Departamento de Agronomia UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO

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1 SUMÁRIO DA LIÇÃO Nº 1 A agricultura tradicional vs a agricultura de precisão O que é a agricultura de precisão Comparação entre a agricultura tradicional e a agricultura de precisão Principais fatores de variabilidade (yield limiting factors) na AP Efeito da variabilidade nas caraterísticas das culturas Componentes da AP Objectivos da AP Principais limitações da AP Benefícios da AP Diferentes fases da AP

2 O que é a agricultura de precisão - é fazer agricultura baseado na aplicação diferenciada dos fatores de produção pois pressupõe a existência de variabilidade no interior das parcelas; - é gerir diferenciadamente áreas de uma parcela, em vez de considerar esta como um todo (VRT - Variable Rate Application -taxas de aplicação variada); - é evitar a aplicação de uma taxa única de fatores impedindo a sua sobre e sub aplicação nas diferentes partes homogéneas de uma parcela. A AP inclui sistemas de aquisição, controlo e gestão de informação relativa à variabilidade das caraterísticas do solo, plantas, meio ambiente, doenças, etc., no interior de uma parcela. A utilização da AP está dependente das novas tecnologias tais como GPS, SIG, deteção remota, geoestatística, mas inclui também os aspectos agronómicos não relacionados com estas tecnologias.

3 A agricultura tradicional vs a agricultura de precisão A aplicação homogénea de fatores de produção leva à sobre ou subaplicação destes. - a sobreposição conduz ao aumento dos custos de produção e à poluição do meio; - a subaplicação conduz à diminuição da sua eficiência; só a quantidade correta permite maximizar o seu desempenho, minimizando o impacto ambiental. As parcelas ao apresentarem diferentes tipos de solos, com potenciais de produção diferentes, fazem com que a aplicação de doses médias dos fatores conduza a subestimar as necessidades de parte dos solos e a sobrestimar outras, pelo que a entidade agronómica não deve ser a parcela, mas subunidades desta, que tenham caraterísticas homogéneas. A variabilidade intraparcelar resulta: - das caraterísticas do solo (propriedades físicas, mecânicas e químicas); - das plantas cultivadas (estados de desenvolvimento, doenças, rendimento, qualidade, etc.) e das plantas infestantes; - do clima.

4 AGRICULTURA CONVENCIONAL Agricultura de Precisão vs AGRICULTURA DE PRECISÃO Não consideração da variabilidade espacial; Área total considerada homogénea; Recomendação é feita a partir de dados médios; Aplicação dos fatores de produção realizada com mesma dosagem em toda a área. Consideração da variabilidade espacial; Área total considerada heterogénea; Recomendação é específica para cada célula ; Aplicação dos fatores de produção é realizada localizadamente e a taxas variáveis;

5 Evolução da agricultura Antes da mecanização A parcelas pequenas (diferenciação) C B D E Com mecanização intensiva parcelas grandes (uniformidade) Com a agricultura de precisão grandes parcelas (diferenciação) Pequeñas diferenças

6 A AP torna um parcela de 1000 m 2 em 1000 parcelas de 1m 2 Com a AP em vez de se considerar a parcela como um todo consideram-se áreas homogéneas dentro dela

7 Principais fatores de variabilidade (yield limiting factors) na AP Água Tempo Topografia Nutrientes Infestantes Pragas e doenças Genéticos Quantidade de sementes Outros Estes fatores só devem ser considerados se: - a sua variabilidade for significativa - forem espacialmente mensuráveis - a sua variabilidade poder ser explicada e estabelecidas as relações espaciais - apresentarem respostas espaciais às práticas culturais - se obtiverem resultados positivos às práticas implementadas (aumento da produção, redução do impacto ambiental, etc.)

8 Efeito da variabilidade nas caraterísticas das culturas A análise do efeito da variabilidade do meio nas culturas permite constatar que: - a cultura é o melhor sensor do ambiente onde está inserida; - os sensores, ao medirem o que a cultura está a sentir, podem fornecer informações sobre a forma como direcionar a aplicação, a taxas variáveis, dos fatores de produção; - a análise do estado das culturas pode ser feita através das suas caraterísticas da refletância espetral; - o mapeamento da variabilidade espacial do stress da cultura torna possível o tratamento dos fatores que interferem com esse stress, nomeadamente, as doenças, as deficiências de nutrientes e água no solo, etc.; - na maioria das situações a dificuldade do mapeamento da variabilidade espacial do stress da cultura prende-se com a discriminação do factor responsável pelo stress, uma vez que todos eles induzem a cloroses foliares com pequenas condições de distinção, via caraterística espetral; - o mapeamento permite identificar as áreas com stress devendo os técnicos identificar a causa do stress.

9 Comparação entre a agricultura tradicional e a de precisão para as várias operações culturais Critérios a ter em conta na mecanização agrária Critérios de decisão Tecnologia do futuro Situação actual Mobilizações Escolha da técnica em função do tipo de solo e da rotação Regulação automática das alfaias em função do estado do solo e cultura Escolha correta do binómio trator-alfaia e racionalização das atuações Sementeira Escolha da variedade e dose em função das situações (execução da sementeira e estado do terreno) Modulação da dose, durante a sementeira, em função da variabilidade intraparcelar Comprovação prévia da dose distribuída, utilização de semente certificada e manutenção do semeador Fertilização Racionamento das doses segundo os objectivos de produção; utilização dos balanços de azoto. Modulação intraparcelar das doses segundo as caraterísticas do solo (tipo e profundidade), das zonas identificadas e do estado da cultura Comprovação da largura óptima de trabalho, utilização de fertilizantes com caraterísticas adequadas, verificação do caudal distribuído.

10 Critérios a ter em conta na mecanização agrária (cont) Protecção das culturas Critérios de decisão Tecnologia do futuro Situação actual Modulação das doses e dos volumes, redução das perdas por deriva, estimativa de riscos utilizando modelos de previsão Aplicação selectiva de produtos, utilização de sensores ópticos de deteção de infestantes, etc. Escolha adequada dos parâmetros (velocidade, pressão), escolha dos bicos e sua calibração, adaptação do equipamento às situações Agricultura Agricultura de precisão Agricultura de formação

11 Objectivos da AP Intervenções corretas, momento adequado, lugar preciso. Intervenções corretas. Exemplos: aplicar a quantidade de N adequada, depositar a quantidade de semente necessária, aplicar a quantidade de pesticida correta, etc.; Momento adequado. Possibilidade de fazer variar a quantidade dos fatores a aplicar sempre que necessário e não só no início da operação (a aplicação do N de cobertura na altura certa); Lugar preciso. Fazer variar as quantidades dos fatores em função das caraterísticas das parcelas (variação intra e entre parcelas). Para além destes objectivos deve permitir ainda: - a redução dos custos de produção; - a protecção do meio ambiente; - a melhoria da competitividade dos produtos (qualidade e quantidade).

12 Para fazer variar a quantidade dos fatores de produção em função do local, é necessário conhecer a variabilidade espacial e temporal do meio que condicionam o desenvolvimento das culturas. Variabilidade espacial - determinação das zonas das parcelas que têm caraterísticas diferentes e a tomada de decisões, em função dessas diferenças. As novas tecnologias utilizam sistemas como o GPS, a análise de imagens, o uso de sensores remotos e de proximidade, etc., para identificar essas diferenças, pois a identificação visual está longe do rigor necessário. Variabilidade temporal - refere-se às variáveis que se alteram rapidamente no decurso do tempo, como, por exemplo, o teor de humidade do solo. Quanto maior for a variabilidade espacial maior é o número de medições a efetuar por unidade de área e, quanto maior for a variabilidade temporal, maior será o número de medições a efetuar por unidade de tempo. A análise da variabilidade espacial e temporal implica a monitorização contínua das caraterísticas do meio.

13 Benefícios da AP Melhor estimativa das reais necessidades das culturas Maior rigor na previsão das produções Aumento dos outputs e/ou redução dos inputs Melhoria no planeamento e gestão do tempo das atividades Aplicação dos meios de produção onde são necessários Facilita a criação de históricos das atividades e seus resultados Facilita as decisões dos agricultores e a escolha dos meios necessários e sua traçabilidade.

14 Principais limitações da AP As principais limitações prendem-se com: - a obtenção de alguma da informação relativa ao solo, cultura e meio ambiente pois, sem sensores que permitam determinar de uma forma precisa, rápida e a baixo custo esta informação, não é possível generalizar-se a agricultura de precisão; - a transferência de informação entre as várias ferramentas que integram essa informação e os sistemas informáticos de apoio às decisões; - a definição dos procedimentos a aplicar, das estratégias a seguir para determinação das necessidades resultantes da variação das parcelas e a dificuldade da validação dos benefícios gerados.

15 Diferentes fases da AP O processo da AP inclui as seguintes fases: - recolha e processamento da informação e sua conversão em formato digital; - análise dos dados digitalizados; - tomada de decisão em função da análise dos dados; - execução das operações, de acordo com as variações no tempo e espaço. RECOLHER ANALISAR DECIDIR EXECUTAR

16 Diferentes fases da agricultura de precisão Fonte: Gil, E. (1997)

17 Fases da Agricultura de Precisão Detecção remota Posicionamento (GPS) Hardware Mapa de produtividade Monitorização da cultura Análise de solo 1 Recolha de Dados MAQUINAS 2 Processamento dos Dados SISTEMAS Software GIS Veículos robotizados Cultivo Pulverização Adubação MAQUINAS Aplicação Plantação 4 PESSOAS Interpretação 3 Agrónomos Produtores Especialistas Sistema

18 Tecnologias utilizadas na AP Sistemas de posicionamento global (GPS) Sistemas de informação geográfica (SIG) Tecnologias de aplicação variada dos inputs (VRT) Sensores (monitores) de produção (mapas de produção) Sensores remotos e de proximidade Sistemas de apoio à condução Computadores e software As tecnologias utilizadas em AP incluem, assim, hardware e software que permitem a recolha de informação e o controlo das ferramentas de gestão das culturas. Os conhecimentos utilizados em AP referem-se à integração da informação nas ferramentas de gestão (*) que permitem maximizar o uso das tecnologias.

19 Tecnologias da AP Monitores de produção Deteção remota e de proximidade Sistemas de apoio à condução Equipamentos para aplicação variada de fatores (VRT) Sistemas de posicionamento global Sistemas de informação geográfica

20 Recolha e processamento da informação Obtenção dos dados que determinam e põem em evidência a variabilidade do meio. Pode ser obtida diretamente do campo (rendimento da cultura, grau de infestação, etc.) ou indiretamente através de estações meteorológicas, satélites, análise de solos em laboratórios, etc. Esta fase começa, geralmente, na colheita, pois a utilização de mapas de rendimento permite identificar as áreas críticas sendo, no entanto, necessário dispor de informação sobre as propriedades do solo, condições meteorológicas, etc., para se poderem tomar decisões relativas à quantidade de fatores a utilizar. A criação de novos mapas, durante o ciclo das plantas, é importante para que a variabilidade no tempo possa ser estimada, para que as áreas que tenham a mesma resposta sejam identificadas reduzindo-se, assim, o número de medições a efetuar. Esta fase é, hoje em dia, desde que se disponham dos meios necessários, uma etapa tecnicamente simples, mas o volume de dados implica que sejam fáceis de obter sem, no entanto, perderem rigor; a limitação da recolha de dados é, essencialmente, económica. A informação deve incluir, numa primeira fase, os dados que os agricultores têm das parcelas, e que sejam fundamentais para a caraterização e valorização da sua heterogeneidade e, numa segunda fase, a cartografia dos parâmetros que interferem com a operação cultural a realizar.

21 Recolha e processamento da informação (cont) Tipo de indicadores necessários: - indicadores espaciais (permanentes e temporários) - indicadores temporais (heterogeneidade e evolução das culturas) Indicadores espaciais: - Indicadores espaciais permanentes Estes indicadores permanentes caraterizam as principais variáveis do meio, especialmente as relacionadas com o solo, nomeadamente, a profundidade, tipo, topografia, taxa de MO, etc. O carácter permanente desta informação permite que as medições sejam efectuadas apenas uma vez e utilizadas, como uma carta de solos ou de rendimento, na racionalização das operações culturais seguintes. - Indicadores espaciais temporários Os indicadores espaciais do estado do meio são obtidos por observação ou recolha de amostras e têm, devido à frequência da sua medição e número, uma utilização limitada. Exemplos destes indicadores são o número de medições a efectuar nas plantas (biomassa) e algumas das caraterísticas do solo (teor de azoto) nas diferentes zonas com caraterísticas espaciais homogéneas.

22 Indicadores temporais: - Indicadores temporais da heterogeneidade das culturas Estes indicadores traduzem as alterações que se verificam nestas como resultado, por exemplo, do aparecimento de doenças, stress hídrico ou azotado, estragos provocados por geadas, etc., ou pela avaliação do estado da cultura em diferentes fases. - Indicadores temporais da evolução das culturas Estes indicadores temporais permitem acompanhar, em contínuo, o seu ciclo, para conhecer o seu desenvolvimento e determinar a sua produtividade. A informação dada pelos vários tipos de indicadores tem várias origens pelo que a sua utilização nos diferentes equipamentos, nem sempre é possível. Para simplificar a utilização da informação proveniente de várias fontes é importante a sua transferência para computadores que façam a sua análise enviando-a, depois de tratada, para os equipamentos. No seio da ISO - Internacional Standard Organisation, o comité técnico Electrónica em Agricultura tem vindo a estudar normas que permitem solucionar a falta de compatibilidade entre equipamentos.

23 Análise da informação A análise da informação implica que esta esteja georeferenciada, ou seja, os dados medidos devem estar associados a um dado local, que é determinado por um Sistema de Posicionamento Global Diferencial - dgps. Esta análise e gestão são efetuadas por Sistemas de Informação Geográficos - SIG (ex. QGIS, ArcView, ArcGIS, etc). Os computadores de bordo dos equipamentos (ex. os das ceifeiras - debulhadoras, das máquinas de vindimar, etc.) têm instalado programas SIG que estão associados a sensores (ex. dos sensores de rendimento) e a sistemas GPS, que transformam os dados georeferenciados em mapas, cujos ficheiros são gravados num suporte informático, para posterior utilização nos computadores de bordo ou pessoais. Os mapas de variabilidade são a base para a tomada de decisões que permitem criar cartas de predição, que são utilizadas nos equipamentos VRT para a aplicação modulada dos fatores.

24 Tomada de decisão A tomada de decisão pressupõe o conhecimento da origem da variação das caraterísticas intraparcelares e seu impacto na operação cultural a realizar (decisão operacional) e na exploração (incidência económica e no meio ambiente). A interpretação da variabilidade intraparcelar dos mapas, especialmente os de rendimento é, normalmente, bastante complexa, pois existem vários fatores que condicionam os resultados (produção). Os dados, depois de estruturados (convertidos em informação), são utilizados pelos SIG que os convertem em mapas que, juntamente com os modelos agronómicos adequados (Sistema de Suporte à Decisão - SSD), vão ajudar à interpretação e à definição das condições de funcionamento dos equipamentos VRT (fase de modulação da ação dos equipamentos), para se fazer a aplicação modulada dos fatores. Os Sistema de Suporte à Decisão (modelos agronómicos) utilizam parâmetros mensuráveis, quantitativa e qualitativamente, que traduzem as caraterísticas mais ou menos estáveis no tempo (exemplo, dos parâmetros físicos e mecânicas do solo) e os parâmetros que evoluem rapidamente (exemplo, a água no solo).

25 Tomada de decisão (cont.) Os dados estáveis ao longo do tempo poderão ser determinados a partir de um estudo sistemático da parcela, que permita elaborar cartas de predição, e os dados que evoluem rapidamente serão obtidos por sensores utilizados para criação de cartas de intervenção. As cartas de intervenção permitem actuações pré-programadas, ou ajustados em tempo real, a partir dos sensores, não sendo necessários sistemas de localização (GPS). Ex. de cartas de predição (dados estáveis no tempo) - mapas de fertilização; Ex. de cartas de intervenção infestantes. (dados instáveis no tempo) - deteção e tratamento das A utilização de soluções mistas, cartas de predição e intervenção, são cada vez mais utilizadas pois permitem, por exemplo, corrigir a informação das cartas em tempo real, tendo em consideração o estado de desenvolvimento da cultura ou de acidentes que tenham ocorrido posteriormente à criação das cartas de predição. Um exemplo de uma solução mista é a aplicação de azoto que, no início, pode ser efectuada com base na cartografia e depois, em função dos dados medidos por sensores e das necessidades reais da cultura, durante o desenvolvimento vegetativo.

26 Execução das operações culturais Consiste na implementação, no terreno, da tomada das decisões, para que os equipamentos apliquem diferentes quantidades de fatores de produção de acordo com as caraterísticas da parcela, ou seja, que façam a modulação das doses dos fatores a aplicar. O funcionamento dos dispositivos que permitem variar continuamente a regulação dos equipamentos, que é da responsabilidade do construtor, está praticamente resolvido para a maioria das situações, não acontecendo o mesmo com a compatibilidade na troca de informação e utilização de programas nas diferentes marcas. A modulação (aplicação diferenciada) nos equipamentos pode ser efetuada em tempo real, quando os sensores atuam diretamente nos equipamentos durante o trabalho ou, em diferido, em que se utilizam cartas de predição, relacionadas com a operação cultural a realizar. Nas cartas de predição, que é a situação mais frequente, a qualidade dos mapas depende da informação recolhida na parcela, do seu tratamento geoestatístico e da qualidade dos modelos agronómicos utilizados.

27 Componentes de um sistema de AP AMBI: ambientales PROD: productivas OPER: operativas CTR: control operativo Fuente: F. Mazzetto. Univ. de Milán

28 Componentes de um sistema de AP Fuente: F. Mazzetto. Univ. de Milán AMBI: ambientales PROD: productivas OPER: operativas CTR: control operativo

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