Pulverización selectiva: el porqué de las aplicaciones dirigidas y sus componentes

Desde que el hombre comenzó a cultivar sus alimentos se vio obligado a luchar contra las malezas. Las prácticas disponibles para manejarlas son diversas, y entre ellas se pueden citar, a modo de ejemplo, todo tipo de labranzas y cultivadores mecánicos, el uso de cultivos de cobertura, mantas plásticas y el desmalezado manual. Sin embargo, desde hace unas décadas el método de control más utilizado es la aplicación de herbicidas de pre y posemergencia, solos o en combinación con las anteriores prácticas. Si bien el control de malezas a base de herbicidas puede resultar biológica, técnica y económicamente eficaz, su dispersión en el ambiente ha recibido un llamado de atención por parte de la sociedad. El aumento de las regulaciones para el uso de pesticidas, sumado a la preocupación de los consumidores, que, por ejemplo, muestran un creciente interés en los alimentos producidos en forma orgánica, han limitado la aceptación a largo plazo de la aplicación de herbicidas. Asimismo, algunas acciones por parte de sectores ambientalistas han generado “mala prensa” sobre las metodologías de uso de productos fitosanitarios. Esta situación plantea la necesidad de revisar la forma en que se maneja la problemática de malezas y de buscar tecnoPulverización selectiva: el porqué de las 1 aplicaciones dirigidas y sus componentes Ing. Agr. Julián Muguerza CEO - Glimax 08 logías que permitan la aplicación de menores volúmenes de herbicidas. En general, las infestaciones suelen distribuirse de manera poco uniforme en los lotes agrícolas. Esta falta de uniformidad involucra aspectos temporales y espaciales que proporcionan una oportunidad para la aplicación sitio específica de herbicidas, lo que permite incrementar la eficiencia de esta labor y, al mismo tiempo, reducir el impacto económico y ambiental asociado a ella. Si bien en algunas ocasiones el control mecánico manual puede presentarse como una solución selectiva y ambientalmente factible, se trata de un proceso costoso y no completamente efectivo. Vargas et al. (1996) observaron que las cuadrillas de desmalezadores suelen cometer errores al confundir malezas con plantas de cultivo; de este modo, las omiten o eliminan sólo el 65- 85%, según el nivel de supervisión del campo y el grado de similitud entre el cultivo y las malezas. Tiempo atrás (1991), cuando la tecnología para la detección y el control de malezas en tiempo real no eran aún una realidad, Thompson et al. llegaron a la conclusión de que el concepto de pulverización selectiva automatizada de malezas en campos agrícolas tenía un gran potencial para reducir daños económicos y ambientales, al tiempo que lograba un elevado nivel de control. Por fortuna, el tiempo y los avances tecnológicos permitieron desarrollar sistemas de control selectivo con diversos grados de automatismo, performance y efectividad. El tiempo y el desarrollo tecnológico parecen dejar en claro que estos sistemas han llegado para quedarse, y señalan un camino de ida entre las tecnologías disponibles para mejorar la forma de producir alimentos.
UN POCO DE HISTORIA
En los inicios de la agricultura, el control de malezas era ejecutado de manera selectiva: las plantas de especies no deseadas eran arrancadas a mano o bien eliminadas mediante el uso de herramientas para evitar la competencia por los recursos con las especies deseadas para cosecha. Este proceso, que involucraba un uso intensivo de mano de obra, se utilizó durante siglos; sin embargo, la necesidad de producir cada vez más alimentos para una población en franco crecimiento favoreció el desarrollo y la incorporación de tecnologías que permitieran eliminar las malezas en grandes extensiones y preparar el suelo para cultivarlo a gran escala. El uso de maquinaria y la realización de labores mecánicas fueron la clave para escalar los sistemas agrícolas y el control de malezas. No obstante, trajeron aparejado un gran problema: la degradación de las tierras por efecto de la erosión. Por otro lado, el avance de la industria química ofreció herramientas alternativas que permitieron rediseñar el sistema de producción de alimentos: los productos fitosanitarios. Sin embargo, esta posibilidad traería aparejados nuevos inconvenientes y desafíos, ya que el foco del desarrollo y el uso de estos productos no estuvo puesto en el impacto sobre otras especies ni en el cuidado del ambiente. Los fitosanitarios fueron grandes aliados a la hora de desarrollar prácticas sustentables que contribuyeran a reducir el impacto perjudicial de las erosiones eólica e hídrica, minimizando el impacto de las malezas en un sistema productivo apoyado en la siembra directa, donde las especies no deseadas se controlan sin necesidad de remover el suelo, manteniendo la cobertura que deja el rastrojo del último cultivo. En este contexto, los herbicidas cobraron un rol fundamental. Sin embargo, su aplicación sólo era posible en cobertura completa, independientemente de que las malezas estuvieran presentes sólo en una parte del lote. De hecho, la aplicación de herbicidas preemergentes (que se aplican en toda la superficie productiva) favoreció la efectividad del control de malezas, pero a costa de una baja eficiencia del proceso, ya que los productos se utilizaban allí donde podían no ser necesarios. En este contexto tecnológico, el uso generalizado de unos pocos principios activos generó una enorme presión de selección sobre las poblaciones de malezas: esto determinó que algunos individuos, resistentes a dichos principios activos, fueran seleccionados y que su población evolucionara hacia biotipos resistentes y/o tolerantes a dichos herbicidas. Este proceso ya lleva algunas décadas: en el caso particular de la Argentina, desde los años 90 del siglo pasado se registran especies resistentes a diferentes herbicidas. En algunos casos, esas mismas especies han incluso desarrollado resistencia a más de un principio activo. Esta realidad y la necesidad de hacer siempre las cosas mejor impulsaron el desarrollo de nuevas formas de aplicación de herbicidas. Una de las primeras soluciones desarrolladas para volver más sustentable la práctica de control de malezas fue la aplicación selectiva o dirigida. El concepto de pulverizar exclusivamente a las malezas con un producto específico determina que esta práctica reporte diversos beneficios: a) en términos económicos implica una reducción de costos; b) es ambientalmente más amigable, al reducir la cantidad de productos aplicados al sistema, y c) socialmente aceptable, ya que responde mejor a las demandas de los diversos actores de la sociedad, tales como productores, vecinos, operarios, consumidores, etcétera.
DESARROLLO DE LA PULVERIZACIÓN SELECTIVA
Cuando se habla de un desarrollo tecnológico complejo es difícil identificar un solo hito que permita identificar su génesis. En el caso de la pulverización selectiva, los primeros equipos y ensayos surgieron a partir del uso de sensores remotos basados en los principios de reflexión y descomposición de la luz, que han sido estudiados desde los tiempos de Isaac Newton. Podemos afirmar que el uso de estos principios para calcular indicadores como el Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada (NDVI, por sus siglas en inglés) se remonta a la década de 1970. Al incidir sobre la vegetación, la radiación solar puede ser absorbida, transmitida y/o reflejada. Como muchos otros indicadores, el NDVI se calcula sobre la base de la luz reflejada, tanto en el espectro visible como en el infrarrojo. Esto permite distinguir entre diferentes estados de la vegetación, e incluso entre la vegetación del suelo y/o el rastrojo. En otras palabras: permite identificar la presencia de plantas y caracterizar su vigor. Si se obtiene un valor elevado, esto revela la presencia de una o varias plantas que crecen vigorosamente, mientras que un valor bajo indica que no hay planta/s o que, eventualmente, ella/s se podría/n encontrar estresada/s. Este indicador, conocido vulgarmente como “índice verde” se utiliza para caracterizar la vegetación a escalas muy variadas: existen mapas globales, de países o regiones, que son calculados a partir de imágenes satelitales, como mapas de lote o parcela obtenidos a partir de cámaras multiespectrales montadas sobre aviones, drones o tomadas en forma manual. En los años 90 se desarrolló en EE.UU. el primer sistema de detección de NDVI y pulverización: este constituyó el primer equipo comercial, que fue dado a conocer con el nombre de WeedSeeker.
CONTROL SELECTIVO DE MALEZAS
Un sistema de control selectivo de malezas combina, al menos, tres procesos fundamentales: la detección, el procesamiento de la información y la ejecución o acción de control. A menudo se habla de los sistemas de pulverización selectiva de herbicidas, ya que son los más difundidos y los que mejor se adaptan a nuestra actividad productiva. Sin embargo, también existen otros sistemas que combinan de distinta manera esos tres procesos básicos y, en muchos casos, agregan componentes específicos o especializados que los vuelven más versátiles. De forma orientativa, y sin pretender ser exhaustivos, en el cuadro 1 se presenta una breve lista. Cabe aclarar que hoy en día los sistemas de aplicación selectiva más difundidos son aquellos capaces de realizar la detección, el procesamiento y la ejecución en tiempo real, de forma integrada. Otra forma de hacerlo podría consistir en la detección de malezas por NDVI a partir de una cámara multiespectral montada sobre un dron, para luego procesar esa información en gabinete y generar finalmente un mapa de prescripción que indique dónde realizar las aplicaciones, tarea que puede involucrar cualquiera de los métodos indicados en el cuadro 1 (indicados en la columna “Ejecución”). De esta forma, y pese a que la ejecución de los procesos no se haría en tiempo real, seguiríamos hablando de un sistema de aplicación selectivo que otorgaría los beneficios esperados para esta práctica. Como ya se mencionó, por una cuestión de simplicidad y capacidad operativa, los equipos más difundidos son los que llevan adelante todo el proceso de manera simultánea, automática y en tiempo real. Sin embargo, cabe aclarar que no todos tienen la misma efectividad para realizar el control de malezas, ni pueden ser utilizados en los mismos sistemas productivos o en las mismas regiones. Por ejemplo, es difícil utilizar un sistema de pulverización a vapor o agua hirviendo para controlar grandes extensiones de barbecho, dados los requerimientos energéticos y la necesidad de agua para realizarlo. Lo mismo ocurre con el control realizado a través del uso del fuego en zonas áridas, por los riesgos de incendio que representa y la quema de combustible que implica. Es por algunos de estos motivos, además de la necesidad de adaptación a los procesos de trabajo y la maquinaria disponible en la Argentina, que los sistemas más comunes son los de pulverización selectiva o dirigida de fitosanitarios. La pulverización selectiva es, entonces, una tecnología que permite identificar malezas, calcular el tiempo y la velocidad necesarios para pulverizar sobre ellas y así realizar la aplicación correspondiente de forma exclusiva sobre la porción de terreno infestada. Algunos sistemas permiten, además, analizar la precisión de dicha aplicación. Los métodos más utilizados para detectar las malezas son tres: NDVI, Fluorescencia de la clorofila y Visión artificial. En los tres casos se realiza un procesamiento local (en el mismo hardware del sensor) y en tiempo real de las lecturas registradas. Los dos primeros analizan bandas espectrales, mientras que el último considera la morfología, textura y/o forma de la planta detectada. Hasta la fecha, estas diferencias han condicionado la velocidad de respuesta de los sistemas, siendo los más lentos los que analizan las imágenes, que son, por ende, los que demandan una velocidad de trabajo menor. Adicionalmente, para realizar aplicaciones precisas es necesario contar con indicadores de velocidad que permitan efectuar una sincronización perfecta entre el momento en el que se identifican las malezas y se realiza la aplicación. En este punto se suman algunos sensores extra, que son necesarios para lograr los resultados deseados. Para monitorear la velocidad de forma precisa, la mejor opción son los sensores de pulsos que se colocan en las ruedas de las pulverizadoras y tractores. Éstos permiten no sólo medir la velocidad lineal, sino también calcular la velocidad tangencial durante el tránsito en curvas. Otros sensores que se agregan habitualmente a las pulverizadoras son el sensor de presión del circuito del caldo y los medidores de caudal, que permiten controlar de forma más precisa las condiciones de trabajo. Facilitan, incluso, el ajuste de las dosis ante cambios de presión y del caudal para mantener la calidad de la aplicación; es decir, permiten mantener la dosis y el tamaño de gota deseado. En la actualidad, a esta lista se suman nuevos sensores de altura de botalón, giróscopos y acelerómetros que incrementan la precisión de las aplicaciones. En cuanto al proceso de ejecución, se pueden distinguir diferentes métodos, como los citados en el cuadro 1. Los más difundidos para la labor de pulverización y control de malezas son el asperjado de herbicidas o de agua hirviendo. En el caso de áreas de producción de cultivos extensivos, el mecanismo más difundido es la aplicación de herbicidas. La detección a partir de NDVI puede realizarse mediante cámaras multiespectrales montadas en satélites, aviones, drones o mediante sensores activos con luz propia montados directamente sobre las alas de las pulverizadoras. En cualquier caso, el principio es el mismo. La diferencia reside en la resolución espacial de la determinación y en la posibilidad de utilizarlos o no en tiempo real. Los sensores activos montados sobre el ala de la pulverizadora son, por excelencia, los que permiten mayor efectividad de control y, por lo tanto, mayores niveles de ahorro. Además, generan información que puede ser procesada rápidamente en forma local, por lo que son compatibles con prácticas en tiempo real. Entre los equipos que funcionan con este método WeedSeeker es el más difundido. Otro principio de detección similar a NDVI, aunque más específico, es el de la Fluorescencia de la clorofila, basado en la reemisión de energía que realizan las moléculas de clorofila luego de haber sido excitadas mediante la luz. Este principio se utiliza desde hace varias décadas para medir la actividad fotosintética en plantas e incluso la actividad del canopeo completo. A diferencia del NDVI, la energía emitida mediante la luz de los sensores es absorbida por las plantas y luego reemitida desde la clorofila misma; por tal motivo, es más específica e independiente de cualquier otro material que la rodee. En definitiva, lo que detecta este dispositivo es clorofila en actividad y puede, potencialmente, identificar diferencias en la actividad fotosintética. Este principio de detección es el que usa WEED-IT, que actualmente es el equipo más difundido en la Argentina. Tanto el NDVI como la Fluorescencia de la clorofila permiten detectar las malezas con alta efectividad y eficiencia en un rango muy amplio de condiciones. Además, ofrecen la posibilidad de utilizar luz artificial propia, por lo que se pueden utilizar de día o de noche en diversas condiciones de nubosidad. Ambos sistemas también pueden ser configurados para utilizarse en presencia del cultivo, dentro de las aplicaciones denominadas Verde sobre Verde o Green on Green. En estos casos, los sistemas consideran que existe un mínimo de NDVI o Fluorescencia que es explicado por el cultivo; superado ese valor, suponen que, además, existen malezas. Este uso complementa las aplicaciones en barbecho y permite utilizar la tecnología durante los primeros estadios de desarrollo de los cultivos. El desarrollo de cámaras fotográficas con el principio de “visión artificial” genera mayores expectativas respecto de su potencial de uso. Esto es así porque dicha tecnología permite adquirir, procesar, analizar y comprender las imágenes del mundo real y, a partir de ellas, generar información numérica o simbólica que pueda ser utilizada por una computadora para facilitar la toma de decisiones. Este tipo de tecnología permite distinguir plantas del ambiente que las rodea, como así también diferenciar entre especies; es decir, entre plantas y cultivo, o incluso entre distintos tipos de especies de malezas (hoja ancha o gramíneas, por ejemplo). Todo lo relativo con este tipo de tecnologías, además de la inteligencia artificial como principio fundamental para su funcionamiento, se profundizará en el último capítulo de este manual.
PANORAMA NACIONAL
Los sistemas más desarrollados a nivel mundial que se encuentran disponibles a nivel comercial en nuestro país son dos: WEED-IT y WeedSeeker. Estos equipos están integrados en el sistema de trabajo vigente en todas las regiones productivas argentinas. Además, fueron desarrollados para adaptarse a las pulverizadoras de marca local (plataformas); de hecho, la posibilidad de conectarlos a los monitores de las pulverizadoras mediante protocolo ISOBUS determina que su utilización sea cada vez más sencilla. Para ambas marcas, existen en el país dos generaciones de sensores de detección y soluciones del sistema de pulverización selectiva distintas: WeedSeeker 1 y 2 son los modelos de la marca Trimble, mientras que WEED-IT Ag y WEED-IT Quadro pertenecen a la firma holandesa Rometron. En general, estas evoluciones han puesto el foco en el diseño de sistemas que se integren con facilidad a las pulverizadoras. WEED-IT Quadro, en particular, ha incorporado modos de trabajo y accesorios que le confieren algunas ventajas técnicas y tecnológicas, más allá de la pulverización selectiva. Esta nueva versión permite su uso durante todo el año y para todas las aplicaciones de fitosanitarios y fertilizantes líquidos. Como se mencionó, una de las principales diferencias entre las marcas reside en el principio de detección que utilizan para su funcionamiento, aunque también debe agregarse que tanto WEED-IT como WeedSeeker difieren en las posibilidades y modos de uso durante el barbecho y el ciclo de cultivo. WEED-IT permite realizar pulverizaciones con mayor grado de selectividad durante el barbecho dado el menor tamaño de su área de detección (25 centímetros de ancho versus 50 centímetros en WeedSeeker). A su vez, tiene una mayor versatilidad, dado que permite controlar la dosis de pulverización o chorreado por poseer válvulas PWM (por sus siglas en inglés, Pulse Width Modulation: modulación del ancho de pulso). Es habitual que, durante el proceso de pulverización, las máquinas circulen por el lote a diferentes velocidades, lo que genera una falta de uniformidad en la aplicación: para mantener la dosis deseada sería necesario modificar la presión de pulverización y, a su vez, el tamaño de gota, condicionando así la calidad de la aplicación. Este principio se asemeja a la inyección de gasoil de los motores diesel modernos, donde el sistema completo mantiene una presión constante y el inyector regula el caudal deseado para cada situación, en función de la apertura y el cierre del orificio de salida del líquido. De este modo, no sólo es posible regular la dosis de pulverización que sale de cada boquilla -y de esta forma se asegura la dosis de aplicación-, sino que también se garantiza su calidad. Otra diferencia entre los sistemas es que, con el mismo caldo y por la misma boquilla, WEED-IT puede aplicar dos dosis de pulverización diferentes, según detecte o no la presencia de malezas. De esta forma, puede efectuar una aplicación en cobertura completa para malezas pequeñas y, cuando detecta una maleza de mayor tamaño, aplicar una dosis superior, ajustándola al tamaño de la planta. De alguna manera, se estaría aplicando una dosis variable de herbicidas en tiempo real. En la práctica, este modo de trabajo, que se denomina Bias en WEED-IT Ag y Dual en WEED-IT Quadro, permite el “reseteo” de lotes que tienen alta cobertura de malezas de pequeño tamaño y escapes anteriores o malezas de gran porte, como puede ocurrir luego de la cosecha de algunos cereales de invierno o después del raleado temprano de un cultivo de cobertura. Por último, WEED-IT puede ser utilizado en una pulverización convencional con la posibilidad de realizar compensaciones en curvas para mantener la misma dosis en todo el ancho de labor, evitando sobre y subaplicaciones, el corte pico por pico y el control de dosis, sin necesidad de cambiar la presión, al mantener el tamaño de gota para la misma pastilla con diferentes dosis de aplicación de caldo por hectárea. Esta posibilidad abre el juego a la aplicación variable de productos, tanto fitosanitarios como fertilizantes, que hacen de la pulverizadora una herramienta de altísima precisión y versatilidad para utilizarla todo el año y en todas las condiciones.
Fuente: APLICACIONES SELECTIVAS Experiencias de uso y análisis de la tecnología en la Argentina
Autores: Agustín Bilbao, Esteban Bilbao, Nicolás Ciancio, Víctor Giménez, Julián Muguerza, Luis Robles, Terán Gabriel Tinghitella
