Impacts of Drought on Maize in The Provinces of Biella, Mantova, Reggio Emilia and Bologna

The main purpose of the thesis is to estimate the impacts of drought on different growth stages of maize in the provinces of Biella, Mantova, Reggio Emilia, and Bologna. To evaluate the impacts of drought on the different growth stages of maize, the Agricultural Production System sIMulator (APSIM) software is applied. APSIM is a software which allows users to simulate agricultural production systems; in particular the software allows the simulation of maize growth at daily time steps. APSIM uses meteorological data, soil texture and information on crop management practices as inputs. Meteorological data were retrieved from the E-OBS gridded dataset. E-OBS is a European observational dataset having a 10kmx10km spatial resolution and a daily temporal resolution. Its coverage over Northern Italy, the area where the four considered provinces are located, is good, as demonstrated in various studies. E-OBS provides daily rainfall, daily average, maximum and minimum temperature, and solar radiation. The information on maize management practises, such as sowing window (the time window in which the crop is usually planted in the case study area), sowing depth, row spacing, amount of fertilisers used to grow the crop, etc. were collected from the Lombardy Region guidelines for farmers. Soil texture has been derived from the ISRIC World Soil database. The simulations run in APSIM were used to assess how different growth phases of maize are affected by water stress. First of all, for each city the reference yield is computed. Reference yield represents the maximum yield that can be obtained from a crop when there is no water stress during the entire growing season. The reference yield is the reference point to which all other results are compared. Then, to examine the change in final yield when there is a water stress during one of the growth stages (establishment, vegetative, flowering or yield formation) the simulations are initialised with a water stress on the selected phase. From the collected data, the yield reduction is estimated by comparing it to the “Reference Yield” of the specific growing season. This procedure is used to estimate the yield losses for the four cities in the various growth phases. The yield reduction and the water deficit computed through APSIM for each crop growth phase and for each province are used to construct the vulnerability curves. From the vulnerability curves it’s easy to see that flowering is the most sensitive stage to water stress in all the four considered provinces. The vegetative and the yield formation are less sensitive to water stress than flowering. Therefore, avoiding high water stress during the flowering stage is essential to have high yield.

Impatti della siccità sul mais nelle province di Biella, Mantova, Reggio Emilia e Bologna. Questa tesi ha come obiettivo la stima degli impatti della siccità sulle diverse fasi di crescita della pianta del mais nelle province di Biella, Mantova, Reggio Emilia e Bologna. Per valutare gli impatti della siccità sulle diverse fasi di crescita del mais è stato utilizzato il software APSIM (Agricultural Production System sIMulator). APSIM è un software che consente di simulare i sistemi di produzione agricola. In particolare il software permette la simulazione della crescita della pianta di mais su base giornaliera. APSIM utilizza come input dati meteo, informazioni sulla tessitura del suolo e sulle pratiche di gestione della coltivazione. I dati meteorologici sono stati ottenuti dal dataset E-OBS. E-OBS è un dataset con una risoluzione spaziale di 10x10km e una risoluzione temporale giornaliera. Il dataset fornisce dati su tutto il territorio europeo. La copertura a livello di stazioni sull’area del Nord Italia, dove sono collocate le quattro province oggetto di questa tesi, è buona, come dimostrato da vari studi. Da E-OBS sono stati estratti i dati di precipitazioni giornaliere, temperature medie, massime e minime giornaliere e radiazione solare. Le informazioni sulla gestione del mais, come periodo di semina, profondità di semina, spaziatura tra le file delle piante e quantitativi di fertilizzanti impiegati, sono state ricavate dalle linee guida di Regione Lombardia per gli agricoltori. La tessitura del suolo è stata estratta dal World Soil Database di ISRIC. Le simulazioni eseguite in APSIM sono state usate per stimare come i diversi stadi di crescita del mais sono condizionati dallo stress idrico. Per prima cosa per ciascuna provincial è stato calcolato il raccolto di riferimento. Il raccolto di riferimento rappresenta il massimo raccolto possibile che si può ottenere dalla coltivazione in assenza di stress idrico durante tutta la stagione di crescita della pianta. Successivamente, per esaminare la variazione nel raccolto finale quando si verifica uno stress idrico durante uno dei periodi di crescita della pianta (germinazione, sviluppo vegetativo, fioritura e maturazione), le simulazioni in APSIM sono inizializzate con uno stress idrico durante una delle fasi di crescita. La riduzione del raccolto in scenari caratterizzati dalla presenza di uno stress idrico durante una delle fasi di crescita è stimata confrontando il raccolto ottenuto nella stagione interessata dallo stress idrico al raccolto di riferimento. Questa procedura è applicata in tutte e quattro le province durante le fasi di crescita considerate. La riduzione del raccolto e lo stress idrico calcolati attraverso APSIM sono utilizzati per costruire le curve di vulnerabilità per ciascuna fase di crescita e ciascuna provincia. Dalle curve di vulnerabilità si evince che la fioritura è la fase di crescita più sensibile allo stress idrico in tutte le quattro province considerate. Le fasi di sviluppo vegetativo e maturazione sono meno sensibili alla mancanza d’acqua rispetto alla fioritura. È perciò essenziale evitare stress idrici durante la fase di fioritura.