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Seed drills seed sensors: the importance of installing sensors on seed drills – part 1

8 March 2023

Sensors on agricultural machinery: the needs of the development of this technology

An important aspect is how the quality of the information we have determines the accuracy of our choices: using an effective sensor technology in a seeder gives the possibility of continuous monitoring of the entire sowing, and not only with single samples of the plot during the sowing, but with constant monitoring of the entire activity that we are going to carry out, multiplying the samples in our possession and also providing us more data to examine, this turns into more information for the future choices that we will take.

Furthermore, an aspect that requires more and more attention in a modern farm It’s the possibility of making two aspects that have always been linked independent, the quality of the work produced and the experience of the producer: the knowledge of the variables that come into play during sowing as the knowledge of the lands on which we are going to invest, of the seeder with which we are going to operate, of the techniques to obtain the maximum result and many others, have determined in the past a univocal link between the final result and the farmer who has performed.

In a modern conception of business management, and therefore of interchangeable human figures who can carry out the same operations, but at the same time with different knowledge and backgrounds, technology comes in handy: supporting those who interface with the machine with objective and clear information, we reduce the possibility of making wrong choices, and increase the production capacity of the machines and finally to reduce the cost of training.

Taking a short step back and looking for the reasons why today the choice to invest in technology on a modern seeder such as the Blockage sensors produced by MC Elettronica, composed of an infrared optical photocell coupled to a microprocessor, it is necessary to understand how the figure of the farmer is profoundly transformed, evolved and increasingly comparable to the figure of a business manager aiming for success, introducing the concept of agricultural entrepreneur. From this point of view, it is clear that the common goal is to do more and better with fewer resources, considering each variable so far evaluated as negligible.

Figura 1 – Applicazione di fotocellule ad infrarossi Blockage Sensor per il monitoraggio del flusso in una seminatrice pneumatica.

Il seme e le sue esigenze

Prima però di trattare più in dettaglio di tecnologia è preferibile conoscere profondamente il materiale che stiamo gestendo in campo e che in questo caso è il seme. A tal proposito l’impianto nel terreno è tra le operazioni agronomiche più tecnologiche che ha lo scopo di garantire la produzione agraria. Il seme, è un’unità biologica dotata di tutto quello che serve per poter germinare, ma per poterlo fare deve essere posto nelle condizioni idonee. Una caratteristica interessante infatti e ancora in parte non totalmente chiarita è la capacità del seme di restare vivo e di germogliare nonostante il contenuto di umidità sia molto ridotto, unitamente alla parziale disorganizzazione cellulare. Tuttavia in presenza di umidità del terreno assorbe l’acqua necessaria e salvo particolari condizioni, si innescano i processi metabolici che portano alla germinazione sostenuti dalle sostanze di riserva presenti. Questa fase di campo, delicatissima, necessita della migliore tecnica agronomica. In effetti l’acqua e il suo movimento verso il seme qui sono il fattore chiave: il volume di terreno dal quale il seme assorbe acqua non supera una sfera di circa 1 cm di diametro rappresentando il microambiente che influenza direttamente la germinazione ma con effetti variabili secondo la specie coltivata. Ovviamente il flusso dell’acqua dal suolo al seme è all’interno di un equilibrio di fattori a favore e a sfavore tra cui:

  • contatto tra il seme e il suolo umido;
  • strutture del seme propria (es. tegumenti duri e impermeabili);
  • fattori che modificano la quantità di umidità del terreno (es clima, tipo di terreno, tecnica agronomica, sostanza organica presente).

Figura 2 – A) elementi in arrivo da fuori suolo; B) strato di suolo che ricopre il seme; C) seme depositato nel terreno soffice e in viola profondità di semina; D) terreno sottostante il seme (lavorato o sodo).

L’agrotecnica e le semine

Come ben conosciuto, l’agrotecnica è l’insieme delle scelte che l’azienda agricola deve definire affinché nella gestione del suolo e della coltura sia possibile garantire la produzione agraria e il bilancio aziendale. Tra i tanti fattori che si devono conoscere per avere successo nella gestione delle semine possiamo indicare ad esempio: scelta del seme, epoca di semina, tipo di gestione del suolo e lavorazioni. In tale contesto però vogliamo porre l’attenzione sulle dosi di semina, aspetto particolarmente importante da gestire nell’ambito della tecnica agronomica che influenza direttamente la gestione del cantiere di semina, il costo e la produzione finale. Prendendo come riferimento ad esempio il frumento, in letteratura viene definito come la quantità di semente da impiegare per m2 dipende dalla densità di piante che si vuole ottenere, dal peso medio delle cariossidi, dai fattori da cui dipende la germinabilità in campo. Quest’ultima poi è influenzata da altri fattori come la preparazione del terreno, bassa temperatura nelle semine tardive, scarsa umidità, predatori di seme o di piantine. Per tanto come ogni agricoltore sa è bene alzare i dosaggi di seme rispetto a quelle effettivamente necessarie in condizioni ottimali. Tuttavia vi deve essere equilibrio tra disponibilità di fattori della produzione (acqua, nutrienti) e dose di semina. In effetti non è scontato che alte densità di piante garantiscano alte produzioni soprattutto se i fattori sono pesantemente limitanti, primo fra tutti carenze idriche, così come l’eccessiva densità di piante determina una minore resistenza dei culmi all’allettamento. È evidente che la dose va commisurata quindi al contesto agronomico, alla fertilità del suolo e alla disponibilità di fattori della produzione per cui di fatto è l’equilibrio tra tutti i limiti presenti in relazione alla produzione ottenibile che devono essere ottimizzati.

Figura 3 – Una tecnica agronomica coerente al contesto agronomico e agli obiettivi definiti sono un ponte solido che conduce dal seme alla produzione agraria. In tale contesto la seminatrice è strategica nel concorrere al risultato agronomico.

Meccanica della semina a righe

Le seminatrici a righe, rispetto a quelle di precisione, permettono di seminare tutte le colture a semina fitta con spaziatura tra le interfile delle colture molto ridotta tra cui grano, leguminose, ecc. A tal proposito le macchine in questione sono caratterizzate da un distributore meccanico con caduta del seme per gravità o in versione pneumatica che sfruttano una corrente d’aria per il trasporto del seme a terra. In entrambi i casi il dosaggio del seme è tradizionalmente di tipo volumetrico. In tale contesto i dosatori e distributori, posizionati alla base della tramoggia in un apposito alloggiamento, ricevono il seme e lo trasferiscono alle linee di semina dosando il prodotto, sono disponibili con vari design per adattarli al tipo di seme da seminare tra cui cilindri scanalati universali, a rulli dentati, a cilindri.

Figura 4 – nella figura un esempio schematico del sistema di trasporto e dosaggio del seme con fotocellula controllo del seme in una seminatrice pneumatica.

Per definire la dose di seme si può agire sia nella scelta della dimensione dei rocchetti di distribuzione, sia nella velocità di rotazione del distributore regolata da trasmissioni meccaniche o con motori elettrici o idraulici. Nel design di questi sistemi va poi considerata la scelta di materiali, geometrie e sistemi che minimizzino lesioni e rotture ai semi e quindi lasciare inalterata la forza germinativa del seme stesso già soggetta a fattori naturali come indicati in precedenza. Il seme, in ogni caso, uscito dagli apparati distributori, entra in tubi adduttori che o per gravità sulle macchine meccaniche, o tramite la vena d’aria ad alta velocità lo guidano verso i solchi tracciati sul terreno dagli assolcatori (di varie tipologie).

Figura 5 – una delle seminatrici pneumatica a righe di grandi prestazioni.
Figura 6 – alcuni esempi di rocchetti dei distributori di vario profilo per seminatrice a trasporto pneumatico del seme mossi da motori elettrici di precisione a controllo digitale. Un giro nel distributore corrisponde ad una determinata dose secondo i volumi definiti dalle scanalature o alveoli. La geometria della superficie è studiata per l’adattamento alle diverse sementi.

Scritto da Andrea Bozzolan (Product Manager di MC Elettronica) e Dr. Agr. Mattia Trevini (PhD di Agroingegno)

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