Innovazioni in campo per l’irrigazione digitale e sostenibile

Il progetto IRIDE (Irrigation by Innovative Digital Environment-Aware Technologies) è stato promosso con l’obiettivo di sviluppare soluzioni avanzate per l’irrigazione di precisione, integrando tecnologie irrigue innovative, sensoristica prossimale e remota, modelli agronomici evoluti e piattaforme digitali di supporto decisionale. La proposta si inserisce pienamente nelle priorità dello Spoke 6 del Centro Nazionale Agritech, orientato a promuovere modelli gestionali capaci di aumentare la sostenibilità e la resilienza dei sistemi agricoli.

Il partenariato di IRIDE è composto da sei organizzazioni distribuite in Piemonte, Puglia e Basilicata e rappresentative dell’intera filiera dell’innovazione in agricoltura: Idrotek Srl, capofila, porta competenze nella progettazione di sistemi irrigui automatizzati; Sysman Progetti e Servizi Srl è specializzata nello sviluppo di piattaforme digitali e DSS; DIAN Srl contribuisce con competenze nei sistemi di analisi e monitoraggio; il Distretto Agroalimentare Regionale (DARe) coordina comunicazione e valorizzazione dei risultati; UpToFarm Srl fornisce competenze agronomiche, digitali e di integrazione dati; Agrion e Fondazione Podere Pignatelli mettono a disposizione aziende e infrastrutture per la sperimentazione su colture erbacee e arboree. La complementarità tra competenze ingegneristiche, digitali e agronomiche rappresenta uno dei punti di forza del progetto, che ha beneficiato anche del supporto scientifico dell’Università di Foggia, dell’Università di Torino e del Politecnico di Torino (quali soggetti partner dello Spoke 6 di Agritech).

Gli obiettivi generali di IRIDE hanno riguardato: i) aumentare l’efficienza d’uso dell’acqua attraverso l’adozione di tecniche irrigue avanzate e di strategie di automazione; ii) ottimizzare la fertirrigazione, integrando modelli nutrizionali e sistemi di controllo remoto; iii) migliorare la sostenibilità ambientale riducendo sprechi idrici ed energetici; iv) fornire agli agricoltori strumenti decisionali chiari e operativi, basati su dati provenienti da sensori suolo-pianta-atmosfera, impianti irrigui e telerilevamento; v) validare soluzioni replicabili per differenti condizioni climatiche e sistemi colturali (cereali, pomodoro da industria, kiwi e mele). Le principali attività progettuali sono state articolate rivolte allo sviluppo e progettazione di architetture irrigue e la sensoristica necessaria, all’integrazione di dati in un DSS, e all’implementazione e validazione delle tecnologie in tre siti pilota individuati in Piemonte e Puglia. Il progetto ha anche promosso un’estesa attività di comunicazione, disseminazione e valorizzazione dei risultati, inclusi gli aspetti di proprietà intellettuale.

Attraverso un approccio integrato, IRIDE punta a fornire soluzioni applicabili a diversi sistemi colturali, dalle colture erbacee irrigate a pioggia con grandi macchine irrigue, alle colture ortofrutticole irrigate con impianti a goccia a bassa pressione. In generale, tali soluzioni devono consentire di favorire la transizione verso sistemi irrigui sostenibili e digitalizzati, aumentando la resilienza delle aziende agricole alla scarsità idrica e migliorando la produttività dell’acqua impiegata.

Innovazioni nelle grandi macchine irrigue

Nel progetto IRIDE è stato dedicato uno spazio significativo allo studio e alla sperimentazione delle tecnologie irrigue di nuova generazione, con particolare riferimento ai sistemi meccanizzati a pivot centrale e ai dispositivi evoluti che ne aumentano efficienza, uniformità ed adattabilità alle diverse forme aziendali. Questi sistemi rappresentano oggi una delle soluzioni più efficaci per l’irrigazione di grandi superfici, grazie alla combinazione di bassi consumi energetici, automazione avanzata e capacità di integrazione con sensoristica e piattaforme digitali.

Le moderne macchine a pivot impiegate nel progetto presentano caratteristiche che si discostano nettamente dalle versioni tradizionali, quali: i) motorizzazioni ed irrigazione ad alta efficienza, con riduzione dei consumi elettrici e idrici; ii) telemetria integrata, che permette il monitoraggio in tempo reale dei parametri di funzionamento e della distribuzione idrica; iii) ugelli a bassa pressione con deflettori di nuova generazione, progettati per ottimizzare il diametro medio delle gocce e ridurre la deriva; iv) controllo variabile dell’applicazione (VRI – Variable Rate Irrigation), che consente di modulare la portata per settore, adattandosi alle variabilità pedologiche e alle indicazioni provenienti dai modelli irrigui del DSS.

L’integrazione di questi sistemi con sensori suolo–pianta–atmosfera, mostrata nei campi dimostrativi del progetto, ha permesso di migliorare la precisione temporale e spaziale dell’irrigazione, contribuendo tanto alla riduzione degli sprechi quanto alla stabilità produttiva, soprattutto in scenari di stress idrico crescente.

Esempio di sistemi irrigui meccanizzati a pivot centrale

Un elemento innovativo e particolarmente rilevante per il progetto IRIDE riguarda i corner system per center pivot, tecnologie che consentono di irrigare anche le porzioni periferiche e irregolari dei campi, tradizionalmente escluse dal raggio circolare della macchina. Il corner è un braccio aggiuntivo articolato e guidato elettronicamente tramite GPS o sensori ottici, che: si estende quando il pivot transita nei bordi rettilinei del campo, seguendo la geometria dei confini aziendali; si retrare automaticamente nelle zone dove la forma del terreno non lo consente; mantiene uniformità di distribuzione grazie alla modulazione continua della portata e della velocità di avanzamento; riduce la necessità di irrigazione integrativa tramite rotoloni o sistemi manuali, migliorando l’efficienza della manodopera.

Dal punto di vista agronomico e gestionale, i corner permettono di incrementare la superficie irrigata fino al 10–15% senza richiedere nuove infrastrutture idrauliche, con un impatto positivo sulla sostenibilità economica degli impianti e sulla fruibilità dei terreni irregolari tipici dei contesti italiani oggetto della sperimentazione IRIDE. Nel corso del progetto sono state analizzate le condizioni operative dei corner in relazione a: variabilità pedologica delle aree marginali; posizionamento e movimento a guida satellitare RTK; tempi di risposta dei sistemi di controllo; interazione con modelli di bilancio idrico del DSS; confronti tra scenari con e senza corner per la validazione dei consumi idrici e dell’uniformità di distribuzione. I risultati preliminari mostrano che queste soluzioni, integrate con le piattaforme digitali e con la sensoristica di campo, costituiscono uno dei fronti più promettenti per migliorare la resilienza irrigua di grandi superfici coltivate in regime di scarsità idrica.

Piattaforme digitali e DSS.

Nell’ambito del progetto, è stata specializzata una piattaforma DSS (Decision Support System) che consente l’integrazione di modelli di calcolo, sensori (prossimali e remoti) e centraline di controllo, in grado di supportare la programmazione di irrigazione e fertilizzazione delle colture.

La piattaforma DSS IRIDE, accessibile in versione Web/App, consente di accedere a varie funzionalità utili per la programmazione irrigua delle colture.

Il DSS IRIDE (sviluppato dal partner Sysman a partire dalla piattaforma proprietaria Bluleaf^®, www.bluleaf.it) dispone in particolare delle seguenti funzionalità: i) Agrometeorologia, per l’integrazione ed elaborazione dei dati climatici acquisiti da diverse fonti (stazioni aziendali, servizi pubblici e previsionali), impiegabili per il calcolo di indicatori agro-climatici e fenologici, dalla scala aziendale a quella distrettuale; ii) Irrigazione, per l’elaborazione dei bilanci idrici delle colture, la visualizzazione dei dati forniti da sensori prossimali suolo-pianta, il supporto alla programmazione irrigua giornaliera, anche considerando la qualità della risorsa idrica disponibile (es. acque salmastre, reflue); iii) Fertilizzazione, per l’elaborazione dei bilanci nutrizionali delle colture, la gestione delle analisi acqua-suolo-pianta, il supporto alla definizione del piano di concimazione, e l’integrazione dei dati con sistemi di fertirrigazione; iv) WebGIS, per la configurazione delle unità produttive aziendali e per la visualizzazione di immagini ed indici satellitari (es. NDVI) che consentano di monitorare da remoto lo stato delle colture.

Sensori prossimali e sistemi di controllo

Nel corso del progetto, si è provveduto a testare la piattaforma in diversi ambiti e sistemi colturali (erbacce, orticole, arboree). Ad esempio, in Puglia la piattaforma è stata impiegata presso l’azienda Sempreverde di Molfetta (BA), integrando i dati forniti da stazioni agrometeorologiche, sensori-suolo e sistemi di controllo remoto di elettrovalvole e pompe, al fine di supportare l’irrigazione di precisione su colture orticole di pieno campo.

Esempi di installazioni di stazioni, unità IoT, sensori e sistemi di controllo remoto, presso l’azienda Sempreverde (Molfetta, Bari).

Oppure, in Piemonte, presso i campi sperimentali del partner Agrion, la piattaforma è stata impiegata per il supporto alla elaborazione dei dati forniti da sensori innovativi, quali i sensori-pianta di ultima generazione sviluppati dal Politecnico di Torino, con il fine di supportare la programmazione irrigua su specie arboree (es. melo, kiwi). Tali sensori, noti come Wearable Plant Sensors, acquisiscono le informazioni direttamente all’interno della piante, al fine di valutarne lo stato di salute. In particolare, nell’ambito del progetto i sensori sono stati installati su steli di piante di melo per acquisire informazioni attraverso misure di bio-impedenza, unitamente alla raccolta di informazioni più classiche da sensori ambientali e nel suolo.

Esempio di sensori-pianta innovativi (Wearable Plant Sensors) installati presso i campi sperimentali di AGRION

L’innovazione consiste nell’avere le informazioni direttamente da una misura diretta all’interno delle piante, dando la possibilità di comprendere stress idrici, biotici o abiotici. Nonostante la breve durata del progetto, sono state acquisite importanti evidenze tecniche che i segnali acquisiti consentono di effettuare un’analisi in tempo reale dello stato di salute delle piante. I dati raccolti sono stati integrati nella piattaforma DSS per contribuire a monitorare lo stato delle colture e ottimizzare la programmazione irrigua.

Dati satellitari ed indici vegetazionali

L’informazione acquisita dai sensori prossimali è stata arricchita con i dati satellitari acquisiti da sensori multispettrali e SAR che hanno permesso di generare mappe di differenti indici di vegetazione e di umidità del suolo, caratterizzate da risoluzioni spaziali variabili tra 10 e 25 m e da un campionamento temporale di pochi giorni (ad esempio cinque giorni nel caso del satellite Sentinel-2). Esempi di mappe degli indici NDVI (Normalized Differential Vegetation Index), NDMI (Normalized Differential Moisture Index) e NSMI (Normalized Soil Moisture Index) sono mostrate nelle figure seguenti. Tali mappe sono state generate utilizzando dati Sentinel-2, utilizzando bande con risoluzioni spaziali di 10 e 20 m. Tali mappe sono state ottenute utlizzando anche dati Landsat-9 e immagini iperspettrali del sensore satellitare PRISMA.

Da sinistra a destra e dall’alto basso, mappa degli indici NDVI, NDMI, NSMI ed evoluzione temporale degli indici NDMI e NSMI relativi all’osservazione satellitare dell’azienda Sempreverde durante il ciclo di coltivazione della patata da Aprile a Luglio 2024.

Le mappe ottenute dai dati multispettrali sono state integrate con i risultati ottenuti dall’elaborazione dei dati SAR per ridurre l’impatto della non disponibilità di osservazioni satellitari multispettrali nei giorni di copertura nuvolosa. I prodotti interferometrici di fase e coerenza forniscono un’ulteriore strumento di stima dell’umidità del suolo nello strato superficiale, dipendendo dalle caratteristiche pedologiche e la frequenza elettromagnetica del radar come mostrato recentemente nella letteratura scientifica.

Divulgazione dei risultati.

L’evento finale di progetto, tenutosi il 31 Ottobre scorso presso la sede di Agrion a Manta (CN), ha offerto un’importante occasione di confronto tra accademici, ricercatori e partner industriali, a partire dai risultati ottenuti nel corso del progetto stesso. Nel corso della giornata conclusiva ci sono stati due workshop tematici (rispettivamente su ‘Applicazioni di irrigazione di precisione’ e ‘Monitoraggio digitale del sistema Suolo-Pianta-Atmosfera’) ed un convegno finale (dal titolo ‘L’esperienza IRIDE e le prospettive future’), con l’obiettivo di scambiare informazioni ed esperienze, e di mostrare le soluzioni tecnologiche applicate in campo. Tutti questi eventi sono stati registrati, ed i video degli interventi sono visionabili nella seguente pagina YouTube del progetto: https://www.youtube.com/@ProgettoIride.

Per ulteriori informazioni e contatti con i partner è possibile anche visionare il sito web di progetto al seguente link: http://www.progettoiride.it/

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Autori:

• Andrea Magnano – Idrotek srl
• Danilo De Marchi – Politecnico di Torino
• Simone Pellissetti – UpToFarm srl
• Giovanni Nico – Dian srl
• Maria Pia Liguori – Distretto Agroalimentare Regionale (DARe)
• Vito Buono – Sysman Progetti & Servizi srl