Agricultura de precisió sense llaurar: l’experiment de la finca universitària Pasquale Rosati (Agronomia mediterrània, 25/2020)

Entre el 24 i el 26 d’octubre del 2019 se celebrà a Puórtece (Campania) el taller internacional de la IEEE sobre metrologia en agricultura i silvicultura (MetroAgriFor). Entre les conferències pronunciades, hi hagué la de Roberto Orsini, Marco Fiorentini i Stefano Zenobi, del Departament de Ciències Agrícoles, Alimentàries i Ambientals de la Universitat Politècnica de les Marques, d’Ancona, que tractà la monitorització d’índex de vegetació aplicada al seguiment de la gestió del sòl en cultius de cereals. Una ampliació d’aquesta conferència apareix ara en forma d’article a la revista Sensors. L’agricultura de precisió inclou, entre d’altres coses, la presa i elaboració d’imatges per fer un seguiment dels índexs de vegetació. Ara bé, també cal conèixer l’impacte de pràctiques agrícoles sobre aquestes mateixes imatges. Utilitzant com a model un experiment agronòmic iniciat en el 1994, Orsini et al. investiguen com diferents pràctiques agrícoles influencien en l’obtenció de cinc índexs de vegetació. L’experiment en qüestió, de la granja experimental “Pasqual Rosati” consisteix en la rotació de dos anys de cultius de secà de blat dur i de panís, amb dues gestions diferents sense fertilització, una llaurant i una altra sense llaurar. Orsini et al. mostren com les parcel·les sense llaurar ofereixen un blat dur superior tant en termes de rendiment com de qualitat nutricional. Les gestió del sòl, en tot cas, també afecta la precisió dels índexs de vegetació, precisament a través de l’estatus nutricional del nitrogen. Així doncs, les parcel·les sense llaurar, amb un contingut superior de matèria orgànica del sòl i de biodisponibilitat del nitrogen edàfic, són també les que es deixen seguir millor per les tècniques de precisió. Orsini et al. conclouen que els usuaris de càmeres multispectrals per a l’agricultura de precisió han de tenir en compte quina gestió fan del sòl i, particularment, del contingut de matèria orgànica i de nitrogen.

Camp de blat dur

L’agricultura de precisió

Roberto Orsini és professor d’agronomia i cultius herbacis del Dipartimento di Scienze Agrarie, Alimentari ed Ambientali (Dip. 3A) de la Università Politecnica delle Marche, a Ancona. És ell qui concebé aquesta recerca.

Marco Fiorentini és investigador en tecnologia agrícola al Dip. 3A. També és investigador al Dip. 3A Stefano Zenobi.

Orsini, Fiorentini i Zenobi realitzaren l’obtenció de dades, que foren analitzades per Fiorentini i Zenobi.

La recerca es finançà a través del projecte PFRLab de Roberto Orsini, que cerca l’establiment d’un laboratori robòtica d’agricultura de precisió.

Una part de la recerca ja fou presentada en la sessió del 2019 del MetroAgriFor. L’article present fou tramès a la revista Sensors el 22 de maig d’enguany. L’article fou acceptat el 12 juny i publicat el 15.

El Projecte PFRLab es pensà en el marc dels reptes que té l’agricultura global. La demanda d’aliments en les properes tres dècades creixerà un 70% si ho fa al ritme actual de creixement demogràfic. Les tècniques de l’agricultura moderna han anat cobrint aquest augment de la demanda, assolint majors rendiments per a grans superfícies de cultiu. Llaurar consisteix en barrejar horitzons de superfície, guanyant en estabilització i afavorint el cultiu principal en detriment de les males herbes. Aquesta intensificació, però, té un cost en erosió i disrupció del sòl, en un consum elevat de recursos hídrics i energètics, en una utilització massiva de fertilitzants, etc. D’ací els esforços per desenvolupar pràctiques agrícoles que optimitzin la productivitat bo i reduint l’impacte sobre els recursos naturals. Hem vist diverses vegades que una d’aquestes estratègies en llaurar menys o no gens (*). L’agricultura conservacionista té, de fet tres potes, de les quals una és no llaurar, una altra són les rotacions de cultiu i una tercera la conservació dels residus agrícoles in situ. Aquestes estratègies s’han estudiat especialment pel que fa als cultius de cereals d’hivern de les zones de secà de la regió mediterrània. El fet que requereixin d’un seguiment de l’estat de sòls i de cultiu ha estimulat la recerca en sistemes robotitzats basats en sensors remots. L’agricultura de precisió fa ús d’imatges obtingudes en diferents bandes de l’espectre electromagnètic, i recollides des de diferents instruments (satèl·lits, avions, drons, etc.). Les imatges obtingudes en drons de llum visible i de l’infraroig proper permeten calcular índexs de vegetació en referència a la biomassa, a l’àrea foliar, el contingut pigmentari, el contingut de nitrogen, l’eficiència fotosintètica, l’estatus hídric i la coberta del sòl. En càlcul d’aquests índexs hom ha de contemplar una multitud de factors acompanyants (topogràfics, edàfics, biològics, meteorològics, antropogènics, etc.).

La granja experimental “Pasquale Rosati”

Situada al terme municipal d’Agugliano, l’Azienda Agraria Didattico Sperimentale “Pasquale Rosati”, depèn de la Università Politecnica delle Marche. Els camps experimentals es troben a una altitud de 100 metres per damunt del nivell del mar, i tenen una pendent del 10%. Es tracta d’un sòl de llim argilós, un cambisol gleic calcari. Si entre l’octubre del 2017 i el juliol del 2018 la precipitació total fou de 801 mm, entre l’octubre del 2018 i el juliol del 2019 la precipitació davallà un 30% fins a 561 mm. Això fa que en la temporada 2017-2018 el balanç hídric del sòl fos 230 mm superior al de la temporada 2018-2019.

L’experiment sobre el cultiu sense llaurar començà el 1994. Des de llavors, les parcel·les sense llaurar han guanyat en matèria orgànica del sòl (18 g/kg respecte 13 g/kg de les parcel·les llaurades) i en contingut total de nitrogen (1,30 g/kg respecte 0,98 g/kg de les parcel·les llaurades). En tots dos casos se segueix una rotació de dos anys. El primer any es planta blat dur (Triticum turgidum L. var. durum cv. Grazia, ISEA) i el segon any es planta blat de moro (Zea mays L., híbrid DK440). Les parcel·les que es llauren (CT) ho són seguint el pendent màxim cada any en la tardor a una fondària de 40 cm. Les parcel·les que no es llauren (NT) són tractades amb herbicides abans de la sembra directa. En aquest estudi, Orsini et al. es fixen en parcel·les CT i NT que no reben fertilitzants.

En el moment de l’elongació de la tija (ZS35) i de l’antesi (ZS60) es mesuraven paràmetres de la collita com la matèria seca i el contingut de nitrogen, alhora que es prenien imatges multispectrals amb un dron (DJI Matrice 600 pro). En el moment de la maduresa (ZS92) es prenien paràmetres agronòmics com el nombre grans per espiga (KS), el pes de mil grans (TKW) i el rendiment de gra (tones per hectàrea).

Per a cada parcel·la se seleccionaven aleatòriament tres àrees de prova. En cada àrea de prova es collien manualment la biomassa vegetal fresca d’una filera georeferenciada de 0,5 metres de llarg per a un total de 48 punts de control. D’aquesta biomassa fresca es mesura el pes sec (80°C durant 48 hores), i de la massa seca, molturada, es mesurava el contingut de nitrogen pel mètode Dumas.

A partir de les imatges de drons en la banda del blau, verd, vermell i infraroig proper s’obtenien els índexs de vegetació següents:
– índex de vegetació resistent atmosfèric (ARVI).
– índex de vegetació ajustat al sòl modificat (MSAVI2).
– índex de la vora vermella de diferència normalitzada (NDRE).
– índex de vegetació de diferència de banda visible (VDVI).
– índex de vegetació de rang dinàmic ampli (WDRVI).

L’anàlisi estatística de la variança tenia en compte l’efecte de la gestió del sòl (SM), l’any (Y) i la combinació de tots dos factors (SMxY).

Els cultius sense llaurar són més fàcils de seguir per l’agricultura de precisió

El factor Y afecta tots els paràmetres analitzats de la collita: l’any 2019 oferí un major rendiment en matèria seca i en contingut de nitrogen que el 2018. El factor SM afecta significativament el contingut de nitrogen de la collita. La interacció entre els dos factors (SMxY) es manifesta en el contingut de nitrogen.

L’any 2019, en comparació amb l’any 2018, oferia un nombre superior de grans per espiga, per bé que la massa d’aquests grans era 7,7 mg inferior de mitjana.

Les parcel·les sense llaurar el 2018 presenten un 46% més de grans per espiga, i també un 48% més de rendiment de gra. En el 2019, aquest augment es repetia, per bé que en un menor nivell (35%).

Pel que fa als índexs de vegetació, el MSAVI2 fou el més acurat per al 2018. Ara bé, mentre que la R2 era del 0,96 en les parcel·les no-llaurades, baixava a un 0,70 en les parcel·les llaurades.

Per a l’any 2019, l’índex de vegetació més acurat fou l’NDRE. De nou, mentre que la R2 era de 0,95 en les parcel·les no-llaurades, baixava a un 0,76 en les parcel·les llaurades.

NDRE i MSAVI2 són els únics índexs de vegetació analitzats que mostren una relació significativa amb el contingut de nitrogen.

L’aplicació de l’agricultura de precisió en un entorn variable

Les diferències interanuals en la precipitació afecten força el rendiment i la qualitat nutricional de cultius de secà com el blat dur. Anys massa plujosos poden conduir a una major lixiviació del nitrogen del sòl que repercuteix en un contingut de nitrogen inferior en la collita. Aquesta lixiviació és més pronunciada en sòls llaurats, ja que la porositat és major.

El fet que el nombre de grans per espiga (KS) i la massa de grans (TKW) siguin paràmetres inversament relacionats compensa el rendiment general del gra. Així doncs, si un any més plujós fa baixar el KS i pujar el TKW, això es pot traduir en un rendiment de gra similar al d’un any no tan plujós.

El cultiu sense llaurar del blat dur es manifesta en un major contingut de nitrogen, un major nombre de grans per espiga i un rendiment més elevat de gra. Alhora, suposa una reducció en els costos de gestió, un augment de la fertilitat del sòl, i beneficis en les propietats bioquímiques i microbianes del sòl. Ara bé, l’augment del nombre de grans per espiga fa que aquests grans siguin més petits, i que no hi hagi diferències en el rendiment de la collita calculat per matèria seca.

El més rellevant d’aquest estudi d’Orsini et al. és que els índexs de vegetació calculats per imatges multispectrals de drons són més precisos en les parcel·les sense llaurar. Això s’explicaria per la majoria quantia de residus de la collita en el sistemes sense llaurar, amb la consegüent disminució de la pertorbació del sòl. Per a collites mediterrànies de blat dur en contextos d’agricultura conservacionista els índexs més valuosos serien l’NDRE i el MSAVI2.

Lligams:

Evaluation of Soil Management Effect on Crop Productivity and Vegetation Indices Accuracy in Mediterranean Cereal-Based Cropping Systems. Roberto Orsini, Marco Fiorentini, Stefano Zenobi. Sensors 20: 3383 (2020).

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: