NUEVAS TECNOLOGÍAS EN LA DETERMINACIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS HÍDRICOS DE LOS CULTIVOS

La innovación actual, permite hacer uso de plataformas satelitales para inferir lo que acontece a nivel de terreno, a escalas cuyos detalles, se van reduciendo a unos cuantos metros de precisión; ya nivel local, con el uso de drones, implementados con sensores y cámaras multiespectrales y a nivel de campo con instrumentos portables, se complementa la función de detención del agua, necesaria para la agricultura.

La aplicación de recientes innovaciones, respecto de los requerimentos hídricos de los cultivos, las hace cada vez más precisas en esta determinación, utilizando los siguientes parámetros y sus relaciones:

a. El balance de energía superficial (BES)

b. Índice normalizado de vegetación diferenciada (NVDI)

c. Coeficiente de cultivo (Kc)

 Capturados desde plataformas satelitales y el uso de la metodologia Micro meteorológica de Covarianza de Eddy, ajustados a través del monitoreo del flujo de vapor de agua en el terreno.

El avance innovador de los últimos años ha sido abrumador, en todas las áreas, mediante el uso de la nanotecnología, la informática, las tecnologías de la información y comunicación; y especificamente en el sector agrario, el avance de la agricultura de Precisión, complementadas por sistemas de información geoferenciadas, vía satelital y sistemas focales de georeferencia, a través de la utilización de drones, acondicionados con cámaras de alta resolución y sensibilidad a las franjas electromagnéticas de la radiación incidente y reflectante, que permiten detectar e inferir lo que acontece en el propio terreno, respecto a la presencia de plagas, enfermedades, carencias nutritivas, limitaciones hídricas de los cultivos; incluidos además, levantamientos topográficos; requiriéndose de un ploteo in situ de lo que realmente acontece en el terreno.

 BALANCE DE ENERGÍA SUPERFICIAL (BES)

Es de vital importancia, determinar el balance energético que se produce a nivel de la superficie y su entorno atmosférico, como una herramienta para afrontar el cambio climático y el efecto invernadero causado por el CO2, el metano y otros gases; y específicamente, en la medición de la radiación solar y su efecto en la hidrología ambiental.

Asimismo, es necesario tener conocimiento sobre el intercambio de calor, entre el medio y un cuerpo; y el balance energético, causado por la radiación incidente y la reflejada, en relación a la superficie del suelo, su emisión y la contra radiación atmosférica.

TERMOGRAFÍA INFRARROJA

Por otra parte, la utilización de equipos e instrumentos de medición, para las determinaciones más simples, tal como el uso de una pistola termográfica láser para medir la temperatura en las hojas del arbusto de las plantas (canopia) y del entorno, cuya diferencia indica que tan eficiente es una planta frente a otra variedad en su desempeño de uso del agua y la producción de biomasa.

CWSI= Índice de estrés hídrico del cultivo.

T mojado = Temperatura promedio de superficie referencial húmeda (esponja húmeda).

T seco = Temperatura estimada, adicionando 5°C a la temperatura del aire.

CWSI = (T canopia - T mojado) / (Tseco - T mojado)

 ÍNDICE NORMALIZADO DE VEGETACIÓN DIFERENCIADA (NDVI)

Determinando a través de este índice normalizado, la calidad, cantidad y fenología, de una especie en particular, en un ámbito determinado, basados en las lecturas y mediciones de sensores remotos, instalados en plataformas satelitales o locales en drones, mediante las lecturas de la intensidad de la irradiación de las bandas del espectro electromagnético, que la vegetación, el suelo y el agua reflejan, emiten o absorben.

 DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DEL CULTIVO (KC)

Si bien es cierto que existen metodologías para determinar el Kc de los cultivos, mediante el uso de instalaciones, tal como los lisímetros, sean estos, de drenaje libre o no, a fin de determinar el consumo hídrico real de las plantas y su relación con la evapotranspiración potencial o referencial; siendo necesario también conocer, otras metodologías más precisas, en la determinación de la eficiencia del uso del recurso hídrico, en la que interviene la genética de la planta, en su eficiencia de producción de biomasa, relacionandola con la producción fotosintética y la transpiración de la planta.

 Ahora es factible también, determinar la Evapotranspiración de una amplia zona, que incluyen áreas de cultivo, terrenos en blanco y humedales, a través de mapas de evapotranspiración instantánea, en cualquier horario del día, calculado por modelos de balance térmico, a partir de imágenes satelitales del Sentineel 2 y del Sentinel 3 (europeas), tal como podemos qpreciar en la siguiente imagen, diferenciado por colores la evapotranspiración en mm/hr.

COVARIANZA DE EDDY

Método basado en el transporte turbulento de flujos, en la capa superficial de la atmósfera estimando los flujos, mediante la covarianza de energía, entre la velocidad vertical del viento y la  concentración de gases a una altura, medible desde la superficie del suelo, en forma escalar, dependiendo del tipo de cultivo.

Este método es utilizado para cuantificar el intercambio de CO2, Metano (CH4) , vapor de agua y otros gases; y energía entre la atmósfera y la superficie del suelo; para ello se utiliza una micro estación metereológica fija o móvil, debiendo especificarse la configuración de la covarianza de Eddy, para cada sitio de estudio en particular.

 PRINCIPIOS FISIOLÓGICOS Y TÉCNICOS DE LA CLOROFILA Y CAROTENOIDES

Las propiedades radiactivas de una superficie, determinan su capacidad para absorber, reflejar y transmitir la luz (Sellers 1985, Montelh y Unsworth 2008), la hoja verde (limbo) con concentraciones apropiadas de nitrógeno (1-2%) y clorofila, absorben la luz fotosintéticamente activa (RFA, roja y azul).

Las plantas necesitan luz para su crecimiento y desarrollo óptimos; pues la fotosíntesis es más alta a medida que aumenta la Radiación Fototsintéticamente Activa (RFA); la energía de RFA, tiene dos puntos críticos de absorción: la luz azul y roja; y reflejan la luz verde a infrarroja, delineando un patrón característico (Gates, 1980). Pero este patrón puede ser alterado por diferentes factores ambientales como las deficiencias nutricionales, la sequía, la temperatura extrema y la luz (Knapp y Carter 1998).

  

 Menos del 5% de la energía que emite el sol se utiliza en la fotosíntesis, la que se desarrolla en los cloroplastos de las células vegetales que contienen el pigmento verde, la clorofila, que se encarga de absorber la luz del sol.

Las plantas contienen tanta clorofila a, que absorbe principalmente luz roja y violeta, como la clorofila b, que absorbe la luz roja y azul.

Los tipos de clorofila a y b reflejan la luz verde, motivo por el cual, las hojas son verdes. La clorofila b y los carotenoides (pigmento en los cloroplastos) son pigmento accesorios. Los cloroplastos, que contienen la clorofila, están en las membranas tilacoides.

Ecuación de la fotosintesisi:

  

 BANDAS ELECTRO ESPECTRALES

 

  

 Banda 1: Permite visualizar imágenes de aguas poco profundas y partículas finas como polvo y humo. Denominación de intervalo: Aerosol/Costero. Ancho 0.43 - 0.145.

 Banda 2: Permite detectar cuerpos de agua (mapeo batimétrico), delimitar costas, diferenciación entre la vegetación conifera y decidua, detección de rasgos urbanos, vías y construcciónes. Denominación de intervalo: Azul. ancho (um): 0.45 - 0.51.

Banda 3: Permite evaluar el vigor  de la vegetación sana, diferenciar tipos de rocas, delinear aguas poco profundas, medir la calidad de agua (discrimina sedimentos en suspensión), rasgos urbanos y de infraestructura. Denominación de intervalo: Verde. Ancho (um): 0.53 - 0.59.

Banda 4: Permite determinar la absorción de clorofila, por ello es muy útil para la clasificación de la cubierta vegetal, contrasta áreas con y sin vegetación, delimita áreas agrícolas y urbanas. Denominación de Intervalo: Rojo. Ancho (um): 0.64 - 0.67.

 Banda 5: Las plantas saludables lo reflejan. Permite el cálculo de biomasa. Al comparado con otras bandas, se obtienen índices como NDVI, que permite medir la salud de la planta con mayor precisión. Además, permite delimitar costas, para diferenciación suelos-cultivos y suelos - agua, para geomorfología, suelos y geología. Denominación de Intervalo: Infrarrojo Cercano (NIR). Ancho (um): 0.85 - 0.88.

Banda 6: Permite diferenciar la rierra húmeda de la seca, diferenciar entre nubes, nieve y hielo. Denominación de Intervalo: Infrarrojo de onda corta 1 (SWIR - 1). Ancho (um): 1.57 - 1.65.

 Banda 7: Es útil para geología, puesto que rocas y suelos que parecen similares en otras franjas a menudo tienen fuertes contrastes en esta banda. Además mejora la determinación de contenidos de humedad en suelos y vegetación. Denominación de intervalo: Infrarrojo de onda corta 2 (Swir - 2). Ancho (um): 2.11 - 2.29.

Banda 8: Actúa como una película en blanco y negro, ya que en lugar de coleccionar colores visibles por separado, los combina en un solo canal. Es la más nítida de todas las bandas. Se utiliza para crear un mayor constraste entre áreas con y sin cubierta vegetal. Denominación de Intervalo: Pancromático (Pan). Ancho (um): 0.50 - 0.68.

Banda 9: Es la banda que muestra menos. Cubre una porción muy fina de longitudes de onda. Permite detectar nubes, está diseñada especialmente para cirrus. Los Cirrus debido a sus bordes suaves son difíciles de detectar, y pueden esconder información importante. Denominación de Intervalo: Cirrus. Ancho (um): 1.36 - 1.38.

Banda 10: Permite ver el calor. En lugar de medir la temperatura del aire, como lo hacen las estaciones metereorológicas, informan en el suelo, que a menudo es mucho más caliente. Permiten la estimación de humedad del suelo. Denominación de Intervalo: Infrarrojo térmico 1 (TIR - 1). Ancho (um): 10.6 - 11.19.

 Banda 11: Empleado para el mapeo termal mejorado y estimación de humedad del suelo. Denominación de intervalo: Infrarrojo térmico 2 (TIR - 2). Ancho (um) 11.5 - 12.51.

 GOOGLE EARTH ENGINE

Earth Engine es una plataforma para el análisis científico y la visualización de conjuntos de datos geoespaciales, para usuarios académicos, sin fines de lucro, empresariales y gubernamentales.

Aloja imágenes satelitáles y las almacena en un archivo de datos públicos que incluye imágenes históricas de la tierra que datan de más de cuarenta años. Las imágenes, ingeridas diariamente, se ponen a disposión para la minería de datos a escala global.

También proporciona API (Interfaz de Programación de Aplicaciones) y otras herramientas para permitir el análisis de grandes conjuntos de datos, una API es un conjunto de definiciones y protocolos que utiliza para desarrollar e integrar el software de las aplicaciones API.

Google Earth te permite viajar, explorar y aprender sobre el mundo, al interactuar con un globo virtual; puede ver imágenes satelitales, mapas, terrenos, edificios en 3D y mucho más y Earth Engine es una herramienta para analizar información geoespacial; puede analizar la cobertura de bosques y agua, el cambio de uso de la tierra o evaluar la salud de los campos agrícolas, entre muchos otros análisis posibles.

Las dos herramientas se basan en algunos de los mismos datos, solo algunas de las imágenes y datos de Google Earth están disponibles para su análisis en Earth Engine.

Comparación de los datos de Earth Engine con los de Landsat y Sentinel en Google Cloud; el equipo de Earth Engine ha trabajado en estrecha colaboración con Google Cloud para llevar las colecciones Landsat y Sentinel - 2 a Google Cloud Storage como parte del programa de datos públicos de Google Cloud.

Las colecciones de Google Cloud hacen que sea mucho más fácil y más eficiente acceder a los datos directamente desde servicios en la nube como Google Compute Engine o Google Cloud Machine Learning.

Se debe tener en cuenta que el editor de código de Earth Engine y la API no acceden a estas colecciones en la nube; usan el catálogo de datos de Earth Engine directamente.