La necessità di razionalizzare gli interventi agronomici per la sostenibilità economica, ambientale e climatica dei processi produttivi in agricoltura è strettamente collegata all’adozione dei sistemi di gestione secondo i principi e le metodologie dell’agricoltura di precisione. In tale ambito un ruolo di rilievo è rappresentato dalla pratica agronomica della concimazione, in particolare per le colture estensive erbacee annuali nel contesto agricolo nazionale, sia per incrementare le rese quanti-qualitative e sia per contribuire al raggiungimento degli obiettivi dell’Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile.
Management unit zones
L’agricoltura di precisione è un riconosciuto sistema di gestione che ha l’obiettivo di comprendere le effettive esigenze delle colture, gestendone la variabilità spaziale e temporale con interventi agronomici differenziati all’interno di singoli appezzamenti, a seconda delle particolarità dell’area di interesse.
Questa metodologia consente di ridurre l’incertezza relativa alle strategie gestionali adottate, con conseguenti ricadute positive sulle performance produttive, sull’ambiente e con positivi effetti sulla mitigazione dei cambiamenti climatici.
Per conseguire simultaneamente questi obiettivi è necessario coniugare le esigenze agronomiche convenzionali con l’utilizzo di tecnologie avanzate che permettono di monitorare l’evoluzione delle variabili nel tempo e nello spazio. Queste indagini permettono di individuare negli appezzamenti di terreno coltivato delle zone gestite omogeneamente (Management Unit Zones o Muz), cioè aree con caratteristiche simili che rispondono in maniera uniforme alle condizioni a cui sono sottoposte.
Le Muz costituiscono le unità di base su cui vengono applicate le pratiche agronomiche in modo sito-specifico. Tra queste, la fertilizzazione è tra le più rilevanti, in quanto incide in maniera significativa sia sui costi che sulla produttività della coltura.
Le strategie convenzionali di fertilizzazione prevedono la somministrazione del prodotto uniformemente, non considerando la complessità delle interazioni che avvengono tra pianta, suolo e atmosfera. Secondo le consolidate evidenze riportate in letteratura scientifica, però, tali interazioni possono influenzare notevolmente la disponibilità di macro e microelementi nei confronti delle piante coltivate, motivo per cui un razionale piano di nutrizione deve necessariamente ponderare questi aspetti.
Questi ultimi vengono considerati dai principi di precisione, attraverso lo studio della variabilità spaziale e temporale di ogni porzione del campo, considerando i processi fisici, chimici e biologici che avvengono complessivamente durante l’intero ciclo biologico e produttivo delle colture in pieno campo.
Far assorbire tutto il nutriente
La fertilizzazione è tra le pratiche agronomiche più importanti in agricoltura in quanto consente di ripristinare la fertilità del terreno mediante l’utilizzo di fattori produttivi (fertilizzanti), i quali possono essere composti da un singolo elemento nutritivo o da una combinazione degli stessi.
Ottimizzare la nutrizione delle colture significa far assorbire la maggior parte, se non la totalità, del nutriente apportato, motivo per cui occorre considerare i seguenti aspetti:
a) la quantità totale di elemento nutritivo da distribuire;
b) la fase fenologica in corrispondenza della quale effettuare l’applicazione dei prodotti.
In questo scenario, la fertilizzazione di precisione, grazie ai suoi principi e metodi, permette di definire i due aspetti sopra elencati riducendo i margini di errore, grazie all’ausilio di strumenti e tecnologie in grado di raccogliere informazioni dal sistema suolo-pianta-atmosfera. In seguito, vengono sviluppati nel dettaglio i punti “A” e “B”.
La quantità di elemento nutritivo da distribuire (A)
La quantità totale di elemento nutritivo da distribuire viene definita a partire dai seguenti dati di input:
- bilancio degli apporti della precessione e degli asporti della coltura in atto;
- contenuto di elemento nutritivo già presente nel terreno;
- interazione tra l’elemento specifico e il sistema suolo-pianta-atmosfera.
La valorizzazione dei dati di input non può prescindere dalla digitalizzazione aziendale, che consiste nel riportare in formato digitale informazioni relative al contesto aziendale come piani colturali, rese storiche, dati del suolo etc., in modo da gestire ed elaborare i dati in modo rapido e sicuro, riducendo fino ad annullare i margini d’errore.
La digitalizzazione aziendale include la georeferenziazione dei confini degli appezzamenti, cioè l’attribuzione delle coordinate geografiche attraverso l’utilizzo dei Sistemi Informativi Geografici (Q-GIS) grazie ai quali è possibile letteralmente disegnare i confini dei campi ed ottenere poligoni in formato shapefile (.shp) su cui è possibile sovrapporre livelli informativi relativi all’appezzamento di interesse (coltura, varietà, precessione colturale, resa, caratteristiche chimico-fisiche del suolo, lavorazioni svolte, concimazioni effettuate etc.).
Per facilitare l’acquisizione, la conservazione e l’analisi di queste informazioni si ricorre ad apposite piattaforme informatiche che integrano dati provenienti da diverse sorgenti, in modo da garantire la tracciabilità e la rintracciabilità dei livelli informativi.
Il sistema suolo-pianta-atmosfera è caratterizzato dal genotipo, dalle caratteristiche chimico-fisiche del suolo e dall’andamento climatico. Queste tre componenti interagiscono dinamicamente con altre variabili, tra cui la quantità di elementi per la nutrizione delle piante nel terreno.
La disponibilità di questi ultimi può essere influenzata dal sistema suolo-pianta-atmosfera, come la mineralizzazione della sostanza organica, la lisciviazione dell’azoto e la retrogradazione del fosforo. Questi fenomeni possono riflettersi significativamente sulle entrate e le uscite dell’elemento dal sistema. Per questo motivo, un piano di nutrizione colturale dovrebbe considerare questi aspetti, al fine di razionalizzare al massimo le operazioni di fertilizzazione.
In questo scenario, le tecnologie di precisione rappresentano uno degli strumenti più adeguati a rispondere a tali esigenze, in quanto prevedono l’utilizzo di principi e metodologie in grado di alimentare i modelli di gestione agronomica. Le sorgenti-dati sono elencate e descritte in seguito.
A.1 - Campionamento selettivo del suolo
Il suolo è uno dei fattori principali da cui dipendono le rese produttive, nonché uno dei pochi su cui l’agricoltore può effettivamente intervenire per migliorare o mitigare gli effetti sul sistema colturale. Le caratteristiche chimico-fisiche del suolo consentono la sua classificazione in base alla granulometria, il pH, la disponibilità di nutrienti, il contenuto di sostanza organica, la capacità di scambio cationico etc.
Questi aspetti regolano lo sviluppo radicale e la crescita delle piante coltivate. È perciò di interesse per l’azienda agricola eseguire periodicamente le analisi chimico-fisiche dei terreni, al fine di valutarne la fertilità agronomica.
Tuttavia, affinché i risultati delle analisi di laboratorio possano essere considerati rappresentativi, occorre eseguire in modo adeguato il campionamento, il quale deve rispecchiare il più possibile le proprietà dell’area a cui si riferisce.
La metodologia descritta permette di ottimizzare la campagna di campionamento dei suoli, individuando il punto dove prelevare il campione non in maniera casuale ma in base allo studio della variabilità. Tale metodo viene denominato campionamento selettivo.
A.2 - Monitoraggio climatico tramite sensoristica prossimale (stazioni agro-meteo)
Le stazioni agrometeorologiche sono composte da un solo modulo che integra tutti i sensori necessari per la misurazione dei parametri atmosferici (temperatura e umidità dell’aria, precipitazioni e bagnatura fogliare etc.). Il livello informativo ottenuto da questi sensori è in grado di supportare l’agricoltore nelle decisioni relative alle operazioni di fertilizzazione.
Ad esempio, le precipitazioni intensive possono essere tra le cause del tasso di lisciviazione dell’azoto nel periodo invernale. Allo stesso modo, le temperature giornaliere sono utili a quantificare il tasso di mineralizzazione della sostanza organica del terreno e dei residui della precessione colturale.
A.3 - Monitoraggio del vigore vegetativo tramite sensoristica prossimale o remota
Nelle colture estensive erbacee annuali, il monitoraggio del vigore vegetativo viene effettuato attraverso l’utilizzo di sensori remoti o prossimali, allo scopo di rilevare gli indici di vegetazione, cioè funzioni matematiche che combinano due o più bande spettrali al fine di stimare le variabili biofisiche (indice di area fogliare) o biochimiche (contenuto in clorofilla) della pianta tramite modelli di regressione complessi.
Gli indici più utilizzati sono l’Ndvi (Normalized Difference Vegetation Index), il Msavi (Modified Soil Adjusted Vegetation Index) e l’Ndre (Normalized Difference Red Edge). Il rilevamento di tali indici consente di verificare lo stato nutrizionale o di vigoria della coltura in campo, permettendo eventualmente di correggere l’applicazione delle unità fertilizzanti rispetto a quelle definite all’inizio del ciclo colturale.
Programmi di ricerca e sviluppo si pongono l’obiettivo di poter stimare accuratamente lo stato nutrizionale della coltura attraverso sorgenti remote. In questo scenario, su piattaforme parcellari è possibile osservare la risposta di diversi genotipi alle interazioni ambiente-gestione agronomica, attraverso campionamenti distruttivi e sensori prossimali, i cui dati vengono correlati con immagini acquisite da camere multispettrali installate su piattaforme aeree (drone).
Seguendo queste modalità è possibile realizzare dei modelli prototipali, all’occorrenza genotipo-specifici, per la stima indiretta delle esigenze nutrizionali della coltura utilizzando sorgenti e processi scalabili e replicabili.
La fase fenologica (B)
Si diceva che ottimizzare la nutrizione delle colture significa far assorbire la maggior parte, se non la totalità, del nutriente apportato. E quindi che occorre considerare non solo (a) la quantità totale di elemento nutritivo da distribuire, ma anche (b) la fase fenologica in corrispondenza della quale effettuare l’applicazione dei prodotti.
Analizziamo dunque questo secondo aspetto, la fase fenologica.
Nelle colture erbacee estensive annuali, il frazionamento delle unità fertilizzanti totali da distribuire è una pratica impiegata nella quasi totalità dei casi in quanto, grazie ad essa, è possibile razionalizzare l’impiego dei fertilizzanti sincronizzando la presenza dell’elemento nutritivo nel suolo con lo stadio fenologico a cui corrisponde la richiesta dei nutrienti.
Questo è particolarmente rilevante per l’azoto, un elemento molto dinamico nell’agro-ecosistema.
Solitamente, la previsione della fase fenologica viene effettuata in modo empirico, sulla base dell’esperienza dell’agricoltore, rendendo però elevati i margini di errore. Tuttavia, questi ultimi possono essere ridotti grazie all’utilizzo di modelli fenologici in grado di prevedere il verificarsi di determinati stadi di sviluppo della pianta, sulla base di algoritmi in grado di determinare l’accumulo di unità termiche e/o di luce giornaliere.
Tali modelli fenologici vengono alimentati da parametri ambientali rilevati in continuo da stazioni meteo appositamente installate in prossimità dell’appezzamento di interesse (fig. 1).
Meno errori e incertezze
In conclusione, l’output finale del flusso sopra descritto è la generazione di mappe di prescrizione, ossia mappe che permettono di eseguire la pratica agronomica della fertilizzazione a rateo variabile, in modo da ottimizzare la dose di fertilizzante, associando a ciascuna zona del campo la quantità da apportare, a seconda delle caratteristiche della zona stessa e prevenendo il rischio di dispersione nell’ambiente delle unità fertilizzanti non utilizzate dai sistemi colturali.
Un altro aspetto estremamente rilevante è rappresentato dal risparmio economico derivante dalle tecnologie di precisione che aumenta nel tempo, grazie all’incremento di conoscenze sito-specifiche in grado di ridurre fino ad annullare le incertezze ed errori che un’attività tipicamente soggetta all’aleatorietà delle condizioni climatiche è costantemente sottoposta.
