Acqua, ovvero una risorsa chiave per l'agricoltura e uno degli aspetti più sfidanti per il futuro del settore. Già nel 2006, infatti, uno studio stimava che in Europa l'area di stress idrico sarebbe aumentata dal 19% al 35% entro il 2080.
Che si sia tratto di una previsione verosimile possiamo già intuirlo. Periodi siccitosi e torridi si fanno sempre più frequenti, causando intensi fenomeni di stress idrico nelle colture con danni spesso irreparabili.
Trovare fin da subito un rimedio è l'obiettivo del progetto DATI e in particolare del suo ramo italiano, che si è orientato verso lo sviluppo di un sistema di irrigazione di precisione combinato a un'efficiente soluzione per il monitoraggio e il supporto alle decisioni irrigue.
Orticole: irrigazione intelligente contro lo stress idrico
Nell'ambito del progetto europeo DATI (Digital Agriculture Technologies for Irrigation Efficiency) - presentato in un precedente articolo - i ricercatori del team italiano, coordinato dal Consiglio Nazionale delle Ricerche - Istituto per la BioEconomia (Cnr-Ibe), hanno sviluppato un innovativo sistema di irrigazione intelligente testato presso l'azienda agricola dimostrativa Tenuta di Alberese, a Grosseto.
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Al fianco del Cnr-Ibe, l'Ente Terre Regionali Toscana ospita la sperimentazione del Progetto - l'Azienda è di sua proprietà - e gestisce superfici e aziende agricole di proprietà o demaniali, sostenendo attività di ricerca, sperimentazione con dimostrazioni in campo agricolo e forestale.
I ricercatori del Cnr-Ibe con il Consorzio di Bonifica 6 Toscana Sud e l'Ente Terre Regionali Toscana presentano in campo i risultati del triennio sperimentale
(Fonte foto: progetto DATI)
Ulteriore partner è il Consorzio di Bonifica 6 Toscana Sud (Cb6) che controlla un bacino di oltre 3.300 ettari, tra i quali anche le superfici del campo sperimentale, occupandosi della manutenzione idraulica, della difesa dal rischio idraulico e della salvaguardia di territorio e paesaggio. Cb6 ha messo a disposizione personale qualificato per supportare i ricercatori nella valutazione della scalabilità del progetto DATI.
"Il ruolo del Consorzio di Bonifica 6 Toscana Sud - precisa Valentina Chiarello, ingegnere di Cb6 responsabile del progetto - consiste soprattutto nel valutare l'applicabilità delle nuove tecnologie nel contesto del nostro comprensorio irriguo e promuovere quanto sviluppato con istituzioni e aziende".
Il campo sperimentale e le colture
Lo studio è stato condotto su pomodoro (cv. Heinz 5108) e melone (cv. Sweet Melon), coltivati durante il loro periodo vegetativo tra metà maggio (trapianto) e metà agosto (raccolta), per un periodo di tre anni: dal 2021 al 2023.
"Il campo sperimentale è stato suddiviso opportunamente in diverse repliche per ciascuna coltura, differenziate tra loro sia per la posizione all'interno dell'appezzamento sia per il trattamento irriguo utilizzato - spiegano i ricercatori del Progetto. Nel dettaglio, sono stati fissati 3 livelli irrigui: 100%, 75% e 50% rispetto alle quantità normalmente conferite nella zona".
Sono circa 700 i metri quadri destinati all'interno dell'azienda agricola Tenuta di Alberese a Grosseto per lo svolgimento delle prove del progetto DATI
(Fonte foto: progetto DATI)
In questo contesto operativo è stato sviluppato un sistema di irrigazione intelligente, automatico e a basso costo, che utilizza un modello di evapotraspirazione per definire i regimi irrigui e la necessità d'intervento durante la stagione colturale.
“Tra gli obiettivi principali, oltre a quello tecnologico e di ricerca, c'è anche quello di creare pacchetti a basso costo per l'irrigazione intelligente, flessibili e fruibili soprattutto per le medie o piccole aziende agricole” commenta Alessandro Matese, ricercatore del Cnr-Ibe e coordinatore del progetto DATI.
Da tradizionale a intelligente
Il processo di sviluppo, durato tre anni, ha visto incrementare il livello tecnologico di anno in anno. Si è partiti con un sistema di irrigazione convenzionale (2021) - un semplice impianto con un unico tubo adduttore dotato di conta litri - passando per un sistema a tubo chiuso munito di sensori per garantire flusso e pressione costanti, fino al vero e proprio impianto intelligente (2023).
"La peculiarità del nuovo sistema è la capacità di lavorare in modo indipendente, eseguendo procedure predeterminate, registrando tutti i dati e, successivamente, comunicandoli a un server remoto - precisano i ricercatori. L'intero sistema funziona manualmente utilizzando valvole meccaniche oppure automaticamente da remoto impiegando elettrovalvole".
La regolazione dei volumi irrigui avviene in tempo reale tramite un conta litri e una serie di sensori wireless - riuniti in un sistema chiamato AgroWSN (Wireless Sensor Network) - disposti in campo per misurare i cambiamenti nel livello di umidità del suolo.
Schema del sistema AgroWSN nel campo sperimentale in Toscana. In dettaglio, centralina meteo, sensore interrato e centralina wireless
(Fonte foto: progetto DATI)
Considerando l'assenza di una rete energetica e della copertura telefonica - comune a molti scenari agricoli - il sistema è stato dotato anche di un impianto fotovoltaico e di un modulo di comunicazione internet.
Irrigare solo quanto serve. Come deciderlo?
Una volta implementato il sistema d'irrigazione intelligente, un modello di evapotraspirazione calcola il fabbisogno idrico di ciascuna coltura valutando la quantità d'acqua che passa dal terreno all'aria per effetto di traspirazione ed evaporazione.
"Se per la definizione delle dosi irrigue per il pomodoro ci siamo affidati a studi precedenti, supportati dai dati meteorologici raccolti da una stazione agrometeorologica in campo, per il melone abbiamo convertito un modello già esistente basato su dati derivati da satelliti geostazionari e copertura del suolo" spiegano i ricercatori.
Questo approccio è un primo tentativo di ricavare dati irrigui operativi per aree molto estese utilizzando il telerilevamento. "Sottoposto a un'ampia convalida in tutta la regione europea, ha prodotto risultati altamente soddisfacenti" aggiunge il team di ricerca.
Progetto DATI: i risultati in Italia
Un primo risultato del progetto - com'era ragionevole aspettarsi - vede una costante diminuzione dei volumi irrigui complessivamente adottati sulle due colture durante il triennio di riferimento. Il primo anno, con il sistema convenzionale, sono stati utilizzati volumi più elevati: fino a 511 millimetri nel pomodoro e 454 su melone. Nel 2023, con il sistema smart, tali valori sono diminuiti rispettivamente a 188 e 168 millimetri.
"Nel 2023 l'irrigazione basata sui modelli di evapotraspirazione ha permesso di raggiungere una maggiore efficienza e una bassa quantità di acqua applicata: solo 1.800 metri cubi ettaro contro gli oltre 4mila del primo anno e i 3mila mediamente utilizzati nelle coltivazioni di pomodoro nella stessa area" commentano i ricercatori.
Parcella di pomodoro pronta per la valutazione di resa e grado di maturazione in base alla diversa dotazione idrica adottata
(Fonte foto: progetto DATI)
La rete di sensori wireless usata durante il triennio ha monitorato puntualmente il livello di umidità del suolo nel campo di prova. Quando si eseguivano irrigazioni o in caso di precipitazioni rilevanti, le letture dei sensori rispondevano di conseguenza. Ciò ha aiutato a prendere decisioni più precise su tempi e volumi irrigui, migliorando efficienze e rese.
"L'integrazione di un'AgroWSN può anche avvisare l'agricoltore con messaggi di errore in tempo reale, indicando problemi sul campo ed evitando sprechi d'acqua - aggiungono i ricercatori. Tuttavia, è necessaria una corretta implementazione e manutenzione dei sensori per ottenere misurazioni affidabili".
L'efficienza irrigua aumenta ma i costi no
Il risparmio idrico non è il solo obiettivo del progetto: quanto sviluppato deve essere anche economicamente accessibile per tutte le aziende agricole. Le spese complessive del sistema di irrigazione di precisione sviluppato sono pari a circa 5.500 euro per la gestione di un campo di 0,10 ettari.
"È importante notare che quanto realizzato è un sistema completo in grado di controllare e gestire da remoto 6 linee di irrigazione differenti e due colture. Aumentando le dimensioni del campo, rimarrebbero invariati i costi per il sistema di controllo, mentre aumenterebbero solo le spese per le tubazioni che distribuiscono l'acqua" precisano i ricercatori.
Componenti elettroniche del sistema di irrigazione intelligente installato in campo durante la stagione 2023
(Fonte foto: progetto DATI)
I costi principali sono riconducibili ai componenti elettrici per la gestione delle valvole e dei sensori, cavi, conta litri e tutto l'hardware dedicato al controllo del sistema e alla comunicazione. Una voce di costo inferiore è destinata dalle componenti puramente idrauliche.
"Un punto di forza del sistema è la semplice scalabilità alle diverse esigenze dell'agricoltore. Con i medesimi costi sostenuti per realizzare questo prototipo di impianto di irrigazione, è possibile impostare un sistema irriguo smart anche in appezzamenti più grandi e con colture differenti" concludono i tecnici del Progetto.
Iniziativa realizzata nell'ambito del progetto DATI, finanziato dal programma europeo PRIMA (Partnership for Research and Innovation in the Mediterranean Area) sostenuto dal programma quadro europeo Horizon 2020.
Responsabile del progetto è il Consiglio Nazionale delle Ricerche – Istituto per la BioEconomia, realizzato con la collaborazione di Consorzio di Bonifica 6 Toscana Sud (Cb6) ed Ente Terre regionali toscane.
