Sviluppo di un sistema di supporto alle decisioni per la coltivazione sostenibile del Grano Duro CV. "Senatore Cappelli" attraverso l'utilizzo di dati prossimali e telerilevati

The Durum wheat (Triticum durum Desf.) cv. "Senatore Cappelli" is a cultivar selected by Nazareno Strampelli in 1915. The cv. “Senatore Cappelli” is characterized by very tall plants, low production, and high grain protein content. In the last years, It has met with considerable interest from the market for its grain quality and nutraceutical properties. Future European agricultural production will need to be at the same time more productive and more sustainable. Site-specific management (SSM) can promote a new sustainable European agriculture. SSM, also known as Precision Agriculture (PA), is an agronomic strategy that manages within-field variability. Several methods are often used to measure spatial field variability, but these have several limitations in large-scale applications. The main goal of this Thesis was to develop a Decision Support System (DSS) for the sustainable cultivation of Durum wheat cv. "Senatore Cappelli". This DSS can be divided into two modules: a) Digital Soil Mapping Module, which uses rapid methods to assess field variability and map the same soil properties. b) Crop Suitability module where the information obtained from the first module are used to explain yield variability. Alternative methods at the apparent soil electrical conductivity (ECa) were evaluated in the DSM module. Geospatial ECa mapping is a sensor technology that has a significant role in spatial field characterization. However, this method has several limitations; therefore, the rapid expansion of Precision Agriculture required an alternative, faster way to map spatial field variability. Multi-temporal images with bare soil pixels (SYSI) can be a valid alternative to ECa, understood as a proxy of soil variability. In particular, the red band (B4) of SYSI and the bare soil index SOCI (Soil Organic Carbon Index) can be used as a rapid and economically proxy of soil variability. Moreover, in the DSM module, rapid methods for Soil Organic Carbon mapping were assessed. The study and management of the Soil Organic Carbon variability are essential for a new sustainable agriculture. The rapid expansion of Precision Agriculture requires rapid and inexpensive methods for SOC mapping. Bare soil indices provided by SYSI can explain SOC variability and could be used as auxiliary information in sampling optimization. Moreover, SYSI allowed a reduction of the sampling scheme by about 75% with a consequent significant cost reduction. Finally, a preliminary suitability analysis of cv. “Senatore Cappelli” was carried out in the Crop Suitability module, using topographical features, soil data, and bare soil images by SYSI. Soil and topography properties explain only 13% of with-in grain yield variability, and SYSI alone produced accurate predictions and confirmed that it is a good way to quickly obtain information on soil variability and suitability for the cultivation of a specific crop or cultivar.

Il grano duro (Triticum durum Desf.) cv. “Senatore Cappelli” è una cultivar selezionata da Nazareno Strampelli nel 1950. Il “Senatore Cappelli” è un grano a taglia alta, caratterizzato da besse rese e elevato contenuto proteico della sua granella. Negli ultimi anni ha riscontrato un notevole interesse da parte del mercato, interessato alle sue proprietà qualitative e nutraceutiche. A causa dei cambiamenti climatici e dell’incremento della popolazione mondiale prevista per i prossimi decenni, la futura produzione agricola europea dovrà essere contemporaneamente più produttiva e sostenibile. Una gestione agronomica sito-specifica (MSS) aiuterà a raggiungere tali obiettivi. MSS, anche conosciuta come Agricoltura di Precisione (AP), è una strategia agronomica che permette di gestire la variabilità intra-campo. Diversi metodi vengono utilizzati per misurare la variabilità del campo, tali metodi però, presentano delle problematiche che limitano il loro utilizzo in applicazioni a vasta scala. Il principale obiettivo di questa Tesi è stoto quello di sviluppare un Sistema di Supporto alle Decisioni (SSD) per la coltivazione sostenibile del grano duro cv “Senatore Cappelli”. Questo SSD può essere diviso in due moduli: a) modulo sulla mappatura del suolo digitale (MSD), nel quale vengono utilizzati metodi rapidi per la valutazione della variabilità intra-campo e per la mappatura spaziale delle proprietà del suolo; b) modulo sulla vocazionalità alla coltivazione , nel quale, le informazioni ottenute dal primo modulo sono utilizzate per interpretare la variabilità spaziale della resa. Nello specifico, nel modulo MSD, sono stati valutati alcuni metodi rapidi ed alternativi alla mappatura della Conducibilità Elettrica apparente (CEa). La mappatura della CEa, attraverso l’utilizzo di sensori prossimali è uno dei metodi più utilizzati in AP, per la spazializzazione della variabilità intra-campo delle proprietà del suolo, tale metodo però presenta delle limitazioni. Pertanto, la rapida espansione della AP richiede alternative rapide ad economiche. Le Immagini multitemporali aventi pixels a suolo nudo (SYSI, Synthetic Soil Images), possono essere una valida alternativa al monitoraggio della CEa, inteso come proxy della variabilità spaziale. Inoltre, nel modulo MSD, sono stati valutati rapidi metodi per la mappatura del Carbonio Organico del suolo. Lo studio e la gestione della variabilità del Carbonio Organico del Suolo (CO) sono essenziali per una nuova agricoltura sostenibile. Gli indici a suolo nudo forniti dalle SYSI permettono di spiegare e spazializzare in maniera rapida la variabilità del CO nel suolo. Inoltre, essi potrebbero essere usati come informazione ausiliare nei processi di ottimizzazione del campionamento. Nello specifico, l’utilizzo di SISY ha permesso una riduzione del 75% dello schema di campionamento, con conseguente diminuzione significativa dei costi. In fine, nel modulo relativo alla vocazionalità delle coltivazioni è stata effettuata una preliminare analisi di vocazionalità della cv. Senatore Cappelli, usando informazioni topografiche, dati del suolo e immagini a suolo nudo fornite da SISY. Le caratteristiche topografiche e del suolo permettono di spiegare il 13% della variabilità intra-campo della resa. Inoltre, hanno permesso di ottenere un’accurata predizione pertanto hanno confermato di essere un valido e rapido strumento per la stima della variabilità intra-campo delle proprietà fisiche chimiche del suolo.