La falta de uniformidad espacial de la productividad

Matías Ruffo La agricultura de precisión Una nueva tecnología para producir alimentos La falta de uniformidad espacial de la productividad de los cultivos constituye una característica que los agricultores han percibido desde el origen mismo de la agricultura. Dentro de un lote cultivado es posible encontrar sectores de alta productividad, muy próximos a sectores menos productivos. Esta variación espacial suele estar asociada a cambios en algunas propiedades del suelo. Sin embargo, a pesar de ella, los agricultores manejan el cultivo de forma homogénea, es decir, uniformizando las dosis de fertilizante o la cantidad de semillas sembradas para todo un lote entero, más allá de las claras diferencias espaciales. La razón de esta aparente contradicción tiene varias causas. Una de ellas es la dificultad que existía hasta hace pocos años para documentar y cuantificar cuánto varía el rendimiento de los cultivos en los distintos sectores de un Cosechadora equipada con monitor de rendimiento y GPS trabajando un lote de maíz. De qué se trata? Los lotes cultivados con trigo, maíz, soja o pasturas rara vez presentan uniformidad espacial en sus rendimientos. Esto suele estar asociado a la variación espacial de los suelos sobre los que crecen. La agricultura de precisión es una tecnología muy joven que combina el uso de sensores remotos, computadoras y dosificadores para manejar esta heterogeneidad espacial y utilizar los insumos para producir cultivos de manera más racional. Volumen 21 número 125 octubre - noviembre 2011 25

Consolas para la aplicación variable de fertilizante lote. Las limitaciones de las máquinas agrícolas para modificar la dosis de aplicada de un insumo de manera sencilla y práctica es otra de las razones que limitó el manejo ajustado a las variaciones espaciales. Hoy en día, la realidad se ha transformado completamente y ambas limitaciones han sido superadas. El desarrollo de tecnologías que permiten obtener fácil e instantáneamente una referencia espacial precisa y una medida del rendimiento del cultivo que se está cosechando, como los sistemas de navegación satelital y de información geográfica, hacen posible generar, almacenar y analizar cientos de observaciones por hectárea a una resolución espacial impensable tan solo unos años atrás. Esta información, a su vez, se utiliza para ajustar espacialmente el empleo de fertilizantes, semillas o agroquímicos, en forma automática. Este conjunto de tecnologías orientadas a mejorar la eficiencia de producción por medio del relevamiento y manejo de la variabilidad espacial y su relación en el tiempo con los cultivos se denomina agricultura de precisión. Tanto la agricultura de precisión como la aplicación espacialmente variable de insumos representan un nuevo paradigma para la agricultura porque permiten reemplazar el manejo uniforme por un manejo sitio-específico para cada fracción del lote, teniendo en cuenta la variabilidad de los factores que afectan el rendimiento de los cultivos. Qué tecnologías forman parte de la agricultura de precisión? La agricultura de precisión engloba un gran número de herramientas y tecnologías, algunas de ellas de aplicación masiva y prácticamente imprescindibles, mientras que otras son muy específicas y para condiciones particulares. Los sistemas de navegación satelital pertenecen al primer grupo. Estos sistemas están formados por una constelación de satélites que orbitan la Tierra y por una red de estaciones terrestres que los controlan (ver Ciencia Hoy, 104, Satélites como instrumentos científicos ). Las señales emitidas por estos satélites son recibidas por equipos terrestres que calculan la posición sobre la base del tiempo que demora la señal de diferentes satélites en alcanzar al equipo. Los equipos varían en tamaño, precisión, costo y, por lo tanto, en las aplicaciones en las que son utilizados. Por ejemplo, existen equipos manuales de relativamente bajo costo que tienen un error de posicionamiento de entre 6 a 15m, mientras que las con sistema de corrección diferencial propio, de mayor costo, poseen un error menor a los 2cm. Los de bajo costo se utilizan en el muestreo georreferenciado de suelos, mientras que los más sofisticados se emplean en lo que se conoce como sistema de autoguiado de maquinaria. Los sistemas de posicionamiento globales (más conocidos como GPS) de alta precisión pueden ser utilizados también para relevamientos altimétricos y permiten desarrollar modelos digitales de elevación. Así, es posible generar mapas de atributos topográficos como elevación, pendiente, índice de humedad, entre otros, de utilidad tanto en el manejo de los cultivos como para la conservación de los suelos. Los monitores de rendimiento conforman otra tecnología de rápida adopción y generalmente la puerta de entrada de muchos productores a la agricultura de precisión. Esencialmente consiste en un sistema que se monta en la cosechadora y que permite conocer el rendimiento del cultivo segundo a segundo. Está compuesto por un sensor de flujo de grano, otro de humedad y una computadora que integra las señales de estos sensores y calcula el rendimiento del cultivo. La computadora también puede asignar los datos de latitud y longitud provistos por el GPS a cada observación. Con esta tecnología se generan cientos de observaciones de rendimiento por hectárea, en lugar del promedio de rendimiento por lote que se obtenía tradicionalmente, lo cual permite analizar en detalle la variabilidad espacial de la productividad del cultivo. Los sensores remotos son instrumentos que permiten medir la cantidad y la calidad de la energía solar que reflejan el suelo y los cultivos de modo que es posible utilizarlos para determinar la cantidad de biomasa vegetal de los cultivos así como el grado de estrés causado por alguna deficiencia nutricional (nitrógeno, por ejemplo) o una enfermedad. La aplicación más común de estos sensores es la predicción del rendimiento de los cultivos sobre la base de índices que integran la información obtenida por estos sensores de radiación. Estos dispositivos pueden estar montados en satélites, aviones o equipos terrestres. La gran diferencia entre los sensores disponibles en cada plataforma es su nivel de resolución espacial (tamaño de píxel), el área de cobertura (generalmente 26

inversamente relacionada a la resolución) y el tiempo de retorno a un sitio determinado, es decir, el lapso que transcurre entre una y otra toma de datos, algo que puede variar entre intervalos diarios hasta mensuales, en el caso de los satélites que orbitan la Tierra y que están equipados con este tipo de sensores. Finalmente, existe otro tipo de sensores que permiten medir en tiempo real la capacidad del suelo de conducir la electricidad (conductividad eléctrica), que está correlacionada con diferentes características y propiedades tales como la concentración de sales, de arcilla, la humedad y la profundidad de suelo, entre otros atributos que tienen un fuerte impacto sobre la productividad de los cultivos. Estos dispositivos, no obstante, requieren de una cuidadosa y detallada calibración. Cómo se utilizan estas herramientas? Los productores agropecuarios, antes de la siembra de un cultivo, deben tomar decisiones relativas a la elección del cultivo y la variedad, la fecha de siembra y la densidad en que lo sembrará (cantidad de semillas por unidad de superficie). Asimismo, hay otra cantidad de decisiones de manejo Elevación Pendiente Índice de poder erosivo Índice de humedad El procesamiento de los datos de latitud, longitud y elevación provistos por el GPS mediante sistemas de información geográfico permiten generar modelos digitales de terreno y calcular atributos topográficos que son valiosos para el diseño de prácticas de conservación de suelo y manejo de los cultivos. que pueden ser tomadas luego de la siembra del cultivo y muchas incluso cuando el cultivo está en activo crecimiento. Por ejemplo, la decisión de aplicar un fertilizante, y a qué dosis hacerlo, puede ser tomada luego de la siembra e incluso cuando el cultivo está en pleno crecimiento. Otras decisiones de manejo por ejemplo, la aplicación de productos sanitarios, como los fungicidas deben ser hechas indefectiblemente con el cultivo en activo crecimiento. En líneas generales, hay dos grandes estrategias para tomar decisiones de manejo del cultivo y aplicación de insumos: las estrategias proactivas, que se basan en el análisis de información previa a la siembra, y las estrategias reactivas, que utilizan al cultivo como indicador para la toma de decisión. Algunas decisiones, como la elección del genotipo y la densidad de siembra, se rigen mayormente por estrategias proactivas, mientras que para la aplicación de fertilizantes o fungicidas cualquiera de las dos estrategias son viables. Estrategias proactivas Las imágenes de cultivo obtenidas con sensores remotos de cultivo son utilizadas para cuantificar la heterogeneidad espacial en el crecimiento de las plantas. Las zonas verdes indican un alto desarrollo del cultivo y las zonas rojas, áreas sin cultivo. Las estrategias proactivas requieren del procesamiento y análisis de información espacialmente explícita (georreferenciada) y tienen como resultado final la confección de una prescripción para la aplicación espacialmente variable de insumos. Esta prescripción se puede basar en unas pocas o muchas variables analizadas. El método más simple, frecuente en la prescripción de fertilizantes, utiliza solo información del suelo y las recomendaciones desarrolladas para el manejo uniforme (tradicional). En la práctica, se basa en el muestreo en cuadrantes, típicamente de 1ha, tomando muestras de suelo que son analizadas en el laboratorio para Volumen 21 número 125 octubre - noviembre 2011 27

determinar la disponibilidad de nutrientes o el ph. Luego, mediante diferentes técnicas de interpolación, se genera un mapa de los diferentes nutrientes y utilizando recomendaciones agronómicas se desarrolla una recomendación con la que se alimenta el equipo para la aplicación de ese fertilizante en forma variable. Este método, por ejemplo, es utilizado en los Estados Unidos de América para la aplicación de fósforo, potasio y encalado, este último para modificar la acidez del suelo, que son variables estables en el tiempo y no requieren del muestreo anual. Además, el costo relativo del muestreo y análisis de suelo es relativamente bajo en ese país comparado con el de la Argentina. Una metodología alternativa para la aplicación variable de insumos que se ha impuesto en la Argentina es el manejo por zonas o ambientes. Esta técnica consiste en la división del lote tradicional que se manejaba en forma uniforme, en subzonas o ambientes homogéneos pero contrastantes entre sí. Es decir, se pasa de manejar un solo lote a realizar el manejo óptimo de sublotes determinados a partir de información georreferenciada. En la práctica, los ambientes son determinados mediante el procesamiento de información del cultivo, el suelo o una combinación de ambos. La información del cultivo proviene de imágenes satelitales y/o mapas de rendimiento de años anteriores. Una de las grandes ventajas de las imágenes satelitales es que, dado que existen archivos o bibliotecas de imágenes, resulta posible generar información de la variabilidad espacial y espacio-temporal de los cultivos en forma inmediata. También se pueden desarrollar mapas de ambientes utilizando atributos topográficos (elevación, pendiente) y edáficos (acidez del suelo, conductividad eléctrica). El uso de esta última metodología requiere de un importante Los sensores de conductividad eléctrica permiten inferir importantes características y propiedades del suelo. trabajo de calibración local, porque las propiedades y características sitio-específicas que afectan la respuesta de los cultivos a los insumos aplicados varían entre regiones. La determinación de los ambientes es un paso necesario pero no suficiente para realizar una recomendación agronómica. Para ello es imprescindible la interpretación de los factores limitantes del rendimiento en cada ambiente y de la disponibilidad de información técnica adecuada para realizar el manejo por ambientes. Por ejemplo, la aplicación variable de fertilizantes requiere de la caracterización de la disponibilidad de nutrientes en cada ambiente, que en la práctica se realiza mediante la toma de muestras de suelo agrupadas por ambiente y su posterior análisis en el laboratorio. El muestreo por ambientes permite reducir drásticamente el costo de la caracterización de la disponibilidad de nutrientes comparado con el muestreo en grilla ya descripto y, por este motivo, es el enfoque más utilizado en nuestro país. Otra alternativa para generar recomendaciones proactivas para la aplicación variable de insumos es desarrollar funciones de producción que incluyan propiedades y características sitio-específicas y su interacción con el factor en cuestión. Por ejemplo, para cultivos de maíz en Illinois (Estados Unidos), se encontró que el potencial de aporte de nitrógeno por parte del suelo y algunas características topográficas asociadas al drenaje del suelo determinan la forma e intensidad con que este cultivo responde a la fertilización nitrogenada. La gran desventaja de este método es que requiere de una importante inversión en investigación aplicada y por esta razón no ha sido desarrollado comercialmente. Estrategias reactivas Las estrategias reactivas consisten en la utilización del cultivo como indicador de la necesidad de realizar algún tipo de manejo correctivo ante la incidencia de un agente nocivo (plagas o enfermedades) o deficiencia nutricional. Aunque existen diferentes alternativas, esta estrategia se basa en el uso de sensores remotos, porque la reflectancia del cultivo en bandas específicas del espectro electromagnético está asociada a ciertos tipos de deficiencias. Por ejemplo, los cultivos deficientes en nitrógeno presentan una marcada reducción de la reflectancia en el infrarrojo y un incremento de la reflectancia en el espectro del verde y el rojo, haciendo posible entonces detectar y cuantificar esta deficiencia, su ubicación espacial, y remediarla. Si bien esta tecnología también es útil para la detección de enfermedades o de falta de agua, el diagnóstico y la recomendación de la fertilización nitrogenada es la aplicación que ha recibido la mayor atención y desarrollo tecnológico y comercial. En teoría, es posible utilizar imágenes de sensores en cualquier plataforma, pero en la práctica, las imágenes 28

satelitales presentan limitaciones operativas, como la imposibilidad de tomar imágenes con nubosidad, el prolongado tiempo de retorno y de procesamiento y entrega de la información para poder generar una prescripción. Los sensores montados en aviones permiten resolver algunas de estas limitaciones y tienen mayor resolución, pero su costo sigue siendo elevado y la disponibilidad de la información tampoco es inmediata. Las limitaciones de los sensores montados en satélites y aviones han llevado al desarrollo de sensores ópticos que son montados en equipos que permiten la aplicación de nitrógeno o de herbicidas en tiempo real, a medida que el vehículo recorre el terreno. Estos sensores son activos, es decir que emiten su propia radiación, haciendo posible su uso bajo cualquier condición de nubosidad e incluso de noche, a diferencia de los sensores montados en satélites o aviones, que dependen de la radiación solar. Habitualmente, la utilización de estos sensores requiere de la utilización de franjas de referencia que no presentan limitaciones y que son utilizadas como indicador del estado óptimo del cultivo. Una de las limitaciones más importantes que tienen estos sensores consiste en que el período durante el cual es posible diagnosticar la fertilización nitrogenada es relativamente breve, y puede ser una limitante operativa en algunas zonas. La demora de la fertilización con el fin de generar un correcto diagnóstico incrementa, entonces, el riesgo de pérdida de rendimiento si el estrés es muy severo y no resulta posible corregirlo a tiempo. Comentarios finales La producción agrícola en la Argentina tiene características óptimas para la adopción de la agricultura de precisión, incluso mayor aún que en otros países donde la agricultura está altamente tecnificada, como en los Estados Unidos. Una razón importante para ello es la mayor superficie de los lotes de nuestro país con respecto a otros países, lo que resulta en un mayor grado de variabilidad espacial dentro de las unidades de manejo tradicional. Asimismo, aun conservando el mismo tamaño de lote, los suelos pampeanos tienen una mayor variabilidad espacial intrínseca (profundidad, textura, etcétera) que los del cinturón maicero norteamericano. Esta mayor heterogeneidad, en parte, es el resultado de una menor historia e intensidad de fertilización, que tiende a homogeneizar algunas propiedades de los suelos. También existen factores sociales y económicos que hacen que esta tecnología tenga un mayor potencial de adopción en la Argentina. La menor edad de los productores argentinos en relación con los norteamericanos y europeos facilita la adopción de tecnologías digitales. El factor económico es otro aspecto determinante. El productor argentino tiende a priorizar las tecnologías que mejoran la eficiencia del uso de los insumos y no necesariamente la productividad, como es el caso de la agricultura de precisión, mientras que los productores norteamericanos y europeos, motivados por subsidios asociados a la productividad de los cultivos, tienden a adoptar rápidamente tecnologías que incrementan el rendimiento. Aunque la agricultura de precisión posee importantes ventajas y grandes oportunidades para mejorar la eficiencia de producción y el resultado económico, también presenta nuevos desafíos. Es una tecnología compleja que requiere de mayor conocimiento y capacitación. También requiere de la generación de nuevas recomendaciones desarrolladas específicamente para esta tecnología, la formación de equipos multidisciplinarios y la capacitación de técnicos y del personal de campo. No obstante, la presión para producir una mayor cantidad de alimentos en forma eficiente y sustentable convierte a la agricultura de precisión en una tecnología estratégica a desarrollar en nuestro país mediante el trabajo conjunto del sector privado y de las instituciones públicas. Solo de esta forma la agricultura de precisión dejará de ser una interesante promesa para transformarse en una tecnología adoptada en gran escala. Lecturas sugeridas Matías Ruffo ARONOFF S, 2005, Remote Sensing for GIS Managers, ESRI Press. PIERCE F J, 1997, The state of site-specific management for agriculture, ed. J Sadler, ASA, CSSA, and SSSA, Madison, WI. PIERCE F J & CLAY D, 2007, GIS Applications in Agriculture, CRC Press, Boca Ratón. Ingeniero agrónomo, UBA. PhD, Universidad de Illinois. Gerente de agronomía de Mosaic Fertilizantes. Sitios web INTA Manfredi, Argentina: http://www.agriculturadeprecision.org/ Universidad de Sydney, Australia http://www.usyd.edu.au/agriculture/acpa/ Universidad de Purdue, Estados Unidos: http://www.agriculture.purdue.edu/ssmc/ Volumen 21 número 125 octubre - noviembre 2011 29