Un’esperienza di modellizzazione integrata per la gestione delle risorse idriche in agricoltura

Un’esperienza di modellizzazione integrata per la gestione delle risorse idriche in agricoltura

Introduzione

Il settore agricolo è un importante utilizzatore della risorsa idrica, particolarmente nei paesi dell’Europa meridionale dove rappresenta circa il 50% della domanda totale, ed è percepito come causa di inquinamento delle acque; per questi motivi è stato identificato come strategico per l’attuazione della Direttiva Quadro Acque (DQA) (Zucaro e Pontrandolfi, 2007).
La direttiva richiede un approccio partecipato alle politiche di gestione della risorsa idrica che strumenti informatici di elevata qualità dovrebbero supportare (Borowski e Hare, 2007; Matthies et al., 2007). Modelli in grado di svolgere analisi economiche sull’uso dell’acqua in agricoltura assumono particolare rilevanza nel quadro di un’applicazione congiunta della riforma della Politica agricola comune (PAC) e dell’attuazione della DQA (Heinz e al. 2007; Bazzani, 2007).
Il contributo illustra un’esperienza di modellizzazione integrata e partecipata per la gestione delle risorse idriche in agricoltura condotta recentemente in Italia.

Un caso di studio: la valutazione di una riorganizzazione irrigua

In un’area rurale del Nord-Est, posta nel bacino dell’Alto-Adriatico e servita dal Consorzio di Bonifica Destra Piave in provincia di Treviso, caratterizzata in un recente passato da un’abbondante disponibilità idrica, la gestione della risorsa sta diventando un serio problema. Cambiamento climatico, mutate condizioni socio-economiche e maggiori tutele ambientali determinano, infatti, una crescente scarsità e più frequenti situazioni di conflittualità intersettoriale. La riduzione dei volumi idrici disponibili per il settore agricolo appare inevitabile e la riorganizzazione del sistema di gestione delle acque una necessità ineludibile.
Una possibile soluzione prevede la sostituzione dell’esistente rete di distribuzione irrigua, basata su canali a cielo aperto, con una moderna rete di condotte in pressione ed il conseguente abbandono a livello aziendale dell’irrigazione a scorrimento a favore di forme di irrigazione ad aspersione. La valutazione della trasformazione è stata oggetto di uno studio multi-disciplinare condotto nell’ambito del progetto EU-MEDA – ISIIMM (Giupponi e Fassio, 2007). Ci si limita qui ad illustrare i risultati di uno studio socio-economico finalizzato a valutare differenti scenari di sviluppo. Obiettivo dell’analisi era la valutazione dell’impatto di misure di recupero dei costi del servizio irriguo mediante indicatori, previamente identificati come strategici dagli attori: l’uso dei suoli, i redditi agricoli, l’occupazione, la domanda irrigua.
La procedura di valutazione adottata è stata articolata in due fasi principali e realizzata con un processo partecipato che ha coinvolto funzionari pubblici, rappresentanti del locale Consorzio di Bonifica (CB) e di gruppi ed associazioni di interesse locale, agricoltori e cittadini. Nella prima fase, sono stati raccolti i dati necessari a descrivere la situazione esistente e ad acquisire, per quanto possibile, una visione comune e condivisa tra gli attori; contemporaneamente si è proceduto all’identificazione degli scenari futuri. Gli elementi chiave del cambiamento sono stati individuati nell’evoluzione del quadro normativo, la riforma della PAC ed il recepimento della DQA, e nelle dinamiche socio-economiche del territorio, che prevedono una crescente urbanizzazione con conseguente sottrazione di suoli all’agricoltura. Nella seconda fase si è svolto un esercizio di modellizzazione che ha quantificato gli impatti previsti mediante il “Sistema di supporto per l’agricoltura irrigua” (DSIrr - Decision Support for Irrigated agriculture).

DSIrr: un sistema di supporto per analisi di scenario mediante modelli bio-economici

DSIrr permette di svolgere analisi economiche sull’uso della risorsa idrica in agricoltura, integrando la politica agricola e quella delle acque (Bazzani, 2005a). Sviluppato originariamente nell’ambito del progetto EU WADI (Berbel e Gutierrez, 2005), è stato in precedenza applicato a diverse realtà italiane (Bazzani, 2005b).
La nuova versione, un prototipo non commerciale, rende ora possibile l’interazione con una più ampia gamma di modelli, sia ricevendo dati di input da modelli agronomici, quali Cropsys, ed idrologici, come SWAT; sia fornendo dati di output sotto forma di indici quantitativi che possono essere utilizzati in un processo iterativo di analisi partecipata multi-disciplinare come quello realizzato nel caso di studio mediante l’approccio NetSyMoD (Network Analysis – Creative System Modelling – Decision Support) (Giupponi e Fassio, 2007). Lo strumento si configura come un Sistema di Supporto alle Decisioni, permettendo, attraverso un interfaccia grafica dedicata, l’applicazione di procedure predefinite, tutte personalizzabili dagli utenti, per svolgere analisi di scenario mediante modelli bio-economici, integranti aspetti ambientali ed agronomici con quelli economici e sociali.
Il programma adotta un approccio di scomposizione gerarchica per descrivere l’attività agricola presente in un dato territorio, generalmente fatto coincidere con l’area di un bacino o di un CB. Tale area rappresenta un sistema chiuso, in cui l’allocazione dei suoli, la struttura agraria, la disponibilità di risorse, le scelte tecnico-economiche sono date e conosciute per il recente passato, ma la cui evoluzione è oggetto di studio. Il settore primario, ai fini dell’analisi, viene articolato in molteplici sotto unità sulla base di una pluralità di criteri quali: la localizzazione geografica, l’orientamento produttivo, le tipologie aziendali prevalenti. Le aziende rappresentano il livello finale del processo di disaggregazione, in quanto unità in cui vengono prese le decisioni ed operate le scelte che determinano poi, nel loro insieme, i risultati economici ed ambientali.
Si visualizza così un meta-modello territoriale (macro-scala), composto da diversi modelli aziendali (micro-scala) opportunamente collegati. Questa metodologia permette, da un lato, di introdurre regole decisionali differenziate tra gli attori, dall’altro, di considerare contemporaneamente aspetti aziendali e territoriali. In relazione a quest’ultimo aspetto, la disponibilità idrica aziendale deve tener conto di quella totale di bacino; analogamente la capacità di assorbimento del mercato limita le possibilità di produzione a livello aziendale. Per quanto concerne il primo punto, invece, il modello riproduce le scelte degli attori (gli agricoltori), visualizzati come agenti razionali che interagiscono in un’economia di mercato sotto l’influenza di diverse politiche, con un approccio multi-criteriale. I singoli decisori sono caratterizzati da specifiche funzioni di utilità in cui alla massimizzazione del reddito, si associano la minimizzazione del rischio, la minimizzazione dei tempi di lavoro ed altri eventuali criteri decisionali. Il modello massimizza una funzione di utilità aggregata, mentre i singoli modelli aziendali analizzano contemporaneamente, come tanti problemi di ottimizzazione, la scelta congiunta di cosa, come e quanto produrre, con esplicita considerazione di aspetti legati all’uso dell’acqua ed alle tecnologie irrigue, sulla base delle dotazioni dei fattori e dei relativi costi.
La modellizzazione aziendale utilizza le funzioni di produzione, quali le curve di risposta all’irrigazione (1). In questo modo è possibile quantificare l’impiego di acqua, di prodotti chimici, di lavoro, di macchine e di impianti, ed i relativi costi, considerando differenti alternative di prodotto e di processo, opportunamente differenziate per tipologie aziendali, per descrivere la situazione esistente ed i suoi possibili sviluppi.

Risultati

L’analisi quantitativa è stata condotta su un’area campione di 4500 ettari, sufficientemente omogenea quanto a condizioni climatiche, morfologiche e pedologiche. Le aziende presenti, circa 1500, sono state raggruppate in relazione all’orientamento produttivo prevalente in tre gruppi (cerealicolo, misto e zootecnico), ed articolate in diverse tipologie in relazione alla dimensione aziendale ed altre caratteristiche rilevanti.
I modelli, calibrati e validati con riferimento al 2005, sono stati poi utilizzati per esplorare diversi scenari. La tabella 1 riporta i risultati riferiti al sistema agricolo nel suo insieme, espressi come valori medi unitari, considerando la realizzazione o meno della trasformazione irrigua, due scenari denominati “agricolo” ed “urbano” e diverse ipotesi di tariffazione. Tutte le simulazioni introducono il disaccoppiamento dei sussidi e la loro modulazione come previsto dalla riforma della PAC.

Tabella 1 - Risultati delle simulazioni per scenario (valori medi per ettaro) Fonte: nostre elaborazioni

La prima riga (‘Agricolo’) rappresenta lo scenario di riferimento e, rispetto alla situazione osservata, introduce solo la riforma della PAC. Il reddito agricolo è calcolato come differenza tra un attivo, composto dagli incassi e dai sussidi, e da un passivo che include solo i costi variabili espliciti, ed è pertanto un reddito lordo (RL). Le entrate del CB (ECB) derivano da contributi fissi per ettaro, pari a 80 Euro/ha. La seconda riga descrive lo scenario ‘Urbano’ che assume una riduzione del 18% della superficie coltivata (2). Il RL aumenta lievemente per l’uscita dal settore delle aziende marginali ma, a livello aggregato, il contributo dell’agricoltura al prodotto interno lordo diminuisce. Per l’effetto congiunto della riduzione dei consumi unitari e della diminuzione della superficie irrigata, si riducono sia la domanda irrigua totale (Qacq) che le entrate complessive del CB. La cessazione dell’attività riguarda prevalentemente piccole aziende ad indirizzo cerealicolo, e questo gruppo di colture presenta la massima contrazione. Gli impieghi di lavoro (L) diminuiscono a livello unitario (-4,7%) ed aggregato (-22%).
La trasformazione irrigua determina a livello aziendale il passaggio dall’irrigazione per scorrimento a quella per aspersione, con la conseguente sostituzione di lavoro con capitale. Gli effetti della trasformazione sono illustrati nella terza riga della tabella (scenario ‘Agricolo’): il risparmio idrico è pari al 34.5%, a fronte di una riduzione del reddito lordo e del lavoro, rispettivamente, del -28% e del -11%. La contrazione del reddito deriva da un aumento dei costi di produzione non accompagnato da quello dei ricavi. Infatti, la mancanza nell’area di condizioni favorevoli alla diffusione di colture ad alto reddito, quali le ortive e le frutticole, che potrebbero beneficiare della trasformazione, rende minimi gli adattamenti negli usi dei suoli; mentre l’adozione di nuovi impianti irrigui comporta un aumento dei costi di esercizio, sia per il noleggio o l’acquisto delle attrezzature, che per i maggiori fabbisogni energetici connessi al pompaggio. Inoltre, essendo la maggior parte delle aziende di tipo familiare, i minori impieghi di lavoro si traducono in maggior tempo libero e minor pesantezza dell’attività agricola, ma non in una riduzione dei costi. La fornitura di acqua a più alti livelli di pressione e l’erogazione nei piani di sviluppo rurale di sussidi per l’adozione di nuove tecniche irrigue ad alto risparmio idrico rappresentano possibili soluzioni per ridurre l’impatto negativo sui redditi agricoli. Il recupero dei costi del CB sarebbe assicurato da un aumento dei contributi a 140 €/ha (+75%).
Lo scenario ‘Urbano’, in presenza di trasformazione della rete, riproduce le dinamiche già viste accentuandole. La domanda irrigua si riduce di oltre il 40% per l’effetto aggiuntivo della diminuzione della superficie irrigata, in precedenza destinata prevalentemente a mais; analogamente si contraggono occupazione, redditi agricoli ed entrate del CB.
La rete in pressione rende possibile l’adozione di forme di tariffazione al consumo, approccio raccomandato anche dalla DQA (articolo 9) in quanto dovrebbe indurre un uso più efficiente della risorsa. A fini conoscitivi, sono state considerate diverse ipotetiche tariffe al consumo introdotte in uno schema di tariffazione binomia. La tabella ne riporta due, negli scenari definiti “tariffa bassa” e “tariffa alta”, rispettivamente pari a 3 e 5 centesimi di euro per m3. Come atteso, la componente volumetrica permette un risparmio idrico del 52% e del 71%, ed aumenta in entrambi i casi di oltre 2.5 volte il reddito del CB. In questi scenari le superfici irrigate si contraggono sensibilmente, mentre gli impieghi di lavoro restano abbastanza stabili. Tra le colture si registra la sostituzione di varietà di mais a ciclo lungo con varietà a ciclo breve, caratterizzate da una maggior produttività nell’uso della risorsa idrica, e successivamente la sostituzione del mais irriguo con cereali asciutti. La riduzione dei redditi agricoli è, tuttavia, sensibile e pari al 36% ed al 40%.
Ad un’analisi più dettagliata, come evidenziato nel volume citato, emergono sensibili differenze tra i sistemi produttivi e tra le tipologie aziendali.

Conclusioni

Lo studio ha evidenziato come la trasformazione della rete irrigua, da canali a cielo aperto a condotte in pressione, e la conseguente adozione di tecniche irrigue ad aspersione in sostituzione di quelle a scorrimento, comporti positivi effetti ambientali quali-quantitativi a fronte di impatti socio-economici negativi. Infatti, dal punto di vista ambientale si osserva un miglioramento della qualità delle acque distribuite, per le minori inpurità presenti, ed un risparmio di circa il 35% dei quantitativi attualmente prelevati, per l’effetto congiunto delle minori perdite della rete e della maggior efficienza distributiva a livello aziendale.
Il recupero dei costi dell’investimento che, ai sensi dell’articolo 9 della DQA deve essere posto (almeno in parte) a carico degli utilizzatori, comporta un inasprimento della tariffazione. Questo, indipendentemente dalla modalità di applicazione, si scontra con la bassa redditività dell’agricoltura realizzabile nell’area e rende ragione dell’opposizione alla trasformazione da parte degli agricoltori.
Un’ulteriore analisi ha evidenziato come la riallocazione della risorsa risparmiata renda possibile una soluzione di maggior consenso sociale. Assumendo che i fabbisogni ambientali, connessi al rispetto del minimo deflusso vitale, assorbano circa il 10-15% del volume risparmiato e che la riduzione dei volumi assegnati al CB, in sede di rinegoziazione dei diritti di captazione, sia di questa entità, il restante 20-25% rappresenta un surplus che il CB può utilizzare. Escludendo l’allargamento delle superfici irrigate o il trasferimento della risorsa ad altri territori, il volume di acqua disponibile, non potabile ma di alta qualità, potrebbe coprire la domanda esercitata dal settore extra-agricolo presente nell’area rurale. Lo studio ha evidenziato come la sua espansione, sottraendo terra all’attività agricola, da un lato riduca la base impositiva del CB e le sue entrate assieme alla connessa domanda irrigua; dall’altro sviluppi un’autonoma domanda d’acqua per usi collegati alla presenza di orti, giardini, aree verdi, ed usi civili, quali il lavaggio di autoveicoli o la prevenzione di incendi. In assenza di allacciamento alla rete del CB, questa domanda non agricola verrebbe in buona parte coperta mediante l’utilizzo di acqua potabile fornita dalla rete urbana o mediante prelievi da falda.
Senza incrementare sensibilmente i costi di investimento, la creazione di una rete duale multisettoriale avrebbe pertanto un effetto positivo sia sulla sostenibilità ambientale che su quella economica. Utenti agricoli ed extra-agricoli potrebbero essere tariffati in modo differenziato conseguendo dal punto di vista economico un triplice risultato: a) la sostenibilità dell’imposizione per le imprese agricole; b) un risparmio per il settore extra-agricolo che beneficerebbe di un contenimento della spesa dati gli alti costi del servizio idrico civile; c) il recupero dei costi da parte del CB. L’adozione di un sistema binomio di tariffazione, con una quota fissa ed una variabile di tipo volumetrico, potrebbe poi agire come strumento di modulazione dei consumi. A questo si aggiunge che la fornitura di acqua in quantità sufficiente e di qualità adeguata da parte del CB avrebbe un effetto certo e positivo, se pur di difficile quantificazione, nel contenimento dei prelievi abusivi da falda, fenomeno che rappresenta nell’area di studio un crescente problema ambientale. L’introduzione nei piani di sviluppo rurale di misure finalizzate all’adeguamento delle reti irrigue, aventi come beneficiari i CB, potrebbe rappresentare, a nostro avviso, un positivo contributo al mantenimento di un’agricoltura vitale ed alla sostenibilità di queste aree.

Note

(1) Le funzioni di produzione sono stimate da modelli agronomici o ottenute sulla base di ricerche sperimentali. Mediante i coefficienti di input e di output, permettono non solo un’esplicita descrizione dei processi produttivi e delle tecnologie, ma anche, mediante appropriati indicatori, delle esternalità ambientali indotte.
(2) Tale riduzione è stata calcolata da altri esperti sulla base dei trend osservati sul territorio e delle possibilità di espansione previste dalla normativa (Giupponi e Fassio, 2007).

Riferimenti bibliografici

  • Bazzani G.M. (2005a), “An integrated decision support system for irrigation and water policy design: DSIRR”, Environmental Modelling and Software, n. 20, pp.153-163.
  • Bazzani G.M. (2005b), “A decision support for an integrated multi-scale analysis of irrigation: DSIRR”, Journal of Environmental Management Volume, n. 77, pp. 301-314.
  • Bazzani G.M. (2007), “Review of model-based tools with regard to the interaction of water management and agriculture”, Harmoni-CA Workshop Report on 4th Harmoni-CA/WP5 Policy Workshop, Deliverable no. D 5.1c and 5.4c, 29July 2007 [link]
  • Berbel J., Gutierrez C. (a cura di) (2005), “Sustainability of European Irrigated Agriculture under Water Framework Directive and Agenda 2000”, EUR 21220, Luxembourg: Office for Official Publications of the European Communities [pdf]
  • Borowski I., Hare M. (2007), “Exploring the Gap Between Water Managers and Researchers: Difficulties of Model-Based Tools to Support Practical Water Management”, Water Resources Management, n. 21, pp. 1049-1074.
    Giupponi C., Fassio A. (a cura di) (2007), “Agricoltura e acqua: modelli per una gestione sostenibile. Il caso della riorganizzazione irrigua nel trevigiano”, Il Mulino, Bologna.
  • Heinz, I., M. Pulido-Velasquez, J.R. Lund, J. Andreu (2007), “Hydro-economic Modeling in River Basin Management: Implications and Applications for the European Water Framework Directive”, Water Resources Management, n. 21, pp. 1103-1125.
  • Matthies M., Giupponi C., Ostendorf B. (2007), “Environmental decision support systems: Current issues, methods and tools”, Environmental Modelling and Software, n. 22, pp. 123-127.
  • Zucaro R., Pontrandolfi A., (2007), “Normativa europea sulle risorse idriche: lo stato di avanzamento”, Estimo e Territorio, Il Sole 24ore editore, Milano, n. 6, pag. 31-39.
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