L’irrigazione di precisione si configura come una soluzione tecnologica avanzata, basata sull’integrazione di sensori, dispositivi digitali e algoritmi intelligenti in grado di ottenere informazioni dettagliate sullo stato idrico-nutrizionale del suolo e delle colture, ottimizzando l’utilizzo di risorse ed energia e migliorando la qualità e la quantità dei raccolti.
L’uso dei Dss
I Sistemi di Supporto alle Decisioni (Dss) sono strumenti essenziali che aiutano a mantenere l’efficienza della pratica irrigua e fertirrigua. Tali sistemi condividono caratteristiche chiave come l’integrazione dei dati meteorologici, il monitoraggio dello stato idrico del suolo, informazioni sulla coltura e suggerimenti per gestire al meglio gli input. È così possibile sfruttare tali sistemi per ottenere informazioni dettagliate. Vediamole
Consiglio irriguo e fertirriguo: scheduling basato su previsioni meteorologiche, condizioni del suolo e requisiti della coltura, suggerendo il momento di intervento e la quantità di acqua/fertilizzanti.
Raccomandazioni sulle tecnologie e le pratiche di gestione: possono suggerire il tipo di sistema di irrigazione più efficiente per una determinata situazione e le modalità per operare in maniera efficiente come il frazionamento dell’irrigazione e della fertirrigazione basandosi sulle esigenze della coltura nelle diverse fasi del ciclo produttivo.
Interfacciamento da remoto dei sistemi e delle tecnologie in atto: anche grazie all’utilizzo dell’Iot, i Dss si integrano spesso con l’attrezzatura di irrigazione.
Informazioni sul rendimento delle colture: i Dss avanzati offrono informazioni sul potenziale rendimento delle colture in base all’irrigazione e ad altri fattori.
Monitoraggio della qualità dell’acqua: alcuni Dss valutano la qualità dell’acqua di irrigazione per garantire che soddisfi i requisiti delle colture.
Analisi dei costi: stime dei costi per le pratiche di irrigazione, aiutando gli utenti a prendere decisioni economicamente sensate;
Analisi dei dati storici: conservano dati storici che possono essere utilizzati per apportare miglioramenti.
Un esempio tangibile di trasferimento delle innovazioni alla pratica agricola è rappresentato da Irriframe di Anbi, un servizio di assistenza tecnica all’irrigazione. Irriframe è in costante evoluzione e si avvale di tecnologie all’avanguardia che, opportunamente calibrate ed integrate nel Dss, consentono di migliorare notevolmente le raccomandazioni per la gestione irrigua (vedi fig. 1).
Il bilancio idrico
I recenti progressi nella sensoristica agricola e nelle tecnologie 4.0 hanno reso possibile l’acquisizione di dati più precisi e dettagliati sulle condizioni del suolo, dell’atmosfera e delle colture.
La gestione razionale dell’irrigazione si propone di determinare il momento dell’intervento irriguo e il volume di adacquamento per realizzare i migliori risultati quali-quantitativi. Un approccio indiretto di tale determinazione è basato sulla stima del bilancio idrico del sistema suolo-pianta-atmosfera mediante la misura dei fattori ambientali che influenzano le perdite per evapotraspirazione, mentre, un approccio diretto si basa sulla misurazione, con l’uso di sensori, dello stato idrico del terreno o della condizione di stress delle piante.
All’interno di tale ambito, la sperimentazione del Cer è sempre stata indirizzata verso la valorizzazione dei dati resi disponibili dalla sensoristica agronomica per l’integrazione di tali informazioni all’interno del bilancio idrico e il perfezionamento del consiglio irriguo.
Un primo passo per l’ottimizzazione del consiglio irriguo ha riguardato l’integrazione della sensoristica per lo stato idrico del terreno (tensiometri, sonde Tdr, Fdr). Tale sensoristica, disposta in maniera puntuale in campo, consente di operare un adjustment sulla stima del contenuto idrico del suolo stimato.
Tali considerazioni sono tuttavia basate su dati puntuali e pertanto relative a un rappresentativo e corretto posizionamento del sensore in campo. In questo senso, è stata anche presa in considerazione sensoristica innovativa che permette una informazione maggiormente spazializzata sullo stato idrico del suolo. L’utilizzo di sensori in grado di misurare radiazioni gamma e raggi cosmici rappresenta un approccio all’avanguardia per valutare l’umidità del suolo che si affianca all’ormai consolidato utilizzo di sensori di umidità nel suolo. Questi sensori sfruttano le interazioni tra i raggi gamma e i raggi cosmici, inversamente proporzionali al contenuto idrico nel sistema suolo/pianta/atmosfera, offrendo una metodologia non invasiva e precisa per derivare la quantità di acqua presente nel suolo a scala di appezzamento (da 0,2 a 5 ha) (fig. 2).
Considerando la variabilità spaziale delle superfici destinate a colture a pieno campo, il Cer si è dedicato alla modellazione, calibrazione e validazione degli indici vegetativi ottenuti tramite sensori da remoto come satelliti e droni. Gli indici vegetativi forniscono informazioni dettagliate sullo stato fisiologico e sullo sviluppo della biomassa delle colture. In alcuni casi tali informazioni possono essere integrate nel modello di bilancio idrico adattando il coefficiente colturale sulla base delle informazioni raccolte e processate da remoto. A titolo esemplificativo si riporta la fig. 3.
La variabilità in campo delle colture diventa un elemento chiave per la gestione ottimale dell’irrigazione. Questo approccio consente di spazializzare l’esigenza irrigua di campo sulla base della variabilità della coltura e, pertanto, fornire mappe personalizzate del volume di irrigazione a tasso variabile, adattando l’irrigazione in base alle specifiche esigenze delle diverse aree coltivate (fig. 4 e fig. 5).
Grazie a questi sviluppi, dalla sperimentazione condotta dal Cer sulle principali colture irrigue estensive (mais, patata, pomodoro, cipolla, soia), con la collaborazione di Centri Universitari, Cnr e diversi produttori di tecnologie irrigue, partner di Acqua Campus, è risultato possibile ottenere significativi risparmi idrici, stimati tra l’8% e il 15%. Questi risultati sono di particolare rilevanza, considerando l’ampia superficie coinvolta dalle coltivazioni estensive, come studiato all’interno dei progetti Positive e Pon Water4Agrifood.
Tali informazioni possono, inoltre, essere utilizzate per l’ottimizzazione della fertirrigazione. Questo tramite l’integrazione di tali dati nell’utilizzo di pompe fertiniettrici su macchine irrigatrici semoventi il che ha consentito incrementi produttivi fino al 15-20% rispetto alla concimazione granulare e una riduzione degli inquinanti in falda fino al 50-60% (progetto Rotofert).
La ricerca del Cer sta continuando con nuovi progetti di sperimentazione di sensori innovativi, collaborando con altri enti, al fine di migliorare la gestione dell’acqua in agricoltura. Tra le innovazioni più rilevanti, spiccano l’impiego di sensori plant-based per monitorare lo stato vegetativo ed idrico direttamente sulle colture: tra le tipologie in corso di sperimentazione troviamo sensori di crescita delle piante/frutti, sensori in grado di dare informazioni sullo stress idrico in vivo delle piante a partire da misurazioni dei potenziali idrici del fusto (microtensiometri), dei flussi xilematici (Sap-Flow), della composizione ionica della linfa (Bioristor) (fig. 6), della temperatura delle foglie/frutti, fino alla fluorescenza fogliare.
Automazione avanzata
L’automazione avanzata, come quella sviluppata e sperimentata da Cer in vari progetti di ricerca tra cui Pon Water4Agrifood, Positive e Acquasmart, nei sistemi di irrigazione rappresenta un passo fondamentale verso l’ottimizzazione della pratica irrigua e fertirrigua. L’adozione di centraline 4.0, sia per grandi macchine che per sistemi di microirrigazione e fertirrigazione, integrate con i più moderni sviluppi in campo di sensoristica ed intelligenza artificiale, apre la strada a sistemi a “gestione autonoma” in cui l’interazione diretta uomo macchina è ridotta al minimo e il processo di irrigazione e fertirrigazione gestito da sistemi automatizzati.
Un altro aspetto cruciale è l’integrazione dei sensori e dei Dss con le centraline degli impianti irrigui. Questo consente un controllo diretto e immediato delle operazioni di irrigazione, riducendo al minimo la necessità di intervento umano. Le centraline delle macchine, ricevono istruzioni direttamente dai Dss e dai sensori in base alle condizioni rilevate, come l’andamento meteorologico, l’umidità del suolo, la fase di crescita delle colture e molto altro. Questa sincronizzazione tra sensori, DSS e centraline permette un uso preciso delle risorse e una distribuzione ottimale dell’acqua.
L’automazione avanzata consente anche una costante supervisione del funzionamento dei sistemi di irrigazione. Inoltre è fondamentale per l’adozione di sistemi di irrigazione a tasso variabile, che consentono di adattare l’irrigazione in base alla variabilità delle condizioni del suolo e delle colture. Attualmente sempre più grandi macchine per l’irrigazione mettono a disposizione sistemi elettromeccanici per la distribuzione frazionata dell’acqua alle piante. Grazie all’integrazione di dati satellitari e informazioni rilevate a terra, i sistemi automatizzati possono fornire mappe personalizzate del volume di irrigazione (fig. 7).
Alla luce dei traguardi raggiunti da sensoristica e impiantistica integrata ai Dss, assieme alle prospettive di continuo miglioramento dei sistemi stessi, risulta manifesto il ruolo fondamentale delle tecnologie per l’irrigazione di precisione nel contesto dell’adattamento ai cambiamenti climatici.
