Só porque chutamos algum solo na Primavera e adivinhamos que temos humidade suficiente no solo, não temos realmente ideia do que realmente se passa até escavarmos e darmos uma vista de olhos (o que leva tempo) ou usarmos a tecnologia IoT (abordagem mais fácil) para sabermos o que temos. Aí vem a Previsão de Rendimento.

Yield Prediction - Cavar isso?

No segunda parcela de Farm Weather Talkdiscutimos os benefícios de previsões meteorológicas específicas do local e porque é que eles são uma obrigação para integração em todas as ferramentas de apoio à decisão no campo, uma vez que fazem parte da solução para reduzir o "Risco incontrolável" que os agricultores enfrentam no dia-a-dia. Nesta prestação, vamos investigar como um estação meteorológica ou dispositivo IoT com um previsão pode ser utilizado para fazer a previsão do rendimento até à data actual mas também até ao vencimento.

Previsão de Rendimento_FWT

Só porque chutamos algum solo na Primavera e adivinhamos que temos humidade suficiente no solo, não temos realmente ideia do que realmente se passa até escavarmos e darmos uma vista de olhos (o que leva tempo) ou usarmos a tecnologia IoT (abordagem mais fácil) para sabermos o que temos. Os dados específicos do tipo de solo podem ser recolhidos e traduzidos exactamente no ponto em que se encontra em termos de humidade do solo numa cultura orientada pela água e fornecer uma resposta muito boa a um problema particular, tal como a nutrição. Se souber que tem apenas cinco polegadas de água armazenada versus nove polegadas de água armazenada num perfil de solo diferente, vai gerir os nutrientes e a cultura de forma diferente.

Antecedentes da Predição de Rendimento

O rendimento de qualquer cultura baseia-se no potencial genético da semente, na quantidade de humidade do solo na sementeira, na precipitação do período de crescimento (e irrigação), nas taxas de fertilidade adequadas e noutras decisões de gestão atempada: controlo de ervas daninhas, gestão de doenças, controlo de insectos e, claro factores climáticos que é geralmente o risco incontrolável mais significativo.

Em termos simplistas, o desenvolvimento de uma planta ou cultura é muito semelhante a um livro de cheques (entradas e saídas), onde se forneceu (precipitação e/ou irrigação) e a procura (temperatura). Portanto, os dois factores mais importantes para o rendimento são o fornecimento de humidade e a temperatura, dado que todas as outras decisões de gestão do campo são levadas a cabo correctamente.

A temperatura ou calor é importante uma vez que determina a utilização da água e se uma cultura amadurecerá ou sofrerá stress térmico, mas o fornecimento de humidade tem o impacto mais significativo no potencial de rendimento, uma vez que é responsável por transportar nutrientes para a planta para a fotossíntese. É por esta razão que o fornecimento de humidade é frequentemente referido como o CROPS GÁS TANK para o potencial de rendimento.

Cada cultura tem curvas de eficiência de utilização da água relacionadas com o rendimento. Pesquisas e ensaios de campo ao longo dos anos identificaram o número de alqueires produzidos a partir de cada polegada ou 25mm de água do solo utilizada por uma cultura. Para algumas culturas comuns, isto equivale a 5-6 bu em canola, 7-8 bu para trigo e 10 a 12 bu de aumento da produção de milho por cada polegada adicional ou 25mm de água do solo adicionada. O número de alqueires produzidos por polegada ou 25 mm de água do solo irá mudar com o tempo à medida que novas variedades forem sendo libertadas com melhor genética.

Portanto, a quantidade total de água disponível no solo (abastecimento) para uma cultura durante a época de crescimento é igual à quantidade de humidade do solo disponível na época de sementeira (determinada por tipo de solo) mais a quantidade de precipitação e/ou irrigação (humidade do solo) recebida durante a época de crescimento. A utilização ou procura de água do solo é determinada pela temperatura e tipo de solo/textura. Estes dois factores (oferta e procura) definem o potencial de rendimento.

Tal como mencionado, o tipo/textura do solo é um factor crítico na determinação da quantidade de plantas aquáticas do solo disponíveis para desenvolvimento. De facto, as plantas não podem utilizar toda a água retida no solo. O limite superior é a Capacidade de Campo, enquanto que o limite inferior é o Ponto de Murchidão Permanente.

Capacidade de Campo é a quantidade máxima de água retida no solo, medida alguns dias após um evento de saturação (chuva intensa ou evento de irrigação).

Ponto de Murchidão Permanente ocorre se uma planta puder retirar água do solo para satisfazer as suas necessidades, então começará a murchar, ou seja, o ponto em que a água já não está disponível para a planta.

Planta Água disponível é a diferença entre a capacidade do campo e o ponto de murchidão onde a planta já não pode extrair água do solo. Por outras palavras, nem toda a água retida no solo está disponível para as plantas.

É por isso que um Nível de Esgotamento Permitido é utilizado com base no tipo de solo e cultura. Na maioria das culturas cerealíferas e oleaginosas, os níveis de esgotamento permitidos são de 50% de capacidade do campo, enquanto que para as culturas hortícolas e de raízes, este nível é de 65% de capacidade do campo.

A ilustração mostra claramente que o solo de areia ou de argila tem uma disponibilidade limitada de água do solo para o desenvolvimento da cultura, enquanto que um lodo de lodo ou argila tem um tanque de gás muito maior de água do solo, e portanto um potencial de rendimento tipicamente mais elevado. Por outras palavras, o solo arenoso de argila precisa de ser recarregado mais frequentemente do que o solo argiloso de argila. A tabela abaixo ilustra que o solo grosso pode armazenar 5,7 polegadas (145 mm) de água até 4 pés ou 120 cm, enquanto o solo fino pode armazenar 10,4 polegadas (265 mm) de água na mesma profundidade de perfil.

Ok, já falámos sobre os factores que impulsionam o rendimento de uma cultura, mas como fazemos uma estimativa do rendimento até à data actual e depois até à maturidade de um campo? É aqui que o dispositivo IoT de campo e previsão entrar. Vamos explorar como isto é feito.

Configuração da Predição de Rendimento

Primeiro, é preciso definir espacialmente a localização do campo ou Cropzone(s) para a qual se pretende fazer a estimativa de rendimento. A ilustração abaixo mostra como isto é feito, definindo a zona de cultivo dentro de um campo. As zonas de cultivo são geralmente definidas com base no tipo de solo e topografia.

Uma vez que estamos a utilizar um modelo para prever o uso de água pela cultura, precisamos de definir vários parâmetros: tipo de cultura, sementeira e data de colheita prevista, melhor rendimento médio possível, humidade inicial do solo, tipo de solo, capacidade do campo e ponto de murchidão, estação de temperatura do ar e fonte de chuva, como mostra a ilustração abaixo.

Para a selecção de dispositivos IoTA temperatura é utilizada para estimar o desenvolvimento da cultura, enquanto o medidor de precipitação é utilizado para captar a quantidade de água adicionada ao solo. Assim, a estação com o medidor de precipitação deve estar dentro ou na borda do campo para garantir que os valores são representativos desse campo.

O dispositivo de temperatura pode estar na mesma estação ou a partir de uma estação que esteja próxima, uma vez que a temperatura não muda muito numa curta distância espacial como a precipitação. As ilustrações abaixo mostram dois tipos de estações que podem ser utilizadas µMETOS ou nMETOS para este tipo de aplicação.

A humidade inicial do solo é importante uma vez que fixa a quantidade de água do solo disponível no momento da sementeira com base no tipo de solo (quanta água está no tanque de gás no início do ano). A alteração destes dois valores criará cenários de rendimento diferentes (ferramentas de planeamento) para a zona de cultivo.

Resultados da Predição de Rendimento

Ok, discutimos a importância de ter um dispositivo IoT com uma previsão para ajudar a reduzir os riscos incontroláveis que os agricultores enfrentam, mas como é que isto funciona para a previsão do rendimento?

Para a solução de previsão de rendimento, utilizamos Previsão normal a longo prazo (precipitação média normal) até à data actual e à maturidade fisiológica. Utilizamos também um Previsão do ajuste sazonal que utiliza as condições observadas (precipitação) até à data mais uma previsão sazonal ajustada com base no tipo de estação (húmida, normal, ou seca). Estes termos e ilustrações são descritos abaixo.

Termos Utilizados no Gráfico de Previsão de Rendimento:

  • Rendimento "até à data" (época actual): Esta previsão inclui a sua precipitação medida pela estação desde a sementeira e a sua definição da humidade inicial do solo. Assume que não haverá mais precipitação depois de hoje para o resto da estação, ou seja, o pior cenário possível.
  • Previsão da maturidade fisiológica da cultura: A previsão da finalização da formação de rendimento (ou seja, sem aumento do rendimento após esta data). Note-se que a colheita é normalmente algumas semanas depois, dependendo da cultura, uma vez que os grãos precisam de secar.
  • Rendimento previsto na colheita (estação normal a longo prazo): Isto pressupõe chuva média (estação normal) para toda a estação, começando com as suas definições de humidade inicial do solo.
  • Rendimento previsto na colheita (estação actual + previsão de chuva): Este valor considera não só a humidade inicial do solo e a precipitação medida pela estação desde a sementeira, mas também um previsão sazonal até à data de maturidade fisiológica prevista para a cultura. No entanto, tenha em mente que as previsões de chuva sazonais vêm com considerável incerteza. Note-se que quando hoje passar a data de maturidade fisiológica da cultura, este valor será idêntico ao rendimento "hoje" (ver acima), uma vez que neste momento, a previsão baseia-se inteiramente em dados medidos por estação.

Por favor note: Os valores de rendimento previstos representam uma estimativa do rendimento potencial na colheita. Esta estimativa baseia-se largamente em estimativas (medida, média histórica, e previsão) de precipitação. Outros factores limitantes do rendimento, tais como pragas, doenças, fertilidade do solo, e outros, não são (actualmente) considerados. Não há garantias de que o seu rendimento real na colheita esteja dentro dos intervalos apresentados. No entanto, os valores previstos podem servir como uma indicação na estação do ano para saber se o rendimento da cultura é susceptível de descer abaixo ou bater a média histórica. Utilize esta informação adicional ao tomar decisões de gestão, tais como fertilização ou irrigação.

A ilustração abaixo mostra a previsão ajustada sazonal prevista e a previsão normal a longo prazo. Claramente, a estação é muito mais seca do que o normal, resultando em fracos rendimentos. A decisão de gestão pode ser a de reter quaisquer outros nutrientes devido à falta de água do solo para o rendimento. Com base nesta decisão, outras práticas de gestão seriam provavelmente também ajustadas.

Em combinação com previsão de rendimento, são oferecidas imagens de satélite para o campo ou zona de cultivo específico. Oferecemos dois índices de satélite do satélite Sentinel 2 (resolução de 10 metros): LAI (índice de área foliar) e NDVI (índice de vegetação de diferença normalizada). Cada um pode ser utilizado para observar a quantidade de cobertura do solo ou o vigor da cobertura do solo e vegetação. Quanto mais alto o número ou mais brilhante o verde na legenda significa uma cultura mais vigorosa.

A imagem abaixo ilustra o "green-up" da cultura durante a época de cultivo com as diferenças na saúde das plantas em todo o campo. As áreas verdes mais altas representam culturas mais saudáveis, enquanto os valores beges representam menos vigor vegetal. A imagem mostra mais claramente a variabilidade no campo ou o desenvolvimento anormal que pode ser mais investigado para outras preocupações de gestão: água, fertilidade, doenças, ou questões relacionadas com insectos. O valor do pico NDVI ou pico da curva tem sido associado ao potencial de rendimento excessivo e ao desenvolvimento do pico da biomassa. Isto também é claramente visível na imagem abaixo.

Se tiver dados combinados de colheitadeiras, pode também comparar os resultados com as imagens de satélite, como mostra a ilustração abaixo. As áreas NDVI mais elevadas estão associadas a rendimentos combinados mais elevados.

O que aprendemos e quais foram os resultados?

Com base no rendimento previsional da zona de cultivo e na informação por satélite, um agricultor pode ajustar importantes decisões de gestão durante a época de cultivo relativamente à água, doenças, gestão de insectos e aplicação adicional de fertilizantes. Melhorar a gestão dos nutrientes: a taxa e o tempo certos para maiores rendimentos e qualidade das culturas. Para o campo de demonstração utilizado nesta palestra, a Yield Prediction Solution estimou um rendimento médio de 22 bu/acre, que é muito pobre devido a um ano seco, enquanto que o rendimento médio combinado foi de 20 bu/acre. Assim, tal como discutido anteriormente, um dispositivo de campo de IOT deve ser acompanhado de uma previsão a nível de campo para melhorar as decisões de gestão, a fim de ajudar a reduzir o risco incontrolável que um agricultor enfrenta nas operações do dia-a-dia.

Sobre o Autor:
Guy Ash tem trabalhado como agro-meteorologista e especialista em ciência da observação da terra durante os últimos 30 anos. Actualmente, é o Global Training and Key Accounts Manager no Canadá para o Pessl Instruments, Áustria. Pessl Instrument é uma empresa de IoT que fabrica hardware (registadores e sensores) e soluções de software que se concentram no sector agrícola. Trabalhamos em mais de 85 países e temos mais de 70.000 dispositivos e 700.000 sensores implantados para uma vasta gama de aplicações agrícolas: gestão de doenças, irrigação, humidade do solo, armadilhas para insectos, câmaras de colheitas, estações meteorológicas, fertilidade do solo, etc. Uma das suas funções é fornecer formação global para uma extensa lista de soluções de IOT para uma grande variedade de culturas - arroz, trigo, soja, laranjas, milho, canola, forragens, uvas, frutas e vegetais, etc.

Avatar-Guy

Guy Ash,
METOS® Gestor de Formação Global