project - EIP-AGRI Operational Group
SMARTFIT_Innovative techniques of organic and mineral fertilization in soil context vulnerable to compaction
SMARTFIT_Tecniche innovative di fertilizzazione organica e minerale in ambienti pedologici soggetti al compattamento
Objectives
In pedological contexts vulnerable to compaction, joined with traditional agronomic technique may degrade the soil structure and therefore the yields.
The difficulty of planning field activities and the fragility of such soils represent the two main limiting factors.
A more efficient distribution of organic and mineral fertilisers and the improvement of the soil structure, represent the main objectives of the SmartFIT project.
The three different strategies were identified:
- Georeferenced and differenced distribution of chemical and organic input;
- Optimisation of transit lines of the farm machines;
- Assessment of the optimal moment of field intervention.
Objectives
In contesti pedologici soggetti al compattamento uniti alla presenza di tecniche agronomiche tradizionali, comportano l’insorgenza di fenomeni di degradazione dei suoli con riduzione delle rese produttive.
La difficoltà di programmare gli interventi in campo e la fragilità di tali suoli costituiscono i principali fattori limitanti.
Un’efficiente distribuzione dei fertilizzanti organici e minerali e un miglioramento della struttura dei suoli rappresentano i principali obiettivi del progetto SmartFIT. Tre strategie d’intervento verranno adottate:
- Ottimizzazione momento di entrata in campo;
- Traffico controllato;
- Applicazione differenziata di input minerali ed organici.
Activities
The activities developed during the project aim to work on farms with hard soil conditions and are divided by WP, as follow:
WP1 – Project management: OG Organization;
WP2 – Project information and dissemination: share project results with other farmer managers;
WP3 – Data collection and pre-elaboration: Big data management, soil, biomass and vegetative index;
WP4 – Distribution of nutritious elements: conventional and Variable rate application comparison;
WP5 – Soil transitability: transit lines cheking and moment of field intervention;
WP6 – Decision Support System (DSS) that have to help the farmer decision;
WP7 – Summary and project replicability
Activities
Le attività sviluppate durante il progetto SmartFIT, supportano le aziende agricole che operano in contesti pedologici soggetti al compattamento e sono state suddivise in WP come segue:
WP 1 – Project management;
WP 2 – Informazione e disseminazione del progetto;
WP 3 – Raccolta e pre-eleborazione dati;
WP 4 – Distribuzione variabile degli elementi nutritivi (Agricoltura di Precisione);
WP 5 – Transitabilità suoli (Traffico controllato e valutazione momento ottimale di intervento in campo);
WP6 – Sistema supporto alle decisioni (DSS)
WP7 – Sintesi
Project details
- Main funding source
- Rural development 2014-2020 for Operational Groups
- Rural Development Programme
- 2014IT06RDRP014 Italy - Rural Development Programme (Regional) - Veneto
Location
- Main geographical location
- Treviso
€ 334641
Total budget
Total contributions from EAFRD, national co-financing, additional national financing and other financing.
Project keyword
10 Practice Abstracts
RECOMMENDATIONS FOR RESEARCH INSTITUTES 3
In addition, the company often resorts to the contractor especially for harvesting machines that have tracks and fixed widths and little modifiable. Also in the collection phase, the transport yards with vehicles passing through the plots are the weak point of the whole mechanization because they are not always equipped for the transit on agricultural land. Further experiences are therefore necessary to demonstrate in our country the validity of this technique that has had wide success elsewhere in the world. In other words, the aim is to demonstrate to users that the investments required for the adaptation of the machinery fleet and the modification of the company’s organisation are less than the advantages that can be achieved either by increasing income, both with the preservation of the soil resource and the improvement of its fertility.
RACCOMANDAZIONI PER GLI ISTITUTI DI RICERCA 3
Inoltre, spesso l’azienda ricorre al contoterzista soprattutto per le macchine da raccolta che hanno carreggiate e larghezze fisse e poco modificabili. Sempre in fase di raccolta, i cantieri di trasporto con automezzi che transitano all’interno degli appezzamenti costituiscono il punto debole dell’intera meccanizzazione perché non sempre sono equipaggiati per il transito su terreno agricolo. Ulteriori esperienze sono dunque necessarie per dimostrare anche nel nostro Paese la validità di questa tecnica che ampio successo ha avuto altre parte del mondo. Si tratta cioè di dimostrare agli utilizzatori che gli investimenti necessari per l’adeguamento del parco macchine e la modifica dell’organizzazione aziendale sono inferiori ai vantaggi conseguibili sia con l’aumento del reddito, sia con la salvaguardia della risorsa suolo e il miglioramento della sua fertilità.
RECOMMENDATIONS FOR RESEARCH INSTITUTES 2
This is a first approach to solving the problem, but, once it has been brought to fruition, some important aspects can be advanced. First of all, the perception of the importance of the problem of compaction on the part of the entrepreneur has been accentuated also in relation to the fact that the first positive effects on the structure of the land, especially in non-traffic areas, could be assessed; these effects were not evaluated analytically and experimentally, but the impression from the entrepreneur was largely positive.
Secondly, the procedure of transferring the indications on traffic lines programmed at the stage to the tractor monitor has been tested thanks to satellite guidance systems that make driving easier even when the lanes are not visible.
The project has also made it possible to evaluate the critical aspects that in fact affect and slow down the adoption of this technique. High investments may be necessary for the adaptation of the fleet that takes place or with the purchase of a new machine or the modification of the roadways of tractors replacing the original axles with others of greater width, or at the end of the half-axes of the spacer coils or cylindrical thicknesses connecting the wheel to the half-axle. However, road traffic is problematic because the road limits are exceeded.
RACCOMANDAZIONI PER GLI ISTITUTI DI RICERCA 2
Si tratta di un primo approccio alla risoluzione del problema, ma, portato alla sua realizzazione, consente di avanzare alcuni aspetti importanti. Innanzitutto, la percezione dell’importanza del problema del compattamento da parte dell’imprenditore si è accentuata anche in relazione al fatto che si sono potuti valutare i primi effetti positivi a livello della struttura del terreno, soprattutto nelle zone non trafficate; tali effetti non sono stati valutati analiticamente e sperimentalmente, ma l’impressione da parte dell’imprenditore è stata ampiamente positiva.
In secondo luogo, è stata testata la procedura di trasferimento delle indicazioni sulle linee di traffico programmate a tavolino al monitor del trattore grazie ai sistemi di guida satellitare che consente di agevolare la guida anche quando le corsie sono poco visibili.
Il progetto ha consentito anche di valutare gli aspetti di criticità che di fatto condizionano e rallentano l’adozione di questa tecnica. Elevati investimenti possono essere necessari per l’adeguamento del parco macchine che si concretizza o con l’acquisto di una nuova macchina oppure la modifica delle carreggiate dei trattori sostituendo gli assali originali con degli altri di larghezza maggiore, oppure ancora applicando al termine dei semiassi delle bobine spaziatrici o degli spessori cilindrici che collegano la ruota al semiasse. In ogni caso risulta problematica la circolazione su strada perché vengono superati i limiti stradali previsti.
RECOMMENDATIONS FOR RESEARCH INSTITUTES 1
The smartfit project highlighted the potential of cooperation in the field of precision agriculture as it was possible to generate products calibrated in agricultural contexts of reference, but at the same time the complexity of the real application emerged with concrete results of this practice. Fundamental is the sharing of data and experiences collected from other realities in order to validate and extend the replicability of these contexts.
The methodology proposed in the project included the following activities:
Controlled traffic: Study of the machinery and the cultivation operations carried out in the company
Controlled traffic: Design of transit lines
Controlled traffic: Adjustment of machinery and application tests.
The model adopted in the project is the result of a compromise between the need not to interfere heavily on the organization and the company mechanization and the need to reduce compaction. In fact, the implemented solution does not identify precise lines of compaction, but tends to keep the transit lines on paths more concentrated than traditional management, standardizing working widths.
RACCOMANDAZIONI PER GLI ISTITUTI DI RICERCA 1
Il Progetto SmartFIT ha evidenziato le potenzialità della cooperazione nell’ambito dell’agricoltura di precisione in quanto è stato possibile generare prodotti calibrati nei contesti agricoli di riferimento, ma allo stesso tempo è emersa la complessità della reale applicazione con risultati concreti di questa pratica. Fondamentale è la condivisione di dati ed esperienze raccolte presso altre realtà al fine di validare ed estendere la replicabilità di tali contesti.
La metodologia proposta nel progetto comprendeva lo svolgimento delle seguenti attività:
− Traffico controllato: Studio del parco macchine e delle operazioni colturali svolte in azienda
− Traffico controllato: Progettazione delle linee di transito
− Traffico controllato: Adeguamento parco macchine e test applicativi.
Il modello adottato nel progetto è il risultato di compromesso tra la necessità di non interferire pesantemente sull’organizzazione e sulla meccanizzazione aziendale e l’esigenza di ridurre il compattamento. In effetti la soluzione attuata non individua linee precise di compattamento, ma tende a mantenere le linee di transito su percorsi più concentrati rispetto alla gestione tradizionale, uniformando larghezze di lavoro.
RECOMMENDATIONS FOR AGRICULTURAL HOLDINGS
Analyze business problems and submit them to operational groups in contexts of cooperation and innovation as the smartfit project represents an important opportunity for growth both by the farm and by the partners involved, which deserves, despite possible operational difficulties, to be supported; The smartfit Project has analyzed the entire context related to the main operations of processing, fertilization and harvesting of arable land in "complex" soils. Operating manuals and applicable tools were produced. It is recommended, given the considerable commitment dedicated to the production of such results to their thorough examination and contact the Operational Group to facilitate their application; TERRANIMO. Once the previous analyses have been carried out, it can be stated that if the SCI index is greater than 0.10 (with a particular focus on the deeper layers), agricultural processing with simulated machinery should not be implemented. To reduce the problem of compaction you can act in the following ways: change the type of tire, reduce the inflation pressure (main cause of compaction of the first layer of soil), reduce the load transported (main cause of compaction of the deepest layers of soil), carry out the work only at dry conditions of the soil (increase in soil resistance).
RACCOMANDAZIONI PER AZIENDE AGRICOLE
Analizzare i problemi aziendali e sottoporli a gruppi operativi in contesti di cooperazione e innovazione come il progetto SmartFIT rappresenta un’importante occasione di crescita sia da parte dell’azienda Agricola sia da parte dei partner coinvolti, che merita, nonostante le possibili difficoltà operative, di essere sostenuta; Il Progetto SmartFIT ha analizzato l’intero contesto legato alle principali operazioni di lavorazione, concimazione e raccolta di seminativi in suoli “complessi”. Sono stati prodotti dei manuali operativi e tool applicabili. Si raccomanda, dato il notevole impegno dedicato alla produzione di tali risultati ad una loro presa visione approfondita e di contattare il Gruppo operativo per facilitarne la loro applicazione; TERRANIMO. Una volta effettuate le precedenti analisi, è possibile affermare che se l’indice SCI è maggiore di 0.10 (con un focus particolare per gli strati più profondi), la lavorazione agricola con i macchinari simulati non dovrebbe essere attuata. Per ridurre il problema del compattamento è possibile agire nei seguenti modi: cambiare tipo di pneumatico, ridurre la pressione di gonfiaggio (causa principale di compattamento del primo strato di suolo), ridurre il carico trasportato (causa principale di compattamento degli strati più profondi di suolo), effettuare le lavorazioni solo in corrispondenza di condizioni asciutte del terreno (aumento di resistenza del suolo).
RECOMMENDATIONS FOR PUBLIC ADMINISTRATION
Thanks to the work of the Smartfit Project it can be inferred that the application of innovative techniques such as precision agriculture and processing in "difficult" soils has spurred Agricultural companies to take a few steps forward. The road to their full application still needs support from the public administration which should consider that in this context more actors are needed than the business context and the manufacturers of technology as consultants and innovation brokers who have the task of facilitating the meeting between the different figures necessary to implement all the application steps; These practices would require initial support to overcome both the distrust and the initial difficulties in approaching these methodologies.
RACCOMANDAZIONI PER PUBBLICA AMMINISTRAZIONE
Grazie al lavoro del Progetto SmartFIT si può affremare che l’applicazione di tecniche innovative come l’agricoltura di precisione e le lavorazioni in suoli “difficili” ha spronato le aziende Agricole a fare qualche passo in avanti. La strada per la loro piena applicazione necessità ancora di supporto da parte dell’amministrazione pubblica la quale dovrebbe considerare che in questo contesto sono necessari più attori oltre al contesto aziendale e alle case produttrici di tecnologia come consulenti e innovation brokers che hanno il compito di facilitare l’incontro tra le diverse figure necessarie ad attuare tutti i passaggi appliccativi; Queste pratiche necessiterebbero di un sostegno iniziale per superare sia la diffidenza che le difficoltà iniziali ad approcciarsi a queste metodologie.
Results 3
It is evident that the farmer in most cases, has neither the time nor the skills to go into all the above aspects, for this reason a decision support system (DSS) has been developed that can prescribe geo-inputlocalized, mode and timing of entry into the field, following entirely the path indicated above through an interactive guide.
The developed DSS represents a first practical step useful to the simplified digital management of the "Big Data" necessary to support the business operating choices and allowing to integrate into the decision-making process the experience of the farm. The union of data, complex algorithms calibrated, the management of big data and knowledge of agricultural contexts by companies included in the simplified interactive process of the developed DSS is an innovative way of managing business operations where both scientific research and the experience "Agricultural" find a meeting point. Improving soil structure by using innovative entry techniques, fertiliser distribution and business data management are the main positive externalities and prospects of the project in a perspective of environmental and economic sustainability.
Risultati 3
E' evidente che l'agricoltore nella maggior parte dei casi, non ha né il tempo né le competenze per entrare in merito a tutti gli aspetti sopra indicati, per tale ragione è stato sviluppato un sistema di supporto alle decisioni (DSS) in grado di prescrivere input geo-localizzati, modalità e tempistica di entrata in campo, seguendo interamente il percorso sopra indicato tramite una guida interattiva.
II DSS sviluppato rappresenta un primo passo concreto utile alla gestione digitale semplificata dei "Big Data" necessario a supportare le scelte operative aziendali e permettendo di integrare nel processo decisionale l'esperienza dell'azienda agricola. L'unione di dati, algoritmi complessi calibrati, la gestione dei big data e la conoscenza dei contesti agricoli da parte delle aziende inseriti nel processo interattivo semplificato del DSS sviluppato rappresenta una modalità innovative di gestire le operazioni aziendali dove sia la ricerca scientifica e sia l'esperienza "Agricola" trovano un punto di incontro. Il miglioramento della struttura dei suoli mediante l'utilizzo di tecniche innovative di entrata in campo, di distribuzione dei fertilizzanti e della gestione dei dati aziendali costituiscono le principali esternalità positive e prospettive del progetto in un'ottica di sostenibilità ambientale ed economica.
Results 2
1. Field moment with a certain middle configuration in order not to generate a compaction;
2. Transit lines useful for assisted or semi-automatic driving with a view to controlled traffic or in any case limit foot traffic and improve the efficiency of the work in terms of overlap;
3. Analysis of pre-concimation and historical variability necessary to verify whether there are conditions for applying variable-line fertilization and whether nitrogen can be considered the main factor
limiting;
4. Use of pedologically and climatically calibrated metamodels for the definition of the optimal dose that maximises both crop absorption and cost-effectiveness of the nitrogen inputs to be provided;
5. Use of NDVI (vegetative vigour) - N uptake (absorbed nitrogen) models calibrated for crop and farm soils to define calibrated prescription maps in the contexts in which it is operated;
6. The production maps used to assess the effect of the cultivation operations and any variability in the production of the crop should be analysed correctly.
Risultati 2
1. Momento entrata in campo con una determinata configurazione di mezzo al fine di non generare un compattamento;
2. Linee di transito utili ad una gestione con guida assistita o semi-automatica in un'ottica di traffico controllato o comunque limitare il calpestamento e migliorare l'efficienza delle lavorazioni in termini di sovrapposizione;
3. Analisi variabilità pre-concimazione e storica necessaria a verificare se vi sono le condizioni per applicare la concimazione a reteo variabile e se si può considerare l'azoto il principale fattore
limitante;
4. Utilizzo di metamodelli calibrati sia dal punto di vista pedologico che climatico per la definizione della dose ottimale che massimizza sia dal punto di vista degli assorbimenti colturali che della convenienza economica gli input azotati da fornire;
5. Utilizzo di modelli NDVI (vigoria vegetative) - N uptake (azoto assorbito) calibrati per la coltura e i suoli aziendali per definire mappe di prescrizione calibrate nei contesti in cui si opera;
6. Analizzare correttamente le mappe di produzione utili a valutare l'effetto delle operazioni colturali ed eventuali variabilità di produzione residue.
Results 1
The smartfit project has been inserted in soil contexts subject to compaction, which together with traditional agronomic techniques involve the onset of degradation phenomena with a consequent reduction in production yields.
The difficulty of planning interventions in the field and the fragility of these soils are the two main limiting factors. The main focus of the project was on the preservation of soil structure through a re-proposal of agronomic techniques with particular reference to the mode and timing of execution of chemical and organic fertilization.
The acquisition of agronomic variables, through direct field measurements in the various crop cycles detected and remote sensing techniques, was managed in a dedicated database and allowed to define the most significant variables necessary for management "smart" business operations operating in such contexts. The results show that the manager should consider in particular the following aspects:
Risultati 1
Il Progetto SmartFIT si è inserito in contesti pedologici soggetti al compattamento, i quali uniti a tecniche agronomiche tradizionali comportano l'insorgenza di fenomeni di degradazione con conseguente riduzione delle rese produttive.
La difficoltà di programmare gli interventi in campo e la fragilità di tali suoli costituiscono i due principali fattori limitanti. Il focus principale del progetto è stato incentrato sulla preservazione della struttura dei suoli attraverso una riproposizione delle tecniche agronomiche con particolare riferimento alla modalità e alla tempistica di esecuzione della fertilizzazione chimica e organica.
L'acquisizione delle variabili agronomiche, attraverso misurazioni dirette in campo susseguite nei vari cicli colturali rilevati e tecniche di telerilevamento, è stata gestita in un database dedicato e ha permesso di definire le variabili più significative necessarie alla gestione "smart" delle operazioni aziendali che operano in tali contesti. I risultati evidenziano che il gestore aziendale dovrebbe considerare in particolare i seguenti aspetti:
How to map the soil variability?
With the aim of testing the precision agriculture, controlled traffic farming, and estimate the best moment to enter into the field is it important to acquire geo-spatial soil information.
A novel approach to soil mapping has beed used. The traditional soil samples are driven by geo-eletric sensor ables to identify different soil zones.
Geoelettric analysis
The geo-elettric analysis is operated by using a sled pulled by a tractor, able to emit electric pulses at different soil depth. In function of the different electric conuctivity is it possible to identify different soil zones.
Soil sampling
The mail aim of the soil sampling is to provide a chimical, phisical and pedological soil analysis. For each study area, around 20 ha, 18 superficial sampling point have beed collected (with 5 sub-sample for each sample between 0 and 30 cm of soil depth) for the lab analysis and other 18 soil drillings (at 120 cm soil depth) to identify the soil type. Finally two depth drilling (at 150 cm soil depth) to know the soil horizonts. For each soil layer identifyed, has been collected a sample to have a whole soil knowledge that will be a support for the farmer decisions.
Come mappare la variabilità pedologica?
Al fine di testare tecniche di agricoltura di precisione, tecniche di traffico controllato e modalità di stima del momento ottimale per l’entrata in campo, è importante acquisire informazioni geo-spazializzate relative ai suoli.
La metodologia del progetto prevede un approccio innovativo per identificare le zone differenti di suolo. I tradizionali metodi di mappatura pedologica vengono preceduti da indagini geo-elettriche in grado di individuare differenti zone di suolo sulle quali verranno eseguite le indagini pedologiche al fine di caratterizzarle.
Analisi Geoelettriche
L’analisi geoelettrica viene realizzata attraverso una slitta trainata da una macchina motrice, che emette impulsi elettrici in grado di raggiungere differenti profondità. Sulla base della conduttività elettrica riscontrata nel terreno è possibile differenziare delle zone.
Indagine pedologica e campionamenti
L’indagine pedologica e i campionamenti del suolo hanno lo scopo di caratterizzare e mappare gli appezzamenti dal punto di vista chimico, fisico e pedologico.
In ciascuna area di progetto, di circa 20 ha, sono stati raccolti 18 campioni superficiali (campioni composti da 5 sottocampioni prelevati tra 0 e 30 cm di profondità) per le analisi chimico-fisiche di laboratorio, sono state eseguite e descritte 18 trivellate (profonde circa 120 cm) per la caratterizzazione dei suoli e sono stati eseguiti 2 profili pedologici a 150 cm di profondità. Questi ultimi permettono una descrizione approfondita del suolo, il prelievo di un campione per ogni orizzonte pedogenetico descritto e la classificazione delle principali tipologie individuate.
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Project coordinator
-
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Project coordinator
Project partners
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Erapra Veneto
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Project partner
-
Università di Padova -Dipartimento Tesaf
Project partner