29 Maggio 2023

Gli algoritmi guidano l’irrigazione nell’agricoltura intelligente

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Per rendere più efficiente l’irrigazione, l’università di Stanford ha elaborato un nuovo e più preciso sistema di calcolo dell’evapotraspirazione. I tempi di misurazione si riducono di 100 volte

di Matteo Cavallito

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Ottimizzare l’irrigazione, ovvero non sprecare acqua grazie a una conoscenza in tempo reale dei livelli di idratazione delle piante e del suolo. È l’obiettivo che si sono dati i ricercatori dell’Università di Stanford, in California, che hanno progettato uno strumento innovativo per la riduzione dei consumi. La tecnologia, spiega una nota dell’ateneo USA, stima rapidamente la perdita idrica dal suolo dovuta all’evapotraspirazione, ovvero l’evaporazione dell’acqua nell’atmosfera e il suo assorbimento da parte delle piante.

Secondo i progettisti, il nuovo strumento consente di elaborare le informazioni “100 volte più rapidamente, mantenendo alti livelli di precisione”. L’idea è quella di ridurre drasticamente il tempo necessario per elaborare programmi di irrigazione collocando nel modo migliore le attrezzature. Un esempio di smart agriculture, insomma, ovvero di quell’insieme di pratiche che puntano, a parità di resa, a ridurre gli sprechi nelle coltivazioni grazie all’impiego della tecnologia.

L’importanza dei dati “orizzontali”

La valutazione dell’evapotraspirazione, sottolineano i ricercatori, si basa sulla cosiddetta ipotesi del flusso verticale. L’operazione, in altre parole, tiene conto esclusivamente del movimento idrico dall’alto verso il basso ignorando gli spostamenti orizzontali con l’obiettivo di semplificare i calcoli. “Pur essendo adeguata per alcune applicazioni su larga scala”, sottolinea lo studio che accompagna il progetto, “questa scelta si rivela fallimentare quando la componente orizzontale della velocità del flusso locale non è trascurabile a causa, per esempio, dell’eterogeneità del suolo o dell’impiego dell’irrigazione a goccia“.

La necessità di misurare e descrivere i flussi in ogni direzione è essenziale per lo sviluppo di pratiche anti-spreco a cominciare dall’irrigazione a goccia che consente di distribuire l’acqua lentamente e con precisione alle radici delle piante limitando così l’evaporazione. Questa tecnica viene utilizzata soprattutto nelle regioni aride dove i consumi idrici sono tipicamente più elevati.

Algoritmi decisivi

Il nuovo strumento di misurazione si basa sull’unione di due diversi algoritmi noti come “filtro di Kalman potenziato” e “stima della massima verosimiglianza”. “Abbiamo inserito nel nostro modello misure di dati reali dell’umidità del suolo e dell’assorbimento idrico da parte delle radici, migliorando così la comprensione del sistema fisico complessivo e le prestazioni dell’algoritmo”, ha spiegato Weiyu Li, ricercatore e principale autore della ricerca.

“Il nostro è il primo studio che sfrutta questo tipo di approccio algoritmico e lo applica all’irrigazione a goccia”.

La simulazione, condotta su un terreno di circa 3 metri per 3 ha dato ottimi risultati. Il calcolo preciso del tasso di evapotraspirazione ha richiesto solo una decina di minuti. Un centesimo circa del tempo che sarebbe stato richiesto – quasi 17 ore – se fosse stato applicato solo l’algoritmo di Kalman potenziato, hanno spiegato gli autori.

Fondamentale ridurre gli sprechi nell’irrigazione

La tempestiva raccolta delle informazioni consente di dispiegare correttamente i sensori di umidità e i gocciolatori. L’obiettivo dei ricercatori è quello di testare il sistema nelle aziende agricole per consentire a queste ultime di ottimizzare l’irrigazione. Un aspetto che diventa sempre più importante, come ha ricordato già in passato la FAO.

L’organizzazione ONU, infatti, stima che alla fine del XX secolo l’agricoltura fosse responsabile mediamente del 70% dei prelievi idrici a livello globale. Senza correttivi adeguati questi ultimi aumenteranno ancora del 14% entro il 2030.

“I sistemi interconnessi di terra, suolo e acqua sono spinti al limite e i sistemi agricoli sono giunti al punto di rottura”, spiegava a Re Soil Foundation Feras Ziadat, coordinatore dell’edizione 2021 del rapporto The state of the world’s land and water resources for food and agriculture realizzato dalla FAO. Per far fronte alla siccità e alla scarsità idrica è quindi necessaria “l’adozione di nuove tecnologie e approcci di gestione”.