Sviluppo e valutazione di un sistema per la gestione sostenibile delle infestanti basato sull'applicazione sito-specifica
Author(s)
Pelosi, Federico
Date Issued
June 5, 2017
Type
Doctoral Thesis
Abstract
La resa delle colture è fortemente influenzata dallo sviluppo delle erbe infestanti ed il
loro controllo è da sempre uno dei principali problemi dell'agricoltura. Se non si
mettessero in atto sistemi di controllo le perdite stimate raggiungerebbero il 34%
livello globale (Oerke, 2006). Quindi l'agricoltura moderna non può prescindere dal
controllo delle infestanti, ma il continuo uso di diserbanti ha portato a problemi
agronomici ed ambientali (Zanin et al, 2011). A questo proposito la direttiva
2009/128/CE dell'Unione Europea evidenzia la necessità di un utilizzo razionale dei
fitofarmaci per garantire la sicurezza dei lavoratori, la salute del consumatore e allo
stesso tempo risparmi sui costi di produzione. Una delle principali sfide
dell'agricoltura di precisione è quella di sviluppare sistemi per la gestione delle
infestanti che siano efficienti e con un ridotto impiego di diserbanti. Solitamente gli
agricoltori effettuano i trattamenti diserbanti in maniera uniforme all'interno del campo
non considerando la variabilità spaziale delle infestanti (Nordmayer, 2006). Tuttavia le
specie infestanti hanno una distribuzione spaziale eterogenea costituendo aggregati di
diversa forma e densità all'interno del campo (Cardina et al, 1997). In questi casi la
conoscenza della distribuzione spaziale delle infestanti può portare ad un utilizzo
mirato dell'erbicida.
A questo proposito la gestione sito specifica delle infestanti, o site specific weed
management (SSWM), potrebbe consentire una riduzione consistente nell'utilizzo dei
diserbanti con minori costi e ridotto impatto ambientale (Gerhards & Christensen,
2003; Lopez-Granados, 2011). L’individuazione delle aree infestate è la chiave per
applicare un sistema SSWM e richiede informazioni precise sulla distribuzione
spaziale (Hamouz et al. 2014). Attraverso lo scouting manuale accoppiato
all'applicazione di tecniche geostatistiche si potrebbero produrre mappe accurate delle
infestanti, ma questo approccio non è fattibile al di fuori dei contesti di ricerca,
essendo lungo e costoso. Tuttavia, la mappatura delle infestanti può essere eseguita
tramite telerilevamento da satelliti, da aereo e con sensori montati sulle macchine. La
risoluzione spaziale dei sistemi aerei e satellitari si è dimostrata insufficiente per
sviluppare strategie di SSWM mentre i sensori, attualmente in commercio, che si
possono montare sulle macchine oltre ad essere costosi possono essere impiegati solo
in assenza della coltura. Una soluzione interessante per le tempistiche e i costi è
l'acquisizione attraverso veicoli aerei senza equipaggio UAV (Unmanned Aerial
Vehicle), che grazie alle basse altezze di volo offrono immagini con una risoluzione
spaziale molto alta (<5cm) e presentano meno vincoli logistici rispetto ad altri sistemi
di telerilevamento.
Con la presente ricerca è stata testata la fattibilità della SSWM basata su mappe di
infestazione ottenute dalle immagini acquisite tramite UAV. Il tutto è stato valutato in
un contesto operativo di pieno campo che comprende tutti i passaggi che portano
all’applicazione localizzata del diserbo. Partendo quindi dalle immagini acquisite da
UAV sono state ottenute mappe sulla distribuzione spaziale delle infestanti, poi
impiegate per la realizzazione delle mappe di prescrizione utilizzate per applicare il
diserbo in maniera localizzata (patch spraying).
L’efficacia del trattamento patch spraying rispetto al trattamento uniforme è stata
valutata impiegando appropriate tecniche geostatistiche e quantificando le differenze
di resa della coltura e la biomassa delle infestanti a fine ciclo.
Sono stati quantificati inoltre anche i benefici ambientali ed economici derivanti
dall'adozione delle tecniche di SSWM.
Yield losses due to weeds are estimated to reach potentially 34 % globally (Oerke
2006). Conventional mainstream agriculture relies heavily on chemical weed control,
but the excessive use of herbicides has often led to agronomic and environmental
problems (Zanin et al. 1993). In this regard, the Directive 2009/128/EC of the
European Union stipulates a more rational use of crop protection products to ensure
worker safety, maintain consumer health by reducing herbicide residues in the
environment and food chain, and at the same time, provide savings on production
costs. One of the main challenges of precision agriculture, in the context of a
contribution to reach the aims of the Directive, is to develop efficient weed
management systems that reduce the amount of herbicides used. Usually farmers carry
out blanket herbicide treatments and do not consider the spatial variability of weeds
(Nordmeyer 2009). However, weed species have a heterogeneous spatial distribution,
showing patches within the field with different shapes and densities alternated with
areas without weeds (Cardina et al. 1997). Knowledge of the spatial distribution of
weeds can lead to a targeted use of herbicides.
In this regard, site-specific weed management (SSWM) consisting of targeting weed
control according to their density, spatial distribution and typology, could allow for a
decrease of herbicide usage, lower costs and environmental impact (Gerhards and
Christensen 2003; Christensen et al. 2009; Lopez-Granados 2011). Weed patch
detection within the field is the key to applying a patch-spraying system. SSWM
requires accurate information on the spatial distribution of weeds (Hamouz et al.
2014). Field scouting coupled with the application of geostatistical techniques could
yield accurate weed maps, but this approach is not feasible outside research contexts,
being time consuming and expensive.
However, the weed mapping can be done using remote sensing from satellites, aircraft
and sensors mounted on the machines. The spatial resolution of satellite and aircraft
systems has proved inadequate to develop strategies of SSWM while sensors, currently
available, which can be mounted on the machines in addition to being expensive can
be used only in the absence of the crop. An interesting solution to the timing and the
cost is the acquisition through unmanned aerial vehicles UAV (Unmanned Aerial
Vehicle), which thanks to the low flight altitudes offer pictures with very high spatial
resolution (< 5 cm) and have less logistical constraints than other means of remote
sensing.
With this research was tested the feasibility of SSWM infestation maps based obtained
from images acquired from UAV. The whole process was assessed in an operational
context, including all the steps leading to the localized application of herbicide.
Starting from images acquired by UAV, maps on spatial distribution of weeds were
obtained and then used for drawing prescription maps, subsequently used for patch
spraying treatments.
The effectiveness of patch spraying treatments, compared to uniform herbicide
spraying, was assessed using appropriate geostatistical techniques and the differences
in yield of the crop and weed biomass at the end of the growing season were
quantified.
The environmental and economic benefits deriving from the adoption of SSWM
techniques were also assessed.
Additional information
Dottorato di ricerca in Scienze delle produzioni vegetali e animali
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