalmente bassi non sono comuni in Colorado, ma possono causare la corrosione accelerata del sistema di irrigazione dove si verificano. Alti pH superiori a 8,5 sono spesso causati da alte concentrazioni di bicarbonato (HCO3–) e carbonato (CO32–), noto come alcalinità. Gli alti carbonati causano ioni di calcio e magnesio per formare minerali insolubili lasciando il sodio come dominant dominante in soluzione. Come descritto nella sezione di pericolo del sodio, questa acqua alcalina potrebbe intensificare l’impatto di alta acqua SAR sulle condizioni sodiche del suolo. I concentrati di bicarbonato eccessivi possono anche essere problematici per i sistemi di irrigazione a goccia o micro-spruzzo quando l’accumulo di calcite o incrostazioni causa portate ridotte attraverso orifizi o emettitori. In queste situazioni, può essere necessaria una correzione iniettando solforico o altri materiali acidi nel sistema.
Cloruro
Il cloruro è uno ion comune nelle acque di irrigazione del Colorado. Sebbene il cloruro sia essenziale per le piante in quantità molto basse, può causare tossicità per colture sensibili ad alte concentrazioni (Tabella 6). Come il sodio, le alte concentrazioni di cloruro causano più problemi se applicate con l’irrigazione a sprinkler (Tabella 6). La bruciatura delle foglie sotto l’irrigatore sia di sodio che di cloruro può essere ridotta dall’irrigazione notturna o dall’applicazione in giornate fresche e nuvolose. Gli ugelli di goccia ed i tubi flessibili di resistenza inoltre sono raccomandati quando si applica tutta l’acqua di irrigazione salina attraverso un sistema dell’irrigatore per evitare il contatto diretto con le superfici del foglio.
| Tabella 6. Classificazione del cloruro dell’acqua di irrigazione. | |
| Cloruro (ppm) | Effetto sulle colture |
| Sotto 70 | Generalmente sicuro per tutte le piante. |
| 70-140 | Le piante sensibili mostrano lesioni. |
| 141-350 | Le piante moderatamente tolleranti mostrano lesioni. |
| Sopra 350 | Può causare gravi problemi. |
| Tolleranza al cloruro di colture selezionate. Elenco in ordine di tolleranza crescente: (bassa tolleranza) fagioli secchi, cipolla, carota, lattuga, pepe, mais, patate, erba medica, sudangrass, zucchine zucca, grano, sorgo, barbabietola da zucchero, orzo (alta tolleranza). Fonte: Massa (1990) Crop Salt Tolerance. Manuale di valutazione e gestione della salinità agricola. K. K. Tanji (ed.). ASCE, New York. pagg. 262-304. | |
Boro
Il boro è un altro elemento essenziale in quantità basse, ma tossico a concentrazioni più elevate (Tabella 7). Infatti, la tossicità può verificarsi su colture sensibili a concentrazioni inferiori a 1,0 ppm. I terreni del Colorado e le acque di irrigazione contengono abbastanza B che il fertilizzante B aggiuntivo non è richiesto nella maggior parte delle situazioni. Poiché la tossicità B può verificarsi a concentrazioni così basse, si consiglia un’analisi dell’acqua di irrigazione per le acque sotterranee prima di applicare ulteriori B alle colture irrigate.
| Tabella 7. Boro sensibilità di selezionati Colorado piante (B concentrazione, mg/ L*) | ||||
| Sensibile | Moderatamente Sensibile | Moderatamente Tollerante | Tollerante | |
| 0.5-0.75 | 0.76-1.0 | 1.1-2.0 | 2.1-4.0 | 4.1-6.0 |
| Pesca | Grano | Carota | Lattuga | erba medica |
| Cipolla | Orzo | Patata | Cavolo | barbabietola da Zucchero |
| Girasole | Cetriolo | Mais | Pomodoro | |
| Fagioli Secchi | Avena | |||
| Fonte: Massa (1987) Sale di tolleranza delle piante. Manuale CRC di Scienza delle piante in agricoltura. B. R. Cristie (ed.). Home page *Concentrazioni massime tollerate nell’acqua del suolo o nell’estratto di saturazione senza riduzione della resa o della crescita vegetativa. Le concentrazioni massime nell’acqua di irrigazione sono approssimativamente uguali a questi valori o leggermente inferiori. |
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Solfato
Lo sulfate solfato è un importante contributo alla salinità in molte acque di irrigazione del Colorado. Come con il boro, il solfato nell’acqua di irrigazione ha benefici di fertilità e l’acqua di irrigazione in Colorado ha spesso abbastanza solfato per la massima produzione per la maggior parte delle colture. Le eccezioni sono campi sabbiosi con < 1 per cento di materia organica e <10 ppm SO4-S in acqua di irrigazione.
Azoto
L’azoto nell’acqua di irrigazione (N) è in gran parte un problema di fertilità e l’azoto nitrico (NO3-N) può essere una fonte significativa di N nel South Platte, nella San Luis Valley e in parti dei bacini fluviali dell’Arkansas. Lo ion nitrato si verifica spesso a concentrazioni più elevate rispetto all’ammonio nell’acqua di irrigazione. Le acque ad alto contenuto di N possono causare problemi di qualità in colture come orzo e barbabietole da zucchero e un’eccessiva crescita vegetativa in alcune verdure. Tuttavia, questi problemi di solito possono essere superati da una buona gestione dei fertilizzanti e dell’irrigazione. Indipendentemente dal raccolto, il nitrato dovrebbe essere accreditato verso il tasso del fertilizzante particolarmente quando la concentrazione supera 10 ppm NO3-N (45 ppm NO3). Tabella 3 fornisce conversioni da ppm a libbre per pollice acro.
Sommario
La qualità dell’acqua di irrigazione disponibile per gli agricoltori e altri irrigatori ha un impatto considerevole su ciò che le piante possono essere coltivate con successo, la produttività di queste piante e l’infiltrazione d’acqua e altre condizioni fisiche del suolo. Il primo passo per capire come una fonte di acqua di irrigazione può influenzare un sistema suolo-pianta è di averlo analizzato da un laboratorio stimabile. La scheda informativa sull’estensione della Colorado State University, Selezionando un laboratorio analitico 0.520, può aiutarti a individuare un laboratorio nella tua zona che abbia familiarità con la qualità dell’acqua di irrigazione. Ulteriori informazioni sulla comprensione e la gestione delle condizioni saline e sodiche si trovano nelle schede informative della Colorado State University, Gestione dei suoli salini 0.503 e gestione dei suoli sodici 0.504.