TECNICA VIGNETO –

Strumenti e sistemi di lettura per ottenere “mappe derivate” e “mappe di prescrizione” da cui generare le decisioni strategiche di intervento nel vigneto. Una gestione sitospecifica per ottimizzare e differenziare la somministrazione dei fattori produttivi e le operazioni colturali.

Viticoltura di precisione: obiettivi ed applicazioni sito-specifiche

sensori_ottici_su_macchine_operatrici

Con l’avvento della
meccanizzazione in ambito agricolo il concetto di viticoltura ha subito un
cambiamento netto nel contesto produttivo conducendo ad una progressiva
evoluzione delle forme di conduzione aziendali. Precedentemente, il ruolo della
viticoltura era di attività complementare, principalmente destinata ai mercati
locali e all’autoconsumo: le piccole superfici vitate e le basse densità d’impianto
permettevano di adottare una gestione perlopiù manuale e basata su una attenzione
da parte del viticoltore alle singole piante. Il progressivo incremento del
ricorso alla meccanizzazione ha portato ad una realtà contraddistinta da
maggiori estensioni e densità, con modalità di gestione volte perlopiù al
raggiungimento di un ideale compromesso tra esigenze colturali e
massimizzazione del reddito.

Un ulteriore slancio al passaggio
alla coltivazione intensiva si è avuto tra gli anni ‘60 e i primi anni ‘90, periodo
durante il quale la cosiddetta “rivoluzione verde” ha spinto la scienza moderna
verso la ricerca di sistemi che fossero in grado di incrementare le produzioni
mediante la modificazione delle tradizionali pratiche agricole; la tendenza del
periodo era quella di sovradosare i principi attivi utilizzati, vista la loro
elevata disponibilità ed i costi relativamente contenuti, e di applicare il
maggior grado possibile di meccanizzazione nell’esecuzione delle operazioni
colturali. In tale ottica si tendeva ad adottare uno stile di gestione
“uniforme”, compensando in modo grossolano le differenze vegetative e
produttive che potevano essere riscontrate nel vigneto.

L’attuale tendenza della
viticoltura è quella di focalizzare l’attenzione sulla produzione intesa come attività
in grado di coniugare redditività, tecnologia, tradizione, eccellenza
qualitativa, tipicità e sostenibilità, quest’ultima intesa non solo nella sua
accezione ecologista, ma soprattutto in senso lato, prendendo in considerazione
quindi aspetti sociali, economici ed ecologici. Tale concetto trova riscontro
in quanto definito dall’American Society of Agronomy nel 1989 (ed inserito
nello US Code, titolo 7 sezione 3101), secondo cui “l’agricoltura sostenibile è
quella che nel lungo termine accresce la qualità dell’ambiente e le risorse di
base dalle quali dipende l’agricoltura, provvede alle necessità umane di
alimenti e di prodotti agricoli non alimentari, è economicamente vitale e
accresce la qualità della vita degli agricoltori e della società nel suo
insieme”.

Applicando tale definizione alla
viticoltura emerge come un elemento imprescindibile per perseguire tale idea di
sostenibilità sia la realizzazione di processi che ottimizzino l’uso dei
fattori della produzione, siano essi ambientali (gestione dei suoli e delle
risorse idriche) o di origine esterna (prodotti fitosanitari, concimi ed
ammendanti). In tale visione, la meccanizzazione risulta un mezzo
irrinunciabile per consentire un contenimento dei costi produttivi e un’adeguata
competitività sui mercati, oltre a sopperire alla sempre più accentuata carenza
di manodopera; ciononostante, non è possibile continuare ad adottare strategie
di intervento mirate ad una gestione uniforme dei vigneti ed all’applicazione
indistinta dei fattori produttivi.

Conciliare meccanizzazione e
tecnologia con la necessità di soddisfare le reali esigenze delle piante e di
perseguire “target” qualitativi e quantitativi ben precisi è un obiettivo che
non può prescindere da monitoraggio e quantificazione approfonditi della
variabilità spaziale e temporale riscontrabile.

La viticoltura di precisione

Tale necessità trova risposta
nella cosiddetta “agricoltura di precisione” che, in estrema sintesi, può
essere definita come un insieme di tecnologie e conoscenze che, sulla base
della variabilità osservata, permette di monitorare le risposte
vegeto-produttive delle piante e, in base ad esse, adeguare la gestione
agronomica dell’appezzamento finalizzata al raggiungimento di un preciso
livello produttivo quanti-qualitativo.

Da ciò emerge chiaramente come il
punto fondamentale per il raggiungimento di risultati prefissati sia la
necessità di monitorare e misurare la variabilità. In aggiunta è possibile
affermare che tali sistemi di monitoraggio devono avere alcuni presupposti
fondamentali: è necessario che essi siano non-distruttivi, che garantiscano una
notevole tempestività e precisione nell’acquisizione delle informazioni, che
abbiano una buona ripetibilità e che siano economicamente poco onerosi.

A tale scopo, negli ultimi anni l’attenzione
in tal senso si è concentrata sull’utilizzo di sensori di varia natura (ottici,
ad ultrasuoni, ecc.) che sono in grado di fornire informazioni dettagliate
sulle condizioni della coltura, sulla base delle quali operare un’ottimizzazione
dei fattori produttivi e delle pratiche agronomiche. In estrema sintesi, i
sensori di tipo ottico, che risultano quelli attualmente più diffusi, rilevano
le risposte spettrali delle chiome in funzione della loro espressione
vegetativa: i più utilizzati operano nelle bande del visibile e del vicino
infrarosso, consentendo l’acquisizione di immagini e la loro elaborazione sotto
forma di “indici di vegetazione” (il più noto dei quali è l’NDVI, “Normalized
Difference Vegetation Index”); questi ultimi sono indici numerici correlati
alla biomassa fotosinteticamente attiva, cioè alla quantità di biomassa
fotosintetizzante osservabile ed al suo stato fisiologico al momento del
rilievo.

La possibilità di legare le
letture effettuate a precise coordinate geografiche, fornite da sistemi GPS (“Global Positioning System”), ha
aperto la strada all’utilizzo di software
GIS (“Geographic Information System”),
cioè supporti informatici essenziali per gestire le informazioni georeferenziate:
un punto (ad esempio una pianta) è identificato univocamente da una coppia di
coordinate geografiche e ad esso possono essere associati tutti gli attributi
desiderati (principali parametri tecnologici e fenolici, entità delle
produzioni, rischi di malattie, ecc.). Nel caso di letture con sensori ottici
ad ogni coppia di coordinate corrisponde un valore di un dato indice di
vegetazione. L’accessibilità a sistemi GPS sempre più avanzati ha reso tali
informazioni estremamente dettagliate, garantendo l’identificazione di un punto
con una precisione sub-metrica e, in alcuni casi, centimetrica.

Sistemi di monitoraggio: “remote e proximal
sensing”

Riguardo le modalità di
monitoraggio della variabilità in campo, le differenti tecniche utilizzate si
differenziano in base ai supporti su cui la sensoristica è montata: si parla di
“remote sensing” nel caso in
cui i rilievi vengano effettuati da considerevole distanza (quindi utilizzando
satelliti o mezzi aerei) e di “proximal
sensing” quando si effettua un monitoraggio a breve distanza dall’oggetto
osservato, utilizzando in questo caso strumenti portatili direttamente in
vigneto, montandoli su mezzi idonei (ad esempio quad) o direttamente su macchine operatrici (Fig. 1).

La scelta della tipologia di
rilievo da utilizzare è dettata da una serie di considerazioni che riguardano
la superficie complessiva da osservare, il grado di dettaglio a cui si è
interessati e la forma d’allevamento che caratterizza la coltura da monitorare;
attualmente i differenti tipi di rilievi hanno raggiunto costi/ha equiparabili,
quindi l’aspetto economico riveste un ruolo tutto sommato marginale nella
scelta da effettuare.

I sistemi di “remote sensing” permettono la cattura
di immagini su porzioni di territorio più o meno estese in funzione della
distanza da cui si effettua tale acquisizione: di norma si passa da alcuni km2
di aerei e droni a poche centinaia di km2 di satelliti. Come è
facile intuire, dall’altezza dell’osservazione dipende anche la risoluzione
spaziale ottenibile, per cui all’aumentare della superficie diminuisce il dettaglio
dell’immagine acquisita. Generalmente si parla di risoluzioni spaziali di 2,4-4
m nel caso dei satelliti più comunemente utilizzati (quali Ikonos e Quickbird)
e da 30 cm a 1 m nel caso di droni ed aerei.

Differente discorso va affrontato
per i sistemi di “proximal sensing”
che utilizzano sensori con acquisizione ad altissima frequenza a cui si
aggiungono GPS ad alta precisione e PC portatili, per la georeferenziazione e
la registrazione delle letture; conseguenza diretta di ciò sta nel fatto che
gli unici limiti, relativi alla risoluzione spaziale delle informazioni, sono
da considerarsi il grado di precisione del GPS utilizzato e la velocità di
avanzamento del mezzo mobile con cui i rilievi sono stati effettuati. Di norma,
si è in grado di scendere fino a risoluzioni di 10 cm, anche se di solito si
tende ad adattare la risoluzione in funzione delle distanze di impianto del
vigneto da monitorare. Alle velocità comunemente adottate per l’esecuzione
delle operazioni meccanizzate in pieno campo si effettuano rilievi su superfici
di circa 20 ha/giorno.

Altra differenza sostanziale tra
le due tipologie di monitoraggio è data dal tipo di sensori utilizzati; nel
caso del “remote sensing” si
utilizzano solitamente sensori di tipo passivo, che sfruttano cioè la luce
solare calcolandone la quantità riflessa dalla vegetazione, mentre i sensori
ottici portatili sono caratterizzati da una emissione attiva di luce,
attraverso sistemi a fotodiodi: ciò non comporta differenze sostanziali nella
possibilità di confrontare i dati acquisiti con i due sistemi, ma pone dei
limiti all’utilizzo del monitoraggio da remoto; la quantità di radiazione
riflessa dalla superficie osservata dipende fortemente dalla quantità di luce
solare diffusa nell’atmosfera; ne deriva che osservazioni effettuate in giorni
con forte copertura nuvolosa e altre con cielo limpido e perfetto irraggiamento
non siano perfettamente confrontabili tra loro. Nel caso del rilevamento da
satellite, un’ulteriore complicazione è data dal fatto che, in condizioni di
forte copertura nuvolosa, essendo il punto di ripresa ad altitudine superiore
all’atmosfera, si rischia di avere il bersaglio nascosto dalle nuvole,
vanificando di fatto il rilievo effettuato. Tali inconvenienti non si
presentano nel caso di osservazioni di tipo prossimale.

Ultima differenza tra “proximal e remote sensing” è data dalla necessità, nel caso delle immagini
telerilevate, di effettuare una serie di correzioni e di elaborazioni in
seguito all’acquisizione, le quali permettono di diminuire le eventuali
distorsioni dovute alla geometria delle lenti, riportare l’immagine
bidimensionale alla reale conformazione della superficie terrestre
(ortorettifica), rimuovere le porzioni di immagine (“pixel”) non riferite alle viti (terreno nudo, vegetazione tra le
file, ecc.) per non falsare il calcolo degli indici di vegetazione; l’osservazione
effettuata con sensori portatili permette di inquadrare la sola parete vegetale
e non necessita di particolari correzioni, ma solamente di un’opportuna
spazializzazione del dato mediante software
GIS.

Approfondire la conoscenza della variabilità

A prescindere dal metodo di
esecuzione dei rilievi, il risultato di tali letture è la produzione di mappe
georeferenziate che descrivono la variabilità osservabile (Fig. 2): le differenti
aree, evidenziate generalmente da scale di colore, sono caratterizzate da “performance” vegeto-produttive
diverse tra loro che, in seguito alla loro identificazione, necessitano di
ulteriori approfondimenti mediante una caratterizzazione produttiva
quantitativa e qualitativa.

Il primo vantaggio di una
suddivisione dell’appezzamento in zone omogenee risiede nella possibilità di
effettuare un numero ridotto di misurazioni dirette in campo, con un evidente
risparmio di tempi e mezzi: un esempio applicativo è la valutazione delle
cinetiche di maturazione, per la quale solitamente vengono selezionati dei
filari da cui si effettuano dei prelievi di uva a cadenza fissa da destinare
alla quantificazione dei principali parametri tecnologici e fenolici; in tale
modo si ottengono campioni che provengono da zone differenti e rappresentano
una stima generale del vigneto, mentre operando in base a mappe di NDVI è
possibile effettuare prelievi in aree specifiche, avendo risultati più
significativi del reale decorso maturativo in ogni zona.

Per effettuare una
caratterizzazione delle differenti zone individuate si procede al campionamento
solo all’interno delle stesse, selezionando dei punti campione (il cui numero
cresce all’aumentare della variabilità riscontrata) ed allargando i risultati
alle altre aree con indice di vigore analogo. Correlando statisticamente i
parametri misurati con i valori di NDVI rilevati si ottengono le cosiddette
“mappe derivate”; queste ultime fungono da base per le decisioni strategiche di
intervento che vengono tradotte graficamente in “mappe di prescrizione”
contenenti le indicazioni per effettuare una gestione sito-specifica, ovvero la
somministrazione dei fattori produttivi o delle operazioni colturali in modo
differenziato in base alle reali esigenze delle differenti aree riscontrate.
Tale tipologia di gestione può essere effettuata in modo manuale o meccanico,
in funzione della disponibilità di macchine specifiche sul mercato: in quest’ultimo
caso di parla di macchine VRT (“Variable
Rate Technologies”), cioè dotate di strumentazioni che le rendono in
grado di effettuare un dosaggio variabile in funzione delle informazioni
caricate nelle mappe di prescrizione. Un esempio di costruzione di mappe
derivate e di prescrizione destinate all’esecuzione di operazioni manuali in
vigneto è riportato nella figura 3.

Concimazioni sito-specifiche

Una delle attività colturali che
maggiormente interessa il comparto viticolo è la concimazione, sia per quanto
concerne il fattore costi attribuibile a questa pratica, sia per l’influenza
che questa operazione ha nell’ottica della gestione sostenibile delle
produzioni agricole. La concimazione viene normalmente dimensionata in base
alla restituzione degli elementi nutrizionali asportati con le produzioni. In assenza
delle mappe di produzione sito-specifiche il quantitativo di concime da
somministrare viene calcolato in base alla produzione media per ettaro
distribuendolo in maniera omogenea su tutto l’appezzamento, senza quindi
seguire una corretta restituzione. Con le informazioni messe a disposizione
dalla viticoltura di precisione la pratica della concimazione può finalmente
essere modulata in funzione degli obiettivi quanti-qualitativi che si vogliono
ottenere. Le decisioni che si prendono in base alle informazioni evidenziate
dalle mappe derivate possono essere molteplici e finalizzate o a uniformare una
determinata variabilità rilevata, avendo chiaro il “range” di performance in questo ottenibile, oppure di gestire e
incrementare questa variabilità.

Come esempio riportiamo un
modello di concimazione azotata a rateo variabile in un vigneto. In base alla
normale strategia adottata in azienda, basata sulla restituzione, il vigneto
riceveva normalmente dai 3 ai 4 q/ha di concime con titolo NPK 12-6-18 e quindi
36-48 kg/ha di N. Il vigneto ha sempre avuto produzioni medie per ettaro
superiori a quelle volute e quindi si ricorreva al diradamento dei grappoli al
fine di ottenere la quantità di prodotto voluto. La strategia in base a cui l’azienda
ha deciso di impostare la concimazione ha previsto un target produttivo medio
da raggiungere di 90 q/ha. Dalla mappa derivata relativa alle produzioni si
nota come nel vigneto siano presenti aree a bassa produzione, di molto
inferiore al target, e zone ad elevata produzione anch’esse lontane dall’obiettivo
produttivo previsto; per queste ultime si sarebbe potuto pensare di
interrompere la concimazione per 2-3 anni, ma il committente ha comunque
preferito che si somministrasse una certa quantità di prodotto. In base a
queste indicazioni si è proceduto con la seguente logica di calcolo: le zone a produzione
inferiore al target fissato ricevono la dose di restituzione relativa ad esso
(36 kg/ha di N) più quella relativa alla differenza tra la produzione della
zona in esame e il target stesso; le zone a produzione superiore ad esso
ricevono una dose pari alla dose di restituzione relativa al target sottratta
della dose di restituzione relativa all’eccedenza. Con questa operazione si è
calcolato che con la metodica di concimazione VRT si arrivano a dare in media
27,4 kg/ha di N, con un risparmio di prodotto che va da un minimo del 24 ad un
massimo del 43%.

Vendemmia sito-specifica

Altra importante fase è quella
relativa alla selezione delle partite di uva e alla loro raccolta al fine di
tenerle separate in base ai differenti livelli qualitativi. Fino ad oggi ciò
poteva essere realizzato esclusivamente attraverso la raccolta manuale dei
grappoli ed una successiva cernita in cantina supportata da attrezzature
automatizzate, pratica generalmente poco conveniente a causa degli alti costi. In
tale ottica, l’utilizzo delle mappe derivate permette di valutare
anticipatamente la variabilità qualitativa e quantitativa nel vigneto, al fine
di poter ottimizzare le operazioni di cantina in funzione degli obiettivi
enologici prefissi, avendo la possibilità di programmare in modo preventivo
tutte le fasi operative di raccolta ed organizzare la logistica delle
lavorazioni in cantina. Tutte queste informazioni permettono di realizzare
delle mappe di prescrizione in cui vengono individuate all’interno del vigneto
le partite di uva con le caratteristiche volute. Queste mappe possono essere
utilizzate per la vendemmia manuale (in aziende non particolarmente estese ed
in cui si opta per una differenziazione dei prodotti) o direttamente su
vendemmiatrici a rateo variabile (nel caso di realtà di maggiori dimensioni ed
in cui si ricorre alla raccolta meccanica); in particolare queste ultime,
partendo da mappe di prescrizione precaricate, consentono la vendemmia
meccanica differenziata direttamente in vigneto.

Alcuni studi hanno messo in luce
come la differenziazione delle produzioni e, di conseguenza, dei vini
ottenibili da singoli appezzamenti sia economicamente vantaggiosa, come
mostrato nell’esempio riportato nella tabella 1.

Irrigazione sito-specifica

Un ulteriore impulso all’adozione
delle tecniche di gestione sito-specifica viene dall’irrigazione, pratica
sempre più presente in ambito viticolo: l’ormai riconosciuto effetto positivo
sulle produzioni di irrigazioni in particolari momenti fisiologici e l’aumento
delle annate calde e siccitose, hanno sortito l’effetto di un notevole
incremento di vigneti di nuovo impianto dotati di irrigazione. Ciononostante,
le conoscenze legate alle reali esigenze della coltura non sono state così
approfonditamente indagate, per cui si assiste alla realizzazione di impianti
di irrigazione sulla base delle dimensioni e della forma del vigneto, non
considerando aspetti fondamentali quali le specifiche esigenze delle differenti
varietà, giacitura dei terreni e tessitura dei suoli oltre alle loro variazioni
spaziali all’interno degli stessi appezzamenti. L’implicazione immediata di
tale impostazione è una fornitura idrica che non rispecchia le reali esigenze
della coltura. In ambito viticolo, la possibilità di adottare impianti di
irrigazione a rateo variabile è resa difficoltosa dal fatto che si tratta quasi
sempre di impianti fissi, di norma ali gocciolanti, che necessiterebbero di un
attenta progettazione in funzione delle caratteristiche di vitigni e suoli, in
modo da soddisfare le reali esigenze idriche e garantire maggior rendimento di
tale pratica e notevoli risparmi di acqua. Nella figura 4 si riporta un esempio
di come le caratteristiche dei terreni, e di conseguenza la disponibilità
idrica (PAW, ovvero acqua disponibile per le piante), influenzino l’espressione
vegetativa in un vigneto (NDVI).

Difesa sito-specifica

Infine, un discorso a parte
merita di essere fatto per quanto concerne i trattamenti fitosanitari. È
innegabile come tale aspetto sia un concetto chiave nel dibattito sulla
sostenibilità delle colture agrarie. Una delle questioni più trattate in
agricoltura sito-specifica è la possibilità di effettuare distribuzioni non in
relazione alla superficie da trattare, ma sulla base dei volumi di biomassa
effettivamente presente. Tale obiettivo è stato ultimamente raggiunto tramite
la realizzazione di atomizzatori in grado di operare in tal senso: queste
strumentazioni non lavorano sulla base di mappe precaricate, ma sfruttano
sensori di differente tipologia (ultrasuoni) direttamente montati sulla
macchina operatrice, i quali sono in grado di “leggere” i volumi e le
conformazioni delle chiome e, in tempo reale, variare la dose di prodotto da
distribuire ed il numero di ugelli attivi in base alla loro posizione sulla
barra; secondo quanto riportato dagli Autori delle pubblicazioni relative a
tali macchine, tale modo di operare permette risparmi di agrofarmaci nell’ordine
del 40%, con evidenti risvolti ambientali (diminuzione della deriva) ed
economici.

Conclusoni

Quanto finora esposto è una serie
di esempi di metodiche di agricoltura di precisione, applicabili alla moderna viticoltura;
tali metodi e strumenti permettono di gestire i vigneti in modo sito-specifico:
un sistema di gestione che prenda in considerazione la variabilità esistente e
moduli in base ad essa le operazioni colturali e gli input impiegati si traduce
in un mezzo di organizzazione aziendale volto all’ottimizzazione di tutti i
fattori: produttivi, mediante miglioramenti quantitativi e soprattutto
qualitativi; ambientali, per mezzo di una massimizzazione delle rese di
concimazioni, irrigazioni ed impiego di fitofarmaci; economici, tramite la
diversificazione delle produzioni in fasce merceologiche differenti ed il
risparmio in fattori della produzione e manodopera. In estrema sintesi,
considerando la definizione data inizialmente, tale concezione di viticoltura
ben si coniuga con il concetto di sostenibilità, nelle sue differenti implicazioni.

Paolo Carnevali (1)
– Jacopo Cricco
(2) – Luca Toninato (2)
– Lucio Brancadoro
(1)

1)             
Di.Pro.Ve., Università di Milano

2)             
Ager s.c. Agricoltura e Ricerca – Milano

 

Allegati

Scarica il file: Viticoltura di precisione: obiettivi ed applicazioni sito-specifiche

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