Valutazione economica delle tecniche di agricoltura di precisione. Luigi Sartori

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1 Valutazione economica delle tecniche di agricoltura di precisione Luigi Sartori

2 COSTI DELL AP 1. Sistemi di guida (barra, assistita, semi-automatica per lavorazioni primarie e secondarie, semina, concimazioni e trattamenti) 1. Mappatura delle produzione 2. Concimazione variabile (sperimentazione) 3. Agricoltura di precisione (caso reale)

3 NAVIGAZIONE SATELLITARE Un sistema di guida aiuta a mantenere strisciate parallele senza alcuna sovrapposizione o zone di mancato trattamento tra due passaggi consecutivi. Questo è utilissimo quando vengono distribuiti concimi o antiparassitari perché se alcune aree non vengono trattate qui viene vanificato il trattamento, mentre se si ha sovrapposizione si può andare incontro a costi eccessivi, nonché si possono creare danni alla coltura e all ambiente.

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5 I sistemi di navigazione: barra di guida (segnali ottici e acustici) guida assistita guida semi-automatica Barra di guida a led luminosi

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7 I sistemi di navigazione: barra di guida guida assistita (permette alla barra di guida di controllare lo sterzo) guida semi-automatica

8 Guida assistita la barra di guida controlla la sterzatura attraverso il volante é intermedia tra la barra di guida e la navigazione semi-automatica riduce la fatica del trattorista che si concentra sull attrezzo piuttosto che seguire le indicazioni della barra Installazione veloce su diversi trattori come la barra di guida va bene per operazioni che richiedono non eccessiva precisione come lavorazioni del terreno, concimazioni e trattamenti

9 I sistemi di navigazione: barra di guida guida assistita guida semi-automatica I sistemi di guida semi-automatica hanno il controllo dello sterzo del veicolo e non richiedono l intervento dell operatore durante il lavoro, ma solo in fase di manovra: agendo sullo sterzo si disattiva il dispositivo di controllo automatico della direzione. componenti: unità di controllo e data logger, per la gestione dei dati di posizionamento ed il controllo della traiettoria seguita dalla trattrice; display (non necessario) montato in cabina, in cui viene visualizzata la posizione relativa della trattrice rispetto alla traiettoria da seguire ed alle passate contigue; sensore di sterzata, collegato all assale anteriore o allo sterzo in grado di rilevare l angolo formato dall assale stesso con la retta perpendicolare alla direzione di avanzamento; attuatore per il controllo elettro-idraulico del sistema di direzione.

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11 Livelli di guida semi-automatica primo livello secondo livello terzo livello +/-30 cm accuratezza +/-1 m ripetibilità +/-5-10 cm accuratezza +/- 30 cm ripetibilità +/-3 cm accuratezza +/-3 cm ripetibilità source:

12 Navigazione satellitare - Vantaggi Aumento della capacità di lavoro Maggior velocità e accuratezza ( %) Maggior larghezza effettiva (dal 5% a 0% di sovrapposizioni) con 10% senza guida satellitare Maggior periodo utile (aumenta le ore di lavoro, si opera anche con caldo, pioggia, gelo, buio, nebbia e polvere) Riduce la fatica Riduce il numero di attrezzi o la loro dimensione

13 larghezza di lavoro (m) ore/giorno 12 ore/giorno 18 ore giorno 24 ore/giorno superficie lavorata (ha) Dimensione di una operatrice (in larghezza di lavoro) al variare della superficie lavorata e dal periodo giornaliero di funzionamento.

14 Navigazione satellitare - Vantaggi Aumenta l accuratezza rispetto ai marcatori tradizionali e si usa anche in colture a file o arboreti Gli schiumogeni richiedono schiuma, coloranti o additivi, pulizia e regolazioni Funzioni supplementari (datalogger e confini, ritorno al punto di sospensione, gestione delle testate, ecc.)

15 Vantaggi della guida semi-automatica di alto livello (RTK) Bene nelle lavorazioni a fasce (strip tillage), nelle concimazioni localizzate, nella difesa delle colture nella semina e nel trapianto Ulteriore riduzione dello stress dell oparatore Uso in vigneto o in generale per eseguire operazioni multiple Gestione delle barre e controllo automatico delle operatrici (distribuzione a dose variabile, ecc.) i dati di posizione raccolti possono essere utilizzati in altre operazioni successive (sarchiatura, trapianto, trattamenti, ecc.)

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17 Sistemi di navigazione: tendenze evolutive Monitor grandi polifunzionali e portatili Monitor ipod con.app Rete GNSS-RTK basestation o stazioni virtuali

18 SISTEMI DI SUPPORTO ALLA GUIDA ASSISTITA DAL GPS TECNOLOGIA Barra di guida COMPOSIZIONE SISTEMA E UPGRADE Kit ricezione + display x indicazioni di correzione all'operatore PRECISIONE POTENZIALE CM (circa) COSTI MEDI (circa) 30 ( +15 I -15 ) 5.000,00 FASE DI UTILIZZO Raccolta produzioni Lav. terreno,semina diserbo,fertiliz.,difesa Guida assistita (A) + organi di svolta automatici x correzione + abbonamento 15 ( +7,5 I -7,5 ) ,00 Come (A) con maggiore precis. e max efficacia alle correzioni Terzo e quarto livello (Max. precis.) ( C ) (B) + stazione RTK x max correzione (N.B. NO abbonamento) 2 ( +1 I -1 ) ,00 Come (B) con max precis. Lavori interfilari

19 Risparmio annuo conseguito rispetto alla non navigazione dei 3 sistemi di guida in aziende di diversa superficie. Le operazioni eseguite sono: lav. primaria, estirpatura, lav.secondaria, semina, 3 trattamenti, 2 concimazioni. Sono considerati l aumento della capacità di lavoro delle macchine e il risparmio di prodotti nelle mancate sovrapposizioni e nelle testate.

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21 MAPPATURA DELLE PRODUZIONI E uno dei principali fattori per la scelta delle strategie e delle modalità di conduzione dell'azienda. ha implicazioni dirette in relazione al tasso di applicazione dei mezzi tecnici le rese previste determinano il livello di investimento economico nei diversi appezzamenti. è l'indicatore primario dell'efficienza delle colture e delle pratiche colturali ad esse dedicate

22 MAPPATURA DELLE PRODUZIONI Per determinare istantaneamente la produzione si devono conoscere tre cose: entità del flusso di granella (kg/s o t/h) velocità di avanzamento reale (km/h o m/s) larghezza di lavoro della testata (m o numero di file) Quando i dati di produzione vengono georeferenziati si ottiene la mappa delle produzioni dove la produzione viene automaticamente associata alla posizione specifica

23 PRINCIPALI COMPONENTI PER LA MAPPATURA DELLE PRODUZIONI sensore di portata della granella sensore di umidità della granella sensore di velocità rilevatore della larghezza della barra console di visualizzazione e controllo

24 Affidabilità dei sensori Affidabilità dei sensori (proposti anche sul mercato italiano) è un aspetto oramai fuori discussione Sensore ad impatto (errore intrinseco: ~ 5%) Sensore volumetrico (errore intrinseco: ~ 4,5%) Sensore ad impatto di 2 generazione (errore intrinseco: ~ 3%) anche se.. essa dipende molto in termini relativi dalla frequenza e dalla qualità della fase di calibrazione e taratura

25 SENSORI DI UMIDITA : misurazione con sensore di tipo capacitivo è condizionato dalla temperatura e dalla densità del prodotto. Al variare delle condizioni operative (es. varietà, stadio di maturazione) il sensore necessita del settaggio del valore di default mediante l'inserimento manuale. periodica pulizia delle piastre metalliche al fine di garantire una buona precisione nella lettura.

26 Ma quanto costa in /ha la mappatura delle produzioni? 30 costo unitario ( ha -1 ) superficie raccolta (ha anno -1 ) 5 anni 8 anni In definitiva la mappatura delle produzioni ha un costo complessivo che incide al massimo per il 5 % (mediamente il 2-3%) sul valore d'acquisto della macchina da raccolta. Quindi: 1) È difficile dare una risposta univoca: c è variabilità anche nei dati di costo; 2) La domanda non è quanto costa la mappatura delle produzioni, ma conviene l'acquisto della mietitrebbiatrice? Cosa mi può servire la mappa?

27 A COSA SERVE UNA MAPPA DI PRODUZIONE? Conoscere le produzioni dei vari appezzamenti, magari anche qualitative Individuazione delle zone omogenee senza eseguire i campionamenti Individuare errori di tecnica e/o di regolazioni delle macchine Capire quale tecnica adottare negli anni futuri (AP) Dare il peso economico a ciascun appezzamento e/o zona omogenea

28 Media: 5.6 t/ha Min: 0.3 t/ha Max: 11.5 t/ha Mappa di resa

29 Mappa di reddito Prezzo frumento: 25,5 /q Costi: 860 /ha Reddito medio: 1350 /ha Verde = reddito positivo (> 200 /ha) Giallo = reddito nullo (-100/+200 /ha) Rosso= reddito negativo (< /ha)

30 Prezzo frumento: 25,5 /q Costi: 860 /ha Reddito medio: 1350 /ha Verde = reddito positivo (> 200 /ha) Giallo = reddito nullo (-100/+200 /ha) Rosso= reddito negativo (< /ha) Prezzo: 23,0 /q Costi: 950 /ha Reddito medio: 600 /ha

31 Variabilità spaziale: zone vicine dello stesso campo producono in modo differente variabilità temporale: la stessa zona del campo produce in modo differente nel corso degli anni Le mappe di produzione servono a individuare anche il grado di stabilità con il quale tali zone mantengono le proprie caratteristiche nel corso degli anni.

32 individuazione delle zone omogenee Affinchè la zona sia omogenea deve rispettare due condizioni: una z.o. è tanto più stabile quanto minore è la sua variabilità temporale una z.o. è tanto più gestibile quanto più è distinta nello spazio e quindi quanto maggiore è sua la variabilità spaziale.

33 analisi del terreno superficie 3 ha argilla 39% sost. organica 3,7% prod. media 10,1 t/ha superficie 5 ha argilla 41% sost. organica 2,0% prod. media 8,7 t/ha

34 CONCIMAZIONE A RATEO VARIABILE Esattezza nella regolazione della dose Precisione nella distribuzione del prodotto Uniformità longitudinale Uniformità trasversale Precisione nel mantenere la traiettoria Precisione spaziale

35 La dose economicamente ottimale varia in funzione dei prezzi di mercato dei prodotti, dei mezzi chimici e delle attrezzature Le macchine devono essere ESATTE nel dosaggio, ossia garantire che la dose prefissata dall'imprenditore sia rispettata nella distribuzione l'unione Europea ha stimato in circa 1 milione di tonnellate l'anno la quantità di azoto non utilizzata dalle colture a causa della sua non corretta distribuzione.

36 APPLICAZIONE DIFFERENZIATA DEGLI INPUTS (VRA) VRA basata su mappe Modifica l'entità di prodotto da distribuire sulla base di informazioni contenute nelle mappe elettroniche delle proprietà dell'appezzamento. VRA basata su sensori Utilizza dati rilevati in tempo reale da sensori anziché mappe per operazioni di campo.

37 SPANDICONCIME CON FOTOSENSORE Meccatronica Per la rilevazione delle onde elettromagnetiche riflesse dalla coltura, consente la determinazione dello sviluppo vegetatativo e della potenziale produzione di proteina nei cereali. Può essere adottato in assenza di GNSS.

38 Concimazione minerale a tasso variabile Effettuata attraverso sistemi che si basano su sensori o su mappe. La distribuzione basata su sensori prevede il posizionamento di alcuni sensori di riflessione rivolti verso vegetazione e di uno rivolto verso l'alto sulla cabina del trattore.

39 Spandiconcime centrifugo con fotosensori Il sistema, anche se condizionato dall'irraggiamento e dalle condizioni climatiche è già in fase applicativa e sembra possa consentire anche la rilevazione della potenziale produzione di proteina nei cereali. Inoltre può essere adottato anche in assenza di sistemi di posizionamento geografici necessari per la costruzione della mappa di prescrizione.

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42 NTech GreenSeeker Misura il livello di clorofilla e applica il fertilizzante di conseguenza Usa l'indice di vegetazione NDVI Il livello di N è determinato sulla produzione potenziale precedentemente rilevata e sulla risposta della coltura all'n addizionale

43 Area di studio Laguna di Venezia superficie ha 16,3 sabbia % 62 argilla % 9 densitàapparente g/cm 3 1,5 conducibilità elettrica µs/cm 480 sostanza organica % 1,07 anno coltura 2005 Barbabietola 2006 Mais 2007 Mais 2008 Mais 2009 Frumento

44 METODOLOGIA SEGUITA Raccolta di dati Campionamento sistematico del suolo Campionamento del suolo con sensori prossimi Campionamento selettivo in profondità Campionamento della coltura con sensori prossimi Mappatura delle produzioni Analisi dei dati raccolti Individuazione di zone omogenee Definizione delle dosi di fertilizzante (prescrizione) Distribuzione a dose variabile Verifica dei risultati

45 RACCOLTA DEI DATI Campionamento SISTEMATICO manuale del suolo BARBABIETOLA 2005 densità apparente; umidità; tessitura; ph conducibilità elettrica sostanza organica azoto totale fosforo sand (%) > 75.3 > 66.4 > 57.6 > 48.7 > 39.8 N E

46 RACCOLTA DEI DATI Campionamento prossimo del terreno BARBABIETOLA 2005 e MAIS 2007 Elettroconduttivimetro (EM38) 2 rilevazioni nella stagione vegetativa (2005) e dopo la raccolta (2006)

47 RACCOLTA DEI DATI Mappatura delle produzioni MAIS t/ha 8 t/ha 4 t/ha sensori di posizione e di produzione su mietitrebbiatrice 0 t/ha

48 INDIVIDUAZIONE DELLE ZONE OMOGENEE (zone che hanno caratteristiche simili al loro interno e molto diverse le une dalle altre) Zona 1 Zona 2 Zona 3 Argilla (%) Sabbia (%) Sost. Org. (%) Produzione (t/ha) 0,7 1,0 1,1 5,2 7,3 9,2

49 DEFINIZIONE DELLE DOSI DI FERTILIZZANTE (PRESCRIZIONE) MAIS Zona 1: 170 kg/ha ( ) maggior rischio di lisciviazione Zona 2: 220 ( ) scarso rischio lisciviazione, sensibilità alla concimazione Zona 3: 200 kg/ha ( ) limite economico (produttività marginale) All interno di ogni zona è stata inserita una fascia testimone con la dose aziendale di 240 kg/ha

50 DEFINIZIONE DELLE DOSI DI FERTILIZZANTE (PRESCRIZIONE) FRUMENTO Zona 1: 210 kg/ha scarso rischio di lisciviazione, sensibilità alla concimazione Zona 2: 120 alto rischio lisciviazione, basso rischio economico a basse dosi Zona 3: 140 kg/ha alto rischio lisciviazione All interno di ogni zona è stata inserita una fascia testimone con la dose aziendale di 180 kg/ha

51 LA DISTRIBUZIONE A DOSE VARIABILE Barra irroratrice portata Hardi con ricevitore satellitare Starfire 2 (DGPS satellitare a doppia frequenza), barra di guida e monitor Green Star, centralina di controllo Dickey John per la regolazione della dose attraverso la variazione della pressione

52 I RISULTATI PRODUTTIVI ED ECONOMICI NEL BIENNIO MAIS dose di N (kg/ha) produzione media (t/ha) Costi ( /ha) Reddito lordo ( /ha) zona , zona , zona , media distribuzione variabile 200 7, zona 1 testimone 240 5, zona 2 testimone 240 8, zona 3 testimone 240 9, media distribuzione uniforme 240 7, Differenza (variabile-uniforme) -40-0, % - 3% - 6% + 6% Max convenienza economica quando prezzo concime alto e prezzo granella basso

53 I RISULTATI PRODUTTIVI ED ECONOMICI NEL FRUMENTO (DURO) dose di N (kg/ha) produzione media (t/ha) Costi ( /ha) Reddito lordo ( /ha) zona , zona , zona , media distribuzione variabile 152 5, zona 1 testimone 180 5, zona 2 testimone 180 5, zona 3 testimone 180 5, media distribuzione uniforme 180 5, Differenza (variabile-uniforme) , % + 4% - 7% + 10%

54 AGRICOLTURA DI PRECISIONE (caso reale) L Azienda agricola Porto Felloni, situata in località Lagosanto (Latitudine: Nord, Longitudine: Est), in provincia di Ferrara, di proprietà della famiglia Salvagnin dal 1975, ha una superficie complessiva di circa 420 ettari. 60% mais granella, 15% frumento, 25% orticole

55 Anni Mappe Produzioni 2002 X 2003 X 2004 X X 2005 X 2006 X Campionamenti VRA Concime 2007 X X 2008 X X X 2009 X X 2010 X X 2011 X X VRA Semina FASI FASE 1 FASE X X X X FASE 3

56 Appezzamento 5 ha (a dx) con 6 punti di campionamento 1 fase Mappe di produzione Campionamento del terreno 68m 38m m m m 37m 158m 255m m m m 67m 51m 31m Mappa e istogramma riferiti alla presenza di argilla nel terreno: la zona a sud dell appezzamento, di colore blu indica una composizione minore di argilla compresa tra 8,74-10% mentre la zona a nord di colore rosso-nero è caratterizzata dalla maggior quantità in argilla, compresa tra 20,88-27,92%.

57 fase Mappe produzioni Campionamento terreni Mappe prescrizione Concimazione variabile Mappa di prescrizione Mappe di produzione Mappa del suolo Z Zona 1: 200 kg urea/ha Zona 2: 300 kg urea/ha Zona 3: 350 kg urea/ha

58 Mappa di prescrizione Distribuzione variabile Zona 1: 200 kg urea/ha Z Zona 2: 300 kg urea/ha Zona 3: 350 kg urea/ha

59 3 fase Mappa di produzione Campionamento globale terreno Mappa di prescrizione Concimazione variabile Semina variabile

60 FASE ANNO PRESCRIZIONE PRESCRIZIONE (kg urea/ha) DOSE CONCIME IN COPERTURA (kg N/ha) TOTALE CONCIME (kg N) RISPARMIO CONCIME (%) PRE- VRA POST- VRA 2002 Uniforme: Zona 1: 270 Zona 2: Zona 1: 200 Zona 2: 300 Zona 3: , ,6 (2002) 144, ,4 (2007) Risparmio di concime = 54 kg N/ha pari a /ha Aumento produttività di 1,8 t/ha pari a /ha 2013 Zona 1: 180 Zona 2: 270 Zona 3: 310 Zona 4: , (2010) FASE ANNATA Produzione/ Ettaro (t/ha) Produzione Totale (t) Media Prod/Ha (t/ha) Media Prod Tot (t) Prima Agricoltura Precisione Dopo Agricoltura Precisione , ,1 79, , ,3 94, ,1 86, ,5 82, ,3 81, ,2 80,5 11,1 73,5 12,9 85

61 Elenco Anno Investimento ( ) Ammortamento (anni) Costo fisso Annuo( ) Costi per campionamenti 1 Campionamento campionamento: Solo costo prelievo Caratterizzazione aziendale campionamento: ARP Costi per mappature Mappature delle produzioni Annuale 10 /ha 420 Software per elaborazione e prescrizione mappe: J.D Office/ Topol Assistenza tecnica per software Annuale /ha Costi per GPS, sistemi di guida automatica e adeguamento parco macchine, sistemi Isobus 1 GPS palmare con programma per misurazione confini 1 computer per controllo distr concime con DPA seriale montato su spandiconcime Due kit Isobus per spandiconcime: Computer, Ricevitore satellitare, monitor, cavi, ecc. Solo computer per sistema Isobus Costi per macchine operatrici Spandiconcime Amazone con sistema Isobus Totale costi fissi annui 13875

62 500 Aumento del reddito R E D D I T O Prezzo azoto massimo Prezzo azoto minimo PREZZO MAIS

63 SITUAZIONE IN ITALIA E IN EUROPA I Costruttori investono massicciamente sulle nuove tecnologie (sistemi di guida, telemetria, sensoristica per la qualità, meccatronica a tutti i livelli) Sistemi di guida su trattori e MT nuove in aumento del 30% negli ultimi 2 anni (65% barre di guida e 35% guida semi-automatica e controllo delle barre) 1 trattore su 3 sopra i 150 kw e le mietitrebbia sopra i 300 kw hanno la guida semi-automatica (molto meno per le basse potenze) Oltre il 25% delle MT vendute nel 2011 hanno sistemi di mappatura o sono state attrezzate con kit appositi (10% SAU italiana) Telemetria qualche unità (a parte le prove dimostrative). Bene anche in centro EU Spandiconcime: il 20% sono di buona qualità ma non elettronici, meno del 10% dei modelli sono di alta tecnologia a gestione elettronica con ISOBUS, pesa, VRA e gestione delle testate. Il resto (70%) sono monodisco o a ridotta regolazione. Zone: Pianura padana al Nord, provincie con pianure al Sud specie su trattori di alta potenza UK, Danimarca, Germania e Francia sono più recettivi anche grazie a sostegni statali, bene anche Centro ed Est EU

64 BARRIERE NELL ADOZIONE DELL AP Poca compatibilità tra i sistemi adottati dai Costruttori Complessità e difficoltà di funzionamento Frequenti rotture o malfunzionamenti (sistemi poco testati) Diversa velocità tra Costruttori e Utilizzatori Scarsa informazione e informatizzazione del mondo agricolo Difficoltà di aggiornamento sulle nuove tecnologie da parte dei venditori o dell assistenza tecnica Tempo richiesto per elaborare i dati Elevati investimenti iniziali Poco chiari o poco evidenti i benefici economici ottenibili Formazione Informazione e veloce trasferimento delle tecnologie Informatizzazione Sostegni economici per imprenditori agricoli (anche in associazione e contoterzisti) studi professionali e per costruttori di macchine e industria