TITOLO PIANO: L'irrigazione intelligente per il mantenimento del prato stabile polifita in Val d'Enza
ACRONIMO: PRATI SMART
Presentato da GRUPPO OPERATIVO: ATS PRATI SMART
DOMANDA DI SOSTEGNO: 5207277
SETTORE PRODUTTIVO: Seminativi, Sementiero, Oleoproteaginose, Foraggere
SETTORE/PRODOTTO DI INTERVENTO: produzioni vegetali
KEYWORDS:
efficienza dell'uso dell'acqua | water use efficiency
irrigazione | irrigation
SH1_11 Technological change innovation research & development| Cambiamento tecnologico innovazione
ricerca e sviluppo
PE10_17 Hydrology water and soil pollution| Idrologia inquinamento delle acque e del suolo
SH2_6 Sustainability sciences environment and resources| Scienze della sostenibilità ambiente e risorse
Responsabile del Progetto
Nome e Cognome: Paolo Mantovi
Telefono: +39 0522 436999
PEC: fondazionecrpa@legalmail.it
Codice Fiscale: 91083250356
Ente di appartenenza: Fondazione CRPA Studi Ricerche
Responsabile scientifico del Progetto
Nome e Cognome: Roberto Genovesi
Telefono: +39 051 4298811
PEC: cer@pec.consorziocer.it
Codice Fiscale: 80007190376
Ente di appartenenza: CONS.DI BONIFICA DI SECONDO GRADO PER IL CANALE EMILIANO
ROMAGNOLO
DURATA PROGETTO: 20 mesi
Data inizio attività: 23/2/2021
Data fine attività: 23/10/2022
COSTO TOTALE DEL PIANO: 199.991,05 Eur
CONTRIBUTO TOTALE: 182.329,94 Eur
AZIONE 1 - Automazione dell'irrigazione a scorrimento
Questa azione include le sperimentazioni di controllo e automazione della pratica irrigua a scorrimento sui prati
stabili polifiti caratteristici del comprensorio del Parmigiano Reggiano e in particolare della Val d’Enza, che
verranno condotte per due stagioni di coltivazione consecutive (2021-2022) presso le aziende agricole partner
del GO:
1) Azienda Pelosi Pier Antonio
Si trova in località Calerno, Comune di Sant’Ilario d’Enza, su Terre fini della pianura pedemontana
(consociazione dei suoli RONCOLE VERDI), ovvero suoli pianeggianti formati in sedimenti fluviali a tessitura
fine o moderatamente fine, molto profondi, a tessitura media nella parte superiore, da non calcarei a
moderatamente calcarei, ed a tessitura moderatamente fine o media in quella inferiore. Hanno una moderata
disponibilità di ossigeno, così come la permeabilità è relativamente ridotta.
Il sito di sperimentazione (evidenziato in foto) consiste in un prato stabile adiacente al centro aziendale, delle
dimensioni di circa un ettaro, e con lunghezza di 120 metri, sempre irrigato a scorrimento con acque superficiali
di derivazione Enza integrate nel corso dei mesi più siccitosi con acque di pozzo aziendale.
2) Podere Querceto Società Agricola
Si trova in Comune di Bibbiano, in contrasto alla precedente su suoli pianeggianti più caratteristici degli ambienti di conoide (consociazioni dei suoli BELLARIA e CONFINE), ovvero suoli profondi o molto profondi su substrato ghiaioso, con tessitura da media a moderatamente fine, talvolta con scheletro, da molto calcarei (Bellaria) e sino a non calcarei (Confine). La disponibilità di ossigeno è generalmente buona, così la permeabilità.
Il sito di sperimentazione consiste in un prato stabile adiacente al centro aziendale, delle
dimensioni di circa un ettaro, e con lunghezza di 200 metri, irrigato a scorrimento con acque superficiali di
derivazione Enza integrate nel corso dei mesi più siccitosi con acque di pozzo aziendale distribuite per
aspersione (rotolone + ‘gettone’).
La soluzione “intelligente” (smart) che verrà sviluppata e testata consente di:
a) rilevare valori di umidità del terreno attraverso un set di sensori wireless in tecnologia Lora (modello
prodotto da ETG iMoisture) da posizionare opportunamente negli appezzamenti a prato stabile polifita;
b) automatizzare la movimentazione e l’apertura degli organi di distribuzione delle acque sul campo, in
funzione dei valori rilevati dai sensori di cui al punto (a), secondo un algoritmo specifico che verrà
sviluppato da ETG con la collaborazione del CER.
In pratica, si porrà in opera il sistema automatizzato per la regolazione dell’erogazione delle acque modificando
un sistema aziendale molto diffuso, basato su una linea interrata che preleva acqua dalla rete consortile e la
distribuisce lungo la testata dell’appezzamento mediante cosiddetti ‘torrini’ in cemento parzialmente fuori terra
(posizionati sul lato corto dei due appezzamenti sperimentali).
Linea di ‘torrini’ per la distribuzione delle acque nell’irrigazione a scorrimento (sx) e interno di un torrino (dx)
Ogni torrino è dotato di 3 aperture: i) una che fa entrare l’acqua al suo interno, ii) una coassiale che la fa
proseguire ai torrini successivi e iii) una posizionata in sommità, rivolta verso il campo e da cui esce l’acqua per
irrigare la coltura. In pratica l’acqua entra e riempie il torrino fino a raggiungere l’apertura di uscita in campo da
cui fuoriesce con una modestissima pressione e dilaga per il campo secondo la sua pendenza. L’intervento
proposto è di automatizzare sia il movimento della paratoia che regola l’apertura sommitale sia la paratoia che
gestisce il moto dell’acqua verso il torrino seguente, in modo da modulare l’erogazione sulla coltura e
assecondare le variazioni di portata dei vari torrini generate dai differenti livelli di apertura delle loro paratoie di
erogazione in campo.
Il fattore agente che fa modificare la portata della paratoia sommitale sarà il valore di umidità del terreno in varie porzioni dell’appezzamento, rilevato dai sensori interrati nello strato interessato dalle radici delle piante, che opportunamente tarate, mandano un segnale alla centralina che va a modificare il grado di apertura delle
paratoie.
Il personale tecnico-scientifico del GO, già in fase di formulazione della proposta del piano PRATI SMART, ha
provveduto, in collaborazione con la ditta costruttrice ETG leader nel settore dell’idrologia, automazione e
telecontrollo delle reti di vettoriamento delle acque, ad una progettazione di massima del prototipo al fine di
ottenere un preventivo ammissibile di spesa.
Nella presente azione, CER e CRPA si relazioneranno con la ditta affidataria della costruzione del prototipo e le
forniranno le indicazioni utili alla realizzazione quali informazioni relative a caratteristiche tecniche e progettuali dell’impianto irriguo su cui effettuare l’intervento, dimensioni dell’appezzamento e sue caratteristiche pedologiche da cui derivare i parametri idrologici, informazioni indispensabili ad ottenere l’ottimale progettazione dell’automazione delle parti meccaniche, dei collegamenti tra sensori, telecontrollo ed attuatore che muove la paratoia, ed a posizionare correttamente i sensori in campo.
L’attività prevede trasferte di ricercatori CER presso la sede dell’azienda costruttrice a supporto della
realizzazione e sopralluoghi presso le aziende agricole partner, anche accompagnati da personale della ditta
costruttrice, per ulteriori rilievi. CER svolgerà inoltre attività di intermediazione tra le aziende agricole partner ed il costruttore nell’illustrare gli aspetti logistici ed operativi
Per una descrizione dettagliata delle motivazioni che hanno spinto il GOI alla realizzazione del prototipo, e per
le caratteristiche tecniche, si rimanda alla “Nota esplicativa relativa al prototipo di impianto automatizzato per
l’irrigazione a scorrimento” di seguito illustrata.
Il sistema automatizzato completo di paratoia intelligente e sensori sarà installato presso l’azienda agricola
Pelosi Pier Antonio, mentre a titolo di confronto idraulico sul metodo irriguo e la permeabilità del terreno
verranno effettuati rilievi di umidità identici presso l’azienda agricola Podere Querceto, caratterizzata da terreni
decisamente più permeabili e irrigata a scorrimento ma con integrazione ad aspersione con acque di pozzo nel
periodo più siccitoso. In tal modo sarà possibile comparare l’efficacia di posizionamento dei sensori, nonché il
loro comportamento in terreni più sciolti e con diverso metodo irriguo, rispetto a quelli dell’azienda precedente.
I rilievi effettuati saranno principalmente di tipo idraulico e irriguo:
- volumi erogati per intervento irriguo, sia nella paratoia automatizzata, sia nelle altre paratoie gestite in
maniera tradizionale;
- variazione della portata erogata dalla paratoia automatica durante l’intervento irriguo (dato proveniente dal
sw di gestione dell’automazione), solo nella paratoia automatizzata;
- umidità degli strati occupati dalle radici e nei quali sono posizionati i sensori. Periodicamente si condurranno
anche dei campionamenti di controllo, con determinazione gravimetrica del contenuto di umidità del terreno;
- principali caratteristiche di qualità delle acque irrigue (pH, conducibilità, ST, SST, COD, NTK, N-NH3, P), con
campionamenti mensili nel corso delle due stagioni irrigue per entrambe le aziende.
Risultati dell’azione: installazione, avvio e monitoraggio del sistema a paratoie automatizzate e sensori di
umidità del terreno per l’irrigazione intelligente del prato stabile polifita. Rilievo dei risultati idraulici ed irrigui.
Questa azione sarà eseguita da personale di CER, CRPA e FCSR, coadiuvati dal personale delle due aziende
agricole. I costi esplicitati nel seguito tengono in considerazione del diverso impegno richiesto al personale dei
beneficiari coinvolti nell’azione. Le analisi di laboratorio saranno condotte da CRPA/FCSR e i loro costi sono
stati suddivisi tra personale e materiale di consumo (incluso nelle spese generali).
Nota esplicativa relativa al prototipo di impianto automatizzato per l’irrigazione a scorrimento:
motivazioni, principali caratteristiche tecniche e pertinenza della spesa.
Lo scopo principale della soluzione prototipale di paratoia “intelligente” per PRATI SMART è quello di ridurre più
possibile i consumi idrici nell’irrigazione a scorrimento e lo squilibrio tra quantitativo di acqua erogata in
prossimità del punto di erogazione e quello che raggiunge la porzione più lontana di appezzamento. Questo si
può ottenere con gli specifici algoritmi che consentono la gestione automatizzata degli organi di distribuzione
delle acque sul campo (paratoie ‘intelligenti’). Un ulteriore obiettivo è la riduzione dell’impegno di lavoro
manuale nelle manovre idrauliche aziendali che tanto peso ha avuto nell’abbandono di vaste aree, per la
difficoltà di recarsi fisicamente troppo lontano e per troppo tempo dal centro aziendale.
Non esistendo sul mercato un sistema per la gestione automatizzata dei manufatti, il GOI ha deciso di
procedere al suo sviluppo. CER, supportato dalle conoscenze tecniche del fornitore, individuato nella ditta ETG,
realizzerà il sistema prototipale.
Il prototipo sarà in grado di erogare acqua in maniera modulare, variando la portata di erogazione in funzione
dei dati di umidità rilevati dai sensori e provvederà all’invio del volume distribuito sull’appezzamento in prova al servizio di assistenza tecnica irrigua IrriNet, per aggiornare il bilancio idrico dell’appezzamento in prova.
Il prototipo sarà composto da due sezioni:
ogni manufatto, realizzato con tecnologia WinNET7
tecnologia LoraWAN, alimentata da pannelli solari e intelligenza basata su centralina iLogger
La ditta fornitrice del prototipo provvederà alla fornitura, trasporto, posa in opera, configurazione e attivazione di un sistema composto da paratoia, sistema di automazione alimentato da pannelli solari e intelligenza basata su centralina iLogger. Verranno inoltre forniti e posti in opera sensori di umidità wireless iMoisture tecnologia
LoraWAN. Il prototipo sarà corredato da sistema di telecontrollo con tecnologia WinNET7 affinché possa
funzionare autonomamente in continuo.
Il sistema prototipale sarà utilizzato per fini esclusivamente sperimentali e non produttivi. Verrà installato
nell’azienda Pelosi Pier Antonio partecipante al GOI, per i due anni di prove, messo a punto e testato al fine di
conseguire gli obiettivi prefissati dal piano. Sarà gestito e condotto da personale tecnico scientifico del CER, del
CRPA e dal personale dell’azienda Pelosi Pier Antonio.
Per il funzionamento dell’intero sistema, sarà realizzato un collegamento tra i vari elementi costituenti l’impianto del tutto simile ad un vero e proprio sistema di telecontrollo, sulla falsariga di quelli abilitanti per la gestione delle reti consortili di consegna delle acque; ciò a causa della sequenzialità degli elementi stessi che nello stesso tempo erogano acqua sull’appezzamento e regolano il flusso per gli elementi a valle. Per dare completezza all’idea sviluppata, il sistema di telecontrollo sarà collegato a IrriNet che potrà in tal modo registrare il volume distribuito sull’appezzamento e aggiornare il bilancio idrico per calcolare automaticamente le irrigazioni successive.
I sensori saranno installati a differenti distanze dal punto di erogazione, e a differenti profondità in modo da
intercettare il flusso idrico in avanzamento, sia in profondità nel terreno, sia lungo la superficie
dell’appezzamento; lo scopo è quello di mantenere un livello di umidità adeguato nello strato di terreno
esplorato dalle radici senza generare perdite in profondità, puntando all’equilibrio tra le varie porzioni
dell’appezzamento. Ciò consentirà di ridurre sovra irrigazioni nelle parti prossime al punto di erogazione e
bagnature sub ottimali nelle parti distali, innalzando l’efficienza di distribuzione che è il vero punto debole dei
sistemi a scorrimento.
Il prototipo prevede anche la realizzazione del software di telecontrollo dell’intero sistema di paratoie a servizio
dell’appezzamento da irrigare, poiché gli impianti sono dotati di manufatti in serie ed ogni manufatto consta di
paratoie per l’erogazione e paratoie per regolare il flusso dell’acqua verso i manufatti seguenti. Da qui
l’esigenza di controllare l’intero insieme attraverso un sistema di telecontrollo che consenta la contemporanea
gestione simultanea e sequenziale delle paratoie; inoltre, per rendere ancora più innovativo ed efficace la
soluzione tecnica individuata, si prevede di realizzare un collegamento con il servizio irrigazione IrriNet, onde
sfruttare la sinergia tra volume effettivamente distribuito e bilancio idrico dell’appezzamento.
Il costo complessivo del prototipo include, oltre ai materiali e alle componenti di cui sarà costituito, anche il
lavoro di sviluppo (inclusa parte software), installazione e successivi testaggio e funzionamento a regime ed è
compatibile con l’innovazione che si vuole introdurre e soprattutto è coerente con le caratteristiche dei manufatti utilizzati per l’irrigazione a scorrimento nel territorio pedecollinare vocato per la produzione di foraggio da prato polifita. Tali manufatti pongono dei vincoli piuttosto stretti per gli interventi di automazione dell’irrigazione e di fatto escludono le soluzione tecniche più diffuse per l’aumento dell’efficienza irrigua della tipologia irrigua a scorrimento, lasciando come unica soluzione percorribile l’automazione della paratoia, onde variare la portata in relazione all’effettiva umidità dello strato di terreno occupato dalle radici del prato; analogamente va posto sotto telecontrollo l’intero apparato per ottenere una omogenea distribuzione della risorsa nei numerosi manufatti lungo tutta la testata dell’appezzamento.
Inizia il: 23 Febbraio 2021
Finisce il: 23 Ottobre 2022
Aggiornato il: 28 Febbraio 2023