Medida del estado de N del cultivo mediante sensores ......Protocolo de medida consistente en cuanto a hojas seleccionadas y ... Yara N-Sensor®, más de 800 unidades (hasta 2009)

Medida del estado de N del

cultivo mediante sensores ópticos

proximales

Francisco M. Padilla

Departamento de Agronomía, Universidad de Almeria

http://www.ual.es/GruposInv/nitrogeno/index.shtml

[email protected]

Sensores que miden propiedades ópticas de las plantas (transmitancia, reflectancia, fluorescencia) que son muy sensibles a la cantidad de N del cultivo

Las medidas de los sensores ópticos están estrechamente relacionadas con la cantidad real de N del cultivo, por lo que pueden proporcionar una estimación fiable del estado de N

Medidas en contacto con la hoja o a pocos centímetros (p. ej. 60 cm) de la planta en intervalos de tiempo regulares o en momentos críticos

Resultados obtenibles directamente en campo con poco o nulo procesamiento de datos

Uso principalmente en cultivos de trigo y maíz en EE.UU. y norte de Europa, pero con muy poca aplicación en cultivos hortícolas

Amplio rango de sensores disponibles, con grandes variaciones en el tipo de medida y el nivel de sofistificación y coste (desde instrumentación científica a sensores low-cost)

¿Qué son los sensores ópticos?

Francisco Padilla, Departamento de Agronomía, Universidad de Almería

Sensores ópticos y propiedades ópticas de las plantas

Luz emitida sensor/ luz incidente solar

Luz transmitida

Luz reflectadaEmisión de fluorescencia

Sensores de transmitancia (Medidores de clorofila)

Sensores de reflectancia o radiómetrosFluorímetros


¿Por qué medir la cantidad de clorofila para manejar el N?• Relación directa entre contenido de N y cantidad de clorofila en hoja

Medidores de clorofila y N

Mayor cantidad de N en la planta, más clorofila: absorbe más rojo (transmite menos rojo)

Menor cantidad de N en la planta, menos clorofila: absorbe menos rojo (transmite más rojo)

Ro

jo

NIR

La clorofila absorbe la luz roja y transmite gran parte de la NIR


Relaciones con alto R2 durante la mayor parte del cultivo de melon y tomate

Las medidas del sensor de clorofila son indicadoras del contenido de N real del cultivo

Evaluación de un medidor de clorofila como indicador del contenido de N del cultivo

R2 medio para todo el cultivo de 0.63


Clorofila(unidades SPAD)

40 45 50 55 60 65

Conte

nid

o d

e N

del cultiv

o (

%)

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

R2 0.81

Clorofila(unidades SPAD)

40 45 50 55 60 65

Con

tenid

o d

e N

de

l cu

ltiv

o (

%)

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

R2 0.92

Padilla et al. 2014. Eur J Agr

Padilla et al. 2015. Ann App Biol


Consideraciones de los medidores de clorofila y N

Aportan una medida adimensional (índice) de la cantidad de clorofila

Medidas en una superficie muy pequeña de la hoja (varios mm2) Alta replicación para reducir la variabilidad (¿cuántas plantas?)

Protocolo de medida consistente en cuanto a hojas seleccionadas y posición en la hoja

Ausencia de una relación única entre medidas de clorofila y cantidad de nitrógeno en hoja, aplicable a todos los cultivos y fases fenológicas

Coste económico, pero hay sensores de bajo coste

SPAD-502 N-tester Apogee atLeaf+2,000€ 2,000€ 2,900€ 260€

Sensor:

Precio aproximado:


Las plantas absorben y reflectan luz visible y NIR según su contenido de N

Sensores de reflectancia

A mayor N en planta, más biomasa y clorofila: más absorción del visible (menor reflectancia)

A menor N en planta, menos biomasa y clorofila: menor absorción del visible (mas reflectancia)

Reflectancia Visible y NIR

Luz emitida


Relaciones con alto R2 durante la mayor parte del cultivo de melón y tomate

Las medidas de reflectancia son buenos indicadores del contenido de N

NDVI

0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90

Conte

nid

o d

e N

del cultiv

o (

%)

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

R2 0.82

Evaluación de medidas de reflectancia como indicadores del contenido de N del cultivo


Padilla et al. 2014. Eur J Agr

NDVI

0.60 0.65 0.70 0.75 0.80

Con

tenid

o d

e N

de

l cu

ltiv

o (

%)

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

R2 0.96


Padilla et al. 2015. Ann App Biol


Consideraciones de los sensores de reflectancia

Proporcionan índices de vegetación a partir de medidas de reflectancia de luz visible (rojo, verde, rojo lejano) y NIR

• Índices de vegetación = Ecuaciones matemáticas: NDVI, RENDVI, RVI, GVI• NDVI es el índice más usado

Sensores proximales (medidas a varios cm o m). Campo de visión mas amplio

Protocolo de medida consistente (ángulo y distancia al cultivo)

Ausencia de una relación única entre índices de vegetación y cantidad de N, aplicable a todos los cultivos y fases fenológicas

Coste económico, pero hay algunos sensores de bajo coste

Crop Circle ACS470 GreenSeeker6,500€ 690€

Sensor:

Precio aproximado:


Sensores de reflectancia en el mundo real

Yara N-Sensor®, más de 800 unidades (hasta 2009). Fuente: Yara Electronic Products (M. Gomes)

Medida NDVICálculo de necesidades

de fertilizante NAplicación de N


¿Cuál es el nivel de N óptimo o crítico de un cultivo? • Máximo crecimiento (fruto + hoja + tallo) • Máximo rendimiento (solo fruto)

Los sensores ópticos son buenos indicadores del contenido real de N de los cultivos pero son de poca ayuda si no sabemos qué valores corresponden a un contenido de N óptimo

¿Qué valores de los sensores ópticos corresponden a un N óptimo?

NDVI

0.60 0.65 0.70 0.75 0.80

Con

tenid

o d

e N

de

l cu

ltiv

o (

%)

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

R2 0.96

Medida sensor óptico

¿Cuál es el óptimo?

Contenido de N del cultivo (%)

Cre

cim

ien

to(k

g m

ater

iase

cam

-2)

N óptimo

Contenido de N del cultivo (%)

Ren

dim

ien

to(k

g fr

uto

m-2

)

N óptimo


Cultivos experimentales con al menos 3 tasas de N (deficiente-óptimo-excedentario)

Determinaciones periódicas del contenido de N del cultivo, MS, rendimiento, medidas ópticas

Hemos determinado el contenido de N óptimo y valores suficiencia de sensores ópticos para melón, tomate y pepino. Padilla et al. 2014. Eur J Agr; Padilla et al. 2015. Ann App Biol

Los valores de suficiencia se pueden ajustar para las principales etapas fenológicas del cultivo

Cro

p b

iom

ass (

kg

ha

-1)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

N1

N2

N3

N4

Days after transplant (DAT)

0 20 40 60 80 100 120 140

Cro

p N

co

nte

nt

(%)

1

2

3

4

5

Cro

p b

iom

ass (

kg

ha

-1)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

N1

N2

N3

N4


0 20 40 60 80 100 120 140

Cro

p N

co

nte

nt

(%)

1

2

3

4

5


20 40 60 80 100 120

Chlo

rophyll

mete

r re

adin

gs

(SP

AD

units)

40

45

50

55

60

65N1

N2

N3

N4


20 40 60 80 100 120

ND

VI

0.60

0.64

0.68

0.72

0.76

0.80

0.84

Estudios complejos para determinar el contenido de N óptimo de un cultivo y valores de suficiencia

Días después trasplante Días después trasplante

Co

nte

nid

o N

cu

ltiv

o (%

)

Med

ida

sen

sor

óp

tico

(ND

VI)


Resumen de sensores ópticos y N Los sensores ópticos pueden ser usados como indicadores del contenido de N y rendimiento

del cultivo para un manejo óptimo del N a través de los valores de suficiencia, pero….

Los valores de suficiencia parece que son específicos de cada especie, ¿y variedad vegetal?

Determinar los valores de suficiencia requiere de investigación compleja

Las medidas de algunos sensores ópticos pueden estar influidas por otros factores aparte delN (asumimos que no hay estrés hídrico)

No hay un sensor que destaque de forma general sobre los demás por ser más preciso, hay unconjunto de aspectos que determina la idoneidad (campo de visión, precio, etc.).

Gran parte de los sensores ópticos son “instrumental científico” poco accesibleseconómicamente; afortunadamente, empiezan a aparecer sensores de bajo coste


Fase prescriptiva: plan de fertilización basado en modelos (VegSyst-DSS)

Fase de monitorización: medir periódicamente, o en periodos críticos, con distintas herramientas de monitorización de suelo y planta (savia, foliar, sensores ópticos, etc.) para evaluar si el cultivo está dentro de losmárgenes de suficiencia

Fase correctiva: ajustes en la fertilización para corregir desviaciones

Almería es un entorno ideal para optimizar la aplicación de N

¿Cómo se usarían las distintas herramientas para mejorar la fertilización de N de cultivos?

+

CAPACIDAD TÉCNICA PARA UNA APLICACIÓN DE N PRECISA A LOS CULTIVOS EN EL

MOMENTO NECESARIO

+


Departamento de Agronomía, Universidad de Almeria

http://www.ual.es/GruposInv/nitrogeno/index.shtml

[email protected]

Medida del estado de N del cultivo mediante

sensores ópticos proximales

Francisco M. Padilla

Agradecimientos

Proyectos de investigación del Plan Nacional de I+D+iAGL2008-03774/AGR (MICINN)AGL2012-39036-C03-01 (MINECO)

Contratos laboralesJuan de la Cierva (JCI-2010-07037)Ramón y Cajal (RYC-2014-15815)

Documents

Medida del estado de N del cultivo mediante sensores ......Protocolo de medida consistente en cuanto a hojas seleccionadas y ... Yara N-Sensor®, más de 800 unidades (hasta 2009)