Organic Agriculture : tackling future challenges with the support of Digital Technologies

Climate change has adverse implications for agriculture, such as the reduction of crop quality. However, also agriculture itself has a negative impact on the climate, mainly as a result of intensive farming practices. Consequently, the scientific community and policy makers have to take care of this issue, since it will increase the impact on the natural environment and biodiversity due to by 2050 the food systems will have to produce 50% more food to feed the growing world population. Organic agriculture is recognized as the main Alternative Farming System for solving future challenges, since it sustains the health of soils, ecosystems, and people: however, currently in the world the organic share is only 1.5% of total agricultural land. Since the main criticality impacting organic agriculture’s development is the low crop yield, digital technologies could be adopted because they enhance productivity and resource-use efficiency, minimizing environmental impacts. However, the potential of digital technologies in the organic system is not certain yet and there are doubts about compliance with organic principles. Hence, the thesis work focuses on the analysis of digital technologies implementation in organic systems in order to understand if this combination is possible and beneficial. Most applicative cases searched implement image processing techniques, robotic systems, automatic systems and decision support systems, in order to improve weed control, inputs application and decision-making processes. Consequently, these solutions allow farmers to rapidly react achieving higher yields, better crop quality, and reduction of production costs: however, there are only prototypal solutions whose benefits have not been quantified.

Il cambiamento climatico sta portando conseguenze dannose all’agricoltura, come la riduzione della qualità delle colture. Tuttavia, anche l’agricoltura sta impattando negativamente il clima, soprattutto a causa delle pratiche adottate nell’agricoltura intensiva. Di conseguenza, la comunità scientifica e i politici devono intervenire perché entro il 2050 sarà necessario produrre il 50% in più di prodotti alimentari a causa dell’aumento della popolazione mondiale, e quindi aumenterà l'impatto sull'ambiente naturale e sulla biodiversità. L'agricoltura biologica è considerata il principale sistema di agricoltura alternativo adatto a risolvere le sfide future, poiché favorisce la salute dei suoli, degli ecosistemi e delle persone: tuttavia, attualmente nel mondo solo l'1,5% del totale dei terreni agricoli è biologico. Poiché la principale criticità che influisce sullo sviluppo dell'agricoltura biologica è la bassa resa delle colture, potrebbe essere vantaggioso adottare le tecnologie digitali siccome migliorano la produttività e l'efficienza dell'uso delle risorse, riducendo al minimo l'impatto ambientale. Tuttavia, non si è ancora certi del loro potenziale nel sistema biologico, e si teme anche il possibile allontanamento dai principi biologici. Pertanto, la tesi si concentra sull'analisi dell'implementazione delle tecnologie digitali nei sistemi biologici per capire se sia possibile e vantaggioso. La maggior parte dei casi applicativi ricercati si focalizza sulle tecniche di elaborazione delle immagini e sui sistemi robotici, automatici e di supporto decisionale, risultati utili per migliorare il controllo delle infestanti, l'applicazione di input e i processi decisionali. Queste soluzioni consentono agli agricoltori di reagire preventivamente ottenendo rese più elevate, una migliore qualità delle colture e una riduzione dei costi di produzione: tuttavia, ci sono solo soluzioni prototipali, i cui benefici non sono stati quantificati.