Come l’agricoltura si difende dal caldo e dal freddo sfruttando il calore latente di congelamento e di evaporazione dell’acqua.
di LUIGI MARIANI
L'articolo è uscito in origine su " Spigolature Agronomiche"
Da un punto di vista agronomico, l'irrigazione ha diversi effetti positivi essenziali per la crescita, lo sviluppo e le rese dei vegetali coltivati: anzitutto vi è l’effetto umettante in virtù del quale le piante mantengono il proprio contenuto idrico all’interno di ambiti compatibili con le loro attività fisiologiche. Da non trascurare è anche l’effetto fitoiatrico che si può ottenere aggiungendo fitofarmaci all’acqua irrigua o sfruttando l’effetto battente dell’acqua per allontanare i parassiti (es. afidi o acari) o ripulire le foglie dalle fumaggini. Importante e altresì l’effetto fertilizzante, che si ottiene quando all’acqua irrigua si addizionano concimi minerali o organici. Fra gli effetti fertilizzati rientra anche l’effetto correttivo del pH che si ottiene ad esempio sommergendo suoli acidi (il che porta alla neutralità il loro pH) o utilizzando acque ricche di calcare. Vi è infine l’effetto climatizzante che è quello di cui parleremo in questo articolo e in virtù del quale l’irrigazione modifica il microclima del campo rendendolo più idoneo per le piante coltivate. Umettazione, climatizzazione, controllo di parassiti e patogeni, fertilizzazione: su questi molteplici effetti si fonda il ruolo chiave dell'irrigazione per la sicurezza alimentare globale. Infatti le aree irrigate rappresentano il 24% delle terre coltivate ma da esse proviene circa il 40% della produzione alimentare globale (Mehta et al., 2024).
L’effetto climatizzante può rivelarsi molto utile per proteggere le piante coltivate dal gelo o per mitigare gli effetti delle ondate di caldo. Vedremo anche che l’irrigazione climatizzante può esercitare un’azione mitigante in ambito urbano e su areali più ampi per giungere secondo alcune ricerche più a meno recenti a mitigare il clima globale. In tal modo si configura un ulteriore effetto di mitigazione del clima globale da parte dell’agricoltura, che va ad aggiungersi a quello per cui l’agricoltura è l’unica attività umana, in grado di assorbire enormi quantità di CO₂ contribuendo con ciò in modo rilevantissimo alla mitigazione dell’effetto di tale gas sulle temperature globali.
Il calore latente come base della mitigazione delle temperature da parte dell’irrigazione
Il campo coltivato e più in generale il pianeta rispondono al flusso di energia radiante proveniente dal sole o dall’effetto serra (il “secondo sole” che giorno e notte riscalda la superficie del pianeta rendendola abitabile¹) generando due flussi di energia diretti verso l’alto e cioè il flusso di calore sensibile (H), misurabile con i termometri e il flusso di calore latente LE, chiamato “latente” in quanto non ha effetto sulla temperatura dell’aria. LE è infatti il flusso di energia che si genera per effetto dei cambiamenti di stato dell’acqua, da solido (ghiaccio) a liquido (acqua liquida) a gassoso (vapore) e viceversa.
In particolare, la fusione di 1 g di ghiaccio assorbe 334 Joule mentre il processo inverso (congelamento) libera 334 Joule per grammo d’acqua congelato (calore latente di congelamento). Inoltre il processo di passaggio da acqua liquida a vapore (evaporazione da un corpo idrico o traspirazione di vegetali e animali) assorbe il calore latente di vaporizzazione che è pari a 2500 Joule per grammo d’acqua evaporata a 0°C e a 2417 Joule a 35°C (per calcolare il valore di CLV per una qualunque temperatura si può usare l’equazione empirica CLV = -2.4337 T + 2502.2).
Cambiamenti di stato dell’acqua ed effetti sul microclima del campo coltivato
Sulla liberazione di calore che si determina con il congelamento dell’acqua si basano i sistemi di protezione delle colture dalle gelate fondati sull’irrigazione sopra-chioma o sotto-chioma. Nel caso dell’irrigazione sopra-chioma gli organi vegetali beneficiano in modo diretto dell’energia ceduta con il congelamento: essi infatti verranno progressivamente intrappolati in manicotti di ghiaccio e la loro temperatura non potrà scendere a livelli letali per gemme, fiori o frutticini. Per evitare che si sviluppino strati di ghiaccio troppo spessi e forieri di danni meccanici agli organi che sono chiamati a proteggere, l’irrigazione antigelo dev’essere condotta con volumi irrigui molto bassi.
Un’alternativa al sistema di irrigazione sopra-chioma è costituito dall’irrigazione sotto-chioma, la quale modifica i termini del bilancio energetico di superficie impedendo che lo strato di alcuni metri di atmosfera a contatto con il suolo abbassi di troppo la propria temperatura raffreddando le piante che sono a contatto con esso. Si tenga conto che l’irrigazione sotto-chioma è senza dubbio efficace ma non riesce a proteggere le colture dalle gelate più intense.
Un ulteriore cambiamento di stato dell’acqua molto sfruttato in agricoltura è quello che si ha con il passaggio dell’acqua da liquido a vapore. L’acqua che evapora assorbe calore sottraendolo all’ambiente, la cui temperatura sarà inferiore a quella che si avrebbe in assenza del fenomeno. Tale effetto viene sfruttato ad esempio per climatizzare le serre o le stalle aperte e si manifesta inoltre nei campi coltivati in presenza di colture ben rifornite d’acqua e che dunque evapotraspirano grandi quantità di acqua (fino a 80-100 mc di acqua per ettaro al giorno). Tale effetto è utile per contenere i danni da temperature elevate cui le colture sono esposte nel periodo estivo (figura 1). Infatti in presenza di una coltura ben rifornita d’acqua gran parte della cessione di energia dalla superficie del campo all’atmosfera avviene per evapotraspirazione e dunque in forma di calore latente, quello che non si misura con il termometro e che dunque non si traduce in eccesso termico. Al contempo si verifica una ridotta emissione energetica in forma di calore sensibile, quello che invece è misurato dai termometri e da cui derivano le alte temperature che hanno effetti negativi sulla crescita, lo sviluppo e le rese delle colture. Ovviamente l’effetto di mitigazione sarà più rilevante se l’irrigazione avviene ad intervalli ravvicinati e coinvolge l’intera superficie del campo, per cui un’irrigazione per scorrimento effettuata con turni di 10 giorni avrà un effetto climatizzante di gran lunga inferiore rispetto a quello offerto da un’irrigazione per aspersione con una grande ala piovana effettuata con cadenza giornaliera e utilizzando bassi volumi d’acqua. A giocare nel caso dell’irrigazione per aspersione non è solo l’apporto idrico alle radici delle piante ma anche l’umettamento delle chiome con acqua che evaporando sottrae energia agli organi vegetali, rinfrescandoli.
Figura 1 - Ore annue di stress da caldo medie per l’Italia riferite alle colture estive (elaborazioni dell’autore sulla serie storica 1973-2024 di 202 stazioni della rete GSOD). Il numero medio di ore di stress è salito dalle 200 ore del periodo 1973-2000 alle 327 ore del periodo 2001-2024 (+64%). Si notino anche i due anni più critici per lo stress da caldo (2003 e 2022).
Non si deve poi trascurare la modifica del microclima che l’irrigazione provoca in modo indiretto in virtù del fatto che piante ben rifornite d’acqua hanno chiome più sviluppate e ombreggiano meglio il suolo, impedendo così che il suolo stesso si riscaldi troppo. Chiome più sviluppate rendono peraltro la pianta più competitiva con le malerbe e stabilizzano la massa d’aria all’interno della chioma stessa, impedendo che la CO₂ ceduta dal terreno all’aria – CO₂ che è frutto della respirazione delle radici e dei microrganismi che popolano il suolo - venga dispersa in atmosfera. In sostanza le piante modificano il microclima anche per migliorare la propria nutrizione carbonica.
Irrigazione e clima globale
Charles Henry Brian (Bill) Priestley (1915-1998) operava per l’australiana CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) quando pubblicò un articolo sulla limitazione della temperatura per evaporazione nei climi caldi (Pristley, 1966), evidenziando che una grande superficie coperta da vegetazione ben rifornita d’acqua e che non riceva calore dall’esterno per trasporto orizzontale (avvezione) non potrà eccedere i 33°C. Peraltro a supporto della sua tesi Priestley segnalò che i 30 °C rappresentavano un limite massimo per le temperature superficiali sopra l'oceano. Circa il limite di 33°C non c’è unanimità nel mondo scientifico ma in ogni caso il fenomeno di mitigazione delle temperature offerto dalla vegetazione ben rifornita d’acqua è fuori discussione, essendo come abbiamo visto legato al processo fisico della cessione di energia dalle superfici all’atmosfera in forma di calore latente anziché di calore sensibile. Un tale effetto si applica anche alle nostre città nel periodo estivo, in cui le temperature elevate (fenomeno dell’isola di calore urbano) possono essere mitigate grazie a vegetazione ben irrigata in grado sia di impedire l’arrivo al suolo della radiazione solare (alberi ben irrigati hanno chiome più sviluppate e sono dunque in grado di fare molta più ombra) sia di trasformare l’energia ricevuta in calore latente anziché in calore sensibile. Perché tale effetto sia significativo occorre però che le piante siano diffuse all’interno delle vie e non solo nei parchi, il cui effetto si limita per lo più alla loro area e non si propaga purtroppo al resto della città. E qui casca l’asino perché spesso nelle nostre città manca la terra, per cui coltivare alberi nelle vie diviene proibitivo.
Se poi l’irrigazione fosse estesa a grandissime superfici secondo quanto preconizzato da Priestley negli anni ’60, potrebbe estrinsecare il proprio ruolo a livello di clima globale, come più recentemente evidenziato da Puma e Cook (2010), Thiery et al. (2020) e Han e Leng (2025). Nello specifico Puma e Cook (2010) hanno svolto una simulazione con un modello matematico per porre in evidenza l’effetto sul clima globale dell’espansione dell’irrigazione che ha avuto luogo nel XX secolo. Tale ricerca ha evidenziato che l'effetto di riduzione delle temperature dovuto all’irrigazione è quantificabile in 0.5-1°C e agli inizi del 900 si limitava per lo più alle grandi aree risicole del sudest asiatico mentre dai primi anni ’50 si è diffuso e intensificato, coinvolgendo Nord America, Europa e Asia. Inoltre Thiery et al. (2020) hanno evidenziato che l'espansione dell'irrigazione sta già oggi mitigando gli effetti delle ondate di caldo con un beneficio significativo per circa un miliardo di persone. Assai di recente Han e Leng (2025) hanno posto in luce i benefici per la produzione globale di mais che derivano dalla mitigazione delle alte temperature indotto dall’irrigazione.
Si tenga anche conto che per potenziare l’effetto dell’irrigazione sul clima globale esistono enormi opportunità. Basti pensare che il mais (Zea mays L.), che oggi è al secondo posto tra le colture più coltivate a livello globale dopo il frumento, con una superficie raccolta di circa 203 milioni di ettari all'anno (Faostat, 2023) è irriguo solo per il 20% della sua superficie (Aakash et al., 2022) mentre la superficie irrigua sale al 27% per il frumento e al 60% per il riso (Portmann et al., 2010).
Ovviamente estendere l’irrigazione globale comporterebbe la realizzazione di infrastrutture di raccolta dell’acqua, da piccoli bacini di raccolta a livello aziendale a dighe più o meno grandi. In particolare le dighe hanno alcuni importanti vantaggi accessori che non dovrebbero mai essere trascurati, specie da chi vive in una Paese come l’Italia, affamato di energia a basso costo e in gran parte esposto al rischio alluvionale:
- permettono di generare quantità elevate di energia elettrica da fonti rinnovabili;
- permettono di stoccare l’energia elettrica prodotta dalle fonti rinnovabili discontinue (solare, eolico). Tale stoccaggio si ottiene utilizzando l’energia da fonti discontinue per spostare acqua dal basso (un bacino di raccolta a valle della diga) verso l’alto (invaso della diga);
- permettono di laminare le piene salvaguardando le persone e i beni dalle alluvioni.
Conclusioni
Abbiamo visto che l’irrigazione modifica in meglio il microclima del campo coltivato e che ciò avviene sia sfruttando l’energia che l’acqua rilascia quando si solidifica (protezione dalle gelate) si sfruttando l’assorbimento di energia da parte dell’acqua che evapora per mitigare le temperature eccessivamente elevate.
Nell’articolo si è posta in luce la vasta gamma di conseguenze positive che l’irrigazione ha sui vegetali coltivati. Per l’irrigazione e per le tante agrotecniche (lavorazioni del terreno, concimazioni, trattamenti fitosanitari, pacciamature, ecc. ecc.) che sono alla base dell’agricoltura vale insomma il vecchio detto milanese fa balà l’oeucc, che ci invita a una visione a 360 gradi dei processi in atto nel meraviglioso laboratorio biochimico a cielo aperto che è il campo coltivato, laboratorio che fonda la propria attività sul processo di fotosintesi e il cui obiettivo finale, perseguito anche attraverso l’allevamento del bestiame, è quello di produrre cibo e beni di consumo per l’umanità.
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bibliografia.
È Professore Associato di Agronomia e coltivazioni erbacee presso il Dipartimento Dicatam dell'Università degli Studi di Brescia. Direttore del Museo di Storia dell'Agricoltura e Vicepresidente della Società Agraria di Lombardia.
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