PEGADA 4.0 – Sustentabilidade da Atividade Agrícola Suportada por Processos e Tecnologias Inteligentes

Objetivos operacionais:

• Reforçar a digitalização, de forma abrangente, igualitária e inclusiva
• Promover a utilização de tecnologias como Internet of Things (IoT), big data e de inteligência artificial, entre outras
• Aumentar a rentabilidade, a resiliência e a sustentabilidade dos sistemas de produção através de uma maior utilização das tecnologias de precisão

Objetivos, atividades e resultados esperados:
O projeto PEGADA 4.0 que tem como objetivos centrais:

1. Avaliar as pegadas climática, hídrica, de poluição difusa, de paisagem e de biodiversidade de distintos produtores agrícolas com sistemas produtivos associados aos cereais, hortícolas e horto-industriais;
2. Estudar, desenvolver e validar as tecnologias e soluções digitais no âmbito da Agricultura 4.0 mais adequadas para reduzir tais pegadas;
3. Transferir os conhecimentos adquiridos ao tecido produtivo, capacitando e demonstrando as vantagens e benefícios associados aos mesmos; e
4. Fomentar a participação cidadã na procura de soluções face aos desafios apresentados.

Figura 3 – Esquema das principais Work Packages (WP) a desenvolver e suas relações de interdependência no projeto PEGADA 4.0.

Face ao âmbito geográfico do projeto cada membro do consórcio lidera determinado tipo de atividades e tem responsabilidades assignadas em atividades lideradas por outros membros do consórcio. Do ponto de vista geográfico, o centro do país terá o apoio maioritario da UC, no Ribatejo e Oeste da ESAS e ISA, no Alentejo da UÉvora/MED, ESAB e INIAV. Do ponto de vista dos recursos humanos (RH), serão utilizados os RH próprios das instituições face aos objetivos delineados e para além destes e de forma especial as ENESII contratarão recursos humanos externos para dar apoio ao trabalho experimental e de campo que será desenvolvido no âmbito do PEGADA 4.0.

WP1 – Sustentabilidade (Pegadas: CO2, hídrica, de poluição difusa, paisagem, biodiversidade)
Este WP tem como objetivo estudar as pegadas de CO2, hídrica, de poluição difusa, paisagem e biodiversidade dos “alimentos foco” (cereais, hortícolas e horto-industriais) produzidos tendo em consideração os distintos tipos de solo, clima e sistemas de produção, objetivos e estratégias das PMEs Agro pertencentes ao consórcio. || Como resultado deste WP espera-se poder perceber por tipo de “alimento foco” produzido, quais são os pontos críticos da produção em distintas situações produtivas e regiões e como é que as tecnologias de Agricultura 4.0 (WP2, WP3, WP4 e WP5) poderão ajudar a reduzir os mesmos.

• WP1.1 (AgroInsider) – Recolha de dados das pegadas
  A AgroInsider face à experiência relevante que tem no âmbito do consórcio Landmarc (2020-2024), com casos de estudo a nível mundial (https://youtu.be/LEp9dwkffjM) será responsável por recolher, junto das PMEs agro, os dados mais relevantes para o cálculo das pegadas de CO2, hídrica e de poluição difusa. Por outro lado, face à sua competência tecnológica no uso dos satélites da Agência Espacial Europeia (ESA) irá fornecer aos parceiros responsáveis pelo estudo da paisagem e da biodiversidade os indicadores remotos de paisagem e de diversidade  radiométrica de todas as unidades de produção (cultura, parcela, herdade) associadas às PMEs Agro. A análise dos dados de satélite considerará o histórico da atividade agrícola desde 2017 (constelação completa dos satélites Sentinel 1 e 2 da ESA) até ao término do projeto por forma a considerar a variabilidade interanual.
  
  
• WP1.2 (ISA) – Análise de dados das pegadas
  Os dados recolhidos ou produzidos serão analisados pelos líderes e parceiros associados de cada pegada, que neste caso serão: CO2 (ESAB, AgroInsider), hídrica (ISA, ESAS, AgroInsider), de poluição difusa (ESAS, ISA, AgroInsider), paisagem (UÉvora/MED, AgroInsider) e biodiversidade  (UC, INIAV, UÉvora/MED, AgroInsider). Face aos resultados obtidos discutir com todos os parceiros do PEGADA 4.0 com conhecimentos respetivamente, nos itinerários tecnológicos de cada cultura (CO2), na gestão da rega (hídrica), na gestão de nutrientes e pesticidas (de poluição difusa), no desenvolvimento rural e património territorial (paisagem), na diversidade genética e especifica (biodiversidade) por forma a reduzir as últimas, bem como, as tecnologias e processos mais relevantes para atingir tal propósito.
  
  
• WP1.3 (UÉvora/MED) – Trabalhos experimentais
  Face a todas as análises efetuadas no âmbito das tarefas WP1.1 e WP1.2 os líderes e parceiros de cada pegada delinearão os trabalhos experimentais a desenvolver dentro das PMEs Agro selecionadas para o efeito por forma a testar e a analisar as potencias soluções discutidas.

Entregáveis:
E1.1) Base de dados das pegadas de CO2, hídrica, de poluição difusa, paisagem e biodiversidade dos “alimentos foco” (cereais, hortícolas e hortoindustriais);
E1.2) Relatório com a análise das pegadas tendo em consideração os distintos tipos de solo, clima,  unidades/tipologias da paisagem e sistemas de produção e estratégias das PMEs Agro pertencentes ao PEGADA 4.0;
E1.3) Relatório com proposta da estratégia experimental a desenvolver junto das PMEs agro do PEGADA 4.0, tendo em consideração cada uma das pegadas.

WP2 – Tecnologia 1: Satélites
Este WP pretende estudar o valor da tecnologia dos satélites no âmbito da Agricultura 4.0, dando suporte ao estudo de todas as pegadas em análise.

• WP2.1 (AgroInsider) – Estudo do histórico agrícola
  Com os satélites da ESA cada PME Agro, juntamente com os dados recolhidos no WP1.1., irá ser analisada desde 2017 (mais disponibilidade de dados) até ao término do projeto a distintas escalas de análise: i) herdade (CO2, estrutura e funcionalidade da paisagem, biodiversidade); e ii) parcela (CO2, hídrica e de poluição difusa).
  
  
• WP2.2 (UÉvora/MED) – Zonas de gestão e amostragem inteligente
  Face às distintas escalas de análise do WP2.1 serão delineadas zonas de gestão (herdade, parcela) como forma de calcular as zonas de amostragem inteligente ou de colocação de sensórica específica, ou de estudo da estrutura e funcionalidade da paisagem e da biodiversidade.
  
  
• WP2.3 (ESAB) – Anomalias 
  Deteção de anomalias no que toca às relações solo-água-planta, máquinas de rega ou outras por monitorização continua das parcelas em campanha.

Entregáveis:
E2.1) Relatório da observação satélite (sensores óticos e radar) com o estudo do histórico agrícola;
E2.2) Relatório com as zonas de gestão (herdade, parcela, unidade da paisagem) e locais de amostragem;
E2.3) Relatórios de monitorização com a identificação de anomalias agrícolas.

WP3 – Tecnologia 2: Drones
Ao contrário das imagens de satélite, os drones não podem cobrir todo o globo a um custo aceitável, como tal, têm que ser valorizados para trabalhos com maior valor acrescentado. Nesse sentido neste WP os mesmos serão utilizados para realizar estudos de maior detalhe e
proximidade.

• WP3.1 (ISA) – Agricultura e Paisagem
  As herdades das PME Agro escolhidas para análises de maior detalhe no que toca a processos agrícolas (deficits hídricos, nutricionais, etc.), de paisagem e de biodiversidade serão sobrevoadas com drones por forma a caracterizar a diversidade da ocupação de solo a uma micro escala, complementando os dados do WP1.1 e WP2.1 e reduzindo dessa forma os custos no que toca à visita de toda a herdade.
  
  
• WP3.2 (ESAS) – Deteção de anomalias em maquinaria agrícola
  Falar de Agricultura 4.0 é falar de aplicação diferenciada de fatores de produção (VRT), todavia a maquinaria agrícola (distribuidores de fertilizantes, de pesticidas, etc.) deverá estar aferida e calibrada. Assim sendo e com base no WP3.1, os drones serão utilizados para registar a uniformidade de aplicação das máquinas VRT como forma de garantir a eficácia na aplicação de fertilizantes e fitofármacos e assim reduzir a pegada de poluição difusa.

Entregáveis:
E3.1) Cartografia de voos drone e análise detalhada da paisagem/biodiversidade;
E3.2) Avaliação da uniformidade na aplicação de fertilizantes e fitofármacos

WP4 – Tecnologia 3: Sensores IoT (escala local)
A localização dos sensores próximos (humidade do solo, caudal água, gravadores de avifauna e morcegos, fotos e vídeo de biodiversidade…) é obtida a partir dos sensores remotos (WP1.1) por forma a que os dados recolhidos possam representar situações relevantes do ponto de vista das variáveis a amostrar. Os dados obtidos neste WP serão analisados por técnicas de Inteligência Artificial (IA) no WP5.

• WP4.1 (ISA) – Sensores IoT
  Os sensores IoT (LoRa, GSM, wifi…) humidade do solo são importantes na monitorização da humidade do solo e na redução da pegada hídrica. Serão por isso testados as suas funcionalidades e as barreiras ao seu uso nas culturas de uso intensivo de água.
  
  
• WP4.2 (UÉvora/MED) – Sensores biodiversidade
  Distintos são os sensores a utilizar na monitorização e inventariação local da biodiversidade, nomeadamente gravadores áudio para avifauna, imagem e vídeo para outro tipo de fauna e flora.
  
  
• WP4.3 (UC) – Armadilhas de pragas
  As armadilhas de pragas são hoje em dia relevantes na redução da pegada dos pesticidas, como tal serão analisadas do ponto de vista tecnológico e do tratamento da informação (algoritmos de inteligência artificial).

Entregáveis:
E4.1) Instalação de sensores de humidade de solo em PMEs Agro, base de dados associada e analise dos dados e barreiras encontradas na otimização da pegada hídrica;
E4.2) Instalação de sensores de biodiversidade, base de dados associada, análise de resultados e sugestões de melhoria;
E4.3) Deteção de pragas e alarmística.

WP5 – Tecnologia 4: Algoritmos IA (escalabilidade)
Os algoritmos de inteligência artificial são hoje em dia muito úteis no tratamento e análise de grandes volumes de dados favorecendo dessa forma a escalabilidade de processos.

• WP5.1 (UC)
  Desenvolvimento de algoritmos IA na deteção automática de espécies de aves, morcegos e outros a partir dos registos áudio, imagem e vídeo, todos eles recolhidos em campo de forma continua no WP4.2. Estes algoritmos favorecerão a escalabilidade da deteção de espécies em campo.
  
  
• WP5.2 (AgroInsider)
  Desenvolvimento de algoritmos IA como forma de escalar os processos dinâmicos à escala de paisagem (corredores, matrizes…) tendo em consideração os padrões da paisagem detetados no WP1.1., as medições de biodiversidade local efetuadas no WP4.2 e os algoritmos de análise automática desenvolvidos no WP5.1.

Entregáveis:
E5.1) Algoritmos IA para deteção automática de espécies (áudio, imagem e vídeo);
E5.2) Algoritmos IA e sua associação escalável com os processos dinâmicos da paisagem medidos por imagens de satélite.

WP6 – Soluções Digitais em Agricultura 4.0: Pegadas: Económica e Social
A atual forma de chegar ao utilizador final com informação relevante para a tomada de decisão e criação de valor económico e social, passa pelo uso do smartphone e de Apps que desempenham a tarefa de entregar informação relevante, bem como, fomentar a integração
e digitalização de processos.

• WP6.1 (AgroInsider)
  O resultado de todo o trabalho desenvolvido a montante (WP2 a WP5, mais tecnológicos) e a jusante (WP7, mais agronómico) do PEGADA 4.0 será consolidado e integrado na WebApp “smartAG” da AgroInsider de maneira a favorecer a digitalização de processos e a sustentabilidade da atividade agrícola (WP1).
  
  
• WP6.2 (AgroInsider)
  A digitalização de processos é normalmente relevante para a criação de valor económico e social, contudo, enfrenta sempre muitas barreiras do ponto de vista humano que convém enfrentar. Será por isso realizado um estudo com as PME Agro por
  forma a conhecer tais barreiras na WebApp construída e dessa forma perceber como ultrapassá-las e criar valor social.

Entregáveis:
E6.1) Integração de resultados do projecto na WebApp smartAG da AgroInsider;
E6.2) Estudo das barreiras à digitalização de processos em agricultura.

WP7 – Casos de estudo: Cereais

• WP7.1 (INIAV)
  A escolha da variedade mais ajustada a cada ambiente versus sistema cultural é determinante quando se quer diminuir o impacto das diferentes pegadas. Serão selecionadas e testadas diferentes variedades por espécie tendo em consideração o seu
  potencial produtivo e de adaptação (Genótipo x Ambiente x Itinerário).
  
  
• WP7.2 (ESAB)
  Os cereais de outono-inverno podem ser relevantes na otimização da pegada hídrica, pois pequenas quantidades de rega podem fazer a diferença no que toca à produtividade dos mesmos e à produtividade da água. Serão ainda analisados sob o ponto de vista de culturas de cobertura numa perspetiva de aumentar a matéria orgânica do solo e a redução de todas as pegadas elencadas anteriormente a analisar no âmbito do projeto.
  
  
• WP7.3 (ISA)
  Os cereais de primavera-verão como o milho e arroz são relevantes pela quantidade de água e energia que gastam, sendo por isso necessário analisá-los sobre este ponto de vista por forma a reduzir a sua pegada hídrica e de CO2, em particular o arroz, a cultura agrícola com a maior pegada de CO2 existente face às emissões de metano que esta produz.
  
  
• WP7.4 (UÉvora/MED)
  Um dos grandes problemas que existem na ligação entre a produção animal e a atividade agrícola são a distribuição de chorumes de índole animal em terrenos agrícolas (cereais, pastagens, hortícolas…). Este tipo de atividade apresenta normalmente um rasto elevado do ponto de vista da pegada de poluição difusa, serão por isso avaliadas soluções tecnológicas existentes de distribuição por forma a reduzir este tipo de pegada.

Entregáveis:
E7.1) Lista de variedades recomendadas;
E7.2) Relatórios sobre o valor da digitalização de processos e das tecnologias testadas à resiliência climática e à redução das pegadas calculadas no WP1.1: i) Cereais outo-inverno; ii) Cereais primavera-verão; iii) Distribuição de chorumes.

WP8 – Casos de estudo: Hortícolas e Horto-industriais
As hortícolas e horto-industriais são normalmente o tipo de culturas com a menor pegada de CO2 pois são normalmente muito produtivas considerando os inputs introduzidos, contudo o desafio neste tipo de culturas tem que ver com a pegada de poluição difusa, pois utilizam
grandes quantidades de matéria orgânica de origem animal ou outros (ex: ETARS…).

• WP8.1 (ESAS)
  Culturas como a batata, a cenoura, o tomate e as couves serão analisadas do ponto de vista das pegadas a analisar no âmbito do projeto e já elencadas anteriormente.
  
  
• WP8.2 (INIAV)
  As leguminosas/proteoginosas são culturas altamente relevantes na produção de proteína com pegada reduzida. Estas culturas serão analisadas do ponto de vista da sua integração em sistemas rotacionais para reduzir a pegada da rotação como um todo, ou proporcionando alternativas resilientes às alterações climáticas.

Entregáveis:
E8.1) Relatórios sobre o valor da digitalização de processos e das tecnologias testadas à resiliência climática e à redução das pegadas calculadas no WP1.1: i) Hortícolas e Horto-industriais; ii) Leguminosas/Proteaginosas.

WP9 – Transferência, Qualificação e Capacitação de PMEs (ANPROMIS e ANPOC)

• E9.1) Workshops (2);
• E9.2) Grupos de discussão ZOOM (2);
• E9.3) Dias de campo no âmbito dos cereais, hortícolas e horto-industriais (2): i) Pegadas, resiliência e sustentabilidade; ii) Tecnologias de agricultura 4.0; e iii) Digitalização de processos agrícolas.

WP10 – Divulgação PEGADA 4.0 (TODOS)

1. Artigos técnicos (3) e científicos (3);
2. Manual da digitalização agrícola para empresários agrícolas (1);
3. Feiras e/ou conferências (2);
4. Comunicações em redes sociais.

As ações e o consórcio proposto no PEGADA 4.0 impactará o sector pois contribuirá para o desenvolvimento de uma agricultura mais resiliente e mais retributiva, que protege o ambiente, assegura a sustentabilidade dos recursos água, solo e biodiversidade e contribui para uma transição climática, alicerçada numa “Rede de Inovação” transdisciplinar com uma cobertura territorial significativa do país, estimulando dessa forma o desenvolvimento de um ecossistema empresarial jovem, independente do género e suportado pela inovação social que valoriza a incorporação do conhecimento, da tecnologia e da participação cidadã. Face à abrangência geográfica da problemática a enfrentar o PEGADA 4.0 promove a cooperação nacional (este consórcio), transfronteiriça (Projecto HIBA) e internacional (Projectos H2020:  Landmarc e PestNu) na interface entre o sistema académico, científico e tecnológico e o tecido empresarial português, garantindo dessa forma as condições necessárias no que toca aos recursos humanos, equipamentos, meios técnicos e financeiros exigidos para potenciar o seu impacto.

8.0 – Linhas de ação por WP, indicadores e metas

Tabela 2 – Indicadores e metas por linha de ação por WP

*Linhas de ação: Agricultura de Precisão (8.1); Tecnologia (8.3); Dados (8.4).

Considerando os objetivos Terra futura:

1. Aumentar, em 20 %, o nível de adesão à Dieta Mediterrânica;
2. Instalar 80 % dos novos jovens agricultores nos territórios de baixa densidade;
3. Aumentar o valor da produção agroalimentar em 15 %;
4. Mais de metade (+50 %) da área agrícola em regimes de produção sustentável reconhecidos; listamos de seguida os WP do projeto PEGADA 4.0 bem como a sua pontuação de acordo a tais objetivos.

Tabela 3 – Lista e pontuação do PEGADA 4.0 de acordo com os objetivos Terra futura
(1 cumpre menos e 5 cumpre mais os objetivos)

11.0 Cronograma

Tabela 4 – Cronograma do projeto PEGADA 4.0 (3 anos)