AGRICULTURA DE PRECISÃO

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1 AGRICULTURA DE PRECISÃO Ulisses R. Antuniassi 1 Fábio H. R. Baio 2 Timothy C. Sharp 3 1. INTRODUÇÃO A agricultura de precisão baseia-se no gerenciamento localizado de sistemas agrícolas, utilizando recursos como mapeamento dos fatores de produção, ferramentas de suporte a decisão e aplicação localizada de insumos. Em termos econômicos, a utilização desta tecnologia possibilita a priorização de investimentos em áreas onde o potencial de produção seja mais efetivo, garantindo maior retorno econômico. Do ponto de vista ambiental, a racionalização e a redução do uso de insumos devem ser avaliadas como um dos principais benefícios da agricultura de precisão. Historicamente, o rendimento das culturas tem sido um dos principais fatores estudados quanto à variabilidade espacial e temporal. Diversas técnicas e equipamentos encontram-se disponíveis para este propósito, destacando-se o monitoramento e o mapeamento da produção em colhedoras automotrizes. Com o surgimento da Agricultura de Precisão novos conceitos, técnicas e ferramentas se tornaram conhecidos. Muitos destes conceitos e técnicas estão em fase de desenvolvimento, entretanto, algumas destas ferramentas são plenamente utilizadas por vários produtores brasileiros. O estudo das características dos solos nos sistemas de agricultura de precisão apresenta grande interesse científico e comercial. Muitos trabalhos estão sendo realizados visando o desenvolvimento de técnicas para amostragem de solos, principalmente em função do alto custo envolvido nesta atividade. Além das questões ligadas à fertilidade, outros fatores têm sido estudados dentro do conceito da variabilidade espacial. Como exemplos, podem ser citados avaliações de condutividade elétrica, temperatura, compactação, profundidade efetiva do solo, etc. Outro ponto importante no desenvolvimento tecnológico corresponde à adoção de sistemas e ferramentas on-line para avaliação de parâmetros do solo, como sensores de resistência, compactação, nutrientes, matéria orgânica, teor de água e condutividade elétrica. A agricultura de precisão pode ser definida como o uma tecnologia moderna para o manejo do solo, dos insumos e das culturas, de modo adequado e considerando as variações espaciais e temporais dos fatores que afetam a produtividade. Pesquisadores definem a agricultura de precisão como sendo um conjunto de técnicas que pressupõem o gerenciamento localizado da cultura. A agricultura de precisão visa, portanto, o gerenciamento mais detalhado do sistema de produção agrícola como um todo, não somente das aplicações dos insumos ou de mapeamentos diversos, mas de todos os processos envolvidos na produção e até mesmo o plantio mecanizado da cultura utilizando algum sistema de orientação via satélite. Diversas técnicas de agricultura de precisão podem ser utilizadas nas culturas comerciais, muitas delas ainda em desenvolvimento (como a aplicação localizada de defensivos), outras em plena operação. Uma técnica que já se demonstrou economicamente viável é a aplicação de dosagens de fertilizantes e corretivos na instalação da cultura ou na sua manutenção de acordo com a necessidade ou recomendação para cada local do campo. Para tanto, são utilizados distribuidores de fertilizantes e corretivos que fazem a regulagem da dosagem automaticamente, de acordo com a informação de um mapa de fertilidade. As máquinas utilizadas para este tipo de aplicação são chamadas de distribuidores VRT ( Variable Rate Technology ). Uma outra tecnologia já em uso é o mapeamento de produtividade, fornecendo mapas que ilustram uma radiografia da produtividade da cultura em cada ponto do talhão, possibilitando o manejo mais adequado para cada 1 Doutor em Agronomia, Professor Adjunto, FCA/UNESP - Botucatu/SP. ulisses@fca.unesp.br 2 Doutor em Agronomia - Especialista em Agricultura de Precisão, John Deere fhrbaio@yahoo.com 3 Oklahoma State University, Im4sharp2@aol.com

2 talhão ou direcionando para o estudo das causas das baixas produtividades em muitos pontos. Existem atualmente diversas linhas de pesquisas indicando por onde a Agricultura de Precisão deve ser implementada, mas este assunto ainda está em discussão. Isto é um fato para qualquer cultura e não somente para o algodão. Muitas delas contemplam que o ciclo da agricultura de precisão deve ser iniciado pelo mapeamento de produtividade da cultura, principalmente pelo fato do mapa de produtividade ilustrar a variabilidade da produtividade, indicando locais com possíveis problemas agronômicos. Outros já indicam que devemos iniciar o ciclo da agricultura de precisão por algum tipo de direcionamento via satélite, pois assim o custo maior da implantação (o GPS) vai se pagar devido à redução de custo de insumos utilizando esta ferramenta. Outros já iniciam na agricultura de precisão utilizando algum tipo de aplicação localizada de insumos. Uma máxima é a de que o agricultor pode ter vários pontos no ciclo da agricultura de precisão que ele pode iniciar, mas certamente ele deve iniciar pelo ponto onde ele possui maior familiaridade, confiança ou suporte necessário para dar continuidade no processo, permitindo atingir o sucesso almejado. Outro enfoque importante da agricultura de precisão é a possibilidade de redução do impacto ambiental das atividades do sistema de produção pela racionalização do uso de insumos. Em muitas partes do mundo, notadamente na Europa, a agricultura de precisão tem sido incentivada mais por este caminho do que pela possibilidade de retorno imediato dos investimentos necessários, principalmente nos mercados onde os programas de qualidade ambiental têm maior significado no valor agregado do produto. O tema agricultura de precisão será abordado em três etapas neste capítulo. A primeira parte terá como enfoque a eletrônica embarcada e monitoramento de produtividade, a segunda apresentará conceitos de aplicação localizada de insumos e a terceira abordará um sistema de gestão da cultura utilizando conceitos da agricultura de precisão. 2. ELETRÔNICA EMBARCADA E MONITORAMENTO DA PRODUTIVIDADE Fábio H. R. Baio - John Deere 2.1. Sistema de Posicionamento Global (GPS) O GPS (Sistema de Posicionamento Global) é um sistema projetado para fornecer o posicionamento instantâneo. Na agricultura, o GPS é utilizado somente como uma ferramenta, ou seja, atua como uma espécie de sensor fornecendo as coordenadas do campo para o computador ou processador na máquina. É muito comum chamarmos qualquer sistema de posicionamento de GPS, mas existem diversos tipos de GPS, normalmente classificados pela precisão na localização ou posicionamento. O mais comum, e o mais barato, é o GPS de navegação, normalmente sem correção nenhuma e proporciona precisão entre 5 a 10 m. Esta precisão é suficiente para algumas aplicações agrícolas, ou na agricultura de precisão, como no mapeamento da fertilidade do solo ou no mapeamento da produtividade da cultura utilizando instrumentação na colhedora. Na agricultura, os outros três tipos mais comuns de sistemas de posicionamento são o DGPS (correção via satélite, submétrico), GPS absoluto com correção por algoritmo (também submétrico, mas possui uma degradação da precisão em relação ao tempo, mas funciona muito bem para direcionamento manual) e o RTK ( Real Time Kinematic, milimétrico). Claro que dependendo da precisão desejada para uma determinada aplicação na agricultura é necessária uma ou outra tecnologia de correção dos erros GPS. Por exemplo, não é preciso um GPS RTK para fazer mapas de produtividade do algodão, mas certamente é necessário para fazer o plantio do adubo, técnica com grande expansão no oeste baiano.

3 2.2. Sistemas de Direcionamento Via Satélite Em diversas operações agrícolas durante o cultivo da cultura são necessárias diversas aplicações, operações ou atividades que exigem algum tipo de orientação, principalmente no plantio mecanizado, onde não há nenhuma referência e uma orientação incorreta de marcação do solo pode interferir no espaçamento incorreto da cultura durante todos os anos naquele talhão. A orientação de máquinas agrícolas em faixas adjacentes é freqüentemente realizada por métodos convencionais que incluem marcadores de espuma, orientação pelas fileiras de plantio, riscadores ou marcadores de solo, corrente ou cabo, dentre outros. Entretanto, a utilização destas técnicas pressupõe a existência de sobreposições e/ou falhas na demarcação das fileiras, dos espaçamentos desejados ou na aplicação. Nas operações de aplicações de defensivos, adubos ou corretivos, sobreposições implicam em custos adicionais na aplicação, além de danos à cultura e/ou ao ambiente, enquanto falhas na aplicação devem ser evitadas ao máximo para garantir a eficiência da distribuição correta do insumo ou do controle fitossanitário. Já, erros nas operações para demarcação das fileiras de plantio causam discrepância no espaçamento desejado, podendo acarretar uma diminuição na produtividade local, no caso de espaçamentos menores, ou acarretar um desperdício de área útil que poderia ser cultivada, no caso de espaçamentos maiores do que o planejado. O mais comum sistema de direcionamento nas operações agrícolas no plantio mecanizado é o riscador de solo, muito utilizado nas plantadoras e semeadoras, nos sulcadores ou mesmo em uma operação específica para a demarcação das fileiras de plantio. Os riscadores de solo são bastante práticos e econômicos, contudo, passíveis de grandes erros no direcionamento do operador no alinhamento do sulco de plantio, pois por mais prática que o operador tenha ainda assim é comum o erro no alinhamento do sulco variando entre 10 e 15 cm, para mais ou para menos em relação ao espaçamento planejado. Os sistemas de direcionamento via satélite são aqueles utilizados na substituição de sistemas de direcionamento tradicionais, como riscadores de solo e marcadores de espuma. O direcionamento via satélite automático tem se tornando ferramenta de grande valia na cultura do algodão. Esta técnica permite planejar e realizar o plantio do adubo, distribuição do adubo no sulco de plantio em uma operação anterior à semeadura e que permite aumentar o rendimento da semeadora, principalmente em regiões com problemas sérios de janela de plantio (exemplo do oeste baiano, mas que está se espalhando rapidamente em outras regiões e com outras culturas). No início, estes equipamentos eram capazes somente de operar nos alinhamentos ou percursos em reta. Com o desenvolvimento da tecnologia alguns modelos foram lançados no mercado com a possibilidade de operar em curva. A operação destes equipamentos em campo é bastante simples. Na maioria dos modelos existentes é necessário apenas localizar os pontos inicial e final do alinhamento de referência. Quase todos os modelos já detectam automaticamente a manobra no final do alinhamento, indicando ao operador o posicionamento do alinhamento seguinte. Os sistemas de direcionamento via satélite por barra de luz são operacionalizados pela ação do condutor do veículo em corrigir a rota programada do veículo de acordo com a informação visual dada por um conjunto de luzes indicativas dispostas à frente do operador. Este sistema de direcionamento via satélite foi o primeiro a ser oferecido ao mercado no mundo, como também o primeiro sistema a ser lançado no mercado brasileiro. É comum também a existência de um visor que pode informar ao operador qual o erro em metros em relação ao alinhamento predeterminado ou qual a passada da aplicação, dentre outras informações. A tecnologia evoluiu no sentido da automatização dos sistemas de direcionamento via satélite surgindo então os sistemas automáticos de direcionamento ou autodirecionamento, também popularizado por piloto automático. Estes sistemas automatizados são acoplados por meio hidráulico ao sistema de direção hidráulica do veículo (trator ou colhedora), onde o próprio sistema

4 de direcionamento via satélite corrige a rota do veículo quando há necessidade, diminuindo o esforço do operador e aumentando a precisão do sistema. Assim, a atenção do operador se volta à operação em si, aos controles da colhedora ou à operação realizada pelo implemento do trator. A Figura 1 mostra uma análise comparativa entre os erros de posicionamento para operações com sistema de direcionamento (manual) e autodirecionamento (automático), ambos operados com base no DGPS. 100 Freqüência Relativa Acumulada (%) Automático (DGPS) Manual (DGPS) 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Desvio (m) Fonte: Baio (2005) Figura 1. Freqüência da ocorrência de desvios de posicionamento em operações com sistema de direcionamento (manual) e autodirecionamento (automático), ambos operados com DGPS Mapeamento de Produtividade do Algodão Uma importante etapa no processo de levantamento de informações para a aplicação da agricultura de precisão é a obtenção dos mapas de produtividade da cultura. Esta tecnologia já esta sendo aplicada comercialmente no Brasil com sucesso em várias culturas como milho, soja, trigo desde 1997, e mais recentemente também no algodão. Necessitou-se de um tempo maior para os sensores para as colhedoras de algodão fossem desenvolvidos, mas atualmente estão atingindo um nível aceitável de desvio, muito similares aos já alcançados pelos sensores de produtividade aplicados em grãos, que atualmente atingem níveis ao redor de 2% de erro. Como comentado anteriormente, muitos estudiosos indicam que o ciclo da agricultura de precisão deve ser iniciado pelo mapa de produtividade. Os defensores desta teoria preconizam que o mapa de produtividade ilustra a variabilidade da produtividade, indicando locais com possíveis problemas agronômicos, é uma radiografia da produtividade na área ou talhão. Os mapas de produtividade de uma determinada cultura indicam a variabilidade dos talhões e podem ajudar a identificar as causas desta variabilidade, possibilitando assim uma redução dos custos e/ou um aumento da produtividade. Investigando as causas desta variabilidade é possível tomar algumas decisões de correção, como: correção dos níveis de fertilidade;

5 correção da compactação do solo; correção de problemas de drenagem; ou mesmo de pragas de solo; Entretanto, este mapa somente ilustra o efeito de um fator na produtividade e não sua causa. Este fato nos leva a pensar que talvez (ou quase sempre) precisamos criar uma base histórica de alguns anos ou safras de informações coletadas para se chegar a alguma conclusão plausível a respeito de um problema especifico. Os mapas de produtividade também possibilitam a medição dos efeitos de diferentes práticas agrícolas podem ter na produtividade, auxiliando em pesquisas ou mesmo em testes de campo realizados pelo próprio produtor. O sistema gera os mapas de produtividade (no algodão, através da localização dada pelo GPS e somada às informações disponibilizadas pelos sensores instalados na máquina. O sensor de produtividade, que no caso do kit de algodão é um sensor ultrasônico (Figura 2), funciona instalado nos tubos de descarga do cesto, emitindo sinais através da tubulação de plástico e sem contato com a pluma. O mapa de produtividade nada mais é do que um conjunto de pontos espacialmente distribuídos que possuem uma representação gráfica da produtividade pontual. Este conjunto de pontos pode ser interpolado e ser obtido um mapa de superfície interpolada. Seja qual for a forma de representação deste gráfico, um ponto é certo, deve-se eliminar os dados tendenciosos, imprecisos ou incoerentes com relação ao talhão. Esta filtragem pode ser realizada por uma análise simples de eliminação de pontos que estejam fora de uma curva estatisticamente esperada, também chamada por análise de outliers. Deve-se atentar também para a necessidade de calibração dos sensores, processo este geralmente necessário a cada dia de trabalho ou inicio de colheita de um novo talhão. Este processo é somente uma checagem comparativa entre o que o sensor mostra de informação e o que realmente ele deveria mensurar. Figura 2. Representação do sensor de produtividade de algodão instalado numa colhedora (Fonte: John Deere, 2007). Seja qual for a tendência, pesquisa, ou prática agrícola adotada, uma posição é consagrada: o mapa de produtividade é necessário e essencial em algum ponto do ciclo da agricultura de precisão.

6 Vêem-se tentando desenvolver algum método de análise automática para os mapas de produtividade através de algumas rotinas computacionais, utilizando-se softwares apropriados, como os SIG (Sistemas de Informações Geográficas). Entretanto, em algum ponto deste processo, por mais automático que esteja, pede-se a interpretação dos dados por um analista. Assim, uma intervenção na área em estudo somente é possível após uma avaliação criteriosa dos dados em mãos, no caso, os mapas. 3. APLICAÇÃO LOCALIZADA DE INSUMOS Ulisses R. Antuniassi - FCA/UNESP A aplicação de taxas variáveis baseada em mapeamento tem sido utilizada com sucesso nas operações de adubação e correção da fertilidade do solo. Isto torna possível que tanto fertilizantes e como corretivos sejam aplicados em doses variáveis e somente nos locais necessários, eliminando a aplicação de doses uniformes em área total. Do ponto de vista prático, este pode ser considerado um dos maiores mercados para viabilização imediata da agricultura de precisão, trazendo vantagens tanto do ponto de vista econômico quanto ambiental. A aplicação localizada de insumos compreende três etapas: coleta de dados (mapeamento), interpretação dos mapas (sistemas para suporte a decisão) e aplicação localizada. No caso de fertilizantes e corretivos, por exemplo, o sistema começa pelo mapeamento dos fatores ligados à cultura e ao solo (produção de grãos, fertilidade, etc). Nesta etapa são utilizadas colhedoras equipadas com sistemas de posicionamento global (GPS) e monitores de produção, além de equipamentos para coleta de amostras de solo georeferenciadas. A seguir, utilizando-se sistemas de informações geográficas (SIG) e conceitos geoestatísticos, tais informações são transformadas em mapas de atributos, os quais fornecem uma visualização espacial do desempenho do sistema produtivo. Na segunda etapa ocorre o planejamento da aplicação dos insumos, baseando-se na interpretação dos mapas de atributos (produtividade, fertilidade, compactação, etc). Nesta fase, torna-se muito importante a análise da evolução e do comportamento desses fatores ao longo do tempo (variabilidade temporal), além do profundo conhecimento agronômico para as recomendações de aplicação. Tal planejamento resulta nos mapas de aplicação (mapas de tratamentos), os quais serão interpretados pelos controladores eletrônicos das máquinas de aplicação na terceira fase (aplicação localizada dos insumos). Durante a aplicação, o DGPS fornece a posição das máquinas no campo e, de acordo com os mapas de aplicação, as mesmas aplicam somente a quantidade necessária, nos locais planejados. A determinação do posicionamento dos alvos é uma das etapas mais importantes dos sistemas de aplicação localizada. Conceitualmente, duas metodologias podem ser utilizadas para este propósito. A primeira opção considera a detecção do alvo e controle da aplicação em um sistema on-line, onde o equipamento se desloca sobre o campo de aplicação, os alvos vão sendo identificados através de sensores e a aplicação é realizada somente sobre as áreas desejadas, tudo em uma única operação. A outra opção compreende a coleta de informações para a elaboração de mapas georeferenciados dos alvos, os quais são processados com o auxílio de sistemas de suporte a decisão, gerando os mapas de tratamento ou aplicação. Na seqüência, tais mapas são utilizados pelo sistema de controle do equipamento aplicador para comandar a distribuição localizada dos defensivos Detecção de alvos A detecção instantânea ( on-line ) das plantas é um dos conceitos propostos para a aplicação localizada de defensivos. A princípio, duas são as possibilidades para a detecção das plantas. A primeira tecnologia utiliza sensores óticos que identificam as diferenças na reflexão da

7 luz pelas diversas superfícies encontradas nas áreas agrícolas, como as plantas daninhas, a cultura, os restos vegetais, o solo, etc. Através de sistemas de controle eletrônico, a aplicação é variada onde esta reflexão indicar a presença de determinados alvos (Figura 3). Figura 3 - Equipamento para aplicação de doses variáveis baseada em sensores óticos (fonte RAUN et al., 2002). Outra opção para a detecção e identificação dos alvos é a análise instantânea de imagens. Neste caso, imagens de uma câmera de vídeo são processadas para possibilitar a identificação imediata de alvos, informando ao sistema de controle do pulverizador sobre sua presença e localização. Esta tecnologia está sendo utilizada como base para o desenvolvimento de sistemas robóticos com deslocamento autônomo no campo para aplicação localizada de insumos Aplicação baseada em mapeamento O mapeamento pode ser realizado em diferentes fases da cultura, através do levantamento da infestação e suas características, usando o DGPS (sistema de posicionamento global diferencial). Um mapa de plantas daninhas (Figura 4) é processado posteriormente para a elaboração dos mapas de tratamentos, os quais representam as recomendações de controle distribuídas espacialmente no campo. Durante a aplicação, o computador de bordo do pulverizador determina o posicionamento atual da máquina (via DGPS) e identifica no mapa o tratamento recomendado para esta posição, controlando e variando a dose ao longo do deslocamento pelo campo. Figura 4 - Mapa georreferenciado da infestação por plantas daninhas (% de cobertura do solo) em área de 4 ha (fonte: SALVADOR, 2002)

8 Algumas tecnologias foram desenvolvidas e avaliadas para a coleta dos dados necessários para a confecção dos mapas de plantas daninhas. Uma das possibilidades corresponde ao uso de um sistema composto de um microcomputador de mão (palm-top) acoplado a um DGPS para a coleta de dados georeferenciados sobre plantas daninhas. Este conjunto, transportado por um operador em uma mochila, permite o levantamento de informações qualitativas e quantitativas da infestação através do caminhamento prévio nas áreas de aplicação. Apesar de adequado e preciso para pequenas áreas, o sistema de caminhamento autônomo pode se tornar inviável para grandes áreas de produção. Nestes casos, a coleta de informações pode ser realizada em conjunto com outras atividades mecanizadas, como a colheita, por exemplo. Assim, enquanto a máquina se desloca pelo campo na operação de colheita, um observador postado na máquina pode ir registrando os eventos relacionados ao mapeamento da infestação. Este sistema tem grande utilidade para o mapeamento das manchas de plantas daninhas que infestam sistematicamente a cultura. A análise e processamento de imagens é outra opção que pode ser usada como base de dados para a elaboração de mapas plantas daninhas. Para tanto, imagens aéreas podem ser obtidas através de processos usuais de fotografia aérea, ou ainda pelo uso de aeromodelos radiocontrolados, balões ou ultraleves. A imagem aérea, que pode ser convencional, infra-vermelho, multiespectral, etc, é usada como base para a análise da infestação e elaboração dos mapas das manchas de plantas daninhas em diferentes etapas da cultura. Dependendo dos objetivos e do planejamento da aplicação de herbicidas, os mapas de tratamentos podem ser elaborados levando-se em conta aspectos quantitativos e qualitativos da infestação. De maneira geral, a elaboração de um mapa de tratamentos (aplicação) baseado em mapas de plantas daninhas deve considerar inúmeros fatores. Além do histórico e evolução da infestação na área ao longo do tempo, fatores como variabilidade espacial do solo, cobertura vegetal, matéria orgânica, entre outros, devem ser estudados criteriosamente. Ainda, o processo de tomada de decisão na criação de um mapa de aplicação deve levar em conta os erros do sistema de posicionamento, a acurácia do mapeamento dos alvos, a movimentação das manchas de plantas ao longo do tempo e as características de desempenho do equipamento de aplicação (tempo de resposta, velocidade, tamanho da barra, etc.) Equipamentos para aplicação localizada Os pulverizadores usados na aplicação localizada de defensivos são equipamentos que apresentam elevado grau de sofisticação. O sistema de pulverização precisa ser controlado por um computador central, onde estão armazenadas as informações sobre os locais nos quais devem ser realizadas as aplicações, além das doses recomendadas (mapas de tratamentos). Além conter e interpretar o mapa (Figura 5), a central de controle deve ser capaz de processar em tempo real (instantaneamente) os dados de posicionamento geográfico recebidos do DGPS. Isto permite a definição precisa da posição atual do pulverizador no campo, para que se possa realizar a aplicação localizada e a variação de doses ou produtos. Buscando maior garantia de um correto posicionamento, os equipamentos mais modernos contam, além do DGPS, com um sistema auxiliar de referenciamento, baseado em informações sobre as distâncias percorridas e a direção do movimento, os quais são obtidos através de sensores nas rodas, por exemplo. Este sistema, chamado de posicionamento com referência em terra, deve ser usado em conjunto com o DGPS para a determinação da posição do pulverizador durante as aplicações. Isto é necessário para que se possa garantir a confiabilidade do sistema, principalmente no caso de falhas pontuais na recepção dos sinais do DGPS. A aplicação localizada de defensivos pode contemplar a variação tanto da dose de defensivo quanto do volume de calda aplicada. A variação da dose de maneira independente do volume aplicado (variação da concentração da calda) é realizada através do uso de sistemas de injeção de

9 defensivos (Figura 6). O princípio básico destes sistemas está relacionado ao armazenamento do defensivo e do diluente em recipientes separados, realizando-se a mistura somente no momento da aplicação, através da injeção do defensivo na tubulação que leva a calda aos bicos. Nestes equipamentos, a definição da quantidade de defensivo injetado pode ser realizada, entre outras maneiras, através do controle da rotação das bombas de injeção. A intensidade do fluxo de injeção leva em consideração fatores como velocidade de deslocamento, largura das barras ativas, volume de calda aplicada, dose desejada, etc. Esta tecnologia permite variações na dose (litros ou kg/ha) mantendo-se constante o volume total da aplicação. Cabe ressaltar que o uso de sistemas de injeção apresenta outras vantagens, principalmente no que se refere à segurança ambiental. A inexistência da mistura no tanque reduz consideravelmente os riscos de contaminação do operador e do próprio ambiente, pois as operações de preparo da calda, lavagem e descontaminação do tanque são simplificadas ou eliminadas. De maneira geral, as características técnicas dos equipamentos de injeção possibilitam grande versatilidade de uso para agricultura de precisão e serviços de terceirização de aplicação. Assim, a aplicação pode ser planejada para a utilização de dois ou mais tipos de herbicida ao mesmo tempo, quando o pulverizador possui mais de uma linha de injeção. Outra característica importante é a rapidez e a segurança na troca do produto que está sendo aplicado, facilitando a logística da aplicação e do deslocamento da máquina no campo. Figura 5 - Exemplo de mapa de tratamento para aplicação localizada (Micron Sprayers/UK).

10 Figura 6 - Exemplo de sistema de aplicação com injeção de defensivos (AgChem). A opção de variação da quantidade de defensivo aplicado, através da variação de volume total de calda (mantendo-se a concentração constante), dispensa o uso dos sistemas de injeção. Para se garantir certo padrão de qualidade da aplicação (tamanho das gotas), a simples variação da pressão em bicos hidráulicos pode resultar numa flexibilidade de no máximo 20% do volume aplicado. Assim, torna-se indispensável a utilização de outros recursos para permitir a variação do volume total aplicado, como, por exemplo, o uso de múltiplos bicos ou barras de pulverização (Figura 7). Nestes sistemas, a medida que o pulverizador vai se deslocando no campo, a variação do volume aplicado é realizada pela utilização isolada ou em conjunto de bicos com diferentes vazões, o que possibilita a variação do volume total aplicado. Figura 7 - Exemplo de sistema de múltiplos bicos para variação do volume de aplicação.

11 4. GERENCIAMENTO DAS APLICAÇÕES VRT NO ALGODÃO 4 Timothy C. Sharp - Oklahoma State University A aplicação indevida, subdosagens ou sobredosagens podem ocorrer quando as decisões são baseadas nas condições médias de campo. As atuais práticas-padrão de manejo estão baseadas no encontro do melhor tratamento médio de campo e em efetuar essa aplicação em todo o campo. Embora este procedimento traga bons resultados, em termos gerais, o sistema resulta em imprecisões espaciais para as áreas do campo que diferem significativamente da média. Novas tecnologias oferecem a oportunidade de reduzir as imprecisões do manejo da média de campo, por identificar de maneira mais precisa as diferentes zonas, efetuando o ajuste espacial correto do processamento da colheita, em tempo real, para proceder à aplicação localizada de maneira apropriada. Para o êxito da execução do manejo espacial da lavoura, é necessário um sistema para identificar, quantificar, mapear e criar a prescrição correta para as diferentes zonas. Estas técnicas consistem de imagens aéreas tomadas de avião, satélite e sensores em terra combinados com sistemas de monitoramento da produção e um sistema eficiente de validação em solo da informação coletada. Essas fontes de informação coletadas devem entrar em um sistema de informação de manejo geográfico, para permitir a análise espacial (criar zonas), mapeamento, criação de arquivos de aplicação, permitindo a aplicação VRT e exportar para um dispositivo de controle de aplicação a campo, levando à execução da aplicação do plano espacial correto. A combinação de ferramentas, sistemas e o julgamento agronômico têm sido usados para aumentar a precisão espacial do processamento de aplicação. O sistema não retira o conhecimento e a possibilidade de julgamento do desenvolvimento do processo de prescrição. Na verdade, aumenta a necessidade de conhecimento e julgamento agronômico. Muitas decisões sobre aplicações, utilizando dados a partir destes sensores, requerem um extensivo campo de reconhecimento e interpretação qualitativa das imagens e outras fontes de dados, para interpretar corretamente as necessidades do manejo individual de campo. O objetivo deste capítulo é ilustrar como um índice espectral simples, como o Índice de Vegetação com Diferença Normalizada (NDVI), pode ser combinado com um mapa de potencial de produção para melhorar a acurácia das recomendações das aplicações VRT, comparadas à utilização de cada fonte de dados separadamente Integração NDVI Potencial de Produção Estudos prévios demonstraram existir uma correlação positiva entre o NDVI e a produção de fibras do algodão (por exemplo, Vallidis et al, 2004). Embora o NDVI e a produção sejam correlacionados positivamente, os campos individuais apresentam expressão diferente desta relação. Um NDVI específico, em uma situação de campo diferente de outra, pode resultar em um valor diferente do NDVI relativo à produção. 4 Tradução: FlávioBaccari e Ulisses R. Antuniassi, Versão modificada do original: Combining NDVI and Yield Potential for Variable Rate Management Decisions in Cotton, Tim Sharp, Oklahoma State University, Okmulgee Oklahoma/USA, 2007.

12 Tennessee 2001 Fardos/acre 2.5 R 2 = 0, NDVI Figura 8. Relação NDVI x produtividade num campo do Tennesee, Oklahoma 2005 Fardos/acre 3 R 2 = 0, NDVI Figura 9. Relação NDVI x produtividade num campo de Oklahoma, Observando-se as Figuras 8 e 9, nota-se que no Tennessee (EUA), em 2001, um NDVI de 0,35 resultou numa produção de 1,5 fardos/acre, enquanto em Oklahoma (EUA) um NDVI de 0,35 resultou em uma produção de 2,3 fardos/acre. Ainda que o valor absoluto do NDVI seja diferente, a correlação positiva é verdadeira. A produção e o NDVI estão relacionados, mas podem ser expressos de formas diferentes. Muitos fatores podem alterar o NDVI absoluto, como a umidade, a idade da lavoura, a calibração da câmera, os fatores específicos associados à expressão do crescimento da lavoura, etc., mas a relação entre a produção crescente e o crescente NDVI permanece constante. No entanto, há situações em que a correlação pode ser rompida. Quando isso ocorre, há indicação de um problema na produção que deve ser corrigido. Do ponto de vista do produtor, trata-se de uma situação indesejável e uma ação corretiva de manejo deve ser adotada, na medida em que a falta de correlação indica que a lavoura está gastando seus recursos no desenvolvimento vegetativo, não produzindo sementes e fibras adequadamente. A Figura 10 mostra a relação NDVI x produtividade (fardos/acre) em três campos em Altus/OK (EUA). No Campo 1, o há uma falta moderada de correlação tendo início com um NDVI de 0,53. Neste ponto, à medida que o NDVI sobe, percebe-se que a produção cai. Esta resposta pode variar de modesta, como exemplificado no Campo 1, à severa, como verificado para o Campo 2, onde há uma excessiva desconexão entre o NDVI e a produtividade. No Campo 2, o declínio da produção tem início com um NDVI de 0,47, com a maioria dos pontos no campo revelando problemas associados ao vigor excessivo. Um campo pode ou não revelar problemas de vigor associados a um alto NDVI. Alta produção e alto NDVI estão diretamente relacionados. Produções muito altas têm um NDVI médio mais elevado que as que terão as produções médias mais baixas. Examinando-se o Campo 3, observa-se que a produção crescente é contínua, assim como o NDVI, da mais baixa à mais alta. A produção crescente é observada no nível de 0,62, o qual tem uma produção correspondente de quase 5 fardos/acre. No Campo 3 há uma pequena ou nenhuma expressão de vigor excessivo. As produções médias destes campos são: Campo 1 = 2,0 fardos/acre; Campo 2 = 1,6 fardos/acre e Campo 3 = 3,4 fardos/acre.

13 Altus/OK. Campo 1 Altus/OK. Campo 2 Altus/OK. Campo NDVI NDVI NDVI Figura 10. Relação NDVI x produtividade (fardos/acre) em três campos em Altus/OK (EUA) O desenvolvimento vegetativo excessivo pode resultar de várias fontes, tais como infestações por lygus ou aplicação excessiva de nitrogênio. Portanto, a habilidade para identificar áreas do campo onde esta relação existe, é uma informação útil quando se planejam aplicações da taxa variável de processamento, tais como a do fertilizante, reguladores de crescimento da planta e de alguns inseticidas. Um sistema de manejo de algodão requer dados de campo, tanto do NDVI quanto da produção, para que boas decisões de manejo sejam tomadas. Os dados de produção não estarão disponíveis até o fim da safra, portanto, para se obter vantagem desta relação entre produção e NDVI, com base operacional, registros históricos de produção e NDVI são necessários para definir o potencial de produção para cada campo. A relação idealizada entre potencial de produção e NDVI está ilustrada na Figura 11. Alta ZE máx ZE PE Alta Potencial de produção Méd ZE PE Méd ZA Baixa PE baixa ZA ZA máx Baixo Méd Alto NDVI Figura 11. Relação ideal entre o potencial de produção e o NDVI, onde PE = Produção Esperada, ZA = Zona de Alta e ZE = Zona de Estresse. (Fonte: Sharp, T.C., sd) Há três áreas conceituais na figura 1: 1) Zona de Produção Esperada (PE): as áreas em azul claro na Figura 11 ilustram a relação esperada - conforme aumentaz a produção esperada, aumenta o NDVI. A lavoura está se desenvolvendo como o esperado e as práticas-padrão de manejo podem ser seguidas nos planos de aplicação em taxas variáveis; 2) Zona Alta: as áreas em verde claro foram denominadas Zona Alta (ZA) e representam a situação em que o desenvolvimento vegetativo está excedendo o potencial de produção esperado.

14 3) Zona de Estresse: as áreas amarelas representam as Zonas de Estresse (ZE). São áreas do campo que apresentam um nível de biomassa menor que o esperado para o histórico do potencial de produção. A fonte de estresse não está identificada por esta técnica, portanto é recomendável realizar uma validação a campo destas áreas para identificar possíveis causas. Por exemplo, com informação espectral mais detalhada pode ser possível diminuir o número de possíveis causas do stress, como por exemplo, estimar o conteúdo de clorofila poderia testar o status de fertilidade, assim como os dados térmicos poderiam ser utilizados como visualização para o estresse hídrico. Como exemplo da aplicação destes conceitos, um estudo realizado na Cotton Branch Experiment Station em Altus, Oklahoma, foi conduzido em uma mancha uniforme de solo, num campo onde a produtividade esperada é alcançada com uma resposta não-severa de vigor para taxas excessivas de nitrogênio. Neste estudo, as taxas crescentes de nitrogênio resultaram em um NDVI crescente, até 120 libras de nitrogênio, ponto em que a taxa crescente de nitrogênio não aumentou as maçãs/planta, o NDVI e a altura do algodão. Se esta fosse uma mancha com características de ZA, as taxas de nitrogênio acima de 120 teriam resultado em vigor excessivo, se a mancha tivesse características ZA-máx e, então, acima de 40 a 60 libras de nitrogênio, resultariam em vigor excessivo. Um campo classificado dentro deste conceito traz a possibilidade de tomarem-se melhores as decisões de manejo sobre o uso de cada grupo de dados separadamente, como ilustrado na Tabela 1 (assumindo-se que todos os dados no campo de interesse não estão na zona PE). A Tabela 1 tem uma ordenação para cada grid da Figura 11, e mostra as estratégias de aplicação da taxa de nitrogênio e de Pix que podem ser adequadas para cada combinação NDVI/produção.

15 Tabela 1. Taxas de nitrogênio e de Pix para cada combinação de NDVI e potencial de produção, baseados nas zonas de manejo da Figura 1. NDVI Produtividadcação Identifi- Zona de Dose Dose de Comentário sobre a dosede nitrogênio (N) manejo de N Pix Alto Alta 1 PE - Alta Alta Média Dose de N: baseada na produtividade esperada Médio Média 2 PE - média Média Baixa Dose de N: baseada na produtividade esperada Baixo Baixa 3 PE - Baixa Baixa Não aplicar Dose de N: baseada na produtividade esperada Alto Baixa 4 ZA Não aplicar Alta Dose de N: ZA extrema: não aplicar Alto Média 5 ZA Baixa Alta Dose de N: ZA moderada: um nível abaixo da podutividade média esperada Médio Baixa 6 ZA Não aplicar Média Dose de N: ZA moderada: um nível abaixo da produtividade baixa, ou não aplicar Baixo Alta 7 ZE-máx Alta Não aplicar Estresse desconhecido: dose normal do produtor ou dose conservadora = dose Médio Alta 8 ZE Alta Não aplicar Baixo Média 9 ZE Média Não aplicar baseada na produtividade esperada. Estresse desconhecido: dose normal do produtor ou dose conservadora = dose baseada na produtividade esperada. Estresse desconhecido: dose normal do produtor ou dose conservadora = dose baseada na produtividade esperada. Note-se que as estratégias de não aplicação estão sendo sugeridas como método do tipo livro de receitas, mas são ilustrações de uma possível estratégia de manejo que poderia ser utilizada para se tirar vantagem da informação fornecida. A justificativa para as recomendações da taxa relativa de nitrogênio está incluída na Tabela 1. A filosofia geral utilizada neste exemplo é a de ajustar a taxa de nitrogênio para 1 (um) nível abaixo, a partir da dose para a produção esperada nas áreas ZA, e seguir dose para a produção esperada nas áreas ZE, assumindo a inexistência de informação disponível sobre a fonte de estresse. Se o campo é reconhecido e o estresse identificado como falta de nitrogênio, então a ação de aumentar as taxas de nitrogênio naquelas áreas poderia ser um procedimento razoável. As recomendações para o Pix são mais fáceis de derivar e a adição do potencial de produção tem o potencial de melhorar as decisões sobre a taxa do Pix, além do NDVI isoladamente. Nas zonas de estresse, a lavoura está sob algum tipo de estresse, portanto não se deve aplicar nenhum Pix (a lavoura já está atrasada para a produção esperada naquela área). Nas zonas de alta (ZA), um Pix aumentado é necessário para suprimir o desenvolvimento vegetativo. As áreas de baixa produção do campo necessitam de pouco ou nenhum Pix, comparadas às áreas de alta produção. Independentemente da estratégia empregada, o passo final será o de estabelecer as taxas desejadas para cada processamento de interesse na Tabela 1. Note-se que se este método fosse adaptado para aplicações de inseticidas, a decisão deveria ser liga ou desliga - a taxa não deveria variar devido aos fluxos do potencial de resistência. Uma variedade de técnicas precisa ser aplicada para melhor estudar-se a relação entre o NDVI e os dados de produção, para desenvolver a aplicação correta de mapas baseada na metodologia proposta. Uma imagem pode exibir uma grande variabilidade ou pode parecer uniforme de forma generalizada. Dentro do sistema de informação geográfica, se um campo tem uma variabilidade altamente reconhecível, o uso dos freios naturais fornece uma classificação por zonas, mas se um campo é uniforme e generalizado, a melhor técnica é a de utilizar os quartis.

16 Uma conduta sobre a técnica é proceder-se a uma análise de classificação cruzada. Neste tipo de análise de dados, tanto a camada de dados de produção, quanto a camada do NDVI são divididas em células de dados de tamanhos iguais, exatamente com as mesmas coordenadas de latitude e longitude. A análise agrupará as células com resposta similar e mostrará as células como um mapa de relações possíveis. Neste caso, examinando-se o mapa de classificação cruzada (Figura 12), na parte superior esquerda, verifica-se que todas as classes de cores escuras indicam uma relação negativa entre produção e NDVI. Em comparação ao mapa de produção (Figura 13), na parte inferior esquerda, pode-se apenas observar que a produção é diferente, mas sem relação entre a produção e o NDVI. O mapa de classificação cruzada integra a produção e o NDVI para criar classes mapeadas, as quais mostram características de relação similares entre os dados das camadas. Um mapa de aplicação pode ser gerado a partir do mapa de classificação cruzada, o qual levará em consideração o vigor para as relações de produção. Estabelecidos os campos em classes, o processo de validação em solo deve ocorrer. Manchas do campo devem ser visitadas para determinar a natureza real das classes geradas pelo computador. Daí, visitadas as classes e confirmada a natureza física da lavoura dividida em zonas, o operador pode, então, iniciar a aplicação em taxas variáveis, as quais podem contabilizar para as diferenças no vigor de campo.

17 Figura 12 - Mapa de classificação cruzada para os dados de Produtividade e NDVI do campo Eighty, Oklahoma/EUA, Figura 13 - Mapa de Produtividade do campo Eighty, Oklahoma/EUA, 2005.

18 4.2. Aplicações comerciais do método Enquanto o GIS e o processamento de imagem seriam considerados básicos para a execução deste método (do um ponto de vista acadêmico), esta execução em tempo real na fazenda (e pelo seu pessoal), seria um desafio. Para a adoção deste procedimento, seria preciso a cooperação dos provedores de imagem para permitir a combinação da informação do potencial de produção com seus produtos baseados nas imagens. A geração de um mapa de potencial de produção integrado ao NDVI em tempo real a partir de um GreenSeeker (sistema de aplicação localizada em VRT, RAUN et al., 2002), séria outra forma de execução deste procedimento, ou seja, o computador de campo tem um mapa simples do potencial relativo de produção (por exemplo, alto, médio e baixo) e, então, o NDVI originado no GreenSeeker seria utilizado para decidir sobre a zona da Tabela 1 para o controle da taxa de aplicação Conclusões A combinação do NDVI com os mapas de potencial de produção permite tomar decisões melhores e mais rápidas sobre as aplicações VRT do que com o uso dos dados isoladamente. Há mais precisão quando da combinação porque o aumento na informação pode ser utilizado para melhor identificar condições únicas, no campo, as quais requerem ações específicas de manejo. Os grupos de dados combinados permitirão o desenvolvimento de mapas de aplicação da taxa variável de forma mais rápida em alguns processamentos, principalmente pela redução no número de visitas necessárias ao campo para determinar as taxas de aplicação. 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS Os conceitos de agricultura de precisão e aplicação localizada de insumos são ferramentas modernas disponíveis para a racionalização dos processos de produção agrícola. Já existem diversos equipamentos de grande porte disponíveis no mercado brasileiro para a aplicação localizada de insumos. Entretanto, devido ao elevado custo, sua utilização tem sido restrita aos prestadores de serviço. A tendência do mercado é de uma rápida evolução tecnológica e redução gradual de custos, o que irá garantir no futuro a viabilidade técnica e econômica da utilização em massa destas tecnologias. Neste sentido, observa-se uma tendência clara de crescimento na adoção desta tecnologia no Brasil. O barateamento dos equipamentos, oferecimento gratuito de sinais de correção do erro GPS e uma maior familiarização com a tecnologia têm contribuído para esta tendência. Os sistemas GPS serão cada vez mais precisos, pois há uma tendência da integração dos sistemas de posicionamentos globais (GPS-EUA, GLONASS-Russo e GALILEO-Europa) e também uma melhoria no algoritmos internos dos GPS. Teremos mais profissionais habilitados em analisar e tomar decisões baseadas nos dados coletados. Os softwares de análise serão cada vez mais amigáveis ao agricultor e possibilitarão realizar análises de fontes de dados múltiplas sem requisitar muito conhecimento técnico. A tecnologia para aplicação localizada de fertilizantes está praticamente dominada, mas ainda tempos algo a desenvolver no controle localizado de pragas e plantas daninhas. Ainda, a utilização de sistemas de Pilotos Automáticos vai ser intensificada, pois traz vários benefícios imediatos. Levando-se em conta todos estes fatores, a tecnologia Agricultura de Precisão está ao alcance do agricultor e já está trazendo benefícios significativos, com potencial para redução de custos de produção e possibilidade de melhoria nos aspectos ambientais do processo de produção.

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20 6. LITERATURA CONSULTADA ANTUNIASSI, U.R. Avaliação de sistemas de injeção de defensivos para utilização em agricultura de precisão f. Tese (Livre Docência) - Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista. Botucatu, ANTUNIASSI, U.R., MILLER, P.C.H., PAICE, M.E.R. Dynamic and steady-state dose responses of some chemical injection metering systems. In: Brighton crop protection conference: Weeds, Brighton, 1997, British Crop Protection Council, p ANTUNIASSI, Ulisses Rocha. Precisão na aplicação para controle de plantas daninhas. In: BORGES, Gilberto. (Org.). Manejo e controle de plantas daninhas em plantio direto. Passo Fundo, 1999, v. 1, p ANTUNIASSI, Ulisses Rocha. Sistemas Eletrônicos para Pulverizadores. In: HIROMOTO, Dario. (Org.). Boletim de pesquisa de Soja. Rondonópolis, 2003, v. 1, p ANTUNIASSI, Ulisses Rocha. Tecnologia de aplicação em taxas variáveis. In: RAETANO, Carlos Gilberto; ANTUNIASSI, Ulisses Rocha. (Org.). Qualidade em tecnologia de aplicação. Botucatu/SP, 2004, v. 1, p ANTUNIASSI, Ulisses Rocha; GADANHA JUNIOR, Casimiro Dias. Aplicação localizada de produtos fitossanitários. In: BORÉM, A; GIÚDICE, M P Del; QUEIROZ, D M; MANTOVANI, E C; FERREIRA, L R; VALLE, F X R; GOMIDE, R L. (Org.). Agricultura de Precisão. Viçosa, 2000, p BAIO, F.H.R. Metodologia para ensaios de sistemas de direcionamento via satélite em percursos retos e curvos. Botucatu: FCA/UNESP, 2005, 100p. (Tese de Doutorado). BILLER, R.H., HOLLSTEIN, A., SOMMER, C. Precision application of herbicides by use of optoelectronic sensors. In.: Precision agriculture 97, Vol. II: Technology, IT and Management. Bios Scientific Publishers, SCI, Warwick. p Fitzgerald, G.J., Lesch, S. M., Barnes, E.M., Luckett, W.J. Directed Sampling using remote sensing with a response surface sampling design for site-specific agriculture. Computers and Electronics in Agriculture, (no prelo). MILLER, P.C.H. et al. Methods of controlling sprayer output for spatially variable herbicide application. In: Brighton crop protection conference: Weeds, Brighton, British Crop Protection Council, 1997b. p MOLIN, J.P. et al. Avaliação de um modelo de barra de luz utilizada para aplicações em faixas paralelas sob diferentes velocidades de deslocamento. Anais... In: XXX CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA, 2001, Foz do Iguaçú/PR. SBEA, 2002.(cd-rom). NORDMEYER, H., HÄUSLER, A. NIEMANN, P. Patchy weed control as an approach in precision farming. In.: Precision agriculture 97, Vol. I: Technology, IT and Management. Bios Scientific Publishers, SCI, Warwick. p SALVADOR, A. Desenvolvimento e avaliação de sistemas de mapeamento de plantas daninhas para utilização em agricultura de precisão f. Dissertação (Mestrado em Agronomia / Energia na Agricultura) - Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista.

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