SENSORES PARA EL CONTROL DEL RIEGO Y LA FERTILIZACIÓN EN UVA DE MESA

Disponemos de una serie de instrumentos capaces de determinar de manera objetiva el nivel de estrés hídrico de las plantas o monitorear los niveles nutricionales de las mismas, lo que los convierten en una potente herramienta para el control del riego y el uso eficiente del agua y los fertilizantes. El uso de estas herramientas aportará sustentabilidad en la producción de uva de mesa.

Debido a las consecuencias que ha acarreado la disminución de las precipitaciones durante el último tiempo, los agricultores progresivamente han tomado conciencia de la necesidad del uso eficiente del agua en la producción de alimentos. La agricultura es el sector económico que mayor cantidad de agua requiere, por lo que es altamente dependiente de la disponibilidad del recurso hídrico.

Por esto, hoy resulta clave el trabajo que por tantos años realizaron investigadores del INIA (Instituto de Investigaciones Agropecuarias), como Gabriel Selles y Raúl Ferreyra, desarrollando balances hídricos para la correcta determinación de tiempo y frecuencia de riego de distintos cultivos. En ese mismo sentido, es de vital importancia controlar las decisiones que se toman respecto de la programación del riego. Afortunadamente, gracias al desarrollo tecnológico, hoy día contamos con nuevas herramientas que permiten un exhaustivo control de la gestión del agua de riego. Utilizar las herramientas disponibles puede ser una gran ventaja al momento de tomar decisiones que permitan ajustar los tiempos y frecuencias de riego definidos a través de los balances hídricos.

En el centro Regional de Investigación de La Cruz de INIA, Región de Valparaíso, desarrollamos el Programa de difusión tecnológica (PDT), financiado por CORFO, “Aumento de la eficiencia de la fertilización y el riego en productores de uva de mesa de la región de Valparaíso a través del análisis de imágenes multiespectrales y uso de sensores”. Programa que tiene por objetivos aumentar los conocimientos de los productores de uva de mesa en la gestión de la fertilización y el riego a través del uso de tecnología de sensores permita el uso eficiente y preciso del agua y los fertilizantes.

El programa considera una serie de reuniones con los agricultores y de visitas a sus predios, de modo de que conozcan los fundamentos de las nuevas herramientas tecnológicas y aprendan a usarlas en sus propias instalaciones. Además, se contempla el establecimiento de tres unidades demostrativas donde se podrán utilizar sensores que persigan el fin del proyecto. Dentro de las tecnologías que se utilizan en el programa se considera sensores de capacitancia, porómetro-fluorómetro, microtensiómetros, espectrómetro y uso de drones y cámara multiespectral y termal.

Acá analizamos y discutimos la forma en que funcionan las herramientas y los resultados obtenidos con su uso, además de indicar ventajas y desventajas de cada una.

SENSORES DE CAPACITANCIA

Los sensores de capacitancia miden el contenido de agua del suelo a distintas profundidades y a intervalos de tiempo determinados (Foto 1). La forma de medir depende del instrumento, pero pueden medir el tiempo
que demora una señal eléctrica en pasar de un electrodo a otro, o medir la frecuencia del campo electromagnético que forman con el suelo. Ambas mediciones están relacionadas en mucho mayor medida al contenido de agua del suelo que a la concentración de los
otros componentes de este (minerales y aire). Dependiendo de los intervalos en las mediciones, es posible determinar gráficamente los momentos en que la planta extrae agua del suelo por parte de las raíces, así como los momentos en que comienza el cierre estomático y por lo tanto el estrés hídrico.

Estos sensores, además de contenido de agua, pueden medir conductividad eléctrica, parámetro que puede ser muy relevante, ya que al ubicarse en distintas profundidades pueden indicar el nivel al que llega el agua
y los fertilizantes, permitiendo hacer un uso más efectivo de ambos insumos.

La ventaja de estos equipos es que una vez determinados los niveles de capacidad de campo y el umbral de riego, hacen mediciones continuas y precisas del contenido de agua, que son de fácil interpretación. La desventaja principal es que su precisión depende de una buena instalación, que considere las condiciones del lugar, una mala instalación llevará a malas interpretaciones de los datos obtenidos. Todavía sus costos pueden resultar relativamente altos, sin embargo, cada vez salen al mercado equipos menos costosos. En el caso de grandes extensiones de terreno será necesario considerar los costos de la transmisión remota de datos (telemetría).

PORÓMETRO-FLUORÓMETRO

Este instrumento permite medir la conductancia estomática de la hoja de un vegetal, además de la fluorescencia de la clorofila.

La conductancia estomática es un indicador del nivel de apertura de los poros de las hojas y por lo tanto un indicador del nivel de estrés hídrico de la planta. El porómetro es capaz de determinar la conductancia estomática a través de la medición de la humedad relativa de una muestra de aire ambiental que se compara con una muestra de aire que ha pasado por la hoja que se está midiendo, en un área determinada. Las diferencias de concentración de agua de ambas muestras se relacionan con la conductancia estomática de la hoja.

Por otro lado, el fluorómetro utiliza un rayo de luz emitido por luces LED que se enfocan en el mismo punto que está midiendo conductancia estomática, la fluorescencia es detectada por un sensor que filtra la luz en 740 ± 40 nm, para luego medir la fluorescencia entre 700 y 780 nm. Este parámetro es un indicador del nivel de conversión de energía fotosintética por parte de las plantas. Entre las ventajas de este instrumento está que es portátil, no destructivo y sus mediciones se llevan a cabo en menos de 10 segundos. La desventaja es que su costo puede ser elevado, sin embargo, existen diversos modelos y marcas que difieren en sus valores.

MICROTENSIÓMETRO

Este es un nuevo instrumento disponible para el seguimiento del estrés hídrico en plantas. Este equipo es capaz de medir el potencial xilemático de los cultivos donde se incorporan de manera permanente y a frecuencia diaria. Es una alternativa al uso de la cámara Scholander que permite determinar el potencial hídrico xilemático. El sistema consiste en un émbolo que se inserta en el xilema del tronco de la planta. Este émbolo se sella al ser insertado en la planta, creando un sistema cuyas variaciones de presión son detectadas por un manómetro que envía una señal eléctrica a un datalogger que puede transmitir esa información de manera remota a un computador u otra plataforma donde es posible visualizar los datos obtenidos. La ventaja de este sistema es que las mediciones son diarias en la planta, por lo tanto, es un buen indicador del nivel de estrés de esta. La desventaja es que es una tecnología nueva y no se conoce su comportamiento en todos los cultivos, también requiere una minuciosa selección de la planta donde se instalará ya que debe ser representativa de todo el cuartel que se requiere examinar.

ESPECTRÓMETRO

Este instrumento consiste en un espectrómetro y una sonda que puede detectar la reflectancia, transmitancia y absorbancia de la luz de una muestra. Esta información, a través de la ley de Beers, se relaciona al estado fisiológico de la planta. Es decir, un espectrómetro como el utilizado en el programa es capaz de detectar cualquier estrés que afecte la fisiología de la planta. Para el caso del programa en cuestión, el objetivo es poder detectar el estado nutricional de las hojas muestreadas. El sistema cuenta con una pantalla táctil que despliega la información obtenida de la muestra.

El espectrómetro es capaz de detectar la transmitancia, absorbancia y reflectancia de la muestra en un rango de 360 a 1100 nm. El resultado obtenido es una curva en ese rango de medición. Por lo tanto, es necesario establecer una relación entre esa curva o partes de ella y su contenido nutricional real. Una vez obtenida esa relación a través de una función matemática, es posible ingresarla al instrumento y obtener de manera inmediata el parámetro de interés en la pantalla. La gran ventaja es que es portátil y rápido en sus mediciones. La desventaja es que requiere de una calibración que dependerá de la utilidad que se le quiera dar.

DRON EQUIPADO CON CÁMARA TERMAL Y MULTIESPECTRAL

Las imágenes aéreas de los campos permiten obtener una visión de la variabilidad espacial de los huertos en cuanto a estrés u otras variables fisiológicas. Un dron es un vehículo aéreo no tripulado de los que existen distintas marcas y modelos que difieren en la capacidad de carga que pueden soportar y los equipos que pueden llevar consigo. Por otro lado, se debe contar con una licencia y permiso para volar drones al momento de hacer alguna actividad en terreno.

Más allá del dron, tiene especial relevancia el tipo de sensor óptico (cámara o cámaras) que se vaya a utilizar. Existen diversas alternativas de un sinnúmero de marcas y modelos. Las cámaras multiespectrales pueden determinar longitudes de onda dentro y fuera del rango visible. Lo más común es utilizar cámaras que miden la frecuencia roja, verde y azul (rango visible), además de infrarrojo cercano, borde rojo e infrarrojo lejano (longitudes de onda fuera del espectro visible).

La utilidad de las imágenes multiespectrales es que, al combinar bandas visibles con no visibles, permiten obtener información del crecimiento del cultivo, estrés hídrico (imágenes termales) e índices relacionados a la salud del cultivo (índice normalizado de vegetación, NDVI).

Los sensores ópticos difieren en la resolución y el ángulo de visión, variables que se debe considerar al momento de adquirir o utilizar un instrumento.

La ventaja de este tipo de tecnología es que pueden determinar la variabilidad espacial de un estrés e, incluso, antes de que lo podamos detectar con nuestra vista. La desventaja es que requiere de personal y softwares especializados en el análisis de imágenes. Sin embargo, existen alternativas de arriendo de aeronaves y análisis de imágenes.

POTENCIAL HÍDRICO XILEMÁTICO Y CONTENIDO DE AGUA EN EL SUELO

Durante la temporada 2023-2024, a través del programa de difusión tecnológica, hemos investigado y desarrollado conocimiento acerca del uso de la tecnología disponible de manera de familiarizar a los productores con estos instrumentos, así como a instituciones educacionales como el Instituto Pascual Baburizza de Los Andes y la Escuela Agrícola de San Felipe.

En un cuartel de la variedad Ivory, con marco de plantación de 3.5 x 2.0 m y goteros de 1.9 l/h distanciados 0.625 m, determinamos el contenido de agua del suelo a través de sensores de capacitancia. Paralelamente se ha medido el potencial hídrico xilemático en muestras foliares y la conductancia estomática. Como se puede apreciar en la Figura 1, es posible establecer una relación entre el contenido de agua del suelo y el potencial hídrico xilemático. Es necesario considerar que en uva de mesa las mediciones de potencial hídrico y de conductancia estomática se deben efectuar en hojas completamente desarrolladas y expuestas al sol. Este tipo de relaciones ya habían sido encontradas en investigaciones anteriores en uva de mesa, pero no en la variedad licenciada de este programa.

Para comprobar la capacidad de los microtensiómetros para determinar el nivel de estrés hídrico en uva de mesa, se relacionaron sus lecturas con el potencial hídrico xilemático medido con la cámara scholander. Los resultados obtenidos se expresan en la Figura 2. Se puede apreciar que existe una relación directa entre las mediciones de la cámara scholander y la tensión de la planta medida con el microtensiómetro. Del mismo modo, en la Figura 3 se aprecian las mediciones de contenido de agua del suelo y las lecturas de potencial determinadas al medio día por el microtensiómetro. Se observa una correlación positiva entre las curvas de extracción de agua del suelo y las mediciones del microtensiómetro.

MONITOREO DEL ESTATUS NUTRICIONAL DEL CULTIVO

ESPECTRÓMETRO

Para llevar a cabo un programa de fertilización adecuado es necesario determinar el contenido nutricional de las plantas a través de análisis de muestras foliares en laboratorio. Sin embargo, la toma de muestras foliares puede ser un proceso engorroso, demandante en tiempo y costoso. Por esto, el estudio de la relación entre la firma espectral de una muestra y su composición química (espectrometría) se ha desarrollado enormemente en el último tiempo. A través del programa se desarrolló un estudio tendiente a relacionar la firma espectral de hojas adquiridas a través de un espectrómetro y su relación con el contenido nutricional determinado en laboratorio. En la Figura 4 se pueden observar los resultados para el caso de la determinación foliar de Potasio. Los resultados indican que existe una relación entre la concentración real del nutriente y la estimación obtenida por el espectrómetro. Existe espacio para mejorar esta relación mediante otras metodologías de análisis de datos para alcanzar un mayor rango de variación del contenido nutricional de las muestras, estas mejoras están en desarrollo. Sin embargo, es un buen indicador la existencia de una relación entre la realidad y lo estimado por el instrumento.

IMÁGENES ESPECTRALES

Los índices de vegetación son herramientas muy útiles para evaluar la salud y el crecimiento de las plantas a partir de imágenes espectrales. Permiten cuantificar la cantidad y calidad de la vegetación presente en el predio, además, permite determinar su distribución espacial. Uno de los índices más utilizados para este propósito es el índice de vegetación NDVI (Normalized Difference Vegetation Index). Este índice se basa en la diferencia entre la reflectancia en la banda del infrarrojo cercano y la banda del rojo.

Durante el desarrollo del programa, se analizó el estado de salud de los predios de los distintos agricultores mediante el uso del índice de vegetación NDVI, para ello se obtuvieron imágenes tanto RGB (Red, Green, Blue, Figura 5a) como multiespectral en diferentes etapas fenológicas (floración, pinta y postcosecha).  Cada vuelo realizado considero los siguientes parámetros: un traslape entre imágenes del 80% tanto lateral como vertical, con una resolución espacial de 1,5 cm por píxel. Finalmente, para unir todas las imágenes capturadas y generar un ortomosaico, se empleó el programa Pix4D Mapper.

El análisis realizado nos ha permitido identificar áreas con valores de NDVI más bajos, tanto a nivel del predio (mediante un mapa general, Figura 5b) como a nivel de cada planta (Figura 5c). Estos valores indican posibles problemas relacionados con el riego, deficiencias nutricionales o enfermedades que afectan el crecimiento vegetal.

Georreferenciar las áreas o plantas con valores de NDVI bajos resulta una información fundamental para los agricultores. La localización precisa les permite ubicarse con precisión en los sectores afectados e intentar comprender in situ cuál es el problema que presentan esas plantas. Además, facilita un enfoque eficiente para los agricultores, debido a que pueden focalizar su trabajo en las áreas y plantas que más lo necesitan, evitando gastar recursos innecesarios en todo el predio y concentrándose en las zonas críticas.

Finalmente, este tipo de análisis permite a los agricultores detectar estas áreas problemáticas antes de que sean visibles a simple vista. De esta manera, pueden tomar medidas preventivas y correctivas de manera oportuna, optimizando la salud y productividad de sus cultivos