In un’epoca in cui l’equilibrio tra l’aumento della produttività agricola e la sostenibilità è più critico che mai, i concetti di agricoltura smart e rigenerativa si sono affermati come strumenti essenziali per il futuro della coltivazione. Questi approcci innovativi puntano a rivoluzionare il modo in cui coltiviamo i terreni, concentrandosi sul miglioramento dell’efficienza e sulla riduzione dell’impronta ecologica delle pratiche agricole. Tuttavia, poiché l’agricoltura contribuisce per il 19-29 per cento a tutte le emissioni di gas serra,[1] questo settore affronta la duplice sfida di nutrire una popolazione mondiale in crescita e, allo stesso tempo, mitigare il proprio impatto ambientale. Per rispondere a queste sfide, comunità, agricoltori, governi e organizzazioni non governative si rivolgono all’agricoltura smart, all’agricoltura rigenerativa e alle tecniche di rewilding.
L’agricoltura smart introduce tecnologie avanzate come gli strumenti di agricoltura di precisione, le immagini satellitari e l’analisi dei dati per ottimizzare l’uso delle risorse e aumentare le rese delle colture, riducendo al contempo sprechi e inquinamento. L’agricoltura rigenerativa va oltre, ponendo l’accento sul ripristino della salute del suolo, della biodiversità e dei servizi ecosistemici essenziali per sistemi alimentari sostenibili. Il rewilding è una strategia di conservazione che mira a ripristinare e proteggere gli ecosistemi naturali riducendo l’influenza umana e reintroducendo le specie autoctone. Insieme, questi approcci offrono un percorso promettente verso la sicurezza alimentare, il ripristino del territorio e la resilienza ai cambiamenti climatici.
Le innovazioni che stanno trasformando l’agricoltura non si limitano però ai campi e ai frutteti. Sorprendentemente, alcuni dei progressi più significativi arrivano dallo spazio: organizzazioni come l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) svolgono oggi un ruolo cruciale nella nostra agricoltura.
Le sfide dell’agricoltura smart e rigenerativa
L’agricoltura smart, l’agricoltura rigenerativa e il rewilding sono fondamentali nella gestione del degrado del suolo, nel ripristino ambientale e nella sicurezza alimentare. Impiegando tecnologie avanzate come le immagini satellitari, l’automazione e i sensori del suolo wireless, l’agricoltura smart punta a migliorare le pratiche colturali, aumentare l’efficienza nell’uso delle risorse e ridurre l’impatto ambientale.
L’importanza di questi approcci è sottolineata dal fatto che, negli ultimi quarant’anni, quasi un terzo dei terreni coltivabili del mondo è andato perduto a causa dell’erosione o dell’inquinamento[2] (Figura 1), e le Nazioni Unite avvertono che entro il 2050 il 90 per cento dello strato superficiale del suolo terrestre rischia di essere compromesso.[3]
Ciononostante, l’adozione dell’agricoltura smart deve fare i conti con sfide quali l’aumento dei costi legati all’attività agricola, la limitata disponibilità di risorse e la necessità di trasformazioni sociali, economiche e normative di ampia portata.
Il ruolo della tecnologia spaziale in agricoltura
I progressi che stanno trasformando le nostre aziende agricole non si limitano alle soluzioni applicate sul campo. Alcune delle innovazioni più significative si trovano nello spazio, come la missione SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) dell’ESA, che si avvale di satelliti in orbita a circa 758 km dalla superficie terrestre.[4]
Le immagini satellitari sono un pilastro dell’agricoltura moderna e offrono una visione d’insieme di vaste aree agricole. Questa tecnologia consente agli agricoltori di monitorare l’uso del suolo, individuare le aree degradate e valutare lo stato di salute delle colture con una precisione senza precedenti. Inoltre, il monitoraggio climatico tramite dati satellitari permette di individuare precocemente fattori di stress ambientale come siccità, alluvioni ed eventi meteorologici estremi, consentendo agli agricoltori di intervenire tempestivamente e di adattare in modo efficace le proprie pratiche.
L’ESA sostiene l’agricoltura smart e rigenerativa attraverso le sue iniziative basate sui dati satellitari. Fornendo immagini settimanali, e in alcuni casi persino giornaliere, di località di tutto il mondo, l’ESA offre informazioni preziose sull’impatto dei cambiamenti climatici, degli eventi meteorologici estremi del passato e dei disastri di origine antropica.
In passato, l’uso di dataset estesi come quelli forniti dall’ESA aveva un’applicazione limitata in ambito agricolo, a causa della loro complessità e degli elevati costi associati all’impiego di grandi insiemi di dati per applicazioni altamente specifiche. Tuttavia, i progressi nella potenza di calcolo e nella modellazione dei big data con l’intelligenza artificiale (IA) hanno reso possibile sfruttare questi dati per una gamma più ampia di tecniche agricole.
La missione SMOS dell’ESA
Lanciata nel 2009, la missione SMOS dell’ESA raccoglie dati globali sull’umidità del suolo e sulla salinità degli oceani. I dati e le osservazioni preziosi raccolti dalla missione SMOS sono fondamentali per approfondire la comprensione delle complesse dinamiche tra la superficie terrestre e l’atmosfera. Questo, a sua volta, svolge un ruolo determinante nel migliorare l’accuratezza e l’efficacia dei modelli meteorologici e climatici.
Il satellite SMOS utilizza un radiometro interferometrico operante nella banda L delle microonde per acquisire immagini della “temperatura di brillanza”, misurando le emissioni di radiazione della superficie. Queste immagini permettono di creare mappe globali accurate dell’umidità del suolo, con una precisione del 4 per cento e una risoluzione spaziale di circa 50 km.[5] Questi dati possono segnalare le aree con eccesso o carenza d’acqua, avvisando gli agricoltori di condizioni di siccità o stress idrico.
Il programma Copernicus e gli sviluppi futuri
Fornire informazioni accurate, tempestive e accessibili è cruciale per migliorare la gestione ambientale. Queste informazioni ci aiutano a comprendere le sfide climatiche che riguardano sia l’agricoltura sia la società, consentendo di affrontarle in modo più efficace. L’ambizioso programma Copernicus dell’Unione Europea, realizzato in collaborazione con l’ESA, va oltre la missione SMOS, impiegando una combinazione di satelliti, misurazioni a terra e tecnologie avanzate per monitorare e gestire diversi elementi ambientali.
La famiglia di satelliti Sentinel (Figura 2) è una componente chiave del programma Copernicus e costituisce la spina dorsale delle attività di osservazione della Terra. Questi satelliti monitorano l’uso del suolo, lo stato di salute della vegetazione, l’umidità del suolo, la temperatura e l’andamento meteorologico, fornendo dati preziosi per l’agricoltura smart.
Grazie ai dati dei satelliti Sentinel, gli agricoltori possono seguire i cambiamenti nell’uso del suolo, come la crescita delle colture e lo stato della vegetazione. Questi dati supportano analisi sofisticate per l’individuazione precoce di stress o malattie delle colture, ottimizzano le tecniche di irrigazione e fertilizzazione e aiutano a prendere decisioni informate per massimizzare le rese. Combinati con i sensori a terra, i dati satellitari forniscono informazioni in tempo reale sui livelli di umidità del suolo e sulla temperatura.
Il programma Copernicus svolge inoltre un ruolo cruciale nelle previsioni meteorologiche e nel monitoraggio climatico, raccogliendo dati sulle condizioni atmosferiche, sull’andamento delle temperature e sui livelli delle precipitazioni. Aiuta a tracciare il bestiame e a monitorare specie dannose come talpe o tassi, permettendo agli agricoltori di pianificare le proprie attività in modo efficiente e di ridurre efficacemente i danni alle colture.
Come i satelliti influenzano i nostri campi e le nostre foreste
Attualmente l’ESA utilizza tecnologie satellitari innovative per migliorare le pratiche agricole nei Paesi Bassi. Poiché le preoccupazioni ambientali e i requisiti normativi rendono l’agricoltura sempre più complessa, i satelliti dell’ESA, comprese le missioni SMOS e Copernicus Sentinel, forniscono dati cruciali che aiutano gli agricoltori a ottimizzare le proprie attività.
I Paesi Bassi figurano tra i principali esportatori mondiali di alimenti e prodotti agricoli e puntano costantemente sull’integrazione di tecnologie innovative per migliorare la produttività e l’equilibrio ecologico. I dati satellitari dell’ESA si stanno affermando come uno strumento decisivo in molti ambiti dell’agricoltura olandese, offrendo informazioni dettagliate su umidità del suolo, salute delle colture e condizioni di crescita.
SMOS, per esempio, fornisce misurazioni indispensabili dell’umidità del suolo, consentendo agli agricoltori di gestire l’irrigazione in modo più efficace e di prevedere le rese con maggiore precisione. L’Institute of Environmental Sciences dell’Università di Leiden ha inoltre utilizzato i dati della missione Copernicus Sentinel per il monitoraggio remoto sia delle piante sia dei grandi erbivori in libertà (Figura 3), allo scopo di sviluppare strumenti per la gestione e il rewilding delle riserve naturali nei pressi di Amsterdam.[6]
I dati forniti dai satelliti e dai sensori a terra vengono utilizzati per sviluppare sofisticate tecniche di machine learning (ML) in grado di comprendere meglio i legami tra il comportamento degli animali e la vegetazione circostante.
Di recente, i dati SMOS sono stati impiegati per alimentare altri ambiti della modellazione agricola smart. Data la crescente rilevanza e gravità degli incendi boschivi, l’ESA e il Centro europeo per le previsioni meteorologiche a medio termine (ECMWF) hanno collaborato per integrare i dati SMOS con quelli del Canadian Forest Fire Weather Index, nel tentativo di modellare una migliore preparazione.
I dati satellitari e il telerilevamento vengono combinati per identificare le aree forestali ad alto rischio di incendio, generando un indice di probabilità di insorgenza di incendi (Fire Occurrence Probability Index, FOPI) compreso tra 0 e 1 (Figura 4). Un valore superiore a 0,8 indica un pericolo estremo, mentre 0 segnala l’assenza di pericolo.[7] Queste informazioni aiutano ad attuare misure preventive e a comprendere le cause e il comportamento del fuoco.
I dati del programma Copernicus alimentano modellazioni agricole e ambientali avanzate, e stanno emergendo iniziative ancora più complesse. Per esempio, il Gemello Digitale Europeo dell’Oceano (European DTO) sta creando una replica digitale dei nostri oceani per risanare i mari europei, con un’attenzione particolare alla sostenibilità e alla protezione della biodiversità marina.[8]
L’integrazione tra la crescente disponibilità di dati e la capacità di calcolo favorisce lo sviluppo di una replica digitale della Terra estremamente accurata, che consente agli scienziati di affrontare in modo efficace le sfide ambientali e agricole.
Conclusione
Le capacità di monitoraggio satellitare, come quelle delle missioni SMOS e Copernicus, offrono informazioni e strumenti di valore inestimabile per l’agricoltura smart. Grazie a un processo decisionale basato sui dati, a una gestione efficace delle risorse e all’adattamento ai cambiamenti ambientali, gli agricoltori possono praticare un’agricoltura sostenibile ed efficiente. Questo non solo porta benefici all’ambiente e alla società, ma sostiene anche iniziative più ampie come l’agricoltura rigenerativa e la prevenzione degli incendi boschivi.
Sebbene l’impatto iniziale della tecnologia spaziale sui nostri ambienti possa non essere immediatamente evidente, il lavoro dell’ESA ha già prodotto effetti considerevoli, destinati a crescere ulteriormente di importanza. Con l’affermarsi di tecnologie emergenti come i sensori del suolo, l’automazione agricola, l’IA e la modellazione avanzata, la tecnologia spaziale svolgerà un ruolo sempre più determinante nel prevenire le crisi, rigenerare i territori e migliorare il nostro approvvigionamento alimentare.
Per maggiori informazioni, l’ESA mette a disposizione un’ampia raccolta di dati di osservazione liberamente accessibili.
Fonti
[1] https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/Agriculture
[2] https://grantham.sheffield.ac.uk/soil-loss-an-unfolding-global-disaster/
[3] https://news.un.org/en/story/2022/07/1123462
[4] https://earth.esa.int/eogateway/missions/smos
[5] https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/FutureEO/SMOS/
[6] https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/Using_machine_learning_for_rewilding
[7] https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/FutureEO/SMOS/Forecasting_fires_with_SMOS
[8] https://www.copernicus.eu/en/news/news/observer-how-copernicus-marine-supports-european-digital-twin-ocean
