Tecnologie innovative per il supporto alle concimazioni di ......Tecnologie innovative per il...

SATURNO: Satelliti e altre tecnologie innovative a supporto di tecniche di fertilizzazione a rateo variabile in risicoltura

Tecnologie innovative per il supporto alle concimazioni di copertura in risaia:

Modellistica di simulazione e strumenti diagnostici basati su smart app per la valutazione dello stato

nutrizionale

Prof. Roberto ConfalonieriUniversità degli Studi di Milano, Cassandra lab

2

Il contesto

Pressione crescente sugli agricoltori per la gestione

dell’azoto:

• Direttive comunitarie per diminuire perdite dal sistema e

inquinamento (lisciviazione, volatilizzazione,

denitrificazione)

• Standard qualitativi legati al contenuto in azoto per

alcune colture (e.g., contenuto in proteina per il frumento)

• Massimizzare i profitti anche attraverso la riduzione dei

costi

3

Il contesto

Voci di costo per un’azienda risicola di medie dimensioni

(150 ha)Voce di costo €/ha

Affitto terreni 650

Fattori di produzione Irrigazione 217

Semente 154

Fertilizzanti 370

Fitofarmaci 260

Macchinari Manutenzione 201

Deprezzamento 327

Energia Gasolio 200

Elettricità 35

Assicurazione 120

Personale 240

Altro 340

Totale 3114

Fertilizzanti =

quasi il 40% del

totale delle

voci di costo su

cui c’è un

margine per ottimizzare il sistema!

Dati Camera di

Commercio di Vercelli

(2013)

Valutazione stato nutrizionale

4

Valutare lo stato nutrizionale della pianta e stimare in modo

affidabile i fabbisogni permette di:

• aumentare l’efficienza d’uso dell’azoto, e quindi la

• sostenibilità ambientale ed economica dell’attività agricola

I fabbisogni di azoto sono di difficile definizione poiché dipendono

da numerosi fattori (e.g., stadio fenologico, pratiche gestionali,

scelta varietale, proprietà fisico-chimiche dei suoli)

Il contesto

5

Il contesto

Probabilmente è da diversi anni che sentite parlare di strategie

e strumenti per il supporto alla concimazione…

...complimenti per non esservi scoraggiati!

Motivi dell’insuccesso:

• Il problema è effettivamente complesso (…)

• In parte le tecnologie non erano mature

• In parte gli scienziati hanno la tendenza (a volte) a

complicare

Obiettivo: sviluppare tecnologie che entrino realmente in azienda

Soluzione: rendere semplici gli strumenti e fluidi i flussi di

informazione

1st CONC.DI COPERTURA 2st CONC.DI COPERTURA

ACCESTIMENTO INIZIAZIONE PANNOCCHIA

6

Il progetto: flusso di lavoro

Informazione sulla fase fenologica

Acquisizione «mirata» di

dati di campo

Acquisizione Immagini satellitari

Piano di concimazione

Mappa di prescrizione

Quando: identificazione del miglior momentoper concimare i campi test

Quanto: stima dello stato nutrizionaleper le differenti zone identificate

Dove: differenziare i campi in zone a diverso vigore

Gestione dati: creazione delle informazionispazialmente distribuite

ConcimazioneApplicazione: attuazione di una concimazione sito-specifica grazie ad appositi macchinari

Cosa: scelta agronomicasupportata dai dati di campo e spazializzata grazie al satellite

7

Il progetto: gli strumenti

Dove

Immagine satellitare pre-concimazione


Acquisizione "mirata" di dati di campo

Immagine satellitare: guida

pochi rilievi sulle zone con massima variabilità.

Rilievi: valutare lo stato

nutrizionale per dare un

supporto oggettivo al piano

di concimazione.

Campionamenti

8

9


Quanto

10

Strumenti diagnostici

Nel corso degli anni sono state proposte diverse tecnologie

(teoricamente) per diagnosticare lo stato nutrizionale e

supportare quindi la concimazione di copertura.

Perché non hanno penetrato il mercato?

• Radiometria multispettrale (satelliti, Envisat-MERIS)

(In passato) Missioni discontinue e non sempre

operative

(In passato) Risoluzione spaziale e temporale non

sempre adeguata

• Radiometria iperspettrale (da campo)

Troppo costosa per contesti operativi, ingombrante,

delicata

• SPAD, Dualex e simili

Comunque costosi

Caratterizzati comunque da incertezza

11


12


• Ma, soprattutto:

Non stimano direttamente il contenuto di azoto nelle

piante

Necessitano di curve di taratura

Il contenuto di azoto non è sufficiente per determinare

lo stato nutrizionale

13


Per valutare lo stato nutrizionale non basta stimare il

contenuto d’azoto:

14


“Interpretazione” teorica: l’azoto nella pianta è di due tipi:

• Azoto metabolico

• Azoto strutturale (Greenwood et al., 1991)

Cause della diluizione:

• Aumento relativo di componenti poveri in azoto

(e.g., steli invece di foglie)

• Auto-ombreggiamento – senescenza (Lemaire et al.,

1991)

15


• Per valutare lo stato nutrizionale ci servono quindi due informazioni:

Concentrazione di azoto critica

Domanda di azoto da parte della pianta

Concentrazione di azoto nei tessuti

Azoto presente nella pianta

16

Concentrazione critica di azoto

• Può essere determinata in diversi modi:

Misurando la biomassa aerea (Salette e Lemaire, 1981)

Parametrizzazione molto complessa (e incerta)

Non utile come sistema diagnostico

o Raccogliere un numero rappresentativo di

piante

o Eliminare le radici

o Essiccarle (stufa fino a peso costante)

o Determinare la biomassa (sostanza secca)

…il tutto per ogni punto dell’azienda per il quale

vogliamo effettuare la valutazione!!!

17




Determinando indici numerici di sviluppo fenologico

(Williams et al., 1989; Hansen et al., 1991)

Poco pratico come strumento diagnostico

o Calcolare i gradi giorno

o Normalizzarli per i gradi giorno necessari per la

maturazione (molto diversi tra varietà)

18




Determinando indici numerici di sviluppo fenologico

(Williams et al., 1989; Hansen et al., 1991)

Stimando l’indice di area fogliare (LAI) (Confalonieri et

al., 2011)

o Molto utile come strumento diagnostico

o …ma occorre stimare il LAI

19


20


21

Stimare il LAI

LAI = 1LAI = 2

22

Stimare il LAI

Strumenti disponibili per la stima (…) del LAI:

23

Stimare il LAI

Strumenti disponibili per la stima (…) del LAI:

• Piuttosto onerosi (costano molto o richiedono molto tempo)

• Spesso caratterizzati da ridotta portabilità

• Non integrabili

con altri strumenti

con sistemi di registrazione dei dati

• In caso di guasto, gli interventi di manutenzione possono

essere lunghi e costosi

…le campagne di misura possono essere interrotte!

24

Smartphone

• Sensori di qualità

• Potenza di calcolo

• Sistema di gestione

già disponibile+

Marketing basato su

performance

Giochi

Possibilità di sviluppare strumenti di misura integrabili

• Volumi di produzione

• Pressione competitiva

25

PocketLAI

26

PocketLAI

• So che l’idea di effettuare misure in campo con un

telefono può generare diffidenza

• Ma l’applicazione è stata valutata insieme agli altri

strumenti in commercio ed ha mostrato un’accuratezza

comparabile

27

PocketLAI

IRRI

Beijing

Normal

Univ.

CSIRO

University of

Queensland

University of

Twente

Macquarie

University

IRRI

DEMETER

University of

Salamanca

CNR

farmers

University of

Maryland

CIMMYT

Bamako

AgriGeorgia

AgriChile

AssoFruttiUniversity

of Pecs

District University of Bogotá

Natural

Solutions

University of

Idaho

Cattolica

Assicurazioni

North

Carolina

State

University

Université

catholique

de Louvain

Allianz

University of

Hohenheim

Chinese

Academy of

Science

CIMMYT

INRA

Supagro

University of

Reading

Instituto

Superior

Técnico

Royal

Botanic

Garden

University of

Valencia

Politecnico

di Milano

EcoEdge

Università

di Napoli

Univ.

Milano

Bicocca

TerraSphere

Imaging & GIS

Brandenburg

University of

TechnologyCREA

University of

Auckland

AgSpace

Grupo

Enlasa

Department

of Agriculture

and Food

University of

Sydney

IPF

Ferrero

Università

di Firenze

Università

di Torino

INTA

Univers. Nacional

Autónom. Nicaragua

farmer

Nelson Mandela African Institution

of Science and Technology

CIAT

ICRISAT

Kano

technicians

Mahidol

University

Bidhan

Chandra Krishi

Viswavidyalaya

28

PocketLAI

• Posizionare il telefono sotto la copertura vegetale

• Ruotarlo

accelerometro, magnetometro acquisizione a 57.5°

• Processamento automatico

per identificare

i pixel "di cielo"

• Applicazione di un modello

di trasferimento radiativo

• Calcolo del LAI

E’ tutto completamente automatico

29







30

Concentrazione di azoto

• Ci sono diversi strumenti disponibili:

Alcuni molto semplici

Altri più complessi e costosi

31


• Ci sono diversi strumenti disponibili:

Stimano indici correlati alla concentrazione di azoto

L’assunzione è che:

o più una foglia è verde, più contiene clorofilla

o più una foglia contiene clorofilla, più contiene azoto

32


33


2013 – Volano, Gaggiano

34


2014 – Selenio, Rosasco

35


• Abbiamo detto che, comunque, nessuno di questi

strumenti misura direttamente la concentrazione di azoto

La relazione tra colore e contenuto di azoto varia in

base a diversi fattori

Il più importante è il fattore varietà

Servono curve di taratura specifiche per varietà (o

gruppi di varietà) per convertire gli indici rilevati dagli

strumenti in concentrazioni di azoto

36


Sperimentazione

dedicata per le più

importanti varietà italiane

Supportata

da:

37


Sono state ottenute curve di taratura specifiche per varietà

38







39

• PocketLAI

• PocketN

LAI Richiesta di azoto (in vivo, in campo)

Contenuto effettivo di azoto nella pianta+

Supporto alla concimazione azotata (NNI: PNC/Ncrit)=

Valutare lo stato nutrizionale

Test del sistema

• E’ stata allestita una prova sperimentale, replicata nel 2014

e 2015 in due aziende diverse a Rosasco e Gaggiano

Diversa gestione (inclusa scelta varietale)

Diverso suolo (tessitura, sostanza organica)

Meteo diverso nei due anni

• L’obiettivo era testare il sistema in condizioni "operative":

Scenari gestionali plausibili

Niente trattamenti "da sperimentatore"

(e.g., 0 o 180 kg N ha-1)

41


Quando

Quando? Simulatore colturale

Stadio di sviluppo

DVS


In alcuni stati fenologici le colture riescono ad utilizzare l’azoto con

maggiore efficienza

Importante soprattutto disporre di strumenti efficaci per identificare con

precisione il momento dell’iniziazione della pannocchia

43

,

1a CONC.DI COPERTURA 2a CONC.DI COPERTURA

Semina

Accestimento Fioritura

MaturitàFormazione pannocchia

Fase

di Svi

lup

po


Quando? Simulatore colturale

44

Grazie per la pazienza e per l’attenzione

Tecnologie innovative per il supporto alle concimazioni di ......Tecnologie innovative per il...

Documents

Transcript of Tecnologie innovative per il supporto alle concimazioni di ......Tecnologie innovative per il...