applicazione delle tecnologie di telerilevamento a

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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, 53 52100 Arezzo
[email protected]
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
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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.
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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 (R2 = 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.
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Ac. Titolabile
NDVI luglio
WDI agosto
Contenuto in polifenoli nelle
uve
Produzione per pianta
NDVI luglio e
agosto
Antociani estraibili
Peso medio degli acini
NDVI agosto
Tab. 1 - Relazioni fra parametri rilevati in
campo e NDVI derivati dai dati telerilevati
(vigneto San Giusto).
Ac. Titolabile
Azoto prontamente
assimilabile
Contenuto in zuccheri
riduttori
Contenuto in clorofilla A
Lunghezza del germoglio
N. grappoli/pianta
NDVI luglio
NDVI luglio e
agosto
NDVI luglio
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.
NDVI agosto
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).
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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.
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