Volume: la vite e il vino

Sezione: coltivazione

Capitolo: macchine per i trattamenti

Autori: Paolo Balsari, Attilio Scienza

Introduzione

La prime macchine per la distribuzione dei prodotti chimici sono state sviluppate nel 1800 per la protezione della vite, che richiedeva la distribuzione sui filari di prodotti a base di rame e di zolfo, il primo distribuito in forma liquida, il secondo in polvere. Nacquero le prime irroratrici a zaino e le prime impolveratrici a soffietto. Si trattava di attrezzature semplici e poco costose, ancora oggi in uso nell’hobbistica e nei Paesi in via di sviluppo, caratterizzate da una limitata capacità di lavoro e da un considerevole impiego di energia umana per il loro funzionamento. Queste ragioni furono alla base della ricerca e dello sviluppo di nuove attrezzature portate e trainate da animali e dotate di pompe azionate manualmente o da motori endotermici e di lance o barre di distribuzione. La comparsa dei primi erbicidi ormonici negli anni ’60 del secolo scorso diede un nuovo impulso all’evoluzione delle macchine per l’irrorazione. L’esigenza era sempre quella di irrorare delle foglie, ma si trattava di foglie delle infestanti di colture erbacee, caratterizzate da un’altezza relativamente ridotta e da superfici relativamente ampie. Nacquero le prime irroratrici a barra che mandarono in pensione zappe, sarchiatrici e mondine, rendendo molto più agevole e meno oneroso il controllo delle malerbe. La quasi contemporanea diffusione nelle campagne di trattori dotati di attacco a tre punti e di presa di potenza rese possibile l’ulteriore evoluzione di tali attrezzature che assunsero quell’aspetto che, fondamentalmente, ancora oggi le contraddistingue: macchine portate o trainate dal trattore e che dal trattore vengono azionate. Quello che già allora le caratterizzava e che ancora oggi per lo più le differenzia è il sistema di distribuzione della miscela fitoiatrica: una barra mantenuta il più possibile parallela al terreno nel caso delle irroratrici per le colture cerealicole; barre (una per lato della macchina) dalla forma appositamente studiata e, dalla fine degli anni ’50 del secolo scorso, per lo più abbinate a ventilatori in grado di trasportare le gocce verso le parti più alte della vegetazione, nel caso delle macchine per i trattamenti fitoiatrici alle colture arboree. Tali macchine già allora, come oggi, erano schematicamente costituite da: un serbatoio contenente la miscela fitoiatrica, una pompa in grado di prelevare quest’ultima e di metterla in pressione inviandola a un regolatore di portata e, successivamente, agli erogatori (ugelli) dove avviene la polverizzazione del liquido.

Le macchine per la distribuzione dei fitofarmaci alle colture arboree

L’introduzione dei primi composti ad azione fungicida tra la fine dell’800 e l’inizio del ’900 determinò l’esigenza di provvedere a una loro distribuzione in campo. Il primo riferimento ad attrezzature per l’irrorazione risale alla seconda metà del 1800; si trattava di pompe manuali a stantuffo che venivano utilizzate per alimentare erogatori a cono regolabile, non molto diversi da quelli ancora oggi in commercio. All’inizio del secolo scorso, per l’irrorazione delle viti allevate ad alberello di taglia ridotta, in Francia furono sviluppate irroratrici a basto dotate di 2 serbatoi in pressione in acciaio della capienza complessiva di 70 l collegati a una barra di distribuzione che permetteva l’irrorazione dall’alto dei filari fra i quali veniva fatto passare il cavallo al quale veniva applicata tale attrezzatura. Nello stesso periodo, in Germania, per l’irrorazione delle colture arboree venivano utilizzate delle irroratrici carrellate dotate di serbatoio in legno della capienza di 100-150 l e di una pompa azionata da un motore endotermico che permetteva di irrorare la vegetazione per mezzo di lance. All’inizio degli anni ’30 viene sperimentata per la prima volta in California sulla vite la polverizzazione pneumatica, grazie alla quale i liquidi subiscono un processo di atomizzazione molto spinto sotto l’azione di un getto d’aria violento che provvede anche a trasportarli poi sulle superfici da trattare. Questo consente l’impiego di miscele concentrate con una riduzione della perdita a terra, un considerevole risparmio di sostanze antiparassitarie e un potenziamento della loro efficacia. Negli anni ’40 nelle piantagioni di agrumi statunitensi vennero impiegate delle macchine che, operando a elevata pressione, polverizzavano finemente il liquido e trasportavano le gocce verso il bersaglio per mezzo del flusso d’aria generato da un ventilatore assiale. Si trattava dei primi irroratori ad aeroconvenzione, attrezzature destinate ad avere una larga diffusione in tutti i frutteti e successivamente, con i necessari adeguamenti, nei vigneti. Erano macchine trainate da trattori di media potenza dotate di un serbatoio di elevata capienza, per lo più in legno, e di un motore endotermico che provvedeva all’azionamento della pompa e del ventilatore. In Italia la prima macchina ad aeroconvenzione viene importata nel 1951 dalla ditta Ansaloni. L’entusiasmo dei costruttori per questa nuova irroratrice portò alla realizzazione di modelli particolarmente interessanti per la qualità e la ricercatezza delle soluzioni tecnologiche, derivanti per lo più da un accurata interpretazione degli studi aerodinamici, che raggiungono proprio in quegli anni il loro maggiore sviluppo. Altro passo decisivo è stato lo sviluppo del getto mirato: con il getto libero a grande erogazione circa il 30% del liquido ricade sul suolo. Le perdite si possono eliminare applicando il sistema delle irrorazioni localizzate, dove il liquido viene convogliato mediante tubi o canne di prolunga, fino a raggiungere le zone trattate. Negli anni ’70 vennero introdotti i sistemi di regolazione con distribuzione proporzionale all’avanzamento (DPA) che, soprattutto nei vigneti in pendenza realizzati a cavalcapoggio, consentono di garantire la distribuzione del volume di miscela fitoiatrica desiderata, indipendentemente dalla velocità di avanzamento della macchina irroratrice. Furono anche introdotte le ghiere a baionetta per il fissaggio rapido degli ugelli, soluzione costruttiva che ha agevolato la manutenzione ordinaria delle attrezzature, e i supporti multipli che, permettendo la presenza di più ugelli sulla barra, consentono un veloce adattamento dell’irroratrice alle differenti condizioni operative. Di quegli anni è anche l’introduzione degli antigoccia – a molla, a membrana e pneumatici – che annullarono i problemi legati alle perdite a terra per effetto dello svuotamento delle tubazioni. Sempre negli anni ’70 cominciano a diffondersi anche in Italia le apparecchiature a basso volume che costituiscono un importante soluzione innovativa nelle tecniche di applicazione dei fitofarmaci. Tale scelta operativa viene per lo più abbinata all’uso di macchine ad aeroconvezione con polverizzazione pneumatica, ottenuta direttamente con l’impiego di un ventilatore centrifugo ad alta pressione, il cui getto assolve entrambe le funzioni di polverizzazione e trasporto. Sotto l’aspetto economico, la possibilità di concentrare da 4-10, fino a 20 volte la miscela consente di ridurre notevolmente i tempi di intervento. In sintesi, il concetto evolutivo di questi ultimi venti anni è quello di irrorare più efficacemente il bersaglio attraverso la selezione della dimensione delle gocce e della densità ottimale per ottenere la massima ritenzione e copertura. Ciò viene oggi attuato anche grazie all’introduzione dell’elettronica sulle macchine irroratrici.

Volume di distribuzione
In una realtà operativa in cui elevati volumi di distribuzione (superiori ai 600 l/ha) venivano considerati ottimali per l’efficacia del prodotto distribuito, la corretta scelta del volume di distribuzione fu teorizzata agli inizi degli anni ’80 da studiosi francesi. Tali considerazioni si basano sulla conoscenza delle dimensioni medie delle gocce prodotte dagli ugelli, del rapporto tra superficie del terreno e superficie fogliare della vegetazione (LAI) e della tensione superficiale tra liquido irrorato e superficie da bagnare. Da tali considerazioni emerse come volumi di distribuzione dell’ordine dei 250-300 l/ha erano più che sufficienti in condizioni normali di sviluppo della coltura. Tali considerazioni, tuttavia, non tenevano conto, se non in modo marginale, della modalità di azione del principio attivo impiegato e dell’effetto sulla tensione superficiale dei coadiuvanti e dei bagnanti in particolare. Utilizzando un prodotto ad azione sistemica – che può essere traslocato all’interno dei tessuti vegetali – e un idoneo bagnante – in grado di ridurre la tensione superficiale tra liquido irrorato e la cuticola della vegetazione da irrorare – è possibile ridurre considerevolmente i volumi di distribuzione senza ridurre l’efficacia del trattamento. L’effetto del bagnante può essere superiore a quello dell’aumento del livello di polverizzazione, che incrementa inevitabilmente i rischi di deriva e di evaporazione del prodotto. I volumi di distribuzione hanno potuto essere considerevolmente abbassati raggiungendo i 150-200 l/ha, tenendo conto delle specifiche esigenze e della modalità di azione del prodotto usato. Va, tuttavia, ricordato che operando con volumi ridotti e con una maggiore concentrazione del prodotto commerciale nella miscela viene a essere ridotta la portata del sistema di distribuzione e questo rende necessaria una accurata scelta dell’ugello e del sistema di filtrazione.

Serbatoio
L’incremento della capacità del serbatoio principale della macchina irroratrice è stata una delle esigenze più sentite dagli operatori per incrementare la produttività del lavoro e quindi la tempestività di intervento. Si è passati dai 100-150 l di capacità del serbatoio degli anni ’50 agli attuali 600-800 l nel caso delle attrezzature portate e 2000 l nel caso di quelle trainate. Si tratta di evoluzioni costruttive non prive di effetti collaterali: per le attrezzature trainate ciò ha reso necessario l’impiego di correttori di sterzata (con braccio idraulico e snodato, al fine di consentire una sufficiente manovrabilità del mezzo nei vigneti caratterizzati da interfile e dimensioni delle capezzagne ridotte. Per quanto riguarda i materiali, si è assistito a un progressivo abbandono dell’acciaio a vantaggio del polietilene e della fibra di vetro, caratterizzati da una buona resistenza all’usura e all’aggressione dei formulati commerciali, oltre che da una migliore lavorabilità. Con questi materiali è stato possibile dare al contenitore la forma più idonea, sagomandolo in modo da sfruttare al meglio i volumi a disposizione sulla macchina. L’aumento delle dimensioni e della complessità delle forme ha tuttavia determinato la necessità di disporre di sistemi di agitazione adeguati alle esigenze di mantenere costante la concentrazione del prodotto nella miscela da distribuire.

Pompe e regolatori
La portata della pompa è progressivamente aumentata. Le pompe più utilizzate oggi sono quelle a pistone membrana, meno costose di quelle a pistoni che fino a un decennio fa si riteneva fossero destinate a prendere il sopravvento. Tale ipotesi di mercato era legata alla rapida usura delle membrane dovuta all’effetto di alcuni solventi utilizzati come coformulanti di prodotti fitoiatrici, che sono stati in questi ultimi anni progressivamente abbandonati anche per ragioni di carattere ambientale.

Ugelli
I primi ugelli erano a turbolenza con piastrina in ottone e rompiflusso in ottone, essi producevano un getto a cono vuoto e sono stati per anni la base del sistema di polverizzazione del liquido da irrorare. Successivamente sono stati sviluppati ugelli a fessura, in grado di produrre un getto a forma di ventaglio e a specchio. Anche il loro materiale di costruzione ha subito una notevole evoluzione. Gli ugelli vengono oggi per lo più realizzati con materiali resistenti all’usura quali l’acciaio e la ceramica, che permettono, rispetto all’ottone, una maggiore durata nel tempo del sistema di polverizzazione. Dalla fine degli anni ’80 del secolo scorso, gli ugelli vengono prodotti con una colorazione che facilita l’individuazione della portata che sono in grado di fornire alla pressione di riferimento di 3 bar secondo una standardizzazione riconosciuta a livello mondiale (ISO 5082).

Impiego dell’elettronica
L’elettronica e i computer hanno indubbiamente svolto un ruolo determinante nello sviluppo delle macchine irroratrici in questo ultimo ventennio. La possibilità di poter disporre di strumentazioni elettroniche tecnologicamente sempre più avanzate e affidabili, oltre che di costo contenuto, ha sollecitato i ricercatori e i tecnici a sviluppare specifici sensori, sistemi di controllo e software per il settore agricolo. A partire dagli inizi degli anni ’90 soprattutto in America e nel Nord Europa l’elettronica ha trovato nuovi sbocchi di interesse in quel settore dell’agricoltura che va sotto il nome di Agricoltura di Precisione (AP). Diverse sono le soluzioni tecniche applicate alle macchine irroratrici, con la finalità di migliorare la distribuzione degli antiparassitari alla vite e che prevedono l’impiego dell’elettronica. Fra queste vanno ricordati i sistemi realizzati, con il finanziamento del ENAMA, dalla sezione di meccanica del DEIAFA dell‘Università di Torino. Essi risultano in grado o di adeguare la distribuzione alle caratteristiche dimensionali e vegetative del vigneto o di regolare l’erogazione in funzione della pendenza del terreno o della presenza o meno e della dimensione della pianta da trattare. Grazie all’impiego di tali sistemi è possibile ridurre dal 10 al 45%, in funzione della dimensione delle piante, del loro sviluppo vegetativo e del sesto d’impianto, la quantità di prodotto chimico distribuita senza modificare l’efficacia dell’intervento fitoiatrico.

Le problematiche ambientali e le soluzioni operative

L’applicazione delle miscele fitoiatriche viene oggi sempre più vista come parte di una filiera di operazioni composte da differenti fasi per ciascuna delle quali occorre seguire scrupolosamente tutti gli accorgimenti necessari per ottimizzare l’efficacia dei trattamenti, minimizzarne l’impatto ambientale e salvaguardare la salute dell’operatore. Per soddisfare queste esigenze, occorre che gli agricoltori siano in grado di adottare le scelte operative più idonee per le specifiche situazioni colturali e che conoscano in modo approfondito i criteri di regolazione delle macchine irroratrici. La riduzione delle perdite di prodotto è un obiettivo da perseguire principalmente attraverso una corretta taratura dell’irroratrice. Ulteriori vantaggi possono essere ottenuti impiegando attrezzature innovative, equipaggiate con dispositivi in grado di limitare le perdite di prodotto, in particolare di quelle legate alla deriva, e concepite nell’ottica di un maggiore rispetto ambientale nel corso dei trattamenti fitoiatrici.

Le perdite di prodotto
Dal punto di vista ambientale, come già ricordato, è estremamente importante contenere le perdite di prodotto che, inevitabilmente, si registrano distribuendo i prodotti fitosanitari sulle colture. Diversi studi hanno, infatti, evidenziato come, nel corso dei trattamenti fitoiatrici alle colture arboree, una parte considerevole della miscela erogata dalla macchina irroratrice vada dispersa al di fuori del bersaglio (a terra, al di fuori dell’appezzamento trattato per effetto della deriva), specialmente nelle prime fasi dello sviluppo vegetativo. Le perdite di prodotto rappresentano un costo aggiuntivo per l’agricoltore, oltre che una fonte di inquinamento dell’ambiente, pertanto limitarle al minimo significa ottenere dei benefici di carattere sia economico sia ambientale. Tra i fattori che influenzano l’entità delle perdite di miscela fitoiatrica che si riscontrano durante la fase di distribuzione sono da ricordare le condizioni ambientali in cui si opera, in particolare velocità del vento, temperatura e umidità relativa, l’entità dello sviluppo della vegetazione e, soprattutto, le scelte operative adottate dall’agricoltore per effettuare i trattamenti. I criteri con i quali vengono regolate le macchine, infatti, incidono in maniera determinante sulla percentuale di prodotto dispersa al di fuori del bersaglio. La loro regolazione deve essere effettuata tenendo conto delle caratteristiche della vegetazione e del meccanismo d’azione del fitofarmaco: quelli che agiscono per contatto, infatti, richiedono l’impiego di gocce più fini rispetto a quelli sistemici, in grado di traslocare nella pianta. L’esigenza di coprire il bersaglio utilizzando gocce fini, tuttavia, non si deve tradurre nella scelta di parametri operativi inadeguati, quali pressioni di esercizio troppo elevate o dimensioni dell’orifizio degli ugelli troppo piccole. Le gocce troppo fini, infatti, sono più soggette al fenomeno della deriva ed evaporano rapidamente (talvolta ancora prima di raggiungere il bersaglio). Un altro parametro da tenere in considerazione è il volume di distribuzione che si intende applicare; occorre sceglierlo in funzione dell’epoca di intervento e del tipo di coltura, ma in termini generali è consigliabile operare con volumi ridotti, sufficienti a garantire la copertura del bersaglio e l’efficacia del fitofarmaco. Impiegando volumi d’acqua elevati, invece, si aumenta il rischio di ruscellamento della miscela applicata sul bersaglio, e di conseguenza, risulta maggiore l’incidenza delle perdite a terra.

La deriva del prodotto fitoiatrico
Da alcuni anni, sono entrate in vigore nell’Unione Europea misure legislative che regolano i criteri con i quali devono essere condotti i trattamenti fitoiatrici al fine di ridurre i rischi di inquinamento ambientale dovuti al fenomeno della deriva, ossia della dispersione di parte della miscela applicata al di fuori dell’area trattata. In particolare, tali norme prevedono il mantenimento di fasce di rispetto, in corrispondenza dei margini del campo, che hanno la funzione di salvaguardare le aree adiacenti dagli effetti negativi legati alla deriva del prodotto fitoiatrico. L’ampiezza delle zone di rispetto, generalmente compresa fra 1 e 10 m, è definita in funzione del tipo di attrezzatura impiegato per la distribuzione del fitofarmaco, della dose di prodotto utilizzata, delle caratteristiche delle aree adiacenti (altre coltivazioni sensibili al fitofarmaco distribuito, corsi d’acqua superficiali, aree abitate). Gli agricoltori che utilizzano macchine irroratrici dotate di dispositivi per il contenimento della deriva sono autorizzati a ridurre l’ampiezza delle zone di rispetto, quindi a trattare una superficie maggiore e ciò, in alcune condizioni, rappresenta una differenza, anche in termini economici, non trascurabile. In particolare fra i sistemi in grado di limitare gli effetti della deriva si ricordano gli ugelli antideriva che, producendo gocce mediamente più grandi rispetto agli ugelli tradizionali a parità di pressione di esercizio e di portata, fanno sì che il getto erogato sia meno sensibile alle sollecitazioni delle correnti d’aria. Le irroratrici per il vigneto possono essere anche dotate di sistemi per il recupero del prodotto che oltrepassa la vegetazione, o ancora di sensori in grado di rilevare la presenza e l’intensità del vento atmosferico e in funzione dell’entità di quest’ultimi, regolare opportunamente la macchina irroratrice (attivazione degli ugelli antideriva, regolazione della velocità e della direzione dell’aria erogata dal ventilatore). Il problema della deriva si sta evidenziando anche a livello normativo. Sono, infatti, in fase di redazione delle norme che consentiranno di classificare le macchine irroratrici in funzione della loro capacità o meno di contenere la deriva. Nella pratica ciò si tradurrà nella necessità di dover rispettare buffer zones di differenti entità in funzione della classificazione delle macchine irroratrici.

Pulizia dell’irroratrice e il lavaggio dei contenitori dei fitofarmaci
Sempre nell’ottica del rispetto ambientale, è importante, al termine della fase di distribuzione della miscela fitoiatrica, poter effettuare un adeguato lavaggio del serbatoio principale e del circuito idraulico con un volume adeguato di acqua pulita, al fine di diluire la miscela residua in tali parti della macchina irroratrice, evitando di distribuirla senza diluirla e in maniera puntiforme. Sempre per contenere l’inquinamento puntiforme legato alla fase di lavaggio della macchina irroratrice, in questo caso la sua superficie esterna sulla quale si può depositare fino al 2% del prodotto distribuito, sono oggi disponibili delle soluzioni tecniche (spazzole, getti ad alta pressione ecc.) che consentono di effettuare tale operazione direttamente in campo utilizzando l’acqua contenuta nel serbatoio lava impianto. Un altro aspetto strettamente legato all’impatto ambientale dei trattamenti fitoiatrici riguarda la gestione dei contenitori dei fitofarmaci vuoti. l rischi di contaminazione ambientale legati allo stoccaggio e allo smaltimento improprio di tali contenitori sono elevati, tuttavia gli agricoltori sono costretti a seguire soluzioni spesso non ottimali, mancando spesso a livello regionale una adeguata rete per la loro raccolta e smaltimento. Un’operazione necessaria e prevista anche da specifiche norme (DGR n. 26-25685 19/10/98), al fine di ridurre la pericolosità di tali rifiuti, è la rimozione del fitofarmaco residuo attraverso il risciacquo del contenitore esausto. Da diversi anni, sono disponibili su alcune macchine irroratrici dei sistemi per il lavaggio dei contenitori. Si tratta di un ugello rotativo, generalmente inserito nel serbatoio premiscelatore o in prossimità dell’apertura del serbatoio principale, sul quale viene inserito il contenitore vuoto capovolto. Tale dispositivo, erogando una portata di almeno 9 l/min, consente di rimuovere in poco tempo il residuo di fitofarmaco ancora presente nel contenitore, inviandolo direttamente nel serbatoio principale dove è presente la miscela da distribuire.

Soluzioni costruttive innovative

Irroratrice in grado di adeguare l’erogazione in funzione della presenza e della dimensione della pianta da trattare
Si tratta di una macchina irroratrice in grado di individuare la presenza della pianta da trattare, le sue dimensioni e di effettuare la distribuzione del prodotto antiparassitario solo in prossimità di essa e indirizzando il getto nell’ambito del contorno della sua forma geometrica. In pratica, l’apertura e la chiusura di ogni singolo ugello sono gestite da un sistema elettronico sulla base delle informazioni ricevute dai sensori in grado di determinare la presenza e la forma geometrica della pianta.

Irroratrice in grado di regolare la posizione e l’inclinazione degli ugelli in funzione della pendenza trasversale del vigneto
Una serie di esperienze pregresse, condotte dalla sezione di Meccanica del DEIAFA dell’Università di Torino su vigneti caratterizzati da diverse pendenze trasversali, avevano evidenziato come in condizioni di pendenza trasversale superiore al 30%, se si vuole cercare di indirizzare il getto nell’area interessata dalla vegetazione su entrambi i filari (quello a valle e a monte), oltre il 30% del prodotto distribuito non intercetta il bersaglio. Al fine di cercare di risolvere questo problema è stato progettato un sistema schematicamente costituito da un comando idraulico che consente, attraverso due pistoni idraulici, di agire direttamente sul singolo gruppo portaugello. Un pendolo elettronico rileva la pendenza trasversale del filare nel quale si sta eseguendo il trattamento. L’unità elettronica elabora il valore della pendenza e, conoscendo una serie di altri parametri caratteristici del vigneto (interfila, distanza minima da terra, altezza massima della vegetazione), determina l’ampiezza del getto necessaria a coprire uniformemente la parete vegetativa. Tale elaborazione viene eseguita per entrambi i lati della macchina (monte e valle). Successivamente, mediante un comando elettroidraulico, il sistema elettronico provvede alla regolazione della posizione degli ugelli per ottenere l’ampiezza del getto richiesta. Oltre alla posizione degli ugelli, viene controllata anche quella della macchina all’interno del filare. Grazie a uno snodo sul timone azionato da un cilindro idraulico, l’elettronica di bordo mantiene la macchina al centro dell’interfila. Tutte le regolazioni sono di tipo dinamico.

Irroratrice in grado di adeguare la distribuzione alle caratteristiche dimensionali e vegetative del vigneto
La macchina realizzata è costituita da una irroratrice dotata di una serie di apparecchiature elettroniche, atte a consentire che il prodotto distribuito venga indirizzato sul bersaglio indipendentemente dalle caratteristiche dimensionali e vegetative del vigneto nel quale si deve operare. In particolare, l’individuazione delle caratteristiche del vigneto è effettuata mediante l’impiego di transponder installati nei diversi vigneti, i quali, opportunamente programmati, saranno in grado di comunicare con l’irroratrice, fornendo al sistema elettronico di bordo le informazioni relative al sesto di impianto, alla forma di allevamento, al tipo di vitigno. Il sistema di controllo installato sull’irroratrice provvederà, sulla base delle informazioni ricevute, a regolare il numero e il tipo di ugelli in funzione, la pressione di esercizio, la portata del ventilatore e la direzione del flusso d’aria.


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