Droni per caratterizzare la geometria degli ulivi

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L’acquisizione dei dati biometrici dell’oliveto è più rapida e precisa attraverso l’uso combinato di fotocamere e aeromobili a pilotaggio remoto. Recenti studi confermano la possibilità di stimare le caratteristiche della chioma

In un contesto produttivo variabile dal punto di vista dell’avanzamento tecnologico come quello dell’olivicoltura italiana, l’utilizzo degli strumenti di agricoltura di precisione come i droni potrebbe apparire sovrastimato rispetto a necessità più impellenti di rinnovamento del settore. Eppure, l’olivicoltura di precisione offre strumenti che possono essere applicati, sì, in sistemi moderni e ad alta redditività, ma anche in aree di olivicoltura marginale, zone collinari/montuose o aree soggette a rischio idro-geologico. Cambiando il contesto, cambiano tuttavia le finalità del lavoro di monitoraggio che questi strumenti consentono di espletare e, di conseguenza, anche le valutazioni e le implicazioni pratiche dei dati che ne derivano.

 

 

Sull’olivicoltura di zone marginali, connotata da un forte valore paesaggistico e di servizio ecosistemico, gli obiettivi perseguibili con i sistemi di monitoraggio offerti dall’agricoltura di precisione variano dal censimento degli alberi alla valutazione dello stato fitosanitario, fino valutazione della stabilità idrogeologica, particolarmente utile per le aree poco accessibili in cui l’uso tecnologie in remoto si rivela particolarmente vantaggioso.

 

 

In contesti produttivi affermati il monitoraggio sarà invece orientato alla conoscenza della variabilità spaziale dei parametri biofisici dell’albero all’interno dell’oliveto, che consente una applicazione mirata degli interventi, dalla potatura alla concimazione alla difesa fitosanitaria, per una gestione dell’oliveto con input ridotti, più efficiente dal punto di vista economico e più sostenibile per l’ambiente.

Uno degli aspetti investigati di recente presso il Dipartimento di Scienze Agrarie, Alimentari e Agro-ambientali (DiSAAA-a) dell’Università di Pisa, è la possibilità di utilizzare delle specifiche di tecnologie afferenti alle tecniche di agricoltura di precisione alla caratterizzazione biometrica degli oliveti, in particolare alla stima dei parametri dimensionale e dei volumi della chioma, nonché di biomassa prodotta.

Dal satellite ai droni

Sulla modalità con cui si possono effettuare rilievi in telerilevamento, quello da satellite è stato utilizzato sin dagli albori di queste tecniche; consente di analizzare grandi areali, ed è una delle scelte più utili per le valutazioni a livello regionale e di comprensorio. Alla sua capacità di coprire grandi superfici si affianca il difetto di una scarsa risoluzione, solo parzialmente superata quando i rilevamenti vengono fatti attraverso aerei. In entrambi i casi, i costi di questi servizi possono essere proibitivi per aziende di piccola dimensione.

Più recente è l’utilizzo di aeromobili a pilotaggio remoto, detti SAPR o droni, che coniugano una certa flessibilità nella programmazione ed esecuzione dei voli alla elevata risoluzione delle immagini acquisite, che consente di identificare ed ottenere informazioni anche da singole piante di olivo. Il mezzo, opportunamente attrezzato con fotocamere RGB e multispettrali, consente di effettuare una caratterizzazione dei parametri biofisici e di geometria della chioma, e della loro variabilità nell’oliveto; negli oliveti intensivi ciò costituisce un supporto alla definizione di una corretta strategia di gestione della potatura nell’oliveto, in termini di intensità e turno, nell’ottica di una riduzione dei costi di produzione.

Ndvi e mappe di vigore

I più comuni strumenti di monitoraggio si basano sulla interpretazione di immagini e delle radiazioni luminose riflesse, nelle diverse lunghezze d’onda dal visibile all’infrarosso, dalle aree e dei corpi (es. alberi) oggetto di osservazione. I dati vengono rilevati da camere fotografiche ad alta risoluzione e sensori multispettrali installati su droni. Un abbinamento che consente di ottenere la distribuzione nello spazio di queste informazioni e di realizzare mappe tematiche georeferenziate in cui si distinguono, ad esempio, zone ad alta e bassa vigoria dell’oliveto.

Per la creazione delle mappe di vigore è risultato utile il calcolo di indici vegetazionali come l’Ndvi (Normalized Difference Vegetation Index) che fornisce informazioni sulla condizione della vegetazione intesa come attività fotosintetica, biomassa e area fogliare. Nella letteratura scientifica e nel caso delle nostre sperimentazioni, si sono ottenute buone correlazioni fra Ndvi ed il contenuto in clorofilla delle foglie (misurato come SPAD) e fra Ndvi e l’indice di area fogliare (LAI). La correlazione con l’area fogliare, variabile che determina la radiazione intercettata dall’albero e quindi la sua produttività, la traspirazione e il consumo idrico, è interessante perché la possibilità di stimarla in tempi rapidi costituisce un supporto importante alla stima del fabbisogno idrico dell’oliveto e della programmazione degli interventi irrigui.

Le mappe di variabilità in campo dell’Ndvi (figura 1) sono una reale possibilità per l’impostazione di piani di gestione sitospecifica anche per la concimazione e la difesa fitosanitaria, attuabili ad esempio con l’uso di macchine operatrici a rateo variabile in grado di interpretare e le mappe di varianza elaborate e adattare la distribuzione alle necessità delle singole parcelle del frutteto e dell’oliveto.

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Fig. 1 Mappa di variabilità in campo in base all'indice Ndvi

Stima del volume della chioma

Per valutare l’efficacia del monitoraggio aereo con droni nella stima del volume della chioma degli alberi, sono state condotte alcune prove presso l’oliveto sperimentale dell’Università di Pisa (Venturina, LI). In particolare, sono stati confrontati il volume stimato attraverso il telerilevamento eseguito con droni con le misure volumetriche effettuate a terra su singoli alberi di un oliveto intensivo, sottoposti a differenti regimi irrigui (piena irrigazione vs coltivazione in asciutto). I droni, equipaggiati con una fotocamera Rgb, hanno consentito di acquisire immagini georeferenziate dell’oliveto che sono poi state elaborate per ottenere una ricostruzione tridimensionale degli alberi, a livello di una intera parcella e di singoli alberi (figura 2).

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Fig. 2 Ricostruzione tridimensionale delle chiome di una parcella di oliveto

I parametri misurati in campo, tra cui altezza della chioma da terra, la proiezione della chioma e l’altezza massima dell’albero, sono stati utilizzati per calcolare, attraverso una equazione geometrica, il volume della chioma, assumendone una forma ellissoidale.

I dati ottenuti da drone e quelli “da terra” sono risultati linearmente correlati tra di loro, con differenze non significative (grafico 1) e dovute ad una migliore accuratezza del telerilevamento da drone nella stima del volume della chioma. Infatti, le semplificazioni adottate nelle misurazioni a terra, che associano la forma della chioma ad un ellissoide, implicano una generale sovrastima del volume in quanto includono anche gli spazi vuoti creati dalle irregolarità delle chiome. Questo effetto è particolarmente evidente nelle forme a vaso, caratterizzate da una zona centrale della chioma generalmente libera da vegetazione. Al contrario, l’uso del telerilevamento con droni, associato a tecniche specifiche di analisi delle immagini (structure from motion technique), consente di generare ricostruzioni tridimensionali che rispecchiano la reale conformazione della chioma.

Stimare l’accrescimento

Uno dei risvolti applicativi che sono stati valutati in uno studio condotte preso un oliveto commerciale in provincia di Livorno, è stato quello relativo alla possibilità di stimare l’incremento di volume delle chiome durante la stagione irrigua, attraverso voli e misurazioni con drone ripetuti nel tempo. Il monitoraggio è stato effettuato su olivi (cv Frantoio e Leccino) sottoposti a tre regimi irrigui differenti. Piena irrigazione, irrigazione in deficit (50% della piena irrigazione) e asciutto. Confrontando i volumi misurati all’inizio del periodo irriguo (fine giugno) e la raccolta è stato possibile misurare l’accrescimento delle chiome (grafico 2). Gli alberi irrigati secondo i diversi protocolli irrigui hanno mostrato incrementi nel volume della chioma statisticamente differenti tra loro e compresi tra i 4,8 e 5,6 m3 (Leccino e Frantoio, rispettivamente) degli alberi pienamente irrigati e i 2,4 e 2,0 m3 in quelli in asciutto.

La metodologia appare quindi appropriata per monitorare l’incremento volumetrico delle chiome, e, data la possibilità di risoluzione che consente di analizzare singolarmente fino al singolo albero, estendibile a tutte le tipologie di oliveto. Ne deriva la possibilità di stimare, attraverso relazioni allometriche, l’incremento di biomassa aerea a livello di intero oliveto o areale olivicolo, dato importante per la capacità di stoccaggio del carbonio da parte dell’oliveto.

Informazioni utili dalla potatura

La metodologia utilizzata nella stima dei volumi degli alberi è stata impiegata anche in un esperimento condotto in collaborazione con il Dipartimento di scienze Agrarie, Alimentari e Forestali dell’Università di Palermo, in cui si sono stimati i volume dei residui di potatura disposto sul terreno in corrispondenza dell’interfilare. I dati preliminari confermano una buona correlazione tra il volume dei residui e il peso della potatura, ma anche tra la riduzione del volume della chioma a seguito delle operazioni di potatura e il volume dei residui accumulati nell’interfilare e stimati con il telerilevamento. La relazione osservata non è di 1:1, cioè a 1 m3 di chioma asportata non equivale 1 m3 di residui di potatura stimati, perché l’impatto che ha un singolo ramo o branchetta sulla forma e dimensione totale della chioma risulta maggiore del loro volume quando posizionati a terra. La corrispondenza è, tuttavia, robusta e, dopo una fase di calibrazione iniziale in oliveto, questa tecnica può facilmente essere utilizzata in ambito operativo per la stima del materiale rimosso e, pertanto, per valutare l’impatto della potatura a livello di intero oliveto.

Una tecnologia per la difesa fitosanitaria

Il vantaggio offerto dal telerilevamento di poter monitorare, in modo relativamente rapido, vaste aree aziendali o interi comprensori olivicoli risulta di particolare interesse per la gestione delle problematiche fitosanitarie.

Già da alcuni anni è nota ad esempio la possibilità di combinare immagini termiche e iperspettrali per individuare gli alberi affetti da malattie ma non ancora sintomatici. Esemplificativo è stato lo studio riguardante l’identificazione mediante telerilevamento di olivi affetti da disseccamento rapido, la fitopatologia causata dal batterio Xylella fastidiosacondotto nell’area infetta della Puglia (Zarco-Tejada et al., 2018). Alterazioni fisiologiche e funzionali determinate dal batterio, confermate dall’analisi dei tessuti, sono state precocemente rilevate attraverso sensori iperspettrali e termici in rilevazioni ottenute da satellite, prima che fossero visibili i sintomi della malattia all’ispezione visiva.

La tecnologia messa a punto ha fornito uno strumento fondamentale per la sorveglianza delle aree di contenimento del batterio e la mappatura dell’evoluzione dell’epidemia.

Similmente, l’uso combinato di indici di stress idrico e misure nello spettro del visibile (RGB) stimati da immagini telerilevate (Calderón et al., 2018) ha consentito l’identificazione precoce di olivi affetti da verticillosi (Verticillium dahliae Kleb.).

 

Droni per caratterizzare la geometria degli ulivi - Ultima modifica: 2020-03-31T10:03:12+02:00 da Simone Martarello

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