Sistema integral para la gestión hídrica en la agricultura usando información meteorológica e imágenes satelitales. Dr. Samuel Ortega-Farias DIRECTOR

Transcripción

1 (A2C2) Adaptación de la Agricultura al Cambio Climático Universidad de Talca Sistema integral para la gestión hídrica en la agricultura usando información meteorológica e imágenes satelitales Dr. Samuel Ortega-Farias DIRECTOR CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y TRANSFERENCIA EN RIEGO Y AGROCLIMATOLOGÍA (CITRA) FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS UNIVERSIDAD DE TALCA, CHILE Climate SMART AGRO CHILE, 29 y 31 de Agosto 2017, Talca-Santiago, Chile.

2 ESTUDIANTES DE POSTGRADO Daniel de la Fuente Ing. Agr. Mg.Sc.(C) Camilo Riveros Ing. Agr. PROFESORES ESCUELA DE AGRONOMÍA INVESTIGADORES Samuel ortega Farías Director CITRA Ing. Agr. M.S. Ph.D. Fernando Fuentes Ing. Agr. Mg.Sc.(C) Roemil Jorquera Ing. Civil industrial Cesar Acevedo Opazo Ing. Agr. M.S. Ph.D. Luis ahumada Ing. Agr. Mg.Sc. Dr. (C) Tomas Poblete Ing. Bioinforma;ca INVESTIGADORES ASOCIADOS ASISTENTES DE INVESTIGACIÓN Samuel Ortega S. Ing. Bioinforma;co Leopoldo Fonseca Tec. Agrícola Carlos Poblete Director CITRA Ing. Agr. Dr (C) INVESTIGADORES INTERNACIONALES Richard Allen Ing. Civil. M.S. Ph.D. Ayse Kilic Ing. Agr. Biologia, M.S. Ph.D. José Chávez Ing. Riego. M.S. Ph.D. Marcos Carrasco Ing. Agr. Mg.Sc. Dr.

3 Introduction ü En el futuro, la escasez hídrica sera el principal factor que limitara la producción agrícola en Chile. ü Las principales area agrícola de Chile enfrentara disminuciones significativas de la precipitaciones (between 20-40%). ü Ademas, Chile ha sido periodicamente afectado por el evento climático de la La Niña, el cual ha producido importantes sequias y perdidas económicas en la agricultura.. Desafíos son: a) Incrementar la productividad del agua (kg/m 3 ) b) Adaptar la agricultura a la escasez hídrica usando nuevas tecnologías.

4 Sistema Integral para la Gestión Hídrica (SIGESH), 1998 Irrigation management Riego sitio-especifico (Frecuencia y tiempo de riego)

5 Objetivos Generales ü Entregar un Servicio de programación y Optimización del Uso del Agua de Riego (tiempo y frecuencias de riego) ü Desarrollo de un programa de investigación aplicada ü Desarrollo de un programa de transferencia tecnológica

6 Sistema Integral para la gestión Hídrica Maíz Semillero Tomate Industrial y tomate en invernadero Arándanos Frambuesa Manzano Olivos Uva de mesa Uva vinífera Kiwi

7 Red de Estaciones Meteorológica Automáticas COMPONTES del SIGESH Unidad Agroclimática de Validación Estudios Cartográficos (Clima, Suelo, etc) Recopilación Automática de la Información (GPRS) MÓDULO CENTRAL (Sistema de Acopio de la Información) Recopilación Manual de la Información y Digitalización BASES DE DATOS Confección Base de Datos Sistema de Actualización SISTEMA EXPERTO Sistemas de Simulación Modelos Físicos y Biológicos Información y Asesoría SEPOR Central SIG Sistemas de Edición y Comunicación Agricultores

8 Monitoreo climáticos

9 1. Información Climática Básica: Temperatura Humedad Relativa Velocidad y Dirección del Viento Radiación Solar Precipitaciones 2. Información Climática Procesada: Evapotranspiración de Referencia (ETr) Evapotranspiración actual del cultivo (ETa) Coeficientes de cultivo calibrados (Kc) Días Grados Acumulados Horas Frío

10 Modelo de Penman-Monteith ET 0 = 0,48Δ 900 Rn G + γ U Ta Δ + γ 1+ 0,34U ( ) ( ) ( ) 2 2 e s e a donde: Rn= flujo de radiación neta (MJ m -2 h -1 ); G= flujo de calor del suelo (MJ m-2 h-1); = pendiente de saturaciòn la curva presión de vapor versus temperatura del aire (KPaºC -1 ); γ= constante sicrométrica (kpa C -1 ); es= presión de vapor en saturación (kpa); e a = presión parcial del vapor de agua (kpa) ; T a = temperatura de aire (K); U2= velocidad del viento a 2 metros de altura (m s -1 ).

11 Mapas de consumo hídrico ETa = ETo * Kc

12 1.- Evaluación espacial y temporal del consumo de agua (clima) Evapotranspiración actual del viñedo (ETa) ETa = ET Kc Ks = ET0 0 Kr ETa = ET (Kcb Ks + Es) = ET0 0 Kr donde: ETo= evapotranspiración de referencia (mm d -1 ); Kc= coeficiente de cultivo; Kcb= coeficiente basal; Es = coeficiente de evaporación Ks= coeficiente de estrés hídrico; Kr= coeficiente de riego.

13 Spatial variability of vine growth and soil So, the estimation of ETa and Kc values depend on canopy size, leaf area index, canopy geometry and fractional cover.

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15 Bare soil versus cover crop between rows

16 Large variability of canopy size, leaf area index and fractional cover.

17 UNIDADES AGROCLIMÁTICAS DE VALIDACIÓN (UAV)

18 Descripción de la especie Variedad: TiGlue Caracterís;cas: variedad ojo de conejo (RabiJeye) Fecha de plantación: 2007 Edad plantas: 7 años Conducción: doble T Arándano

19 Cul;vo: Frambueso Variedad: Heritage (remontante) Ubicación: La Polvareda, Colbún Suelo: Textura Franco Arcilloso Marco plantación: 3x1 m lineal (33 hileras/ha) Sistema de Conducción: Doble T Riego gravitacional por surcos Frambueso

20 Variedad: var. Fuji Ubicación: Colbún Suelo: Franco Arenoso Marco plantación: 4,5x2,5m Sistema de Conducción: T Riego: micro- aspersores Manzano

21 Kiwi Cultivo: Kiwi Cultivar: Hayward. Ubicación: Maitencillo, Colbún. Sistema de conducción: Parronal Marco de plantación: 4x3 m. Suelo: franco-arenoso. Sistema de riego: micro-aspersores 42 L/h.

22 MONITOREO DEL ESTATUS HÍDRICO DEL SUELO Y LA PLANTA

23 Contenido de Agua en el Suelo (TDR)

24 Monitoreo del hídrico de plantas Manzanos Frambuesas Arándanos Kiwis

25 Percepción Remota para estimar para estimar el consumo de agua

26 Plataforma Geo-informática

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28 Uso de Vehículos aéreos no tripulados Caracterís;cas del Octocoptero a) Equipamiento: - Camara termal - Camara mul;espectrales - RGV (radiación visible) b) Altura de vuelo: - 60 m sobre el huerto de olivos c) Tiempo de vuelo: - 20 minutos d) Resolución espacial: - Tamaño de pixel = 36 cm 2 (6 x 6 cm).

29 ACTIVIDADES DE CAPACITACIÓN Y TRANSFERENCIA TECNOLÓGICA

30 Seminarios Cursos Talleres

31 Diplomado de Riego, 2008

32 Días de Campo

33 EL LLANO LA QUERENCIA MARTA MARTINEZ LA CABAÑA LA ESTANCIA

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35 Días de Campo con productores de la zona de Colbún y Yerbas Buenas)

36 Impactos del SIGESH

37 Caudal Aplicado, rendimiento, eficiencia del uso del agua, huella hídrica azul y ahorro de agua y energía en un viñedo conducido en una doble cortina Genovesa (cv. Carmenere) Caudal aplicado (m 3 ha - 1 ) Rendimiento (t ha - 1 ) Eficiencia del Uso del agua (kg m - 3 ) Huella hídrica azul (L kg - 1 ) Ahorro de Agua y energía (%) Agricultor Estrategia Estrategia Estrategia

38 Balance hídrico anual para un viñedo regado por goteo (mm) (%) Agua de Riego (I) Precipitaciones (R.) Agua del suelo (S) Consumo total (ETa)

39 ph, total acidity and soluble solids for a drip-irrigated commercial Carmenérè vineyard season Treatments ph Total Acidity (g L -1 ) Soluble Solids (ºBrix) Farmer 3.77a z 6.0a 25.5a System 3.76a 6.4a 25.8a season Treatments ph Total Acidity (g L -1 ) Soluble Solids (ºBrix) Farmer System 3.92a 3.96a 5.0a 4.7a 25.7a 26.7a z : Values having the same letter are not significantly different at p < 0.05

40 Skin to pulp ratio, anthocyanins, and phenolic index for a drip-irrigated commercial Carmenérè vineyard season Treatments Skin to pulp ratio (cm 2 cm -3 ) Total anthocyanins (mg berry -1 ) Total phenolic index (DO 280 ) Farmer 3.64 a 1.67 a 36.4 a System 3.20 a 2.59 b 35.4 a season Treatments Skin to pulp ratio (cm 2 cm -3 ) Total anthocyanins (mg berry -1 ) Total phenolic index (DO 280 ) Farmer 3.9 a z 2.0 a 23.3 a System 3.6 a 2.4 a 25.1 a z : Values having the same letter are not significantly different at p < 0.05

41 Optimización del Uso de Agua de Riego para el Mejoramiento de la Calidad y Productividad en Olivo (OLEA EUROPEA L.) Premio 2011: Mejor proyecto de sustentabilidad (Grupo Libra, Brasil)

42 Caudal Aplicado, rendimiento, eficiencia del uso del agua, huella hídrica azul y ahorro de agua y energía en un huerto de Olivos para aceite Caudal aplicado (m 3 ha -1 ) Rendimiento de aceite (t ha -1 ) Eficiencia del Uso del agua (kg m -3 ) Huella hídrica azul (L kg -1 ) Ahorro de Agua y energía (%) Agricultor Estrategia Estrategia Estrategia

43 Analisis Económico: Agricultor (US$/ha) Sistema (US$/ha) Costo de la energía Costo de la cosecha Costo del procesamiento de aceite Costo total Ahorro 222 Huerto = 600 ha; el ahorro total = US$ 133,200/year

44 FICHA TÉCNICA OLIVO, COMUNA DE PENCAHUE, TEMPORADA Cuadro 1. Estados fenológicos principales del olivo cv. Arbequina. Estado Fenológico (Fechas) Inicio de Brotación ( ) Floración ( ) Cuaja ( ) Endurecimiento carozo ( al ) Cosecha ( ) Imagen Fuente: CITRA Cuadro 2. Días grados (base 12,5 C) por periodo fenológico, valores de coeficiente de cultivo (Kc) y evapotranspiración de referencia (ETr) en Olivo cv. Arbequina. Periodo 1 Mayo-Brotación Brotación-Floración Floración- Cuaja Cuaja-IEC 1 IEC-FEC 2 FEC-Cosecha TOTAL GD (10) 13,5 99,0 85,5 232,5 143,0 645,9 1219,4 Coeficiente de cultivo (Kc) Evapotranspiración de referencia a partir de Brotación- ETr (mm) Fuente: CITRA 0 0,6 0,6 0,6 0,36 0, ,4 89,1 174,2 86,3 414,9 966,9 1 IEC=Inicio endurecimiento del carozo, 2 FEC=Fin endurecimiento del carozo

45 Manzanos

46 Manzanos Agua Aplicada (m3/ha/temporada) Rendimiento (Kg/ha) Agricultores SIGESH Volumen de agua aplicada y rendimiento en un huerto de manzanos(cv. Fuji)

47 Manzanos 350 Huella del agua (L/kg) Agricultores SIGESH Huella del agua de un huerto de manzanos (cv. Fuji)

48 Kiwi

49 Kiwi Agua Aplicada (m3/ha/temporada) Rendimiento (Kg/ha) Agricultores SIGESH Volumen de agua aplicada y rendimiento en un huerto de Kiwi (cv. Hayward )

50 Kiwi 400 Huella del agua (L/kg) Agricultores SIGESH Huella del agua en un huerto de Kiwi (cv. cv. Hayward )

51 RESULTADOS E IMPACTOS

52 Arándanos

53 Arándanos Agua Aplicada (m3/ha/temporada) Rendimiento (Kg/ha) Agricultores SIGESH Agua aplicada y rendimiento en huertos de arándanos (cv. Tifblue, ojo de conejo)

54 Arándanos 700 Huella del agua (L/kg) Agricultores SIGESH Huella del agua de Arándanos (cv. Tifblue, ojo de conejo)

55 FICHA TÉCNICA ARÁNDANO, COMUNA DE LONGAVÍ, TEMPORADA Cuadro 1. Estados fenológicos principales del Arándano cv. Briggita. Estado Fenológico (Fechas) Brotación ( ) Floración ( ) Cuaja ( ) Pinta ( ) Cosecha ( ) Imagen Fuente: CITRA. Cuadro 2. Días grados (base 10 C) por periodo fenológico, valores de coeficiente de cultivo (Kc) y evapotranspiración de referencia (ETr) en Arándano cv. Briggita. Periodo 01 Mayo- Brotación Brotación- Floración Floración-Cuaja Cuaja-Pinta Pinta-Cosecha TOTAL GD (10) 19,7 16,9 13,7 72,2 224,2 346,7 Coeficiente de cultivo (Kc) Evapotranspiración de referencia a partir de Brotación-ETr (mm) 0 0,45 0,50 0,60 0, ,65 26,25 79,99 184,05 331,94 Fuente: CITRA

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57 Frambuesa Agua Aplicada (m3/ha/temporada) Rendimiento (Kg/ha) Agricultores SIGESH Volumen de agua aplicada y rendimiento en frambuesas (cv. Heritage)

58 Frambuesa Huella del agua (L/kg) Agricultores SIGESH Huella del agua de frambuesas (cv. Heritage)

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60 Impactos del SIGESH Ahorro de Agua Uvas viníferas 30-60% Olivos 38% Manzanos 18-20% Uva de mesa 25-30% Arándanos 40-50% Mora híbrida 57% Frambuesa 47% Maiz 20-30%

61 Aplicación de la percepción remota para estimar para estimar consumo de agua y balance hídrico

62 Resultados de la investigación

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64 Instrument to validate model for estimating plant water use

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66 Statistical analysis of single crop coefficient (K c ) and actual evapotranspiration (ET a ) of a drip-irrigated Merlot vineyard. MAE RMSE b d Kc ET a_ 0.50 mm d mm d RMSE = root mean square error; MAE = mean absolute error; d = index of agreement

67 Mapas de coeficientes de cultivo

68 MAPAS DE COEFICIENTE DE CULTIVO MANZANOS a) b) c) 1: d) e) f) Kc Kc Kc Kc Figura 4. Mapa de coeficiente de cultivos para distintos períodos fenológicos en manzanos. Montefrut Ltda, Pelarco, región del Maule. a) Tamaño fruto 10 mm, b) Tamaño de fruto mitad de su tamaño final, c) Fruto alcanza entre un 55 a 60 % de su tamaño final, d) Fruto alcanza 70 % de su tamaño final, e) Previo al inicio de maduración, f) Comienzo de maduración.

69 MAPAS DE COEFICIENTE DE CULTIVO OLIVOS a) b) c) Kc Kc d) e) Kc Kc Kc Figura 5. Mapa de coeficiente de cultivos para distintos períodos fenológicos en olivos. Olivares de Quepu, valle de Pencahue, región del Maule. a) Fruto alrededor del 30% del tamaño final, b) Fruto alrededor del 60% del tamaño final (endurecimiento del carozo ya finalizado) c) Inicio segundo período de crecimiento vegetativo, d) Segundo período de crecimiento vegetativo en pleno, e) Término segundo período de crecimiento vegetativo.

70 MAPAS DE COEFICIENTE DE CULTIVO VIDES a) b) c) d) e) Kc Kc Kc Figura 6. Mapa de coeficiente de cultivos en vides en distintos períodos fenológicos. Viña Terranoble, predio Santa Camila, región del Maule: a) post-cuaja, b) pinta, c) post-pinta, d) previo a cosecha y e) madurez.

71 Pivotes Maíz (Palmilla, Linares, Región del Maule) Evapotranspiración de culuvo Temporada a) b) c) d) e) f) Mapa de evapotranspiración actual (ETa) para distintos períodos fenológicos en Maíz. a) altura 10 cm ( ), b) altura 35 cm ( ) c) altura 85cm ( ), d) altura 110 cm ( ), e) altura 155 cm ( ), f) altura 200 cm ( ).

72 Mapa de evapotranspiración (viñedo de ha) 2015 Nov Dec Jan Feb Feb Mar 1

73 Mapa de Kc (Pinta, Enero 23, 2016) (viñedo de ha) 1,106 hectares

74 Evapotranspiración total (mm/season) ETa (mm/season)

75 EsUmación del balance hídrico en avellano europeo

76 Variabilidad Espacial del Kc (Avellano europeo) (13 Febrero 2016) Superficie: ha Leyenda Kc por sectores

77 RESULTADOS Consumo hídrico y K c del huerto 1,6 1,4 1,2 Precipitación precedente en 10 días Promedio Kc para sectores 45,0 36,0 K c 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 27,0 18,0 9,0 Precipitación (mm) 0, Fecha (Año/dia Juliano) 0,0 10,50 Precipitación precedente en 10 días 45,0 ET c Diaria (mm/día) 9,00 7,50 6,00 4,50 3,00 1,50 Promedio ETc para sectores 36,0 27,0 18,0 9,0 Precipitación (mm) 0,00 0, Fecha (Año/dia Juliano)

78 Evaluación del Balance Hídrico

79 Cuenca del ancoa ha Introducción / Bases teóricas / Mat. y métodos / Resultados / Conclusiones Daniel de la Fuente Sáiz

80 Aplicaciones sobre el uso de vehículos aéreos no tripulados

81 Caracterís;cas del Octocoptero a) Equipamiento: - Camara termal - Camara mul;espectrales - RGV (radiación visible) b) Altura de vuelo: - 60 m sobre el huerto de olivos c) Tiempo de vuelo: - 20 minutos d) Resolución espacial: - Tamaño de pixel = 36 cm 2 (6 x 6 cm).

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83 Maíz Vuelo de Dron Inicio vuelo de dron en maíz semillero 2 fechas de vuelos

84 Maíz Mapa de temperatura superficial - Dron Riego Manga Riego Tradiciona l

85 Maíz Comparación intrapredial Riego Manga Riego Tradicio nal Zona color morado Temperat ura Superficial (ºC) NDVI promedio Diámetro mazorca (mm) Largo mazorca (cm) Peso promedio Mazorca sin grano (gr) Nº granos por mazorca Altura mazorca del suelo (cm) Peso 100 granos semilla (gr) 38,1 a 0,23 a 37,18 14,25 12, a 29,82 a 9,79 a Zona color Rojo 26,4 b 0,58 b 39,72 13,72 13, b 43,06 b 12,39 b Significancia ** ** n.s. n.s. n.s. * ** ** n.s. = diferencias no significa;vas; * = diferencias significa;vas; ** = diferencias altamente significa;va

86 Helicopter-based UAV (Octocopter) 1.- Cameras: a) Thermal (EasIR9) ( nm) b) Multispectral cameras (Tetracam Mini MCA (6 channels) c) Digital camera (Lumix DMC): red, blue and green 2.- Height of flights: 60 m above the soil surface 3.- Duration of flights: 15 min 4.- Time overpass: 12:00 and 13:00 pm 5.- Spatial resolution: 36 cm 2 (6 x 6 cm).

87 Vineyard evapotranspiration at high spatial resolution (6 cm x 6 cm) Transpiration = 5.8 mm day -1 Soil evaporation = 0.34 mm day -1 ETa = 1.71 mm day -1 ETeddy = 2.1 mm day -1

88 Evaluation of vineyard irrigation Management using an UAV Canopy temperature Vine evapotranspiration Spatial variability of midday stem water potential (MSWP), canopy temperature (Tc), vine evapotranspiration (ETv), crop coefficient (Kc) and yield. Blue area Red area MSWP (MPa) Tc ( 0 C) ETv (mm/day) Crop Coefficients Yield (t/ha)

89 Mapeo del estado hídrico de una viña usando un vehículo aéreo no tripulado 14 de Enero, de Febrero, de Febrero, de Marzo, 2015

90 Avellano Europeo

91 Problemas para adoptar la tecnología por parte del sector producuvo a.- Falta de capacitación (desconocimiento) b.- Innovación en la transferencia tecnológica c.- Proceso gradual de adopción de la tecnología : se requiere de calibración local de sistema (técnico y cultural) Más información :

92 Acknowledgments The research leading to this study was supported by: - Chilean Science Foundation (FONDECYT, N ) - Fund for fostering scientific and Technological research (FONDEF, Nº D10I1157)

93 Remote sensing team (CITRA, Universidad de Talca)

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95 Gracias

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