Sensores para la agricultura

Los sensores agrícolas permiten al agricultor tomar mejores decisiones en su explotación gracias a la información que recogen ayudando a obtener mejores rendimientos.

Sensores para la agricultura ¿Qué permiten?

Un agricultor toma decisiones constantemente en su explotación que afectan al rendimiento del cultivo, cuando y cuanto regar, cuando tratar para prevenir una enfermedad, donde tratar si hay una enfermedad activa, cuando aplicar fertilizantes… cualquier información que pueda ayudar a esta toma de decisiones al agricultor es muy valiosa, y con técnicas como la teledetección es posible obtener esta información.

La teledetección es la técnica que permite la obtención de datos del ecosistema suelo, planta y factores ambientales, sin entrar en contacto o interferencia con este ecosistema. Para no entrar en contacto con este ecosistema se utilizan sensores equipados en drones, satélites, o incluso en la parte alta de los pívots. El equipo en el que va instalado el sensor puede cambiar, pero siempre se requerirá de un sensor para la toma de estos datos. Al igual que hay distintos equipos para instalar el sensor, también existen varios sensores que sirven para la toma de diferentes datos según las necesidades del usuario.

¿Y cómo funcionan estos sensores? ¿Cómo permiten identificar problemas en una parcela agrícola?

Los sensores que se utilizan para llevar a cabo la teledetección en el ámbito agrícola se basan en como las plantas y los cultivos, absorben y reflejan la radiación electromagnética en varios puntos del espectro electromagnético.

El espectro electromagnético es la distribución energética de las ondas electromagnéticas, es decir, la radiación electromagnética que absorbe o emite un objeto. La radiación emitida o absorbida por un objeto es única, es como la huella dactilar en las personas, por tanto, sería lo mismo para las plantas y cultivos, cada cultivo tendrá su propio espectro electromagnético.

Varios estudios científicos han determinado que cuanto mayor es la reflexión, menor absorción, de las plantas en esta región espectral mejor es el estado general de la planta.

Dentro del espectro electromagnético existen varios tipos de radiación y solo la radiación de la luz visible es apreciable al ojo humano, la radiación infrarroja o la ultravioleta, entre otras, son radiaciones que emiten y absorben los objetos, pero que no apreciamos a simple vista. Estas radiaciones, aunque no sean apreciables por el ojo humano, pueden medirse con sensores específicos y pueden aportar información muy valiosa sobre el objeto que se está observando.

En el caso de las plantas y cultivos, se puede medir la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación para identificar si el cultivo se encuentra dentro de los parámetros normales para ese cultivo. En el caso de que no sea así, puede ser porque “algo” está afectando a su correcto desarrollo, puede ser una enfermedad, una carencia nutricional, un déficit de agua… todas las posibles causas de una reducción de rendimiento en una explotación.

La diferente absorción o emisión de radiación por parte de los cultivos se debe a los diferentes pigmentos que contienen. La clorofila, entre otros pigmentos, hacen que la planta emita una mayor cantidad de radiación en ciertos rangos y absorba la radiación en otros, generando su huella dactilar. En el caso de las plantas el ojo humano lo percibe como color verde por su gran contenido de clorofila, que absorbe el color azul y el rojo y refleja el color verde.

A parte de la absorción del color azul y rojo en el espectro visible, y la reflexión del color verde también en el espectro visible se ha descubierto que hay otra radiación que es muy importante para las plantas, la región espectral del infrarrojo cercano (NIR, por sus siglas en ingles Near InfraRed). Varios estudios científicos han determinado que cuanto mayor es la reflexión, menor absorción, de las plantas en esta región espectral mejor es el estado general de la planta.

La teledetección es la técnica que permite la obtención de datos del ecosistema suelo, planta y factores ambientales, sin entrar en contacto o interferencia con este ecosistema

Los diferentes sensores que están disponibles en el mercado son capaces de capturar información en diferentes rangos del espectro electromagnético, es decir a diferentes longitudes de onda.

• Sensores en el espectro visible, cámaras RGB, con estos sensores solo se obtiene imágenes dentro del espectro visible, fotografías de la parcela de estudio que permiten observar que está ocurriendo en la parcela desde una perspectiva elevada. Se pueden utilizar para la detección de diferencias en el verdor del cultivo, detectar fallos en la actividad de la siembra o la detección de alguna zona afectada por plagas y enfermedades en explotaciones de gran tamaño. Su utilización no está muy extendida por la escasa cantidad de información que se puede extraer de estas imágenes. Serán preferibles otro tipo de sensores que nos aporten datos más relevantes, que sean medibles y comparables.
• Sensores multiespectrales, permiten observar pequeños cambios en la radiación visible e infrarroja que las plantas pueden reflejar. Su aplicación en el manejo de los cultivos nos permite detectar plantas con estrés. Gracias a estos sensores se pueden detectar cambios en la vegetación mucho antes de que sean apreciables al ojo humano, lo que permite una ventaja enorme a la hora de evitar el estrés de la planta y mejorar su producción. Existen distintos tipos de sensores multiespectrales:
  • Sensores de hasta 6 bandas, pueden llegar a tomar valores de hasta 6 bandas espectrales, siendo posible seleccionar distintos tipos de bandas mediante filtros. Se van a utilizar para el estudio de parámetros relacionados con la vegetación, por lo que, las bandas que vamos a utilizar son las de los rangos de verde, rojo e infrarrojo cercano (NIR), donde la planta presenta su mayor respuesta de absorbancia y reflectancia.
  • Sensores hiperespectrales, puede conseguir hasta 400 bandas del espectro comprendido entre 450 y 950 nanómetros, consiguiendo con ello la máxima información espectral correspondiente a la vegetación del cultivo. Creando cubos hiperesprectrales, con información no solo de la vegetación superficial sino también de las capas superficiales del suelo. Solo presentan un inconveniente, su elevado coste y dificultad de procesamiento de datos, que implica la necesidad de un software muy avanzado.
• Sensores térmicos, permiten estudiar la temperatura que tiene en cada parte de la parcela y en cada momento un cultivo. La información que recoge corresponde a espectros cercanos al infrarrojo lejano (8-14 μm) donde podemos observar la temperatura emitida por los vegetales del área de estudio. Esta información permite detectar estrés hídrico en zonas específicas del cultivo y corregirlo evitando así perdidas de rendimiento. La temperatura de las hojas de la planta aumenta debido al fenómeno de evapotranspiración.

Para la interpretación de todos estos valores de reflexión y absorción de radiaciones electromagnéticas, y su posible estudio y comparación, existen índices vegetales que permiten combinar la cantidad de radiación electromagnética reflejada en los distintos espectros y obtener un valor comparable entre plantas.

Uno de los índices más utilizados es el Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada (NDVI, por sus siglas en inglés Normalized Difference Vegetation Index), se calcula utilizando la información de radiación reflejada en las bandas electromagnéticas del color rojo y el infrarrojo cercano:

Por tanto, según esta fórmula y el gráfico siguiente, cuanto mayor radiación se absorba en el rango espectral del color rojo y menos en el rango de infrarrojo cercano más alto será el valor del índice NDVI y más sana estará la planta, cuanto mayor es el valor del índice mejor desarrollo tiene el cultivo. Es decir, cuanto más radiación de refleje en el rango espectral del infrarrojo cercano y menos se refleje en el rango espectral del color rojo, ya que, la radiación que no se absorbe, se refleja y viceversa, mayor será el índice NDVI del cultivo. Esto concuerda con la explicación anterior sobre la absorción y reflexión de los cuatro rangos espectrales que más afectan a los pigmentos de las plantas.

Si quieres conocer más de cómo funcionan estos sensores y que información pueden aportar para mejorar la agricultura, todo ello se estudia en profundidad en el Máster en Agro 4.0. del AgroTech Campus, perteneciente a ENIIT Business School, si quieres formarte en las últimas tendencias de la agricultura de precisión no dudes en ponerte en contacto con ellos.

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