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AGRICULTURA DE PRECISIÓN INTRODUCCIÓN A LA AGRICULTURA DE PRECISIÓN 1  AGRICULTURA DE PRECISIÓN La agricultura mundial viene enfrent...

AGRICULTURA DE PRECISIÓN INTRODUCCIÓN A LA AGRICULTURA DE PRECISIÓN 1  AGRICULTURA DE PRECISIÓN La agricultura mundial viene enfrentando, a lo largo del tiempo, el desafío constante de aumentar la producción agrícola en respuesta a la creciente demanda de la población. Este aumento, a su vez, se ha producido de dos formas: con la expansión de nuevas áreas agrícolas, y dentro de cada área, con el aumento de los rendimientos. El aumento de los rendimientos se obtuvo mediante la generación de nuevas tecnologías bajo forma de semillas mejoradas, insumos modernos y agroquímicos más eficientes. Esto, junto al manejo adecuado de nuevas máquinas agrícolas para preparar, sembrar, cultivar, cosechar y procesar los productos agrícolas, permitió avances significativos en el área de producción de alimentos. Sin embargo, con la modernización de las prácticas agrícolas, surgen nuevos desafíos, principalmente respecto al concepto de sustentabilidad ambiental y económica del proceso de producción. En este contexto, la respuesta de la investigación, extensión e innovación de los segmentos relacionados al área agrícola para enfrentar esos nuevos desafíos, ha sido la generación de tecnología que permita desarrollar técnicas que cuantifiquen y manejen diferenciadamente la variabilidad natural del área productora. Para ello, a partir de la década del ‘70, se comenzó a delinear un nuevo concepto de agricultura con los estudios sobre automatización de máquinas agrícolas. En forma complementaria, a fines de la década del ‘80 y comienzos del ‘90, con la liberación del sistema de posicionamiento global por satélite (GPS) para uso civil, fue posible desarrollar equipos inteligentes que permitieron el manejo localizado de las prácticas agrícolas, con una mayor eficiencia de aplicación de insumos, reduciendo el impacto sobre el medio ambiente y en consecuencia, disminuyendo los costos de la producción de alimentos. A ese conjunto de procesos y sistemas aplicados se los denomina Agricultura de Precisión (AP). Este primer capítulo tiene como objetivo presentar los conceptos básicos sobre agricultura de precisión y algunos números relacionados con los antecedentes y la adopción de esta tecnología en el mundo. ¿QUÉ ES LA AGRICULTURA DE PRECISIÓN? Las características del suelo y del cultivo varían en el espacio (distancia y profundidad) y en el tiempo. La agricultura de precisión es un conjunto de técnicas orientado a optimizar el uso de los insumos agrícolas (semillas, agroquímicos y correctivos) en función de la cuantificación de la variabilidad espacial y temporal de la producción agrícola. Esta optimización se logra con la distribución de la cantidad correcta de esos insumos, dependiendo del potencial y de la necesidad de cada punto de las áreas de manejo. La agricultura de precisión no consiste solamente en medir la variabilidad existente en el área, sino también en la adopción de prácticas administrativas que se realizan en función de esa variabilidad. De acuerdo con Robert (1999), la observación de la existencia de variabilidad en las propiedades o factores determinantes de la producción en los agroecosistemas1 no es una novedad. Lo que es diferente, en realidad, es la posibilidad de identificar, cuantificar y mapear esa variabilidad. Más aún, es posible georeferenciar2 y aplicar los insumos con dosis variables en puntos o áreas de coordenadas geográficas conocidas. 1 Sistema ecológico natural transformado en área usada para la producción agrícola o crianza de ganado, de acuerdo a diferentes tipos y niveles de manejo. 2 Localizar geográficamente, a través de referencias de latitud y longitud, el punto de recolección de datos de campo. 2  AGRICULTURA DE PRECISIÓN Los agentes involucrados en el desarrollo y adopción de las prácticas de agricultura de precisión suelen dividir este conjunto de tecnologías en tres etapas diferentes (AGCO, 2005) (Figura 1.1): 1) Recolección de datos; 2) Procesamiento e interpretación de la información; y 3) Aplicación de insumos. En base a ello, se define un ciclo de prácticas agrícolas orientado a sustituir la recomendación habitual de insumos en base a valores promedio, como ocurre en la agricultura tradicional, por una más precisa, con manejo localizado, considerando las Figura 1.1: Las tres etapas de la Agricultura de Precisión (AGCO, 2005) variaciones del rendimiento en toda el área. Es una optimización del uso de los insumos porque deposita en el suelo la cantidad de semilla que cada punto soporta, la cantidad de nutrientes requerida, y además el control de malezas, plagas y enfermedades se hace solamente en los puntos que demanden tal control. La aplicación del concepto de agricultura de precisión puede comenzar, por ejemplo, a partir de la cosecha –con el mapa de rendimiento– o a partir del conocimiento de la variabilidad del suelo representada en los mapas de rendimiento y/o fertilidad del suelo, respectivamente (Figura 1.2). Figura 1.2: Mapa de rendimiento de maíz, campaña 2002 (Embrapa, Estación Experimental Maíz y Sorgo, Sete Lagoas, MG, Brasil). Todo eso se basa en el estudio de variabilidad del suelo y de la planta, con el fin de establecer tendencias de rendimiento dentro de una misma área y también, a lo largo del tiempo, con las variaciones climáticas y modificaciones del suelo. Cuando el rendimiento y/o la fertilidad de un lote no varían, es probable que el incentivo para adoptar las técnicas de agricultura de precisión sea muy escaso desde el punto de vista de la optimización de la producción (no así desde el punto de vista de la gestión de la empresa agropecuaria). Sin embargo, si se detecta una elevada variación de productividad, la adopción de esas técnicas puede ser beneficiosa, pues reduce las distorsiones comprobadas normalmente en el área de producción. Por lo tanto, para entender y aplicar la agricultura de precisión, es necesario definir dos conceptos básicos: 1. Variabilidad espacial: expresa las diferencias de producción en un mismo campo, en una misma campaña y cosecha (Figura 1.2). 3  AGRICULTURA DE PRECISIÓN 2. Variabilidad temporal: expresa los cambios de producción en un mismo campo, en distintas campañas de cosecha (Figura 1.3). Figura 1.3: Variabilidad temporal del rendimiento de maíz, campañas 2000, 2001 y 2003 (Embrapa, Estación Experimental Maíz y Sorgo, Sete Lagoas, MG, Brasil). Sin embargo, las prácticas de manejo localizado no se basan solamente en mapas de productividad o de fertilidad del suelo. La toma de decisiones en agricultura de precisión puede realizarse a partir de una base de datos, registrada en un mapa, o de información obtenida en el preciso instante en que se llevará a cabo determinada acción, utilizando para ello la información obtenida por sensores “en tiempo real”. La frecuencia del muestreo se puede producir en intervalos de meses o años, como, por ejemplo, en el caso de corrección de suelos, o bien, cuando la característica cambia rápidamente, puede ser interesante para el productor medir la variabilidad en tiempo real y proveer, instantáneamente, el insumo necesario, sin muestreo previo. Un ejemplo de esta situación sería la aplicación de nitrógeno basada en la información de los sensores en tiempo real (Figura 1.4). Figura 1.4: Sensor en tiempo real para la aplicación de nitrógeno con dosis variable (Yara, 2005) La aplicación del concepto de la agricultura de precisión está siendo posible gracias a la evolución de cinco tecnologías, que se expondrán en los capítulos siguientes: (1) Sistema de Posicionamiento Global (GPS); (2) Sistemas de Información Geográfica (SIG); (3) Percepción remota; (4) Tecnologías de dosis variable (sensores, controladores, etc.); y (5) Análisis de datos georeferenciados (Geoestadística, Econometría Espacial, Análisis multifactorial, Análisis de Cluster y CART, etc.). Esta nueva filosofía de producción agrícola utilizando tecnología de información responde a las exigencias de un mercado competitivo, que requiere mayor volumen de producción, precios más bajos y utiliza técnicas y sistemas que evitan la contaminación ambiental. 4  AGRICULTURA DE PRECISIÓN ANTECEDENTES Y EVOLUCIÓN Se pueden describir dos líneas de desarrollo de la agricultura de precisión para entender mejor sus antecedentes y su evolución hasta el día de hoy: la agronómica y la ingeniería agrícola. La línea agronómica, citada por Robert (1999), refiere a los trabajos de las décadas del ‘70 y ‘80, en Minnesota, Estados Unidos, sobre la utilización de métodos de investigación de campo para conocer mejor la variabilidad de los factores de suelo y planta, incluyendo análisis de suelo, muestreo del suelo, fotografía del área y análisis de cultivos. Gracias a la unión de esfuerzos de las empresas CENEX, FARMERS Union Central Exchange Inc. y la compañía de computadoras Control Data Corporation, ambas con sede en Saint Paul y Miniápolis, Minnesota, Estados Unidos (EE.UU.), fue posible establecer el primer concepto de variabilidad de suelo y planta en los campos así como los potenciales beneficios del gerenciamiento de estos campos por zona de manejo, en vez de toda el área sembrada. La línea de la ingeniería agrícola se refiere a la evolución de las máquinas agrícolas, utilizando sensores y sistema de posicionamiento global (GPS) para mapeo y aplicación de insumos con dosis variada. De acuerdo con Blackmore (1997), la empresa Massey Ferguson fue, en 1982, la primera compañía en producir una cosechadora comercial con sistema de mapeo de productividad de granos. Luego, ya al comienzo de los años ‘90, aparecieron los proyectos de John Deere, Case, AGCO y New Holland. En la mayoría de las cosechadoras disponibles en el mercado mundial, que operan dentro del concepto de agricultura de precisión, encontramos los siguientes componentes del sistema de monitoreo de rendimiento de granos (Morgan and Ess, 1997): Sensores para medir el flujo de los granos; Humedad de los granos; Velocidad de cosecha; Indicador de posición de la plataforma de corte de la cosechadora; Monitor de funciones de las operaciones; y GPS. Los mapas de rendimiento de granos se elaboran a partir de la información recibida por esos sensores y procesada por un software como, por ejemplo, un Sistema de Información Geográfica (SIG). De acuerdo con Moore (2000), a lo largo del tiempo, se produjo el siguiente esquema de desarrollo: 1982 Desarrollo del monitor de rendimiento 1984 Desarrollo del sistema de posicionamiento 1985/96 Desarrollo de la tecnología de dosis variable 1991 Primer sistema de monitoreo de rendimiento vendido en Europa 1996 Lanzamiento de los modelos comerciales de monitoreo de rendimiento: Field Star, Green Star, etc. 5  AGRICULTURA DE PRECISIÓN ADOPCIÓN DE LA AGRICULTURA DE PRECISIÓN La cuantificación del uso y adopción de una tecnología no es tarea fácil y, en el caso de la agricultura de precisión, se ha medido por la cantidad de monitores de rendimiento comercializados. Como ejemplo de evolución del uso de ese concepto, los siguientes números, proporcionados por los fabricantes de máquinas cosechadoras con sistema de mapeo, muestran que existe una tendencia creciente de su utilización en algunos países: 1992 – primeros tests de campo en EE.UU. 1997 – EE.UU. y Canadá........... 17.000 monitores 1998 – Gran Bretaña.............. 350 monitores 2004 – Alemania............................ 500 monitores 2004 – Brasil................................... 250 monitores 2004 – Australia............................. 800 monitores 2005 – Argentina........................... 1500 monitores 2005 – EE.UU.................................... 35.000 monitores A pesar de que estas cifras, al mostrar cantidades referentes al uso de monitores de cosecha indican una idea positiva sobre la adopción de la agricultura de precisión, distan de representar la realidad sobre el uso del concepto, pues se refieren solamente a una de las herramientas disponibles para la práctica de mapeo de la productividad (mapas de rendimiento). No están incluidas, en esos números, otras herramientas ya disponibles y comercializadas. En Brasil, por ejemplo, se estima que más de 100.000 hectáreas de suelo ya están siendo corregidas por los sistemas de aplicación con dosis variable, si bien, en muchas de esas áreas no se utilizan ni se registran mapas de rendimiento, estando, por lo tanto, fuera del cómputo general de adopción de agricultura de precisión arriba descrito. Asimismo, se dejaron de tomar en cuenta datos de varios países también por falta de estadística más ajustada sobre este tema. AGRICULTURA DE PRECISIÓN EN CULTIVOS TRADICIONALES Los sistemas tradicionales de producción tratan a las propiedades agrícolas de forma homogénea, tomando como base las condiciones promedio de las extensas áreas de producción para implementar las acciones correctivas de los factores limitantes. Con el fin de obtener unos sistemas de producción más competitivos y aumentar la eficiencia agronómica del sector productivo, se incorporaron nuevas técnicas para incrementar y/o mantener la productividad de los cultivos, buscando, al mismo tiempo, reducir los costos de producción. En ese contexto, la optimización del uso de insumos a través de la agricultura de precisión es una alternativa que establece una manera diferenciada de manejo del sistema de producción, buscando promover la estabilidad de la producción a través de la maximización del retorno económico y preservando el medio ambiente. Conceptualmente, la agricultura de precisión es una nueva forma integrada de gerenciamiento de la información de los cultivos, basada en la existencia de la variabilidad espacial y temporal de la unidad mínima de manejo en la agricultura tradicional (Saraiva et al., 2000). 6  AGRICULTURA DE PRECISIÓN Según Cigana (2003), el resultado de la cosecha de dos lotes con soja y maíz que suman 265 hectáreas, en la región del Planalto Médio “Gaúcho”, en Río Grande del Sur, Brasil, confirman el aumento de productividad y la reducción de costos prometida por la agricultura de precisión. En el lote de 132 hectáreas cultivado con maíz, el rendimiento alcanzó 5.880 kg/ha. El resultado es 20% superior al promedio regional, 4.680 kg/ha. El número también es 13% superior al promedio de 5.100 kg/ha obtenido en otros cultivos de la misma propiedad, la Hacienda Anna, donde se aplicaron los métodos convencionales. En las 124 hectáreas sembradas con soja, la productividad llegó a 2.880 kg/ha. El promedio de la región fue de aproximadamente 2.040 kg/ha (29% menos) y el de la propiedad, 2.520 kg/ha (12,5% menos). El mismo autor señala que la comparación con los demás cultivos de la propiedad demuestra también una reducción de costos en los insumos. En el área cultivada con maíz, se alcanzó un ahorro de 18% en la aplicación de fertilizante. En la agricultura convencional, con la aplicación de dosis fija, se necesitarían 59,4 toneladas (450 kg/ha) de un producto formulado (con fósforo y potasio), a un costo de 390 Reales por tonelada (R$/t), con un total de gastos de R$ 23.166. Ahora bien, con la aplicación de dosis variable, se utilizaron 52 t de Súper Fosfato Simple (SSP), un producto más económico (255 R$/t), 14 t de cloruro de potasio (KCl), por un valor de R$ 414 la tonelada, totalizando R$ 19.056 – un ahorro de R$ 4.110 en las 132 ha. En el cultivo de 124 hectáreas de soja, el ahorro alcanzó el 23%. Con la aplicación de dosis fija, se necesitarían 40,3 t (325 kg/ha), con un costo de 303 R$/t. En este caso, los propietarios tendrían que invertir R$ 12.210. Con la aplicación de dosis variable, disminuyendo el nivel de deficiencia de cada punto del área gracias al análisis del suelo, se utilizaron apenas 31 toneladas de fertilizante, reduciendo los costos a R$ 9.303, un ahorro de R$ 2.817. Multiplicando el área de cultivo por 10, para llegar a la extensión de una hacienda comercial, se economizarían R$ 28 mil y sin contar que, en los puntos donde había deficiencia, se estará produciendo más. BENEFICIOS POTENCIALES La adopción de la agricultura de precisión, no solamente como utilización de tecnologías de información, sino como concepto, es un potencial para la racionalización del sistema de producción agrícola moderno como consecuencia de: Optimización de la cantidad de agroquímicos aplicados en los suelos y cultivos; Consecuente reducción de los costos de producción y de la contaminación ambiental ; y Mejora de la calidad de las cosechas. Si bien es un tema de investigación relativamente nuevo, se han logrado muchos avances, principalmente en el desarrollo de máquinas e implementos que permiten el manejo localizado en base a mapas. Los recursos más avanzados en tecnología de información hoy disponibles, como los sistemas de posicionamiento global (GPS), los sistemas de información geográfica (SIG), los sistemas de control y adquisición de datos, sensores y actuadores, entre otros, están cada vez más presentes en el campo. A pesar de ese avance tecnológico, hay áreas que necesitan desarrollarse aún más para que la agricultura de precisión pueda consolidarse como una solución amplia y plenamente viable, para todos los segmentos de la agricultura. Se destacan dos grandes áreas de trabajo: 1. El desarrollo de sensores que permitan obtener, en tiempo real, de forma eficiente y confiable, la deficiencia nutricional o de estrés hídrico de la planta durante su desarrollo para aplicación y corrección en el tiempo preciso y; 7  AGRICULTURA DE PRECISIÓN 2. El desarrollo de dispositivos, programas de computación y estrategias que posibiliten una mayor integración de los datos obtenidos, facilitando así la interpretación y análisis de los mapas y haciendo también más efectivo el manejo localizado. Actualmente, uno de los grandes problemas que se plantea es la magnitud de la correlación de la variabilidad espacial y/o temporal entre los factores asociados al suelo y al desarrollo de los cultivos, incluyendo disponibilidad de nutrientes, materia orgánica, acidez, disponibilidad de agua, textura, distribución de enfermedades, plagas, malezas, etc. La determinación de esos factores es de suma importancia para poder distribuir las cantidades ideales de agroquímicos, fertilizantes o correctivos. Una de las técnicas que viene llamando la atención de la investigación mundial recientemente, es el procesamiento y análisis de imágenes satelitales, aéreas, o hasta de plataformas instaladas en las máquinas agrícolas (Figuras 1.5 y 1.6). Figura 1.5: Esquema de un pulverizador para control localizado de malezas basado en el procesamiento y análisis de imágenes (UIUC, 2005) Figura 1.6: Mapa de infestación con malezas en una plantación de café a la derecha, desarrollada en base al procesamiento y análisis de la imagen aérea de la izquierda (Proyecto Cafeicultura de Precisión – Universidad Federal de Viiosa, Brasil) 8