La chioma delle viti varia enormemente durante il corso della stagione e anche all'interno di uno stesso appezzamento ci possono essere notevoli differenze nel volume fogliare che sono causate, ad esempio, da una differente vigorìa delle piante. Nonostante la calibrazione dell'irroratrice sia una attività obbligatoria secondo il Piano d'Azione Nazionale (Pan), da effettuare prima di ogni trattamento, molti viticoltori non modificano la portata o l'assetto degli ugelli dell'atomizzatore prima di entrare in campo. Questo si traduce, molto spesso, in una applicazione non corretta, che genera uno spreco di soluzione fitoiatrica e un impatto ambientale negativo.
D'altronde, per un agricoltore, non è sempre agevole modificare disposizione e portata degli ugelli. Per cercare di facilitare la vita ai viticoltori e avere dei trattamenti "su misura" del vigneto, nasce iVine, un progetto della durata di due anni (2023-2024), finanziato dal Psr della Regione Toscana 2014-2020 - Sottomisura 16.2, che ha come scopo il testing, la validazione e il collaudo di un'app Dss per dispositivi mobili per la realizzazione di mappe di prescrizione da utilizzare con attrezzature a rateo variabile.
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Dopo un anno di test in campo, il progetto iVine ha dimostrato che è possibile ottenere dati e mappe utilizzando solo lo smartphone come strumento di indagine agronomica, al fine di ottenere informazioni oggettive sullo stato vegetativo dei vigneti e prendere decisioni migliori sugli input agronomici. Questi aspetti sono in linea con un'agricoltura intelligente, senza sprechi e resiliente, che rispetta i principi del Green Deal europeo e gli obiettivi di sostenibilità dell'Onu, e che diventa alla portata di tutti grazie a uno strumento low cost e ampiamente diffuso come lo smartphone.
Vediamo ora nel dettaglio quali sono le tecnologie che sono state adottate e quali sono i risultati concreti del primo anno di sperimentazione.
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Da dove vengono i dati? Smartphone, drone e trattore
Per validare e collaudare l'app, durante lo svolgimento del progetto sono state utilizzate diverse tecnologie. In particolare le seguenti.
Lo smartphone
Agrobit Srl, startup innovativa attiva nel mondo dell'agricoltura 4.0 e capofila del progetto, ha condotto i rilievi prossimali attraverso l'app iAgro, installata su smartphone, caratterizzando lo sviluppo vegetativo delle piante campione nei vigneti test. L'app iAgro guida l'operatore nella rilevazione delle piante in modo automatico, acquisendo informazioni attraverso i sensori integrati nel cellulare, georeferenziando i dati.
Dopo l'acquisizione, grazie ad algoritmi di realtà aumentata, computer vision e intelligenza artificiale, l'app restituisce automaticamente i parametri biometrici della chioma (spessore, altezza, volume, LAI) e i parametri generalizzati del vigneto (LWA, TRV) per generare mappe di vigore e prescrizione per trattamenti fitosanitari ottimizzati.
Il drone
Il monitoraggio tramite droni, condotto dall'Istituto per la BioEconomia del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Ibe-Cnr), tra i partner del progetto, si è concentrato sulla caratterizzazione della variabilità spaziale e temporale dei parametri legati allo sviluppo vegetativo delle viti. Per questa attività, sono stati utilizzati due droni equipaggiati con diversi sensori per stimare specifici descrittori delle chiome, tra cui sensori RGB e multispettrali.
Attraverso la camera RGB sono stati ricostruiti i modelli digitali dei vigneti in prova (per ricavare altezza, spessore e volume delle piante). Invece, attraverso la camera multispettrale è stato possibile caratterizzare il vigore vegetativo per la generazione di mappe di vigore (NDVI e NDRE).
Il trattore
La caratterizzazione degli sviluppi delle chiome nei vigneti test tramite rilievi da trattore è stata condotta dal Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agrarie, Alimentari, Ambientali e Forestali (Dagri) dell'Università degli Studi di Firenze, altro partner del progetto. Utilizzando un laser scanner mobile (LiDAR) si è effettuata la ricostruzione digitale della parete fogliare dei vigneti per quantificare parametri chiave della chioma, come altezza, spessore e volume. Contestualmente, sono stati condotti rilievi simultanei con un sensore multispettrale per monitorare gli indici vegetazionali di vigorìa (NDVI e NDRE).
Un confronto tra le diverse tecnologie
L'analisi comparativa dei dati biometrici e di vigore ottenuti attraverso smartphone, drone e trattore ha evidenziato una buona convergenza in molti aspetti, sottolineando la robustezza e l'affidabilità delle diverse tecnologie impiegate.
Sono state esplorate le correlazioni a livello di singola pianta campione tra i dati di spessore, altezza e volume chioma stimati tramite l'app iAgro e quelli provenienti dagli altri strumenti, ovvero drone e trattore. Nonostante l'acquisizione di dati avvenga attraverso piattaforme, modalità e sensori diversi, insieme a metodi di analisi dati distinti, si sono evidenziate buone correlazioni sia per i dati biometrici (spessore e altezza della chioma) che di vigore vegetativo.
I risultati sono promettenti, confermando il potenziale dell'app iAgro come strumento agronomico in grado di generare dati e mappe per ottimizzare il processo di supporto decisionale. Sebbene i risultati siano generalmente concordi nello stimare la variabilità intracampo, si è evidenziata la necessità di calibrare alcuni aspetti dell'app al fine di ottimizzare la precisione e l'omogeneità delle misurazioni, contribuendo così a perfezionare questo strumento nell'analisi agronomica.
In generale, le principali differenze riscontrate nei risultati dei vari strumenti sono state:
- Nei rilievi di maggio, in cui la chioma non era ancora completamente sviluppata e presentava una struttura frastagliata e con molti buchi, la valutazione dei parametri biometrici da parte delle tre tecnologie testate ha avuto le maggiori differenze in termini assoluti. Questo è stato dovuto a vari disturbi, principalmente all'interfila inerbito, che in particolare da drone ha disturbato il risultato finale.
- I valori di spessore della chioma maggiori sono stati generati da drone.
- I valori di altezza della chioma sono piuttosto allineati tra le tre tecnologie.
- I valori di volume della chioma maggiori sono stati generati da drone, mentre quelli minori dall'app iAgro. Questo è dovuto a una diversa stima del volume che da app viene effettuata in modo più preciso prendendo il volume racchiuso dalla forma della chioma, mentre dalle altre due tecnologie viene ricavata dal prodotto tra altezza, spessore e lunghezza pianta (volume parallelepipedo contenente la pianta).
- I valori di vigore (indice LAI) sono piuttosto allineati tra le tre tecnologie.
Le differenze numeriche sopra elencate dipendono spesso da diversi criteri di valutazione dei vari parametri nelle tre tecnologie testate o da rumorosità del dataset, ma le correlazioni tra le varie tecnologie sono globalmente buone. In particolare, le migliori correlazioni sono state trovate tra l'app e il drone. Nel secondo anno di attività, si andranno a correggere i modelli di stima dei parametri biometrici dell'app, rendendoli più precisi, e ad adottare, per quanto possibile, un unico sistema di misura valido per tutte le tecnologie.
Confronti numerici medi dei dati biometrici e biofisici tra le varie tecnologie per i tre vigneti test
(Fonte foto: Agrobit Srl)
Dai dati alle mappe per la distribuzione a rateo variabile
Le tre tecnologie di monitoraggio utilizzate hanno permesso di generare mappe dettagliate per caratterizzare lo sviluppo vegetativo nei vigneti test, creando delle zonazioni dei vari parametri rilevati. Per quanto riguarda l'app iAgro, le mappe sono state generate attraverso un'interpolazione spaziale dei valori acquisiti in ciascuna pianta campione, fornendo così una rappresentazione continua e dettagliata dell'andamento delle variabili biometriche e biofisiche.
Per quanto riguarda invece il drone e il trattore, avendo a disposizione una mole maggiore di dati (di fatto per ogni pianta del vigneto), le mappe sono state create attraverso una griglia basata sul sesto d'impianto, che ha permesso di mappare in modo omogeneo il territorio esaminato consentendo una caratterizzazione a livello di singola pianta.
Le mappe generate attraverso le diverse tecniche di monitoraggio, riportate nel seguito, evidenziano le variazioni nello spessore, nell'altezza, nel volume chioma e nell'indice di area fogliare (LAI) delle chiome nei vigneti test in una suddivisione a tre classi omogenee.
Nonostante il numero relativamente basso di piante campione scansionate dall'app e i valori assoluti diversi per le varie tecnologie, si osserva una buona similarità tra le zone omogenee generate dalle diverse tecniche di monitoraggio. Questo suggerisce una coerenza nella caratterizzazione della variabilità intracampo dei vigneti test da parte delle tre tecnologie in esame.
Per potenziare ulteriormente la corrispondenza tra le mappe, può essere aumentato il numero di piante campione scansionate, contribuendo così a una rappresentazione più completa della variabilità biometrica del vigneto. Un aumento mirato del campionamento potrebbe favorire una maggiore precisione nelle stime e consolidare ulteriormente la coerenza tra le diverse tecniche di monitoraggio, migliorando complessivamente la qualità e l'affidabilità delle informazioni acquisite.
Mappe di spessore, altezza, volume della chioma e LAI generate dall'app iAgro, giugno 2023
(Fonte foto: Agrobit Srl)
Mappe di spessore, altezza, volume della chioma e LAI generate da drone, giugno 2023
(Fonte foto: Istituto per la BioEconomia del Consiglio Nazionale delle Ricerche)
Mappe di spessore, altezza, volume della chioma e LAI generate da trattore, giugno 2023
(Fonte foto: Università degli Studi di Firenze - Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agrarie, Alimentari, Ambientali e Forestali)
I risultati dei trattamenti fitosanitari del primo anno
Durante il primo anno di sperimentazione, l'applicazione dei trattamenti a rateo variabile mediante una macchina VRT è stata condotta nella Demo Farm regionale di Tenuta di Cesa. Sono state caricate sul macchinario le mappe di prescrizione ottenute dall'app iAgro e poi sono stati svolti rilievi per determinare l'efficacia dei trattamenti eseguiti nelle varie zone di vigore.
La sperimentazione ha previsto la valutazione quantitativa dei prodotti fitosanitari distribuiti nelle tre fasi fenologiche in cui sono stati svolti i rilievi, confrontando l'irrorazione a rateo fisso e a rateo variabile. I risultati ottenuti hanno fornito una prima valutazione dei risparmi e dell'efficacia delle indicazioni dell'app, permettendo di confrontare le pratiche tradizionali a volume fisso con quelle suggerite a rateo variabile.
I risultati in termini di dosi distribuite e risparmi ottenuti con i trattamenti a rateo variabile sono riportati nella tabella di seguito. Come si può notare, il risparmio di acqua e di agrofarmaco può superare il 50% nelle fasi fenologiche iniziali, con un risparmio medio nel corso della stagione pari al 30%.
Risultati e confronto tra rateo fisso e rateo variabile nella stagione 2023 presso la Demo Farm regionale di Cesa
(Fonte foto: Dati della Demo Farm regionale di Cesa)
La sperimentazione ha coinvolto la valutazione quantitativa e qualitativa dell'irrorazione nelle tre fasi fenologiche in cui sono stati svolti i rilievi. Le variabili analizzate per valutare la qualità dell'irrorazione in modalità a rateo fisso (controllo) e a rateo variabile (VRT) sono state la copertura delle gocce su unità di superficie (%) e il numero di gocce su unità di superficie (n° cm-2), mentre per la valutazione quantitativa è stato preso in esame il deposito di tracciante su unità di superficie (µg cm-2).
Copertura delle gocce sull'unità di superficie (%)
(Fonte foto: Università degli Studi di Firenze - Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agrarie, Alimentari, Ambientali e Forestali)
Le analisi condotte tra le diverse zone di vigore hanno evidenziato risultati positivi riguardo alle percentuali di copertura e deposito dei prodotti fitosanitari. In particolar modo, sia nelle aree caratterizzate da una maggiore vigorìa vegetativa che in quelle con un vigore più basso, si sono registrate buone performance in termini di distribuzione uniforme delle gocce sulla superficie trattata rispetto al controllo.
Le analisi hanno confermato che il rateo variabile ha consentito una gestione precisa e adattabile, assicurando un risparmio e al contempo una migliore copertura e un deposito omogenei sulla superficie trattata. Una minore copertura nelle zone a basso vigore consente di risparmiare prodotto e, viceversa, una copertura di prodotto maggiore laddove è presente maggiore vigorìa consente di proteggere meglio quelle zone dal manifestarsi di malattie.
Complessivamente, la sperimentazione ha dimostrato che i volumi di irrorazione del controllo sono più alti del necessario e che quelli del rateo variabile si possono ancora ulteriormente ridurre. Queste considerazioni saranno utili per migliorare la calibrazione dei modelli presenti nell'app.
Sviluppi per il secondo anno di sperimentazione
Per il secondo anno di sperimentazione (2024), l'applicazione dei trattamenti a rateo variabile è prevista anche per le altre due aziende coinvolte nel progetto, Fèlsina e Mulini di Segalari (altro partner coinvolto nel progetto è Cia - Agricoltori Italiani Toscana; mentre Image Line® e AgroNotizie® supportano le iniziative di divulgazione dei risultati e di condivisione delle esperienze innovative derivanti dal progetto). Questo passo ulteriore illustra il crescente interesse e la fiducia nelle potenzialità dell'app iAgro nel migliorare l'efficienza dei trattamenti fitosanitari.
La prospettiva di utilizzare macchinari con una tecnologia di distribuzione a rateo variabile, acquisiti direttamente dalle aziende coinvolte, evidenzia il progresso verso una gestione più precisa e sostenibile delle risorse agricole, promuovendo al contempo vantaggi economici, ambientali e sociali dovuti ad un migliore e più razionale utilizzo delle risorse.
Tra l'altro, il prossimo 23 aprile presso l'azienda partner del progetto Fèlsina, a Castelnuovo Berardenga, si svolgerà un workshop per dimostrare in campo l'applicazione iAgro e per parlare di gestione sostenibile del vigneto.
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Iniziativa realizzata nell'ambito del Psr Toscana 2014-2020 Sottomisura 16.2 - Progetto iVine: Testing, validazione e collaudo di un Sistema di Supporto alle Decisioni (Dss) di viticoltura di precisione per la razionalizzazione della gestione del vigneto e per l'ottimizzazione e riduzione dell'utilizzo di fitofarmaci, al fine di ridurre l'impatto ambientale, salvaguardare la salute di lavoratori e popolazioni rurali e ridurre i costi gestionali per le aziende agricole
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