APPLICAZIONE DELLE TECNOLOGIE DI TELERILEVAMENTO A SUPPORTO DELLA GESTIONE DEL VIGNETO

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1 PERRIA ET AL., APPLICAZIONE DELLE TECNOLOGIE DI TELERILEVAMENTO NELLA GESTIONE DEL VIGNETO, PAG. 1 APPLICAZIONE DELLE TECNOLOGIE DI TELERILEVAMENTO A SUPPORTO DELLA GESTIONE DEL VIGNETO Rita PERRIA, Paolo STORCHI CRA - VIC Unità di ricerca per la Viticoltura Via Romea, Arezzo rita.perria@entecra.it Lavoro presentato alla 7^ edizione di Enoforum, Arezzo, 3-5 maggio 2011 Introduzione La viticoltura convenzionale sottopone uno stesso appezzamento alle stesse tecniche colturali, tuttavia una gestione ottimale dovrebbe tener conto delle differenze che le variabili chimico-fisico e biologiche esprimono su un agro ecosistema; è definita agricoltura di precisione la gestione agricola che tiene conto della variabilità intrinseca e indotta del suolo e delle specifiche esigenze delle colture al fine di migliorare la produzione, minimizzare i danni ambientali ed elevare gli standard qualitativi dei prodotti agricoli (Pierce e Nowak, 1990). Tale gestione si avvale di metodi e tecnologie che sono in grado di apprezzare la variabilità su un area agricola, di conoscere lo stato e le necessità fisiologiche di ogni singola pianta, e di macchine operatrici adatte alla distribuzione differenziata dei fattori di produzione in relazione alle reali esigenze e alla variabilità spaziale e temporale. Col termine viticoltura di precisione ci si riferisce alla gestione informatizzata di tutte le conocenze relative a porzioni sempre più piccole di un appezzamento fino ad arrivare alla singola pianta (Dosso e Spezia, 2006) e che prevede l uso di macchine in grado di relazionarsi col GIS aziendale (Spezia, 2006). Le tecniche della viticoltura di precisione possono essere suddivise in tecniche di acquisizione di informazioni, gestione ed elaborazione delle informazioni acquisite, trasferimento delle informazioni alle macchine operatrici. Questo lavoro sarà incentrato sul ruolo che le tecniche di rilevamento aereo hanno nell acquisizione di informazioni utili alla gestione differenziata del vigneto. I dati acquisiti su singole piante in campo offrono informazioni puntuali che possono essere spazializzate grazie alle relazioni esistenti fra questi parametri e i dati multispettrali telerilevati consentendo la creazione di mappe relative a diversi parametri del vigneto (Dabas et al., 2001, Hall et al., 2003, Da Costa et al., 2006). Fino a non molti anni fa i costi di acquisizione di immagini da aereo o da satellite erano molto alti impedendo di fatto la diffusione della tecnica, negli anni questi costi si sono notevolmente abbassati rendendo più semplice anche per la singola azienda l acquisizione di mappe multispettrali da cui ottenere mappe tematiche di interesse per l agricoltore, a dettaglio sempre maggiore, gestibili da macchine operatrici a rateo variabile a controllo GPRS, anche queste sempre maggiormente diffuse. Scopo del presente lavoro è stato quello di valutare la relazione esistente fra i parametri fisiologici, produttivi ed enologici rilevati e i dati telerilevati, per evidenziare e valorizzare la variabilità esistente all interno dei vigneti situati in due diverse aziende del Chianti Classico con due finalità diverse, in una situazione l obiettivo aziendale è quello di individuare zone produttive di maggior qualità allo scopo di produrre vini di pregio da determinate aree e integrare con i risultati del telerilevamento il progetto di zonazione vinicola aziendale, nella seconda azienda la finalità ultima del lavoro è stata quella di individuare zone a diversa vigoria per una gestione del vigneto con macchine a rateo variabile e quindi adottare una gestione di precisione in azienda. Materiali e metodi Oggetto di studio sono stati due vigneti uno denominato Torricella, l altro denominato San Giusto di pertinenza di due diverse aziende ricadenti nella zona di produzione del Chianti Classico. Entrambi i vigneti sono coltivati a Sangiovese potato a cordone speronato, innestato su 110 Richter nel vigneto Torricella e su 420 A nel vigneto San Giusto. Il vigneto Torricella si estende

2 PERRIA ET AL., APPLICAZIONE DELLE TECNOLOGIE DI TELERILEVAMENTO NELLA GESTIONE DEL VIGNETO, PAG. 2 per 14 ha nel comune di Gaiole in Chianti, situato a 345 m s.l.m, è stato impiantato nel 2000 ed è gestito con inerbimento spontaneo a file alterne, il sesto d impianto è di 2,10 tra le file e 0,80 sulla fila. Il vigneto San Giusto ha un estensione di circa 10 ha, nel comune di Castelnuovo Berardenga, a circa 315 m s.l.m., è stato impiantato nel 2000, ha un sesto d impianto di 2,50 tra le file e 0,8 sulla fila, il terreno viene lavorato nell interfilare. Sui vigneti, nel 2010, sono stati rilevati alcuni parametri vegeto produttivi in corrispondenza delle date di acquisizione dei dati tele rilevati e i parametri produttivi al momento della vendemmia, considerando come momento della vendemmia quello deciso dall organizzazione aziendale. I voli per l acquisizione dei dati sono stati effettuati nei mesi di giugno, luglio e agosto utilizzando un sistema DFR in grado di registrare immagini in colori reali, falsi colori e termiche. Lo schema di campionamento nei due vigneti è stato adeguato alle ricerche già in corso. Nel vigneto Torricella sono installati da alcuni anni dei punti di monitoraggio dell umidità del suolo con il sistema FDR (Frequency Dominance Reflectometry) (Perria et al. 2009) pertanto le aree indagate in modo puntuale sono quelle intorno ai pozzetti dell FDR, si tratta di 4 aree costituite da tre filari contigui per 10 piante sul filare. All interno di quest area sono state eseguiti i rilievi utilizzando i tre filari come ripetizioni. Nel vigneto San Giusto le aree da indagare in modo puntuale sono state scelte in base a un precedente indagine geoelettrica per lo studio delle caratteristiche del suolo (Tabbagh et al., 2000), che ha individuato 5 aree a diversa resistività (Vieri et al., 2010), nelle quali sono stati eseguiti rilievi sullo stato idrico della pianta su 5 ripetizioni e sulla produzione su 3 ripetizioni per area. Nel vigneto Torricella è stato misurato l allungamento dei germogli dalla data di germogliamento al 4 giugno, cioè prima della prima cimatura effettuata a metà giugno; sono stati rilevati potenziali idrici fogliari con camera a pressione di Scholander secondo la metodologia indicata in Chone et al. (2001) durante la stagione estiva. A causa dell andamento climatico, che nell estate 2010 è stato particolarmente piovoso, è stato possibile effettuare solo due misure di potenziale idrico fogliare che evidenziasse differenze significative fra le aree. Nel vigneto San Giusto è stato possibile effettuare 3 misure del potenziale idrico fogliare. In entrambi i vigneti, in corrispondenza del secondo volo, sono state prelevate le foglie per la valutazione del contenuto in clorofilla tramite estrazione in metanolo e misura dell estratto con lo spettrofotometro. Alla vendemmia su entrambi i vigneti è stata pesata la produzione totale per pianta per un totale di 5 piante a ripetizione, e il numero di grappoli per pianta; inoltre sono stati raccolti dei campioni d uva per effettuare le analisi tecnologiche sul mosto (contenuto in zuccheri, acidità, ph). Fig. 1 Componenti del sistema DFR: GPS, INS/GPS, camera multispettrale, camera termica, camera digitale, altimetro laser. Tutti i dati raccolti sono stati messi in relazione con i dati telerilevati con il sistema DFR, cioè con un sistema di telerilevamento multi spettrale sviluppato da Terrasystem s.r.l. (Spin off dell Università della Tuscia di Viterbo) che acquisisce nelle bande del visibile, del vicino infrarosso e termico, è composto da camere multi spettrali e termiche, sistemi GPS e GPS/INS, altimetro laser (fig. 1), integrati in un unico sistema di acquisizione. Da tutte le immagini acquisite sono state selezionate quelle più adatte, sono state corrette le deformazioni e riportate il coordinate WGS84 UTM32, i dati sono stati rielaborati, dal dato termico è stata ottenuta la stima della temperatura superficiale. Sono state elaborate le immagini dell indice di vegetazione NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) combinando le bande del rosso e dell infrarosso per ottenere poi le mappe di vigore in cui i valori sono stati riclassificati in tre classi di alta, media e bassa vigoria.

3 PERRIA ET AL., APPLICAZIONE DELLE TECNOLOGIE DI TELERILEVAMENTO NELLA GESTIONE DEL VIGNETO, PAG. 3 Oltre alle mappe di vigoria sono state ottenute delle mappe di stress idrico potenziale calcolando il WDI (Water Deficit Index) (Moran et al., 1994), indice legato al contenuto di umidità del suolo e allo stato idrico delle colture. Il calcolo del WDI si basa sulla definizione di due stati potenziali estremi (wet e dry conditions), dalle posizione relativa rispetto a questi due stati dipende il WDI che cresce da 0 a 1 al crescere delle condizioni di stress idrico. La mappa di WDI ottenuta è stata suddivisa in tre classi: stress assente, medio, alto. La relazione fra dati campionati in campo e telerilevati è stata valutata mediante analisi di regressione semplice. Risultati e conclusioni Dalla correlazione significativa riscontrata fra le mappe di NDVI e i dati derivanti dai campionamenti sono state ottenute le mappe di stima dei parametri enologici (fig. 2), raggruppando per classe di vigoria i dati medi dei parametri vegeto produttivi ed enologici. Fig. 2 Mappa derivata del contenuto medio in zuccheri riduttori, suddivisa in 5 classi. Le regressioni lineari maggiormente significative riscontrate fra parametri rilevati in campo e NDVI sono riportate in tab. 1 per il vigneto San Giusto e in tab. 2 per il vigneto Torricella. Come ci si attendeva la migliore correlazione è stata ottenuta con il contenuto in clorofilla nelle foglie, si riporta a titolo di esempio il grafico relativo al contenuto in clorofilla A (R 2 = 0.9 p-value = 0.00) (fig. 3). Considerando il contenuto idrico del suolo e lo stato idrico della pianta risulta che il potenziale idrico fogliare espresso in MPa è significativamente correlato con la il WDI determinato col volo di agosto e l umidità del suolo nello strato superficiale con il WDI determinato a luglio nel vigneto Torricella, nel vigneto San Giusto la correlazione fra potenziale idrico fogliare e indice WDI determinati nelle stesse date è stata sempre significativa. Fig. 3 Grafico a dispersione della relazione esistente fra contenuto in clorofilla A nelle foglie determinato con misura allo spettrofotometro dell estratto in metanolo.

4 PERRIA ET AL., APPLICAZIONE DELLE TECNOLOGIE DI TELERILEVAMENTO NELLA GESTIONE DEL VIGNETO, PAG. 4 Ac. Titolabile Contenuto in polifenoli nelle uve Produzione per pianta Antociani estraibili Peso medio degli acini WDI agosto e agosto NDVI agosto Tab. 1 - Relazioni fra parametri rilevati in campo e NDVI derivati dai dati telerilevati (vigneto San Giusto). Ac. Titolabile Azoto prontamente e assimilabile agosto Contenuto in zuccheri riduttori Contenuto in clorofilla A Lunghezza del germoglio N. grappoli/pianta NDVI agosto Il lavoro, pur nella sua prima fase, essendo riferito a un solo anno di studio, conferma che le tecniche di indagine multispettrale, integrate da una base informativa tradizionale, possono essere applicate alla gestione differenziata del vigneto. In particolare nelle situazioni qui riportate la creazione di mappe relative allo stato di vigoria del vigneto, allo stato idrico della coltura e di mappe tematiche relative ai parametri qualitativi delle uve fa da supporto decisionale alla produzione di vini da zone diverse a livello aziendale, consentendo inoltre una diversa gestione delle aree in relazione anche alla qualità del prodotto che si vuole ottenere. L indagine proseguirà per valutare la ripetibilità dei risultati in diverse annate. Il presente studio dovrà essere ulteriormente approfondito valutando l efficacia che l utilizzo delle tecniche dell agricoltura di precisione hanno nel migliorare la competitività delle aziende agricole. Tab. 2 - Relazioni fra parametri rilevati in campo e NDVI derivati dai dati tele rilevati (vigneto Torricella). Ringraziamenti Lo studio è stato possibile grazie al finanziamento ricevuto dalla Regione Toscana nell ambito del progetto IMViTo. Gli autori ringraziano i partner del progetto che hanno collaborato a questa fase, in particolare il prof. Marco Vieri dell Università degli Studi di Firenze, i colleghi del CRA-VIC che hanno partecipato ai rilievi. Si ringraziano inoltre le aziende nelle quali è stato possibile svolgere la ricerca: Az. Agricola Barone Ricasoli S.p.A. di Gaiole in Chianti (SI) e MPS Tenimenti Poggio Bonelli e Chigi Saracini Società Agricola - S.p.A. di Castelnuovo Berardenga (SI). Bibliografia Choné X., Van Leeuwen C., Dubourdieu D., Gaudillère J.P Stem water potential is a sensitive indicator of grapevine water status. Annals of Botany, 87 (4), Dabas M., Tabbagh J., Boisgontier D Multi-depth continuous electrical profiling (MuCep) for characterization of in-field variability. In: Grenier G, Blackmore S (eds) Proceedings of the 3 rd European conference on precision agriculture, Montpellier, France, Da Costa J.P., Michelet F., Germain C., Lavialle O., Grenier G Delineation of vine parcels by segmentation of high resolution remote sensed images. Precision Agricolture. 8, Dosso P Viticoltura di precisione: ritorno al passato? VQ. 3, Dosso P., Spezia G Viticoltura di precision grande risorsa per il future. Informatore agrario. 24, Hall A., Louis J., Lamb D.W Characterizing and mapping vineyard canopy using high spatial resolution aerial multispectral images. Comput Geosci 29 (7), Moran M.S., Clarke T. R., Inoue Y., Vidal A Estimating crop water deficit using the relation between surface-air temperature and spectral vegetation index. Remote Sensing of Environment. 46, Perria R. Agnelli A. E., Costantini E.A.C Calibrazione in campo del Diviner 2000, per la stima dell umidità del suolo. Convegno Nazionale della Società Italiana di Scienza del Suolo. Perugia 17-19

5 PERRIA ET AL., APPLICAZIONE DELLE TECNOLOGIE DI TELERILEVAMENTO NELLA GESTIONE DEL VIGNETO, PAG. 5 Giugno. Pierce F.S., Nowak P., Aspects of precision agriculture. Advances in Agronomy. 67, Tabbagh M., Dabas A., Hesse C. Panissod C. 2000: Soil resistivity: a non-invasive tool to map soil structure horizon, Geoderma. 97, Vieri M., Spezia G., Pagni P Ingegneria delle produzioni viticole: stato dell arte e future applicazioni. Italus Hortus. 17 (1), Riassunto Le esigenze di orientare l agricoltura verso interventi di maggiore sostenibilità, e di economicità di gestione e la necessità di ottenere elevati standard qualitativi, possono ricevere nuovi impulsi dall applicazione delle tecnologie di telerilevamento. Nel presente lavoro vengono esposti i risultati ottenuti da uno studio svoltosi nel Chianti Classico, su due vigneti di Sangiovese. I dati telerilevati sono stati acquisiti con sensori DFR nelle bande del visibile, del vicino infrarosso e del termico; sono stati corretti radiometricamente, ortoproiettati ed elaborati in indici di vegetazione multispettrali. Sono stati effettuati tre voli durante la stagione vegetativa e contemporaneamente sono stati rilevati diversi parametri sulle viti: lunghezza dei germogli; contenuto in clorofilla e potenziale idrico fogliare; alla vendemmia sono stati eseguiti controlli sulla produzione e sulle caratteristiche chimiche delle uve. Dall analisi statistica delle relazioni fra parametri rilevati in campo e variabili telerilevate sono poi state elaborate diverse mappe. I risultati ottenuti permettono alle aziende di razionalizzare gli interventi nei vigneti per limitare le differenze interne dovute a fattori ambientali, ed allo stesso tempo individuare porzioni di vigneto da destinare alla produzione di cru di livello superiore.