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Agricoltura di precisione: vantaggi per l’uomo e per il pianeta
Al fine di soddisfare una domanda alimentare sempre maggiore, negli ultimi anni è cresciuto l’interesse nei confronti di processi agricoli più efficienti e allo stesso tempo più sostenibili.
Secondo quanto riportato dell’Organizzazione per l’Alimentazione e l’Agricoltura (FAO) delle Nazioni Unite [2], infatti, solo nel 2014 sono stati raccolti circa 2,9 miliardi di tonnellate dei cinque principali cereali coltivati nel mondo, in ordine di produttività: mais, riso, frumento, soia, e orzo.
Tra i sistemi di produzione più promettenti c’è sicuramente l'agricoltura di precisione, il cui impiego negli ultimi anni è aumentato anche grazie ad una riduzione dei costi delle attrezzature, all'aumento della potenza di calcolo e al crescente interesse per metodi di valutazione degli alimenti che non fossero distruttivi [Mahajan et al. 2015].
Si tratta di una strategia di gestione di nuova generazione in cui i dati raccolti durante l’attività agricola vengono raccolti, elaborati, analizzati e combinati con altre informazioni in modo da orientare le decisioni in funzione del miglioramento dell’efficienza nell’uso delle risorse, della produttività, e della qualità.
La fertirrigazione solare, di cui si discuterà in seguito, rientra nel concetto di agricoltura di precisione riuscendo a rispondere alla crescente domanda di metodi rapidi e precisi nella gestione delle produzioni come quella del grano e non solo.
Zareiforoush et al. [2015], ad esempio, ha utilizzato tali metodi anche nella produzione di riso per aumentare la qualità del prodotto finale.
Fertirrigazione solare per il miglioramento delle coltivazioni
Il sistema di fertirrigazione solare è una tecnologia di irrigazione e gestione delle colture che consente di risparmiare risorse idriche e fertilizzanti. Tutto questo lavorando “in deficit” e riducendo i volumi d’acqua [Kang et al. 2002; Du et al. 2015].
Il sistema applica fertilizzanti durante i periodi di picco della domanda del raccolto, vicino alle radici delle piante, fornendo così un alto potenziale per ridurre le perdite del raccolto, migliorando al tempo stesso qualità e resa [Matson et al. 1998].
Per quanto invece riguarda il sistema di irrigazione, la fertirrigazione solare utilizza un sistema di irrigazione “a goccia” che permette di sensibile risparmio d’acqua senza effetti sulla qualità delle colture.
Kuscu et al. [2014] ha studiato il sistema di fertirrigazione solare e ha riferito che l’irrigazione a goccia del sistema consente di risparmiare il 75% delle risorse irrigue.
Molti studi hanno mostrato le dosi consigliate ottimali in termini di acqua e azoto per le diverse colture, come 150–170 kg ha−1 per il frumento e 180–200 kg ha−1 per il mais [Yang et al. 2017].
Il sistema di fertirrigazione solare è in grado di fornire un approvvigionamento ottimale di acqua e azoto secondo i quantitativi consigliati grazie all’avanzata tecnologia su cui si basa l’agricoltura di precisione. Tuttavia, la misura in cui l’irrigazione a goccia riesce a ridurre l’impiego di acqua, deve ancora essere esplorata attraverso ulteriori studi.
Che cos’è il Solar Fertigation System?
Un sistema di fertirrigazione solare è stato sviluppato tra il 2018 e il 2021 presso l’Università del Molise in collaborazione con il Politecnico di Bari, l’Istituto Superiore di Agraria di Lisbona, e Asepa Energy s.r.l. Il progetto è frutto della sinergia tra squadre di agronomi, ingegneri e altri esperti distribuiti in tutta d’Italia.
Il Solar Fertigation System è un sistema di fertirrigazione solare autosufficiente alimentato da energia fotovoltaica, integrato con una rete di sensori wireless (WSN) a basso costo che può essere utilizzata per monitorare le colture direttamente in campo, supportando gli agricoltori nelle fasi decisionali della coltivazione (Figura 1).
Il sistema di fertirrigazione solare mira a garantire un uso razionale dei fertilizzanti, delle risorse idriche e di conseguenza ridurre l’impatto ambientale. Consente inoltre l’integrazione e la gestione ottimizzata dei tradizionali sistemi di coltura con tecnologie innovative basate su sensori elettronici wireless che ricevono ed elaborano i dati in modo continuo.
Il sistema di fertirrigazione solare funziona su dati parametrici ambientali, quali temperatura (°C), umidità (%), raggi UV (MJ m–2), pressione (h Pa-1), velocità del vento (km h-1), e precipitazioni (mm).
Il WSN progettato si installa direttamente a terra e acquisisce i parametri pedologici e ambientali inviando i dati ad una centralina. Quest’ultimo elabora i dati in entrata forniti da WSN e gestisce le modalità operative della fertirrigazione secondo parametri meteorologici e modelli agronomici [Visconti et al. 2020].
Per un ulteriore miglioramento del monitoraggio in campo, il sistema di fertirrigazione solare può essere associato a piattaforme informatiche o applicazioni cellulari (Figura 3 e Figura 4) che consentono di accedere alle informazioni sulle condizioni in campo, da remoto e in tempo reale.
Conclusioni
I primi studi hanno esaminato i vantaggi del sistema di fertirrigazione solare principalmente su un sito e una coltura specifici, adottando pratiche di irrigazione e/o gestione dei fertilizzanti limitate. I risultati e i dati di questi singoli studi non sono sufficienti per descrivere e determinare i vantaggi complessivi water use efficiency (WUE), nitrogen use efficiency (NUE) e della produttività delle colture utilizzando il sistema di fertirrigazione solare su scala globale. È necessario condurre ulteriori studi in modo che anche agronomi, ricercatori e agricoltori possano utilizzare il sistema. Inoltre, i risultati variano ampiamente, mostrando risultati diversi per il sistema in diversi tipi di colture o in diverse condizioni climatiche, pedologiche o gestionali. Fattori confondenti influenti rendono difficile ottenere una chiara comprensione di dove e in quali condizioni la fertirrigazione a goccia è meglio applicata.
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[1] Du, T.S.; Kang, S.Z.; Zhang, J.H.; Davies. W.J. Deficit irrigation and sustainable water resource strategies in agriculture for China’s food security. Journal of Experimental Botany, 66, 2253-2269, 2015.
[2] Food, 2012. A.O. of the United Nations, Faostat database. http://www.fao.org/faostat
[3] Kang, S.Z.; Zhang, L.; Liang, Y.L.; Hu, X.T.; Cai, H.J.; Gu, B.J. Effects of limited irrigation on yield and water use efficiency of winter wheat in the Loess Plateau of China. Agricultural Water Management, 55, 203-216, 2002.
[4] Kuscu, H.; Turhan, A.; Ozmen, N.; Aydinol, P.; Demir, A.O. Optimizing levels of water and nitrogen applied through drip irrigation for yield, quality, and water productivity of processing tomato (Lycopersicon esculentum Mill.). Horticulture, Environment, and Biotechnology, 55, 103-114, 2014.
[5] Mahajan, S.; Das, A.; Sardana, H.K. Image acquisition techniques for assessment of legume quality. Trends in Food Science & Technology, 42(2), 116-133, 2015. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2015.01.001
[6] Matson, P.A.; Naylor, R.; Ortiz-Monasterio, I. Integration of environmental, agronomic, and economic aspects of fertilizer management. Science, 280, 112-115, 1998.
[7] Visconti, P.; De Fazio, R.; Primiceri, P.; Cafagna, D.; Strazzella, S.; Giannoccaro, N. I. A solar-powered fertigation system based on low-cost wireless sensor network remotely controlled by farmer for irrigation cycles and crops growth optimization. International Journal of Electronics and Telecommunications, 66(1), 59-68, 2020.
[8] Yang, X.L.; Lu, Y.L.; Ding, Y.; Yin, X.F.; Raza, S.; Tong, Y.A. Optimising nitrogen fertilisation: a key to improving nitrogen-use efficiency and minimising nitrate leaching losses in an intensive wheat/maize rotation (2008–2014). Field Crops Research, 206, 1-10, 2017.
[9] Zareiforoush, H.; Minaei, S.; Alizadeh, M.R.; Banakar, A. Potential applications of computer vision in quality inspection of rice: a review. Food Engineering Reviews, 7 (3), 321-345, 2015. https://www.doi.org.10.1007/s12393-014-9101-z.
Uzair Ahmad
Uzair Ahmad è un ricercatore esperto di agricoltura di precisione. Possiede un dottorato di ricerca in Tecnologie e Biotecnologie Agrarie presso l’Università del Molise ed è un professionista agronomo.
