Agricoltura di precisione per ottimizzare risorse e produzione

di Alessandro Matese, Istituto di Biometeorologia del Consiglio Nazionale delle Ricerche

Secondo le stime della FAO la popolazione mondiale raggiungerà i 9,2 miliardi di persone entro il 2050 e la richiesta alimentare aumenterà del 70%, il che comporterà inevitabilmente una maggiore produzione vegetale per l’alimentazione umana ed animale.

Osservando l’evoluzione dell’agricoltura, soprattutto nei paesi sviluppati, a partire dagli anni ’60 si evidenzia un incremento della produttività grazie all’impiego di nuove varietà più produttive, di agro-tecniche più efficienti e al largo uso di sostanze agro-chimiche. Tuttavia i guadagni in produttività sono stati conseguiti ponendo a grave rischio le risorse naturali e l’ambiente: il 45% dei suoli europei ha seri problemi di qualità, dovuti al basso livello di sostanza organica, e un quarto di essi manifesta processi erosivi da moderati ad alti. A questi dati si aggiunge che il 40% dei suoli agricoli è vulnerabile all’inquinamento da nitrati, minacciando la qualità delle risorse idriche, e che il 9% delle emissioni di gas serra nei paesi dell’unione europea è di origine agricola.

Si può facilmente dedurre che l’agricoltura si trova oggi ad affrontare l’impegnativo compito di dover conciliare la richiesta di maggiore produzione con l’esigenza di gestire in maniera sostenibile le risorse umane e preservando contemporaneamente l’ambiente.

In quest’ottica, la tecnologia applicata all’agricoltura, cioè l’agricoltura di precisione, si rivela lo strumento più efficace per raggiungere i nuovi obiettivi di ottimizzazione delle risorse per incrementare redditività e sostenibilità, di riduzione dell’impatto ambientale e di miglioramento degli aspetti sociali dell’agricoltura.

Si tratta di una tecnologia innovativa, che modifica le tecniche esistenti e ne introduce di nuove, per fornire all’agricoltore strumenti di valutazione obiettivi che lo possano assistere nella conduzione della propria azienda, con lo scopo di ottenere il massimo ritorno economico nel rispetto dei vincoli ambientali.

Gli strumenti di cui si avvale l’agricoltura di precisione sono: Sistemi Informativi Geografici – GIS, GPS differenziale, analisi digitale del territorio, analisi geostatistica, telerilevamento, sensori geoelettrici e radiometrici, modelli di simulazione dinamica e stocastica. A questi si aggiungono sonde nel terreno, per il monitoraggio dello stato del suolo, droni che fotografano i campi dall’alto o che si avvicinano ad ogni albero per controllare la presenza o meno di parassiti e lo stato di salute. Macchine spandiconcime a rateo variabile, che recepiti i dati dei droni e dei gps, dosano con precisione la quantità di concime necessaria in ogni area. Irrigatori gestiti da software – sempre collegati al gps- che irrorano acqua in base ai livelli di umidità registrati al suolo. Centraline meteo, applicazioni per smartphone, algoritmi per le proiezioni sul raccolto o sulla possibile diffusione di parassiti.

L’utilizzo di macchine automatizzate e tecnologie specifiche rendono qualsiasi intervento preciso e mirato, aumentando le probabilità di riuscita delle operazioni.

Anche il percorso dei trattori può essere calcolato grazie alle coordinate gps, minimizzando l’area di terreno schiacciata dalla macchina e diminuendo i tempi di percorrenza e lavoro.

La partecipazione del CNR a progetti di studio e applicativi nel settore vinicolo, ha portato alla costituzione all’interno dell’Istituto di Biometeorologia di un gruppo di ricerca nell’ambito della viticoltura di precisione, in grado di supportare dal punto di vista scientifico le aziende viticole italiane.

L’esperienza dell’Istituto di Biometeorologia IBIMET-CNR nasce nel 2007 con il progetto Consorzio Tuscania mirato alla comprensione dell’impatto di pratiche di gestione della chioma sulla qualità delle uve. All’interno del progetto, che ha visto il coinvolgimento di importanti realtà produttive del territorio toscano, tra cui Antinori, Mazzei, Folonari e Ricasoli, il task di IBIMET è stato sviluppare una rete di sensori wireless (WSN) per il monitoraggio del microclima della pianta e un sistema di monitoraggio remoto da piattaforma aerea SkyArrow con sensori multispettrali e termici. Nel 2011 all’interno del progetto C.I.S.I.A. – Conoscenze Integrate per Sostenibilità ed Innovazione del Made in Italy Agroalimentare, IBIMET ha sviluppato un innovativo sistema di monitoraggio remoto ad altissima risoluzione basata su tecnologia UAVs (Unmanned Aerial Vehicle), che ha visto l’impiego di un drone equipaggiato con sensoristica per monitoraggio dei vigneti. Questi progetti uniti ad altre attività hanno fornito collaborazioni intense con diverse aziende italiane, istituti di ricerca e università, come l’Università di Torino e Firenze, CRA-VIT, e aziende vitivinicole nel Brunello di Montalcino, Chianti Classico e Barolo. Recentemente il gruppo ha effettuato una nuova collaborazione con partner europei, come SupAgro / IRSTEA Montpellier in Francia.

Nell’ambito delle attività di ricerca il gruppo dell’IBIMET studia le tecnologie di remote e proximity sensing utilizzando sistemi sviluppati ad hoc, low-cost e open source. Queste permettonmo di indagare sui rapporti tra microclima della vite, fisiologia e tecniche di gestione della chioma. Utilizzando queste informazioni si possono sviluppare indici di qualità e nuovi modelli colturali per la previsione della qualità dei prodotti per mezzo di informazioni acquisite da telerilevamento e monitoraggio prossimale.

Infatti una serie di prodotti di ricerca sono stati implentati, dai sistemi di monitoraggio wireless dei parametri micrometeorologici per reti diffuse in sistemi agricoli ai droni per monitoraggio remoto ad altissima risoluzione (5cm/pixel a 150m di quota). Questi permettono l’elaborazione di mappe di prescrizione per macchine a rateo variabile VRT (Variable Rate Technology), la mappatura dello stato vegetativo delle piante (grano, olivo, vite) e fallanze in vigneto e lo sviluppo di modelli di allerta e rischio di stress termici e attacchi patogeniLa grande potenzialità delle tecnologie per e’agricoltura di precisione è data anche dalla possibilità di combinare questi strumenti secondo le specifiche necessità dell’azienda agricola. Alla personalizzazione , negli ultimi anni si è aggiunto anche un altro elemento non trascurabile: l’abbassamento dei prezzi di questo tipo di tecnologie, rendendole sempre più accessibili e quindi, velocizzando i processi di ottimizzazione dei consumi e delle risorse, con conseguenze più immediate anche sull’ambiente.

Affinché l’agricoltura di precisione e le sue tecnologie funzionino al meglio è necessaria una collaborazione più stretta tra mondo della ricerca e imprenditori, in modo che i primi possano trovare soluzioni mirate.