Desde leer el clima hasta elegir un cultivo, la agricultura siempre ha sido una empresa práctica. Cuando un agricultor se pregunta cuánta agua necesita un cultivo, una simple prueba siempre ha sido suficiente: agarre un puñado de tierra y sienta cómo se amontona.
Ahora, algo más está ayudando a informar el toque del agricultor: los datos. Los sensores, los satélites y el software están agregando montones de nuevos datos para ayudar a administrar el agua en la granja. Desde la humedad del suelo hasta la transpiración de las hojas, la velocidad de la bomba y el estado de la válvula, un campo agrícola en estos días puede parecer tan cableado como un aeropuerto.
La escasez de agua está agregando urgencia a la búsqueda de este tipo de información. Aparentemente, las sequías se han vuelto más comunes y persistentes en todo el mundo, lo que presenta a los agricultores opciones difíciles y márgenes económicos más reducidos. Ante la incertidumbre, la tecnología ofrece una forma de ejercer más control sobre insumos básicos como el agua.
En la península de Texas, la reciente sequía prolongada obligó a muchos agricultores a darse cuenta de que ya no pueden depender únicamente de la lluvia para regar los cultivos. Muchos están perforando pozos profundos para aprovechar el Acuífero Ogallala, el más grande de América del Norte, para obtener agua de riego suplementaria.
“El riego es importante para la gente aquí, no solo los agricultores, sino toda la economía”, dijo Susan O’Shaughnessy, ingeniera agrícola de investigación del Departamento de Agricultura de EE. UU. En Bushland, Texas.
O’Shaughnessy está desarrollando nuevos sensores para dispositivos de riego de pivote central para ayudar a los agricultores a garantizar que no se desperdicie el agua subterránea preciosa. Los sensores miden la temperatura del dosel de las hojas para medir la demanda de agua, lo que ayuda a evitar el riego excesivo.
“Sabemos que algún día se acabará. No podemos detener eso ”, dijo. “El riego es importante para la gente de aquí, no solo para los agricultores, sino para toda la economía. Buscamos sostener a los agricultores durante los próximos años ”.
La mejora de la eficiencia del riego también puede reducir las desviaciones de los arroyos y ríos, dejando más agua para el hábitat acuático y otros usos humanos. Y puede evitar que los herbicidas y fertilizantes regresen a esos ríos cuando el agua se escurra de los campos.
Pivotes centrales sensibles
La agricultura representa el 69 por ciento de las extracciones mundiales de agua dulce , según estimaciones de la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación. El número es generalmente mayor en los países en desarrollo y menor en los países industrializados, donde una mayor proporción se destina a la fabricación. En los Estados Unidos, la agricultura utiliza cerca del 40 por ciento de las extracciones de agua dulce.
Solo alrededor del 20 por ciento de las tierras agrícolas mundiales están irrigadas, pero esas tierras irrigadas representan el 40 por ciento de la producción de alimentos. El riego por inundación es el método más utilizado, a pesar de que los cultivos utilizan sólo aproximadamente la mitad del agua aplicada por este método.
Mucha gente reconoce un aspersor de pivote central porque crea «círculos en las cosechas» visibles desde el aire. Un aspersor gigante sobre ruedas gira alrededor de un suministro de agua central (un pozo o tubería de suministro), regando un campo circular. Es la técnica de riego más común en Texas y en muchas otras partes de los Estados Unidos.
Y se está volviendo cada vez más popular en todo el mundo porque es más simple y más duradero que muchas otras tecnologías de riego. También puede ser eficiente, ya que hasta el 90 por ciento del agua aplicada es absorbida por el cultivo en sistemas automatizados de pivote central. El 10 por ciento restante se pierde con el viento o se sale del campo.
O’Shaughnessy está ayudando a que los sistemas de pivote central sean aún más eficientes mediante el desarrollo de sensores infrarrojos. O’Shaughnessy y su colega Nolan Clark, que se muestran ajustados en la foto, cuelgan del brazo del pivote central para medir la temperatura en el dosel de las hojas del cultivo que se encuentra debajo y proporcionan datos que los agricultores pueden usar para aplicar agua solo cuando y donde sea necesario. Dichos datos son un mejor indicador de la salud de las plantas que las lecturas tradicionales de humedad del suelo, dijo, que se usan comúnmente para determinar los entornos de riego.
En el sistema de O’Shaughnessy, una computadora en el sitio, el cerebro del sistema de $ 3,000, procesa datos de los sensores infrarrojos junto con información meteorológica. La computadora compara estos datos con los umbrales de estrés para ese cultivo en particular para determinar cuánto regar. Las diferentes zonas dentro del círculo pueden tener umbrales únicos basados en el tipo de suelo, las características de drenaje y otros factores, y obtendrán diferentes cantidades de agua.
«A la medianoche, toma estos datos … y calcula espacialmente el estrés hídrico del cultivo para cada zona de manejo», dijo O’Shaughnessy. «Entonces, si se excede, le indica al sistema que se necesita riego en esa zona».
El sistema produce un mapa del círculo para que el agricultor muestre qué áreas necesitan agua. También crea un nuevo programa de riego para proporcionar el agua que necesita cada zona. El agricultor puede permitir que siga adelante o cambiarlo si, a su juicio, es necesario considerar otros factores.
Inundación, goteo, inundación
En la mayoría de los campos agrícolas irrigados de todo el mundo, el agua llega a través de algún tipo de irrigación de superficie, por lo general mediante la inundación de agua en zanjas abiertas alimentadas por un río o bombeadas desde el suelo. Luego llega a las plantas como lo ha hecho durante milenios: a través de surcos inundados. Esta es la forma más antigua y sencilla de riego de cultivos.
El riego por goteo es una forma cada vez más popular de mejorar la eficiencia del riego en comparación con este enfoque tradicional. Esta tecnología dispersa el agua en líneas de agua pequeñas y flexibles, ya sea por encima o por debajo del suelo. En la mayoría de los casos, un “emisor” o abertura colocada en cada planta libera agua a una tasa medida basada en las necesidades de la planta.
Muchas granjas se están convirtiendo en goteo porque permite la aplicación precisa de agua, así como la aplicación de fertilizantes que se entregan con el agua directamente a la zona de la raíz. Pero para que funcione, el agua primero debe estar presurizada en el campo, y eso requiere estanques, bombas, filtros y reguladores de presión, que requieren invertir en una fuente de energía y un mantenimiento regular.
Una empresa australiana, Rubicon Water , está trabajando con la Universidad del Sur de Queensland para hacer que el riego de superficie sea tan eficiente como el goteo mediante un enfoque que denomina «riego de superficie de alto rendimiento».
El principio básico consiste en inundar los campos a un ritmo más rápido y con cantidades de agua más limitadas que las utilizadas por los métodos tradicionales. Parece contradictorio, pero funciona porque la velocidad y la precisión que brindan los sensores de humedad del suelo y las compuertas de canal automatizadas significan que el agua no tiene la oportunidad de salir del campo o sumergirse profundamente en el suelo donde los cultivos no pueden usarla. .
La automatización del canal ahorró 32,000 acres-pies de agua por año de ser desviados para cultivos, que luego se utilizaron para mejorar el hábitat en el río Murray. En un programa financiado por el gobierno en la cuenca del río Murray al norte de Melbourne, se automatizaron las compuertas del canal para reducir la pérdida de agua en el área de riego de Shepparton del 30 al 10 por ciento.
La región es considerada una de las más productivas de Australia, ya que produce una amplia variedad de cultivos, incluidos cereales, semillas oleaginosas, manzanas, peras y muchas otras frutas. La automatización del canal ahorró 32,000 acres-pies de agua por año de ser desviados para cultivos, que luego se utilizaron para mejorar el hábitat en el río Murray.
Un estudio completado en marzo por la Corporación de Investigación y Desarrollo de Granos de Australia encontró que un control tan estricto del riego superficial redujo las pérdidas de agua debajo de la zona de las raíces en más del 50 por ciento. También redujo las pérdidas de nitrógeno y mejoró la absorción de nitrógeno por las plantas. Los agricultores señalan que la tecnología también ahorra tiempo, porque ya no tienen que correr por sus campos para cerrar y abrir las compuertas del canal a mano en el momento justo.
Medición de la absorción
Otra nueva tecnología que se utiliza en California, principalmente con riego por goteo, mide la evapotranspiración real (el movimiento del agua desde el suelo a través de las plantas hasta la atmósfera) en todo un campo agrícola. Los sensores han estado disponibles durante mucho tiempo para medir la evapotranspiración para una sola planta o un solo punto en un campo, proporcionando datos que los agricultores pueden usar para estimar el uso de agua en un campo completo. Pero ese enfoque es impreciso.
El nuevo enfoque, «renovación de la superficie», mide la energía de los remolinos de viento que entran en contacto con las plantas. A medida que el viento atraviesa un campo, el vapor de agua se mueve desde las plantas hacia el aire. Un sensor mide el cambio en la energía del viento, que luego se usa para calcular la cantidad de transferencia de vapor de agua sobre el área que ha viajado el viento.
El agricultor usa esta información para medir la cantidad de agua absorbida por el cultivo. Se puede comparar con un nivel de estrés predeterminado en la planta para decidir cuánta agua aplicar para obtener el mejor rendimiento o, en el caso de las uvas de vino, el mejor equilibrio de ácidos en las uvas para obtener el sabor deseado.
Desarrollado por investigadores de la Universidad de California en Davis , el sistema está siendo implementado comercialmente por Tule Technologies , una empresa formada con el apoyo de la universidad.
“En el mismo campo y en la misma temporada, a veces ayudamos con el ahorro, el rendimiento y la calidad del agua”, dijo Tom Shapland, director ejecutivo de Tule Technologies.
La compañía instala sus sensores, que pueden cubrir hasta 10 acres, por $ 1,500 cada uno, y proporciona una suscripción de datos para toda la temporada de crecimiento. El sistema se está utilizando con uvas de vinificación, almendras, nueces, cítricos, pistachos, melones, fresas, tomates y otros cultivos.
Shapland dijo que el objetivo es mejorar el rendimiento de los cultivos y ahorrar agua.
“Tule es una tecnología de eficiencia”, dijo Shapland, quien desarrolló el sistema mientras era Ph.D. candidato. “Si un productor comienza a aplicar demasiada agua, le decimos que las plantas no están usando toda el agua aplicada. En el mismo campo y en la misma temporada, a veces ayudamos con el ahorro, el rendimiento y la calidad del agua ”.
Tiempo y dinero
El tiempo es un factor importante en cualquier nueva tecnología de riego, y uno que no se tiene en cuenta a menudo, dijo Daniel Howes, profesor de ingeniería y tecnología de riego en la Universidad Politécnica Estatal de California en San Luis Obispo.
Howes cita el ejemplo de datos proporcionados por sensores de humedad del suelo enterrados de 2 a 3 pies a intervalos estratégicos en un campo. Los sensores se han vuelto comunes en los EE. UU. Para muchos tipos de cultivos para ayudar a los agricultores a decidir cuánta agua necesita un campo y cuándo.
Pero el gran volumen de datos que escupen puede ser abrumador. Howes dice que los estudios de gestión del tiempo han demostrado que los agricultores tienen tan solo un 5 por ciento de cada día para tomar decisiones de riego. El resto del día está lleno de opciones sobre manejo de mano de obra, trabajo con tractores, control de plagas, aplicación de fertilizantes y compra de materias primas, sin mencionar la venta de la cosecha.
“Muchos agricultores se han estancado y básicamente han abandonado ese sistema [de humedad del suelo], porque… simplemente no tienen tiempo para mirarlo todos los días y descifrar los datos”, dijo Howes.
El siguiente paso, dijo Howes, es equipar un dron con una cámara termográfica. En asociación con colegas de la NASA y el Servicio Geológico de EE. UU., Howes está trabajando para convertir los datos de teledetección de imágenes satelitales en medidas de evapotranspiración en granjas. El equipo está produciendo fotografías satelitales con una resolución de 30 metros que muestran el uso de agua por los cultivos en diferentes códigos de color. Las fotos muestran a los agricultores de un vistazo qué área de un cultivo necesita más o menos agua.
Debido al tiempo de procesamiento, esas imágenes pueden tener semanas una vez que lleguen al agricultor. El siguiente paso, dijo Howes, es equipar un dron con una cámara termográfica para producir el mismo tipo de mapas más rápido y con más detalle. Aunque los drones han recibido mucha atención como herramientas comerciales, queda por ver si las promesas darán frutos.
El dinero también importa.
“Una gran parte del negocio es asegurarse de no gastar demasiado en tecnología”, dijo John Diener, un agricultor del Valle de San Joaquín de California, quien ayudó a Howes y sus colegas con el mapeo satelital. “Estamos conservando cada gota de agua que podemos. No es de nuestro interés financiero hacer nada más que eso «.
Nunca ha habido tantas formas de ayudar a conservar el agua en las granjas. La pregunta clave es, ¿los aceptarán los agricultores, dadas las compensaciones? Al igual que la trayectoria del futuro suministro y demanda de agua, eso está por verse.