El manejo de malezas específico del sitio es la parte de la agricultura de precisión (AP) que trata de controlar de manera efectiva las infestaciones de malezas con la menor carga económica y ambiental. Esto se puede lograr con la ayuda de sensores terrestres o de rango cercano en combinación con reglas de decisión y tecnologías de aplicación precisas. Las tecnologías de sensores de rango cercano, desarrolladas para montar en un vehículo, han ido surgiendo para aplicaciones de megafonía durante las últimas tres décadas. Estas tecnologías se centran en identificar plantas y medir su estado fisiológico con la ayuda de sus características espectrales y morfológicas. Las cámaras, espectrómetros, fluorómetros y sensores de distancia son los sensores más destacados para aplicaciones de megafonía. El objetivo de este artículo es describir sensores terrestres que tienen el potencial de ser utilizados para la detección de malezas y la medición del nivel de infestación de malezas. Se presenta una descripción general de los sistemas de sensores actuales, describiendo sus conceptos, los resultados que se han logrado, los sistemas comerciales ya utilizados y los problemas que persisten. Se da una perspectiva para el desarrollo de estos sensores.

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Es una realidad que la tecnología en el campo mexicano puede beneficiar en gran medida a los productores nacionales. Gracias a los drones, por ejemplo, se pueden tomar imágenes de grandes extensiones de cultivos para realizar labores estratégicas durante el proceso de agricultura.

Con esto en mente, el investigador del Centro de Investigación en Geografía y Geomática1, ubicado en Aguascalientes, Jesús Antonio Sosa, propone el uso de drones con cámaras térmicas que permitan detectar plagas de forma temprana. Los drones con los que él sugiere trabajar son herramientas de precisión que cuentan con la tecnología necesaria para registrar, verificar y diseñar plantíos de café y cocoteros, los cuáles han tenido un gran crecimiento en los últimos años.

El plan es trabajar con dos tipos de drones en el campo. En una primera etapa con un dron de ala fija para una inspección rápida que permita cubrir grandes extensiones y registrar una imagen que refleje las anomalías del cultivo. Después, otro dron con un multirrotor para supervisar detalladamente y tomar fotografías de precisión de las zonas afectadas.

El monitoreo con los drones se realizará con cámaras multiespectrales y térmicas, estas cámaras tienen características especiales que pueden detectar emisiones de luz que no pueden distinguir el ojo humano ni las cámaras convencionales, arrojando información útil para los agricultores.

Esto, con el fin de que no sólo se determine la salud de la planta, sino que se puedan detectar los estándares de la presencia de una plaga y poder tomar medidas preventivas ante tales problemas.

Para complementar el ejercicio, se tomarán en cuenta factores como la humedad, el tipo de suelo y la vegetación. Todo esto será procesado por un equipo de cómputo para tratar de elaborar un sistema de monitoreo dinámico que evaluará cuáles son las etapas por las que pasan las plantas cuando desarrollan estas plagas.

Además, utilizarán técnicas de percepción remota, procesamiento digital de imágenes e inteligencia artificial, para saber qué es lo que ocurre durante el crecimiento de los vegetales.

Este tipo de tecnología ya se utiliza en el campo de otros países como España, en donde permiten la creación de mapas de cultivo para determinar las mejores zonas donde plantar y sacar el mayor provecho a los cultivos y puede utilizarse para cualquier tipo de cultivo.

Drones en los campos de café mexicano

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Unos niveles suficientes de humedad del suelo son una condición importante para la formación adecuada de las plantas y el alto rendimiento de los cultivos. Para la planta, el agua no sólo sirve como agente de restauración de la humedad, sino también como regulador de la temperatura. En el proceso de termorregulación, la planta evapora hasta el 99% del agua obtenida, utilizando sólo entre el 0,2% y el 0,5% para la formación de la masa vegetativa. Por lo tanto, es fácil comprender que la planta tiene diferentes necesidades de humedad según las condiciones climáticas y las etapas de crecimiento.

Una cantidad específica de agua viene en forma de vapor de agua condensado y depende del clima, la topografía, el tipo de vegetación, así como de las condiciones hidrogeológicas. La capa de agua se mide en mm (milímetros): 1 mm de precipitación por 1 ha (hectárea) corresponde a 10 toneladas de agua. Como resultado, la tarea clave de un agricultor es maximizar la acumulación, el almacenamiento y el uso eficiente de la humedad. Por supuesto, sigue siendo un desafío y por lo tanto requiere un esfuerzo y trabajo adicional.

LA IMPORTANCIA DEL CONTENIDO DE HUMEDAD EN EL SUELO PARA UNA AGRICULTURA EFICIENTE
Ninguno de los procesos físicos en la atmósfera y el medio ambiente puede ocurrir sin agua en el planeta Tierra. La humedad del suelo depende de las precipitaciones, la intensidad del consumo de agua por parte de las plantas o la temperatura del aire, entre otros factores. Unos niveles de humedad del suelo apropiados son de gran importancia para el rendimiento, por lo tanto, las plantas no crecerán y se desarrollarán con una humedad del suelo insuficiente. El agua tiene otros propósitos, que son los siguientes:

Los niveles de humedad del suelo afectan al contenido de aire, la salinidad y la presencia de sustancias tóxicas.
Regula la estructura, ductilidad y densidad.
Influye en la temperatura y la capacidad térmica
Evita la erosión del suelo
Determina la disponibilidad de los campos para ser trabajados
PARÁMETROS CLAVE DE LA HUMEDAD DEL SUELO
El nivel de agua en el suelo se expresa como la relación entre la cantidad de agua y el peso del suelo seco (también puede ser expresado como un porcentaje). En 2010, la Organización Meteorológica Mundial añadió la humedad del suelo a la lista de las 50 variables climáticas esenciales que se recomienda observar de forma periódica.

El contenido de humedad del suelo es un valor que determina la cantidad de agua en una cierta cantidad conocida de suelo; puede expresarse como porcentaje, agua por peso o volumen, o pulgadas de agua por pie de suelo.

El potencial de humedad del suelo o la tensión de humedad del suelo muestra el grado en que el agua se aferra al suelo. Se expresa en unidades de presión llamadas bares. Por lo general, cuanto más seca esté la tierra, más agua absorberá.

El agua disponible para las plantas (sus siglas en inglés, PAW) es la cantidad de agua disponible para una planta en un momento dado. El agua disponible es la diferencia entre la cantidad máxima de agua que puede contener el suelo y el punto de marchitamiento en el que la planta ya no puede extraer agua. Se expresa en pulgadas de agua disponible por pie de suelo.

La relación entre el contenido y el potencial no es universal, depende de características como la densidad y la textura. Basándose en el valor del PAW, el agricultor puede elaborar el plan de riego. Pero, ¿qué métodos para determinar el contenido de humedad del suelo existen?

WAYS TO DETERMINE THE SUFFICIENT LEVEL OF SOIL MOISTURE
Los métodos disponibles para determinar los valores de humedad del suelo se basan en la selección preliminar de muestras, seguida de su análisis directamente en el campo o en el laboratorio.

Los métodos de medición de la humedad del suelo se suelen clasificar en directos, indirectos y remotos. Los métodos directos incluyen la extracción de agua de una muestra por medio de la evaporación, el lavado y la reacción química. El cálculo de la humedad del suelo se basa en el peso del agua extraída y el nivel de la sequedad. Los métodos indirectos incluyen la medición de las características del suelo en función del contenido de agua. También pueden medir las características de un determinado objeto, generalmente como el de un absorbente poroso.

Lamentablemente, la relación entre la humedad del suelo y sus propiedades físicas y químicas no se conoce del todo. Las mediciones remotas de la humedad del suelo se basan en datos de satélites que utilizan el reflejo de la radiación electromagnética de un espectro específico de la superficie.

Los métodos directos más populares son el gravimétrico y el volumétrico.

Humedad gravimétrica del suelo (%) = [masa de tierra húmeda (g) – masa de tierra secada al horno (g) / masa de tierra secada al horno (g)] × 100;

Humedad volumétrica del suelo (%) = [volumen de agua (cm3) / volumen de la tierra (cm3)] × 100;

Otros métodos sobre cómo medir la humedad del suelo en el campo son los siguientes:

Radiactivo: medición de las sustancias radiactivas en el suelo.
Eléctrico: requiere determinar la resistencia, la conductividad, la inductancia, así como la capacidad del suelo.
Tensométrico: basado en la diferencia de voltaje del agua en diferentes límites de las fases.
Óptica: caracterizada por la reflectividad de los flujos de luz.
Métodos exprés: principalmente organolépticos.
LA HUMEDAD DEL SUELO EN EL CONTEXTO DE LA MONITORIZACIÓN DEL CAMPO
La capacidad de predecir la humedad del suelo ayuda a planificar eficientemente los trabajos de campo en cualquier etapa del crecimiento de los cultivos, e incluye lo siguiente:

El Nivel De Humedad Del Suelo Define El Momento Apropiado Para La Siembra
Los agricultores deben evaluar cuidadosamente el nivel de agua antes de empezar a sembrar. El grado óptimo de humedad del suelo depende del cultivo, el tipo de suelo, la región y otras variables. Por ejemplo, el arroz crece bien en los humedales, pero los cultivos de las tierras altas como el trigo, la mostaza, la patata, las legumbres, etc. son sensibles a los niveles excesivos de agua y no pueden sobrevivir al anegamiento durante mucho tiempo.

Puede parecer que la colza es un cultivo simple, pero sus fechas de siembra deben ser cuidadosamente planeadas. Dado que la colza es un cultivo que adora la humedad, la cantidad de lluvia durante la temporada de cultivo debe ser de al menos 280-300 mm. Aunque las semillas no echarán raíces sin humedad, no se debe aumentar la profundidad de la siembra para alcanzar la humedad. Cuando se espera que la humedad efectiva esté a una profundidad de por lo menos 50 mm, es mejor esperar a que llueva o sembrar las semillas a una profundidad inferior a 50 mm con la esperanza de que llueva. Sin embargo, si el suelo es suficientemente cálido, se puede realizar una siembra en profundidad de colza. Esto permite sembrar las semillas en la capa húmeda.

Con la siembra de colza en profundidad, la tasa de siembra debe aumentarse al menos un 10%. En cualquier caso, es necesario que llueva poco después para que la siembra tenga éxito.

monitoreo del nivel de precipitación con Crop Monitoring

Previsión Y Vigilancia De Las Sequías
La sequía atmosférica, es decir, un período cálido sin lluvias con una humedad del aire inferior al 30-35%, va acompañada de sequía en el suelo. Se manifiesta como una disminución de las reservas de humedad del suelo hasta caer al punto de marchitamiento, así como un recalentamiento y un aumento de la concentración a niveles tóxicos.

Utilizando el Índice de Humedad del Suelo (SMI), calculado mediante la vigilancia por satélite, los agricultores pueden garantizar el éxito para sus cultivos. Este índice fue desarrollado por Bergman para el servicio meteorológico nacional de los Estados Unidos a mediados de la década de 1980 como una forma de evaluar las condiciones de aridez a escala mundial. Determina el grado de aridez o saturación, demostrando cómo la falta de humedad del suelo afecta a la productividad de los cultivos.

El Impacto De La Maquinaria En Terrenos Con Un Alto Nivel De Humedad
Las prácticas agrícolas eficientes implican evitar el uso de tractores y cultivar o sembrar en terrenos excesivamente húmedos para evitar la compactación y otros daños estructurales. La evaluación de los agricultores puede ser visual cuando evalúan la saturación de agua. Con un puñado de tierra, se puede crear una bola con las manos para asegurarse de que hay una cantidad suficiente de agua. Como alternativa, pueden utilizarse métodos más avanzados tecnológicamente para determinar el contenido de humedad del suelo; Crop Monitoring es uno de ellos.

La Importancia Del Control De La Humedad Del Suelo
La monitorización de los cultivos es esencial en la agricultura, ya que facilita todas las etapas del proceso de cultivo. La información sobre cada zona del campo, el estado de los cultivos, la calidad de las operaciones, las condiciones meteorológicas y el funcionamiento de los equipos permite a los especialistas tomar decisiones bien fundamentadas y fiables. Para que los agricultores obtengan suficiente información sobre los aspectos mencionados anteriormente, la observación remota es un instrumento eficaz.

El mapeo de la humedad del suelo ayuda a obtener todos los datos necesarios con sólo unos pocos clics. Para lograrlo, guarde el campo y espere a que se construya el mapa. Posteriormente, obtendrá un mapa con una leyenda que describe los valores de cada píxel, así como un gráfico (la curva de la relación entre la humedad del suelo y la cantidad del suelo propiamente dicho). El usuario puede entonces analizar esta curva a diferentes profundidades (capas), ver las zonas con inundación (en cuevas subterráneas) o procesar los datos históricos de 5 años en varias regiones. De esta manera, los agricultores pueden hacer comparaciones. El mapa de campo tiene el siguiente aspecto:

control de la humedad del suelo con Crop Monitoring

El control y la previsión de la humedad del suelo es fundamental para el crecimiento óptimo de los cultivos. Una vigilancia precisa de la humedad del suelo permite un control eficiente de los nutrientes y otros insumos. Las nuevas tecnologías de vigilancia de cultivos permiten un seguimiento automatizado de la humedad del suelo. Los datos obtenidos ayudan a mantener la humedad óptima del suelo durante el riego y, por lo tanto, permiten obtener resultados eficientes de los cultivos.

PARA QUÉ SE USA LA HUMEDAD DEL SUELO EN LA MONITORIZACIÓN DEL CAMPO
Determinar las fechas de siembra; por ejemplo, las semillas de colza no se sembrarán (se ignoran las fechas de siembra) en tierra seca (si no está suficientemente humedecida)
Pronóstico y vigilancia de los períodos de sequía (los indicadores de la humedad atmosférica junto con la humedad del suelo)
Los agricultores no utilizarán maquinaria pesada en el campo, ya que podrían atascarse en el barro si el terreno está excesivamente húmedo.
Cobertura. El nivel de agua se determina con el índice de humedad. Cuando la humedad natural del suelo está por debajo del nivel adecuado y no se puede conseguir llegar al nivel requerido mediante riego, es hora de ponerse en contacto con las compañías aseguradoras.

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La agricultura en un sitio específico está haciendo lo correcto en el lugar correcto en el momento correcto. Los sistemas agrícolas específicos del sitio pueden ser tan simples o complejos como lo requiera el agricultor o el proveedor de insumos agrícolas.

Los beneficios económicos para el productor de las tecnologías específicas del sitio dependen de las herramientas utilizadas y la escala del sistema. Las herramientas de guía vinculadas al GPS y las ubicaciones con identidad preservada (IP) son escalas de campo completo. El uso de monitores de rendimiento, muestreo de suelo de zona, fertilizante de dosis variable o siembra de dosis variable se realiza dentro de la escala del campo.

Los efectos económicos y ambientales generalmente no están relacionados. Sin embargo, debido a las futuras políticas gubernamentales, la economía y los efectos ambientales de la agricultura están más conectados hoy que en el pasado.

Foto de Dave Franzen, NDSU

El agua superficial puede verse afectada negativamente por una gestión deficiente de los fertilizantes nitrogenados y fosfatados. (Dave Franzen, NDSU)

Guía de tractor / vehículo vinculado a GPS
Los sistemas de guía vinculados al GPS pueden reducir la superposición de fertilizantes / plaguicidas durante la aplicación, aumentar la velocidad de las operaciones, ofrecer una mayor flexibilidad en la calidad del trabajo, extender la jornada laboral y dar como resultado una ubicación de insumos más óptima (Griffin et al., 2008). En un estudio de caso de sistemas de orientación, Griffen et al. (2008) encontraron que una jornada laboral extendida de tres horas con un tractor guiado resultó en un retorno adicional de $ 1.63 / acre.

Los sistemas de guía también ayudaron a plantar los campos de la manera más eficiente con una superposición mínima, reduciendo el tiempo de la sembradora en un 30 por ciento, estimando una superposición del 10 por ciento con la sembradora, el aplicador de fertilizante o el aplicador de pesticidas en aerosol, pero la superposición se redujo al 0.5 por ciento utilizando el sistema de guía.

El tiempo ahorrado con el uso de la guía del tractor podría usarse para terminar la siembra antes, lo que en el maíz se ha demostrado que aumenta el rendimiento en un bushel / acre por día, o el tiempo adicional podría considerarse en la decisión de cultivar más acres.

La superposición es posible entre pasadas (22 pasadas en un campo cuadrado de 40 acres con un 10 por ciento de superposición en filas de 30 pulgadas de aproximadamente 0.5 acre superpuestas por campo) y también en cada extremo del campo (1,320 pies con 6 pies de superposición en los extremos da como resultado una superposición de aproximadamente 0.36 acres en un campo de 40 acres). La superposición total en un campo cuadrado es típicamente de aproximadamente 0,86 acres, o aproximadamente un 2 por ciento adicional de semillas, fertilizantes y pesticidas necesarios.

El uso de estos sistemas para reducir la superposición daría como resultado un ahorro de costos de insumos de $ 1 / acre para la soja, $ 2 / acre para frijoles secos, $ 2.50 / acre para trigo (Swenson y Haugen, 2009) y más de $ 4 / acre para maíz y azúcar. remolacha.

En los campos que no son cuadrados o tienen características internas que obligan a los agricultores a cultivar a su alrededor, como pilas de rocas, baches de agua y cursos de agua, la superposición puede aumentar los insumos hasta en un 15 por ciento. Una encuesta reciente de granjas estadounidenses realizada por el Departamento de Agricultura de EE. UU. Indica un 2,5 por ciento más de ganancias para los agricultores que utilizan sistemas de guía GPS, en comparación con los agricultores que no utilizan la guía GPS (Schimmelpfennig, 2016).

Desde el punto de vista medioambiental, la reducción de la superposición tiene la ventaja de reducir la carga total de fertilizantes y pesticidas en aproximadamente un 2 por ciento en campos cuadrados y más en campos de formas irregulares, campos con hileras de puntos y campos con baches u otras características internas que requieren conducir.

Hay disponibles cierres de pulverizadores individuales controlados por GPS. Eliminan la superposición en áreas de formas extrañas al rociar pesticidas o fertilizantes líquidos.

El control de franjas (Shockley et al., 2008) redujo los costos de insumos mucho más que los sistemas de guía por sí solos en campos de límites irregulares. Los ahorros en fertilizante solo debido a los cierres de boquillas individuales oscilaron entre $ 24 y $ 32 / acre.

Identidad preservada (IP)
Los mapas GPS y GIS se utilizan en la contratación y comercialización de granos de propiedad intelectual (North Dakota State Seed, 2008). Debido a que las operaciones de campo guiadas por GPS también están vinculadas con las ubicaciones de GPS dentro de cada límite de campo, GIS brinda la oportunidad de crear un registro de operaciones de campo para cada campo de IP.

Las primas para ciertos cultivos se otorgan a través de contratos que oscilan entre $ 1 y $ 2 / bushel para la soja no transgénica. Dahl y Wilson (2002) ofrecen un análisis de la propiedad intelectual en Dakota del Norte.

Desde el punto de vista medioambiental, mantener registros GPS de la aplicación de pulverización ayuda a verificar la aplicación. Esta información es particularmente importante cuando se aplican plaguicidas de uso restringido.

Además, la información del GPS con respecto a una aplicación de rociado puede ser extremadamente útil en litigios por deriva de rociado o volatilidad de rociado (a favor y en contra de un demandante), así como para dirigir el rociador a la ubicación correcta del campo y evitar la aplicación en el campo y cultivo incorrectos. Evitar una sola carga de pesticida o fertilizante aplicado en el campo equivocado puede resultar en ahorros para el aplicador de unos pocos a muchos miles de dólares.

Fertilizante de tasa variable
El propósito del fertilizante de dosis variable es colocar el fertilizante donde se necesita. Uno pensaría que existirían muchos ejemplos de rentabilidad con el uso de fertilizantes de dosis variable.

En un proyecto de tres estados realizado en Dakota del Norte, Montana y Minnesota entre 2000 y 2003, los campos se dividieron en parcelas de dosis variable y uniforme con respecto al fertilizante de nitrógeno (N). Un análisis económico de los campos encontró que al utilizar las recomendaciones de fertilizantes disponibles en ese momento en un enfoque de zona, el N de dosis variable no proporcionó ninguna ventaja económica, en comparación con el N de dosis uniforme dirigido por una prueba de suelo compuesta (Haugen y Aakre, 2005) .

Estos resultados estimularon la investigación para actualizar las recomendaciones de N basadas en nuestra capacidad actual para variar las tasas dentro de los campos. En Montana, la investigación mostró rápidamente que las áreas con mayor materia orgánica en pendientes más bajas no respondieron al N; esto significaba que se requería un mínimo de N suplementario, incluso si los niveles de N del suelo eran bajos. En contraste, las áreas de menor rendimiento en las cimas de las colinas y las laderas erosionadas requerían más N por bushel productivo de lo que se esperaba anteriormente.

Las recomendaciones actuales de fertilizantes en Dakota del Norte no son fórmulas basadas en el rendimiento porque la investigación indica que se requieren tasas similares de nutrientes tanto si un cultivo se cultiva en un ambiente de bajo rendimiento como en un ambiente de alto rendimiento. Esto se debe a la baja eficiencia de absorción de nutrientes y la baja disponibilidad en suelos muy secos o muy húmedos, en comparación con la alta eficiencia de absorción de nutrientes y disponibilidad en entornos de alto rendimiento.

La siguiente página es un estudio de caso de un campo de 40 acres cerca de Valley City, Dakota del Norte, que se examinó específicamente en el sitio durante aproximadamente 10 años.

Economía ambiental
En el caso de estudio de Valley City, el uso de la aplicación de N en dosis variable redujo el N en las Zonas 1 y 2. Si el cultivo no usó el N, ¿adónde fue?

El ciclo N es complejo. Aproximadamente la mitad del fertilizante N, en el mejor de los casos, se destinó a la cosecha de trigo y el resto de la absorción del trigo fue del suelo y la liberación de N residual.

Además, parte del fertilizante fue secuestrado al menos temporalmente en biomasa microbiana o compuestos intermedios de materia orgánica; sin embargo, se aplicó menos a las Zonas 1 y 2 en el sistema de tasa variable que en el sistema N uniforme.

La limpieza de nitratos documentada en Khan y Spalding (2004) costó alrededor de 16 centavos / 1,000 litros por aproximadamente 12 partes por millón (ppm) de agua subterránea para reducirse por debajo de 10 ppm en un municipio de Nebraska. Esto es aproximadamente 16 centavos / 2 gramos de N. Si la cantidad de N que ingresa a un acuífero de agua subterránea contribuyó a niveles de nitrato superiores a 10 ppm (el estándar máximo de agua potable de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU.), Entonces la limpieza de 500 libras de N que ingresó el acuífero sería de $ 18,160.

Además, la Zona 1 es un área húmeda, con desnitrificación en años húmedos y mineralización significativa de N en otros años. El N adicional aplicado a la Zona 1 desnitrificará. Además, el N adicional aplicado a las Zonas 3 y 4 tiende a fluir hacia la Zona 1 a través del flujo de agua subterránea y luego se desnitrifica.

Si 10 libras de N / acre de las Zonas 3 y 4 fluyeran hacia esta área y 50 libras de N / acre también se desnitrificaron después de la aplicación dentro de la Zona 1, se desnitrificaría un total de 420 libras de N en el campo.

Debido a que el óxido nitroso se clasifica 310 veces más activo que un gas de efecto invernadero, en comparación con el dióxido de carbono (CO2), la pérdida efectiva de CO2 sería de 130.200 libras o 65 toneladas. Las ganancias o pérdidas de carbono de un campo no tienen valor económico; el programa Chicago Carbon Exchange se suspendió en 2010.

CASO DE ESTUDIO
Los componentes de la superficie cultivada de cada zona (Figura 1) son:

Zona 1 : depresiones, 4,5 por ciento de materia orgánica, suelos mal drenados, 3 acres;
Zona 2 de baja productividad : cimas de crestas arenosas o arcillosas, 2,5 por ciento de materia orgánica; baja productividad; 10 acres
Zona 3 – suelos francos de alto rendimiento, 3.5 por ciento de materia orgánica con horizonte subsuperficial argílico que limita la lixiviación; alta productividad; 16 acres
Zona 4 – suelos francos de mayor rendimiento, 4 por ciento de materia orgánica con horizonte subsuperficial argílico; 11 acres

El valor de muestra compuesto de nitrato-N de caída es 40 libras de N por acre después de la cebada. Usando la calculadora de N de trigo de primavera en www.ndsu.edu/pubweb/soils/wheat/, a $ 5 por bushel para el trigo de primavera y 40 centavos para los costos de N, productividad media, la tasa de N para el campo de 40 acres sería:

50 libras de N / acre, para un N total requerido de 2,000 libras

Un muestreo de zona para nitrato-N residual dio como resultado los siguientes valores de nitrato-N:

Zona 1 – 20 libras de N por acre
Zona 2 – 30 libras de N por acre
Zona 3 – 40 libras de N por acre
Zona 4 – 60 libras de N por acre

Tasas variables para zonas basadas en la calculadora de N, $ 5 por bushel de trigo de primavera, 40 centavos de N:

Zona 1 – 10 libras de N / acre (30 libras de N para toda la zona)
Zona 2 – 0 libras de N / acre
Zona 3 – 130 libras de N / acre antes de plantar (2080 libras de N para toda la zona)
Zona 4 – 110 libras de N / acre antes de la siembra (1,210 libras de N para toda la zona)
N total usado – 3,320 libras

Con base en la ecuación de respuesta del rendimiento del trigo de primavera para los campos orientales de productividad media y sin labranza a largo plazo, se esperaría lo siguiente con cada sistema:

N uniforme: 13,8 por ciento de proteína, 47 bushels por acre
N de tasa variable:

Zona 1 – 14 por ciento de proteína, 30 bushels por acre
Zona 2 – 14% de proteína, 30 bushels por acre
Zona 3 – 14.5 por ciento de proteína, 62 bushels por acre
Zona 4 – 14.5 por ciento de proteína, 65 bushels por acre
Rendimiento promedio – 52 bushels por acre acre
Promedio de proteína – 14.3 por ciento

Económicamente, el costo de N a 40 centavos por libra es:

$ 800 por uniforme
$ 1,328 por variable más $ 40 por una aplicación adicional de barra de flujo
Costo total de tarifa variable – $ 1,528

Devolución para aplicación uniforme:

47 bushels por acre al 13.8 por ciento de proteína
X $ 4.95 por bushel = $ 9,306
Menos costo de N – $ 8,506

Devolución por aplicación de tasa variable:

52 bushels por acre al 14.5 por ciento de proteína
X $ 5.10 por bushel = $ 10.608
Menos costo de N y cargo de aplicación adicional – $ 9.080

Rentabilidad de la aplicación de N de tasa variable
: $ 574 para un campo de 40 acres

Rentabilidad por acre versus aplicación uniforme – $ 14.35

Ambientalmente, el N residual esperado sería mayor en las zonas 1 y 2 para la aplicación uniforme, en comparación con las dosis de aplicación de tasa variable.

En un estudio de Colorado, Koch et al. (2004) encontraron en el maíz de regadío que el N dirigido por la zona requería de 6 a 46 por ciento menos N, y los rendimientos netos oscilaron entre $ 7 / acre y $ 11.60 / acre para la práctica. En la encuesta del USDA a agricultores de EE. UU., El uso de fertilizantes de tasa variable resultó en un 1,1 por ciento más de retorno para los agricultores que usaban la tecnología que aquellos que no la usaban (Schimmelpfennig, 2016).

En el Valle del Río Rojo de Dakota del Norte y Minnesota, la aplicación de fertilizante de tasa variable se utilizó en casi el 54 por ciento de los acres de remolacha azucarera, con el promedio de 10 años de ganancia por acre del uso de la aplicación de fertilizante de tasa variable (principalmente N) de $ 47,24. (Datos proporcionados por American Crystal Sugar, 2017).

Figura 1

Figura 1. Un campo de 40 acres cerca de Valley City, Dakota del Norte Las zonas se desarrollaron utilizando Erdas Imagine © para estratificar y agrupar datos de topografía, imágenes de satélite y conductividad eléctrica del suelo (EC). (Dave Franzen, NDSU)

Siembra de tasa variable
Muchos productores están interesados ​​en variar la tasa de siembra en campos de suelo variable. La idea parece sensata. Una población de plantas demasiado alta en la mayoría de los cultivos en suelos secos es perjudicial en años secos. Sin embargo, el trabajo en el cinturón del maíz ha demostrado que, a pesar de lo que los productores creen saber, las poblaciones de plantas óptimas de los híbridos de maíz modernos se encuentran en un rango muy estrecho de aproximadamente 26,000 a 30,000 plantas / acre . (Doerge).

Este rango asume que el maíz emergerá de manera similar en todos los suelos, lo cual no es cierto. Los recuentos de rodales de cosecha muestran una amplia gama de variabilidad. A pesar de que el campo se sembró a una tasa uniforme, eso no significa que el campo sea uniforme.

La empresa de semillas hace hincapié en la uniformidad de las semillas y el éxito del establecimiento de los rodales. Sin embargo, existe una relación entre la densidad del rodal y el rendimiento final, lo que indica que el rendimiento relativo dentro de un campo podría ser un factor para dirigir una operación de siembra de tasa variable (Jeschke et al., 2018).

Beneficios ambientales adicionales
Una revisión de Bongiovanni y Lowenberg-Deboer (2004) describió un conjunto de hallazgos de los investigadores sobre los beneficios ambientales para la gestión de campos en sitios específicos. Éstas incluyen:

Menos N perdido al medio ambiente y mayor eficiencia en el uso de nitrógeno
Menos pérdida de N en zonas vulnerables a la lixiviación
Tarifas N reducidas
Predicción más precisa del potencial de contaminación por P
Reducción del movimiento de P en aguas superficiales
Hace tiempo que se reconoce el potencial de la agricultura en sitios específicos para aumentar la rentabilidad y disminuir las preocupaciones ambientales. Recientemente, los estudios han demostrado que con las recomendaciones de fertilizantes actualizadas, el uso de fertilizantes específicos del sitio a menudo es rentable.

Contribuyen a la rentabilidad los mayores costos de los insumos de fertilizantes. También se han demostrado una serie de beneficios ambientales debido a la mejor ubicación de los nutrientes y la menor necesidad de que los productores agreguen tasas de fertilizantes “seguros” en los campos.

La limpieza excesiva de nitratos en las aguas subterráneas alrededor de los municipios también puede impulsar la rentabilidad del uso de nutrientes en sitios específicos a medida que la economía y el medio ambiente se relacionan más estrechamente a través de cambios en las políticas públicas. Las reglas emergentes de escorrentía de fosfato pueden resultar en un mayor requerimiento y necesidad de tecnologías específicas para el sitio.

Beneficio económico general
La conclusión de la encuesta del USDA a los agricultores de EE. UU. (Schimmelpfennig, 2016) fue que los agricultores que utilizaron al menos una tecnología específica para el sitio eran $ 64,50 por acre más rentables que los agricultores que no lo hicieron. En Dakota del Norte, la ganancia fue de $ 88,10 más para los agricultores que usaban tecnologías de agricultura de precisión que los que no lo hacían.

Quizás los agricultores que utilizaron tecnologías específicas para un sitio en Dakota del Norte y los EE. UU. En su conjunto podrían ser un grupo de agricultores que toman decisiones de siembra y aplicación de pesticidas más oportunas, mejores decisiones de gestión o mejores decisiones de marketing. Estos factores de confusión no se consideran en la encuesta.

La mayor ganancia para los agricultores de Dakota del Norte puede deberse al volumen de investigación específica del sitio directamente aplicable para los agricultores en este estado y al desarrollo de recomendaciones de fertilizantes que tienen el mayor uso práctico cuando se combinan con aplicaciones específicas del sitio. Las opciones de cultivo en este estado también son más adecuadas para la aplicación de fertilizantes de dosis variable que una simple rotación de maíz / soja.

El trigo de primavera, el trigo duro, la remolacha azucarera, la papa, el girasol y la cebada maltera tienen componentes de calidad que están relacionados con la tasa de N en particular, lo que proporciona un incentivo para no sobreaplicar N y otros nutrientes, lo que no es tan preocupante para el maíz.

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La agricultura de precisión abarca el uso de una serie de tecnologías que evolucionan y mejoran constantemente, a menudo complementadas con otras innovaciones en ciencias vegetales . Muchas de estas tecnologías requieren la recopilación de datos agrícolas digitales que pueden ser ingeridos y analizados por software de gestión agrícola, lo que brinda a los agricultores una imagen mucho más detallada de la salud de una granja. Estas son algunas de las tecnologías que utilizan actualmente los agricultores canadienses:

Los drones se utilizan para capturar imágenes de alta resolución y proporcionar datos en tiempo real a los agricultores, lo que permite el monitoreo permanente de un cultivo desde la siembra hasta la cosecha, en casi cualquier condición climática. Esto puede ayudar a los agricultores a evaluar sus campos de manera más eficiente y reaccionar rápidamente a las amenazas de malezas, insectos y enfermedades.
Los sensores se colocan en los campos para capturar datos de cultivos y evaluar la salud de los mismos. También pueden ayudar en el análisis del suelo, utilizando datos recopilados en diferentes áreas de la finca para determinar los niveles de agua y nutrientes del suelo durante la temporada de crecimiento para ayudar a los agricultores a saber cuándo y dónde se necesitan insumos adicionales. El mapeo del suelo de esta manera puede apoyar la siembra de precisión, aumentando la densidad del cultivo en áreas donde el suelo retiene más agua y reduciéndola donde no lo hace para optimizar la producción y reducir el desperdicio. Este tipo de información también puede ayudar a los productores a tomar decisiones sobre la cosecha del próximo año.
La maquinaria de precisión utiliza datos proporcionados por drones, sensores o datos que se ingresan manualmente y luego pueden calcular las cantidades exactas de pesticidas y otros insumos que necesita un cultivo en un área específica. La guía GPS permite realizar aplicaciones específicas de pesticidas en los lugares correctos. Esto aumenta la eficiencia agrícola de modo que los pesticidas y otros insumos se apliquen solo donde se necesitan .
Las variedades de semillas mejoradas que se adaptan a geografías específicas ayudan a los cultivos a prosperar frente a las condiciones climáticas cambiantes, las presiones de las plagas y otras tensiones físicas o biológicas. El fitomejoramiento ha evolucionado significativamente desde los primeros intentos de los seres humanos por domesticar cultivos hasta la actualidad, donde los científicos utilizan métodos sofisticados de fitomejoramiento para producir las mejores variedades posibles. Las innovaciones del fitomejoramiento, como la edición de genes, proporcionan formas más precisas y rápidas de desarrollar características positivas que el fitomejoramiento tradicional, y pueden funcionar junto con los métodos de agricultura de precisión para mejorar la producción agrícola.

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Nueva tecnología de monitoreo de suelos

El suelo es para el agricultor lo que el pulso para el médico. Les ayuda a tomar decisiones sobre cuándo regar, cuándo y qué sembrar, usar nutrientes, etc.

Si bien algunos agricultores tienen conocimientos autóctonos sobre la detección de la humedad y la salud del suelo, este conocimiento se limita a unos pocos. Tomar decisiones agrícolas en función de la humedad y la salud del suelo se ha vuelto aún más difícil en la era del cambio climático.

Una tecnología llamada Soilsens, un sistema inteligente de monitoreo de suelos de bajo costo, se ha convertido en una ayuda potencial para los agricultores que enfrentan dificultades para tomar decisiones agrícolas. La línea de productos Soilsens es desarrollada por Proximal Soilsens Technologies Pvt. Ltd, una startup incubada en el Instituto Indio de Tecnología de Bombay (IITB), Mumbai con el apoyo del Ministerio del Departamento de Ciencia y Tecnología (DST) y el Ministerio de Electrónica y Tecnología de la Información (Meity). Proximal Soilsens comenzó con la misión de crear tecnologías asequibles para la agricultura de precisión. La idea es “ crear riqueza a través de la sostenibilidad”. El sistema está integrado con sensor de humedad del suelo, sensor de temperatura del suelo, sensor de humedad ambiental y sensor de temperatura ambiente. Con base en estos parámetros, se aconseja a los agricultores sobre el riego óptimo a través de una aplicación móvil. Estos datos también están disponibles en la nube. También hay un sistema portátil de humedad del suelo.

La tecnología puede ayudar a mejorar la eficiencia del uso del agua en la agricultura y encuentra aplicación en granjas abiertas, invernaderos, jardinería y laboratorios de investigación y agrícolas. Puede ayudar con orientación sobre formas de optimizar el uso del agua según los requisitos del cultivo y el suelo (cultivos, flores, frutas). En caso de recursos hídricos limitados, los agricultores pueden detectar y limitar el riego solo en la fase crítica del ciclo del cultivo, sin afectar el rendimiento general.

El sistema también puede ayudar a evitar el riego excesivo, protegiendo así los cultivos de enfermedades, ahorrando agua y electricidad, prediciendo la aparición temprana de enfermedades y ofreciendo advertencias. En caso de electricidad errática, los agricultores pueden encender el equipo de riego (aspersores, goteo, bombas) con la comodidad del móvil y evitando la lixiviación de nutrientes del suelo.

Los científicos han desarrollado de forma autóctona los sensores y sistemas, por lo que el coste es muy asequible. Es casi 1/6 º del costo de los sistemas comerciales que actualmente se importan. La tecnología desarrollada no solo beneficiará a los agricultores, sino que también será útil para el instituto agrícola y los laboratorios de investigación, que actualmente utilizan productos importados de alto costo sin apoyo de ellos.

“Nuestra aplicación móvil está en diferentes idiomas indios para adaptarse a los agricultores indios. En cuanto a la tecnología, la hemos probado en campo abierto durante los últimos dos años en todas las estaciones y para diferentes cultivos. El sensor se puede instalar a cualquier profundidad según los requisitos del cultivo y se puede instalar en cualquier cultivo y en cualquier suelo. Los datos se pueden monitorear y se pueden dar avisos. Cuando la humedad desciende por debajo del valor umbral preestablecido, alarma al usuario sobre el riego. También recopila datos sobre la temperatura del suelo, la humedad ambiental y la temperatura ambiente que se pueden utilizar para la predicción temprana de enfermedades de las plantas ”, dice el Dr. Mangesh Gurav, CTO y cofundador.

Alimentado por una batería, el sistema se carga mediante un panel solar y no requiere ninguna fuente de alimentación externa. Es un sistema modular diseñado teniendo en cuenta la comunidad agrícola india. La altura del sistema es ajustable y se puede variar de 1 ma 3 m según la altura del cultivo. Los datos de todos los sensores se registran en una nube utilizando la plataforma IoT.

El equipo de Soilsens ha realizado pilotos durante dos años en varios cultivos en diferentes estados con el fin de comprobar la solidez y estabilidad del sistema antes de llevarlo al mercado para su comercialización. Estos pilotos han demostrado un ahorro del 22% en agua y electricidad y una mejora del 20% en el rendimiento de los cultivos de papa.

Han generado ingresos haciendo algunos pilotos comerciales con el sector empresarial. El sistema SMART con varios sensores, software, tablero, aplicación móvil y suscripción GSM por 3 meses cuesta aproximadamente 25k que se puede reducir con volúmenes.

“Planeamos comenzar con un enfoque B2B donde los clientes son del sector corporativo, FPO, instituciones de investigación. Lentamente nos trasladaremos a casas de polietileno, agricultores comerciales y agricultores marginales. El costo del sistema para los agricultores marginales será subvencionado por el Gobierno o por otros medios. El costo aproximado para los agricultores marginales sería de 10 k, dijo “Dr. Rajul Patkar, director ejecutivo y cofundador de Proximal Soilsens Technologies Private Limited.

El agotamiento de las aguas subterráneas y las enormes pérdidas debidas a enfermedades hacen que la agricultura sea cada vez más poco rentable e insostenible. La tecnología asequible puede ayudar al agricultor a producir más cultivos por gota y mejorar el rendimiento al predecir y controlar enfermedades a tiempo. Este sistema puede ayudar al agricultor a lidiar con ambos problemas.

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Hay más seres humanos vivos en la Tierra que nunca antes (7.300 millones) y ese número sigue creciendo, con proyecciones de la ONU de que llegará a los 9.700 millones para 2050. Una población de esta magnitud presenta muchos desafíos, entre los que destaca el jefe de producción de alimentos. ellos. La Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación predice que debemos impulsar la producción mundial de alimentos en un 70 por ciento durante las próximas décadas para poder alimentar a la población prevista para 2050.

Incrementar la producción a ese grado no es fácil, pero los ingenieros y agricultores de hoy están trabajando juntos para crear una solución tecnológica: agricultura de precisión y la «granja inteligente».

La agricultura es la industria humana más antigua, pero ciertamente no es ajena al cambio tecnológico. Las revoluciones industriales de la 19 ª y 20 ª siglos reemplazados herramientas de mano y arados tirados por caballos con los motores de gasolina y fertilizantes químicos.

Ahora, estamos a punto de presenciar otro cambio fundamental en la agricultura gracias a una nueva revolución industrial y las tecnologías de la Industria 4.0 .

¿Qué es una granja inteligente?
La agricultura inteligente y la agricultura de precisión implican la integración de tecnologías avanzadas en las prácticas agrícolas existentes para aumentar la eficiencia de la producción y la calidad de los productos agrícolas. Como beneficio adicional, también mejoran la calidad de vida de los trabajadores agrícolas al reducir el trabajo pesado y las tareas tediosas.

«¿Cómo será una granja en 50 a 100 años?» es la pregunta planteada por David Slaughter, profesor de ingeniería biológica y ambiental en UC Davis . «Tenemos que abordar el crecimiento de la población, el cambio climático y los problemas laborales, y eso ha despertado mucho interés en la tecnología».

Casi todos los aspectos de la agricultura pueden beneficiarse de los avances tecnológicos, desde la siembra y el riego hasta la salud de los cultivos y la cosecha. La mayoría de las tecnologías agrícolas actuales e inminentes se clasifican en tres categorías que se espera que se conviertan en los pilares de la granja inteligente: robots autónomos, drones o UAV, sensores e Internet de las cosas (IoT).

¿Cómo estas tecnologías ya están cambiando la agricultura y qué nuevos cambios traerán en el futuro?

Mano de obra autónoma y robótica
Reemplazar el trabajo humano con la automatización es una tendencia creciente en múltiples industrias, y la agricultura no es una excepción. La mayoría de los aspectos de la agricultura son excepcionalmente intensivos en mano de obra, y gran parte de ese trabajo se compone de tareas repetitivas y estandarizadas, un nicho ideal para la robótica y la automatización.

Ya estamos viendo robots agrícolas, o AgBots, que comienzan a aparecer en las granjas y realizan tareas que van desde plantar y regar, hasta cosechar y clasificar. Con el tiempo, esta nueva ola de equipos inteligentes permitirá producir más alimentos de mayor calidad con menos mano de obra.

Tractores sin conductor
El tractor es el corazón de una granja, utilizado para muchas tareas diferentes según el tipo de granja y la configuración de su equipo auxiliar. A medida que avanzan las tecnologías de conducción autónoma , se espera que los tractores se conviertan en algunas de las primeras máquinas en convertirse.

En las primeras etapas, aún será necesario el esfuerzo humano para configurar mapas de campo y límites, programar las mejores rutas de campo utilizando software de planificación de rutas y decidir otras condiciones de operación. También se seguirán necesitando seres humanos para la reparación y el mantenimiento regulares.

Sin embargo, los tractores autónomos se volverán más capaces y autosuficientes con el tiempo, especialmente con la inclusión de cámaras y sistemas de visión artificial adicionales, GPS para navegación, conectividad IoT para permitir el monitoreo y operación remotos y radar y LiDAR para la detección y evitación de objetos. Todos estos avances tecnológicos reducirán significativamente la necesidad de que los humanos controlen activamente estas máquinas.

Según CNH Industrial , una empresa que se especializa en equipos agrícolas y que presentó un concepto de tractor autónomo en 2016, “En el futuro, estos tractores de concepto podrán utilizar ‘big data’, como información satelital meteorológica en tiempo real para hacer automáticamente el el mejor uso de las condiciones ideales, independientemente de la intervención humana y sin importar la hora del día «.

(Imagen cortesía de CNH Industrial).
(Imagen cortesía de CNH Industrial).
Siembra y plantación
(Imagen cortesía de CEMA.)
(Imagen cortesía de CEMA.)

La siembra de semillas fue una vez un laborioso proceso manual. La agricultura moderna mejoró eso con las máquinas sembradoras, que pueden cubrir más terreno mucho más rápido que un humano. Sin embargo, estos a menudo utilizan un método de dispersión que puede ser inexacto y derrochador cuando las semillas caen fuera de la ubicación óptima. La siembra eficaz requiere el control de dos variables: plantar semillas a la profundidad correcta y espaciar las plantas a la distancia adecuada para permitir un crecimiento óptimo.

El equipo de siembra de precisión está diseñado para maximizar estas variables en todo momento. La combinación de datos de sensores y mapas geográficos que detallan la calidad del suelo, la densidad, la humedad y los niveles de nutrientes elimina muchas de las conjeturas del proceso de siembra. Las semillas tienen la mejor oportunidad de brotar y crecer y la cosecha en general tendrá una mayor cosecha.

A medida que la agricultura avanza hacia el futuro, las sembradoras de precisión existentes se combinarán con tractores autónomos y sistemas habilitados para IoT que enviarán información al agricultor. Se podría plantar un campo completo de esta manera, con solo una persona monitoreando el proceso a través de una transmisión de video o un tablero de control digital en una computadora o tableta, mientras varias máquinas circulan por el campo.

Riego y riego automático
El riego por goteo subterráneo (SDI) ya es un método de riego predominante que permite a los agricultores controlar cuándo y cuánta agua reciben sus cultivos. Al combinar estos sistemas SDI con sensores habilitados para IoT cada vez más sofisticados para monitorear continuamente los niveles de humedad y la salud de las plantas, los agricultores podrán intervenir solo cuando sea necesario, permitiendo que el sistema funcione de forma autónoma.

Ejemplo de un sistema de IDE para la agricultura. Si bien los sistemas actuales a menudo requieren que el agricultor revise manualmente las líneas y controle las bombas, los filtros y los medidores, las granjas futuras pueden conectar todo este equipo a sensores que transmitan datos de monitoreo directamente a una computadora o teléfono inteligente. (Imagen cortesía de Jain Irrigation.)
Ejemplo de un sistema de IDE para la agricultura. Si bien los sistemas actuales a menudo requieren que el agricultor revise manualmente las líneas y controle las bombas, los filtros y los medidores, las granjas futuras pueden conectar todo este equipo a sensores que transmitan datos de monitoreo directamente a una computadora o teléfono inteligente. (Imagen cortesía de Jain Irrigation.)
Si bien los sistemas SDI no son exactamente robóticos, podrían operar de manera completamente autónoma en un contexto de granja inteligente, confiando en los datos de los sensores desplegados en los campos para realizar el riego según sea necesario.

Desmalezado y mantenimiento de cultivos
El deshierbe y el control de plagas son aspectos críticos del mantenimiento de la planta y tareas que son perfectas para los robots autónomos. Ya se están desarrollando algunos prototipos, incluido Bonirob de Deepfield Robotics y un cultivador automatizado que es parte de la iniciativa de investigación UC Davis Smart Farm .

El robot Bonirob tiene aproximadamente el tamaño de un automóvil y puede navegar de forma autónoma a través de un campo de cultivos utilizando video, LiDAR y GPS satelital. Sus desarrolladores están utilizando el aprendizaje automático para enseñar a Bonirob a identificar las malas hierbas antes de eliminarlas. Con el aprendizaje automático avanzado, o incluso la inteligencia artificial (IA) que se integrará en el futuro, máquinas como esta podrían reemplazar por completo la necesidad de que los humanos eliminen o monitoreen los cultivos manualmente.

El robot agrícola Bonirob. (Imagen cortesía de Deepfield Robotics.)
El robot agrícola Bonirob. (Imagen cortesía de Deepfield Robotics.)
El prototipo de UC Davis funciona de manera un poco diferente. Su cultivador es remolcado detrás de un tractor y está equipado con sistemas de imágenes que pueden identificar un tinte fluorescente con el que se recubren las semillas cuando se plantan y que se transfiere a las plantas jóvenes a medida que brotan y comienzan a crecer. El cultivador luego corta las malas hierbas que no brillan intensamente.

Si bien estos ejemplos son robots diseñados para desyerbar, la misma máquina base puede equiparse con sensores, cámaras y rociadores para identificar plagas y aplicación de insecticidas.

Estos robots, y otros como ellos, no operarán de forma aislada en las granjas del futuro. Estarán conectados a tractores autónomos y al IoT, lo que permitirá que toda la operación se ejecute prácticamente por sí sola.

Cosecha de campo, árbol y vid
La cosecha depende de saber cuándo están listas las cosechas, trabajar en función del clima y completar la cosecha en el período limitado de tiempo disponible. Existe una amplia variedad de máquinas actualmente en uso para la recolección de cultivos, muchas de las cuales serían adecuadas para la automatización en el futuro.

Las cosechadoras tradicionales, de forraje y especializadas podrían beneficiarse inmediatamente de la tecnología de tractores autónomos para atravesar los campos. Agregue tecnología más sofisticada con sensores y conectividad IoT, y las máquinas podrían comenzar automáticamente la cosecha tan pronto como las condiciones sean ideales, liberando al agricultor para otras tareas.

El desarrollo de tecnología capaz de realizar trabajos de cosecha delicados, como recoger frutas de árboles o vegetales como tomates, es donde las granjas de alta tecnología realmente brillarán. Los ingenieros están trabajando para crear los componentes robóticos adecuados para estas tareas sofisticadas, como el robot de recolección de tomates de Panasonic, que incorpora cámaras y algoritmos sofisticados para identificar el color, la forma y la ubicación de un tomate para determinar su madurez.

Este robot toma los tomates por el tallo para evitar magulladuras, pero otros ingenieros están tratando de diseñar efectores finales robóticos que sean capaces de agarrar suavemente frutas y verduras lo suficientemente apretadas para cosechar, pero no tan fuerte como para causar daños.

Otro prototipo para la recolección de frutas es el robot recolector de manzanas al vacío de Abundant Robotics , que usa visión por computadora para ubicar manzanas en el árbol y determinar si están listas para cosechar.

Estas son solo algunas de las docenas de diseños robóticos prometedores que pronto se harán cargo de la mano de obra de cosecha. Una vez más, con la columna vertebral de un robusto sistema de IoT, estos agbots podrían patrullar continuamente los campos, controlar las plantas con sus sensores y cosechar cultivos maduros según corresponda.

Reducir la mano de obra, aumentar el rendimiento y la eficiencia
El concepto central de incorporar la robótica autónoma a la agricultura sigue siendo el objetivo de reducir la dependencia del trabajo manual, al tiempo que se aumenta la eficiencia, el rendimiento y la calidad del producto.

A diferencia de sus antepasados, cuyo tiempo lo ocupaba principalmente el trabajo pesado, los agricultores del futuro dedicarán su tiempo a realizar tareas como reparar maquinaria, depurar la codificación de robots, analizar datos y planificar las operaciones agrícolas.

Como se señaló con todos estos agbots, es esencial tener una red troncal sólida de sensores e IoT integrados en la infraestructura de la granja. La clave para una granja verdaderamente «inteligente» se basa en la capacidad de todas las máquinas y sensores para comunicarse entre sí y con el agricultor, incluso si funcionan de forma autónoma.

Drones para obtener imágenes, plantar y más
¿Qué granjero no querría tener una vista de pájaro de sus campos? Donde antes esto requería la contratación de un piloto de helicóptero o de una aeronave pequeña para sobrevolar una propiedad tomando fotografías aéreas, los drones equipados con cámaras ahora pueden producir las mismas imágenes a una fracción del costo.

Además, los avances en las tecnologías de imágenes significan que ya no está limitado a la luz visible y la fotografía fija. Hay sistemas de cámaras disponibles que abarcan desde imágenes fotográficas estándar hasta imágenes infrarrojas, ultravioleta e incluso hiperespectrales. Muchas de estas cámaras también pueden grabar video. La resolución de la imagen en todos estos métodos de obtención de imágenes también ha aumentado, y el valor de «alta» en «alta resolución» sigue aumentando.

Todos estos diferentes tipos de imágenes permiten a los agricultores recopilar datos más detallados que nunca, mejorando sus capacidades para monitorear la salud de los cultivos, evaluar la calidad del suelo y planificar las ubicaciones de plantación para optimizar los recursos y el uso de la tierra. Ser capaz de realizar estos estudios de campo con regularidad mejora la planificación de los patrones de siembra de semillas, el riego y el mapeo de ubicación tanto en 2D como en 3D. Con todos estos datos, los agricultores pueden optimizar todos los aspectos de la gestión de sus tierras y cultivos.

Pero no son solo las cámaras y las capacidades de imágenes las que tienen un impacto asistido por drones en la esfera agrícola; los drones también se están utilizando en la siembra y la fumigación.

Plantar desde el aire
Se están construyendo y probando prototipos de drones para su uso en la siembra y la siembra para reemplazar la necesidad de mano de obra. Por ejemplo, varias empresas e investigadores están trabajando en drones que pueden usar aire comprimido para disparar cápsulas que contienen vainas de semillas con fertilizante y nutrientes directamente al suelo.

DroneSeed y BioCarbon son dos de esas empresas, las cuales están desarrollando drones que pueden llevar un módulo que dispara semillas de árboles al suelo en ubicaciones óptimas. Si bien actualmente está diseñado para proyectos de reforestación, no es difícil imaginar que los módulos puedan reconfigurarse para adaptarse a varias semillas agrícolas. Con IoT y software para operación autónoma, una flota de drones podría completar una siembra extremadamente precisa en las condiciones ideales para el crecimiento de cada cultivo, aumentando los cambios para un crecimiento más rápido y un mayor rendimiento del cultivo.

Ejemplo de dron para plantar árboles. (Imagen cortesía de BioCarbon.)
Ejemplo de dron para plantar árboles. (Imagen cortesía de BioCarbon.)
Pulverización de cultivos
Dron de pulverización de cultivos DJI Agras MG-1. (Imagen cortesía de DJI.)
Dron de pulverización de cultivos DJI Agras MG-1. (Imagen cortesía de DJI.)

También hay drones actualmente disponibles y en desarrollo para aplicaciones de fumigación de cultivos, lo que ofrece la oportunidad de automatizar otra tarea que requiere mucha mano de obra. Utilizando una combinación de GPS, medición láser y posicionamiento ultrasónico, los drones de fumigación de cultivos pueden adaptarse a la altitud y la ubicación fácilmente, ajustándose a variables como la velocidad del viento, la topografía y la geografía. Esto permite que los drones realicen tareas de fumigación de cultivos de manera más eficiente, con mayor precisión y menos desperdicio.

Por ejemplo, DJI ofrece un dron llamado Agras MG-1 diseñado específicamente para la fumigación de cultivos agrícolas, con una capacidad de tanque de 2.6 galones (10 litros) de pesticida líquido, herbicida o fertilizante, y un rango de vuelo de siete a diez acres por hora. El radar de microondas permite a este dron mantener la distancia correcta de los cultivos y garantizar una cobertura uniforme. Según DJI, puede funcionar de forma automática, semiautomática o manual.

Trabajando en conjunto con otros agbots, los cultivos identificados como necesitados de atención especial podrían recibir una visita personalizada del dron más cercano a la primera señal de problemas. Ser capaz de brindar atención individualizada a cualquier parte del campo tan pronto como sea necesario podría ayudar a detener muchos problemas antes de que se propaguen.

Drone Agras MG-1 rociando un campo. (Imagen cortesía de DJI.)
Drone Agras MG-1 rociando un campo. (Imagen cortesía de DJI.)
Monitoreo y análisis en tiempo real
Una de las tareas más útiles que pueden realizar los drones es la supervisión y el análisis remotos de campos y cultivos. Imagine los beneficios de usar una pequeña flota de drones en lugar de un equipo de trabajadores que pasan horas de pie o en un vehículo que viaja de un lado a otro por el campo para verificar visualmente las condiciones de los cultivos.

Aquí es donde la granja conectada es esencial, ya que todos estos datos deben considerarse útiles. Los agricultores pueden revisar los datos y solo hacer viajes personales a los campos cuando hay un problema específico que requiere su atención, en lugar de perder tiempo y esfuerzo cuidando plantas saludables.

Dado que los drones para uso agrícola aún se encuentran en una etapa temprana de su evolución, existen algunas desventajas. Los rangos y los tiempos de vuelo no son tan robustos como lo necesitarían muchas granjas; actualmente, incluso los drones de mayor duración alcanzan un máximo de aproximadamente una hora de vuelo antes de tener que regresar y recargar.

Los gastos de capital también siguen siendo bastante altos, hasta $ 25,000 USD por dron para algo como el PrecisionHawk Lancaster . Existen modelos menos costosos, pero es posible que no vengan con el equipo de imagen o pulverización necesario.

La granja conectada: sensores e IoT
Los agbots y drones innovadores y autónomos son útiles, pero lo que realmente hará de la futura granja una “granja inteligente” será lo que reúna toda esta tecnología: el Internet de las cosas.

El IoT se ha convertido en un término general para la idea de tener computadoras, máquinas, equipos y dispositivos de todo tipo conectados entre sí, intercambiar datos y comunicarse de manera que les permita operar como los llamados » sistema inteligente ”. Ya estamos viendo tecnologías de IoT en uso de muchas maneras, como dispositivos domésticos inteligentes y asistentes digitales, fábricas inteligentes y dispositivos médicos inteligentes.

Las granjas inteligentes tendrán sensores integrados en todas las etapas del proceso agrícola y en cada equipo. Los sensores instalados en los campos recopilarán datos sobre los niveles de luz, las condiciones del suelo, el riego, la calidad del aire y el clima. Los datos volverán al agricultor o directamente a AgBots en el campo. Equipos de robots atravesarán los campos y trabajarán de forma autónoma para responder a las necesidades de los cultivos, y realizarán funciones de deshierbe, riego, poda y cosecha guiados por su propia colección de sensores, navegación y datos de cultivos. Los drones recorrerán el cielo, obteniendo una vista aérea de la salud de las plantas y las condiciones del suelo, o generando mapas que guiarán a los robots y ayudarán a los agricultores humanos a planificar los próximos pasos de la granja. Todo esto ayudará a generar una mayor producción de cultivos y una mayor disponibilidad y calidad de los alimentos.

BI Intelligence compartió sus predicciones de que los dispositivos de IoT instalados en la agricultura aumentarán de 30 millones en 2015 a 75 millones para 2020. Bajo esta tendencia, se espera que las granjas conectadas generen hasta 4.1 millones de puntos de datos cada día en 2050, en comparación con solo 190.000 en 2014.

Esta montaña de datos y otra información generada por la tecnología agrícola, y la conectividad que permite compartirla, serán la columna vertebral de la futura granja inteligente. Los agricultores podrán “ver” todos los aspectos de su operación — qué plantas están sanas o necesitan atención, dónde un campo necesita agua, qué están haciendo los recolectores — y tomar decisiones informadas.

Y esta discusión solo ha tocado la punta del proverbial iceberg con el foco en los cultivos vegetativos; Existe una oleada igual de adopción de tecnología inteligente para la cría de animales, y muchos más drones y robots para todos los aspectos de la agricultura. Si cada granja del país se convierte en una granja inteligente, es seguro alcanzar ese aumento del 70 por ciento en la producción de alimentos.

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Trabajar en la interfaz entre agricultura y conservación suele ser algo incremental: trabajo diligente y paciente a largo plazo, doblando gradualmente la curva en la dirección correcta. Pero la agricultura de precisión puede ser diferente.

Llegué a esta conclusión habiendo visto un proyecto en el oeste de Nebraska en los Estados Unidos en el que los agricultores estaban usando nueva tecnología para reducir el uso de agua y fertilizantes en al menos un 20 por ciento. Más importante e interesante, esto no tuvo ningún impacto en los rendimientos. Fue entonces cuando comencé a pensar en la agricultura de precisión o la tecnología inteligente como un cambio de juego.

Esta tecnología está siendo comercializada y adoptada por su impacto en los resultados finales, para ahorrar dinero. Los beneficios de conservación son un beneficio colateral, pero debemos tomar nota del mismo.

Muestreo de agua en una granja propiedad de TNC en Maryland.
MARYLAND, EE. UU. Toma de muestras de agua en una granja propiedad de TNC en Maryland. Foto © Tim Boucher
La promesa
La tecnología digital aplicada a la maquinaria agrícola y la información basada en la nube hace que la agricultura parezca ciencia ficción en algunos lugares. Los drones zumban sobre el paisaje monitoreando las condiciones de los cultivos y detectando problemas, como infestaciones de plagas o malezas. Los agricultores reciben información meteorológica personalizada que predice cómo variarán las precipitaciones de un campo a otro. Los suelos se mapean con un nivel de precisión inimaginable hace solo unos años, y los sensores les dicen a los agricultores exactamente cuánta agua se está utilizando en miles de puntos de datos diferentes.

Las cabinas de maquinaria agrícola están llenas de sistemas GPS y los conductores ya no conducen. En cambio, se sientan en la cabina revisando las pantallas que controlan los electrodomésticos, que se mueven a través de los campos entregando cantidades medidas con precisión de entradas precisamente en el mejor lugar, en momentos programados, en líneas perfectamente rectas o contorneadas a la tierra, lo que los datos determinen que dará el mejor rendimiento.

Toda esta innovación recibe el nombre genérico de agricultura de precisión , y los resultados pueden cambiar las reglas del juego. Una mayor precisión significa que el agua, los fertilizantes y otros insumos se pueden reducir sin afectar el rendimiento. Es una intensificación sostenible en acción: la producción aumenta mientras que los impactos ambientales, especialmente en torno al uso de agua y fertilizantes, disminuyen. Eso significa más producción, menos agua utilizada, menos escorrentía de nutrientes y mayor calidad del agua. En la mayoría de los lugares, la escorrentía de fertilizantes es el factor principal detrás de la contaminación del agua y las zonas muertas costeras. ¿Que es no gustar?

El problema
El problema no es con las tecnologías que componen la agricultura de precisión, sino con el modelo de negocio detrás de ellas. Cuando funciona, es espectacular, pero solo funciona en unos pocos lugares, donde los agricultores pueden pagar por ello. La agricultura de precisión es sofisticada pero no es barata.

Las empresas que lo venden recuperan los costos de desarrollo de los agricultores con bolsillos profundos, que hacen la inversión porque trabajan en una escala que la hace económicamente viable. Tampoco es fácil de operar ni de reparar tecnologías de precisión. Los agricultores deben estar bien educados o depender de una extensa red de proveedores externos. Nada de esto se aplica a los lugares donde la agricultura de precisión a menudo se necesita más desesperadamente : donde los recursos e insumos son escasos, los agricultores son pobres y hay vidas en juego. Cómo hacer que los beneficios de la agricultura de precisión se difundan más ampliamente en todo el mundo es probablemente la pregunta más importante en este momento porque, solo tal vez, el futuro del sistema alimentario mundial podría depender de ello.

Campos de maíz filmados por un dron con una cámara multiespectral.
CAMPOS DE MAÍZ CAMPOS DE maíz filmados por un dron con una cámara multiespectral. Foto © Jon Fisher / TNC
La urgencia
La agricultura de precisión es un cambio obvio para mejor para la agricultura. Existe una clara evidencia de que donde la agricultura de precisión se usa ampliamente, el uso de agua y fertilizantes puede disminuir entre un 20% y un 40% sin impacto en los rendimientos e incluso un aumento del rendimiento en algunos casos. Los agricultores que utilizan la agricultura de precisión lo hacen por motivos de costo-beneficio.

Ofrecer exactamente los insumos correctos en las cantidades correctas en el momento correcto y en los lugares correctos podría reducir radicalmente la demanda de nuevas tierras al ayudarnos a operar de manera mucho más eficiente en la tierra que ya tenemos. El aumento de la eficiencia también es fundamental para que obtengamos una mayor capacidad de recuperación de nuestro sistema alimentario, que deberá soportar los impactos del cambio climático. La única pregunta real es cómo hacerlo accesible y disponible a escala para lograr el impacto de conservación inmediato que necesitamos con tanta urgencia.

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La adopción y el uso de sensores de cultivo en la producción agrícola ahorran miles de dólares cada año”, comentó Olga Walsh, investigadora de la Universidad de Idaho, Estados Unidos.

“Los sensores de cultivos también ayudan a mejorar significativamente la eficiencia de los insumos agrícolas, como los fertilizantes y el agua.

“Finalmente, los drones pueden minimizar los impactos negativos de las actividades agrícolas en la calidad ambiental”, consignó el sitio de American Society of Agronomy.

Las posibilidades en fruticultura
En Idaho, la industria de la fruta cultiva uvas, arándanos, manzanas e incluso frutas como las peras asiáticas. Las manzanas son la cosecha de frutas más grande en ese estado, con más de 60 millones de libras de manzanas producidas por año.

El equipo de investigación de la profesional se centró en aplicar la tecnología UAV a los árboles frutales.

“Sabemos que los drones pueden usarse en huertos”, explicó Walsh. “Pero no hay recomendaciones para los productores con respecto a qué datos se deben recopilar y qué tipo de datos son más útiles, dependiendo del objetivo del productor”.

drones fruticultura
Portal del sitio de American Society of Agronomy dando cuenta de las investigaciones de Olga Walsh, investigadora de la Universidad de Idaho, Estados Unidos.
Múltiples beneficios
Las formas más probables en que los drones sean usados para los huertos y viveros son: hacer un inventario de la altura de los árboles y el volumen del dosel; monitorear la salud y la calidad de los árboles y el manejo de agua, nutrientes, plagas y enfermedades en temporada.

También será posible la estimación de la producción y rendimiento de frutas/nueces y la creación de herramientas de comercialización (videos para la promoción del huerto o la venta de árboles y frutas).

Al igual que con otros usos de los drones en la agricultura, el trabajo de Walsh ayuda a recopilar información detallada sobre los cultivos, más rápido que las personas al “explorar” físicamente los campos.

“Los UAV son capaces de adquirir imágenes de alta resolución que son ideales para detectar diversos problemas de recorte”, dice Walsh.

“Los sistemas UAV permiten escanear los cultivos desde arriba. Obtienen imágenes de alta calidad y datos espectrales de alta resolución.

“Esto está correlacionado con el crecimiento de las plantas, la salud, el agua y el estado de los nutrientes, y puede usarse para estimar la producción de biomasa”.

Todos son indicadores de rendimiento potencial
No se trata solo de la velocidad de explorar un campo. “Los sensores pueden funcionar dentro de regiones del espectro electromagnético donde los ojos humanos no pueden”, comentó Walsh.

“Los sensores son mucho más confiables y objetivos que la evaluación visual. Proporcionan información cuantitativa (datos numéricos que se pueden medir y comparar) versus información cualitativa (datos descriptivos que se pueden observar)”.

El objetivo general de este trabajo es fortalecer la sostenibilidad y la competitividad de los productores de árboles frutales de Idaho, según comentó Walsh.

“Nuestros hallazgos aumentaron la conciencia, el conocimiento y la adopción de sensores de cultivo y vehículos aéreos no tripulados”. (Fuente: Portal Frutícola)

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