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Precision irrigation

Luogo : Bari, italy, Europe
Sustainable management of natural resources Sustainable management of natural resources
Budget totale: € 0,00 | Periodo: Da gennaio 2007 A

Sintesi

Il pilotaggio dell’irrigazione (PI) consiste nel dosare accuratamente i volume irrigui da destinare alle colture e applicarli al momento giusto e al posto giusto. Per questo, l’efficienza con cui le colture utilizzano l’acqua aumenta e allo stesso tempo diminuisce l’impatto dell’agricoltura sulle risorse idriche e sull’ambiente in generale.
Il PI si basa essenzialmente sulla introduzione di tecnologie innovative  per raccogliere e mandare dati ad un processore che, analizza  gli output dei diversi sensori  e controlla le applicazioni di acqua in modo da rilasciare dosi irrigue diversificate, a seconda della variabilità sito-specifica del terreno  e della coltura. .
Il principale obiettivo è rendere la tecnologia per l’utilizzo efficiente delle risorse idriche alla portata degli agricoltori. Per questo si è fatto ricorso a tecnologie ICT, low-cost e sensori open source, condivisione dei mezzi di indagine e automazione.

Partnership

The Research Unit for Cropping Systems in Dry Environments (CRA-SCA) - Italia

Candidato guida

Il CRA-SCA si occupa della caratterizzazione e modellizzazione spazio-temporale degli agro-ecosistemi attraverso approccio interdisciplinare con attività prevalenti nel settore agronomico per l’intensificazione sostenibile delle produzioni, la gestione efficiente delle risorse idriche e nutrizionali, la fertilità dei suoli, con particolare riferimento alle relazioni tra cambiamenti climatici, sistemi di coltura, adattamento e mitigazione. Per raggiungere questi obiettivi CRA SCA applica metodi innovativi per analizzare l’ambiente, l’eco-fisiologia delle colture agrarie, gli interventi agronomici, gli scambi di massa ed energia nel continuum terreno-coltura-atmosfera. Per interpretare le interazioni tra questi fattori e le produzioni agrarie, l’UR sviluppa tecniche modellistiche e approcci integrati che includono la dimensione spazio-temporale del territorio.

Agricultural Research Council of Italy - CRA - Italia

Partner dell'iniziativa

l Consiglio per la Ricerca e la sperimentazione in Agricoltura (CRA) è un Ente nazionale di ricerca e sperimentazione con competenza scientifica generale nel settore agricolo, agroindustriale, ittico e forestale.

The National Institute of Cereal Genetic - Italia

Partner dell'iniziativa

La Missione Genetica, miglioramento genetico, selezione varietale e agrotecnica di cereali per consumo umano e animale con particolare attenzione agli aspetti di resistenza agli stress biotici e abiotici, alla sostenibilità della coltivazione e alla qualità delle produzioni in un’ottica di filiera. Differenziazione delle selezioni in funzione delle esigenze dei diversi impieghi artigianali e industriali. Cura e mantenimento di collezioni varietali di cereali adatti alla coltivazione in ambiente mediterraneo per la salvaguardia e la valorizzazione della biodiversità. Collabora con il Centro di ricerca per la genomica e postgenomica animale e vegetale per l’identificazione e la caratterizzazione di geni utili quali quelli che conferiscono resistenze e quelli legati all’accumulo di amido, proteine nella cariosside e per l’utilizzazione di metodi di biologia molecolare applicati al miglioramento genetico dei cereali.

Pilotando razionalmente l’irrigazione, si migliora l’efficienza delle risorse idriche in agricoltura. Migliora l’efficienza economica perché si fanno combaciare le applicazioni di acqua alle esigenze delle piante. In questo modo si riducono i costi in termini di risorsa ambientale (l’acqua) e si aumentano le rese. Il riscontro si ottiene dal rapporto tra resa ed evapotraspirazione effettiva della coltura. Questo rapporto si definisce ‘water use efficiency’ (WUE). Il concetto di water fingherprint si basa sui valori calcolati di WUE. In sintesi ad una elevata WUE corrisponde un migliore successo economico nel rispetto della risorsa idrica. Pilotando l’irrigazione si ottengono: less drop per crop e servizi eco-sistemici (meno pressione sulle riserve idriche di buona qualità, più agro-diversità, maggiore sequestro di CO2). I miglioramenti ambientali che derivano dalla corretta irrigazione non sono inferiori ai risultati economici (anche se finora sono difficili da monetizzare).

E’ stata realizzata una piattaforma multisensoriale con diversi sensori per la misura del contenuto d’acqua del suolo e della pianta, sistemi di controllo ICT, rilevamento prossimale e telerilevamento, GIS, la fusione di dati derivanti da sensori (sensor data fusion) e tecnologie di automazione al fine di arrivare a soluzioni che promuovono un uso più sostenibile dell’acqua per l'irrigazione.
Per non sprecare acqua, il pilotaggio dell’irrigazione si deve accompagnare alla adozione di pratiche di gestione agronomica sostenibile che consentono  una maggiore tutela dell'ambiente (attraverso aumento dell’infiltrazione e dello stoccaggio dell'acqua) e, al contempo, un risparmio dei costi in termini di consumo di acqua e di energia.

Impianto di irrigazione a pivot Irrigazione gestita attraverso tecnologie di automazione
Rilevamento prossimale Rilievi eseguiti per rilevare la variabilità spaziale del suolo

Le stime del fabbisogno alimentare europeo proiettato al 2050 lasciano presagire situazioni di deficit alimentare nel lungo periodo. Le principali cause sono l’aumento della popolazione, la riduzione della superficie agricola utilizzabile e la diminuzione dei fattori della produzione primaria.
Nell’ultimo ventennio la nuova generazione di imprenditori agricoli è capace di gestire al meglio tutti i fattori della produzione ed accollarsi il rischio d’impresa.
Accanto alle imprese agricole specializzate si trovano piccole imprese che  contribuiscono alla cura del territorio, alla conservazione della agro-diversità, alla occupazione sociale. Nasce il concetto di social-farming (agricoltura sociale).
Entrambi gli scenari si stanno uniformando alle pratiche agricole che garantiscono la sostenibilità dell’ambiente in cui si realizza l’agricoltura, insieme alla fertilità del terreno, la qualità delle riserve idriche e la biodiversità. 

Cisterna di acqua Una cisterna di acqua, tradizionalmente utilizzata per la raccolta delle acque piovane da destinare all'irrigazione.

In un lavoro scientifico (Precision Ag. Technology Adoption: Past, present and next steps, 2013), mette in evidenza il trend delle tecnologie che abilitano la Precision Agriculture nel mondo.
Il grafico evidenzia che dopo una prima stagnazione dovuta al salto culturale necessario alle nuove generazioni di agricoltori per accettare di modificare i propri processi produttivi, si avrà una impennata del trend di adozione fino a saturare l’intero mercato entro il 2020. Ciò è dovuto anche alla forte riduzione del costo delle tecnologie ed alla crescente pressione mediatica verso tutte le problematiche di salvaguardia delle risorse naturali.
Il significato profondo di questo andamento risiede tutto nella tendenza asintotica, alla copertura totale del mercato Ciò vuol dire che l’adozione delle tecnologie per pilotare l’irrigazione (Precision irrigation) rappresenta una necessità primaria del settore agricolo senza le quali i processi produttivi non sono più sostenibili e competitivi.

Un possibile scenario Un possibile scenario: quanti agricoltori utilizzeranno le tecnologie informatiche per la gestione delle pratiche agricole?

Dopo aver implementato il progetto sul pilotaggio dell’irrigazione, stimiamo un incremento di personale dedicato alle aree di R&S delle imprese che producono sensori e software per l’agricoltura moderna e tecnologica.
Successivamente, è previsto un ulteriore incremento di personale presso le aziende commerciali coinvolte nella fornitura di sensori e di servizi per l’agricoltura ed una ricaduta occupazionale presso le aziende agricole o le associazioni di produttori.
In particolare si sta provvedendo alla formazione di tecnici agricoli, alla riqualificazione del personale aziendale, in particolare di fornire qualificazioni nel settore ICT connesso alla agricoltura, sistemi smart sensor, controllo ed attuazione, datamining, DSS applicati alla fertirrigazione di precisione.
Di conseguenza potranno pertanto nascere nuove figure specializzate e percorsi formativi ufficiali “AGRIBIOTECH” post-laurea mirati (Long or Short master, Dottorati di Ricerca, borse ed assegni di ricerca). 

Una nuova figura professionale Una nuova figura professionale: il programmatore di data-logger che acquisisce dati micro-meteorologici ed attua l'irrigazione.

Il progetto ha coinvolto ricercatori del CRA ed operatori del settore, impegnati nella irrigazione in pieno campo.
Per la parte 'ricerca e sviluppo' hanno contribuito 10 ricercatori di 3 unità del CRA (SCA di Bari, SSC di Metaponto e CAR di Lecce).
L'applicazione della ricerca ha visto il coinvolgimento di tecnici regionali e dei consorzi di bonifica pugliesi (7 tecnici per il consorzio di Bonifica della Capitanata, 3 tecnici del Tara e 3 dell'Arneo)

Distribuzione delle risorse umane destinate al progetto Distribuzione delle risorse umane destinate al progetto
Un risultato della irrigazione di precisione Un risultato della irrigazione di precisione: uniformità di sviluppo di una coltura di Fagiolo a Foggia. Il terreno era caratterizzato da eterogeneità delle caratteristiche idrologiche.

La progettazione in laboratorio non trova particolari difficoltà, quindi il reperimento dei programmi e delle parti hardware sono stati realizzati con le tecniche consuete. Le difficoltà sorgono in campo, prima fra tutte la necessità di cablare la sezione hardware che rappresenta un intralcio nelle colture. II ricorso alla  tecnologia wireless ha risolto il problema parzialmente. Nessuna soluzione esiste durante le stagioni eccezionalmente piovose, quando diventa impossibile praticare l'irrigazione in campo. 

I cavi rappresentano un fattore di intralcio negli spazi coltivati I cavi rappresentano un fattore di intralcio negli spazi coltivati

Il pilotaggio dell’irrigazione si dimostra:
• economicamente vantaggioso per chi coltiva;
• rispettoso dell’ambiente e delle risorse della natura al fine di non esaurirle nel tempo;
• funzionale per l’eco-sistema;
• socialmente giusto, contribuendo a migliorare la qualità della vita sia degli agricoltori che della collettività.
I quattro aspetti sopra riportati sono stati conseguiti contemporaneamente pur con diversi possibili percorsi di produzione (agricoltura integrata, conservativa, sostenibile, biologica, social farming, care farming), che convergono tutti nell’agricoltura razionale, coniugando agronomia, economia, eticità, eco-sostenibilità e tecnologie ICT.
La ricerca scientifica e l’innovazione tecnologica in particolare danno una risposta concreta alla sostenibilità, fornendo soluzioni che consentono di ottenere contemporaneamente convenienza economica, migliore qualità e uso oculato delle risorse naturali. 

Monitoraggio del bilancio idrico di una coltura irrigua Monitoraggio del bilancio idrico di una coltura irrigua eseguito per 10 giorni. Le frecce verso l’alto indicano gli apporti di acqua sotto forma di irrigazione (I) o di pioggia (P). l'area blu rappresenta l’acqua utilizzata dalla coltura (Au). Le perdite per drenaggio (pari a 13 mm) si verificano in corrispondenza di una irrigazione non pilotata (18 mm) del giorno 1, mentre una irrigazione pilotata (al giorno10) non determina perdite di acqua per drenaggio (D)

Il trasferimento delle azioni di ricerca è stato accolto favorevolmente dagli agricoltori, soprattutto dai giovani imprenditori agricoli. Infatti, col supporto dei tecici dei consorzi di bonifica, le iniziative per il controllo dello stato idrico della vegetazione e del terreno si sono moltiplicate. Molti agricoltori si avvalgono delle piattaforme web per monitorare in tempo reale quando programmare la prossima irrigazione. 

Si è passati dalla divulgazione a mezzo stampa (ad esempio il libro edagricole sulle buone pratiche irrigue), alla implementazione dei risultati in siti web, di più facile fruizione.
A titolo di esempio, i video rappresentano un mezzo efficace per divulgare come irrigare, nel rispetto dell'ambiente e delle risorse naturali.

Presentazione multimediale sulla programmazione irrigua Presentazione multimediale sulla programmazione irrigua.