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Agricultura de precisão para suporte da nutrição – experiência no Chile …

Agricultura de precisão para suporte da nutrição – experiência no Chile
Rodrigo Ortega Blu
Ing. Agrónomo, MS, PhD
Centro Avanzado de Tecnología para la Agricultura (CATA)
Universidad Técnica Federico Santa María

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  • 1. Agricultura de precisão para suporte da nutrição – experiência no Chile Rodrigo Ortega Blu Ing. Agrónomo, MS, PhD Centro Avanzado de Tecnología para la Agricultura (CATA) Universidad Técnica Federico Santa María
  • 2. Introdução• Agricultura de precisão: com a biotecnologia é um dos novos paradigmas na agricultura.• Seu uso em fruticultura pode: – Melhorar a tomada de decisão – Aumento da produtividade – Aumentar a eficiência da produção – Reduzir o impacto ambiental – Ajudar a cumprir os requisitos de rastreabilidade
  • 3. Porque AP em fruticultura?• Culturas de alto valor.• Rendimento e qualidade são muito importantes.• A produção deve ser sustentável e de baixo impacto.• Variabilidade espacial e temporal, de rendimentos e os fatores que as determinam.• Requisitos da rastreabilidade.• Muito espaço para melhorar a eficiência da produção.
  • 4. Medidas de eficiencia de uso de los nutrientes. Término Cálculo FPP - Factor de R/F productividad parcial EA - Eficiencia (R-R0)/F Agronómica BPN - Balance parcial de AC/F nutrientes ER – Eficiencia de (A-A0)/F recuperación del nutriente aplicado. Adaptado de IPNI
  • 5. Ejemplo de eficiencia:Fertilización N
  • 6. ObjetivoPresentar algunas herramientas deagricultura de precisión que pueden serusadas como soporte a la nutrición enfruticultura.
  • 7. Agricultura de Precisión• “La aplicación de manejos agronómicos adecuados en el tiempo y lugar indicados, con la ayuda de herramientas basadas en las llamadas tecnologías de información y comunicación (TICs)”.• Definición también incluye el monitoreo y automatización de procesos.
  • 8. Agricultura de Precisión en el mundo• Explosivo desarrollo en los últimos 20 años, particularmente en EEUU, Europa y Australia.• Gran desarrollo en Argentina y Brasil.• Incipiente desarrollo en Centro y Sudamérica (con la excepción de Argentina y Brasil).• En Chile, desarrollo tiene 15 años – A diferencia de otros países ha ocurrido principalmente en uva vinífera (viticultura de precisión) y frutales. – Menor desarrollo en cultivos y praderas. – Mercado en pleno crecimiento.• A nivel mundial mayor impacto a través de empresas especializadas en AP.
  • 9. Tendencias en costos de equipos e insumos. Fuente: AgLeader
  • 10. Tecnologías y herramientas de AP.• Sistemas de posicionamiento global (GPS)• Sistemas de información geográfica (SIG)• Sensores directos y remotos• Maquinaria y equipos especializados• Análisis espacial cuantitativo (geoestadística)
  • 11. Tecnologías base para AP.GPS SIG Sensores Remotos
  • 12. Sistema de información SMS avanzado para empresas.
  • 13. Fruticultura de precisión y manejo sitio- específico. Recolección de datos en terreno Acción Análisis de sobre el datos cultivo
  • 14. Dominio geográfico de la recomendación. Grandes áreas geográficas Zonas dentro de áreas geográficas Grupo de lotes o cuarteles lote o cuartel Sectores dentro de lotes o cuarteles m2
  • 15. Variabilidad espacial en manzano
  • 16. Variabilidad espacial en vid vinífera
  • 17. Clases texturales en distintos predios 100 90 80 70 60 % arcilla 50 arcilloso arcilloso limoso arcillo 40 arenoso franco arcillo limoso franco arcilloso 30 franco arcillo arenoso 20 FRANCO 10 franco limoso franco arenoso arenoso limoso franco arenoso 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % arena 1200 ha 22 ha
  • 18. Variabilidad espacial de propiedades del suelo.Arena (%) 65.7 to 78.8 64.6 to 65.7 63.2 to 64.6 60.6 to 63.2 47.3 to 60.6
  • 19. Variabilidad espacial del K extractable en un cuartel de 3 ha.
  • 20. Variación en los contenidos de materia orgánica 22.3 ha 5.5 ha Chile, V Región, 2004 Imagen Satelital 2.4 m QuickBird
  • 21. Variabilidad espacial de lafertilidad de suelos en frutales
  • 22. Variabilidad espacial de los niveles foliares en manzano.
  • 23. Variabilidad espacial en calidad de fruta. Fuente: Ortega y Esser, 2003
  • 24. Producción frutalRendimiento,Calidad = f(suelo,clima,manejo,genética)Manejo = f(información)ej.Fertilización = f(análisis de suelo, rendimiento,clima, cultivo)
  • 25. Agricultura de precisión y ley del mínimo• Nivel de rendimiento y calidad definidos por el factor más limitante.• Agricultura de precisión permite identificar los factores limitantes.• Si factor limitante puede ser corregido, se corrige, si no se ajusta el manejo. Perdida de rendimiento
  • 26. Variabilidad espacial del PCD.Sensor Specterra, 0,5 m resolución.
  • 27. INDICES DE VEGETACIÓN-VIGOR-TIPO DE SUELO.
  • 28. Prácticas de Agricultura de Precisión en frutales.• Mapas de elevación digital.• Mapeo de suelos a plantación.• Mapeo de fertilidad de suelo para. recomendación variable de fertilizantes.• Muestreo georreferenciado de suelos y plantas.• Uso de imágenes para determinación del vigor para distintos fines, incluyendo el desarrollo de índices nutricionales.• Predicción de rendimiento en base a muestreo georreferenciado y variables auxiliares.
  • 29. Mapa de elevación digital.
  • 30. Zonas de manejo homogéneo en base a la posición topográfica. RR Zona
  • 31. Variabilidad espacial.
  • 32. Sensores para estudio de suelos.
  • 33. Arreglo de sensores de pH y conductividad eléctrica.
  • 34. Uso de sensores de inducción electromagnética (Veris, EM38)• Usada como método de zonificación• Buena correlación con salinidad y humedad de suelos• Correlación con propiedades físicas de suelo no siempre es directa• Influenciada por otras variables• Solo recomendada como variable auxiliar o como técnica de estratificación del muestreo
  • 35. Mapeo de CEaSupuesto: A>CEa>Arcilla
  • 36. Evaluación de zonas de manejo homogéneo (ZMH)• Análisis de varianza (AOV)• Varianza relativa 2 S RV = 1 − w 2 S T S2w= Varianza de la variable de interés dentro de ZMH S2T= Varianza total de la variable de interés en el area completa.
  • 37. Uso de sensores de conductividad eléctrica (Veris, EM38)Tabla 1. Varianza relativa para la zonificación en tres sectores en base a EcaSitio Arena Limo ArcillaSitio 1 0.10 0.07 0.06Franco arcillosoSitio 2 -0.01 -0.03 0.06Franco arenoso Fuente: Ortega y Santibánez, 2007
  • 38. Estudio de calicatas georeferenciadas
  • 39. Calicatas
  • 40. Variograma 0.055 0.050 0.045unidades2 0.040 0.035 0.030 0 1000 2000 3000 Distancia (m) 1γ * (h) = N(h)∑i =1 [Z(i + h) − Zi ] N(h) 2 2
  • 41. Muestreo y mapeo de propiedades de interés.
  • 42. INTENSIDAD DE MUESTREO - RESOLUCION 0 - 90 cm 0 - 90 cm 90 - 180 cm 90 - 180 cmMAPA PROFUNDIDAD EFECTIVA MAPA PROFUNDIDAD EFECTIVAINTENSIDAD 1 CALICATA POR HECTAREA INTENSIDAD 0.5 CALICATA POR HECTAREA
  • 43. Optimización de las formas de los cuarteles según variabilidad.
  • 44. Aplicación de fertilizantes y enmiendas.
  • 45. Usos de la percepción remota.COSECHA DIFERENCIAL MUESTREOS DIRIGIDOS CATASTRO MANEJOS DIFERENCIALES SEGUIMIENTO
  • 46. Sensor OptRx
  • 47. Muestreo de tejidos en manzano.• Época: Enero y Febrero• Tejido: Hoja de dardo nuevo de la periferia, sin fruto• Cantidad: 100 hojas
  • 48. Efecto muestreo 3 2.5 2%N 1.5 1 Muestreo tradicional Georreferenciado 0.5 0 0 1 2 3 4 5 6 Temporada
  • 49. Efecto dilución/concentración 3 14000 2.5 12000 10000 2 8000 kg/ha %N 1.5 6000 1 %N 4000 0.5 Rend. 2000 0 0 0 1 2 3 4 5 6 Temporada
  • 50. Determinación del número de muestras en función del CV. 160 y = 0.0381x 2 + 0.0098x + 2.5832 R2 = 0.9997 140 120 100 nº 80 60 40 20 0 0 10 20 30 40 50 60 70 CV (%)
  • 51. Estaciones de muestreo
  • 52. Índices nutricionales
  • 53. Cálculo del N metabolizadoAnálisis Valor N total = N metabolizado + N extractableN (%) 1,74 N metabolizado = N total − N extractableN-NO3 (ppm) 7916 N metabolizado % N met. = • 100N-NH4 (ppm) 3938 N totalN-extractable (ppm) 11854 11854 N metabolizado (%) = 1,74 − ( ) = 0,55N-metabolizado (%) 32 10000 0,55 N metabolizado = *100 = 32% 1,74
  • 54. Análisis de fruta• Evaluar potencial de post cosecha• Dos tipos de análisis – Totales – Solubles• Diferencia corresponde a lo que se denomina “ligado” o estructural.• Ca, Mg, K, N, B• A > cantidad de nutrientes “ligados” mejor calidad de fruta
  • 55. Nutrientes ligados en uva de mesa
  • 56. Aplicación variable de fertilizantes foliares. boquilla
  • 57. Muestreo en riego por Goteo ZONA DE RAÍCES
  • 58. Efecto de la posición de la muestra sobre el nivel de fertilidad 5.8 1400 5.6 Fertilizada Fertilizada Sin fertilizar 1200 Sin fertilizar 5.4 1000 5.2 pH del suelo 5.0 800 P (ppm) 4.8 600 4.6 400 4.4 4.2 200 4.0 0 3.8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 2.5 Fertilizada 5 Fertilizada Sin Fertilizar Sin fertilizar K intercambiable (Cmol(+)/kg) Al intercambiable(Cmol(+)/kg) 2.0 4 1.5 3 1.0 2 0.5 1 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 Número de muestra Número de muestras
  • 59. pH 6.196 5.865 5.786 5.713 5.32
  • 60. Dosis de Cal ( pH final − pH inicial )Dosis CaCO3 (ton / ha ) = * capac. tampón 0,1 Ej. Suelo volcánico •pH inicial: 5,5 •pH final: 6,0 •Delta pH=0,5 •Cap. tampón=0,5 •Dosis=2,5 ton CaCO3/ha
  • 61. Materia Orgánica (%) 16.9 11.5 10.6 9.7 5.4
  • 62. P Olsen (ppm) 28 16.1 13.9 12.2 5.5
  • 63. K extractable (ppm) 426 308 259 198 85
  • 64. Dosis de Nitrógeno Demanda − suministroDosis de N(kg/ha) = EficienciaDemanda (kg/ha) = ton/ha ∗ kg N/tonSuministro (kg/ha) = N residual + N agua + N min
  • 65. Variabilidad espacial de lamineralización de N en vid vinífera. Site Statistic 1 2 Average kg N ha-1 d-1 Average 0.5 0.3 0.5 Min 0.1 -0.1 0.1 Martinez, Ortega, Janssens, 2009 Max 1.5 1.2 1.5 CV (%) 68 100 68
  • 66. Frecuencias para N mineralizable y dosis de N para 50 ton/ha en manzano.
  • 67. Efecto de la eficiencia de recuperación sobre la dosis de N. 900 800 N Urea 700 Dosis (kg/ha) 600 500 400 300 200 100 0 30 40 50 60 70 80 Eficiencia (%)
  • 68. Fertilizantes con inhibidor de nitrificación INNH4+ •Nitrosomonas •AMO NO2- •Nitrobacter NO3- •Lixiviación •Desnitrificación
  • 69. Dosis de nutrientes• Nitrógeno: Balance entre demanda y suministro.• Fósforo y potasio: construcción + mantención• Magnesio: análisis de suelo, saturación de Mg, indexado al K.• Micronutrientes: aplicar o no aplicar según análisis de suelo.
  • 70. Dosis de corrección de P (0-20 cm).• Ejemplo: suelo=15 ppm.• Target: 30 ppm.• CP=12 kg P/ha/ppm• Dosis de P2O5 =(30 ppm-15 ppm)*12 kg P/ha/ppm *2.29 kg P2O5/kg P =412 kg P2O5/ha.• P se puede corregir de una vez antes de plantación o en una estrategia de varios años.• Se debe ajustar la dosis a la superficie explorada por las raíces.
  • 71. Dosis de corrección de K (0-20 cm).• Ejemplo:• NC=250 ppm• Análisis de suelo= 150 ppm• Delta K= 250-150=100 ppm• kg/ha (0-20 cm)=100*2= 200 kg K/ha*1,2 = 240 kg K2O/ha• Se debe ajustar la dosis a la superficie explorada por las raíces.
  • 72. Demanda y extracción de nutrientes en manzano. N P2O5 K2O Mg kg/ton FF Demanda 1,5 0,5 3,0 0,5 Extracción 0,3 1,5 0,3 San Joaquin SC 0,23 1,2 0,05Gala/M26 Cornell 1,0 0,4 2,2 0,2
  • 73. Dosis de P (kg P2O5/ha) 143 108 98 88 64
  • 74. Modelo de recomendación Na Pa { [ Min β ∑ δ N ((α N + σ N z0 )mij − N ij ) 2 + δ P ((α P + σ P z0 )m ij − Pij ) 2mij ,λl ≥ 0  ] + δ K ((α K + σ K z0 )mij − K ij ) + (1 − β )∑ mij  2 i, j  Ka 16 14 Z0=DISTR.NORM.ESTAND.INV(1-t) 12 10 Frequency 8 Z_N Si t=0.5 Z0=1 Z_P2O5 6 Z_K2O 4 Si t=0.9 Z0=-1.28 2 0 -2 -1 1 3 4 -2
  • 75. Mezcla óptima y dosis variables
  • 76. Marco conceptual para el análisis económico. Información Manejo uniforme promedioProductor Información Manejo sitio-específica sitio-específico
  • 77. Valor de la información sitio-específica. VI SE = π MSE − π MU
  • 78. Identificación de zonas de alta calidad
  • 79. VISE por cosecha diferencial en viñedos Estadístico US $/ha Promedio 195 Desviación estándar 80
  • 80. Rentabilidad
  • 81. Fertilizante de liberación controlada CRF
  • 82. Humus liquido
  • 83. Te de compost
  • 84. Variation of Water soluble Carbon (WSC) as function of C rate applied as: A) Compost and B) Liquid humus (Martínez et al., 2012)
  • 85. Root density as function of C rate from compost (C) in presence or absence of chemical fertilization (F) and inoculant (I) (Martínez et al., 2012)
  • 86. Comentarios finales• Existen varias prácticas de AP que pueden ser utilizadas directamente en apoyo a la generación de programas sitio-específicos de nutrición y su correspondiente seguimiento.• El nivel de sitio-especificidad requerido dependerá del sistema de riego y la forma de aplicación de los fertilizantes.
  • 87. ¿Cómo se puede partir?• Georreferenciación de predios y lotes.• Georreferenciación de árboles.• Mapeo de suelos para fertilización y enmiendas.• Muestreo georreferenciado de suelo y tejidos.• Uso de imágenes multiespectrales.
  • 88. http://www.compost-for-horticulture.com/