Uno dei fattori che può accelerare l’implementazione dell’agricoltura di precisione rendendola economicamente conveniente è la valutazione del rischio patogenetico su larga scala. La stima dei danni biotici su colture di interesse agrario è stata tradizionalmente basata sulla identificazione visuale dei sintomi caratteristici dell’interazione pianta-patogeno. Tale stima, per quanto precisa a livello puntuale, è limitata nello spazio e nel tempo e non può rappresentare una metodologia sostenibile per stimare in maniera appropriata tempi e modi di un trattamento fitosanitario. La ricerca in questo campo è quindi stata orientata verso lo sviluppo di tecnologie atte a fornire una dettagliata analisi spaziale e temporale della diffusione di un patogeno, al fine di ridurre i costi della rilevazione e fornire un quadro completo degli andamenti del ciclo infettivo sia a scala di fattoria che di comprensorio. In particolare, la ricerca si è concentrata sulla identificazione di sensori ottici atti al rilevamento, identificazione e quantificazione del danno indotto dei patogeni in agricoltura (Hillnhütter et al. 2010; Mahlein et al. 2012a; Sankaran et al. 2010; West et al., 2010) sfruttando le proprietà ottiche della vegetazione in specifiche bande dello spettro elettromagnetico. Le immagini fotografiche digitali, data la loro grande diffusione e costo limitato, vengono comunemente utilizzate sia per identificare il patogeno che per evidenziare il grado di attacco in atto (Camargo and Smith, 2009; Neumann et al., 2014; Konanz et al., 2014). Strumenti di questo tipo, che sfruttano le informazioni derivanti dai tre canali del visibile (Red, Green and Blue, RGB) in aggiunta ad altre caratteristiche della struttura dell’immagine, sono applicati soprattutto a scala locale, per la classificazione e valutazione del grado di infezione di numerosi patogeni. Neumann et al. (2014), per esempio hanno testato con successo una metodologia basata su foto riprese da cellulare per classificare patogeno e grado di attacco su barbabietola.
L’utilizzo di informazioni derivanti da sensori di riflettanza multi-, o iper-spettrali, si sta affermando negli ultimi anni come approccio per la valutazione sistematica della tipologia di patogeno e grado di aggressività a scala locale. Le proprietà ottiche delle strutture vegetali sono infatti modificate a seconda di quali siano i processi alterati nell’ambito dell’interazione pianta-patogeno e l’anomalia nella riflettanza in specifiche bande rende evidente questi processi. Nello specifico, la riflettanza della vegetazione in specifiche bande è influenzata dalla struttura chimico-fisica delle strutture fotosintetiche: la riflettanza nel visibile (300-700 nm) è influenzate dalla concentrazione di pigmenti fotosintetici, mentre le informazioni relative alla riflettanza nell’infrarosso vicino (700-1100 nm) dipendono dalla struttura interna della foglia e dal suo contenuto in acqua. L’infrarosso lontano (1100-2500 nm) contiene informazioni sulla struttura chimica delle foglie. L’alterazione dei parametri in queste specifiche bande e la successione temporale di queste alterazioni permettono di definire in maniera completa ed univoca la firma spettrale che caratterizza l’interazione pianta-patogeno definendo in questa maniera il tipo di patologia ed il suo grado di estensione a livello fogliare.