Tecnologie ‘Precision Farming’ e Gestione suolo in scenari di CC

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Suolo, clima, macchine, energia e tecniche colturali appropriate per un determinato sito sono

le molteplici interazioni esistenti fra i diversi aspetti più rappresentativi delle aziende agrarie

ai fini della produzione

Pieranna Servadio CRA-ING

To save fossil-fuel energy requirements and the CO2

emissions from agricultural machinery

MAPPATURA DEL SUOLO PER STABILIRE TRAFFICABILITÀ E LAVORABILITÀ, NAVIGAZIONE IN CAMPO DELLA TRATTRICE CON GPS, ERGONOMIA.

Per mezzo dei campionamenti e dell’analisi geostatistica è stato possibilestudiare la variabilità spaziale e temporale delle proprietà del suolo, diindividuare alcuni indicatori di compattamento e tenacità in termini di ConeIndex (CI), Resistenza al taglio (SS) e Massa volumica apparente (MVA)correlati con il contenuto idrico (WC) e la sostanza organica (O.M.), ditrovare indicatori della resa.

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RMS accelerations for the tractor driving seat

GPSGPS

Mappatura produzioneMappatura produzione

Sensori RemotiSensori Remoti

TelerilevamentoTelerilevamento

Global posistioning system

Applicazioni a percentuale

Principali tecnologie disponibili dell’A.P.

TelerilevamentoTelerilevamento

GISGIS

VRAVRA

Nuovi sensori Nuovi sensori suolo & piantasuolo & pianta

percentuale variabile

GeographicInformation System

Antenna to reception GPS signal

Grain flow device

PCMCI memory-card

PF desktop software

Monitor is situated in the cab to monitor and to visualize

yield and its quality.

I dati sulla produzione sono stati acquisiti per mezzo di una mietitrebbiatrice equipaggiata con GPS e

quantimetro ‘Precision farming system’.

CCM3

Grain moisture device

La variabilità spaziale e temporale è stata

valutata per mezzo dell’analisi

geostatistica.

La mappatura dei parametri fisico-meccanici del suolo e della produzione, l’elaborazione dei dati per

la definizione delle zone omogenee (MZ) ha reso possibile gestire la lavorabilità e l’applicazione dei

prodotti a volume variabile nello spazio: chimici, sementi, acqua.

�

N 14.5-15.3

11.2-13.813.9-14.4

Trinciato di mais - Produzione (t ha -1)

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Es. La zona omogenea nella parte rivolta ad

est del campo, caratterizzata da un basso

livello di tenacità del suolo in termini di SS e

da un elevato contenuto di SO è stata gestita

con la semina diretta del frumento.

12.4-17.617.7-19.519.6-24.6

Contenuto idrico del suolo (g100g -1)

Trinciato di mais - Produzione (t ha -1)

Work sites layout TT-plain,

MP

WT-hilly,

HP

GD+F-

plain, VHP

Efficienza di campo (h ha-1) 1.78 1.07 0.26

Slittamento (%) 14.1 6.93 -

Consumo di combustibile:

Unitario (kg ha-1) 48 50 11

Energia consumata per ettaro di

terreno lavorato (GJ ha-1)

2.24 2.35 0.52

Emissioni di CO2 (kg C ha-1) 47.6 50.0 11.0

Lavorabilità

Prestazioni di tre cantieri di lavoro durante l’aratura estiva (Luglio) e la semina diretta (Settembre).

TT-plain=120 kW +aratro trivomere trainato

MP Track Tractor

Risposta gestionale

L’uso combinato delle

tecnologie informative

(IT), della trasmissione

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WT-hilly=217 kW +aratro quadrivomere

semi-portato reversibile

TT-plain=120 kW +aratro trivomere trainato

HP Wheeled Tractor VHP wheeled tractor

GD+F-plain=265 kW tramissione della potenza idro-

meccanica + seminatrice trainata

(IT), della trasmissione

della potenza idro-

meccanica e della

semina diretta hanno

permesso una gestione

più sostenibile

dell’azienda agraria con

notevole riduzione di

energia consumata e di

CO2 emessa e si

possono considerate

come tecniche di

adattamento ai c.c.

Distribuzione dei prodotti a percentuale variabile

Es. Concime

Risposta gestionale

•Ricevitore GPS•Sistema informatico di bordo riceve e confronta l’informazione di posizione della

trattrice nel campo con quella registrata nella mappa di distribuzione. Il sistema

interviene sulla posizione dell’attuatore se deve essere modificata la percentuale di

volume da distribuire.

•Attuatore elettrico o elettro-idraulico per regolare la quantità di concime che esce dalla

tramoggia.

•Connessione standard consente la comunicazione dei dati fra la trattrice e l’operatrice.

Altri attuatori e soluzioni disponibili che permettono una più facile integrazione con gli strumenti

dell'agricoltura di precisione, azionati dalla cabina della trattrice in maniera ergonomica:

�Sistemi integrati di attuazione elettrica e gestione di dosatore per seminatrici

pneumatiche di precisione;

�attuazioni elettroidrauliche per aratro reversibile per l'impostazione di diverse

posizioni di lavoro predeterminate e selezionate dalla cabina della trattrice;

� Sistema modulare per l'irrigazione di precisione che permette la comunicazione fra

sensori per il monitoraggio dell'umidità del suolo ed una centrale per l'elaborazione

degli stessi;

� Insieme di soluzioni integrate (SDF Smart connect) composto da diverse funzionalità:

1) ‘a Doc System’ in grado di fornire automaticamente all’operatore (o riparatore1) ‘a Doc System’ in grado di fornire automaticamente all’operatore (o riparatore

autorizzato) un messaggio di intervento appropriato in relazione ad un segnale

diagnostico a bordo macchina; il messaggio è reperito all’interno di una libreria remota

in cui risiede tutta la manualistica. All’operatore è richiesto un feedback: in tal modo il

software integra le informazioni per affinare le ricerche successive;

2) ‘Remote Assistance’, possibilità di avere assistenza remota in base ai segnali

provenienti da trattrice e macchina operatrice, la possibilità di riprodurre su tablet lo

schermo di controllo dell’implement, memorizzando un insieme di settaggi per

trasferimento su diverse macchine (SDF BT);

3) ‘Data Management System’ possibilità di gestire una flotta di veicoli.

Applicazione di medodi empirici per la predizione delle prestazioni in campo di

veicoli gommati e cingolati e relazione macchinario-suolo

Per predire le prestazioni dei veicoli in campo sono stati

considerati modelli basati sull’interazione suolo–

veicoli che includono, oltre alla resistenza del suolo in

termini di CI, il carico sullo pneumatico o cingolo,

alcune caratteristiche tecniche dello pneumatico o

cingolo del veicolo, ed il numero dei passaggi sulla

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cingolo del veicolo, ed il numero dei passaggi sulla

stessa orma.

Type of vehicle, Power class Symbol Type of vehicle, Power class Symbol

4RT, MP a WT, MP low aspect ratio tire k RT, LP large track b 6WT, MP p MT, LP J Spinach harvester, MT, MP MT WT, MP terra-tire c WT, LP, narrow tire y RT, LP standard track d WT, HP standard tire q RT, HP large track e WT, HP r RT, HP standard track f WT, MP single tire t WT, LP g Forage harvester, WT, UHP hu RT, VHP x Spinach harvester, WT, HP 4WT MT, MP l Spinach harvester, 4RT, HP 4RT/4RT- Lc WT, MP dual tire m Broadcaster, WT, HP narrow tire bW RT - UHP n Forage harvester, WT, UHP hv WT, MP standard tire o Truck 3 axles, 30 Mg, load z Slurry spreader , WT,VHP Ss Slurry spreader , WT,VHP-load Ss-load

Per mezzo dei dati di campo raccolti e dell’elaborazione e validazione degli indici è stato possibile unire in modo

coerente, le prestazioni (in termini di coefficiente di trazione e rendimento di trazione) ed il compattamento del

macchinario agricolo, di differente massa, potenza e sistema di propulsione: ruote, pneumatici a basso rapporto

d’aspetto, cingoli in metallo ed in gomma, semoventi per la raccolta il trasporto e la distribuzione dei prodotti agricoli.

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In seguito agli elevati valori dell’ΔCI1 (> 0.3) ed ai bassi valori dell’ indice numerico Nc,r (< 20), la

relazione suolo-macchinario mostra che il traffico delle macchine con elevato carico sugli assali, su

terreno umido, in particolare durante le attività di raccolta e di applicazione di concime e digestato,

anche dopo un solo passaggio, provoca un elevato incremento del compattamento in termini di CI e

rappresenta un problema non ancora risolto. Questa relazione può essere utile per valutare e

minimizzare il grado di compattamento, per gestire e prevedere la trafficabilità e per progettare veicoli

agricoli in grado di evitare effetti negativi sul suolo.

Type of vehicle Power class (kW)

4RT Mod. Articulated Vehicle with 4 rubber tracks LP P < 60 low WT Wheeled tractor MP 61 < P < 120 medium

6WT Six wheeled tractor HP 121 < P < 180 high

MT Metal tracked tractor VHP 181<P <300 Very high

RT Rubber tracked tractor UHP P> 300 ultra high 1 penetration resistance increases over the control after one pass (∆CI1).

Correlazione fra l’indice numerico Nc,r e l’incremento della resistenza alla penetrazione sul Controllo dopo quattro

(ΔCI4) ed un (ΔCI1) passaggio nello strato di suolo 0-0.20 m, per i veicoli elencati e rappresentati da simboli.

per la distribuzione e l’interramentodel digestato liquido in uscitadall’impianto a biogas ed utilizzatocome ammendante agricolo.

Macchina con elevato carico sugli assali

La produzione dibiogas tramitedigestione anaerobicaè aumentatarapidamente negliultimi anni in molteparti del mondo. Il suoutilizzo permette diridurre le emissioni digas serra ed inoltre, un

Il concetto di indipendenza energetica dell’azienda agricola:

L'alternatore montato intesta al motore provvedealla conversione di energiameccanica in energiaelettrica.

gas serra ed inoltre, unimpianto di produzionebiogas può essereusato comecombustibile per laproduzione incogenerazione dicalore ed energiaelettrica. L'energiaelettrica prodotta vieneimmessa nella reteattraverso una cabinaelettrica.

La trattrice a Idrogeno;

Il concetto di indipendenza energetica dell’azienda agricola:

La trattrice “Dual Fuel” alimentata sia a gasolio che a biogas;

La trattrice a idrogeno utilizza la

La trattrice elettrica;La trattrice ibrida: elettrodiesel.

La trattrice a idrogeno utilizza latecnologia delle celle a combustibile perprodurre elettricità destinata adalimentare il motore elettrico di trazione,gli apparati ausiliari di bordo e anche gliattrezzi elettrici per la lavorazione delsuolo.

Lo sviluppo di tecnologie legate alla produzione ed all'utilizzo del biogas è unelemento importante che può fornire un contributo concreto al raggiungimentodegli obiettivi posti a livello Europeo dalla Direttiva 2009/28/CE e dal Consigliodel 23 aprile 2009 sulla promozione delle energie da fonti rinnovabili per il 2020(20-20-20).Ad oggi il biogas è utilizzato prevalentemente per combustione diretta in caldaiacon produzione di energia termica, in motori a combustione interna (ICE) per laproduzione di energia elettrica e, soprattutto in sistemi di cogenerazione per laproduzione combinata di energia termica ed elettrica (CHP). Un'alternativa che

Il concetto di indipendenza energetica dell’azienda agricola:

produzione combinata di energia termica ed elettrica (CHP). Un'alternativa chesta diventando sempre più interessante è quella della valorizzazione del biogas,trasformandolo con un processo di “upgrading” in un gas assimilabile al gasnaturale (biometano) che può essere utilizzato per autotrazione o può essereimmesso nella rete di distribuzione del gas. Legato alla filiera energetica delbiogas vi è dunque lo sviluppo di tecnologie che consentano di pulire e raffinare(upgrading) il biogas prodotto localmente, rimuovendo cioè i contaminantipresenti fra cui H2S ed NH3 e l'elevato contenuto di CO2 (35-45%) ed aumentarecosì il potere calorifico e l’indice di Wobbe.