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AGRICULTURA DE PRECISÃO
Nova Filosofia de Trabalho na Agricultura
Luciano Shozo Shiratsuchi
Pesquisador
Agricultura de Precisão e Sensoriamento Remoto
Embrapa Agrossilvipastoril
luciano.shiratsuchi@embrapa.br
Agosto 2012
Sumário
Antecedentes Considerações Gerais Histórico Ferramental Disponível Estado da Arte Estudo de Caso Projetos da Embrapa na área “Capacitação para geração de mapas temáticos”
Antecedentes
1994 – 1999 :USP – ESALQ : Agronomia
1997: Primeiro contato com AP
● Fazenda Areiao sob supervisão de Luis Fernando ● Colheita monitorada com balança de pesagem instalada no vagão da colhedora e GPS com
correção diferencial via rádio frequência
1998: Estagiário da Dedini Açucar e Alcool: trabalhando com sensores Auteq para
gerenciamento da frota de máquinas agrícolas
1999: Recém-formado contratado da ABASP trabalhando na área de feijão e milho doce.
2000 – 2002: Mestrado: USP – ESALQ: Fitotecnia
● Trabalhando com mapeamento de plantas daninhas e sua correlação com a fertilidade do solo. Dr. Pedro Christoffoleti, Dr. José Paulo Molin, Dr. Lawrence Lass
2002 – 2008: Embrapa Cerrados ● Pesquisador B
2008 – 2012: PhD: Universidade de Nebraska: Ciência do Solo
2012 – presente: Embrapa Agrossilvipastoril
● Pesquisador A
Considerações Gerais
Variabilidade
Espacial
Considerações Gerais
OBJETIVOS
Reconhecer a Variabilidade Espacial da área agrícola Conhecer a posição geográfica dos fatores medidos Gerenciar localizadamente as áreas agrícolas Não aplicar insumos pela média Otimizar a aplicação de insumos Aumentar a produtividade Reduzir custos de produção Diminuir a poluição ambiental
Histórico
Primeiro mapa de aplicação localizada
● 1929 – Linsley & Bauer
● Confecção de mapa de
aplicação de calcário
● Economia de 20 % do insumo aplicado
● Aumento de produtividade
● Otimização da absorção de micronutrientes
1925
Artigo clássico ● Fairfield Smith. An empirical law describing heterogeneity in the yields
of agricultural crops. The Journal of Agricultural Science, 28: 1-23. 1938.
Revolução Verde - Esquecimento
Surgimento de Computadores Microeletrônica embarcada Sistemas de posicionamento Sensores e softwares Máquinas agrícolas de alto rendimento
VIABILIZAÇÃO DA AGRICULTURA DE PRECISÃO
Ferramental disponível
Sistema de Posicionamento Global - GPS
Inicialmente – criado para fins militares
GPS
Abolição da S/A
GPS com S/A – Disponibilidade Seletiva
1 – 3 de maio de 2000
Correção Diferencial
Correção Diferencial
Novos Sistemas de Posicionamento
WAAS – correção diferencial gratuita - EUA GPS com algoritmos de correção GPS - RTK Empresas com satélites próprios Precisões de 100 – 15 – 1 – 0,05 m Barateamento de receptores
● R$ 350 a R$ 30.000
Guia de máquinas
• Gerenciamento de Máquinas Agrícolas - Aumentar janela de plantio
• Aumentar a acurácia da aplicação de insumos
• Reduzir desperdício
Fonte: Embrapa Cerrados
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
1 4 6
Emgopa 316
Nina
Flora
Rosa
22/10 30/11 31/12
Fonte: Embrapa Cerrados
Guia de máquinas
• Aumentar a acurácia da aplicação de insumos
• Reduzir desperdício, 40% de todos autopropelidos nos EUA
Guia de máquinas + Piloto automático
• Aumentar janela de plantio – Adubação Pré Plantio no Sulco
• Melhorar arranjamento espacial, otimizando arquitetura da planta - stand
Fonte: Embrapa Cerrados
SIG Programas de Sistemas de Informações Geográficas
Sensores
Gravação sistemática de dados em formato texto
Fonte: Embrapa Cerrados
Sensores disponíveis no mapeamento de produtividade
Sensores disponíveis no mapeamento de produtividade
Sensores disponíveis no mapeamento de produtividade
Sensores disponíveis no mapeamento de produtividade
AGRICULTURA DE PRECISÃO EM PEQUENA PROPRIEDADE
Goiabeira em Piracicaba
Lápis de construção na geração de 3 tonalidades para produtividade de
goiaba por arvore
Estado da Arte
Mapeamento da fertilidade do solo
Caminhamento dentro da grade amostral
Cortesia: Agroexata
Onde amostrar? Quantas amostras por hectare?
Mapa Diagnóstico - Tratamento
Mapa de K Mapa de tratamento
Mapa do teor de potássio no solo
Mapa de doses recomendadas de potássio no solo
Mapa de doses aplicadas de potássio no solo
Sensoriamento Remoto
Fonte: Adamchuk et al (2010)
Sistemas para sensoriamento remoto
Fonte: Resource 21
VRT usando sensoriamento remoto
Veículos aéreos não tripulados - VANTS
Duas bandas diferentes do espectro – VIS / NIR
Máscara para remoção de efeitos reflexivos e de solo exposto
Classificação dos alvos em diferentes bandas
NIR 880 masked – DV <=119
Máquinas para aplicação localizada
Fonte: Agroexata
Máquinas para aplicação localizada
Máquinas para aplicação localizada
Sistema de rastros
Fonte: Agroexata
####################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################### ############################################ ################################################ #################################################### ####################################################### ############################################################# ################################################################# #################################################################### ######################################################################## ############################################################################# 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Levflorbradc2005.shp
# 0 - 1.74
# 1.74 - 4.22
# 4.22 - 7.18
# 7.18 - 11.26
# 11.26 - 17.17
Grade amostral 50x50m.shp
Boundary_ 109ha.shp
Boundary_ 141 ha.shp
N
EW
S
Mapeamento de Plantas Daninhas
Mapeamento de Plantas Daninhas
Mapeamento de Pragas
Área atacada Área Sadia
Área atacada Área Sadia
Produtividade da Soja
INTERVALO
Utilização de sensores na AP
Por que usar sensores??
Veris
Fonte: USDA/ARS, Kitchen et al (2003)
Sensores para mapeamento da compactação do solo
Cortesia: Viascheslav Adamchuk
Compactação do Solo
Cortesia: Viascheslav Adamchuk
Condutividade eletrica do solo Compactação do solo
Milho 2000 Soja 2002
????
2005
Veris MSP
$@#$*%
Mapa de pH realizado com grade amostral de solo e pelo sensor
Comparação de formas de mapeamentos
Cortesia: Viascheslav Adamchuk
Princípio de funcionamento do Veris MSP
Plantas Daninhas
Planta
daninha
Cultura
Sensor de
velocidade
Computador
Controlador
de
Pulverização
Válvulas
solenóides
Velocidade
Processador
das imagens
Câmeras
Cortesia: L. Tian - Illinois
Protótipo experimental
Índice de Suficiência de N (ISN)
ISN = VI alvo / VI referência
ISN é uma normalização que integra efeitos de
híbridos, estrutura do dossel, clima.
(Schepers et al., 1992)
Chlorophyll meter - SPAD
0
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30
40
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60
40
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0
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76
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0
84
0
88
0
Wavelength (nm)
Re
fle
cta
nce
(%
)
0
75
150
300
BASE PARA APLICAÇÃO DE NITROGÊNIO EM TAXAS VARIÁVEIS
ACTIVE CANOPY SENSORS
Holland Scientific – Lincoln, Nebraska
Trimble (Ntech)
Yara
Topcom
Source: Holland Scientific and Oklahoma State University websites
FUSÃO DE MÚLTIPLOS SENSORES
Shiratsuchi (2011)
IRRIGAÇÃO DE PRECISÃO
Variação de lâmina de irrigação
Economia de água e energia
Rapidez
Utilização de insumos em taxas variáveis
(herbicidas, fertilizantes, fungicidas)
POR QUE AP DEVE SER PRIORIDADE POR PRODUTORES?
Teto de
produtividade já
atingido?
Impacto do
melhoramento
genético foi
somente adaptação
à stress?
Manejo x
Melhoramento?
FERRAMENTAS ESTATÍSTICAS
Geoestatística
Modelos de crescimento de culturas (DSSAT, Hybrid Maize, etc.)
Análise de Componentes Principais
Estudo de Caso 1
AREA CONVENCIONAL
•Área de plantio de soja: 7000 ha
•Adubação US$ 380/ha
•Herbicidas US$ 180/ha
•Inseticidas US$ 50/ha
TOTAL US$ 4.270.000
Diferença entre AP e Conv US$ 490.000
AREA COM APLICAÇÃO LOCALIZADA AGRICULTURA DE PRECISÃO
Área: 7000 ha Economias esperadas Adubação: Fórmula variável (10%) US$342/ha Herbicidas: Mistura de produtos (15%) US$153/ha Inseticidas: Spot treatment (10%) US$45/ha
TOTAL US$3.780.000
Estudo de Caso 2
Área: 4000 ha Aplicação em taxas variáveis de K
Cloreto de potássio: US$ 332 /tonelada Custo com AP
Coleta de solo: US$ 2/ha Laboratório de solos: US$ 3/ha Consultoria e custos indiretos: US$ US$ 7/ha Total: US$ 12/ha
Taxa fixa: 198 kg/ha KCL totalizando US$ 262.000,00 AP: 80 kg/ha KCL, totalizando US$ 106.000,00
DIFERENÇA entre K em taxas variáveis e em dose uniforme:
US$156.000,00
(Economia de 40% de KCL)
KCL uniforme x taxas variáveis
Adquiriu um aplicador em taxas variáveis da
Stara, modelo Brutus 12000
US$ 35.500
Equipou 6 colhedoras com sistema de
mapeamento da produtividade:
US$15.000
Equipou 3 pulverizadores autopropelidos com
sistema de controle de seção e taxas variáveis
de líquidos
US$10.000
Fonte: www.stara.com.br
Estatísticas - 2010
BRASIL
VRT ~ 1.000.000 ha (30% PD no Cerrado) Monitores de produtividade ~ 400 unidades Lucratividade ~US$ 50 / ha
EUA
VRT ~ 55 % da área de soja e milho Monitores de produtividade ~ 60% da frota de colhedoras Lucratividade ~ US$ 60 / ha
Argentina
VRT ~ 500.000 ha Monitores de produtividade ~ 800 unidades Lucratividade ~US$ 35 / ha
Equipe de Agricultura de Precisão
PESQUISADORES ÁREA Atribuições
Álvaro Vilela Resende Fertilidade do solo Orçamento
Charles Martins de Oliveira Entomologia Cronologia
João de Deus G. Santos Fertilidade do solo Cronologia
José Roberto Antoniol Fontes Manejo Integrado de Plantas daninhas Memorial
Lineu N. Rodrigues Irrigação Projetos
Luciano Shozo Shiratsuchi Agricultura de Precisão Cronologia
Marcos Aurélio C. de Sá Manejo e Conservação de Solo e Água Projetos
Marina de Fátima Vilela Geoprocessamento Estoques e Laboratórios
Áreas de atuação
PROJETOS
MP1 (01.02.5.01.02) “Rede de conhecimento em Agricultura de Precisão para condições dos Cerrados e dos Campos Gerais”
MP3 (03.04.0.01.60) “Áreas Piloto de Agricultura de Precisão em Sistemas Agrícolas do Cerrado”
PULICAÇÕES DA EQUIPE: 28
ORGANIZAÇÃO DE EVENTOS : 08
Abordagem Geral – MP1
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Abordagem de Mapeamento Grade Amostral (50x50m) Fertilidade do solo Plantas daninhas Estande de plantas Manejo de pragas Manejo de plantas daninhas
Software desenvolvido utilizando k-means para discriminação de zonas homogêneas
Índice de cone (Pa) Produtividade (ton/ha)
(a) (b)
MAPEAMENTO DA COMPACTAÇÃO DO SOLO
Como aumentar o rendimento da colheita monitorada??
Simulação com 4, 6, 8 e 10 passadas de 5,6 m
Kriging??
2 4 6 8 10
> 85% 89% 95% 73% 76%
RENDIMENTO DE MONITORAMENTO DE
COLHEITA DE 600%
Sensor de Altura Embrapa Cerrados / EEE - UFG
Sensor de Altura Embrapa Cerrados / EEE - UFG
Exemplo de sistema de produção em sucessão
Capacitação em amostragem georreferenciada
Considerações Gerais
● Conceito de Tecnologia ● Tudo que é novo ou complexo tem resistência das pessoas,
principalmente para “os que sabem muito” ● AP já tem 20 anos, mas o ferramental ainda deve ser dominado
pelo usuário (técnico) e a ciência deve se adaptar a trabalhar em maiores patamares de produtividade e sustentabilidade.
Softwares gratuitos utilizados
● GPS Trackmaker ● Open Office – Calc ● Vesper ● Wayp2shp (freeware) ● Google earth (freeware)
Processos
GPS Trackmaker
Open Office
Vesper
SMS
Regeemy
GPS Trackmaker
Fase mais importante da AP
ANALISE DE DADOS
Grade amostral
Grades amostrais
Amostragem em diagonal
Amostragem em grade
Grid Sampling
Subamostras
Gravando dados do GPS Trackmaker como texto
GPS Trackmaker como texto:
amostragem de solo.txt
Trabalhando com planilhas
Formatando dados
Tabulando os dados com os resultados de análises de solo
Mapa de P gerado no Vesper
Resultado da interpolação
Arquivo txt:
K_kriged.txt (potássio estimado pela interpolação por
krigagem)
Para exportar em formato shp para as diversas
máquinas com controladores VRT utilizar o software
wayp2shp
Se o sistema aceitar em formato dbf IV utilizar o excel
ou o open office.
Sumário
Visão geral básica da variabilidade espacial e como abordar
usando ferramentas da AP
Estado da arte da AP: enfoque forte no manejo da fertilidade do
solo
Sensores para obtenção de amostragem intensa aumentando a
confiabilidade dos mapas e reduzindo custos com laboratórios
Estudos de Caso
Projetos da Embrapa na área
Mini-capacitação para geração de mapas georreferenciados.
Projetos em andamento
MP1: Grandes Desafios Nacionais
● Desenvolvimento de um algoritmo baseado em sensores para a recomendação da adubação nitrogenada em taxas variáveis
● Uso de sensores e fotografias aéreas no diagnóstico e manejo da adubação nitrogenada de cobertura no milho
Futuras Ações
Pesquisa ● Integração de sensores de solo e planta ● Sensoriamento remoto de baixa altitude ● Mapeamento e Zoneamento para geração de
banco de dados para produtores
Transferência de tecnologia
● Dias de campo em áreas de pesquisa ● Curso de AP para a realidade do MT
“Destruam as cidades e conservem os campos, e as cidades ressurgirão.
Destruam os campos e conservem as cidades, e estas sucumbirão”
Abraham Lincoln
Muito Obrigado! luciano.shiratsuchi@embrapa.br
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