Un programma di sovvenzioni del Servizio di Conservazione delle Risorse Naturali del Ministero dell'Agricoltura statunitense ha portato in fase di test applicativo l'utilizzo di specifiche 'tecnologie GPS' per l'agricoltura, oggetto di studio già da alcuni anni.

I risultati di questo studio, condotto presso l'Università del Missouri e riportato dalla Società americana di Agronomia, serviranno ai tecnici del ministero dell'Agricoltura statunitense per fornire assistenza agli agricoltori, nell'ambito del programma 'EQIP' ('Environmental Quality Incentives Program'), volto ad incentivare la riduzione dell'impatto ambientale delle colture agricole, in questo caso, ottenibile tramite la riduzione delle dosi di fertilizzazione azotata, che avverrebbe solo in quelle fasi del ciclo di sviluppo della coltura, in cui si mostrasse necessaria.

La riduzione della concimazione azotata ha anche il positivo effetto di consentire un risparmio sui costi di coltivazione, nel momento in cui, disponendo di informazioni idonee a definire in modo preciso le necessità della coltura, le si possa fornire non più della dose di fertilizzante adeguata a massimizzare la resa. Tale dose coincide con le reali esigenze nutritive della pianta, al tendere a zero delle perdite di fertilizzante nell'ambiente.

Studi svolti nel 2006 e 2007 presso l'Università Purdue (Indiana – USA) da Jim Camberato e Bob Nielsen hanno evidenziato che la dose ottimale di azoto non è strettamente correlata ai raccolti più elevati e che quindi raccolti più abbondanti non richiedono necessariamente più elevate dosi di questo macro-elemento, al contrario di quanto si credeva invece in passato, quando alcuni agricoltori somministravano dosi eccessive di azoto, nella convinzione di ottenere in questo modo un raccolto più abbondante.

La strada finora più praticata nel definire le necessità di nutrizione minerale delle colture era quella di sottrarre dalla dose lorda, la differenza tra disponibilizzazione ed asportazione di ciascun elemento nutritivo, che si ritiene si verifichi in un determinato terreno, in funzione di tutta una serie di fattori pedologici (di natura del suolo) e climatici (presenza di piogge).

Nel caso dell'azoto la questione è più complessa rispetto agli altri macro-elementi (P eK) poiché si tratta di un fattore nutritivo molto solubile e quindi altrettanto mobile nel terreno; per questo motivo, una volta stabilite la dose lorda, la quantità naturalmente ceduta dalla sostanza organica del suolo e quella (molto più complessa da definire) che viene dispersa dall'acqua circolante e nell'aria, è possibile calcolare la dose di azoto da applicare al suolo, che dovrà essere distribuita in forme e con modalità che minimizzino le dispersioni e massimizzino l'assorbimento da parte della pianta, nelle diverse fasi del suo ciclo colturale.

Per ottenere questo genere di risultati si somministrano, in genere in modo frazionato, fertilizzanti in grado di originare e cedere le forme di azoto solubili, in modo più o meno lento, ovvero in corrispondenza delle fasi di maggiore necessità da parte di ciascuna coltura. Anche questa complessiva attenzione non è però sufficiente a ridurre sperperi ed inquinamento, poiché tutti i detti fattori, ed anche la fertilità del terreno, possono variare di molto nei diversi punti dell'appezzamento. E' su questo elemento in particolare che si sono concentrate quindi le attenzioni relative alla possibile applicazione di tecnologie GPS, poiché essere permettono di attribuire coordinate geografiche a valori rilevati da micro-sensori, come ad esempio quelli relativi al contenuto di azoto nei diversi punti dell'appezzamento. I valori di azoto rilevati vengono poi trasmessi, tramite dispositivi senza fili (wireless), a centraline di controllo automatiche o mediate dall'uomo, che a loro volta attivano, se necessario, la distribuzione dei fattori nutritivi idonei a compensare una situazione di carenza (es. per mezzo di un impianto di fertirrigazione).

Arrivare ad una quantificazione delle disponibilità naturali di azoto, valutando tutti i singoli fattori implicati è però un opera piuttosto ardua e per questo motivo l'attuale frontiera dei ricercatori è basata sulla valutazione diretta di più indicativi parametri sensoriali, ovvero sulla misurazione della riflettanza della luce da parte della 'canopy' (superficie fogliare); tale parametro varia con entità e tipo di colorazione delle foglie ed è correlato al diverso stato nutrizionale della coltura, che può anche variare in punti differenti di uno stesso appezzamento. La riflettanza ottica può quindi aiutare a definire la più adeguata dose di fertilizzante da somministrarsi nei momenti in cui esso sia realmente necessario, permettendo quindi di distribuirlo frazionatamente in post-emergenza (=dopo la germinazione e primo sviluppo della coltura).

Tra i primi test di questo genere di misurazione ottiche che ci è dato conoscere ve ne è uno di cui riferiva già ad agosto 2008 l'Università Purdue (Indiana – USA), condotto dagli stessi Bob Nielsen e Jim Camberato di cui sopra.

Lo studio svolto presso l'università del Missouri e del quale riferisce la società americana di agronomia è stato invece svolto da Newell R. Kitchen, professore associato in scienza delle piante; esso è durato 4 anni (2004-2007) ed è consistito in 16 test sperimentali in campo, condotti durante 4 stagioni di coltivazione, in tre rilevanti aree di coltura del Missouri ed aventi per oggetto il rilievo della riflettanza della luce (quota della luce incidente che viene riflessa, in questo caso da parte della superficie fogliare della coltura) in specifici punti della zona soggetta a test.

Ciascuno degli appezzamenti, coltivati con una stessa coltura, era suddiviso in otto diverse parcelle test, trattate con differenti dosi di fertilizzante azotato (da 0 a 95,2 chilogrammi di azoto, con incrementi di 13,6 Kg tra una parcella e la successiva), applicato contemporaneamente in corrispondenza di quelle fasi del ciclo colturale in cui la pianta mostrava di averne bisogno; contemporaneamente veniva misurata la riflettanza alla luce della superficie fogliare.

Alla fine delle stagione di crescita, dalla correlazione tra dosi di azoto e raccolto ottenuto in tutti le parcelle di ciascun appezzamento, è stata definita la dose ottimale di fertilizzante, per ognuna di esse ed infine tali valori sono stati confrontati con quelli della riflettanza fogliare, provenienti dai sensori.

Considerando le diverse dosi di fertilizzante utilizzate, i relativi costi unitari, ed il prezzo unitario di mercato di ciascuna produzione, si è potuto definire il costo ed il ricavo complessivo della coltura in ciascuna delle 8 parcelle ed arrivare, in conclusione, a determinare quale delle dosi di fertilizzante abbia prodotto il reddito più elevato.

Successive elaborazioni hanno permesso di definire che l'azoto necessario (per ottenere la produzione più elevata) differiva nella maggior parte dei campi sperimentali di oltre 112 kg/ha. Alcune differenze di efficienza di questa tecnologia sono state osservate nei suoli sabbiosi di origine fluviale, che sono risultati più adatti per l'applicazione di questa tecnologia.

Tutto ciò ha permesso di evidenziare i vantaggi in termini di minori costi e minore inquinamento che possono ricavarsi ottimizzando l'applicazione di azoto sulla base di rilievi delle necessità nutrizionali della pianta per mezzo di sensori ottici, con un incremento dei profitti oscillante tra 25 e 50 dollari per ettaro ed un risparmio di uso dell'azoto oscillante tra Kg 4,5 e Kg 22,7 per acro (= tra 12,6 e 56,75 chilogrammi/ha), con variazioni dipendenti dal tipo di suolo, dal prezzo del fertilizzante e del cereale utilizzato.