Vigneto e laboratorio smart

Nel corso del 2021, all’interno del campus della Fondazione Edmund Mach è stato realizzato un vigneto sperimentale dedicato all’agricoltura di precisione, che ospiterà nei pros- simi anni gran parte delle attività di ricerca e sperimentazione innovative in ambito digitale.

Il vigneto 4.0 è stato messo a punto per facilitare l’installazione, l’alimen - tazione e la trasmissione di dati da parte di prototipi sviluppati in FEM o in collaborazione con aziende ed enti di ricerca nazionali ed internazionali. È dotato di allacciamento all’energia elettrica, linee di alimentazione a bassa tensione, copertura WiFi e LoRaWAN per la ricezione di informazioni mediante segnali radio a lunga distanza provenienti da sistemi di raccolta e trasmissione dati del terreno, delle piante e dell’ambiente. Non essendo necessari pannelli fotovoltaici, batterie o modem, le dimensioni e di conseguenza l’ingombro dei sistemi di acquisizione sono ridotti al minimo. Questo li rende meno impattanti sulla gestione ordinaria degli appezzamenti. La prima installazione smart è stata una mini stazione fenologica: un dispositivo per la raccolta automatizzata di immagini, di dati di temperatura, umidità dell’aria e bagnatura fogliare e l’invio degli stessi ad un server remoto. Dati ed immagini servono a seguire in continuo lo sviluppo della vegetazione ed a modellizzare i momenti più importanti da un punto di vista viticolo-enologico quali: germogliamento delle gemme e crescita degli apici, fioritura, allegagione (formazione degli abbozzi di acini), invaiatura (cambiamento della colo- razione e consistenza delle bacche), maturazione, senescenza. La conoscenza delle fasi di sviluppo della vegetazione permette di supportare le allerte gelate e gli interventi gestionali in campo quali i trattamenti fitosanitari, l’irrigazione, la gestione a verde della chioma, la programmazione della vendemmia.

L’attività di sviluppo di strumenti da installare in campo è facilitata dalla presenza in FEM di un laboratorio di prototipazione dotato di stampante 3D, plotter di taglio/incisione laser, micro fresatrice, stazione saldante ed attrezzature varie da officina leggera. Il gruppo si avvale inoltre della collaborazione con l’Unità di Agrometeorologia e Sistemi Informatici del Centro Trasferimento Tecnologico FEM, Università di Trento, FBK, con la rete di aziende coordinate da Trentino Sviluppo e Hub Innovazione Trentino ed infine della comunità internazionale di sviluppo di dispositivi e software liberi (ad esempio Arduino).

Alcuni dispositivi FEM sono già in fase di sperimentazione di campo, sia presso il vigneto smart, che in aziende del territorio. Inoltre il vigneto dimostrativo di FEM è a disposizione per attività di prova e validazione di sistemi sviluppati da altre realtà produttive innovative.

Mini stazione fenologica

La conoscenza delle fasi di sviluppo delle colture in pieno campo è cruciale per l’adeguata gestione, ma anche per la valutazione delle anomalie climatiche e della variabilità fenologica interannuale. Allo stadio di sviluppo raggiunto sono legati ad esempio il rischio gelate, la difesa fitosanitaria, la gestione irrigua, i modelli di maturazione e l’organizzazione della raccolta.

Al giorno d’oggi esistono diversi strumenti che possono assistere nelle attività di rilevamento, quali app per smartphones, quaderni di campagna informatizzati e stazioni di rilievo innovative. Sulla base dei risultati del progetto EIT Climate-KIC “PhenoPiCam” (in collaborazione con CNR-Ibe di Firenze e YetiSystems di Pineta di Laives), è stato sviluppato un nuovo prototipo, basato sulla computer board Raspberry Pi zero W per la raccolta ed invio delle immagini tramite WiFi e sul micro-controller Arduino MKR WAN per il rilevamen - to di temperatura e umidità relativa dell’aria, acquisite mediante termoigrometro digitale e infine bagnatura fogliare, rilevata da un sensore capacitivo. I modelli di Arduino MKR 1300 e 1310 utilizzano il protocollo

LoRaWAN (Long Range and Wide Area Network) per l’invio dei dati su una banda radio ISM (Industriale, Scientifica e Medica) libera.

LoRaWAN è progettata per consentire comunicazioni a lungo raggio e basse velocità di trasmissione (bit rate) tra dispositivi elettronici. I vari componenti sono montati su una scheda a circuito stampato (PCB) progettata e realizzata da FEM, denominata ‘Raspberrino’ per la proprietà di alloggiare sulla stessa scheda sia Raspberry

Pi che Arduino e di permettere la comunicazione seriale tra i due dispositivi. La stazione è alimentata a bassa tensione tramite regolatori di tensione ed un dispositivo elettronico per l’accensione temporizzata del sistema. Alcune componenti sono state appositamente disegnate e stampate in 3D. La prima implementazione in campo del prototipo ha interessato il “vigneto smart” della Fondazione Edmund Mach a San Michele all’Adige. Il nuovo prototipo ha permesso di acquisire serie giornaliere di immagini, che hanno documentato l’intero periodo vegtativo della vite e dati di temperatura che serviranno per attività di modellizzazione della fenologia.

DigiAgriApp, monitorare il proprio campo in maniera digitale

Dopo la creazione del Vigneto Smart all’interno del campus della Fondazione Edmund Mach di San Michele all’Adige abbiamo sentito la necessità di disporre di un sistema in grado di salvare e mostrare i dati di campo. Con la creazione dell’Unità di Agricoltura Digitale è nata DigiAgriApp, una soluzione software che può essere facilmente adattabile a diverse situazioni, dall’orto di casa fino a un campo commerciale, passando per quello sperimentale.

Il software è composto da un database relazionale, basato sul DataBase Management System PostgreSQL, su cui vengono salvati tutti i dati: quelli anagrafici dei campi e appezzamenti fino ad arrivare alle singole piante, le colture presenti, le diverse operazioni svolte, le irrigazioni, la produzione, immagini raccolte mediante dispositivi mobili, ma anche dati ricevuti da stazioni meteo in loco e da sensori remoti (droni e/o satelliti).

L’interfaccia utente principale è un’applicazione multipiattaforma, sia per dispositivi mobili che fissi, ma è possibile accedere e gestire i dati anche attraverso un sito web, oppure aggiungere o modificare le geometrie di campi, appezzamenti, filari e piante utilizzando il software QGIS e interagendo con il database tramite un plugin sviluppato ad hoc.

Una delle caratteristiche peculiari dell’applicazione è la multiscalarità, ossia la possibilità di integrare dati puntuali, dati telerilevati prossimali (droni o strumenti dotati di gps) e remoti (satellitari) collegati agli appezzamenti fino ad arrivare alle singole piante, per alimentare futuri modelli a supporto delle decisioni (DSS).

Il progetto è stato selezionato e finanziato all’interno del 10° Bando Fondazione VRT Mountain Innovators che permetterà di rendere più stabili tutti i componenti legati al salvataggio dei dati e aggiungere nuove funzionalità all’interfaccia utente.

Il codice sorgente dell’applicazione è rilasciato con licenza Libera e Open Source, una soluzione non comune per software simili.

Un nuovo approccio per il calcolo di indici termici di stress idrico

La valutazione dello stato idrico e dei fabbisogni irrigui delle principali colture su scala territoriale è di crescente interesse ed attualità a causa del regime delle precipitazioni mutato, sia nella frequenza degli eventi che nell’intensità.

Già a partire dai primi anni ‘80 del secolo scorso sono stati introdotti indici di stress idrico basati sulla temperatura fogliare, che al giorno d’oggi, grazie all’avvento di nuove tecnologie di sensoristica (termometri all’infrarosso, camere termiche e multispettrali) e di telerilevamento prossimale (Sistemi Aeromobili a Pilotaggio Remoto - SAPR, rover telepilotati) e remoto (NASA MODIS Land Surface Temperature, Copernicus Sentinel-3) stanno trovando nuovi campi applicativi e rinnovato interesse.

A partire dal rilevamento della temperatura fogliare e delle chiome ed attraverso il calcolo di indici di conduttanza stomatica, è possibile infatti individuare precocemente ed in modo non invasivo situazioni di variabilità termica e fisiologica all’interno delle colture, che nel lungo periodo possono portare all’insorgere di differenze di vigoria e di produzione.

La possibilità di rilevare sul nascere situazioni di deficit e/o stress idrico può essere cruciale per la programmazione di interventi irrigui tempestivi, che riducano il rischio di perdita di quantità o di qualità della produzione, preservando al tempo stesso la risorsa idrica.

Uno degli indici più utilizzati è il Crop Water Stress Index - CWSI, codificato da Idso et al. nel 1981, che include tra le variabili le temperature fogliari, sia in condizioni di stress, sia di idratazione non limitante.Tali valori sono tradizionalmente derivati in modo empirico, sulla base delle temperature osservate in campo oppure trattando alcune foglie con inibitori della traspirazione (pinolene), altre con acqua.

Seguendo un approccio innovativo di tipo agrometeorologico e dispositivi Internet of Things - IoT è stato realizzato un prototipo di stazione di misura del CWSI a basso costo.

Il dispositivo può essere utilizzato per la mappatura termica dello stato idrico della vegetazione, sia tramite rilievi puntuali, sia per convertire immagini acquisite da drone per valutare la variabilità all’interno degli appezzamenti, sia su scala territoriale tramite l’elaborazione di immagini da satellite. L’uso di un approccio agrometeorologico accoppiato a nuove tecnologie di misura di temperatura ed umidità a basso costo aprono nuovi scenari applicativi al calcolo degli indici di conduttanza stomatica basati sul rilevamento della temperatura della vegetazione.

Per approfondire: Agricultural Meteorology (1981) 24, 45-55. https://doi.org/10.1016/0002-1571(81)90032-7

PAROLE CHIAVE: indice di stress idrico della vegetazione, immagini termiche, Internet of Things