LOS SISTEMAS DE INFORMACION GEOGRAFICOS

Y LA AGRICULTURA DE PRECISION:

Situación Actual y Posibilidades Futuras.

 

Alvaro Roel*

 Richard Plant**

 

            La investigación tiene hoy en los Sistemas de Información Geográficos (SIG) una herramienta fundamental para la comprensión de la variabilidad espacial de los factores productivos.

 

            En palabras más sencillas, la variabilidad espacial en el sector agrícola puede ser descripta como el hecho de que en una chacra (sea esta de cualquier tipo de cultivo) normalmente tenemos zonas de la misma con un mayor comportamiento productivo y otras de menor rendimiento. Sin embargo, frecuentemente la misma termina siendo descripta por  un valor de x kgs. por hectárea, como reflejo de su valor productivo, cuando tal vez éste valor sea poco representativo de la realidad de la misma.

 

            Un determinado valor de rendimiento puede ser construido de diferentes maneras: 1) puede reflejar el promedio de dos zonas diferentes de la chacra, una con buen comportamiento productivo y otra con un comportamiento menor, pero ambas de iguales dimensiones. 2) puede reflejar el hecho de que una zona menor de la chacra tenga un comportamiento altamente productivo, pero el resto de la chacra presentar un rendimiento menor y uniforme. 3) puede también reflejar lo inverso, es decir una zona menor pero de muy bajo rendimiento, con el resto de la chacra con un rendimiento mayor y uniforme. En definitiva lo que queremos resaltar es que el valor de rendimiento de una chacra no nos permite visualizar que es lo que realmente sucede espacialmente en la misma.

 

            La investigación siempre ha tenido presente la importancia de este tipo de variabilidad y de hecho existen en los diferentes cultivos y sistemas productivos estudios que cuantifican la variabilidad productiva, pero estos son muy complejos y costosos de realizar con métodos tradicionales de investigación. Con la aparición de los Sistemas de Posicionamiento Global (GPS) y los monitores de rendimiento, esto ha pasado a ser muy fácil de cuantificar.

 

 

 

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* Ing. Agr. M.Sc. – INIA Treinta y Tres, Programa Arroz. Actualmente realizando un doctorado en Ecología en la Universidad de California en Davis, USA.

Correo Electrónico:  aroel@ucdavis.edu

** Dr. – Profesor en los Departamentos de Agronomía e Ingeniería Biológica de la Universidad de California en Davis, USA.

Los GPS permiten registrar la posición exacta de un determinado elemento y guardar esa información en un archivo, de manera tal que luego el usuario si tuviera la necesidad podría volver al lugar exacto donde el elemento fue registrado.

 

Los monitores de rendimiento son sensores  (generalmente sensores hidráulicos) que son instalados en las cosechadoras, los cuales registran el flujo de entrada de grano y la humedad del mismo. De esta manera, luego de un proceso de calibración, el rendimiento del cultivo puede ser determinado. El monitor de rendimiento es conectado a un sistema de posicionamiento global, permitiendo que la localización del rendimiento sea registrada (Figuras 1a y 1b). En general la mayoría de los monitores de rendimiento hoy disponibles registran el valor de rendimiento cada metro de avance de la cosechadora, por lo que es fácil de visualizar el volumen importante de registros que pueden ser generados en una determinada chacra. El producto final es un mapa, conocido como “mapa de rendimiento” con la descripción del rendimiento en la chacra (Figura 2).

 

            Debido a esto es que los sistemas de información geográfica (SIG) son el elemento crucial para poder trabajar en esta área. Estos sistemas permiten ordenar y analizar los datos provenientes de los GPS y monitores de rendimiento, manteniendo la información espacial de la información.

 

Cual es la importancia de conocer la variabilidad de rendimiento de una chacra?

 

Desde el punto de vista productivo:

 

            En la mayoría de las condiciones de producción del Uruguay, la variabilidad de suelos, topografía y manejo anterior dentro de una chacra determinan que normalmente existan diferencias en los niveles de fertilidad, de almacenamiento de agua, de posibilidad de exploración radicular, de escurrimiento, etc., las cuales generan ambientes diferentes de producción.

 

            En general, sin embargo, el manejo de una chacra se realiza en base a la información promedio de la misma. Es así que la elección de la variedad, la fertilización, la densidad de siembra, las aplicaciones de herbicidas, funguicidas, etc.,  se realizan en forma uniforme en toda la chacra.

 

            Con la tecnología hoy existente se abre una posibilidad a la aplicación en forma variable de insumos dentro de una chacra. De esta manera, se podría ajustar los mismos de acuerdo a la variabilidad interna de cada chacra. Esto es lo que se denomina Agricultura de Precisión y tendría dos efectos inmediatos:

 

  1. COSTOS DE PRODUCCIÓN: Los costos de producción podrían ser disminuidos al aplicarse una menor cantidad de insumos.

 

  1. ECOLOGÍA DE PRODUCCIÓN: Este segundo efecto es hoy el pulmón del  desarrollo de esta tecnología. Al aplicarse los insumos en forma variable y de acuerdo a las necesidades “reales” de cada zona de la chacra, se evitarían de esta manera,  zonas sobre fertilizadas, zonas con aplicación de herbicidas cuando no hay presencia de malezas, etc., las cuales todas generan potenciales problemas ecológicos. La aplicación de la Agricultura de Precisión llevaría a sistemas de producción más amigables con el ambiente, elemento fundamental en la  conservación de los recursos y a la hora de comercialización de los productos.  

 

 

Desde el punto de vista de la Investigación:

 

            Para poder conocer con certeza cual puede ser el potencial uso de esta tecnología a nivel productivo, la variabilidad espacial del rendimiento debe ser estudiada y cuantificada en los diferentes cultivos extensivos, de manera tal de poder evaluar cual podría ser el impacto en los costos de producción y sobre los ecosistemas, en la aplicación de esta herramienta.

           

            Entendemos que para la investigación se abre una posibilidad muy interesante de estudio, donde ahora cada chacra pasa a ser un “ensayo” donde la clave va a estar en tener la información y el conocimiento necesario para poder interpretar cuales son las causas que determinan las variabilidades observadas en los mapas de rendimiento (Figura 2).  

 

            En este sentido el INIA ha realizado un esfuerzo importante en capacitar a técnicos en esta tecnología en las diferentes áreas de producción, así como también en ir adquiriendo el equipamiento y software necesario.

 

PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

 

            Concretamente dentro del Programa Arroz de INIA se ha comenzado un proyecto con la Universidad de California para evaluar las posibilidades reales de la aplicación de la Agricultura de Precisión en la producción arrocera Uruguaya y de California. Este proyecto está enmarcado dentro de un programa de cooperación que el INIA y la Universidad de California han acordado para trabajar en forma conjunta en áreas de interés mutuo.

 

            Este proyecto comprende cuatro diferentes líneas de trabajo:

 

  1. Cuantificar y caracterizar la variabilidad de rendimiento en chacras arroceras ubicadas en diferentes zonas de producción de Uruguay y California.

 

En este sentido se está actualmente trabajando en cuatro diferentes chacras ubicadas en diferentes zonas de producción de California. Dos de las cuales son cultivadas con la Variedad M 202, que es la variedad de mayor área sembrada en California y las otras dos con la variedades Japónicas Koshiakari y Akita. A modo de ejemplo, se presenta la información referente a una de las chacras, de la cual ya se posee dos años de información y se está recabando un tercer año.

 

La idea de esta línea de trabajo es cuantificar objetivamente la variabilidad espacial del rendimiento  y determinar si la misma permanece estable de una zafra a otra. Esto es realmente clave para el desarrollo de la agricultura de precisión, ya que si los patrones de variabilidad permanecen estables, significa que podrían existir razones agronómicas que expliquen esta variabilidad. De manera contraria, si los mismos son variables de una zafra a otro, significa que las variables climáticas son las que contribuirían en mayor grado a explicar esta variabilidad (Figura 3). Es uno de los objetivos de esta línea de trabajo poder cuantificar que nivel de la variabilidad entre zafras se debe a razones agronómicas y que nivel a razones climáticas.  

 

 

  1. Determinar las posibles causas agronómicas que provocan la variabilidad observada.

 

En este sentido, se realizan mediciones en las diferentes chacras a nivel de: 1) suelo (Materia Orgánica, Nitratos, Fósforo, Potasio, pH, Porcentajes de arena, limo y arcilla y Profundidad de horizonte radicular) 2) planta (contenido de nitrógeno, componentes de rendimiento y temperatura de agua) y 3) evaluaciones periódicas de las chacras referentes a ciclo, enmalezamiento, enfermedades, esterilidad y vuelco.

 

Dentro de esta línea de trabajo se están utilizando fotos áreas infrarrojas que permiten computar los Índices de Vegetación (NDVI), los cuales nos brindan información objetiva del estado de crecimiento de las diferentes chacras y la uniformidad de las mismas (Figura 4). También dentro de esta área se está utilizando imágenes satelitales (Figura 5) para la determinación de los patrones de temperatura dentro de la chacra. Temperaturas bajas en el período reproductivo del arroz son  causantes de esterilidad y esto puede ocurrir con determinada frecuencia tanto en Uruguay como en California, por lo cual puede ser uno de los factores causantes de cierta variabilidad en el rendimiento. Es así, que se están utilizando imágenes satelitales infrarrojas térmicas que permiten determinar la variación de la temperaturas dentro de las chacra. Diez días previos a la ocurrencia del primordio (estimado por acumulación térmica), se comienzan a analizar semanalmente las imágenes para determinar los patrones de temperatura dentro de las chacras y ver si presentan luego algún tipo de correlación con la variabilidad espacial del rendimiento final de las chacras. También son instalados sensores de temperatura en las chacras que miden en forma continua la temperatura del agua y del cultivo. Los cuales son utilizados para corroborar las temperaturas registradas en las imágenes.

 

Toda la información proveniente de chacra es obtenida utilizando un Sistema de Posicionamiento Global (GPS) de manera de tener exactamente identificada la ubicación en el campo donde las muestras fueron extraídas. De esta manera la información puede ser interpolada y comparada con los mapas de rendimiento. (Figura 6). 

 

  1. Determinar la viabilidad económica de la aplicación de esta tecnología.

 

La viabilidad económica de esta tecnología en parte dependerá de la variabilidad espacial del ingreso que tenga el productor. Es decir, si el productor logra determinar, con el uso de esta tecnología, las áreas de la chacra donde para dado un determinado costo de producción él está perdiendo dinero y luego inferir cuales pueden ser las medidas agronómicas a tomar para corregir el ingreso de estas áreas; entonces el uso de esta tecnología tendría un impacto positivo sobre su ingreso. Para esto es importante puntualizar que ambas fases deben ser cumplidas, el delineamiento de las áreas de ingreso negativo y las causas del mismo.   En este sentido en la Figura 7 se presenta el análisis económico de esta chacra. Para esta determinada situación, el cálculo del costo de producción de acuerdo a la información brindada por el productor fue de 6500 kg/ha (incluyendo secado, riego y costo de la tierra). En base a esta información se determinó el margen bruto de producción para cada punto de rendimiento de la chacra (45000 puntos/chacra). Una vez determinado el margen bruto de producción, se calculó el ingreso neto, utilizando como precio de arroz 0.19 dolares/kg, que fue el precio recibido por el productor en las zafras 1998 y 1999. De esta manera se determinaron las zonas de pérdida y ganancia de dinero, así como los montos de los mismos para cada punto de rendimiento de la chacra (Figura 7).  

 

  1. Evaluar los posibles beneficios ambientales sobre el ecosistema arrocero con el uso de esta tecnología.

 

Concretamente este punto, es el de mayor interés en la realidad productiva arrocera Californiana que debe enfrentarse a una sociedad  cada vez más sensibilizada en los temas ambientales. De hecho se está estudiando la posible regulación en la aplicación de los insumos agrícolas, de manera tal que deban ser aplicados en dosis variables de acuerdo a los requerimientos específicos de cada zona de la chacra. Esta regulación tiene por objetivo reducir las cantidades de agroquímicos usadas en el ecosistema arrocero, el cual tiene un valor fundamental en la conservación de la biodiversidad de este Estado. 

 

En este sentido, se han instalado dos chacras pilotos, manejadas directamente por la Universidad, donde se está aplicando dosis variables de insumos, realizándose un monitoreo de los aspectos ambientales de estas chacras (cantidad de agroquímicos, micro y macro fauna, niveles de residuos en agua y suelo, contaminación de acquíferos, etc.) y comparándolas con la información proveniente de las chacras con manejo tradicional.      

 

 

CONSIDERACIONES FINALES

 

v     Entendemos que el uso de los Sistemas de Información Geográficos nos permitirán tener un mayor conocimiento y entendimiento de la variabilidad espacial del rendimiento a nivel de chacra, lo cual previamente era muy dificultoso de estudiar.

 

v     El uso de esta tecnología nos permitirá evaluar si el potencial productivo de una chacra puede ser elevado al incrementar el rendimiento de las zonas menos productivos, siempre y cuando las razones agronómicas sean detectadas, logrando de esta manera una mayor uniformidad y rendimiento promedio de la misma. También es posible evaluar si en las áreas menos productivas el “techo” productivo es indefectiblemente menor y por lo tanto una menor cantidad de insumos pueda ser utilizada (dosis variables de aplicación), logrando de esta manera reducir los costos de producción y su impacto ambiental.

 

v     En general, lo que hemos podido constatar de lo que viene sucediendo en la medida que esta tecnología ha comenzado a ser utilizada por los arroceros norteamericanos, es que el productor  tiene la “intuición” de cuales pueden ser las razones causantes de la variabilidad de rendimiento dentro de su chacra, pero es la investigación la que tiene el desafío de determinar objetivamente si estas son o no las verdaderas razones.  

 

v     El uso de esta tecnología determinó un cambio significativo en las herramientas estadísticas utilizadas tradicionalmente por la investigación, donde la variabilidad espacial era específicamente aislada del análisis, para pasar a ser ahora el  componente de mayor interés. Debiéndose de esta manera, comenzar a utilizar conceptos de geoestadística en el estudio de la información previamente no tenidos en cuenta.

 

v     Entendemos que el uso de los Sistemas de Información Geográficos y de imágenes satelitales, como fueron descriptos en este proyecto, pueden contribuir como herramientas complementarias a las tradicionalmente utilizadas por la investigación, en la determinación de las causantes de la variabilidad espacial de rendimiento a nivel de chacra.

 

v     Creemos que para la investigación se avizora un futuro, donde gran parte de la información no va ser generada en las propias Estaciones Experimentales, sino que estará disponible en diferentes formato y lugares (Internet, empresas privadas, asociación de productores, cooperativas, mapas de rendimiento de chacra, etc.) y será nuestro desafío poseer las herramientas necesarias para poder hacer uso de la misma.