Stima della biomassa e copertura vegetale nelle colture da rinnovo tramite droni
Nelle colture ad accrescimento rapido e ad alta produttività — dette tradizionalmente colture da rinnovo (come mais, pomodoro…
Introduzione: la biomassa come indicatore di resa e salute
Nelle colture ad accrescimento rapido e ad alta produttività — dette tradizionalmente colture da rinnovo (come mais, pomodoro da industria, barbabietola da zucchero, girasole e patata) — la velocità di accumulo della biomassa epigea e il ritmo di copertura del suolo rappresentano gli indicatori primari del potenziale produttivo finale.
Un accumulo ritardato di biomassa nelle prime fasi vegetative o una copertura incompleta dell'interfila non solo riducono la capacità fotosintetica della coltura, ma lasciano spazio all'insediamento delle erbe infestanti e aumentano l'evaporazione diretta dell'acqua dal suolo nudo. Al contrario, uno sviluppo eccessivo e lussureggiante della vegetazione può predisporre la coltura all'allettamento e creare un microclima umido all'interno della canopia, ideale per lo sviluppo di patogeni fungini (come la peronospora del pomodoro o la piamatatura del mais).
I metodi tradizionali per la stima della biomassa si basano su campionamenti distruttivi a terra (taglio della vegetazione in aree campione, pesata del fresco e determinazione del peso secco in stufa) o su valutazioni visive soggettive. I droni (UAV) equipaggiati con sensori fotogrammetrici ad alta risoluzione e sensori multispettrali offrono oggi la possibilità di stimare la biomassa e la copertura vegetale in modo non distruttivo, continuo e ad alta risoluzione spaziale su interi appezzamenti.
I tre metodi telerilevati per la stima della biomassa
Per quantificare lo sviluppo della vegetazione mediante droni si utilizzano tre approcci complementari, a seconda dello stadio fenologico della coltura.
┌──────────────────────────────────────────────────────────┐ │ METODOLOGIE TELERILEVATE PER LA BIOMASSA │ ├───────────────────┬───────────────────┬──────────────────┤ │ 1. Copertura │ 2. Modelli 3D │ 3. Indici │ │ Chioma (Canopy │ della Canopia │ Spettrali │ │ Cover - CC) │ (CHM / DSM) │ (LAI / NDVI) │ └───────────────────┴───────────────────┴──────────────────┘
1. la frazione di copertura della canopia (Canopy cover - CC)
Nelle prime fasi dello sviluppo (dall'emergenza fino alla chiusura dell'interfila), l'indicatore più semplice ed efficace è la frazione di copertura vegetale (CC), ovvero la percentuale di superficie del terreno coperta dalla proiezione verticale delle foglie della coltura.
Utilizzando immagini RGB ad altissima risoluzione (GSD < 1 cm/pixel), specifici algoritmi di segmentazione dell'immagine basati sul colore o sull'intelligenza artificiale (es. indici cromatici come VARI o ExG - Excess Green) separano nitidamente i pixel appartenenti alle piante dai pixel del suolo nudo. La percentuale di pixel verdi fornisce la misura precisa della copertura.
2. la modellazione 3D dell'Altezza della canopia (Canopy height model - CHM)
Nelle fasi fenologiche intermedie e avanzate, quando la vegetazione ha ormai coperto interamente il suolo, l'analisi 2D della superficie non è più sufficiente per stimare il volume di biomasse. In questa fase si ricorre alla fotogrammetria 3D (Structure from Motion - SfM) o ai sensori LiDAR montati su drone.
Sottrarre il Modello Digitale del Terreno (DTM - acquisito a suolo nudo prima della semina) dal Modello Digitale di Superficie (DSM - acquisito durante la crescita) consente di generare il Modello d'Altezza della Canopia (CHM - Canopy Height Model). Moltiplicando l'altezza media delle piante per la superficie coperta, si ottiene un'accurata stima tridimensionale del volume della vegetazione.
3. l'Indice di area fogliare (LAI - Leaf Area Index) e gli indici multispettrali
L'Indice di Area Fogliare (LAI) è un parametro fisiologico fondamentale definito come la superficie fogliare totale per unità di superficie del terreno (m2 foglie / m2 terreno). Il LAI determina l'intercettazione della radiazione solare fotosinteticamente attiva (PAR).
La combinazione degli indici multispettrali (in particolare NDRE e SAVI) con le misure di altezza CHM permette di sviluppare modelli di regressione robusti che stimano direttamente la biomassa secca (es. tonnellate di sostanza secca per ettaro) con elevata correlazione rispetto ai dati reali raccolti a terra.
Applicazioni pratiche nelle colture da rinnovo
Mais: previsione della resa e gestione del trinciato
Nel mais da granella e da trinciato per silato:
- Stima precoce della biomasse: Identificazione tempestiva di zone a lenta partenza vegetativa dovute a compattamento del suolo o danni da gelata.
- Previsione della resa di insilato: La combinazione dell'altezza delle piante (CHM) e dell'indice NDRE consente di stimare con settimane di anticipo la resa in sostanza secca del trinciato, ottimizzando la logistica del cantiere di raccolta.
Pomodoro da industria: omogeneità e pianificazione della raccolta
Nel pomodoro da industria:
- Monitoraggio dello sviluppo della vegetazione: Valutazione dell'indice di copertura nelle prime settimane post-trapianto.
- Prevenzione di fisiopatie: Individuazione di zone con vigore vegetativo eccessivo, sensibili allo sviluppo di marciume apicale o attacchi di peronospora.
Monitoraggio della fenologia e previsione del momento ottimale di raccolta
La stima continua della biomassa tramite droni da rilievo non serve soltanto a correggere le carenze nutrizionali in itinere, ma rappresenta il fattore guida per la pianificazione della raccolta e per la gestione della catena logistica dell'azienda agricola.
Nelle colture industriali come il pomodoro da industria o la patata, l'accumulo di biomassa fogliare segue una curva sigmoide ben precisa. Monitorare l'indice di biomassa lungo la stagione consente di:
- Individuare il Picco Vegetativo: Riconoscere il momento esatto in cui la pianta interrompe la fase di accrescimento vegetativo e sposta tutte le sue risorse metaboliche verso la maturazione dei frutti (viraggio della biomassa).
- Pianificare i Trattamenti di Defogliazione o Desiccazione: Nelle colture come la patata, dove è richiesta la desiccazione della chioma prima dello scavo dei tuberi, la mappa di biomassa da drone guida l'applicazione mirata dei prodotti desiccanti, riducendo le dosi e omogeneizzando l'asciugatura della vegetazione.
- Organizzare i Cantieri di Raccolta Meccanizzata: Sapere con settimane di anticipo quali campi o porzioni di campo raggiungeranno per primi il volume di biomassa e la maturazione ideale consente alle cooperative e ai contoterzisti di programmare i percorsi delle macchine raccoglitrici, azzerando i tempi morti e riducendo i costi di carburante.
Confronto delle metodologie di stima
La seguente tabella riassume i punti di forza e le limitazioni dei diversi metodi di stima della biomassa da drone:
| Metodologia | Parametro Rilevato | Fasi Fenologiche Ideali | Accuratezza / Vantaggi |
|---|---|---|---|
| Segmentazione RGB (ExG) | Copertura Suolo (% CC) | Iniziale (Germinazione - 4-6 foglie) | Molto alta per la copertura 2D; economica. |
| Fotogrammetria 3D (CHM) | Altezza Pianta (cm) e Volume | Intermedia - Avanzata (Levata - Fioritura) | Rileva la struttura 3D; ottima per mais e girasole. |
| Indici Spettrali (NDRE/LAI) | Contenuto Clorofilla e Densità | Intermedia (Sviluppo canopia) | Sensibile allo stato nutrizionale e funzionale. |
| Fusione Multimodale (CHM + NDRE) | Biomassa Secca stimata (t/ha) | Tutte le fasi vegetative | Massimo livello di accuratezza e affidabilità agronomica. |
Il valore dei servizi di monitoraggio ITALDRONI e Dimitri Albino
Calcolare la biomassa e l'altezza delle piante tramite fotogrammetria aerea richiede che le nuvole di punti 3D e gli ortomosaici siano dotati di una precisione geometrica e quota assoluta millimetrica. Se la quota del modello 3D presenta un errore di anche soli 10 centimetri, l'intera stima del volume di biomassa risulterà falsata.
ITALDRONI fornisce servizi professionali di mappatura 3D e monitoraggio della biomassa garantendo precisioni centimetriche rigorose grazie all'impiego di droni dotati di tecnologia RTK/PPK (Real Time Kinematic / Post Processed Kinematic) e all'utilizzo di punti di controllo a terra (GCP - Ground Control Points).
La pianificazione delle missioni di sorvolo ad alta sovrapposizione viene curata da piloti certificati come Dimitri Albino (abilitato alle operazioni professionali EU-STS e BVLOS). La combinazione di droni industriali stabili, sensori multispettrali calibrati e rilievi topografici rigorosi permette ad ITALDRONI di consegnare ad agronomi e aziende agricole mappe di biomassa accurate e pronte per la modellistica predittiva della resa.
Conclusioni
La stima della biomassa e della copertura vegetale mediante droni rappresenta un salto di qualità fondamentale per la gestione delle colture da rinnovo. Sostituire i campionamenti manuali distruttivi con rilievi aerei fotogrammetrici e multispettrali consente di monitorare lo sviluppo delle colture su scala aziendale, individuare precocemente le anomalie di crescita, calibrare gli interventi agronomici e stimare con precisione le rese a tre quarti di stagione.