1 OLIVICULTURA DE PRECISIÓN Centro Regional de Investigación Quilamapu Chillán, Chile, 2012 2 OLIVICULTURA DE PRECISIÓN BOLETÍN DIGITAL Nº 253, OLIVICULTURA DE PRECISIÓN Nuevas Tecnologías Aplicadas a la Olivicultura AUTORES: Stanley Best S. Lorenzo León G. Rodrigo Quintana L. Fabiola Flores P. Hernán Aguilera C. Valeska Concha C. Pablo Thomas Revisión de contenidos: Stanley Best S. Lorenzo León G. Fabiola Flores P. Valeska Concha C. DIRECTOR REGIONAL INIA Rodrigo Avilés R. Permitida su reproducción total o parcial con la obligación de citar la fuente y el autor. Cita bibliográfica correcta: Best, S., León, L., Quintana, R., Flores, F., Aguilera, H., Concha, V., Thomas, P. 2012. Olivicultura de Precisión, nuevas tecnologías aplicadas a la Olivicultura. Boletín Digital INIA Nº 253, 100p. Progap-INIA, Instituto de Investigaciones Agropecuarias, Chillán, Chile. ISSN: 0717-4829 Diseño y diagramación: Hernán Aguilera Cares Impresión: Impresos Valverde Hnos y Cia. Ltda. PROGAPINIA - CORFO 3 OLIVICULTURA DE PRECISIÓN TABLA DE CONTENIDOS INTRODUCCIÓN 5 ¿QUÉ ES EL PROGAP INIA? 6 AGRICULTURA DE PRECISIÓN EN LOS OLIVOS Nuevas tecnologías asociadas a la olivicultura 7 EVALUACIÓN ESPACIAL DE CARACTERÍSTICAS VEGETATIVAS DE HUERTOS OLIVÍCOLAS Evaluación de la Variabilidad Espacial , Teledetección y como es su manejo 8 MANEJO DEL AGUA EN HUERTOS OLIVICOLAS Evaluación del estado hídrico de los huerto mediante sensores remotos 33 EVALUACIÓN DE RENDIMIENTO Evaluación del conteo de frutos basado en la variabilidad espacial 67 Estimación de las características físicas del fruto mediante visión artificial 73 Prototipo de monitor de rendimiento y generación de mapas de rendimiento 93 EVALUACIÓN ESPACIAL DE CALIDAD DE ACEITE CON SISTEMA NO TRADICIONAL DE EVALUACIÓN Tecnologías de detección de porcentaje de aceite en los frutos 109 PLATAFORMA DE GESTIÓN PRODUCTIVA DE HUERTOS OLIVICOLAS Tecnologías de control y gestión de la información del huerto 130 EVALUACIÓN ECONÓMICA Impacto económico de la integración de la tecnología a los huertos 156 PROGAPINIA - CORFO 4 OLIVICULTURA DE PRECISIÓN INTRODUCCIÓN Es claro que las necesidades de incremento de calidad y aún más de estabilidad de la calidad de los productos hortofrutíco- las es altamente necesaria para mejorar la competitividad del sector. En este sentido, se ha realizado un gran desarrollo a nivel de la industria, con la generación de modernos sistemas de selección de calidad en la línea de proceso, con un gran desarrollo en el uso de sistemas de control de calidad (ISO9001, HACCP) como también en el uso de modernos equipos de evaluación en la industria. Por otra parte, si bien los avances tecnológicos en Postcosecha y Packing han sufrido grandes avances en la capacidad de realizar una adecuada selección en la industria, finalmente la calidad se produce en terreno, produciendo grandes costos y también mermas de calidad debido a la gran heterogeneidad existente en terreno, producto de la variabilidad en sus condiciones edafoclimáticas. La desconexión de estas dos formas (origen y destino) es donde se debe avanzar en investigación, siendo el principal problema en terreno (origen), sobre el cual los procesos de evaluación actuales son caros y deben atacar grandes extensiones por lo que se produce una brecha y deformación de mercado. Dicho problema, se produce ya que las áreas productivas se encuentran dentro de variaciones de topografía, textura y profundidad de suelos, drenaje y fertilidad entre muchas otras, las cuales integradas producen los problemas de desarrollo de las plantas y este finalmente de la producción. Es bien sabido que la variabilidad de los factores de suelos induce una variabilidad de los rendimientos y calidad. Con el manejo estandarizado u homogéneo del huerto, hace que estas variabilidades naturales del suelo se manifiesten en las diferencias de vigor, calidad y rendimiento de los huertos. Sobre esta problemática, se ha gestado una línea de desarrollo e investigación en las que se han enfocado dichos esfuerzos en los últimos años, enfocándose a la identificación de zonas de calidad de diferencial fruta para cosecha diferenciada, sien- do el sector vitivinícola el que ha liderado este proceso. En el caso del sector vitivinícola, el concepto de zonas diferenciales de cosecha como una opción a los métodos convencionales de discriminación de terroir vitícola, se ha presentado como una alternativa viable en países competidores en los mercados del vino como Australia y Francia, por lo que existe la necesidad de incorporar protocolos más eficientes de discriminación de zonas productoras de distinta calidad de uva, lo cual cuanto implicaría que la empresa mantenga un alto estándar de competitividad. Al respecto, las empresas en conjunto con el sector de I+D han tratado de identificar variaciones espacio-temporal con metodologías muy complejas y de alto costo. Entre estas tecnologías podemos hablar de los sistemas no destructivos como los son los basados en Espectrografía (VIS-NIR) y Fluorescencia las cuales si bien se han obtenidos buenos resultados, por lo engorroso y el tiempo de captura que implica el obtenerlos, agregando que no se ha podido establecer un criterio estándar que sea aplicable para su utilización de campo y requiere de personal especializado para el análisis e interpretación, estas finalmente no han tenido la penetración que se esperaba. Por otra parte, el sector agrícola tradicional, basados en los avances computacionales y en instrumentación electróni- ca, se han desarrollado nuevas tecnologías en la agricultura, las cuales son aplicadas normalmente en países desarrollados (nuestros competidores), con altos niveles de penetración, encontrándose que el eje principal de la penetración ha sido el logro de la automatización de procesos en el uso e interpretación del equipamiento asociado a la maquinarias agrícolas inteligentes, factor que no ha sido logrado en el sector hortofrutícola de terreno debido a la mayor complejidad de los culti- vos (sistemas perennes de producción) y por otra parte el sector de los commodities y mecanización agrícola asociada es por mucho mayor en nivel de negocio a nivel mundial que el sector hortofrutícola (mayor interés de investigación por empresas y gobiernos). Así, basados en la experiencia que ha tenido el PROGAP INIA y sus colaboradores internacionales, en el trabajo directo con empresas, hemos llegado a la conclusión que la posibilidad más viable de introducción tecnológica debe cumplir con dos factores primordiales que son el desarrollo de un sistema de bajo costo y segundo que su utilización tiene que ser altamente amigable, debido bajo nivel de conocimiento tecnológico en estas materias de los usuarios, lo hace que el beneficio del uso de estas tecnologías simplemente no se vea y mantiene al sector agrícola de terreno muy por detrás de los avances tecnoló- gicos que han estado siendo desarrollados e incorporados en otras áreas del conocimiento y utilizados en la parte industrial. Por lo tanto, es claro que afrontar este retro requiere de soluciones altamente innovadoras debido a la necesidad de auto- matización de los procesos tanto de captura, análisis e interpretación de la información de campo en cuestión, en el formato y costo que se requiere para el sector. PROGAPINIA - CORFO 5 OLIVICULTURA DE PRECISIÓN ¿QUÉ ES EL PROGAP INIA? Producto de la creciente competitividad de los mercados nacionales e internacionales, la necesidad de poder orientar y enfo- car los esfuerzos en el estudio y difusión de la Agricultura de Precisión (AP), el Instituto de Investigaciones Agropecuarias, INIA, a través de su Centro Regional de Investigación Quilamapu, Chillán, como respuesta a las necesidades tecnológicas en la agricultura actual, crea el Programa de Agricultura de Precisión, Progap INIA en el año 2002. El Programa enfatiza el uso de información y de las emergentes tecnologías para sintetizar y entregar herramientas de deci- sión para mejorar la rentabilidad del agricultor usuario. Estas actividades a menudo dependen de la interacción de distintos sistemas: sensores, Tecnologías de la Información y comunicación (TIC´s), procesamiento de imágenes, análisis y modelos matemáticos estadísticos y ingeniería mecánica. La introducción de tecnologías de precisión dentro de las operaciones nor- males involucran costos adicionales, el resultado se expresa en la disminución de los costos de operación, aumento de la eficiencia, mejora la calidad de los productos, y reducir el impacto medioambiental negativo. Utilizando eficientemente la tecnología de la información se pueden obtener ventajas competitivas, pero es preciso encontrar procedimientos acertados para mantener tales ventajas. El sistema de información tiene que modificarse y actualizarse con regularidad si se desea percibir ventajas competitivas continuas. El uso creativo de la tecnología de la información puede proporcionar a los administradores una nueva herramien- ta para diferenciar sus recursos humanos, productos y/o servicios respecto de sus competidores. En resumen, Progap INIA promueve las mejoras de los procesos productivos a través del uso de tecnologías emergentes, en una visión de reducción de la brecha tecnológica para cumplir con las exigencias internacionales y posicionar a las empresas a un nivel de competitividad igual o superior que los países desarrollados, aumentando el horizonte de competencia de la PROGAPINIA - CORFO 6 OLIVICULTURA DE PRECISIÓN AGRICULTURA DE PRECISIÓN EN LOS OLIVOS Las condiciones actuales de manejo de los huertos de olivo en Chile necesitan ser optimizadas en orden a obtener un mayor retorno y sustentabilidad a nivel de mercado. A través de la Olivicultura de Precisión, se pretende desarrollar un sistema oportuno e integral de monitoreo y evaluación de huertos olivícolas, utilizando diferentes herramientas tales como: Variabilidad Edáfica mediante escaneos de suelo (EM38) y de cultivo (cropcircle e imágenes aéreas multiespectrales) durante la estación, las que suman a la determinación del rendimiento (Monitor de rendimiento) , contenido graso y tamaño de fruta hacia fin de temporada (Sistemas No Destructivos). Técnicas de sensoramiento (termografía en el infrarrojo lejano), lo cual esta asociado al desarrollo de coeficientes de estrés hídrico. Técnicas estimación de rendimiento y medición digital (visión artificial) de crecimiento de frutos. Evaluar económicamente la relación costo/beneficio, o del impacto económico potencial del uso de esta tecnología, en la olivicultura nacional. Todas las técnicas se están aplicando bajo el concepto de agricultura de precisión en base a una analítica espacial (variación entre cuarteles) y temporal (variaciones entre estaciones de crecimiento) con el fin de detectar anomalías presentes en el cultivo y poder corregirlas, permitiendo mejorar la producción y calidad de la aceitunas destinadas a la elaboración de aceite de oliva para exportación. Por otra parte, y no menor, se aprecia la carencia en la interpretación y fácil manejo de la informa- ción que se desarrolla mediante el uso de estas técnicas, lo que hace altamente necesario el desarrollo de una plataforma de gestión espacial que permita manejar la información espacio-temporal del cultivo en un formato amigable a nivel de usuario. Dicha plataforma proporcionará a los olivicultores de información oportuna y entendible para gestionar las decisiones de manejo de los huertos. PROGAPINIA - CORFO 7 EVALUACIÓN ESPACIAL DE CARACTERÍSTICAS VEGETATIVAS DE HUERTOS OLIVÍCOLAS Stanley Best S. Phd 8 OLIVICULTURA DE PRECISIÓN EVALUACIÓN ESPACIAL DE CARACTERÍSTICAS VEGETATIVAS DE HUERTOS OLIVÍCOLAS Percepción Remota proviene del inglés, Remote Sensing (Teledetección llamado también en castellano). Ideado a principios de los sesenta como concepto para designar cualquier medio de observación remota (Chuvieco, 2002). La teledetección consiste en el set de todo el conocimiento y técnicas que permiten obtener cualquier información de un objeto, una escena, o fenómeno, a través del análisis de mediciones remotas con sensores. Una definición adecuada para el término sensora- miento remoto o teledetección es el siguiente: “la ciencia de adquirir información relativa a la superficie de la tierra sin nece- sidad de estar en contacto con ella. Prioritariamente, se le atribuía este nombre a la fotografía aérea y a la videografía. Hoy en día el término es un concepto amplio y está asociado a la detección de una superficie u objeto sin estar en contacto físico con ella, acción similar a la que realiza el ojo humano. Por tanto Percepción remota se entiende como la adquisición de imá- genes aéreas o satelitales de la superficie terrestre desde sensores instalados sobre plataformas espaciales y su posterior tratamiento, manipulación y análisis por parte de los usuarios finales (Chuvieco, 2002). En agricultura las imágenes obtenidas a través de la teledetección utilizan la interacción entre la radiación electromagnética y la superficie de las plantas en los espectros UV, visible, infrarrojo y termal. Así se provee de una información cuantitativa de la luz reflejada por esas superfi- cies. La teledetección ha proporcionado información valiosa sobre manejo agronómico en los últimos 40 años. Las contribuciones individuales a los métodos de teledetección han llevado a la comprensión de cómo los cambios en la reflectancia y emitancia de la hoja como respuesta a distintos factores como: el espesor de la hoja, distintas especies vegetativas, forma de la cano- pia, edad de la hoja, el estado nutricional y el contenido de agua en la planta. La clorofila de las hojas y la absorción preferen- cial en distintas longitudes de onda proporciona la base para la utilización de la reflectancia ya sea con radiómetros de banda ancha típica de las plataformas satélites actuales o sensores hiperespectrales que miden la reflectancia en bandas de fre- cuencia estrecha. El entendimiento de la reflectancia de la hoja ha llevado a diversos índices de vegetación de cubiertas vege- tales para cuantificar los diferentes parámetros agronómicos, por ejemplo, el área foliar, cobertura del cultivo, biomasa, tipo de cultivo, estado nutricional y el rendimiento. Emitancia de la canopia es una medición de la temperatura de la hoja y los termómetros infrarrojos han fomentado en la actualidad los índices utilizados para cuantificar el nivel de estrés hídrico de los cultivos. Estas herramientas se están desarrollando a medida que aprendemos a usar la información proporcionada por la reflectancia y emitancia con una gama de sensores. La teledetección sigue evolucionando como una herramienta agronómica valiosa que proporciona información a los científicos, consultores, y los productores sobre el estado de sus cultivos. Esta área es todavía relativamente nueva en comparación con otros campos de la agronomía, sin embargo, la información contenida proporciona valiosos puntos de vista en las decisiones de mejora del manejo (Best et al, 2009). Un sistema de sensoramiento remoto está constituido por los siguientes elementos: 1.- Fuente de energía, la cual es el origen de la radiación electromagnética que detectará el sensor. 2.- Cubierta terrestre, la cual está constituida por distintas especies vegetales, distintos tipos de suelos, agua, construcciones, etc. 3.- Sistema sensor, el cual es el encargado de captar la energía procedente de las distintas cubiertas. 4.- Sistema de recepción comercialización. 5.- Interpretación de los resultados obtenidos con el fin de evaluar los problemas en el estudio 6.- Usuario final, el cual analizará el documento fruto de la interpretación y tomará distintas decisiones de manejo Aplicaciones concretas en este medio están siendo cada vez más recurrentes. Un claro ejemplo de ello son los numerosos estudios realizados sobre el comportamiento de la vegetación en todo el mundo (Chuvieco, 2002; Rogan et. al., 2001; García, 2005; Luneta, et al., 2004; Fody y Boyd, 2005; Pena-Yewtukhiw et al, 2008). Particularmente, el método presenta un gran número de ventajas con respecto a estas materias. Mediante la utilización de imágenes obtenidas con sensores destinados especialmente para el estudio de los recursos naturales (Landsat, spot, IKONOS, entre otros) es posible, entre otras acciones: reconocer y discriminar áreas con cubiertas vegetales (Prados, 1995; Hoffhine y Sader, 2002), midiendo tanto cuantitativa- mente la biomasa vegetal (Foody y Boyd, 2005; Liu et. al., 2005), medir indirectamente el vigor de una superficie con vegeta- ción (Prins y Kikula, 1996; Rogan et. al., 2001; García, 2005). PROGAPINIA - CORFO 9 OLIVICULTURA DE PRECISIÓN El desarrollo de sensores para medir la reflectancia o emitancia espectral ha creado oportunidades para describir cualitativa- mente parámetros agronómicos y durante los últimos 100 años la aplicación de la teledetección a los problemas agronómi- cos a creando nuevos métodos para mejorar el manejo de los cultivos. El refinamiento de los instrumentos y el desarrollo de las relaciones entre reflectancia y las respuestas de las plantas han aumentado nuestra capacidad para cuantificar los pará- metros agronómicos. Los principios básicos de reflectancia de la hoja y la planta han sido incorporados en los índices vegeta- cionales relacionando combinaciones específicas de longitudes de onda con las características de diversas plantas. La emitan- cia de la hoja está relacionada con la temperatura de la misma, la cual ha sido ampliamente utilizada para cuantificar el nivel de estrés hídrico y mejorar el manejo del agua en el cultivo. Los avances en la aplicación de los principios de sensoramiento remoto a la agronomía fueron posibles gracias a la comprensión de las respuestas espectrales de las hojas individuales y luego la aplicación de dicha conocimiento a las canopias. A pesar de que tendemos a usar los índices vegetacionales (IV) como herramientas comunes para la evaluación de los cultivos hoy en día, es fundamental primero desarrollar una compren- sión de los procesos que se producen en el nivel de hoja y la información que se obtiene del análisis de estos procesos. Espectro Electromagnético Podemos definir totalmente cualquier tipo de energía dando su longitud de onda (o frecuencia). El espectro electromagnéti- co es la sucesión continua de esos valores de frecuencia, aunque conceptualmente se divide en bandas, en las que la radia- ción electromagnética manifiesta un comportamiento similar. Desde el punto de vista de la teledetección conviene destacar las siguientes bandas espectrales: Espectro visible (0.4 – 0.7 µm): Su nombre se debe a que es la única radiación electromagnética que es capaz de ser detecta- da por el ojo humano, coincidiendo con las longitudes de onda en donde es máxima la radiación solar. Dentro de espectro se distinguen tres bandas espectrales; azul (0.4 – 0.5 µm); verde (0.5 – 0.6 µm) y rojo (0.6 – 0.7 µm). Infrarrojo Cercano: (IRC 0.7 – 1.3 µm), también denominado infrarrojo próximo, reflejado o fotográfico. Este espec- tro resulta. Infrarrojo Medio: (1.3 – 8 µm), en esta región se entremezclan los procesos de reflexión de la luz solar y de emisión de la superficie terrestre. La primera banda se sitúa entre 1.3 – 2.5 µm y se denomina infrarrojo de onda corta, la cual resulta idónea para estudiar el contenido de humedad en la vegetación o el suelo. La segunda, comprendida en torno a los 3.7 µm, se conoce propiamente como infrarrojo medio (IRM), el cual se usa principalmente en detec- ción de focos de alta temperatura. Infrarrojo lejano o térmico (IRT 8 – 14 µm). En este espectro se detecta la mayor parte de las cubiertas terrestres. Micro ondas (M, por encima de 1 mm). Tipo de energía bastante transparente a la cubierta nubosa. Figura 1. Espectro electromagnético PROGAPINIA - CORFO 10