Cálculo de Necesidades de Riego y Evapotranspiración Real de frutales mediante sensores de flujo de savia comerciales
"Los sensores de flujo de savia revolucionan el riego en frutales: precisión y eficiencia para los agricultores"
Durante décadas, el intento de instalar sensores en la plantas y utilizar éstas como “biosensores” para medir la interacción entre la humedad del suelo, las condiciones atmosféricas y la respuesta de la planta, se ha realizado mediante complejos instrumentos empleados por departamentos de centros de investigación y universidades, que miden efectos indirectos en la planta (como los dendrómetros, que miden la turgencia de los tejidos en hoja o tallo), o se han centrado en medir la cantidad de agua presente en los tejidos de la planta en un momento exacto de su ciclo de cultivo (como los medidores de potencial hídrico en tallo u hojas), o han intentado medir la cantidad de agua (savia) circulando por el tallo de la planta (medidores de flujo de savia).
La existencia de sondas de suelo, que miden la disponibilidad de agua para un cultivo a diferentes profundidades, son también elementos de medida indirecta, a veces complejas de instalar, pero fáciles de usar. Su limitación es que no proporcionan una medida directa del uso del agua por un cultivo, sino solamente la “descarga” de agua en el suelo, bien por percolación a horizontes más profundos del suelo, por evaporación del agua superficial o por absorción de las raíces y la transpiración de las plantas que habitan en él.
Muchos agricultores se han sorprendido en más de una ocasión, al ver signos evidentes de falta de agua en sus cultivos, cuando las sondas de suelo siguen dando lecturas de suficiente carga hídrica en los horizontes que se supone ocupan las raíces. Es ahí cuando los fisiólogos vegetales, alertan de que un efecto externo a la planta puede estar ocasionando un déficit de transpiración en el cultivo: por mucho riego que sigamos aportando, la planta está estresada, con estomas en las hojas cerrados, y no está funcionando con su régimen normal de transpiración; por tanto, su flujo de savia está “ralentizado” desde el sistema radicular hasta los estomas de las hojas. La transpiración de las plantas, si bien está relacionada con la cantidad de agua en el suelo, está totalmente condicionada por elementos externos como la temperatura, insolación, humedad relativa del aire, viento, estado fenológico del cultivo… y hasta por tratamientos fitosanitarios que pueden afectar puntualmente a la apertura de los estomas de las hojas.
Sensores de Flujo de Savia frente a otros Sensores y Sondas de Suelo
El reto de desarrollar un Sensor de Flujo de Savia para ser utilizado por agricultores
En 2020 un equipo multidisciplinar de fisiólogos vegetales, ingenieros agrónomos, analistas de sistemas, matemáticos e ingenieros electrónicos de Israel, plantearon el reto de desarrollar un sensor de flujo de savia para especies agrícolas leñosas, que diera a los agricultores una respuesta sencilla a la pregunta “¿es posible desarrollar un sensor de flujo de savia enfocado para su uso por el agricultor para tomar decisiones de riego inmediatas?”.
The challenge was to create a highly accurate sensor that also offered the following features for farmers:
- En primer lugar, el agricultor necesitaría disponer de unas instrucciones precisas sobre dónde situar los sensores dentro de sus parcelas, para que la medición fuera lo más representativa posible de cada sector de riego. Hoy en día, cada sector se maneja al completo con caudales regulados por una sola válvula de riego, independientemente de la variabilidad espacial de la parcela.
- Además, debería ser de muy fácil instalación, llegando incluso a la posibilidad de que, con un mínimo entrenamiento, cualquier agricultor pudiera instalarlo en sus cultivos, sin apenas la necesidad de supervisión de un instalador. La sencillez de la instalación debería pasar por una mínima intervención en el tronco de la planta, muy poco invasiva y de muy fácil recuperación del flujo de savia por una cicatrización perfecta de los tejidos del tallo.
- De igual manera, si el dispositivo fuera portátil, ligero, con buena autonomía de funcionamiento y sin mantenimiento, podría escalarse a todos y cada uno de los sectores de riego de las fincas de mayor tamaño y con un coste contenido.
Una vez obteniendo datos del flujo diario de savia en las plantas sensorizadas, el agricultor precisaría de una salida de información muy fácil y rápida de interpretar, que le diera la posibilidad de tomar decisiones “en tiempo real”, de aumentar o disminuir el caudal del riego en cada sector monitorizado. Este dato, ya sí que estaría basado en el agua que absorben las plantas y circula por ellas, y no solamente por la medida de su contenido en el suelo.
Sensor de Flujo de Savia de una sola sonda
De manera “invisible” para el agricultor, quedarían las partes más complejas a desarrollar, puesto que un sensor de mínimo tamaño y facilidad de inserción en el tronco, suponía que estuviera compuesto de una sola sonda que pudiera medir la cantidad de savia que fluye de manera ascendente por el sistema vascular del xilema del tronco. Este reto quedó resuelto con el efecto de la disipación de calor que produce el movimiento de savia al ascender por la pequeña zona del tronco calentada de forma artificial por la sonda insertada en él. De esta manera si, de forma periódica, cada hora, la sonda se calienta unos grados por encima de la temperatura ambiente y se puede medir el tiempo en que pierde dicha temperatura al disiparse el calor por el efecto de circulación de la savia, el incremento de este flujo de savia que se produce desde el amanecer, hasta el punto de máxima transpiración a medio día, y su decremento hasta que se detiene al llegar la noche, nos daría una medida perfecta de la transpiración de los árboles a lo largo de ese día y en esa parcela de cultivo.
¿Dónde y cuántos sensores deben situarse?
El segundo desafío, la situación de los sensores en la parcela, quedó perfectamente resuelto mediante la ayuda de las actuales imágenes satelitales multiespectrales de alta definición, que, con sus índices de variabilidad del cultivo (NDVI), zonifican cada sector de riego independientemente de la causa que motive dicha variabilidad en las plantas (suelo, pendiente, variedad, edad de los árboles, estado vegetativo…). Dependiendo de la superficie monitorizada, cada sector podría quedar representado con un valor optimizado de evapotranspiración media, mediante tres a cinco sensores estratégicamente situados en el sector de riego.
Evapotranspiración real (ETa) frente a la Evapotranspiración calculada (ETc)
La parte más compleja de todas es la interpretación de toda la información necesaria para el cálculo de la evapotranspiración de la parcela, que debe completar a la curva de flujo de savia diaria obtenida de los sensores. Habría que combinar la información meteorológica (ETo) de ese punto geográfico del planeta, con la especie vegetal que medimos (e incluso la variedad), el tamaño medido en el tronco, el tipo de suelo, la densidad de plantación, su edad y cobertura de copa, el dimensionado de la red de riego… mediante un algoritmo que fuera capaz de calcular el valor de la Evapotranspiración real (ETa) media de ese sector de riego.
Ese valioso dato de Evapotranspiración real, reemplazaría al de Evapotranspiración calculada (ETc) que, hasta ahora sólo se podía calcular mediante la archiconocida ecuación ETo x Kc = ETc, donde tan sólo se disponía de la ETo proveniente de las estaciones meteorológicas próximas, ya que los coeficientes de cultivo (Kc) son valores teóricos calculados para cada cultivo, en unos cuantos puntos de la geografía mundial y para periodos fenológicos determinados.
Desde finales de 2021, con el desarrollo de los primeros modelos, hasta agosto de 2023, los datos proporcionados por los sensores desarrollados proporcionaban de forma diaria una gráfica en la que se podían comparar los datos de la ETa (real) frente a la ETc (calculada). Este dato proporcionaba a los investigadores, por primera vez, la posibilidad de calcular en tiempo real la desviación diaria entre ambos valores y poder monitorizar y tomar decisiones inmediatas sobre el estado real del cultivo, y no solamente explicar lo que se hizo bien o no tan bien, al finalizar la campaña y analizar los resultados de cosecha.
Validación por centros de investigación y empresas de riego
La recomendación de riego como interpretación del Flujo de Savia
Pero en paralelo, toda la expectación que generaba en la comunidad científica se vio frustrada por algo con lo que no se había contado en su fase de desarrollo y que los agrónomos del equipo percibieron de inmediato: la inmensa mayoría de los agricultores no regaban mediante un cálculo de la ETc. Regaban en base a “la frecuencia diaria y número de horas que siempre habían hecho”, o a “cuando más o menos empezaban a ver síntomas de necesidad” o, los que disponían de sondas de suelo, “cuando la humedad del suelo muestra una descarga de un porcentaje determinado”. En otras palabras, los agricultores de Israel, de California, de la Costa Este de los EEUU, México, España, Portugal, Italia… que usaban los nuevos sensores de flujo de savia estaban diciendo: “no sé cómo usar ese valor de la ETa para tomar una decisión diaria de riego”.
Fue entonces cuando, manos a la obra, el equipo en Israel planteó que la recomendación de riego debería basarse en una “combinación del pasado inmediato del estado de los árboles con la predicción futura de la meteorología en la zona”. En otras palabras: si conozco el comportamiento del flujo de savia, y, por tanto, los valores de evapotranspiración de mi parcela de cultivo los días previos al día de hoy que quiero tomar la decisión de cuanto regar, y conozco de la manera más precisa posible, la predicción meteorológica de los próximos días, estoy en condiciones de calcular unos volúmenes de riego muy precisos para mi parcela en este periodo exacto de esta campaña.
Esta información debería adaptarse a las diferentes maneras que los agricultores calculan cuánta agua aplicar a sus cultivos: unos lo calculan en litros por m2 (mm), otros precisan el valor de m3 necesarios para cada sector de riego, pero la mayoría prefieren conocer el tiempo de funcionamiento de la instalación de riego según el dimensionamiento de ésta y los caudales que emplean.
A la fecha de redacción del presente artículo, los cientos de agricultores que ya tienen instalados los sensores de flujo de savia, en los cultivos de almendro, pistacho, nogal, pecano, avellano, cítricos, aguacate, manzano, viñedo, aguacate, melocotonero y kiwi, tienen datos diarios de recomendación de riego con medición directa en las plantas de su cultivo. Esa información es idónea para complementar a su experiencia de años en sus cultivos y parcelas, y tomar una decisión precisa de cómo y cuándo regar.
Muy en breve, los algoritmos de cálculo estarán calibrados para otros frutales de hueso, olivo, uva de mesa, otros cultivos tropicales, kaki… y la incorporación de la inteligencia artificial, aportará un aprendizaje continuo para la optimización del riego de cada variedad en cada cultivo y zona del mundo, mediante la lectura directa del flujo de savia de las plantas.
