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Optimización Espacial de la Producción
Gustavo Ariel SznaiderIgnacio Ferlijiwskyj
Departamento de Métodos Cuantitativos y Sistemas de InformaciónFacultad de Agronomía, UBA
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Optimización Espacial
•Heterogeneidad espacial
•Impacto sobre los modelos de decisión
•Herramientas para la detección de la heterogeneidad
•Herramientas para la descripción de la heterogeneidad
•Ejemplos
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Heterogeneidad Espacial
Medano
Suelo hidromórfico
Sin Restricciones
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Heterogeneidad de la Producción
•Heterogeneidad de la exportación•Heterogeneidad de la respuesta a insumos
QQ/ha U$S/ha25 -3430 2935 9240 15645 21950 28255 345
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Agricultura de Precisión
•Detectar heterogeneidad
•Delimitar ambientes
•Aplicar manejos diferenciales por ambiente (automáticamente)
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Agricultura por Ambientes
Heterogeneidaddel Terreno
Heterogeneidadde la Producción
Agricultura de Precisión
Interés por la Agricultura Por Ambientes- márgenes económicos
-sustentabilidad
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Heterogeneidad por zonas: Tandilia
Chillar
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Heterogenediad por zonas. Ventania
Coronel Pringles
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Heterogeneidad por zonas. Pampa Arenosa
Catrillo
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Heterogeneidad DENTRO vs ENTRE LOTE
81 qq/ha83 qq/ha
98 qq/ha
93 qq/ha
DIFERENCIA MÁXIMA: 17 qq/ha
Maíz 2008-2009 Vedia, Prov. Buenos Aires
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Heterogeneidad DENTRO vs ENTRE LOTE
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Heterogeneidad DENTRO vs ENTRE LOTE
DIFERENCIA > 100 qq/ha
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Dentro del lote vs entre regiones del país
98 qq/ha
90 qq/ha
70 qq/ha
75 qq/ha
Maíz 2007-2008
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DENTRO vs ENTRE LOTE vs ENTRE REGIONES
Mayor Heterogeneidad dentro del lote que
entre lotes de un mismo campoentre regiones del país
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Regiones con heterogeneidad dentro de los lotes
Regiones con ImportanteHeterogeneidadIntralote
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Patrones Espacio - Temporales
- +
2006 2007 2008
alto
bajo potencial
Intermedio
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Patrones Espacio - Temporales
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0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
2000 maiz103 qq/ha
2003 trigo42 qq/ha
2004 soja16 qq/ha
2007 maiz106 qq/ha
2008 soja48 qq/ha
2009 maiz80 qq/ha
Ren
dim
ient
o R
elat
ivo
Variabilidad interanual
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40
50
60
70
80
90
100
110
120
2008-2009 2006-2007 1999-2000
Ma
íz Q
Q/ h
aEstabilidad / Riesgo en cada ambiente
40 qq
15 qq 14 %
75 %
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Conclusiones Detección y Caracterización
-Diferencia importante de rendimiento entre ambientes (intralote)
-Repetitividad de las diferencias
-Predictibilidad
-Diferencias de estabilidad/riesgo entre ambientes
-Implicancias sobre los modelos agronómicos y la toma de decisión
-Modelos de Fertilización-Densidad de Siembra -Genotipos-Manejo de plagas (hongos, maleza)
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Modelo de Reposición
Fertilizante a Aplicar = Extracción de Cosecha
P en TRIGO
QQ/haP
kg/haExportación P
U$S/ha
Dosis P Fija
kg/ha
Balance luego de dosis fija
kg/haBalance USD/ha
Dosis variable P kg/ha
Beneficio USD/ha
30 -15.0 -52 20.0 5 Sobra 17 15.0 17 Ahorro
40 -20.0 -69 20.0 0 0 20.0 050 -25.0 -87 20.0 -5 Falta -17 25.0 17 Reposición
BENEFICIO FINAL USD/ha 11.42
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Modelo de Reposición
Fertilizante a Aplicar = Extracción de Cosecha
P en SOJA
QQ/ha USD/ha P kg/haExportación
P U$S/ha
Dosis P Fija kg/ha
Balance luego de dosis fija
kg/haBalance USD/ha
Dosis variable P kg/ha
Beneficio USD/ha
25 50 -20 -80 28 8 Sobra 32 20 32 Ahorro
35 250 -28 -112 28 0 0 28 045 450 -36 -144 28 -8 Falta -32 36 32 Reposición
BENEFICIO FINAL USD/ha 21.3
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Modelo de Umbral Crítico
P Disponible
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
45.00
50.00
BL 1 BL 9 BL 10 BL 11 FL 3 FL 4 FL 5
P p
pm
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Modelos de Balance
Objetivo de Rendimiento
Nfertilizante = NRequeridoPorCultivo – Ninicial - Nmineralizado – Nresiduos + Npérdidas
QQ/haN Requerido por
Cultivo Kg/ha30 9040 12050 150
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Modelos de Respuesta
Modelos de Simulación
Textura , Profundidad(capacidad retención hídrica)
Disponibilidad de H20 , N
Rendimiento Cultivo
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
10 30 50 70 90 110 130 150 170 190
N suelo + fertilizante
Kilo
s /
ha
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Otras decisiones
•Densidad de siembra
•Genotipos
•Funguicidas •diferencias de humedad del canopeo entre ambientes
•Malezas
•Reguladores del crecimiento
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Implicancias Sobre el Medio Ambiente
Evapotranspiración actual
Precipitación
Percolación
Contenido de agua útil
Agroquímicos
Contaminación
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El problema
Estado “claro” Estado “turbio”
Enturbamiento menos fotosíntesis, más descomposición anoxia
Eutrofización:
aumento de la biomasa y un empobrecimiento de la diversidad
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Implicancias Sobre el Medio Ambiente
Evapotranspiración actual
Precipitación
Percolación
Contenido de agua útil
Agroquímicos
Contaminación
Diferencias en:Capacidad de almacenaje de aguaCapacidad de captura del cultivo
Oportunidad de minimizar Contaminación mediante aplicación variable de agroquímicos
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Balance de Carbono
y = -0.558x + 1183.R² = 0.036
0102030405060708090
2003 2005 2007 2009 2011 2013
y = -0.085x + 214.9R² = 0.001
0102030405060708090
2003 2005 2007 2009 2011 2013
y = -0.361x + 777.9R² = 0.013
0102030405060708090
2003 2005 2007 2009 2011 2013
Toneladas de Carbono 30 cm vs. año
Pérdida: ½ Ton carbono año (p-value 0.01)
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Balance de Carbono
Para los siguientes cálculos se aplicaron las fórmulas descriptas en:Roberto Alvarez y Haydée S. Steinbach, Capítulo 4. BALANCE DE CARBONO EN AGROSISTEMAS. Libro de Materia Orgánica de la cátedra de Fertilidad. FAUBA
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BALANCE C (TON/HA*AÑO) - BL11
MATERIA ORGANICA MINERALIZACION POR AÑO MINERALIZADO
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BALANCE C - BL11 - 2009/2010-MAIZ
APORTE MINERALIZADO BALANCE
Maíz MO CARBONO MINERALIZACIÓN APORTE CULTIVO BALANCEQQ/HA % C TON/HA C TON/HA/AÑO C TON/HA/AÑO C TON/HA/AÑO
94 1.7 39 2.2 1.9 -0.3111 2.4 54 3.1 2.2 -0.9122 3.3 75 4.3 2.4 -1.8
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BALANCE C – POR CULTIVO RENDIMIENTOS TIPO
Ambiente MO% Ton C/haMineralización C Ton/ha/año Cultivo
Rendimiento Ton/ha
Aporte C Ton/ha/año
Balance C Ton/ha/año
Balance C relativo a
Stock CLoma 1.7 38.5 2.20 Trigo - soja2da 3.2 - 2.7 2.0 -0.2 -0.5%
Media Loma 2.4 54.4 3.10 Trigo - soja2da 4.0 - 3.0 2.4 -0.7 -1.3%Bajo 3.3 74.8 4.27 Trigo - soja2da 4.6 - 4.4 2.7 -1.5 -2.1%
Loma 1.7 38.5 2.20 soja 3.6 1.0 -1.2 -3.2%Media Loma 2.4 54.4 3.10 soja 4 1.1 -2.0 -3.7%
Bajo 3.3 74.8 4.27 soja 4.4 1.2 -3.1 -4.1%
Loma 1.7 38.5 2.20 maíz 7.4 1.5 -0.7 -1.9%Media Loma 2.4 54.4 3.10 maíz 10 2.0 -1.1 -2.0%
Bajo 3.3 74.8 4.27 maíz 11.4 2.3 -2.0 -2.7%
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BALANCE C (TON/HA*AÑO)
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MINERALIZADO VS APORTE – LOMA
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MINERALIZADO VS APORTE – MEDIA LOMA
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MINERALIZADO VS APORTE – BAJO
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Conclusiones
Todos los cultivos tienen balances negativos en todos los ambientes
De mejor a peor balance:Trigo/SojaMaízSoja
El balance es peor en el ambiente de alto potencial (donde hay más MO => más mineralización)
¿Como hacemos para mejorar el balance?
Aumentar Biomasa/Rendimiento
Aplicar más N (en los ambientes de peor balance)
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Aumentar Biomasa/Rendimiento
¿Cuanto tiene que rendir cada cultivo para no perder Carbono?
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
1.5 2 2.5 3 3.5
Ton/
ha R
endi
mie
nto
% Materia Orgánica
Maíz Ton/ha
Soja Ton/ha
Trigo ton/ha (Soja2da 3 ton/ha)
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Efecto del aumento de N
Nitrógeno
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Efecto del N sobre la cant. de biomasa e Ind. Cosecha
R. Alvarez,* H. S. Steinbach, S. M. Grigera, E. Cartier, G. Obregon, S. Torri, and R. García. 2004Agronomy Journal
La producción de biomasa responde al N más que el rendimiento
TRIGO
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Nitrógeno
Aporte Carbono
Rendimiento
Efecto del N sobre la cantidad de biomasa e Índice de Cosecha
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Efecto del N sobre la cantidad de biomasa e Índice de Cosecha
Nitrógeno
Aporte Carbono
Rendimiento
Nitrógeno
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Efecto del N sobre coeficiente de aporte humus
Modelo Century convalida esta idea, otros modelos no(falta concenso)
Nitrógeno
¿Disminuye C:N
Hipótesis:Favorece transformación residuos a materia orgánica(modifica Coeficiente Humificación)?
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Conclusiones y Preguntas
El agregado de más Nitrógeno en los ambientes de peor balance (mayor potencial de rendimiento)Impacta positivamente mediante:
Aumento del rendimiento
Aumento de la Biomasa que es mayor que el aumento de rendimiento (Trigo !!!, ¿Maíz? ¿otros?)
¿Mejora en el Coeficiente de Humificación?
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Repercusiones
Aumentar N en ambientes de alto potencial No solo sirve porque aumenta rendimiento
También sirve porque:• se genera más biomasa• el aumento de biomasa es proporcionalmente mayor que el aumento de rendimiento (Trigo)• mayor proporción de residuos pasa a la materia orgánica (¿?)
…justo en el ambiente donde más hay que cuidar el balance de carbono.
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Repercusiones
Cambio de Paradigma
Pasamos de Agricultura CortoPlacista
(recomendaciones según curvas de respuesta de rendimiento al N)
A Agricultura sustentable de largo plazo y por ambientes
(recomendaciones que además consideran largo plazo: generación de residuos, humificación, balance de C)
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Mejoras en el ABC
En Century, CH está afectado por la textura
Podemos revisar la fórmula de Century y adaptarla a nuestros cálculos
También podemos ver en Century como se afecta con textura: CM
Buscar otros trabajos científicos que estimen CH y CM
Experimentar
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Conclusiones
Agricultura de Precisióndetectar ambientes intralotecuantificar las diferencias de productividad
Importante Heterogeneidad Espacial
Diferencias entre ambientes de: rendimientos alcanzablesestabilidad/riesgo
Implicancias sobre modelosfertilización (exportación, respuesta)densidadplagas, malezas
Impacto Ambiental
Oportunidad de Agricultura por Ambientesmejora en los márgenes y sustentabilidad