International Horticultural Congress 2014, Australia: ¿Qué hay de nuevo en el riego de cultivos hortofrutícolas?

Durante el 29º Congreso Internacional de Horticultura, realizado recientemente en Brisbane, Australia, uno de los 55 simposios que se realizaron en paralelo fue sobre riego. Con el nombre de “Escasez de agua, salinización y relación planta- agua”, el evento congregó investigadores de todo el mundo. ¿Cuáles fueron las principales tendencias? El uso de sensores remotos (térmicos) va en fuerte aumento y las investigaciones han demostrado que sus resultados puede determinar con bastante precisión la evaporación del cultivo. En algunas zonas áridas el uso de agua reciclada y desalinizada también atrae bastantes investigaciones y como es habitual en este tipo de eventos, se presentaron varios productos y tecnologías novedosas.

 

El uso de sensores remotos y de imágenes térmicas crece con fuerza en el riego agrícola, combinando el uso de satélites, aviones y drones. Se presentaron varios trabajos sobre este tema en Brisbane con el objetivo de usar estas tecnologías para determinar la evapotranspiración del cultivo, lo que ayuda a establecer la programación del riego. Además estas tecnologías se utilizan para establecer políticas de riego en áreas más grandes como cuencas hidrográficas e incluso países. 

La charla magistral sobre este tema la dictó William Kustas, investigador estadounidense del Departamento de Agricultura de Estados Unidos (USDA- Agricultural Research Service, Hydrology and Remote Sensing Laboratory, Beltsville). Su charla se denominó “ Un sistema de modelamiento basado en sensores remotos térmicos para estimar el uso de agua del cultivo, los niveles de estrés y sequía desde escala global hasta un campo en particular”. 

“Existen dos enfoques para modelar evapotranspiración basados en el uso de agua. Uno es el llamado SVAT/Balance de Agua y el otro es el enfoque basado en el balance de energía. El enfoque SVAT/Balance de Agua considera la precipitación y el riego como aportes y la evaporación del suelo, la infiltración, el drenaje, la absorción por las raíces, la escorrentía, transpiración y evapotranspiración como salidas (outputs) del sistema. 

“Este sistema es complejo porque se requieren muchos parámetros que son difíciles de conseguir y también de copiar a grandes escalas. Nosotros preferimos el enfoque del balance de energía, utilizando sensores remotos. Con este sistema basado en la temperatura radiométrica de la superficie terrestre, del suelo y de la vegetación tratamos de responder la siguiente pregunta: ¿En base a una cantidad determinada en energía radiativa, cuánta pérdida de agua se requiere para mantener el suelo y vegetación en los niveles de temperatura observados?”. 

Basados en esto, Norman y Kustas (1995) desarrollaron el enfoque de balance de energía de dos fuentes que calcula estimando flujos de calor latentes en el suelo y los componentes de la canopia de superficies vegetales. Los componentes de flujo latente de calor pueden ser convertidos en evaporación (E), transpiración (T) y evapotranspiración (ET). Esto tiene aplicaciones muy importantes en el manejo de los recursos hídricos en superficies naturales y cultivadas. 

Este modelo, sin embargo, presentaba algunos errores de sensibilidad cuando se aplicaba en grandes superficies. Pasaron varios años hasta que un grupo de investigadores encontraron una solución para integrar la información entregada por satélites geoestacionarios, que entregan información gruesa sobre la superficie terrestre pero con mucha frecuencia, con la información entregada por otros satélites que entregan información muy fina y precisa sobre la superficie terrestre pero que pasa sobre un mismo lugar cada 16 días. Esta solución se denomina “data fusión” (fusión de datos) y utiliza múltiples sensores que entregan diferentes calidades de resolución tanto espacial como temporal. 

El sistema reconstruye a partir de imágenes gruesas (poco finas) pero frecuentes, cómo se deberían ver las imágenes finas ( obtenidas con aquellos satélites precisos pero que pasan cada 16 días) en un particular momento del tiempo. “De esta forma podemos fusionar la información estacionaria que tenemos cada hora a nivel continental, con la información más local que generan satélites como MODIS o Landsat, entregando información a nivel de campo. E incluso fusionar esta información con aquella entregada por aviones o drones, para determinar la variabilidad dentro de un mismo campo”, señala el Sr. Kulkas. 

ENSAYOS EN CAMPO CONFIRMAN LA PRECISIÓN DE LAS IMÁGENES TÉRMICAS PARA DETERMINAR EVAPOTRANSPIRACIÓN

William Kulkas y su equipo realizaron varios ensayos en Estados Unidos donde pudieron determinar la correlación entre el modelo y la evapotranspiración observada a nivel de huertos. También compararon la evapotranspiración estimada con imágenes más finas obtenidas con un satélite (LANDSAT) con las imágenes más gruesas – pero más frecuentes- obtenidas con otro satélite (MODIS). 

Los mejores resultados se obtuvieron cuando la información de ambos satélites se fusionaba. Solo en ese caso los datos satelitales que determinaban la evapotranspiración se correlacionaron con la información obtenida en el campo. Esto porque la información más fina obtenida por el satélite Landsat (que pasa cada 16 días) no podía incorporar algunos eventos de lluvia. Pero al fusionarlos con la información más gruesa pero constante de MODIS, las estimaciones de los satélites se correlacionaron perfectamente con las mediciones en terreno. 

William Kulkas y su equipo han comenzado a realizar ensayos en frutales y viñas y están comenzando a adaptar el sistema a particularidades de los cultivos hortícolas, como son las cubiertas vegetales en la entre-hilera. 

Todo este conocimiento se puede utilizar también a escalas mayores. Con el sistema se ha podido establecer las pérdidas de producción a nivel nacional debido a la sequía ( en Estados Unidos), o establecer modelos de seguridad alimentaria (en Qatar) o de posibles hambrunas en países africanos.

En conclusión, el uso de sensores térmicos montados en satélites permiten: 

• Monitorear el uso de agua a diferentes escalas: desde un campo hasta un continente.

• La temperatura del suelo permiten gatillar alertas tempranas de estrés vegetal.

• Una herramienta para evaluar otros modelos de riego ( basado en precipitación).

• Aplicaciones a nivel global para programas de seguridad hídrica y alimentaria. 

DRONES: ALTA CORRELACIÓN CON MEDICIONES A NIVEL DE HUERTO

Samuel Ortega-Farías de la Universidad de Talca (Chile) presentó un trabajo sobre el uso de drones (vehículo aéreo no tripulado) para determinar la variabilidad del estado hídrico de las plantas en un huerto de olivos. Ortega- Farías señaló en primer lugar que existe en la literatura amplia información sobre cómo un ligero nivel de estrés hídrico mejora la calidad del aceite de oliva. 

Sin embargo, la mayoría de los métodos disponibles en la actualidad que se utilizan para monitorear el estado hídrico de las plantas, se basan en mediciones en sitios puntuales, que tienen una baja resolución espacial y que consumen mucho tiempo en realizarse. 

En este contexto se ha reconocido que la temperatura de canopia (Tc) es un buen indicador del estado hídrico de las plantas. En la actualidad las imágenes termales que sirven para establecer el estado hídrico de las plantas se toman desde sensores ubicados en aviones o satélites. Los sensores ubicados en aviones son de alto costo y son complejos de operar. Por otra parte, los productos basados en satélites tiene una aplicación limitada para ser usados a nivel de huerto, debido a su baja resolución espacial y temporal. 

Una alternativa es el uso de drones o también llamados vehículos aéreos no tripulados (UAVs en inglés), que permiten resolver el problema de la falta de resolución espacial y espectral que presentan los otros sistemas. Por lo tanto, el principal objetivo del trabajo presentado por Ortega-Farías fue determinar el estado hídrico de la planta y la variabilidad espacial en el huerto. Para esto realizaron un ensayo en un huerto comercial de olivos (Oleaeuropaea L. cv. Arbequina) utilizando imágenes térmicas infrarrojas obtenidas desde un octocóptero (UAV). 

Los resultados demostraron que los índices térmicos del estado hídrico derivados del uso de imágenes térmicas infrarrojas mostraron una alta correlación con las mediciones a nivel de campo de conductancia estomática y potencial hídrico xilemático (Øx).

Otro investigador de la Universidad de Talca, Carlos Poblete-Echeverría presentó un estudio sobre la detección de estrés hídrico en las plantas basado en termografía infrarroja en viñas y huertos de olivos.

El objetivo de este estudio fue evaluar la precisión de la detección de estrés hídrico basado en termografía infrarroja en una viña y en un huerto de olivos. Se tomaron imágenes térmicas infrarrojas laterales utilizando una cámara y en paralelo se realizaron mediciones del potencial hídrico xilemático (Øx) y de la conductancia estomática de olivos (Oleaeuropaea L. cv. Arbequina) y vides (Vitisvinifera L. cv. Carménère) bajo diferentes estrategias de riego deficitario controlado durante la temporada 2011-2012. 

Los resultados demostraron que el uso de imágenes térmicas permitieron reconocer las diferencias de disponibilidad de agua en las plantas basadas en los diferentes tratamientos de riego. Incluso más, los índices térmicos tuvieron una buena correlación con los otros indicadores del estado hídrico de las plantas estudiados. 

LA REVOLUCIÓN DEL ARDUINO LLEGA AL RIEGO

Sigfredo Fuentes de la Universidad de Melbourne (Australia) presentó un trabajo muy interesante sobre el uso de escaners muy económicos, basados en la tecnología Arduino. Arduino es un aparato electrónico que consiste en un mini-controlador de una placa, que sirve para hacer aplicaciones u objetos interactivos de forma económica. 

Durante las dos últimas décadas se ha demostrado que la termografía infrarroja es una herramienta muy precisa para determinar el estado hídrico de las plantas, incluidos los olivos (Jones et al. 2002, Fuentes et al. 2012). Sin embargo, las cámaras infrarrojas son todavía de altos costo, lo que ha imposibilitado su uso masivo por parte de agricultores y asesores de riego. 

Más aún, para operar estas cámaras se requiere tener conocimientos especializados, luego procesar e interpretar los resultados. Las empresas comerciales que producen las cámaras infrarrojas también son tienen derechos de propiedad sobre los programas (software) que se usan para analizar las imágenes y de esta forma acceder rápidamente a información radiométrica o de emisividad. 

Esto hace que sea muy difícil analizar de forma automática las imágenes térmicas y obtener información reproducible rápidamente. En la actualidad la tendencia a fomentar los sistemas abiertos de tecnología de hardware y software ha permitido la creación de sensores y mini-robots a costos mucho más reducidos, conectados a software especializados de análisis que permiten a los usuarios obtener información y analizarla de forma rápida y económica. En su trabajo, Sigfredo Fuentes describió la creación y evaluación de escaners infrarrojos (con uno y múltiples sensores) controlados por aparatos electrónicos de bajo costo (tecnología Arduino). Y sus resultados se compararon con los de cámaras térmicas infrarrojo en la determinación del estado hídrico de las plantas. 

Los resultados demostraron que con los escaners de bajo costo pese a presentar una reducción de 90% en la resolución de las imágenes presentan resultados precisos y similares comparados con las cámaras térmicas de alta resolución en la determinación del estado hídrico de las plantas. 

Esta tecnología de bajo costo fue evaluada en viñas, olivos, manzanos y canola, entre otros cultivos hortofrutícolas. Las escalas de evaluación variaron desde una sola hoja hasta canopias completas. 

IMPACTO DE LA VARIABILIDAD DEL SUELO EN LA EVAPOTRANSPIRACIÓN DE VIDES VINÍFERAS

“Si usted me hubiera preguntado hace cinco años si la variabilidad del suelo tenía alguna influencia en la evapotranspiración del cultivo, yo hubiera dicho que no”, señaló al inicio de su exposición el Sr. Richard Snyder (Universidad de California en Davis). Pero ahora tiene otra opinión.

Normalmente las grandes viñas tiene un solo sistema de riego que cubre zonas con una gran variedad de suelos de diferentes características. Como resultado, se utiliza la misma programación del riego en todo los sectores, pese a que esta práctica dista de ser ideal. 

El Sr. Snyder explicó que su equipo realizó un experimento durante 4 años para determinar si las características del suelo afectan la evapotranspiración de vides viníferas y si al cambiar los sistemas de ruego se puede ajustar el riego a los requerimientos del cultivo y de esta forma mejorar los rendimientos y la calidad. 

El estudio se realizó en dos viñas muy diferentes, con suelos muy distintos, pero en ambos casos tenían todas las zonas bajo un sistema de riego. La evapotranspiración (ET) se midió como el residual de la ecuación de balance de energía utilizando flujo de calor sensible medido con anemómetros sónicos y el método de renovación de la superficie. 

Una viña tenía dos tipos de suelo muy diferentes. Uno de textura fina sin gravilla y otro de textura más gruesa y con gravilla. En la otra viña, una parte del cultivo colindaba con un canal de riego que presentaba un nivel freático alto. El otro sector estaba bastante lejos del canal. Los resultados obtenidos demostraron que el tamaño de las plantas y la evapotranspiración fueron bastante menores en los suelos con gravilla, probablemente debido a los bajos niveles de retención de humedad. 

Cerca del canal, las vides tuvieron un crecimiento vigoroso y presentaron la mayor tasa de evaporación. Nuestra hipótesis es que el riego no era necesario en esta parte de la viña, no así en el otro sector donde claramente se necesita. Estos estudios demuestran los grandes cambios en ET del cultivo dependiendo del tipo de suelo donde se ubiquen las plantas. 

AGUA DESALINIZADA: UN PASO ADELANTE EN AHORRO DE AGUA Y AUMENTO DE RENDIMIENTOS

Avner Silber, del Vulcani Center en Israel, es un experto mundial en el uso de agua desalinizada y el reciclaje de agua con fines agrícolas. “La expansión de la agricultura irrigada ofrece un gran potencial para aumentar el rendimiento de los cultivos por unidad de tierra. Sin embargo,  la salinidad de los suelos y el agua aumentan en muchas zonas áridas del mundo donde se practica el riego, poniendo en peligro la sustentabilidad de los sistemas alimenticios”. 

Avner Silber mostró sus trabajos realizados en el Valle del río Jordán en Israel, donde demuestra que el uso de agua desalinizada (DS) permite aumentar substancialmente los rendimientos y la eficiencia en el uso de agua por parte de las plantas y al mismo tiempo disminuir el consumo total de agua. 

El uso de agua desalinizada permite al agricultor ahorrar toda el agua que convencionalmente se utiliza para lavar sales. En sus ensayos, los mayores rendimientos con agua convencional (agua fresca) se obtuvieron con las mayores tasas de riego. Con agua desalinizada se obtuvieron los mismos rendimientos pero con un 44% del agua. 

Más aún, con el uso de agua desalinizada se lograron aumentar los rendimientos en banano de 24.7 kg a 32.3 kg el racimo utilizando la mayor tasa de riego con agua desalinizada. 

El manejo convencional de riego involucra la aplicación de agua en exceso para lavar las sales, las que se lixivian bajo la rizósfera, llegando a las napas subterráneas. De esta forma se daña tanto el suelo como la calidad del agua. La remoción de las sales en exceso antes de que llegue al campo (manejo alternativo) permite ahorrar mucho agua y al mismo tiempo mejorar los rendimientos.

USO DE SICÓMETROS PARA DETERMINAR EFECTO DE LAS MICRORRIZAS

Mike Dixon, de la Universidad de Guelph en Canadá, ha sido pionero a nivel mundial en el desarrollo del uso de sicómetros para determinar el estado hídrico de las plantas. El sicómetro de tallo es un instrumento que permite medir el potencial hídrico de la planta. Permite enviar información a intervalos de 10 minutos sobre los cambios en el estado hídrico de la planta, lo que refleja la energía que gasta la planta para tomar agua o a qué nivel de estrés se encuentra. Durante su charla en Brisbane, el Sr. Dixon expuso sobre el uso de estas tecnologías para validar la aplicación de micorrizas en viveros. Esto es necesario para certificar ante el gobierno de Canadá los beneficios fertilizantes de las micorrizas, y conseguir su registro. En viveros el estrés hídrico genera una alta mortalidad de plantas post-transplante. El ensayo examinó la eficacia de un consorcio de micorrizas (20 especies de endo y eco micorrizas) al ser inoculadas en la zona radicular de árboles que acababan de ser transplantados. 

El estado hídrico de los árboles fue monitoreado utilizando sicómetros automáticos que midieron el potencial hídrico xilemático en intervalos de 30 minutos durante los dos siguientes semanas después de transplante. Los árboles tratados con micorrizas mostraron una reducción significativa en el estrés hídrico al mediodía y además aumentaron su rehidratación durante la noche. El integral de potencial hídrico (MPa-Hrs), expresado diariamente demostró ser una herramienta analítica muy eficiente para comparar los tratamientos.