Validazione sul campo della spettroscopia NIR on-combine per l’analisi dei chicchi di grano

Valutazione dell’accuratezza in condizioni reali di Raccolta

La caratterizzazione della qualità dei cereali al momento della raccolta si basa tradizionalmente su campionamenti discreti seguiti da analisi di laboratorio. Sebbene questo approccio fornisca misurazioni accurate a livello di campione, non riesce a cogliere la variabilità spaziale che caratterizza la maggior parte dei campi agricoli. Di conseguenza, i dati risultanti spesso rappresentano una condizione media piuttosto che la vera eterogeneità del raccolto.

In questo contesto, la spettroscopia nel vicino infrarosso(NIR) integrata direttamente sui macchinari agricoli rappresenta un cambiamento di paradigma. Consentendo un’analisi continua e in tempo reale del flusso di cereali, i sistemi NIR integrati forniscono una densità di dati molto più elevata e una descrizione più rappresentativa della variabilità del campo.

Questo studio mira a convalidare le prestazioni del sistema EVONIR in condizioni reali di raccolta, confrontando le misurazioni in linea con le analisi di laboratorio di riferimento.

Materiali e metodi

Il test sul campo è stato condotto nel luglio 2022 nella Germania settentrionale su un raccolto di grano effettuato con una mietitrebbia New Holland CR8.90. Il sensore EVONIR è stato installato sull’elevatore di cereali, consentendo l’analisi diretta dell’intero flusso di cereali durante le operazioni di raccolta. EVONIR è stato collegato tramite ISOBUS al VT della mietitrebbia.

L’acquisizione dei dati è stata effettuata in modo continuo durante il processo di raccolta, per un totale di 1.190 punti dati NIR. Parallelamente, 23 campioni di cereali sono stati raccolti manualmente in posizioni georeferenziate sul campo e analizzati da un laboratorio accreditato (LUFA), che è servito come metodo di riferimento.

I parametri valutati in questo studio comprendono la sostanza secca (DM), la proteina grezza (CP), la cenere e il grasso grezzo (CF). Per ogni punto di campionamento, le misurazioni NIR sono state aggregate nella finestra spaziale corrispondente e confrontate con i risultati di laboratorio per quantificare la deviazione tra i due metodi.

Risultati fuori dalla scatola

Le misurazioni continue ottenute dal sistema EVONIR evidenziano chiaramente la presenza di una significativa variabilità all’interno del campo. Parametri come l’umidità e il contenuto proteico hanno mostrato notevoli fluttuazioni lungo il percorso di raccolta, confermando che la qualità della granella non è distribuita uniformemente all’interno del campo.

Queste variazioni, che si verificano su una scala spaziale molto più piccola della tipica griglia di campionamento, non possono essere catturate adeguatamente attraverso gli approcci di campionamento convenzionali. Di conseguenza, il set di dati prodotto dal sistema NIR fornisce una descrizione molto più ricca e dettagliata del raccolto.

Confrontando le misurazioni NIR con i risultati di laboratorio utilizzando la calibrazione standard di fabbrica, le deviazioni medie sono risultate pari a -0,63 per la materia secca, -0,88 per la proteina grezza, -0,75 per la cenere e +0,79 per il grasso grezzo. Questi valori indicano una distorsione relativamente bassa per tutti i parametri, soprattutto se si considera che in questa fase non è stata applicata alcuna calibrazione specifica per il campo.

Tabella dei risultati: Deviazione media tra laboratorio ed EVONIR con calibrazione standard Dinamica GENERALI, non aggiustata confrontando i risultati con un laboratorio.

Risultati dopo la calibrazione

I risultati di questo studio dimostrano che la spettroscopia NIR in linea può raggiungere un livello di accuratezza pienamente compatibile con il processo decisionale operativo, anche quando si utilizza un modello di calibrazione generale. Le deviazioni osservate sono coerenti con le aspettative tipiche delle misurazioni spettroscopiche in linea e possono essere ulteriormente ridotte attraverso aggiustamenti locali della calibrazione.

Dopo aver applicato una procedura di messa a punto basata su un numero limitato di campioni di laboratorio, la distanza tra i dati NIR e quelli di laboratorio è migliorata in modo significativo, confermando l’efficacia della combinazione di modelli di calibrazione globale e affinamento locale.

Tabella riassuntiva: Deviazione media tra LAB ed EVONIR dopo la regolazione fine

Al di là delle considerazioni sull’accuratezza, il risultato più rilevante di questo studio è la capacità del sistema NIR di catturare la vera variabilità del campo. Mentre le analisi di laboratorio forniscono informazioni precise ma scarse, la natura continua delle misurazioni NIR consente di generare mappe di qualità ad alta risoluzione, che possono essere utilizzate direttamente per prendere decisioni agronomiche e logistiche.

Dal punto di vista agronomico, ciò consente di comprendere con maggiore precisione la distribuzione dell’azoto e la variabilità delle proteine, supportando strategie di fertilizzazione a tasso variabile nelle stagioni successive. Dal punto di vista logistico, il monitoraggio della qualità in tempo reale permette agli operatori di segregare i flussi di cereali in base a specifiche soglie di qualità, ottimizzando lo stoccaggio e massimizzando il valore economico.

Conclusione

Questa convalida sul campo conferma che il sistema EVONIR è in grado di fornire misurazioni affidabili e coerenti della qualità della granella direttamente durante le operazioni di raccolta. Anche con una calibrazione standard, il sistema dimostra un buon livello di accordo con i dati di laboratorio, che può essere ulteriormente migliorato grazie a minime regolazioni della calibrazione.

Ma soprattutto, lo studio evidenzia il vantaggio fondamentale della misurazione continua rispetto al campionamento discreto. Analizzando l’intero flusso di cereali anziché campioni isolati, i sistemi NIR on-combine forniscono una rappresentazione più accurata e completa delle condizioni del campo.