Studio di materiali innovativi per il risparmio di acqua in agricoltura (M.I.R.A.)

Responsabili di progetto

Pasquale Mormile, Yan Changrong

Accordo

CINA - CAAS-not in force - Chinese Academy of Agricultural Sciences

Bando

CNR/CAAS 2014-2016

Dipartimento

Scienze fisiche e tecnologie della materia

Area tematica

Scienze fisiche e tecnologie della materia

Stato del progetto

Nuovo

Proposta di ricerca

Le pratiche agronomiche, relativamente alla gestione dell'acqua e degli agenti chimici impiegati (fertilizzanti, pesticidi e fumiganti), causano sempre più spesso problemi a forte impatto ambientale, a qualsiasi latitudine e in ogni nazione. Italia e Cina non sono esenti. Un'agricoltura moderna deve essere invece consapevole del proprio ruolo e deve essere pronta a considerare nuovi materiali e tecniche innovative per la salvaguardia e la protezione dell'ambiente e delle risorse idriche. Per affrontare questo problema, la comunità scientifica internazionale sta studiando possibili soluzioni finalizzate a ottimizzare le risorse di acqua per uso agricolo. Questo sarà possibile introducendo nel comparto nuove metodologie, nuovi sistemi di irrigazione e materiali di nuova generazione. Da quest'ultimo campo arrivano soluzioni che offrono la possibilità di ridurre drasticamente sia il consumo di acqua destinata alla produzione agricoltura nel periodo estivo che di agenti chimici. In tale ambito, è estremamente interessante la proposta di introdurre film plastici fotoselettivi altamente riflettenti per pacciamatura. Questo tipo di pacciamatura offre, rispetto ai film plastici tradizionali: un raccolto migliore sia per qualità che quantità, un reale risparmio idrico e, di conseguenza, di energia e prodotti chimici e infine, un grosso contributo alla lotta integrata. Il meccanismo fisico di funzionamento è molto semplice ed è basato sulla elevata attività di condensazione dell'acqua sotto il telo, in virtù di una grossa variazione di temperature tra il film e il terreno, determinato dal basso riscaldamento del telo stesso per effetto di una elevata riflettività alla radiazione solare. L'introduzione di film fotoselettivi nella pratica agricola comune rappresenta una delle soluzioni più concrete per la salvaguardia dell'ambiente da parte del mondo agricolo. Per dimostrare questo teorema, il programma di ricerca affronterà i seguenti argomenti:
o Analisi e caratterizzazione ottica di film fotoselettivi ad alta riflettività
o Progettazione del sistema di monitoraggio del consumo idrico durante la coltivazione
o Test in pieno campo e sotto serra.
Le tecniche termografiche e l'IR imaging faranno da supporto, per le attività sperimentali previste, per monitorare e valutare gli stati termici dei film foto selettivi durante il loro impiego.

Si sottolinea altresì che l'attività, in cui si intende coinvolgere i partner cinesi della CAAS, rientra in un progetto recentemente avviato e che è stato finanziato dalla Regione Campania attraverso la Misura 124, PSR CAMPANIA 2007-2013, Ambito Operativo 3.2.1 "Operazioni innovative per migliorare la gestione delle risorse idriche". Per tale progetto, il proponente è responsabile scientifico per ICIB-CNR.

L'unità di ricerca CNR ha una lunga e consolidata esperienza nel campo dei materiali polimerici applicati in agricoltura. Pubblicazioni su riviste scientifiche internazionali, inviti a Congressi internazionali e la responsabilità di svariati progetti di ricerca nel settore, confermano il profilo del proponente e il know how maturato nel campo dei film fotoselettivi per uso agricolo e, più in generale, il livello di competenze e il grado di maturità scientifica raggiunto nello studio, caratterizzazione e progettazione di nuovi materiali organici con caratteristiche ottiche, meccaniche e termiche a sostegno dell'innovazione tecnologica in agricoltura. Recentemente l'Unità ha progettato e testato sul campo un sistema combinato, costituito da un nuovo materiale biodegradabile e una metodica innovativa, che ha dato ottimi risultati per quanto riguarda la sterilizzazione del suolo attraverso la radiazione solare (solarizzazione). Tale sistema, oggetto di recenti pubblicazioni, rappresenta una valida alternativa all'uso di sostanze chimiche spesso dannosissime (fumiganti), impiegate per la sterilizzazione del terreno, ed è di grande interesse anche per il partner della CAAS che intende proporlo in Cina per avviare test su terreni infestati da agenti patogeni di varia natura e fortemente inquinati da sostanze chimiche, largamente impiegate nel recente passato.

Il partner cinese della CAAS (Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture; Haidian District, Pechino), in accordo alla sua "mission", è molto sensibile alle problematiche che si affronteranno nel corso della collaborazione scientifica. In particolare la Cina dovrà affrontare seri e impegnativi problemi causati nel corso degli ultimi trenta anni da metodiche agricole non rispettose dell'ambiente. Si calcola che i residui di film di plastica impiegati per la pacciamatura ammontano a 300-400Kg/ettaro per un'area di oltre 15,6 milioni di ettari. L'impiego di film plastici innovativi, proposti dall'Unità ICIB-CNR nell'ambito del progetto congiunto, introdurrà metodiche agronomiche più rispettose dell'ambiente, contribuendo certamente alla soluzione dei problemi manifestati dal partner della CAAS che è fortemente impegnato sul fronte della bonifica e della innovazione tecnologica dell'agricoltura in Cina. I film fotoriflettenti, che saranno impiegati nel corso delle attività sperimentali previste dal progetto comune, oltre ai grossi vantaggi esposti, sono facilmente rimuovibili dal terreno per l'avvio al riciclo. Ciò costituisce una caratteristica aggiuntiva perché si riesce a coniugare le esigenze agronomiche (migliore qualità e quantità dei prodotti) con quelle ambientali (risparmio idrico, riduzione delle sostanze chimiche impiegate, risparmio energetico e uso di prodotti completamente riciclabili).
Le attività previste per il programma di ricerca congiunto sono basate su azioni svolte sia in Italia che in Cina, concordate e gestite dai rispettivi responsabili scientifici, che mese per mese si scambiano risultati ottenuti, informazioni e commenti sul lavoro in parallelo che sarà poi oggetto di analisi approfondite in occasione degli scambi di visite.
Il monitoraggio continuo di ciascuna attività svolta nei due paesi è alla base del programma di cooperazione e rappresenta una condizione ideale per collaborare su tematiche e obiettivi comuni.
E' previsto altresì, in occasione degli scambi di visite, oltre a momenti di verifiche, di programmazione e scambi di idee e proposte per le attività in corso e future, anche un coinvolgimento diretto dei ricercatori ospitati, ai test programmati per il secondo e terzo anno.
I risultati finali saranno oggetto di un piano congiunto di divulgazione, allo scopo di fornire elementi tecno-scientifici sull'uso di film fotoselettivi per il risparmio idrico in agricoltura.

Obiettivi della ricerca

Preliminarmente si intende fare uno studio e la caratterizzazione ottica di una serie di film plastici ad elevate proprietà riflettenti alla radiazione solare (UV-Vis-NIR), per individuare quelli che garantiscono le migliori performance e dimostrare sperimentalmente come i film fotoselettivi assicurano un reale risparmio idrico in agricoltura.
Gli obiettivi principali del programma proposto mirano a dimostrare i seguenti vantaggi:
o Consistente riduzione di acqua per l'irrigazione con un risparmio idrico di oltre il 30% grazie all'impiego di film fotoselettivi ad alta riflettività e di nuova generazione.
o Diminuzione dei prodotti chimici impiegati in ferti-irrigazione con conseguente riduzione dei costi e dell'inquinamento del suolo.
o Risparmio di energia elettrica impiegata per le pompe di irrigazione e ulteriore diminuzione dei costi di produzione.
o Migliore gestione delle riserve di acqua.
o Notevole riduzione dei pesticidi usati contro insetti che portano malattie, specialmente per le produzioni estive.
o Prodotti agricoli più salutari per il ridotto uso di agenti chimici.
o Migliore qualità e maggiore quantità del raccolto.

Risultati attesi
ü Verificare che i nuovi materiali, impiegati come film altamente riflettenti per la pacciamatura, sono estremamente efficienti per la riduzione del consumo di acqua in agricoltura.
ü Migliore gestione delle risorse idriche con notevole risparmio di energia elettrica.
ü Aumento della qualità e quantità per ettaro dei prodotti agricoli.
ü Riduzione di agenti chimici impiegati nelle pratiche agronomiche.

Ultimo aggiornamento: 07/06/2025