project - EIP-AGRI Operational Group

GIS-based information system for the forecasting of the risk of mycotoxin contamination in cereals - Service
Sistema informativo GIS-based per la previsione del rischio di contaminazione da micotossine nei cereali - Service

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Completed | 2019 - 2022 Italy
Completed | 2019 - 2022 Italy
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Objectives

The management of the risk of contamination by mycotoxins remains, in particular on maize, the key problem of cultivation at national level  to obtain a high quality production.
The project involves  the improvement of the joint risk prediction model from mycotoxins (aflatoxins-fumonisins) and the construction of a GIS-based IT platform that allows agricultural companies and technical assistance structures to consult territorial maps, rather than synthetic indexes, regarding the risk, during the harvesting, of contamination from mycotoxins in cereals

Objectives

Il progetto prevede il miglioramento del modello congiunto (aflatossine e fumonisine) per la previsione di rischio di contaminazione da micotossine su mais e la realizzazione di una piattaforma informatica GIS-based che permetta alle aziende agricole e alle strutture di assistenza tecnica la consultazione di mappe territoriali, piuttosto che di indici sintetici, riguardanti il rischio di contaminazione da micotossine nei cereali alla raccolta.

Activities

• Development of functions for the improvement of the joint model of risk prediction from mycotoxins (aflatoxins-fumonisins) Mycotox-maize
• Development on the GIAS system of a computerized platform for the automation of models for predicting the risk of mycotoxin contamination in cereals.
• Implementation of machine learning approaches to improve the performance of forecasting models.

Activities

• Sviluppo di funzioni per il miglioramento del modello congiunto di previsione di rischio da micotossine (aflatossine-fumonisine) Mycotox-maize
• Sviluppo su sistema GIAS di una piattaforma informatizzata per l'automazione dei modelli di previsione del rischio di contaminazione da micotossine nei cereali.  
• Implementazione di approcci di machine learning per migliorare le prestazioni dei modelli previsionali.

Project details
Main funding source
Rural development 2014-2020 for Operational Groups
Rural Development Programme
2014IT06RDRP003 Italy - Rural Development Programme (Regional) - Emilia-Romagna
Location
Main geographical location
Forlì-Cesena
Other geographical location
Piacenza, Ferrara

€ 248493.25

Total budget

Total contributions from EAFRD, national co-financing, additional national financing and other financing.

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2 Practice Abstracts

Final results

The interaction between the main mycotoxigenic fungi of corn (Aspergillus flavus and Fusarium verticillioides) in terms of growth and toxin production was studied in order to develop a joint model for fumonisins and aflatoxins that considers the co-presence of the two species.

The validation of the Maize-tox model showed an efficiency, referring to all the correct predictions, which in the case of the AFB1 prediction is equal to 68%, while in the case of the FBs prediction it is equal to 72%.

During the monitoring of contamination in the Emilia-Romagna Region, 101 samples were collected, 53 in 2020 and 48 in 2021. 4% of the samples tested positive for AFB1 and 14% for FB in 2020, both above the legal limit , while in 2021 these percentages were respectively 8% and 20%.

A platform has been developed that allows you to automatically perform mycotoxin contamination risk forecasts at harvest for corn and wheat, using meteorological data as input, of the chosen location. The outputs (risk indices) are provided by the system both in graphical (traffic light and probability curve) and tabular form. The system is also able to provide an elaboration through a territorial risk map extended to the entire Emilia-Romagna Region.

Finally, the historical crop data was processed using an innovative approach, with the use of machine learning (ML) techniques, to optimize the statistical modeling of the interaction between meteorological impact and crop techniques on the presence of mycotoxins in corn, to be used for forecasting purposes.

Risultati finali

E’ stata approfondita l’interazione tra i principali funghi micotossigeni del mais (Aspergillus flavus e Fusarium verticillioides) in termini di crescita e produzione di tossine al fine di sviluppare un modello congiunto per fumonisine e aflatossine che consideri la co-presenza delle due specie.

La validazione del modello Maize-tox ha mostrato un’efficienza, riferita a tutte le previsioni corrette, che nel caso della previsione di AFB1 è uguale al 68%, mentre nel caso della previsione di FBs è uguale a 72%.

Durante il monitoraggio della contaminazione in Regione Emilia-Romagna sono stati raccolti 101 campioni, 53 nel 2020 e 48 nel 2021. Il 4% dei campioni è risultato positivo per AFB1 e il 14% per FB nel 2020, entrambi al di sopra del limite legale, mentre nel 2021 tali percentuali sono state rispettivamente dell'8% e del 20%. 

E’ stata sviluppata una piattaforma che consente di eseguire in automatico le previsioni di rischio di contaminazione da micotossine alla raccolta per mais e frumento, utilizzando i dati meteorologici come input, della località prescelta. Gli output (indici di rischio) vengono forniti dal sistema sia in forma grafica (semaforo e curva di probabilità) che tabellare. Il sistema è in grado di fornire anche un’elaborazione tramite una mappa territoriale di rischio estesa all’intera Regione Emilia-Romagna.

Si è proceduto infine all’elaborazione dei dati colturali storici tramite un approccio innovativo, con l’impiego di tecniche di machine learning (ML), per ottimizzare la modellizzazione statistica dell’interazione tra impatto meteorologico e tecniche colturali sulla presenza di micotossine in mais, da utilizzare poi a scopo previsionale. 

The main results exspected are:

• Creation of a GIS-based IT platform with controlled access allowing the technical and / or storage structure or the agricultural producer to consult territorial maps of mycotoxin risk relative to the farms or areas of their competence.

• Automation of risk forecasts with the daily import of meteorological data from the regional mereorological service network and from any corporate weather sensor

• Improvement of the organization of the harvest based on the risk forecast, rationalizing also the post-harvest logistics and the choice of destination of use of the products obtained and concentrating grain sampling and analysis in areas in potentially high-risk area.

I Principali benefici per gli utilizzatori che possono derivare dai risultati del progetto sono: 

• Realizzazione di una piattaforma informatica GIS-based ad accesso controllato che permetta alla struttura tecnica e/o di stoccaggio o al produttore agricolo la consultazione di mappe territoriali di rischio di contaminazione da micotossine relativamente alle aziende/aree di propria competenza.

• Automatizzazione delle previsioni di rischio con l’importazione quotidiana dei dati meteorologici dalla rete ARPAE e da eventuale sensoristica meteo aziendale. 

• Miglioramento dell’organizzazione della raccolta in base alla previsione di rischio, razionalizzando anche la logistica post-raccolta e la scelta della destinazione d’uso dei prodotti ottenuti e concentrando campionamenti della granella e analisi nelle zone nelle zone potenzialmente ad alto rischio.

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Contacts

Project coordinator

  • Ri.Nova Soc. Coop.

    Project coordinator

Project partners

  • Agronica Srl

    Project partner

  • Dinamica S.C.ar.l.

    Project partner

  • Grandi Colture Italiane Società Cooperativa Agricola

    Project partner

  • Università Cattolica del Sacro Cuore

    Project partner