Trabajo preparado para la Revista IDIA del INTA, Diciembre 2003.
LA AGRICULTURA DE PRECISIÓN EN LA COSECHA Ing. Agr. Rodolfo Bongiovanni, Ph.D.
Proyecto Agricultura de Precisión – INTA Manfredi Ruta 9 km 636, (5988) Manfredi, Argentina
(03572) 493039
[email protected] Introducción
Los cambios tecnológicos que se producen en la agricultura están, por lo general, directamente relacionados con la rentabilidad que trae aparejada dicho cambio. Ejemplo de esto son, entre otros, la adopción de la semilla híbrida de maíz, la siembra directa y la biotecnología. En la Argentina, la agricultura de precisión no mejora el precio de los granos, el sistema de transporte ni la disponibilidad de créditos, pero es una tecnología con la que los productores buscan producir a bajo costo.
El potencial de la agricultura de precisión es el de reducir los costos en la producción de granos, aumentar la productividad y hacer un uso más eficiente de los insumos. En un sentido más amplio, la agricultura de precisión permite administrar los insumos en el tiempo y en el espacio, optimizar la logística de las operaciones a campo, supervisar el trabajo de los empleados en el campo, manejar los riesgos de la producción, vender productos diferenciados, proveer trazabilidad de los productos para consumo humano, y documentar los insumos aplicados para cumplir con reglas de protección ambiental. Los monitores de rendimiento también se usan como herramienta para diagnosticar malezas, pestes, enfermedades, problemas de drenaje y fertilidad, diferencias en sistemas de labranza, y por lo tanto, como una herramienta para la toma de decisiones en la elección de híbridos, variedades o pesticidas.
¿Qué es la agricultura de precisión?
Es el uso de la tecnología de la información para adecuar el manejo de suelos y cultivos a la variabilidad presente dentro de un lote. La agricultura de precisión involucra el uso de
sistemas de posicionamiento global (GPS) y de otros medios electrónicos para obtener datos del cultivo. La información obtenida puede usarse para implementar planes de manejo de la variabilidad. Junto a la biotecnología, la agricultura de precisión es uno de los cambios tecnológicos más importantes que ha vivido la agricultura en los últimos años.
Las técnicas de la agricultura de precisión más usadas en Argentina son el monitor de rendimiento y el sistema de guía por GPS (banderillero satelital), aunque la agricultura de precisión también incluye la densidad de siembra variable, la dosis variable de fertilizantes, el mane jo localizado de plagas, los sensores remotos y muchas otras aplicaciones. Las
tecnologías de la agricultura de precisión permiten satisfacer una de las exigencias de la agricultura moderna: el manejo óptimo de grandes extensiones.
El uso de las tecnologías de la agricultura de precisión puede ayudar a mejorar los márgenes, a través de un aumento del valor del rendimiento (cantidad o calidad), de una reducción en la cantidad de insumos, o de ambos simultáneamente.
¿Cuáles son las principales herramientas de la agricultura de precisión?
1. Sistema de posicionamiento global (GPS). Proporciona la respuesta a la pregunta ¿Dónde estoy? Es simplemente un “ubicador de posición” para gente, cosechadoras, sembradoras, pulverizadoras, etc. Ni más, ni menos. La precisión de la señal gratuita GPS puede ser suficiente para algunas operaciones, pero no para otras. Para lograr mayor precisión se puede pagar una corrección diferencial al GPS, lo que en conjunto se denomina DGPS.
Figura 1. Sistema de posicionamiento global (GPS)
2. Monitoreo de rendimiento y mapeo. Mide y graba el rendimiento de pequeñas áreas o “sitios” dentro del lote en forma continua, a medida que se cosecha el grano. Cada sitio tiene un ancho específico (el ancho de corte), un largo específico (la distancia recorrida por la cosechadora en el intervalo de grabación: 1 a 5 segundos), y una ubicación única (coordenadas x, y). El monitor de rendimiento también estima y graba el contenido de humedad y la cantidad de grano de cada sitio. El rendimiento, ya sea base “seca” o base “húmeda”, se calcula como la cantidad de grano de cada sitio dividida por el área de ese sitio de cosecha en particular. Con la ayuda de un programa se pueden hacer mapas que muestran la ubicación de estos sitios de cosecha, con sus respectivos rendimientos y humedades.
Figura 2. Monitor de rendimiento
3. Muestreo intensivo de suelos. El manejo óptimo de la fertilidad de suelos es un proceso de cuatro etapas. Primero se deben tomar muestras representativas de cada área de manejo dentro del lote (por tipo de suelo, zonas de diferente potencial de rendimiento, topografía, etc.). Estas muestras se analizan en el laboratorio, y los resultados del análisis se interpretan para determinar cuál es el factor limitante del rendimiento. Por último, se toma una decisión sobre la cantidad de nutriente a agregar, la densidad de siembra, etc.
Figura 3. Carta de suelos sobre la que se puede basar el muestreo por tipo de suelos
4. Percepción remota. Es la ciencia y el arte de obtener información sobre un objeto, área o fenómeno a través del análisis de datos obtenidos con un aparato (sensor remoto) que no está en contacto físico con ese objeto, área o fenómeno bajo estudio. El sensor remoto puede estar a pocos centímetros o a varios kilómetros, dependiendo del sistema usado y de la información deseada. Ej.: sensor de nitrógeno, fotografías aéreas, imágenes satelitales, etc.
Figura 4. Satélite argentino de observación “SAC-C” equipado con sensores remotos.
5. Sistema de información geográfica (GIS). Es un programa de computación que puede recolectar, clasificar, mapear, graficar, almacenar, analizar y mostrar datos de producción con una referencia espacial (coordenadas: latitud y longitud). Es un sistema de “información” porque permite organizar los datos para que sea posible analizarlos, evaluarlos y tomar decisiones. Es el medio para transformar los datos en información útil para la planificación y la administración de los recursos.
Figura 5. Ventana de uno de los programas GIS más usados.
6. Dosis variable de fertilizantes y densidad de siembra variable. Permite ajustar la dosis de insumos de acuerdo al mapa de aplicación realizado en un GIS. Requiere del uso de un GPS para conocer la ubicación del equipo en el lote. Una computadora integra la información del mapa de aplicación y del GPS, enviando la información al controlador del equipo para variar la dosis recomendada sobre la marcha. Si no se dispone de un sistema de dosis variable automático, una alterna tiva es la dosis variable manual, o la paralelización de zonas de manejo.
Figura 6. Sembradora con dosis variable de fertilizante y densidad de siembra variable.
7. Banderillero satelital. Es un sistema de guía por GPS usado para que el equipamiento siga una trayectoria determinada en el mapa de aplicación. Se usa principalmente en pulverizadoras autopropulsadas y en aviones aplicadores.
Figura 7. Pulverizadora equipada con banderillero satelital.
Antes de contar con monitores de rendimiento y GPS, se tomaban los lotes como una unidad productiva, obteniendo datos promedio de productividad y de características físicas y químicas del suelo . Pero en los datos promedio del lote se engloba la variabilidad que existe, tanto en potenciales de suelo como de rendimiento. En realidad, existe gran variabilidad de propiedades de suelo y por ende de rendimiento, la que se pone de manifiesto a través de los mapas, que son la representación gráfica del rendimiento y su distribución espacial dentro del lote.
La variabilidad que existe dentro de un lote se puede resumir en tres clases: (1) natural, tales como tipo de suelo y topografía; (2) aleatoria, como las precipitaciones; y (3) de manejo, como la aplicación de fertilizantes y la densidad de siembra.
La variabilidad natural incluye (a) variabilidad de suelos, (b) variabilidad biológica, y (c) variabilidad en los procesos dinámicos del suelo (Hatfield, 2000).
1.a) El suelo puede variar espacialmente en la capacidad de retención de agua, materia orgánica, y en otras características físicas y químicas por tipo de topografía, como así también
por una serie de elementos interactuantes. Uno de los desafíos es cuantificar la variabilidad de los suelos.
1.b) La variabilidad biológica dentro de los lotes es tan grande como la variabilidad de suelos, incluyendo la variabilidad en la población de microbios del suelo, población de malezas, población de insectos, ocurrencia de enfermedades, crecimiento del cultivo y por último pero no menos importante: el rendimiento, que es la variable -diagnóstico que permite a los productores darse cuenta del resultado de toda la variabilidad biológica ocurrida durante el ciclo del cultivo.
1.c) La variabilidad en los procesos dinámicos del suelo se puede entender mirando, por ejemplo, a la dinámica del Nitrógeno (N): el N en el suelo representa el balance existente entre un número de procesos, tales como la mineralización, inmovilización, desnitrificación, volatilización, nitrificación, adsorción, absorción por los cultivos, y percolación.
En la práctica, la mayoría de los cálculos de aplicación de insumos se basan en un rendimiento esperado, en función de una serie de variables entre las cuales se encuentran la fertilidad y disponibilidad hídrica (método del balance de nutrientes). El desafío es cuantificar la respuesta de rendimiento del cultivo a la dosis variable de insumos (método de la dosis óptima económica), usando indicadores de bajo costo, tales como el tipo de suelo y la topografía, como lo proponen Anselin, Bongiova nni, y Lowenberg-DeBoer (2003). En este sentido, el análisis de regresión espacial de los datos del monitor de rendimiento y diferentes dosis de fertilizante en diferentes tipos de suelo muestra resultados agronómicos y económicos muy alentadores, a pesar de la complejidad de las interacciones que existen entre el ambiente físico y la respuesta biológica, lo que dificulta cuantificar la respuesta frente a diferentes prácticas de manejo.
Otra aplicación de gran utilidad de la agricultura de precisión es la evaluación a campo de ensayos en franjas. En el momento de la cosecha no es necesario disponer en el campo de una balanza para pesar, ni es necesario que la cosechadora descargue parada, sino que solamente se debe poseer el monitor de rendimiento calibrado y cosechar los ensayos respetando las franjas de los tratamientos. Además, presenta como principal ventaja que el análisis de resultados de los ensayos se puede realizar por sectores diferentes de los lotes, y de esta manera ajustar el manejo diferencial dentro de los lotes. Por ejemplo, los rendimientos de dos cultivos pueden ser idénticos si se usan los promedios, pero diametralmente opuestos en la loma y en el bajo de un lote; ese valioso dato sólo se logra a través del mapa de rendimiento. Lo mismo puede ocurrir con el tipo y la dosis de fertilizante, la densidad de semilla, la fecha de siembra, el espaciamiento entre hileras, etc. Esta metodología le permite al productor transformarse en experimentador, para tomar decisiones de manejo a partir de sus propios datos, que le posibiliten manejar la variabilidad (Bragachini y otros, 2003).
Si no existiera variabilidad dentro de un lote (de suelos, de rendimiento, etc.), no habría necesidad de agricultura de precisión; y si no existiera variabilidad en los ensayos de híbridos dentro del lote, se seguirían las recomendaciones de los ensayos zonales.
Componentes del monitor de rendimiento
Todos los monitores de rendimiento que se usen para recoger datos para crear un mapa de rendimiento necesitan los siguientes componentes básicos (Figura 8).
1. Sensor de flujo de grano. 2. Sensor de humedad del grano.
3. Sensor de velocidad de avance. 4. Antena DGPS.
5. Consola del monitor con tarjeta de memoria.
Figura 8. Componentes del monitor de rendimiento Fuente: Morgan y Ess (1997).
Actualmente (2003) existen en el país unas 600 cosechadoras equipadas con sistema de monitoreo de rendimiento. El 70 % de estas cosechadoras cuentan con DGPS, con precisión de 1 m, con lo que se puede obtener información en tiempo real de rendimiento instantáneo, humedad de grano instantánea, velocidad de avance, flujo de grano y superficie cosechada. Estas cosechadoras cubren aproximadamente el 4% del área cosechada en Argentina.
El monitor de rendimiento de una cosechadora representa el 3,5% del costo promedio de un equipo de cosecha completo, y ofrece la alternativa de diferenciación del servicio ofrecido por el contratista; no sólo una eficiente cosecha de grano, sino también una cosecha de datos muy valiosa para el diagnóstico y manejo del lote en cuestión, sin representar un costo elevado.
Otra aplicación del monitor de rendimiento es que permite regular la velocidad de trabajo en función del grano procesado (conociendo el límite de capacidad de procesamiento de la cosechadora), porque la eficiencia de trabajo de las cosechadoras depende directamente de la capacidad de alimentación y procesamiento (trilla, separación y limpieza). Con esa información el operario podría avanzar más rápido en los lugares de menor rendimiento del cultivo y más lento en los lugares de mayor rendimiento, manteniendo constante el flujo de alimentación de grano de acuerdo a la capacidad ideal de la cosechadora.
Un análisis de fortalezas, debilidades y oportunidades permite sacar conclusiones sobre el futuro de la adopción de esta tecnología en Argentina:
Factores que favorecen la adopción (Fortalezas).
El monitoreo de rendimiento es una de las herramientas de la agricultura de precisión que más rápidamente se va a adoptar en nuestro país, debido a:
• Productores que trabajan grandes extensiones de tierra, con una relación relativamente alta capital / empleado.
• Alto nivel de educación de grandes productores y de los asesores rurales. • Tecnología disponible de Norteamérica y Europa, y desarrollos locales
post-devaluación.
• Necesidad de los grandes productores de contar con mayor información.
• Facilidad de compartir datos para analizar problemas y buscar soluciones a través de agrupaciones de productores.
Factores que desfavorecen la adopción (Debilidades).
Para la adopción de la agricultura de precisión en Argentina, hay por lo menos cuatro diferencias clave con países desarrollados:
• Mayor costo de la inversión en hardware y software por la devaluación y por la falta de crédito.
• Mayor riesgo de producción por retenciones, ausencia de subsidios, poca difusión del seguro de cosecha, falta de infraestructura de comercialización y transporte,
inundaciones, etc.
• Menor variabilidad inducida de suelos por una historia de agricultura más reciente que el hemisferio norte y por el poco uso de fertilizantes o enmiendas.
• Uso generalizado de contratistas, lo que puede dificultar la cosecha de datos de calidad.
Oportunidades
Para una mayor difusión y adopción de la agricultura de precisión en Argentina hay que vencer un número de desafíos:
• Entrenar a los agrónomos y a los productores a recolectar información útil para un análisis sitio-específico. Ejemplo de esto puede ser ensayos a campo en los que se pueda establecer una relación entre las características de los ambientes dentro del lote y los rendimientos obtenidos
• Capacitar a los operarios de cosechadoras y contratistas a recoger datos georeferenciados.
• Formar a los Ingenieros Agrónomos y a los Economistas Agrarios para que realicen análisis de rentabilidad en el espacio y en el tiempo.
• Interpretación de datos. Esto es un desafío siempre que se usa la agricultura de precisión y no se conocen las causas de la variabilidad.
• Usar datos de bajo costo, tales como mapas de rendimiento, mapas de elevación digital, imágenes satelitales, fotografías aéreas y en el futuro, sensores remotos y sensores de suelo.
• Desarrollar redes locales de investigación y experimentación adaptativa, ya que la agronomía y la economía de la agricultura de precisión son sitio-específicas.
Pronóstico
• Rápida adopción del monitor de rendimiento por parte de productores y contratistas. • Rápida adopción del banderillero satelital en aviones y pulverizadoras autopropulsadas,
por parte de contratistas.
• Lenta pero sostenida adopción de la dosis variable, en la medida en que se identifiquen los factores limitantes de rendimiento y se prescriban recomendaciones adecuadas para cada zona de manejo.
Aspectos Económicos
Los resultados de un análisis de rentabilidad de la agricultura de precisión en trigo realizado por Bongiovanni (2003a) en base a las curvas de respuesta al N obtenidas por Melgar y colaboradores (2001) indican que la ganancia extra por usar dosis variable de N sería de $9,98/ha para años normales y de $31,61/ha para años húmedos. Este trabajo debe ser complementado con la respuesta en años secos. Para ello van a ser de suma utilidad las dosis óptimas económicas en trigo que se obtengan de los ensayos cosechados en Noviembre de 2003 en el INTA Manfredi. No obstante los resultados alentadores del análisis económico preliminar, se debe tener siempre presente que la rentabilidad de la agricultura es específica de cada sitio, dependiendo de la variabilidad; es decir, no se puede generalizar a condiciones que sean distintas a las estudiadas.
También se debe recordar que el monitor de rendimiento no sirve sólo para prescribir dosis variables, sino que es una herramienta de manejo de la información. A modo de ejemplo, un productor con 300 ha de trigo, que use el monitor de rendimiento para seleccionar las mejores variedades de trigo para cada zona de variabilidad, y que con ello aumente sus rendimientos promedio en 2 quintales/ha, podría pagar un monitor de rendimiento con GPS de U$S 7.000 en un año (sin tener en cuenta el costo extra del ensayo y análisis de datos) (Bongiovanni, 2003b).
Calidad y Agricultura de Precisión 1. Monitor de proteína
Una de las herramientas de la A.P. más adoptadas hasta el momento en Argentina y en el mundo ha sido el monitor de rendimiento, que brinda la cantidad de grano cosechado por unidad de área. Pero así como la cantidad de grano es importante, la calidad de grano también es relevante , pero por diferentes razones. La primera es la evaluación económica. Cuando se quiere evaluar la rentabilidad de cada zona de manejo dentro de un lote, hay que tener en cuenta no sólo el rendimiento, sino también la calidad. Hay dos parámetros que son componentes importantes de la calidad: la humedad y el contenido de proteína. La segunda razón es que la combinación de mapas de rendimiento, humedad y contenido de proteína puede ser de gran utilidad para el manejo sitio específico de la fertilización nitrogenada, porque permite determinar zonas de manejo en forma mucho más económica que si se hiciera con tipos de suelo o con cuadrículas. Esto permitiría la oportunidad no de maximizar el rendimiento, sino de obtener una alta calidad uniforme en todo el lote, a lo largo de las diferentes zonas de manejo. Mayor calidad significa mejor precio, mientras que la uniformidad en la calidad es un requisito de la cadena de procesamiento.
Dada la importancia de este tema es que varias empresas, entre las que se destaca Case-New Holland, ha desarrollado un monitor de proteína similar al de rendimiento, pero que aún no se encuentra disponible comercialmente. El sensor de proteína usa un sistema óptico
multi-espectral que permite medir con una precisión del 0,5% el contenido de proteína del grano que pasa por el sinfín de descarga de la noria. Según Engel y otros (1997), el % proteína estimado se correlaciona muy bien con el método NIR y con el N disponible en el suelo. Estos autores determinaron el efecto “Steenbjerg”: el aporte de N produce una caída inicial de proteína asociado al aumento de rendimiento, porque se estimula el crecimiento, mientras que altas cantidades de N disminuyen el rendimiento pero aumentan la proteína. La aplicación práctica de este hallazgo es la siguiente:
En áreas del lote donde la fertilidad es adecuada (basada en la concentración de proteína), la dosis de N sería de mantenimiento:
En áreas donde la fertilidad es baja, la dosis debería ser de reposición, determinada a través del método del balance. Esto evitaría el muestreo intensivo de suelos, algo que es tan caro en Argentina.
¿Cuál es la situación actual del monitor de proteína? Case desarrolló este sensor para proteína de trigo, con Milestone y con Textron, y fue probado con éxito en USA y en Australia. En el 2001, el grupo Fiat compró CNH y cambió la estrategia de “innovador” a “seguidor rápido” (que otros paguen el costo de desarrollo y de introducción al mercado). Por lo tanto, han descontinuado el proyecto de lanzar al mercado el monitor de proteína. Los gerentes de marketing dicen que hay que fabricar en base a la demanda, no adelantarse a ella. Mientras que los ingenieros defienden la idea de que nadie demanda sin antes conocer el producto. El INTA Manfredi está actualmente trabajando en el desarrollo de una metodología de muestreo manual que reemplace el monitor de proteína hasta que el mismo esté disponible comercialmente. Ya han sido cosechados los primeros ensayos y los resultados estarán disponibles en el 2004.
2. Sensor de N
El sensor de N en planta “Hydro”, disponible comercialmente en Argentina, mide la biomasa y el contenido de clorofila de las plantas a medida que el vehículo pasa por el lote, usando luz infrarroja. Con esta información, una computadora calcula la cantidad de N que la planta necesita para el llenado de granos con alto contenido de proteína. Esta información es pasada al fertilizador, que varía la dosis de aplicación de N de acuerdo al nivel óptimo. Esta herramienta también es de gran valor para lograr calidad uniforme, y fue probado en ensayos a campo por Melchiori y otros (2001) en el INTA Paraná.
3. Cosecha con ataque de Fusarium
Otras aplicaciones de la A.P. para mejorar la calidad de grano incluye la cosecha diferencial de trigo con ataque de Fusarium. El GPS permite realizar un mapa de espigas blancas con una escala de máximo, medio y mínimo % de ataque con Fusarium, paralelizar sitios y tomar decisiones de cosecha: Cosechar por separado las partes del lote con máximo ataque y regular el viento de la cosechadora, tratando de eliminar al máximo los granos chuzos atacados por Fusarium. Si la intensidad de viento es regulable desde la cabina, variar la intensidad del viento según los diferentes sitios según el grado de ataque de cada lugar del lote. 100 * 5,7 %proteína * o Rendimient N Remoción =
4. Otros beneficios de la AP sobre la calidad de grano:
• Permite mejorar la logística de la producción y la comercialización: el monitor de rendimiento permite, por ej., separar el grano húmedo del seco. En algunos casos, esto permitiría llegar antes al mercado con mejores precios.
• Satisfacer leyes ambientales / Trazabilidad. La A.P. permite llevar un registro detallado sobre qué insumo se aplicó, cuánto y dónde. Según la ISO 8402, Trazabilidad es la aptitud de reconstruir la historia, la utilización o la localización de un producto por medio de identificaciones registradas. En el caso de un producto, este concepto está relacionado al Origen del material, La historia del procesamiento y La localización y la distribución. El productor puede llevar un registro de:
• Origen de la semilla.
• Fecha de siembra y de cosecha; tipo de suelo; datos geográficos, etc. • Control de agroquímicos: qué se aplicó, cuándo y por qué en cada lote. • Almacenamiento selectivo; no mezclar el origen ni la calidad
• Datos ambientales y otros datos Referencias:
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Engel, R. Long, D. & G. Carlson. 1997. Grain Protein Sensing to Identify Nitrogen
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Hatfield , J. 2000. Precision Agriculture and Environmental Quality: Challenges for Research and Education. National Soil Tilth Laboratory, Agricultural Research Service, USDA, Ames, Iowa. Documento disponible en http://www.arborday.org
Melchiori, R.J.M, P.A. Barbagelata, C. Christiansen y A. Von Martini. MANEJO SITIO ESPECIFICO DE NITRÓGENO EN MAÍZ: EVALUACIÓN DEL N-SENSOR. En Bragachini, M.; von Martini, A.; Méndez, A.; y R. Bongiovanni (eds.). 2001. Actas del Tercer Curso de Agricultura de Precisión, Oncativo (Argentina), Julio, 2001. INTA-Manfredi, Proyecto Agricultura de Precisión.
Melgar, R., Camozzi, M.E., Guevara, E., Lavandera, L. y J. Lavandera. 2001. Fertilización nitrogenada de cereales en la región pampeana: validación de modelos de
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Morgan, M. y D. Ess. 1997. The Precision-Farming Guide for Agriculturists. Deere and Company. 118 p.
