Dal vigneto allo smartphone La sensoristica in viticoltura

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1 50 Terra e Vita [ SPECIALE SIMEI ENOVITIS ]. 45/2011 Dal vigeto allo smartphoe La sesoristica i viticoltura [ DI ALESSANDRA BIONDI BARTOLINI ] Sembra fatascieza ma o lo è: la vita di tutti i giori icotra la sesoristica più di quato immagiiamo. Sesori di luce, di posizioe o di movimeto si trovao ormai i qualsiasi dispositivo elettroico. Per ogi esigeza ci stiamo abituado a trovare Apps adatte per il ostro Smartphoe o il ostro Tablet PC. Lo sviluppo rapidissimo della tecologia sta portado ad ua rivoluzioe epocale ei processi decisioali ad ogi livello: l iformazioe è fruibile i tempo reale e siamo chiamati a sviluppare strumeti (ache metali) che e permettao u utilizzo altrettato tempestivo el cotrollo dei processi che stiamo osservado. Ache i campo agricolo e i viticoltura l uso dei sesori e la possibilità di trasformare i tempi brevi i dati grezzi i iformazioe fruibile sta facedo il suo igresso co la velocità di diffusioe propria delle uove tecologie (rapidità alla quale a dire il vero la ricerca agricola era poco abituata, forse per la letezza e la laboriosità Microspie i grado di moitorare qualsiasi feomeo. Ua serie ifiita di dati da tradurre i iterveti utili dei mezzi d idagie oltre che dei tempi e delle stagioi). [ LA RIVOLUZIONE WIRELESS I passato e acora oggi i molti casi i metodi tradizioali utilizzati per misurare parametri fisiologici, morfologici o ambietali, come lo stress idrico della foglia, la superficie fogliare, il volume della chioma, l umidità del suolo, la radiazioe solare, ecc. richiedevao tempi lughi e presetavao ua complessità tale da poter essere applicati solo i pochi casi, limitati al campo sperimetale e su piccola scala. La possibilità di otteere iformazioi aaloghe e parametri correlabili co quelli otteuti co questi metodi mauali i modo più semplice e rapido pertato cosete di estedere il moitoraggio e l uso di gradezze misurabili ella pratica quotidiaa della gestioe del vigeto. I effetti la tecologia legata ai sesori o è del tutto uova, [ PRECISIONE Mappare la variabilità [ 2 I droi o veicoli radiocomadati (aerei o elicotteri) vegoo utilizzati el campo del telerivameto per la viticoltura di precisioe. Nella foto il droe a sei eliche equipaggiato di fotocamere visibili e ifrarossi del CNR Ibimet di Fireze. Ua prima applicazioe ell utilizzazioe dei sesori per la descrizioe del vigeto è quello della viticoltura di precisioe o sito specifica. Co questo tipo di approccio e teedo coto che all itero del vigeto è presete ua variabilità data da fattori fissi (come suolo, esposizioe, varietà, ecc.) e variabili (come la stagioe e le pratiche colturali), il vigeto o viee più cosiderato come u isieme uiforme di piate: la variabilità presete può essere descritta e di cosegueza ogi iterveto agroomico può essere ritagliato sulle caratteristi che delle sigole aree omogeee. La viticoltura diveta i tal modo u attività sartoriale. Per mappare la variabilità itera dei vigeti il parametro più utilizzato è il cosiddetto NDVI (Normalized Differece Vegetatio Idex) u Idice di Vegetazioe (IV) che basadosi sulle improte spettrali della vegetazioe el visibile e ell ifrarosso forisce u iformazioe sul vigore vegetativo, e cioè su come la piata rispode alle codizioi ambietali e atropiche alle quali è sottoposta. Numerosi studi hao correlato questo idice ai diversi parametri fisiologici e produttivi (quatitativi e qualitativi) per cui le mappe di vigoria possoo essere utilizzate ella gestioe sito specifica di molte operazioi colturali, come l irrigazioe o la raccolta di differeziata per la selezioe di uve di diversa qualità. Le mappe di vigoria che idividuao el vigeto aree caratterizzate dalle diverse classi di NDVI soo il prodotto della rilevazioe di questo parametro e si ottegoo geeralmete dalle immagii multi spettrali rilevate co teciche dette di Remote Sesig dal satellite o co voli aerei (queste ultime co ua risoluzioe e u affidabilità superiore rispetto alle prime). Nel campo del telerilevameto si sta diffodedo egli ultimi ai l uso dei droi, velivoli radiocomadati ai quali si possoo dare idicazioi sulla rotta e a bordo dei quali vegoo motate

2 . 45/2011 [ SPECIALE SIMEI ENOVITIS ] Terra e Vita 51 ache i sesori di ultima geerazioe, i cosiddetti MEM (microchip di 4 cm di lato) soo stati studiati fio dagli ai settata e soo dispoibili sul mercato (e utilizzati i altri settori) fi dagli ai 90. Il loro utilizzo tuttavia era limitato solo ad alcue applicazioi, quelle più accessibili, i quato l istallazioe richiedeva u cablaggio per l alimetazioe e per la raccolta dei dati che e impediva per esempio l utilizzo diffuso i pieo campo i agricoltura o ache el moitoraggio ambietale. È stata la ascita del Wireless e il mior cosumo eergetico richiesto dai sesori che ha reso possibile il grade passo: o più soltato cetralie agrometeorologiche per rilievi di parametri ambietali di macroaree più o meo ampie, i grado di accumulare dati da dover scaricare periodicamete i loco, ma reti di sesori posizioati a moitorare direttamete le codizioi della piata. Ua rete wireless fatta di odi iterattivi posti el vigeto che si scambiao dati tra loro e che li trasmettoo ad u server aziedale, sesori alimetati a batterie ricaricabili magari co paelli solari ed il gioco è fatto: dal vigeto giugoo dati i tempo reale su tutti i parametri i grado di ifluire sullo stato fisiologico o sulla qualità dell uva(foto 1). [ 1 Cetralie wireless per moitoraggio micro meteorologico i vigeto sviluppate dal CNR Ibimet di Fireze. Soo alimetate co u paello fotovoltaico e da ua batteria tampoe che e garatisce il fuzioameto ei periodi di scarsa radiazioe. (fote: [ UNO STOCK DI METAFILE I dati possoo ache essere raccolti da sesori posti su uità mobili, come le stesse macchie operatrici, e associati ai loro riferimeti spaziali rilevati da u sistema Gprs (si chiama Metafile il file i grado di stoccare dati di diversa atura, database, coordiate geografiche, ora e data, file grafici, ecc.). Ma quali parametri e quali iformazioi si ottegoo da questi sistemi itelligeti che stao ivadedo i ostri vigeti? E soo tutti utili o si corre il rischio di aegare ei dati e o essere i grado di utilizzarli per dare risposte ai produttori che cotiuao a fare le domade di sempre: quado devo trattare? Come devo potare? Quado devo raccogliere? Il modo della ricerca e dell impresa sta lavorado molto itesamete su questi aspetti. La chiave (o meglio... il odo ) è l iterdiscipliarietà: perché ci voglioo agroomi e tecici viticoli i grado di idicare quali soo i parametri da misurare, igegeri che sviluppao i sesori e i sistemi di comuicazioe e di trasferimeto dei dati, statistici e matematici per otteere i modelli, acora agroomi che li iterpretao e che associao all iformazioe le decisioi possibili e ifie iformatici che redao fruibile i u software il lavoro di tutti. Ua rete di professioalità che lavora isieme: u altra rivoluzioe, forse la più difficile. (Sitesi da Vigevii 11/2011) le fotocamere multi spettrali. Il vataggio sta, oltre che ell evidete riduzioe dei costi, ella possibilità di effettuare voli frequeti ache su appezzameti di limitate dimesioi (che o giustificao i costi fissi dei voli aerei foto 2). Per gli stessi motivi ed essezialmete per ua maggiore elasticità di iterveto, recetemete si soo diffusi sesori commerciali (sviluppati per l agricoltura di precisioe elle colture di pieo campo e successivamete testati e applicati al campo viticolo) i grado di rilevare da terra, se motati su u mezzo mobile, come u Quad o ua stessa macchia operatrice, u idice NDVI ei filari e, che co u sistema GPRS associato allo scopo di georefereziare i dati raccolti, soo i grado di forire le mappe di vigoria. I sesori sviluppati co questo tipo di applicazioe soo diversi. Il gruppo di ricerca del DiProVe di Milao ha utilizzato due sesori Greeseeker (Ntech idustries) ell ambito del progetto del Cosorzio Tuscaia motati su u Quad (foto 3), isieme ad altri sesori dei quali parleremo i seguito, metre l Uiversità di Fireze (Dipartimeto di Igegeria Agraria) sta utilizzado il sesore Crop Circle (Hollad Scietific s) per otteere le mappe di vigoria dei vigeti. L uso dei sesori Greeseeker e Crop circle è stato testato ache da alcui ricercatori del Dipartimeto di Igegeria Agraria dell Uiversità di Milao per moitorare la capacità degli idici NDVI di rilevare i sitomi della peroospora sulle foglie (Calcate et al, 2011) mettedo i relazioe i valori di NDVI misurati [ 3 Quad per moitoraggio di prossimità i vigeto del DiProVe dell Uiversità di Milao utilizzato ella prove del Cosorzio Tuscaia. È attrezzato co Greeseker e co sesori ad ultrasuoi posti a tre diverse altezze per la valutazioe dello spessore della chioma (Caopy Thickess). co le classi di ifezioe di ua scala visiva utilizzata ella valutazioe della malattia i vigeto. I ricercatori dell Uiversità di Milao hao rilevato che al crescere dell ifezioe si assiste ad ua dimiuzioe dell NDVI e cioè ad ua riduzioe dell efficieza fotositetica della foglia. Gli idici NDVI misurati sulle foglie ifette potrebbero quidi essere utilizzati ache ai fii diagostici del livello di ifezioe.

3 52 Terra e Vita [ SPECIALE SIMEI ENOVITIS ]. 45/2011 U altra utilizzazioe dei sesori posizioati sui mezzi mobili è quella testata da alcui gruppi di ricerca per il moitoraggio della struttura della Caopy e della sua variabilità. La descrizioe spaziale della struttura della parete è fodametale per la compresioe dell efficieza ell uso della luce da parte della piata stessa e di cosegueza può essere utilizzata elle scelte di potatura e di gestioe del verde (cimature, sfogliature ecc). Ioltre è fodametale ella valutazioe della distribuzioe dei fitofarmaci. Su altre colture arboree (come gli agrumi) la misura della geometria della chioma di ogi sigola piata collegata co la regolazioe dei sistemi di distribuzioe dei fitofarmaci (i modo particole alle codizioi di apertura e [ TRATTAMENTI Dimezzare le irrorazioi chiusura degli ugelli e ai volumi di aria dei soffiatori) ha permesso di ridure l impiego fio al 50%. Per questo motivo alcui ricercatori spagoli (Llores et al., 2011) stao valutado le performace di due diversi tipi di sesori motati su mezzi mobili i vigeto e sullo stesso atomizzatore. I ua recete pubblicazioe hao riportato i risultati otteuti co l uso di sesori ad ultrasuoi e di sesori laser (LIDAR), etrambi i grado di forire dati della struttura della caopy i tutta la superficie del vigeto percorredo i filari. I sesori ad ultrasuoi trasmettoo ode soore ad alta frequeza verso u oggetto (la parete fogliare) e e recepiscoo la eco riflessa. La distaza tra il sesore e l oggetto viee calcolata misurado il tempo tra la trasmissioe e la ricezioe delle ode. Nella sperimetazioe già citata del Cosorzio Tuscaia il gruppo di ricerca del DIProVe di Milao aveva motato sull uità mobile per il vigeto isieme a Greeseeker ua barra verticale co posti a tre diversi livelli di altezza tre sesori ad Ultrasuoi. La correlazioe co la misura mauale del Poit Quadrat (metodo che permette di descrivere la distribuzioe di foglie e frutti ello spazio) ha messo i evideza come l idice di Caopy Thickess otteuto co le barre ad ultrasuoi forisca u iformazioe sugli strati fogliari posti all altezza del sesore e di cosegueza sull efficieza della parete e sulle possibilità di iterveto [ ULTRASUONI La profodità della parete [ 4 La barra radiometrica utilizzata ella valutazioe della luce itercettata dalla chioma dai ricercatori dell Istituto di Frutti viticoltura dell Uiversità Cattolica di Piaceza (fote ivm.eu) come la potatura o la sfogliatura che possoo portare ad u suo migliorameto. La tecologia Laser si basa sulla misura del tempo che impiega u impulso Laser a raggiugere u bersaglio. Il vataggio sta ella precisioe data da u fascio di luce molto sottile co ua ridottissima deviazioe. Nella sperimetazioe spagola la sorgete laser era equipaggiata co uo specchio rotate che facedo ruotare il fascio lumioso adava ad itercettare tutta la parete di vegetazioe. Questa tecica permette di ricostruire el dettaglio la forma della parete lugo il filare, rilevado co precisioe la percetuale di vuoti e tutte le variazioi i altezza e i spessore della parete fogliare. Altri metodi che fao uso di dispositivi portatili vegoo utilizzati dai ricercatori dell Istituto di Frutti viticoltura dell Uiversità Cattolica di Piaceza ell ambito del progetto MoDeM per la valutazioe della capacità di itercettazioe della luce da parte della parete. Al fie di descrivere la quatità di radiazioe solare itercettata e quidi utilizzata dalla piata il gruppo di ricerca piacetio utilizza ua barra radiometrica (foto 4) dotata di 60 piraometri, che posta a terra perpedicolarmete al filare misura la radiazioe solare che raggiuge il suolo attraversado la chioma. Questa, detratta dalla radiazioe totale dispoibile porta ad ua valutazioe della luce itercettata. Questa misura, effettuata elle diverse ore della giorata e elle diverse epoche feologiche, viee associata alla valutazioe delle ombre proiettate al suolo dalla chioma attraverso u aalisi visiva quatitativa (metodo che descrive i modo bidimesioale la porosità della chioma). I questo modo si giuge ad ua corretta descrizioe del rapporto radiazioe/ caopy sia el suo ciclo gioraliero sia el corso dell itera stagioe e quidi dell adameto della crescita della chioma ma ache dell effetto e dell efficacia delle operazioi di gestioe della chioma stessa.

4 54 Terra e Vita. 45/2011 [ RETI DSS Il vigeto su smartphoe L uso delle reti wireless i vigeto è applicato per lo più alla rilevazioe di parametri micrometeorologici. U buo esempio è quello realizzato ella sperimetazioe del Cosorzio Tuscaia recetemete coclusa e sviluppato dall Istituto Ibimet CNR di Fireze. Il sistema NAV (Network Avazato per il Vigeto) è formato da cetralie Master poste ai margii del vigeto, i grado di rilevare i pricipali parametri meteorologici caratteristici dell itero vigeto e di fare da primo collettore dei dati proveieti dalle stazioi micro meteorologiche secodarie. Le stazioi secodarie (Slave) poste all itero dei filari, soo equipaggiate co sesori di temperatura della foglia, dell aria all itero della struttura fogliare e del grappolo, oltre che di bagatura fogliare, di radiazioe a livello del grappolo, di velocità del veto e di poteziale idrico e temperatura del terreo a profodità diverse di 30 e 60 cm (foto5). I risultati dopo tre ai di sperimetazioe hao cosetito di evideziare come i dati rilevati dai due tipi di cetralie portio ad iformazioi i grado di supportare scelte gestioali co diverso grado di specificità. Gli idici otteibili dai sesori posti sulla piata (Proximity Idicator) possoo forire iformazioi sui fattori che determiao la variabilità all itero del vigeto, come le variazioi ella tipologia di suolo, di esposizioe o ache le diverse risposte della piata alle teciche di gestioe della chioma. I questo modo è possibile iterveire solo e quato è ecessario elle aree omogeee idividuate co ua gestioe differeziata ei trattameti fitosaitari, ell irrigazioe, elle potature, elle sfogliature, ei diradameti, ella raccolta ecc. «Il kow out acquisito di [ 5 Sesore di radiazioe a livello del grappolo di ua cetralia Slave del sistema NAV del Cosorzio Tuscaia. chiara Alessadro Matese dell Istituto Ibimet CNR di Fireze da questa esperieza (la messa a puto del sistema NAV el progetto del Cosorzio Tuscaia dr) ha permesso di sviluppare u uovo sistema di moitoraggio, ua soluzioe iovativa il cui puto di forza è quello di essere completamete ope source». «Si tratta di uo strumeto ecoomico, altamete miiaturizzato, a bassissimo cosumo eergetico, i grado di gestire più di 15 diverse tipologie di sesori a odo icludedo ache degli attuatori. L archi

5 . 45/2011 [ SPECIALE SIMEI ENOVITIS ] Terra e Vita 55 [ 6 Cetralie wireless per il moitoraggio micro meteo istallate el vigeto sperimetale di Ziao (PC) ell ambito del progetto MoDeM Ivm. tettura della rete può compredere fio a 250 uità periferiche che, utilizzado la modalità Mesh Network, riesce a raggiugere distaze di trasmissioe oltre i 500 metri. I dati acquisiti soo poi direttamete iviati su web creado ua vera e propria web sesor etwork. Le applicazioi per l uso dei dati otteuti dalle reti wireless come abbiamo visto soo molti, dalla gestioe dei trattameti fitosaitari a quella delle teciche di irrigazioe: l obiettivo è quello di sviluppare modelli di viticoltura sempre più sosteibili, ei quali si riduca l impiego di mezzi e risorse solo alle situazioi di reale ecessità. Lo sviluppo di modelli che utilizzao i dati micro meteorologici raccolti i vigeto per predire il rischio di isorgeza di malattie come peroospora, oidio e Botritys è possibile solo el caso i cui sia dispoga di dati climatici real time. Ma come redere i dati rilevati co i diversi metodi e co i dispositivi i vigeto u iformazioe fruibile che aiuti il viticoltore elle sue scelte gestioali? È questo l obiettivo del progetto Europeo Mo DeM IVM (www.modem ivm.eu): sviluppare ua rete di supporto itegrato dei processi decisioali (DSS, Decisio Support System) [ 7 Sesore di bagatura fogliare elle cetralie di rilevameto micrometeo (fote Modem Ivm). basata su dati raccolti co sesori wireless, aalizzati co strumeti avazati di modellistica e resi ifie dispoibili e fruibili, i modo semplice, via web. Il progetto, coordiato dalla società Horta, spi off dell Uiversità Cattolica di Piaceza (www.horta srl.com), coivolge otto parter (Istituti di Ricerca e PMI) di quattro paesi Europei (Italia, Spaga, Portogallo e Fracia) e avrà durata bieale (foto6e7). Presto, i u futuro o troppo lotao, il viticoltore riceverà sul suo Smartphoe u messaggio che comuica direttamete dal suo vigeto la pressioe di malattia e lo ivita a valutare l opportuità di effettuare u trattameto fitosaitario, o che cosigli il mometo di effettuare u campioameto per il moitoraggio della maturazioe e che, ricevuti i risultati aalitici, idichi il mometo ideale per raccogliere.

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