el paper de la gestiÓ de l’aigua en l’agricultura de … · 2019. 12. 2. · el paper de la...
TRANSCRIPT
EL PAPER DE LA GESTIÓ DE L’AIGUA EN
L’AGRICULTURA DE PRECISIÓ
3ª Jornada en BIOECONOMIA
Bioeconomia i Innovació Tecnològica
(Barcelona, 21/11/2019)
Dr. Joan Girona
IRTA, Programa Ús Eficient de l’Aigua a l’Agricultura Parc Científic i Tecnològic Agroalimentari de Lleida
Parc de Gardeny, Edifici Fruitcentre, E-25003, Lleida
www.irta.cat
Lleida, novembre, 2019.
1
3ª Jornada en BIOECONOMIA:
Bioecomia i Innovació Tecnològica
©JGirona/IRTA(2019)
3ª Jornada en BIOECONOMIA:
Bioeconomia i Innovació Tecnològica
El paper de la gestió de l’aigua en
l’agricultura de precisió
Dr. Joan GironaInvestigador Programa Ús Eficient de l’Aigua en AgriculturaIRTA
©JGirona/IRTA(2019)
2
©JGirona/IRTA(2019)
3ª Jornada en BIOECONOMIA:
Bioeconomia i Innovació Tecnològica
El paper de la gestió de l’aigua en
l’agricultura de precisió
Dr. Joan GironaInvestigador Programa Ús Eficient de l’Aigua en AgriculturaIRTA
©JGirona/IRTA(2019)
3
3ª Jornada en BIOECONOMIA:
Bioeconomia i Innovació Tecnològica
El paper de la gestió de l’aigua en
l’agricultura de precisió
Dr. Joan GironaInvestigador Programa Ús Eficient de l’Aigua en AgriculturaIRTA
©JGirona/IRTA(2019)
Agricultura de precisió
Definició:http://www.grap.udl.cat/en/presentation/pa_definitions.html
• Pierce et al. (1994)
• Robert, Rust & Larson. (1994)
• Robert et al. (1994)
• Stafford, John V (1996)
• Johansen (1996)
• Kitchen (1996)
• The National Research Council (1997)
• Pierce & Sadler (1997)
• Lowenberg-DeBoer, J., & Swinton, S. M. (1997)
• Olson, Kent (1998)
• Pierce & Nowak (1999)
• McBratney & Taylor (2000)
• Robert, P. C. (2000)
• Whelan & McBratney (2000)
• McBratney & Whelan (2001)
• Plant, R.E. (2001)
• US Code, House of Representatives (2002)
• Dobermann et al. (2004)
• McBratney, Whelan, Ancev & Bouma (2005)
• Taylor & Whelan (?)
• Srinivasan (2006)
• Whelan (2007)
• Khosla (2008)
• Adamchuk & Gebbers (2010)
• University of Sidney, Precision Agriculture Laboratory (2012 (last update))
• Wikipedia – English (2012)
• Fountas, S., Aggelopoulou, K., & Gemtos, T. A (2016)
©JGirona/IRTA(2019)
4
Agricultura de precisió
Definició:
Agricultura de precisió és la l’estratègia productiva i de
gestió dels recursos orientada a obtenir, de forma uniforme
en tota la parcel·la, el màxim valor possible de l’indicador
productiu escollit.
©JGirona/IRTA(2019)
Agricultura de precisió
Qui pot fer agricultura de precisió:
La meva avia feia alguna cosa semblant a agricultura de
precisió........
©JGirona/IRTA(2019)
5
©JGirona/IRTA(2019)
Agricultura de precisió
Les tomaqueres de la meva avia.
• El reg
• La collita
• El lligar les canyes
• L’adob
• El netejar l’herba
• El sulfatar
©JGirona/IRTA(2019)
6
Agricultura de precisió
Requeriments:
• Coneixement de la variabilitat espacial i capacitat de gestió
©JGirona/IRTA(2019)
Agricultura de precisió
Altres que ho fam com la meva avia.
©JGirona/IRTA(2019)
7
Agricultura de precisió
I aquests ?.
©JGirona/IRTA(2019)
Agricultura de precisió
I aquests ?.
©JGirona/IRTA(2019)
8
Agricultura de precisió
I aquests ?.
©JGirona/IRTA(2019)
Agricultura de precisió
I aquests ?.
©JGirona/IRTA(2019)
9
Agricultura de precisió
I aquests ?.
©JGirona/IRTA(2019)
Agricultura de precisió
I aquests ?.
©JGirona/IRTA(2019)
10
Agricultura de precisió
Requeriments:
• Coneixement de la variabilitat espacial i capacitat de gestió
• Coneixements molt específics dels requeriments del cultiu
©JGirona/IRTA(2019)
Agricultura de precisió
I aquests ?.
©JGirona/IRTA(2019)
11
©JGirona/IRTA(2019)
Aigua i Agricultura de Precisió
Punts Clau
• El paper de l’aigua a la planta
• La variabilitat espacial
• Aigua i disponibilitat d’aliments
• Gestió de l’aigua en una agricultura de precisió
• Consideracions finals.
BCN, 21/11/2019
3ª Jornada en BIOECONOMIA:
Bioeconomia i Innovació
Tecnològica
©JGirona/IRTA(2019)
12
Aigua i Agricultura de Precisió
Punts Clau
• El paper de l’aigua a la planta
• La variabilitat espacial
• Aigua i disponibilitat d’aliments
• Gestió de l’aigua en una agricultura de precisió
• Consideracions finals.
BCN, 21/11/2019
3ª Jornada en BIOECONOMIA:
Bioeconomia i Innovació
Tecnològica
©JGirona/IRTA(2019)
Escolament
Percolació
Absorció
Reg + PlujaE
El camí de l’aigua a la planta
©JGirona/IRTA(2019)
13
Escolament
Percolació
Absorció
Reg + PlujaE
El camí de l’aigua a la planta
L’aigua productivament útil és
la que absorbeixen les arrels
©JGirona/IRTA(2019)
Escolament
Percolació
Absorció
Reg + PlujaE
El camí de l’aigua a la planta
L’aigua productivament útil és
la que absorbeixen les arrels
©JGirona/IRTA(2019)
14
Escolament
Percolació
Absorció
Reg + PlujaE
El camí de l’aigua a la planta
L’aigua productivament útil és
la que absorbeixen les arrels i
transpira la planta
Transpiració
©JGirona/IRTA(2019)
Absorció
Reg + PlujaEscolament
Percolació
E
El camí de l’aigua a la planta
L’aigua productivament útil és
la que absorbeixen les arrels i
transpira la planta
Transpiració
©JGirona/IRTA(2019)
15
El cicle de l’aigua
©JGirona/IRTA(2019)
Absorció
Reg + PlujaEscolament
Percolació
E
El camí de l’aigua a la planta
L’aigua productivament útil és
la que absorbeixen les arrels i
transpira la planta
Transpiració
El reg no gasta aigua, la utilitza
©JGirona/IRTA(2019)
16
H2OCO2
Producción de Biomasa = f (Agua Transpirada)
El paper de l’aigua en la producció d’aliments
FOTOSÍNTESIS
©JGirona/IRTA(2019)
0
5
10
15
20
25
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Evapotranspiració (mm)
Pro
du
cció
(tm
/ha)
blat de moro
(Hanks, 1983)
Panís
Evapotranspiració (mm)
Pro
du
cció
(tm
/ha)
El paper de l’aigua en la producció d’aliments
©JGirona/IRTA(2019)
17
AMETLLER
©JGirona/IRTA(2019)
©JGirona/IRTA(2019)
Sense Aigua no hi ha Aliments
©JGirona/IRTA(2019)
18
Agricultura de precisió
Requeriments:
• Coneixement de la variabilitat espacial i capacitat de gestió
• Coneixements molt específics dels requeriments del cultiu
• Coneixements de com funciona el sistema aigua-planta en el nostre conreu.
©JGirona/IRTA(2019)
Aigua i Agricultura de Precisió
Punts Clau
• El paper de l’aigua a la planta
• La variabilitat espacial
• Aigua i disponibilitat d’aliments
• Gestió de l’aigua en una agricultura de precisió
• Consideracions finals.
BCN, 21/11/2019
3ª Jornada en BIOECONOMIA:
Bioeconomia i Innovació
Tecnològica
©JGirona/IRTA(2019)
19
To enhance water productivity: ‘more crop per drop’
To use RS technologies to estimate the cropwater consumption (actual ET) both spatiallyand temporally
(J.Bellvert, 2019, IRTA)
©JGirona/IRTA(2019)
Low HighNDVI (J.Bellvert, 2019, IRTA)
©JGirona/IRTA(2019)
20
5 de JulioYhmd
- 0.65
-1.17
( Equips IRTA i QuantaLab CSIC )
©JGirona/IRTA(2019)
5 de JulioYhmd
- 0.65
-1.17
( Equips IRTA i QuantaLab CSIC )
©JGirona/IRTA(2019)
21
PARCEL·LA EXPERIMENTAL AMETLLER
©JGirona/IRTA(2019)
PARCEL·LA EXPERIMENTAL AMETLLER
Simulació variabilitat espacial Parcel·les Comercials)
©JGirona/IRTA(2019)
22
17 de juliol de 2018
©JGirona/IRTA(2019)
CREIXEMENT vs ESTAT HÍDRIC
(Girona et al., 2018)
©JGirona/IRTA(2019)
23
Simulació variabilitat espacial Parcel·les Comercials)
Producció Potencial : 2800 kg/ha (20230 kg/parcel·la)
©JGirona/IRTA(2019)
Simulació variabilitat espacial Parcel·les Comercials)
Producció Real : 2350 kg/ha (16979 kg/parcel·la)
Producció Potencial : 2800 kg/ha (20230 kg/parcel·la)
©JGirona/IRTA(2019)
24
Simulació variabilitat espacial Parcel·les Comercials)
Producció Real : 2350 kg/ha (16979 kg/parcel·la)
Producció Potencial : 2800 kg/ha (20230 kg/parcel·la)
5.5 €/kg ……. -20% Benefici Brut (Abans Impostos) (-17.883 €, finca 7.2 ha)
©JGirona/IRTA(2019)
Simulació variabilitat espacial Parcel·les Comercials)
Producció Real : 2350 kg/ha (16979 kg/parcel·la)
Producció Potencial : 2800 kg/ha (20230 kg/parcel·la)
5.5 €/kg ……. -20% Benefici Brut (Abans Impostos) (-17.883 €, finca 7.2 ha)
3.5 €/kg ……. -25% Benefici Brut (Abans Impostos) (-11.380 €, finca 7.2 ha)
©JGirona/IRTA(2019)
25
Agricultura de precisió
Requeriments:
• Coneixement de la variabilitat espacial i capacitat de gestió
• Coneixements molt específics dels requeriments del cultiu
• Coneixements de com funciona el sistema aigua-planta en el nostre conreu.
• Sistemes per evaluar la variabilidad espacial
©JGirona/IRTA(2019)
Aigua i Agricultura de Precisió
Punts Clau
• El paper de l’aigua a la planta
• La variabilitat espacial
• Aigua i disponibilitat d’aliments
• Gestió de l’aigua en una agricultura de precisió
• Consideracions finals.
BCN, 21/11/2019
3ª Jornada en BIOECONOMIA:
Bioeconomia i Innovació
Tecnològica
©JGirona/IRTA(2019)
26
Població Mundial 1950-2050
7.63 mM
9.77 mM
2.70 mM
2.14 mM
D 28%
©JGirona/IRTA(2019)
Població Mundial 1950-2050
54.8%
68.4%
©JGirona/IRTA(2019)
27
Població Mundial 1950-2050
54.8%
68.4%
86.6 %
©JGirona/IRTA(2019)
Població Mundial 1950-2050
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
2003 2050-G1 2050-G0
GlobalFoodDeman
d(Gkacl/dia)
+28%
+88%
GLOBAL FOOD DEMAND
Fonts: Pailard, S., Treyer, S., Dorin, B. (eds.), 2011. Agrimonde: scenarios and challanges for feeding the world in 2050. Quae, Versailles, 296 p.
FIG. 3
©JGirona/IRTA(2019)
28
Població Mundial 1950-2050
WORLD DEMAND FOR IRRIGATION WATER (for food)
Fonts: Freibauer, A, Mathijs, E., Brinori, G., Damianova, Z., Faroult, E., Girona, J., O’Brien, L., Treyer, S.,Sustainable food consumption and
production in a resource-constrained world. EU Commission, Standing Commitee on Agricultural Research, Brussels
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Actual(2000) 2050-G1 2050-G0
Worlddem
andforirriga
onwater(K
m3 )
+56%
+128%
FIG. 4
©JGirona/IRTA(2019)
El Canvi Climàtic
Increment de Temperatures entre 2,2 y 5,1 ºC
Baixada de les prescipitacions entre un 4 i un 27%
Increment dels events extraordinaris (Sequeres i Inundacions)
©JGirona/IRTA(2019)
29
Auto Suficiència Alimentaria(Food Self- Sufficieny)
©JGirona/IRTA(2019)
El Canvi Climàtic
©JGirona/IRTA(2019)
30
El Canvi Climàtic
El concepte de Autosuficiència Alimentaria no és un rebuigal comerç internacional, sinó una porta per promocionaroportunitats i per incrementar la Seguretat Alimentària.
©JGirona/IRTA(2019)
Requeriments d’aigua
Requeriments d’aigua associats als aliments:
Al dia
(1 persona)
3.500 litres
(3,5 m3)
©JGirona/IRTA(2019)
31
Requeriments d’aigua
Requeriments d’aigua associats als aliments:
1 Sistella d’avellanes
120litres
©JGirona/IRTA(2019)
Requeriments d’aigua
Requeriments d’aigua associats als aliments:
©JGirona/IRTA(2019)
32
Requeriments d’aigua
Requeriments d’aigua associats als aliments:
©JGirona/IRTA(2019)
Requeriments d’aigua
Requeriments d’aigua associats als aliments:
©JGirona/IRTA(2019)
33
Requeriments d’aigua
Requeriments d’aigua associats als aliments:
(1 família)
Al dia
(1 persona)
3.500 litres(3,5 m3)
5.110.000 litres
(5.110,0 m3)
14.000 litres
(14,0 m3)
A l’any
©JGirona/IRTA(2019)
Requeriments d’aigua
• Quina quantitat d’aliments podem produir amb l’aigua que
pot emmagatzemar aquest estadi?
• Quantes famílies per any podem alimentar amb
l’aigua d’aquest estadi?
247 famílies/any
©JGirona/IRTA(2019)
34
Requeriments d’aigua
• Quants estadis plens d’aigua com aquest es necessiten per
produir els aliments que demanda la societat catalana?
7591 estadis/any
©JGirona/IRTA(2019)
L’aigua és un recurs limitat a Catalunya.
Dades provinents del ACA, SMC, CHE, IRTA (informe Aigua, CERES)
Aportacions
(hm 3 /any) (hm 3 /any) (%) (%)
Precipitació Mitjana 22,000
Aportacions rius entrants (Ebre i Cinca) 8,000
Usos Regulats Consumtius 2,965 10%
Regadius 2,075 7% 70%
Urbana 564 2% 19%
Industrial 267 1% 9%
Ramadera 59 0% 2%
Evapotranspiració Ambiental 10,950 37%
Cabals actuals dels Rius 15,045 50%
Altres 1,040 3%
Usos
Evapotranspiració Ambiental
37%
Cabals rius50%
Regs7%
Urbana 2%
Industrials1% Ramaderia
0%Altres
3%
Regs70%
Urbana 19%
Industrial9%
Ramadera2%
USOS DE L’AIGUA A CATALUNYA
USOS CONSUMPTIUS
©JGirona/IRTA(2019)
35
• L’aigua és el recurs més determinant del potencial de producció
d’aliments a Catalunya (junt amb disponibilitat de sòl).
• Catalunya produeix un 40% de l’aliment que demanden seus els
habitants (% d'auto abastament)(Reguant, 2011) (b.econòmiques)
IDESCAT DARP Reg Pluja Total
(ha) (ha) (Hm 3 ) (mm) (Hm 3 )
Superficie Agrícola a Catalunya 1,125,268 1,125,268
Superficie de Terres Llaurades a Catalunya 767,632 843,594
Superficie de Secà a Catalunya 540,578 568,986 0 200 1,138
Superficie de Regadiu a Catalunya 227,054 274,608 2,100 110 2,402
Superficie Pastures Permanents a Catalunya 357,635 281,674 0 100 282
Totals ………………………………………………………………………… 3,822
Habitants de Catalunya 7,000,000 Autoabastament hídric a
Comsum d'aigua per habitant 3,600 l/persona i dia Catalunya per produir
Total demanda Aigua Aliments Cat 9,198 Hm 3 de demanda Aliments 41.55%
FONT INFORMACIÓ AIGUA DISPONIBLE AGRICULTURA
CONCEPTES
IDESCAT DARP Reg Pluja Total
(ha) (ha) (Hm 3 ) (mm) (Hm 3 )
Superficie Agrícola a Catalunya 1,125,268 1,125,268
Superficie de Terres Llaurades a Catalunya 767,632 843,594
Superficie de Secà a Catalunya 540,578 568,986 0 200 1,138
Superficie de Regadiu a Catalunya 227,054 274,608 2,100 110 2,402
Superficie Pastures Permanents a Catalunya 357,635 281,674 0 100 282
Totals ………………………………………………………………………… 3,822
Habitants de Catalunya 7,000,000 Autoabastament hídric a
Comsum d'aigua per habitant 3,600 l/persona i dia Catalunya per produir
Total demanda Aigua Aliments Cat 9,198 Hm 3 de demanda Aliments 41.55%
FONT INFORMACIÓ AIGUA DISPONIBLE AGRICULTURA
CONCEPTES
©JGirona/IRTA(2019)
Requeriments d’aigua
• Quants estadis plens d’aigua com aquest es necessiten per
produir els aliments que demanda la societat catalana?
7591 estadis/any
3154 estadis/any
4437 estadis/any
©JGirona/IRTA(2019)
36
Agricultura de precisió
Requeriments:
• Coneixement de la variabilitat espacial i capacitat de gestió
• Coneixements molt específics dels requeriments del cultiu
• Coneixements de com funciona el sistema aigua-planta en el nostre conreu.
• Sistemes per evaluar la variabilidad espacial
• Amb capacitat per produir aliments suficients i de qualitat per la societat (en
un mont canviant)
©JGirona/IRTA(2019)
AIGUA I SOSTENIBILITAT
Lleida, 16/11/2018
41% d'autosuficiència
alimentaria a Catalunya
©JGirona/IRTA(2019)
37
41% d'autosuficiència
alimentaria a Catalunya
©JGirona/IRTA(2019)
• Ser més eficient amb els recursos
• Reduir el rebuig d’aliments
• Canviar la dieta
©JGirona/IRTA(2019)
38
• Ser més eficient amb els recursos
• Reduir el rebuig d’aliments
• Canviar la dieta
©JGirona/IRTA(2019)
• Ser més eficient amb els recursos
• Reduir el rebuig d’aliments
• Canviar la dieta
(Springmann, 2018)©JGirona/IRTA(2019)
39
EFICIÈNCIA
©JGirona/IRTA(2019)
0 10 20 30 40 50 60
Tradicional
L. MIG Tecn
L. Tecn (2)
L. Molt Tecn
L. Tecn (1)
L. MIG Tecn
69 litres
31 litres
38 litres
38 litres
Localizat
42 litres
44 litres
63 litres
Exemple de millora de l'eficiència en l´ús de l’aigua
Valors referents a l’aigua utilitzada per produir una poma d’uns 200 g. (aigua de reg + aigua de pluja) (Rufat et al., 2002; Girona et al., 2012)
L. NO Tecn
©JGirona/IRTA(2019)
40
Aigua i Agricultura de Precisió
Punts Clau
• El paper de l’aigua a la planta
• La variabilitat espacial
• Aigua i disponibilitat d’aliments
• Gestió de l’aigua en una agricultura de precisió
• Consideracions finals.
BCN, 21/11/2019
3ª Jornada en BIOECONOMIA:
Bioeconomia i Innovació
Tecnològica
©JGirona/IRTA(2019)
Aplicació en camp
Sistemes per teledetecció
©JGirona/IRTA(2019)
41
Aplicació en camp
Sistemes per teledetecció
©JGirona/IRTA(2019)
Mètode de control, integrant sensors, meteorologia i autòmates
(J.Casadesús, 2019, IRTA)
©JGirona/IRTA(2019)
42
IRRINTEGRAL . RTI2018-099949-R-C21
Gestión y control automatizado del riego a partir de la integración demúltiples fuentes de datos en cultivos hortofrutícolas
(J.Casadesús, 2019, IRTA)
©JGirona/IRTA(2019)
IRRIX
Plataforma de Control i Automatització del Reg
Sistema pioner en la programacióautomatitzada del reg a través del paradigma d’Internet of Things
Validat científicament
Casadesus, J., Mata, M., Marsal, J., & Girona, J. 2012. A general algorithm for automated scheduling of drip irrigation in tree crops. Computers and Electronics in Agriculture, 83, 11–20; https://doi.org/10.1016/j.compag.2012.01.005
Millán, S., Casadesús, J., Campillo, C., Moñino, M.J., Prieto, M.H. 2019. Using soil moisture sensors for automated irrigation scheduling in a plum crop. Water, 11(10), 2061; https://doi.org/10.3390/w11102061
Domínguez-Niño, J.M., Oliver-Manera, J., Girona, J., Casadesús, J. 2019. Differential irrigation scheduling by an automated algorithm of water balance tuned by capacitance-type soil moisture sensors. Agricultural Water Management (in press).
(J.Casadesús, 2019, IRTA)
©JGirona/IRTA(2019)
43
Aplicació en camp
Sistemes per teledetecció
©JGirona/IRTA(2019)
Què ens aporta la Teledetecció?
Identificar les propietats biofísiques de la vegetació (algunes de les quals NO es poden detectar
visualment) espacialment i en una freqüència elevada. (J.Bellvert, 2019, IRTA)
©JGirona/IRTA(2019)
44
Fotogrametría
- Fotogrametria amb imatges d’alta resolució
Paràmetres estructurals de l’arbre
(J.Bellvert, 2019, IRTA)
©JGirona/IRTA(2019)
Fotogrametría
- Fotogrametria amb imatges d’alta resolució
Paràmetres estructurals de l’arbre
ÀREA COPA ARBREALÇADA NDVI
(J.Bellvert, 2019, IRTA)
©JGirona/IRTA(2019)
45
www.esa-sen4et.org
SENTINELS FOR EVAPOTRANSPIRATION
2019: Accés lliure a mapes de ET, Transpiració + Evaporació i Estréshídric amb una freqüència setmanal i resolució de 20 m
(J.Bellvert, 2019, IRTA)
©JGirona/IRTA(2019)
Fussió d’imatges per obtenir una millorresolució de ET
Sentinel 2. Multispectral20 m / cada 5 dies
Sentinel 3. Tèrmic1 Km / diari
Estimació ET20 m / diari
(J.Bellvert, 2019, IRTA)
©JGirona/IRTA(2019)
46
(J.Bellvert, 2019, IRTA)
©JGirona/IRTA(2019)
Agricultura de precisió
Requeriments:
• Coneixement de la variabilitat espacial i capacitat de gestió
• Coneixements molt específics dels requeriments del cultiu
• Coneixements de com funciona el sistema aigua-planta en el nostre conreu.
• Sistemes per evaluar la variabilidad espacial
• Amb capacitat per produir aliments suficients i de qualitat per la societat (en
un mont canviant)
• Un sistema de gestió precís, real i “on-line : on-time”
©JGirona/IRTA(2019)
47
Aigua i Agricultura de Precisió
Punts Clau
• El paper de l’aigua a la planta
• La variabilitat espacial
• Aigua i disponibilitat d’aliments
• Gestió de l’aigua en una agricultura de precisió
• Consideracions finals.
BCN, 21/11/2019
©JGirona/IRTA(2019)
Sense Aigua no hi ha Aliments
i sense una gestió eficient de l’aigua no
hi ha aigua per produir aliments
©JGirona/IRTA(2019)
48
3ª Jornada en BIOECONOMIA:
Bioeconomia i Innovació Tecnològica
El paper de la gestió de l’aigua en
l’agricultura de precisió
Dr. Joan GironaInvestigador Programa Ús Eficient de l’Aigua en AgriculturaIRTA
Aquesta presentació i tots el seus continguts estan protegits per la legislació vigent en propietat
industrial i intel·lectual. És por això que es prohibeix expressament la seva reproducció, copia,
modificació o transformació sense la autorització expressa de l’IRTA.
©JGirona/IRTA(2019)