14th Ott 2022
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Trust Your Soil
La sostenibilità in ambito agricolo è un tema di fondamentale importanza da quando il paradigma di coltivazione è variato dal modello estensivo a quello intensivo. Le pratiche agrarie hanno un effetto rilevante e non trascurabile sulla salute dei terreni e di tutto l’ambiente circostante. Nello specifico, i terreni agricoli coltivati a monocoltura tendono ad avere una biodiversità meno variegata.
Le condizioni del suolo influenzano fortemente la vita della popolazione limitrofa; infatti, il 95 % della produzione alimentare globale fa infatti affidamento alla coltivazione terrestre, oppure ha uno stretto collegamento con essa. Il suolo ospita un quarto di tutte le specie terrestri esistenti e svolge un ruolo essenziale e non trascurabile nel ciclo dei nutrienti, nello stoccaggio del carbonio e nella filtrazione dell’acqua, un processo che contribuisce a mitigare i cambiamenti climatici e a impedire le inondazioni o i periodi di siccità. Ciononostante, a prescindere dal ruolo fondamentale che rivestono per il funzionamento degli ecosistemi del nostro pianeta, i terreni necessitano spesso di un monitoraggio volto alla loro tutela.
Non è infatti raro che a causa dello sfruttamento intensivo delle aree sottoposte ad agricoltura intensiva il terreno risulti impoverito. È stato rilevato che i terreni incolti presentino una diversità microbica e una presenza di funghi micorrizici, otto volte più elevata dei terreni lavorati con la monocoltura intensiva. Gli studi scientifici dimostrano che esistono numerose variabili che possono influenzare le condizioni del suolo, tra queste vi sono la frequenza dell’aratura del campo. Nei sistemi monocolturali, infatti, l’aratura si verifica ogni anno, dopo il raccolto. Questa lavorazione può peggiorare la qualità del terreno, danneggiando le connessioni fungine, che tra le varie funzioni esercitano quella di stabilizzatori. Le lavorazioni frequenti dell’agricoltura intensiva utilizzano un alto apporto di fertilizzanti, che annienta la quantità complessiva di funghi, aumentando quella di batteri all’interno del terreno.
La coltivazione biologica consiste in un metodo di coltivazione più accorto nei confronti dell’ambiente con un uso limitato di prodotti esogeni. Tuttavia, proprio la scarsità di alternative spinge i produttori verso l’abuso di alcuni prodotti (es. solfato di rame) rischiando l’avvelenamento irrimediabile, o quasi, del suolo sul quale avvengono le coltivazioni. Il sistema è pensato per permettere una piena interazione tra operatore agricolo e microbiologia dell’agroecosistema gestito, sopperendo completamente alla necessità di know-how specifico per questo tipo di tecniche.
Batteri: costituiscono la maggioranza della biomassa presente sulla Terra e hanno un ruolo chiave nella nostra vita: controllano i processi fondamentali per lo sviluppo di ecosistemi , a partire dalla fertilità del suolo, essenziale per la produzione alimentare. Ma influenzano anche lo stoccaggio del carbonio, con un impatto diretto sui cambiamenti climatici. (fonte immagine)
Funghi: Convertono materiali organici difficili da digerire in forme che altri organismi possono
utilizzare. Le ife legano le parti di suolo insieme per creare stabili aggregati, ciò
accresce la infiltrazione d’acqua e la capacità di ritenzione idrica del suolo. (fonte immagine)
Nematodi: In media lunghi circa 2mm, hanno funzione simile ai protozoi. molte specie si nutrono invece di radici viventi causando problemi alle piante se non c’è adeguata predazione nella rete trofica. Si nutrono di batteri aerobici rendendo i loro nutrienti biodisponibili per le piante. (fonte immagine)
Artropodi: oltre le deiezioni, il loro ruolo principale è come detritivori, ovvero sminuzzare e trasportare la materia organica in pezzi più piccoli aumentando la superficie utile per batteri e funghi; l’esoscheletro è formato da chetina. (fonte immagine)
Un metodo innovativo e funzionale da cui il trovato qui descritto è di applicare modelli di IA strutturati con algoritmi di image recognition per effettuare un monitoraggio periodico del suolo. La presente invenzione si riferisce a un metodo e sistema basato su modelli di Intelligenza Artificiale (IA) atto al monitoraggio della biodiversità dei suoli.
L’obiettivo è stato quello di sviluppare e validare un sistema prototipale completo, composto dai seguenti moduli: Modulo hardware di acquisizione dati: un device per l’analisi del suolo di semplice utilizzo, atto alla semplice acquisizione di un segnale ad alta risoluzione e permetta l’invio in remoto a un server per l’analisi automatica.
Modulo software di analisi della microbiologia del suolo supportato da un modello di IA implementato con algoritmi di machine learning. Il modulo permette di elaborare parametri e informazioni rilevanti a partire da immagini (tramite image processing) o altre tipologie di segnale, in modo da classificare lo stato della biologia del suolo e predire la modalità di trattamento. Lo stesso modulo permetterà di analizzare e validare la qualità dei biostimolanti prodotti in modo da garantire la sicurezza di utilizzo.
Modulo software di supporto alla bioreazione. Il modulo sarà capace di formulare dosaggi e tempistiche ottimali per la produzione e applicazione di biostimolanti specifici per il suolo e le colture analizzate. La connessione con il modulo 4. permetterà di monitorare la correttezza del processo, tararne le tempistiche al variare di fattori ambientali (temperatura), e supportare la pianificazione delle applicazioni dei prodotti.
Modulo hardware di bioreazione controllata tramite sensori per la produzione di biostimolanti. Il modulo permetterà la produzione di biostimolanti tramite il supporto del modulo 3, e sarà corredato da un set di sensori (temperatura, ph, quantità di ossigeno disciolto ecc.) che permetteranno di monitorare il processo.
Grazie a questo feedback immediato, gli agricoltori hanno accesso al know how indispensabile per una corretta gestione del suolo e, tramite un sistema predittivo, saranno anche in grado apprendere con anticipo l’insorgere di fitopatologie prima che esse si manifestino sulle piante, con evidente risparmio di materiali e mezzi impiegati. I biostimolanti formulati dal sistema rispondono agli specifici bisogni nutrizionali e microbiologici del sistema suolo-acqua-pianta, favorendo la produzione utilizzando tecnologie a basso impatto, implementabili nell’azienda agricola.
Si ritiene che la strategia più efficace per innovare lo stato attuale della gestione agronomica su piccola e larga scala sia quello di fornire uno strumento di semplice utilizzo, basso costo e massima flessibilità di applicazione, che permetta agli operatori agricoli di:
– verificare in modo immediato e in autonomia (senza il bisogno di consulenze specialistiche) il risultato delle pratiche agronomiche adottate sulla biologia del suolo;
– autoprodurre biostimolanti con tecnologie a basso impatto economico, elaborando la corretta formulazione in base alle effettive necessità del suolo;
– monitorare i processi di ripopolazione del suolo attraverso un sistema cloud based.
Le condizioni del suolo influenzano fortemente la vita della popolazione limitrofa e contribuiscono a influire sul ciclo dei nutrienti, nello stoccaggio del carbonio e nella filtrazione dell’acqua, un processo che contribuisce a mitigare i cambiamenti climatici e a impedire le inondazioni o i periodi di siccità. Uno dei principali attori dell’impoverimento della biodiversità terrestre deriva dalle pratiche monoculturali e intensive, le quali con il tempo tendono a impoverire il suolo. I tempi necessari alla rigenerazione di quest’ultimo sono lunghi e l’esito non è scontato né riproducibile. Risulta molto importante un monitoraggio continuo e discreto dei terreni sottoposti ad agricoltura intensiva.
Gli strumenti necessari al monitoraggio sono utilizzabili solo da personale specializzato, sono molto costosi e non idonei agli spostamenti; Un monitoraggio continuo richiederebbe l’installazione di un laboratorio interno, con i costi e gli oneri che ne conseguono; L’interpretazione dei dati risultati richiede competenze specifiche e relativamente rare, necessitando così l’intervento di una consulenza specialistica e onerosa per i coltivatori. Le azioni da intraprendere per ristabilire l’equilibrio della biodiversità terrestre sono molteplici e il piano d’azione da intraprendere non sempre è di immediata comprensione.
Questo è solo l’inizio: continueremo a spingere queste tecniche per rendere sempre più facile l’interazione tra operatore agricolo e microbiologia dell’agroecosistema e migliorare quindi il proprio lavoro.
