Una nuova app indica agli agricoltori la quantità di fertilizzante richiesta dalle loro colture
Per aumentare la fertilità del suolo, spesso gli agricoltori utilizzano una quantità di fertilizzante superiore a quella effettivamente richiesta dalle colture. Anche se aiuta a ottenere un buon raccolto, questo approccio ha conseguenze negative a livello economico e ambientale. Una soluzione potrebbe essere quella di fare in modo che gli agricoltori abbiano accesso a informazioni precise e tempestive sulla quantità di azoto disponibile nel suolo, al fine di poter adattare di conseguenza l’impiego di fertilizzanti. Tuttavia, l’attuale diffusione di strumenti analitici è limitata a causa dei costi e del complesso flusso di lavoro basato su analisi di laboratorio. L’approccio del progetto LiveSEN (In-Field Live Sensing of Nitrate in Crops for Real-Time Fertilization Adjustment), sostenuto da una sovvenzione Proof of Concept del CER, era quello di misurare i livelli di nitrato direttamente dal succo ottenuto dalle piante. Oltre a semplificare la preparazione del campione, l’uso di tale liquido ha anche reso possibile l’analisi in loco mediante biosensori elettrochimici monouso, che costituisce un aspetto molto importante. Gli esperimenti di convalida sono stati realizzati in laboratorio e il team sta adesso ampliando la scala di fabbricazione dei sensori. I ricercatori stanno mettendo a punto il processo di stampa a getto di inchiostro per la deposizione degli enzimi e allo stesso tempo sono alla ricerca di un fabbricante di elettrodi stampati (Screen-Printed Electrodes, SPE) per sviluppare piani di produzione in serie automatizzati. Oltre a essere costosi, gli attuali strumenti analitici (come gli elettrodi iono-selettivi per il nitrato) non sono monouso e pertanto devono essere puliti tra una misurazione e l’altra e richiedono frequenti procedure di calibrazione. Inoltre, poiché sono sensibili a diversi ioni, le loro letture su campioni complessi (come il succo vegetale) possono essere imprecise. «Il nostro obiettivo era quello di sviluppare un biosensore in grado di fornire informazioni immediate sulla quantità di fertilizzante richiesta da una pianta, utilizzabile in loco e senza necessità di addestramento specifico per evitare di dover ricorrere a tecnici o consulenti esperti per il campionamento, la misurazione, l’interpretazione dei dati e il processo decisionale», afferma Nicolas Plumeré, il professore presso la Ruhr University di Bochum che ha condotto il progetto LiveSEN. Il biosensore sviluppato nell’ambito del progetto utilizza enzimi per rilevare i nitrati, che reagiscono con gli elettroni dell’elettrodo. Il numero di tali elettroni viene misurato per quantificare il numero di molecole di nitrato presenti nel succo della pianta. Nel biosensore sono anche incorporati sistemi per evitare interferenze (in attesa di brevetto), che includono enzimi (ossidasi) in grado di rimuovere l’ossigeno disciolto, che altrimenti accetterebbe anch’esso gli elettroni compromettendo la precisione della lettura. L’indicazione della quantità consigliata di azoto da aggiungere viene quindi resa subito disponibile agli agricoltori attraverso un’app per smartphone connessa a un sistema basato su cloud. «Gli agricoltori ci hanno dato la loro opinione in merito agli aspetti pratici relativi all’impiego di un dispositivo ad alta tecnologia in qualsiasi condizione meteorologica, eventualmente in contemporanea con l’uso di macchinari agricoli. Tali commenti ci hanno aiutato a riprogettare i biosensori tenendo conto delle loro esigenze. Inoltre, hanno segnalato altre priorità, come la misurazione del contenuto di fosfato e solfato, per i quali stiamo sviluppando un sensore simile», afferma Plumeré. Il team del progetto LiveSEN utilizzerà i megadati per generare mappe di raccomandazioni sulla fertilizzazione a partire da una combinazione di dati dei biosensori, da informazioni sulle condizioni meteorologiche, informazioni topografiche e immagini satellitari multispettrali (mappe di clorofilla o «del verde» dei campi) derivanti dal progetto Copernicus dell’UE. Ciò permetterà di adattare la fertilizzazione di un campo soddisfacendo il fabbisogno di sostanze nutritive delle colture.
Miglioramento della gestione dell’ambiente
Il lavoro svolto nell’ambito del progetto LiveSEN è in linea con la dichiarazione di cooperazione dell’UE su «Un futuro digitale intelligente e sostenibile per l’agricoltura e le aree rurali europee». Inoltre, permetterà ai singoli agricoltori, oltre che agli organismi nazionali, di soddisfare i criteri stabiliti dalla direttiva dell’UE sui nitrati (91/676/CEE). I sensori saranno forniti agli agricoltori al prezzo di costo, migliorando l’accuratezza dei modelli predittivi basati sui megadati. Il pacchetto LiveSEN offrirà poi un servizio a pagamento di raccomandazioni sulla fertilizzazione attraverso un’app per smartphone o computer. «La nostra idea potrebbe permettere un aumento dei raccolti agricoli del 5-10 %, riducendo i costi e l’inquinamento, in particolare le emissioni di CO2, oltre l’1 % delle quali è dovuto alla produzione di fertilizzanti a base di azoto», sostiene Plumeré.
Parole chiave
LiveSEN, colture, azoto, megadati, fertilizzazione, biosensore, agricoltura, inquinamento, elettrochimico, nitrato, agricoltori
