La gestió eficient de la fertirrigació amb l’ús de dades de diferents tecnologies
L’activitat demostrativa FERTIDIGITAL: Gestió eficient de la fertirrigació amb l'ús de dades de diferents tecnologies, ha abordat aquesta temàtica amb l’objectiu de donar a conèixer al sector quines són aquestes tecnologies disponibles en l’àmbit de la fertirrigació.
Aquestes activitats són finançades pel Departament d’Acció Climàtica, Alimentació i Agenda Rural i pel Fons Europeu Agrícola de Desenvolupament Rural (FEADER).
En un context de sequera i d’esdeveniments climàtics canviants, un dels nous reptes als que s’enfronten els regants a dia d’avui és digitalitzar la gestió per a fer un ús el més eficient possible tant del reg com dels fertilitzants. Les noves tecnologies aporten informació molt útil a l’hora de prendre decisions. Existeix una àmplia varietat de tecnologies i sensors a disposició dels productors, que a vegades fa que sigui complex decidir quina és la més adient en funció de les necessitats, i a més, no sempre són fàcils d’interpretar. La majoria dels productors treballen seguint un pla de fertilització al llarg del cicle del cultiu, en funció de les necessitats teòriques, però no sempre incorporen dins el sistema de presa de decisions les analítiques de sòl, aigua i/o fulla o bé algun tipus de sensòrica que complementi aquesta gestió.
L’activitat demostrativa FERTIDIGITAL: Gestió eficient de la fertirrigació amb l'ús de dades de diferents tecnologies (Codi finançament: 56 30074 2021 P4), ha abordat aquesta temàtica amb l’objectiu de donar a conèixer al sector quines són aquestes tecnologies disponibles en l’àmbit de la fertirrigació per tal de gestionar els recursos de forma més eficient mitjançant l’ús de dades, fomentant les bones pràctiques en l’ús de l’aigua i els fertilitzants així com millorant la competitivitat i la sostenibilitat del sector a través de diferents plataformes demostratives on s’implementen combinacions estratègiques de tecnologia.
1. Planificació del reg i la fertilització
- Reg. Determinar les necessitats de reg dels cultius i establir una programació adequada és imprescindible a l’hora de gestionar l’aigua. Per poder-ho fer tenint en compte quines són les necessitats reals dels cultius existeixen mètodes de càlcul de referència (FAO) i eines a l’abast del regant com l’Eina de Reg de l’Oficina del Regant.
- Fertilització. La fertilització es defineix com l’acció d’aportar nutrients al sòl i al cultiu. Els objectius principals són millorar la fertilitat del sòl, la productivitat dels cultius així com millorar la resistència d’aquests a plagues i malalties. Cal tenir en compte que una mala praxis en la fertilització, pot esdevenir en efectes no desitjats en el cultiu i producció. Per la qual cosa es recomana realitzar un diagnòstic a partir d’analítiques de sòl i del cultiu (fulla, fruit i/o saba), utilitzant guies com les que s’han seguit durant l’execució del projecte. Per exemple la Guia de la fertilitat dels sòls i la nutrició vegetal en producció integrada (DACC, 2016)’ i la ‘Guía práctica de fertilización racional de los cultivos en España (MAPA, 2007)’.
2. Identificació de punts representatius – Ús d’Imatges de satèl·lit i imatges aerotransportades (avió i dron)
Algunes de les preguntes freqüents que sorgeixen a l’hora de fer una instal·lació de punts de monitorització o seguiment és quants punts s’han d’instal·lar i on. Es recomana instal·lar la sensòrica en zones representatives de la finca i la quantitat vindrà determinada per la heterogeneïtat de la mateixa, del pressupost disponible, de la capacitat d’analitzar les dades registrades i de prendre decisions en base a aquestes.
Moltes vegades la caracterització de la variabilitat d’una finca pot ser molt complexa en funció de la seva orografia i de les activitats culturals que s’han estat realitzant en el passat, entre altres. Existeix una tecnologia diversa que permet realitzar aquesta caracterització de manera relativament senzilla com són els mapes de conductivitat elèctrica del sòl a partir d’escaneigs físics que permeten fer una classificació en funció del tipus de sòl així com l’ús de càmeres RGB o multiespectrals transportades en drons i avionetes o mitjançant imatges de satèl·lit que permeten observar diferències de vigor associades a aquesta complexitat.
El projecte Fertidigital es basa en les dues últimes tecnologies esmentades. En la Imatge 1 es pot veure un mapa de classificació de vigor vegetatiu a partir d’imatges de FAPAR (Fracció de la Radiació Fotosintèticament Activa Absorbida) obtingudes a partir d’imatges del satèl·lit Sentinel-2 a una resolució de 20 m/píxel. Aquestes imatges es poden obtenir de manera lliure a partir del repositori CREODIAS i extreure’n els paràmetres biofísics a partir de l’eina SNAP proporcionada per l’AESA.
Imatge 1 - Classificació del vigor d'una parcel·la en funció de mapa de FAPAR a partir d’imatges Sentinel-2 . Aitona 2022 (Lleida).
En la Imatge 2, es pot observar la mateixa finca a major resolució (4cm/píxel) realitzada amb dron i amb una càmera multiespectral. A grans trets la informació és la mateixa, la part situada més al nord té un vigor més baix respecte a la zona sud, però en aquest cas ,degut a l’alta resolució de la imatge, es pot tenir fins i tot informació a nivell d’arbre. La zona que es va seleccionar per realitzar la instal·lació del punt de monitoreig ha estat una zona de vigor mitjà que és la zona que millor representaria tot el conjunt.
De fet, aquesta tecnologia també ha permès realitzar un seguiment de l’evolució durant la campanya a partir de vols mitjançant una càmera tèrmica, de possibles zones estressades en moments d’alta demanda hídrica. Altres usos potencials que presenta aquesta tecnologia en el cas de veure diferències molt evidents dins d’un mateix sector de reg, seria replantejar la resectorització d’acord amb la seva heterogeneïtat.
3. Monitorització del reg i la fertirrigació mitjançant sistemes comercials
Es poden diferenciar aquests sistemes en dos grans grups: registre del clima on s’inclou tots aquells sensors que es basen en la mesura de de dades meteorològiques i seguiment de variables que informin de l’estat del cultiu que es poden dividir bàsicament en dos tipus: mesures indirectes i directes. Les mesures indirectes fan referència a tota aquella sensòrica que ens permet obtenir informació de paràmetres que afectaran al cultiu sense estar en contacte directe amb ell, és a dir, mesuren informació del medi en el que es troba el cultiu, com el sòl, l’aigua o l’aire. Per exemple, dins d’aquest grup s’inclouen els sensors de mesura del volum d’aigua aplicat (comptadors), sensors d’humitat al sòl, sondes de succió o radiòmetres per mesurar la temperatura de la coberta del cultiu. Els sensors que ens donen mesures directes, per contra, són sensors que estan en contacte amb la planta. Requereixen d’una bona instal·lació i en la majoria del casos reinstal·lacions periòdiques o ajustos.
A continuació s’expliquen els sensors que s’han utilitzat per fer el seguiment de les diferents parcel·les del projecte demostratiu, en funció de la seva ubicació.
- Sensors que realitzen mesures en continu i digitalitzen les dades, de manera que es pot visualitzar la informació a temps real mitjançant una plataforma web o aplicació mòbil.
a. Sensors instal·lats a la mànega de reg
i. Comptadors volumètrics d’aigua: Són dispositius que permeten mesurar l’aigua que passa per una determinada secció i els polsos generats, normalment cada litre, es digitalitzen i registren en un datalogger. S’han utilitzat comptadors per a cabals baixos que s’instal·len a la mànega de reg, com els de “chorro múltiple o multijet”. Permeten conèixer l’aigua aplicada per a una determinada superfície. Actualment, també es comercialitzen comptadors que es connecten i envien al proveïdor/fabricant les dades, sense necessitat d’equips externs.
ii. Sensor de Conductivitat Elèctrica: Aquests tipus de sensors ens permeten conèixer quina és la conductivitat elèctrica de l’aigua de reg i per tant, una estimació de la concentració de sals solubles. Aquest tipus de sensor és molt útil si es vol conèixer les característiques de l’aigua de reg, sobretot s’utilitza en aigües de pou i/o aigües regenerades però també en el cas d’aplicar fertirrigació, ja que permeten determinar en quin moment arriba el fertilitzant al punt que s’està monitoritzant i ajustar millor els regs en funció del tipus de sòl.
b. Sensors instal·lats al sòl
i.Sensors de contingut volumètric d’aigua al sòl: El sensors d’humitat al sòl son un component molt important per al control i programació del reg ja que proporcionen informació eficaç per a la gestió de l’aigua. Ens donen informació molt útil de quin és el contingut d’aigua al sòl en tot el perfil i per tant permet conèixer si s’està regant en excés i en conseqüència si es perd aigua per drenatge. De la mateixa manera, permeten avaluar en el cas de fertirrigació, si hi ha pèrdues potencials per lixiviació. També ens permeten avaluar l’efectivitat de la pluja. En aplicacions més avançades son dispositius molt útils per tal de complementar els sistemes d’automatització de reg a l’hora de prendre decisions.
En aquest projecte s’han utilitzat sensors de tipus capacitiu puntuals i multinivell. En quant als sensors puntuals, habitualment la seva instal·lació es realitza a diferents profunditats: a la zona d’arrels i a la zona de drenatge, i dins d’un mateix perfil vertical en el cas d’instal·lar-ho en un sistema de reg gota a gota. En altres casos, sobretot quan l’objectiu es complementar un sistema automatitzat de reg, és recomanable tenir més d’una rèplica a nivell d’arrel i caracteritzar diferents parts del bulb humit.
Les sondes multinivell o tubulars es caracteritzen per realitzar lectures d’humitat al sòl en tot el perfil del sòl, aproximadament cada 10cm. Aquestes sondes permeten caracteritzar molt bé el sòl en profunditat.
ii. Sensors de conductivitat elèctrica al sòl (salinitat/fertilització): Alguns sensors de contingut volumètric d’aigua al sòl venen complementats amb un sensor de conductivitat elèctrica i un altre de temperatura. Aquests poden ser útils per detectar moviment de fertilitzant al sòl i conèixer en quin moment es detecten les sals a nivell d’arrel. Tot i així, a diferència de la resta de sensors, la seva interpretació no sempre és fàcil, ja que la conductivitat elèctrica augmenta amb la hidratació del sòl i pot esdevenir complex discernir quina prové del reg i quina de la fertirrigació.
iii. Sensor d’ió selectiu (N-K): Es tracta d’una tipologia de sensors capaç de discernir els ions Nitrat i Potassi i conèixer com aquests ions es mouen dins del sòl. Poden ser útils per observar tendències a nivell d’arrel i zona de drenatge i ajustar els regs per evitar pèrdues per lixiviació.
c.Sensors instal·lats a la planta
i. Dendròmetre: El dendròmetre és un sensor que mesura el diàmetre del tronc o de qualsevol altra part de la planta (tija, branca, fruit, etc), donant una mesura directa del creixement de la planta. Aquests sensors són capaços de mesurar les variacions de diàmetres entre la nit i el dia de manera micromètrica pel que poden servir per observar com la planta utilitza l'aigua del sòl. La seva utilització principal és ajudar a monitoritzar el creixement de la planta a escala temporal.
ii. Potencial hídric de tronc: És un microtensiòmetre que s'insereix en el tronc de l'arbre i proporciona valors de potencial hídric. La mesura es realitza directament al xilema i, per tant, és una mesura molt precisa que fa que sigui un indicador fiable i reconegut de l'estat hídric de l'arbre.
Imatge 3 - Comportament dels sensors desprès de dos regs, a l'esquerra amb fertirrigació i a la dreta no.
Imatge 4 - Gràfic superior: sensor de potencial hídric de tronc. Gràfic inferior: sensor de contingut d'aigua al sòl.
- Sensors de mesura puntual (analògics). Existeixen altres tipus d’eines amb les que podem complementar de manera puntual aquestes mesures en continu com són:
Les sondes de succió. Aquestes permeten extreure la solució del sòl a diferents profunditats, mesurar amb sensors portàtils els elements de la solució i digitalitzar les dades. Són molt útils per poder caracteritzar regs i fertirrigació en el cas d’aplicar adobs orgànic.
Per contra, impliquen una labor manual que fa que el seu ús no pugui ser intensiu en el temps, (s’ha de realitzar el buit hores abans de l’extracció, l’extracció i l valoració del contingut). En el cas de reg de suport o reg deficitari controlat, l’extracció de solució del sòl és més difícil.
Els mesuradors portàtils d’elements són pràctics i útils per mesurar de manera ràpida els elements dissolts que hi ha a l’aigua de reg, del sòl i també a nivell de planta (cas de la saba).
Per últim, una altra decisió complexa és establir una combinació de sensors que pugui ser estratègica en funció de l’objectiu final del regant. Dins del projecte FertiDigital, es presenten dos sistemes diferents on s’ha tractat d’establir sistemes combinats amb diferents sensors, aportant conjuntament mesures de contingut d’aigua al sòl, sals i/o fertirrigació, així com mesures directes a la planta.
Taula 1. Comparativa entre els 2 sistemes.
Imatge 3 Esquema de disseny del Sistema 1 i imatges de la instal·lació
Imatge 4 Esquema de disseny del Sistema 2 i imatges de la instal·lació i mesures portàtils
4. Avantatges i inconvenients
A continuació es comparen diferents característiques dels sensors i es categoritzen amb els colors d’un semàfor. El verd indica aquelles categories millor valorades, vermell amb pitjor valoració i amb una gradació de grocs i taronges les que obtenen una valoració intermitja.
Taula 2. Valoració de diferents característiques de la tecnologia mostrada
5. Resumint
En conclusió, l’ús de la tecnologia i el coneixement ens ajuda a realitzar una millor planificació i seguiment de la fertirrigació en continu durant la campanya, detectar parades del sistema de fertirrigació o errors en el temps de programació. Ens permet tenir un registre digitalitzat de tota la campanya així com millorar l’eficiència i la sostenibilitat dels nostres cultius. És necessari conèixer la informació que ens aporta cada tecnologia per identificar quines són les seves limitacions, per tal d’optar per la que més s’ajusti a les nostres necessitats.
Les activitats demostratives es van iniciar el 2021 i estan previstes per concloure el 2024, i són finançades pel Departament d’Acció Climàtica, Alimentació i Agenda Rural i pel Fons Europeu Agrícola de Desenvolupament Rural (FEADER), en el marc de l’operació 01.02.01 de Transferència Tecnològica del Programa de Desenvolupament Rural de Catalunya 2014-2022.
Autors: Ana Pelechá, Josep Rufat i Xavier Vallverdú
Font: DACC