Viticoltura di precisione assistita da satellite: il caso Franciacorta

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1 Workshop CITIMAP Piacenza, 20 Aprile 2006 Il Telerilevamento per un agricoltura sostenibile Viticoltura di precisione assistita da satellite: il caso Franciacorta P. Dosso - Terradat s.r.l. s.r.l. - p.dosso@precision A. Scienza, L. Brancadoro - Università degli Studi di Milano - lucio.brancadoro brancadoro@unimi.itit M. Faccincani,, F. Serina Serina - Consorzio Franciacorta - ufficiotecnico@franciacorta franciacorta.net P. Donna - Studio Agronomico SATA Studio Agronomico SATA - L. Usanza - Usanza Macchine Agricole Usanza Macchine Agricole -

2 Viticoltura di precisione in Italia: cronologia 1999: sviluppo della business idea, P. Dosso 2000: prova pilota c/o Cantine Montresor,, VR (prima esperienza italiana di TLR applicato alla viticoltura, prima esperienza al mondo con satellite ad alta risoluzione), P. Dosso, A. Castagnoli : 2003: sviluppo delle prime applicazioni estensive con camera multispettrale da aereo, Franciacorta et al., MC2 s.r.l : 2005: Viticoltura di Precisione Assistita da Satellite, Franciacorta et al., Terradat s.r.l.

3 Viticoltura di precisione in Franciacorta: Il Consorzio per la Tutela del Franciacorta ha promosso e coordinato, nel corso degli ultimi anni, un articolato progetto di ricerca applicata incentrato sull utilizzo utilizzo del telerilevamento multispettrale da satellite (TLR) in supporto alla viticoltura di precisione,, avvalendosi della collaborazione e del contributo di partner privati, enti ed istituzioni, Università.

4 Obiettivi del progetto: 1. validare l utilità e l efficacia l del TLR come strumento per la caratterizzazione vegeto-produttiva dei vigneti sottoposti a monitoraggio ( cosa( vedo tramite il TLR? ) 2. valutare le potenzialità del TLR come strumento per il controllo delle rese su vasti comprensori vitati, anche con riferimento agli adempimenti previsti per legge ( erga( omnes ) 3. mettere a punto servizi evoluti di assistenza alle aziende, finalizzati alla previsione di rese e maturazione dei vigneti mediante TLR 4. valutare la concreta possibilità di utilizzo delle mappe tematiche prodotte mediante TLR a fini di applicazioni pratiche di VRT (Variable Rate Technology) in viticoltura quali impieghi pratici per il TLR?

5 Risultati raggiunti: alcune applicazioni e servizi hanno ormai raggiunto lo stadio di maturità tecnologica necessario per passare dal campo della ricerca applicata al campo operativo: stima del vigore vegetativo dei vigneti controllo delle rese su vasti comprensori vitati stima dei parametri connessi allo stato di maturazione per singoli vigneti sottoposti a campionamento utilizzo delle mappe tematiche in applicazioni di VRT per esse si prefigura pertanto un futuro basato sulla loro integrazione nelle normali pratiche agronomiche e di controllo

6 Risultati raggiunti: altri filoni di ricerca (previsioni( di maturazione su vasti comprensori vitati mediante l utilizzo l di dati telerilevati ed un numero limitato di campioni in vigna) necessitano di approfondimenti ulteriori,, per i quali si è manifestata in primo luogo l esigenza l di disporre di basi dati pedoclimatiche dettagliate di supporto all interpretazione dei dati telerilevati.

7 La Franciacorta vista dal satellite: Immagine ripresa dal satellite IKONOS Circa 160 Kmq PAN (pixel: 1 m) + MS (pixel: 4 m) MS: 4 bande (R, G, B, IR) NDVI

8 I vigneti sottoposti a monitoraggio: 220 vigneti, 350 ettari vitati solo chardonnay cordone speronato, archetto, guyot, sylvoz densità da a ceppi/ha

9 Premesse metodologiche

10 Premesse metodologiche: Il satellite non vede i grappoli, nén il loro numero o peso, nén la resa ad ettaro, nén il tenore zuccherino o l acidità delle uve, ma solo la chioma. Più precisamente, mediante opportuni pre-trattamenti dei dati, può essere calcolato un Indice di Vegetazione (IV) che risulta fortemente legato alle caratteristiche della canopy presente sulla superficie ripresa.

11 Premesse metodologiche: L IV può essere rapportato alla densità di impianto dei vigneti, in modo da considerare l effetto l delle diverse densità di impianto esistenti su un territorio viticolo: IV normalizzato a a ceppo (IVN) Mediante una regressione lineare basata su dati rilevati in campo, l l IVN può essere agevolmente espresso in unità di misura fisicamente basate, ad esempio mq di superficie fogliare per ceppo

12 Premesse metodologiche: Sulla base della premessa che esiste un equilibrio vegeto-produttivo a livello di singolo ceppo tra l espansione della chioma e la quantità/qualit /qualità di uva prodotta, si può pensare di calcolare per via indiretta (mediante ulteriore regressione lineare): Come? produzione a ceppo tenore zuccherino acidità totale

13 Viticoltura di precisione assistita da satellite: il metodo La metodologia sviluppata utilizza in modo integrato tre tecnologie: il telerilevamento multispettrale ad alta risoluzione i sistemi informativi geografici (GIS) il posizionamento di precisione con sistemi satellitari GPS

14 Premesse metodologiche: Immagini aeree o da satellite Misure di posizione (GPS) Raccolta campioni uve ed analisi Algoritmi, software ad hoc MAPPE QUALITATIVE E QUANTITATIVE E/O TABULATI: VIGORE, RESA STIMATA, TENORE ZUCCHERINO, ACIDITA TOTALE, POLIFENOLI, ANTOCIANI

15 Viticoltura di precisione assistita da satellite: il metodo Vengono individuati e georeferenziati (con ricevitore GPS EGNOS-enabled di basso costo e con errore planimetrico < 2 m) dei punti di campionamento nelle zone a diverso vigore, sui quali misurare in campo resa a ceppo, brix, acidità totale.

16 Viticoltura di precisione assistita da satellite: il metodo Brix vs. Indice di Vegetazione I dati di campo, incrociati con i dati da satellite (IV calcolato in corrispondenza della posizione dei singoli campioni), permettono la stima di un modello di regressione Brix R 2 = 0, PAB index

17 Viticoltura di precisione assistita da satellite: il metodo Acidità totale vs. Indice di Vegetazione I dati di campo, incrociati con i dati da satellite (IV calcolato in corrispondenza della posizione dei singoli campioni), permettono la stima di un modello di regressione Acidità totale [mg/l] R 2 = 0, PAB index

18 Viticoltura di precisione assistita da satellite: il metodo

19 Viticoltura di precisione assistita da satellite: il metodo

20 Viticoltura di precisione assistita da satellite: il metodo

21 Viticoltura di precisione assistita da satellite: le correlazioni R 2 = 0,96 Brix Acidità totale vs. Indice di Vegetazione R 2 = 0, PAB index Brix vs. Indice di Vegetazione Acidità totale [mg/l] PAB index

22 Viticoltura di precisione assistita da satellite: le mappe di vigore Le mappe sono sempre uguali, anno dopo anno?

23 Viticoltura di precisione assistita da satellite: le mappe di vigore Le mappe sono sempre uguali, anno dopo anno?

24 Viticoltura di precisione assistita da satellite: le mappe di vigore Le mappe sono sempre uguali, anno dopo anno?

25 1. stima del vigore vegetativo dei vigneti

26 1. stima del vigore vegetativo dei vigneti Obiettivo: verificare l esistenza l di una correlazione stretta tra IVN da TLR e dati di vigore vegetativo rilevati in campo (superficie fogliare totale /ceppo) Campioni: 5 campioni per 10 vigneti (50( campioni) I 10 vigneti sono stati scelti in diverse Unità Vocazionali, con differenti livelli di vigoria e diverse forme di allevamento I 5 campioni per vigneto sono stati scelti in zone a diverso valore di IVN

27 1. stima del vigore vegetativo dei vigneti

28 1. stima del vigore vegetativo dei vigneti 14 correlazione tra SFT/ceppo e Indice di Vigore Normalizzato 12 ρr 2 vp = 0,80 10 SFT/ceppo [mq] PAB index

29 1. stima del vigore vegetativo dei vigneti Sup. fogliare/ceppo (mq) morenico sottile morenico profondo fluvioglaciale depositi fini 2 colluvi distali 0 Rsq = IVN

30 2. controllo delle rese su vasti comprensori vitati

31 2. controllo delle rese su vasti comprensori vitati Obiettivo: verificare l esistenza l di una correlazione stretta tra IVN da TLR e dati di produzione rilevati precocemente (metà/fine luglio) in campo (resa stimata /ceppo) Campioni: 5 campioni per 24 vigneti (120( campioni) I 24 vigneti sono stati scelti in diverse Unità Vocazionali, con differenti livelli di vigoria e diverse forme di allevamento I 5 campioni per vigneto sono stati scelti in zone a diverso valore di IVN

32 2. controllo delle rese su vasti comprensori vitati correlazione tra RESA/ceppo e Indice di Vigore Normalizzato 16,0 14,0 12,0 ρ R 2 vp = 0,84 RESA/ceppo [Kg] 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0, PAB index

33 2. controllo delle rese su vasti comprensori vitati Produzione/ceppo (Kg) morenico sottile morenico profondo fluvioglaciale depositi fini colluvi distali 0 Rsq = IVN

34 2. controllo delle rese su vasti comprensori vitati IV IV Densità di di impianto IVN Resa Resa stimata a ceppo ceppo Dati Dati di di campo campo (resa (resa stim. stim. a a ceppo) ceppo) Resa Resa stimata ad ad ettaro ettaro

35 2. controllo delle rese su vasti comprensori vitati

36 2. controllo delle rese su vasti comprensori vitati: miglioramento delle stime tradizionali Stima tradizionale su filare A: 20 m!!! 115 q.li/ha OK Stima tradizionale su filare B: A B 145 q.li/ha!!! Stima assistita da satellite : 130 q.li/ha OK Errori stime tradizionali : caso A: -15 q.li/ha -12 % caso B: +15 q.li/ha + 12 %

37 2. controllo delle rese su vasti comprensori vitati: miglioramento delle stime tradizionali

38 2. controllo delle rese su vasti comprensori vitati: selezione mirata dei controlli in campo

39 3. stima di parametri qualitativi su singoli vigneti

40 3. stima di parametri qualitativi su singoli vigneti La stima avviene, come già visto, per regressione tra dati di campo e IV da TLR Sono sufficienti pochi punti (5) per ogni vigneto Correlazioni testate e risultate affidabili: Tenore zuccherino Acidità totale Polifenoli Antociani

41 3. stima di parametri qualitativi su singoli vigneti Nell 80% dei vigneti campionati, sono state ottenute regressioni con R 2 > 0,80 (mediamente 0,90 0,95) Nel restante 20% dei vigneti, uno o più parametri sono risultati non correlati significativamente all IVN

42 3. stima di parametri qualitativi su singoli vigneti: microvinificazioni Nel 2005, il Consorzio per la Tutela del Franciacorta ha realizzato una serie di microvinificazioni per verificare la rispondenza delle mappe di resa, brix e acidità totale con i dati analitici dei mosti e dei vini ottenuti Sarà interessante valutare non appena possibile - i profili sensoriali dei vini ottenuti dalle diverse zone di uno stesso vigneto, caratterizzate da diversi livelli di vigore vegetativo In molti casi la delimitazione delle zone per le microvinificazioni è stata effettuata ricorrendo solo alle mappe di vigore (e non di resa, brix e acidità totale)

43 3. stima di parametri qualitativi su singoli vigneti: microvinificazioni Microvinificazione B: Microvinificazione A: 18 piante per 66,6 Kg 75 piante per 66,8 Kg Resa/ceppo: 3,7 Kg Resa/ceppo: 0,9 Kg 50 m!!!

44 3. stima di parametri qualitativi su singoli vigneti: microvinificazioni Microvinificazione B: Microvinificazione A: 68 piante per 66,4 Kg 36 piante per 65,5 Kg Resa/ceppo: 0,98 Kg Resa/ceppo: 1,82 Kg

45 3. stima di parametri qualitativi su singoli vigneti: microvinificazioni Resa/ceppo per classi di vigore 5,0 4,0 Resa/ceppo [Kg] 3,0 2,0 1,0 - VIG + VIG 0,0 C. OLIVE V1 PINI V2 PRADA V3 PRIORE V4 VOLPERA V5

46 3. stima di parametri qualitativi su singoli vigneti: microvinificazioni Resa/ceppo per classi di vigore 5,0 4,0 Resa/ceppo [Kg] 3,0 2,0 1,0 - VIG + VIG 20 PINI V2 0,0 C. V1 OLIVE PINI V2 PRADA V3 PRIORE V4 VOLPERA V Babo /08 30/08 01/09 03/09 05/09 07/09 09/09 11/09

47 3. stima di parametri qualitativi su singoli vigneti: microvinificazioni Resa/ceppo per classi di vigore 5,0 4,0 Resa/ceppo [Kg] 3,0 2,0 1,0 - VIG + VIG 18 PRIORE V4 0,0 C. V1 OLIVE PINI V2 PRADA V3 PRIORE V4 VOLPERA V Babo /08 01/09 03/09 05/09 07/09 09/09 11/09 13/09 15/09

48 3. stima di parametri qualitativi su singoli vigneti: microvinificazioni Resa/ceppo per classi di vigore 5,0 4,0 Resa/ceppo [Kg] 3,0 2,0 1,0 - VIG + VIG 18 VOLPERA V5 0,0 C. V1 OLIVE PINI V2 PRADA V3 PRIORE V4 VOLPERA V Babo /08 01/09 03/09 05/09 07/09 09/09 11/09 13/09 15/09

49 3. stima di parametri qualitativi su singoli vigneti: microvinificazioni VIGNETO Data vendemmia Produzione/ceppo (Kg) Alcol Tot. (%vol) Acidità Tot. (g/l) ph Estratto (g/l) Acido Tartarico (g/l) Acido Malico (g/l) A basso IVN 29/08/2005 0,9 11,7 7,1 3,1 27,6 2,9 2,4 A - alto IVN 29/08/2005 3,7 8,5 11,3 2,9 23,8 4,2 4,7 B - basso IVN 01/09/2005 3,1 10,3 7,3 3,1 21,2 3,4 1,4 B alto IVN 01/09/2005 4,0 9,8 8,1 3,0 20,8 4,3 1,4 C - basso IVN 31/08/2005 3,0 10,0 8,2 3,1 22,3 3,1 2,3 C - alto IVN 06/09/2005 3,9 10,7 8,3 3,1 22,1 2,7 3,1

50 4. utilizzo di mappe da TLR in applicazioni di VRT

51 4. utilizzo di mappe da TLR in applicazioni di VRT: i presupposti teorici Il sistema viticolo (vite-suolo suolo-clima) si trova a scontare una elevata variabilità spaziale e temporale delle sue caratteristiche. Tante di queste variabilità vanno ad influire su qualità e quantità delle produzioni viticole. La variabilità temporale è difficilmente mitigabile (sia a livello di meteorologia che di clima). Uno degli obiettivi che si pone al viticoltore, perciò, è quello di ridurre la variabilità spaziale (in termini quantitativi e qualitativi) della produzione.

52 4. utilizzo di mappe da TLR in applicazioni di VRT: i presupposti teorici La tecnologia può supportare il viticoltore nel perseguire tale obbiettivo, che può sensibilmente contribuire ad aumentare il reddito agricolo (riduzione( costi,, raggiungimento del compromesso ottimale tra produzione e qualità). L utilizzo di tali tecnologie avanzate nell ambito delle correnti pratiche agronomiche viene detto Agricoltura di Precisione e, nello specifico, Viticoltura di Precisione (o Viticoltura Sito- Specifica).

53 4. utilizzo di mappe da TLR in applicazioni di VRT: obiettivi Ovviamente, una soluzione tecnologica innovativa, oltre che tecnicamente possibile ed efficace, deve essere: facile da usare, semplice da capire (soprattutto per non addetti ai lavori ) cost effective!

54 4. utilizzo di mappe da TLR in applicazioni di VRT: componenti del sistema VRT sviluppato DATI DATI IN IN INPUT INPUT (SENSORI, MAPPE) (SENSORI, MAPPE) UNITÀ UNITÀ GPS GPS ATTUATORI ATTUATORI UNITÀ DI ACQUISIZIONE UNITÀ DI ACQUISIZIONE ED ELABORAZIONE ED ELABORAZIONE UNITÀ UNITÀ DI CONTROLLO DI CONTROLLO

55 4. utilizzo di mappe da TLR in applicazioni di VRT: test effettuati Programmazione dell intervento per via fogliare: Simulando le necessità di un intervento per via fogliare,, si è ipotizzato di dover utilizzare un atomizzatore nel cui flusso di portata fosse immessa la soluzione necessaria in modo programmato ed automatizzato con tre classi di dose riferite a tre livelli di colore dedotti dalla mappa di vigore del vigneto Lechi Seradina

56 4. utilizzo di mappe da TLR in applicazioni di VRT: test effettuati Programmazione dell intervento per via fogliare: colore dose miscela in l/ha marrone 200 giallo 100 verde 0

57 4. utilizzo di mappe da TLR in applicazioni di VRT: test effettuati Programmazione dell intervento con fertilizzante granulare al suolo: Per la fertilizzazione al suolo,, che rappresenta la scelta dominante nelle forme di fertilizzazione in viticoltura, tre classi di colore relative al vigneto Troso sono state riferite ad altrettante dosi di un fertilizzante organico pellettato, simulando le necessità di un vigneto grandinato, per il quale si richiede una fertilizzazione anticipata nel periodo autunnale

58 4. utilizzo di mappe da TLR in applicazioni di VRT: test effettuati Programmazione dell intervento con fertilizzante granulare al suolo colore dose pellets in q.li/ha marrone 15 giallo 7 verde 3

59 4. utilizzo di mappe da TLR in applicazioni di VRT: criteri di valutazione dei risultati Verifica della corrispondenza o meno tra dosi pianificate e dosi effettivamente erogate Verifica della tempestività della variazione della regolazione delle dosi erogate al passaggio tra le differenti zone

60 4. utilizzo di mappe da TLR in applicazioni di VRT: risultati Fertilizzazione fogliare: Nel caso della fertilizzazione fogliare le dosi di prodotto variabili sono espresse direttamente dal computer di bordo durante l avanzamentol Fissati sul suolo i punti corrispondenti alla variazione delle condizioni vegetative da mappa del vigneto, si è potuto constatare la corrispondenza della variazione automatica del dosaggio, sui confini dei settori stabiliti, con una tempestività di adattamento nell arco di 2 m di avanzamento a 5 km/h

61 4. utilizzo di mappe da TLR in applicazioni di VRT: risultati Fertilizzazione al suolo: Nel caso della fertilizzazione al suolo sono stati effettuati due passaggi con due diversi livelli di regolazione in modo da avvicinarsi inarsi il più possibile all obiettivo prefissato. Durante l avanzamento l si è potuta constatare una tempestività di adattamento nell arco di 5 m di avanzamento a 7 km/h.

62 4. utilizzo di mappe da TLR in applicazioni di VRT: conclusioni La metodica è pronta per l applicazione l estensiva: Ottima corrispondenza tra dosi pianificate e dosi effettivamente erogate Variazione tempestiva della regolazione delle dosi erogate al passaggio tra le differenti zone Mappe di vigore da satellite idonee all utilizzo per applicazioni VRT in viticoltura Per progetti anche di dimensioni medio-piccole ( ha vitati), i costi risultano inferiori ai risparmi conseguibili (in termini di minor prodotto erogato), e questo senza considerare: i benefici in termini di miglioramento della qualità delle uve prodotte i benefici ambientali derivanti da una minore erogazione di prodotto

63 Ringraziamenti: Regione Lombardia, Direzione Generale Agricoltura Centro Vitivinicolo Provinciale di Brescia Riferimenti e contatti: P. Dosso - Terradat s.r.l. s.r.l. - p.dosso@precision A. Scienza, L. Brancadoro - Università degli Studi di Milano - lucio.brancadoro brancadoro@unimi.itit M. Faccincani,, F. Serina Serina - Consorzio Franciacorta - ufficiotecnico@franciacorta franciacorta.net P. Donna - Studio Agronomico SATA Studio Agronomico SATA - L. Usanza - Usanza Macchine Agricole Usanza Macchine Agricole -