I ricercatori dell'Università di Aarhus hanno testato l'uso di immagini satellitari e di droni per prevedere e prevedere acqua ed stato di azoto nelle patate coltivate in Danimarca.
Il primo tubero di patata in Danimarca fu piantato nel Giardino Botanico Reale nel 1642. Meno di 100 anni dopo, gli agricoltori danesi iniziarono a coltivare l'ortaggio tuberoso, che divenne rapidamente uno dei preferiti sulle tavole da pranzo danesi. La resa di patate in Danimarca è elevata, in alcuni anni anche il doppio della resa media europea. Eppure, le patate sono sensibili alla mancanza di acqua e azoto (N) che possono accompagnare un clima più variabile. I ricercatori dell'Università di Aarhus, tra gli altri, hanno studiato metodi per valutare meglio l'acqua e lo stato di azoto della pianta per evitare una fornitura eccessiva o insufficiente. La speranza è di ottimizzare la produzione di patate e quindi ridurre le perdite.
“Il nostro obiettivo principale era studiare il potenziale per l'integrazione di sensori e strategie di raccolta dati nei servizi operativi esistenti. In questo modo, sulla base di una migliore informazione geografica, saremo in grado di migliorare la consulenza in materia di irrigazione e fertilizzazione ai coltivatori di patate. Inoltre, volevamo migliorare la precisione e aumentare il tasso di adozione tra gli agricoltori ", afferma il professor Mathias N. Andersen del Dipartimento di Agroecologia dell'Università di Aarhus, che ha condotto lo studio in Danimarca.
Droni e satelliti
Nell'ambito di un progetto chiamato "POTENZIALE - Irrigazione a tasso variabile e fertilizzazione azotata nelle patate: coinvolgere la variazione spaziale", i ricercatori hanno raccolto e combinato i dati, tra gli altri, da Sentinel-2, un satellite del programma Copernicus dell'UE. La scelta è caduta su Sentinel-2 grazie al libero accesso ai dati, all'elevata risoluzione spaziale e inoltre il satellite visita la stessa area dopo un breve periodo di tempo - fino a 5 giorni.
“Può essere molto nuvoloso nel cielo nordeuropeo, anche in estate quando le patate crescono. Le nuvole possono offuscare un po 'le immagini dai satelliti. Ecco perché abbiamo scelto di integrare con i droni. Possono muoversi sotto le nuvole e sono anche economici e flessibili da usare ”, afferma il ricercatore Kiril Manevski del Dipartimento di Agroecologia.
“Abbiamo confrontato i dati del satellite e dei droni in un'analisi ambientale e costruito un modello di crescita per la crescita delle piante influenzata da fattori abiotici. Abbiamo scoperto che la temperatura massima dell'aria limita in modo significativo la crescita delle piante, mentre la radiazione diffusa dovuta alle interazioni tra la radiazione solare, gli aerosol atmosferici e le nuvole stimola la crescita fornendo energia per la fotosintesi negli strati inferiori delle foglie. La radiazione diffusa è molto maggiore alle latitudini più elevate, che sono anche significativamente più nuvolose rispetto alle regioni più soleggiate alle latitudini più basse ”, afferma il dottorando Junxiang Peng del Dipartimento di Agroecologia.
“Il modello di crescita per il calcolo della crescita delle patate ha catturato molto bene questa variazione utilizzando entrambi Sentinel-2 e dati dei droni ”, continua.
Lo stato dell'azoto delle patate può essere misurato in grande dettaglio
“Abbiamo scelto le patate come coltura di prova, poiché rende più facile misurare la biomassa sia sopra che sotto terra, cioè la produzione primaria netta. Tuttavia, siamo sicuri che sia possibile applicare la procedura anche ad altre colture ”, afferma Kiril Manevski.
È importante essere in grado di identificare lo stato azotato delle colture per sapere se necessitano o meno di essere fertilizzate, sia in relazione a una precisa gestione agricola che alla protezione dell'ambiente. Confrontando modelli statistici convenzionali (parametrici) e più "flessibili" (non parametrici), i ricercatori hanno condotto un'ulteriore analisi approfondita dei dati del drone e di Sentinel-2. Il risultato di ciascun modello e tipo di dati è stato utilizzato per calcolare il fabbisogno di azoto, ovvero la questione di dove e di quanto azoto fertilizzante ha bisogno la patata in qualsiasi momento della stagione.
“Siamo rimasti sorpresi nel vedere che l'accuratezza predittiva dello stato del nirogeno delle patate era estremamente accurata con il modello non parametrico. In questo caso, abbiamo confrontato la regressione della "foresta casuale" con i modelli convenzionali, sia per i dati dei droni che per quelli di Sentinel-2 ”, afferma Junxiang Peng, aggiungendo che il risultato è cruciale per la stima del fabbisogno di azoto delle patate.
È possibile rilevare lo stress da siccità utilizzando un "falso segnale" per i requisiti di azoto?
In un mondo perfetto, si sarebbe in grado di stimare accuratamente il fabbisogno di azoto e acqua della pianta, ma la sfida è che ogni stagione è diversa. Ad esempio, l'estate del 2017 è stata umida e fresca in gran parte del Nord Europa, mentre il 2018 è stato tra i più secchi e caldi degli ultimi decenni per lo studio dello stress da siccità, con temperature nella stagione in Danimarca di 28 gradi. In effetti, la resa della patata è stata notevolmente ridotta e nemmeno alcune irrigazioni hanno migliorato la situazione.
“Lo studio ci ha mostrato che le patate sotto stress da siccità mostrano carenza di azoto, mentre in realtà c'è molto azoto nella zona delle radici, la pianta semplicemente non è in grado di utilizzarlo. Quando lo stress da siccità cessa, riprende l'assorbimento di azoto, sebbene la perdita di produzione sia irreversibile. Ci resta ora la questione se questo "falso segnale" possa essere di qualche utilità in termini di rilevamento precoce dello stress da siccità e quindi di miglioramento della gestione dell'irrigazione nei giorni di siccità. Continuiamo a lavorare per integrare i risultati con dati termici, ovvero variazioni di anomalie di temperatura sui terreni agricoli. Esiste una combinazione molto promettente di dati riflessivi ed emissivi che possiamo utilizzare per rilevare e gestire lo stress da siccità ”, conclude Kiril Manevski.