Uso de imágenes satelitales para estimar la producción de un cultivo

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El poder estimar la producción de un cultivo con semanas o meses de antelación a la cosecha es uno de los grandes desafíos de la agricultura.

El método convencional para la estimación del rendimiento se realiza a través de la toma de muestras y conteo manual de fruta o cereal en algunas plantas, datos que luego se extrapolan a través de datos históricos al resto del huerto o cultivo.

Es un proceso bastante laborioso, poco estandarizado, costoso y muchas veces poco representativo que se realiza en distintas etapas del cultivo.

Este método suele tener un error de entre un 15 al 20% si se realiza un mes antes de la cosecha y se duplica hasta llegar al 30% si se realiza en la etapa de cuajado o brotación.

Inicialmente el rendimiento agrícola depende de cuatro grandes factores: el suelo, el clima, la planta y el manejo.

El manejo o las decisiones tomadas por el agricultor o el administrador, a menudo con el apoyo de un asesor influyen y juegan un papel preponderante en los resultados. 

La tendencia actual es utilizar imágenes satelitales que capturan índices de vegetación y datos climáticos para generar un modelo de predicción y es lo que exploraremos más a fondo en este artículo.

Identificación de estados fenológicos

A partir de un gráfico que relacione el índice de vegetación NDVI y los días desde siembra, transplante en cultivos o desde brotación para frutales podemos identificar sus estados fenológicos.

En la siguiente figura vemos este gráfico para un cultivo de Maíz desde siembra, pasando por 4 hojas, 6-8 hojas , floración y finalmente la madurez:

Estas curvas, que son características de los cultivos anuales, también se observan en los frutales de hoja caduca, como el cerezo.

Mientras que en frutales no caducos como los paltos y cítricos la curva tiende a ser más plana durante el año:

De esta manera podemos ir evaluando el cultivo a lo largo de su desarrollo y comparar cómo vamos en función de las temporadas anteriores.

El índice de vegetación NDVI recoge el crecimiento de la planta en cada fase del cultivo, siendo la temperatura medida en grados días, quien marca en qué fase se encuentra el cultivo en cada momento.

A continuación, se muestra un ejemplo de este tipo de modelos sobre un cultivo de tomate industrial al aire libre:

Los grados días son los grados efectivos de temperatura que ha acumulado el cultivo cada día, y para medirlos tenemos que conocer en qué rangos de temperatura se desarrolla el cultivo.

En la imagen podemos observar cómo los valores de NDVI del cultivo que alcanzó producciones más altas (120 ton/ha) fueron superiores en la totalidad de las fases del cultivo, y esta circunstancia es proporcional al nivel productivo según indica la gráfica, como observamos en las líneas coloreadas en naranja (90 ton/ha) y en rojo (70 ton/ha),

Sin embargo, en la práctica no es tan sencillo de calcular, ya que un manejo erróneo en la poda, en el riego o en la fertilización puede producir, por ejemplo, una planta de excesivo tamaño que produzca añerismo, es decir, muchos frutos pequeños que no llegan a madurar de manera correcta, mermando la producción.

La clave está en analizar las dinámicas de crecimiento, establecer patrones y relacionarlos con los niveles de producción.

Para ello es necesario crear una base de datos histórica sólida que relacione los valores de grados días y NDVI con los datos reales de producción.

Otro factor a tener en cuenta es la genética del cultivo, ya que existen variedades que, con poco desarrollo vegetativo, producen mucho, y viceversa. 

En el caso de frutales se suelen crear modelos distintos para cada variedad y en cultivos anuales se considera el rendimiento base de cada híbrido dentro de una misma variedad.

Caso de estimación de cosecha en Maíz

Para el caso del maíz, lo primero que hacemos es separar las curvas históricas de los cultivos según su precocidad, clasificándolos como Precoz o Tardío.

En la siguiente figura se muestra el desarrollo de 3 cultivos de Maíz Precoz:

La curva de color de color azul logró un 68% de rendimiento respecto a su rendimiento base, la de color rojo logró el 105% y la de color amarillo alcanzó un 25% mayor a su rendimiento base.

Si comparamos la integral o área bajo la curva NDVI de cada cultivo vemos que existe una proporcionalidad con el porcentaje de rendimiento alcanzado

Por su parte, al analizar todos los maíces precoces que han tenido un alto rendimiento podemos elaborar un valor habitual para el cultivo con los valores de NDVI mínimos y máximos (valor habitual).

Finalmente comparamos cada cultivo de Maíz de esta temporada con dicho rango.

Si en la semana que estamos evaluando la integral del NDVI es menor que el valor habitual, con seguridad tendremos un rendimiento más bajo.

Por el contrario, si el área es mayor y además hemos hecho todo bien es muy probable que tendremos mayor rendimiento.

Este correo ha sido preparado por el Equipo de ViLab | www.vilab.cl