Agricultura de precisió i observació de la terra

L’ús de la teledetecció en el camp de l’agricultura no es troba encara en un estat que puguem considerar madur. Tot i que cada vegada hi ha més empreses del sector que s’hi estan dedicant, existeixen dubtes o limitacions en l’adaptació d’aquestes tecnologies a l’agricultura. Un dels àmbits d’aplicació potencial de la teledetecció consisteix en gestionar eficientment el reg a partir de l’estimació de paràmetres biofísics com la humitat del sòl o l’evapotranspiració que s’extreu de les imatges de teledetecció o observació de la terra.

El passat 15 de maig es va fer una jornada tècnica sobre l’evapotranspiració, l’agricultura de precisió i l’observació de la terra a la seu de l’Institut Cartogràfic i Geològic de Catalunya (ICGC), que va comptar amb la participació d’investigadors del Departament d’Agricultura dels Estats Units (USDA) i de l'Institut de Recerca i Tecnologia Agroalimentàries (IRTA) i de l'ICGC per explicar les seves experiències i els darrers avenços en el tema.

 
<ul><li>[[#bloc1|Impacte de les característiques de la vinya en  l’evapotranspiració a partir l’estudi de vinyes adjacents a la Vall Central de Califòrnia. Projecte GRAPEX. Joseph Alfieri i Bill Kustas, USDA-ARS Hidrology & Remote Sensing Lab.]]</li>
<li>[[#bloc2|Fusió de dades d’observació de la terra òptiques i de microones: el repte de la humitat superficial del sòl. Jordi Castellví i Jordi Corbera.]]</li>
<li>[[#bloc3|SEN4ET: The ESA sentinels for evapotranspiration project. Héctor Nieto. IRTA.]]</li>
<li>[[#bloc4|Agricultura, vegetació i observació de la Terra a l’ICGC: experiències amb sensors hiperespectrals i Sentinel 2. Vicenç Palà i Jordi Corbera.]]</li>
<li>[[#bloc5|De la teoria a la pràctica: la teledetecció com a eina de maneig del reg. Joaquim Bellvert]]</li>
<li>[[#bloc6|Autors]]</li>
</ul>

<span id='bloc1'></span>

==Impacte de les característiques de la vinya en  l’evapotranspiració a partir l’estudi de vinyes adjacents a la Vall Central de Califòrnia. Projecte GRAPEX. Joseph Alfieri i Bill Kustas, USDA-ARS Hidrology & Remote Sensing Lab.==

El cultiu de la vinya ha esdevingut a Califòrnia el cultiu més important, amb una extensió de 325.000 ha, donant feina a més de 300.000 persones i amb uns beneficis econòmics de 6 bilions de $ anuals. Però, com a moltes parts del món, l’aigua a Califòrnia s’està convertint cada vegada més en un recurs escàs. Per gestionar l’aigua de la manera més eficient possible s’està apostant per fer servir tècniques de teledetecció (en anglès remote sensing) per tal de monitoritzar l’evapotranspiració (ET).

A la Vall Central de Califòrnia s’ha engegat la campanya multi-institucional GRAPEX (Grape Remote Sensing Atmospheric Profiling and Evapotranspiration Experiment) amb l’objectiu de desenvolupar una eina multi escalar per obtenir l’ET basada en percepció remota, i així poder millorar la gestió del rec de les vinyes. La finalitat d’aquest estudi es determinar l’impacte del cultiu de la vinya en l’ET, tenint en compte les característiques particulars d’aquest tipus de cultiu:

<ul style=''><li>la separació entre fileres de vinyes és bastant ampla (3.35m aprox.), comparat amb d’altres tipus com els cereals,</li>
<li>la canòpia és alta (2.25m aprox.)</li>
<li>la vegetació es concentra a la meitat superior de la vinya.</li>
</ul>

Les proves del projecte es van realitzar en dos camps de vinyes adjacents, prop de Lodi a la Vall Central de Califòrnia, durant el període comprés entre 2013 i 2017. Al primer camp les vinyes es van plantar al 2009, mentre que al segon ho van fer al 2011, i ambdós camps compartien el mateix sistema de rec per degoteig. Per a cada camp es recollien dades meteorològiques (velocitat del vent a diferents alçades i temperatura de l’aire), fluxos d’energia de superfície (flux de calor del sòl)  i l’índex diari de l’àrea de fulla (LAI) a partir d’imatges satèl·lit.

Com era d’esperar, les condicions meteorològiques no van variar entre els dos camps, i de la mateixa manera, els patrons anuals pel que fa a temperatura, pressió i vent són bastant similars.

En canvi, pel que fa als fluxos d’energia de superfície hi ha diferències significatives entre el primer camp i el segon que es podrien explicar per les diferències en la densitat de la vegetació i les diferències de disponibilitat d’aigua degudes a canvis en la gestió del rec que van tenir lloc en un dels camps. Concretament, el segon camp es va regar més durant el 2014, provocant que l’ET fos superior aquell any.

Per tant, l’estudi demostra la importància que te la gestió de les vinyes en l’ET i reforça la idea de que les canòpies de les vinyes altament estructurades influeixen directament en la producció, intercanvi i transport de l’ET.


[[Image:Draft_Garcia_709088255-Agricultura-de-precisio-i-obser-ICGC_evotra_img1.png_1179020530.png|center|340px|ICGC_evotra_img1]]


<span id='bloc2'></span>

==Fusió de dades d’observació de la terra òptiques i de microones: el repte de la humitat superficial del sòl. Jordi Castellví i Jordi Corbera.==

La humitat del sòl influeix en el cicle hidrològic i en els processos agrícoles, en el desenvolupament de la sequera i en d’altres processos. De fet, al 2004, la humitat del sòl va ser reconeguda com a una variable climàtica essencial i va ser inclosa a la llista d’aquestes variables, la ECV list, pel Sistema d’Observació del Clima Global (GCOS).

La majoria dels impactes de la humitat del sòl en el sistema climàtic venen donats per l’ET i conseqüentment amb la relació que aquesta te amb la temperatura i la precipitació. Aquests impactes seran més notoris en aquells territoris que es troben en la transició de clima d’humit a sec, precisament on el canvi climàtic està anant més ràpid. Determinar els canvis i afectacions al territori i les seves cobertes, posant especial atenció en la humitat del sòl, com a variable climàtica rellevant en la gestió i el coneixement de la situació del recurs aigua, esdevé un repte territorial de Catalunya.

A Catalunya, la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), l’Institut Cartogràfic i Geològic de Catalunya (ICGC) i l’Institut de Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) estan treballant en la definició dels requeriments tècnics i operacionals per a l’explotació del coneixement i del valor afegit mitjançant productes i serveis d’utilitat pel territori, gràcies a la utilització de petits satèl·lits. L’ICGC te el coneixement i la instrumentació al territori per mesurar la humitat del sòl. Entre el 2012 i el 2014 l’ICGC va dissenyar uns vols demostratius per tal de fer la fusió de les dades obtingudes de diferents tipus de sensors, des del visible, infraroig i infraroig tèrmic, juntament amb el radiòmetre de microones de banda-L(1.5-2.7GHz), dissenyat per la (UPC), per obtenir la humitat visible del sòl amb una resolució entre 2 i 3 m.

Una aplicació de la fusió de dades ha estat el projecte HUMIT, que te per objectiu complementar la detecció de la humitat del sòl, a partir de les mesures in situ de les estacions en xarxa NetMon, de l’observació d’imatges aeroportades del terreny i per últim, de l’anàlisi i disseny d’una missió en  petit satèl·lit, per la mesura de la humitat, aprofitant els resultats i les tecnologies validades en les campanyes de vol d’HUMIT. Com millor es faci la determinació i monitorització de la humitat del sòl, millor coneixement es tindrà de la seva salut, i conseqüentment del valor econòmic que aquest sòl pot tenir.

 
[[Image:Draft_Garcia_709088255-Agricultura-de-precisio-i-obser-ICGC_evotra_img2.png_2120088429.png|center|340px|ICGC_evotra_img2]]


<span id='bloc3'></span>

==SEN4ET: The ESA sentinels for evapotranspiration project. Héctor Nieto. IRTA.==

El projecte SEN4ET, liderat per l’Institut Hidrològic Danès i que compta amb la participació de l’IRTA, te por objectius donar eines als agricultors per a que no utilitzin més aigua de la necessària al regar els conreus. Per aconseguir-ho, s’està desenvolupant un producte per estimar l’ET de la vegetació amb satèl·lits  Sentinel de l’Agència Espacial Europea (ESA). Els usuaris podran generar mapes d’ET, a través d’un software de codi obert accessible de forma gratuïta a través de l’ESA.

El llançament de la sèrie de satèl·lits  Sentinel de l’Unió Europea, sota la gestió tècnica de l’ESA, és el programa més ambiciós de la Comissió Europea en matèria d’observació de la Terra. El programa Ús Eficient de l’Aigua de l’IRTA (Institut de Recerca i Tecnologia Agroalimentàries)fusiona les imatges enregistrades pels satèl·lits Sentinel 2 i 3 cada cinc dies per generar mapes d’evapotranspiració a una resolució de 10 a 20 m. D’aquesta manera, s’obtenen dades d’ET a escala de parcel·la amb una freqüència adequada.

Els diferents models d’ET obtinguts a partir de teledetecció són validats amb torres de fluxos, és a dir, torres situades al camp que mesuren els fluxos de calor entre l’atmosfera i la superfície de la Terra. Els models contemplen una àmplia varietat de cobertes vegetals (conreus, pastures i boscos), així com diferents condicions climàtiques.

El projecte compta amb el suport del Servei de Recerca Agrària de l’USDA (EEUU), la Universitat de Lund (Suècia), la consultoria SEGES (Dinamarca), la Comunitat General de Regants dels Canals d’Urgell, i Aigües del Segarra Garrigues.


[[Image:Draft_Garcia_709088255-Agricultura-de-precisio-i-obser-ICGC_evotra_img3.png_2067447732.png|center|340px|ICGC_evotra_img3]]


<span id='bloc4'></span>

==Agricultura, vegetació i observació de la Terra a l’ICGC: experiències amb sensors hiperespectrals i Sentinel 2. Vicenç Palà i Jordi Corbera.==

Les avantatges de les aplicacions de la teledetecció en el camp de l’agricultura són diverses:

<ul style=''><li>L’agricultura té com a principal font d’energia el Sol, una aportació “zenital/aèria” coherent amb el “punt de visió” de les tècniques de teledetecció</li>
<li>En una mateixa captació podem cobrir grans extensions de terreny dins la mateixa situació o escala temporal.</li>
<li>Els mitjans aeris i els satèl·lits cada cop més, ofereixen una capacitat reactiva a problemàtiques, fenomenologies o atzars concrets.</li>
<li>Capacitat d’analitzar la variabilitat dins la parcel.la i permetre tractaments diferenciats.</li>
<li>Capacitat d’adquisició d’imatges a diferents escales, espectres i resolucions.</li>
</ul>

Depenent de l’indicador del sòl que es vol observar uns sensors són més adients que altres.


[[Image:Draft_Garcia_709088255-Agricultura-de-precisio-i-obser-ICGC_evotra_img4_2.png|center|px|ICGC_evotra_img4_2]]

A partir de la interpretació de les imatges obtingudes dels sensors s’obtenen uns paràmetres del sòl, que juntament amb els paràmetres dels cultius i les dades meteorològiques, generen un model de creixement dels cultius, i en base a aquest model, l’agricultor pot prendre decisions més acurades sobre la irrigació, els fertilitzants, i preveure la producció resultant.

En aquest sentit i de forma operacional des de l’any 2000, a partir de la captura en zones meteoclimàtiques específiques, de dades hiperespectrals amb els sensors i avions de l’ICGC, es porta a terme a França  el programa FARMSTAR, desenvolupat per Airbus, que ha ajudat als agricultors a aconseguir una producció dels cultius més eficient i sostenible, estalviant-se quantitats de fertilitzants i pesticides. El servei, que finalment es generalitza a partir d’imatges de satèl.lit, actualment dona recomanacions a més de 800.000 ha.

 
[[Image:Draft_Garcia_709088255-Agricultura-de-precisio-i-obser-ICGC_evotra_img5_2.png|center|px|ICGC_evotra_img5_2]]

 
Un altre exemple és el projecte LIFE-Futur Agrari, finalitzat el passat mes de gener, que posa en pràctica les tecnologies existents de gestió i tractament de dejeccions ramaderes en zones de Catalunya que tenen una elevada concentració ramadera i designades com a zones vulnerables.

 
[[Image:Draft_Garcia_709088255-Agricultura-de-precisio-i-obser-ICGC_evotra_img6_2.png|center|px|ICGC_evotra_img6_2]]

 
I per últim, una darrera aplicació de recerca en observació de la Terra ha estat el projecte per determinar les causes de pèrdua de massa forestal o decaïment dels boscos al Maresme durant el període comprés entre el 2015 i el 2017. Aquest programa és liderat per DIBA, i ICGC en fa l’anàlisi del decaïment a partir del tractament d’imatges satèl.lit SENTINEL 2.


[[Image:Draft_Garcia_709088255-Agricultura-de-precisio-i-obser-ICGC_evotra_img7_2.png|center|px|ICGC_evotra_img7_2]]


<span id='bloc5'></span>

==De la teoria a la pràctica: la teledetecció com a eina de maneig del reg. Joaquim Bellvert==

El Programa Ús eficient de l’Aigua en Agricultura de l’ IRTA (Institut de Recerca i Tecnologia Agroalimentàries) estudia les respostes dels diferents cultius conreats a Catalunya en relació a les diferents tipologies i maneig del reg. L’objectiu del programa és produir coneixement que permeti millorar l’eficiència en l’aplicació de l’aigua als regadius. La clau rau en saber la quantitat d’aigua necessària per a cada lloc del territori i en quin moment cal. L’anàlisi de les imatges dels conreus proporcionades pels sensors aerotransportats donen els valors de l’índex NVDI (Normalized Difference Vegetation Index) de cada punt del terreny, tenen relació directament proporcional amb l’ET.

La temperatura de la fulla és un indicador de l’estat hídric dels conreus, a partir de la qual es pot calcular el Crop Water Stress Index (CWSI), que és una aproximació  de l’ET real. Aquesta és la fórmula.


[[Image:Draft_Garcia_709088255-Agricultura-de-precisio-i-obser-ICGC_evotra_img8.png|center|px|ICGC_evotra_img8]]

Col·locar sensors de temperatura a les fulles dels arbres permet determinar el potencial hídric de fulla. Conèixer el potencial hídric pot servir per gestionar el rec  d’una finca, però col·locar sensors in situ és una mesura purament manual, massa costosa en temps i ma d’obra, i que a més, dona valors puntuals quan el que interessa és tenir valors continus en el territori.

Les imatges proporcionades pel sensor tèrmic aerotransportat d’alta resolució permeten estimar el potencial hídric de fulla per a cada estació i per diferents tipus de conreus en el seu context territorial. Amb aquestes dades es generen mapes del potencial hídric de fulla tant a escala d’arbre com a escala de sector de rec, facilitant així la gestió del rec a l’agricultor, ja que se li està donant informació de molta precisió de la quantitat d’aigua que cal per a cadascun dels punts de les seves parcel·les. A través d’un portal web, els agricultors poden definir l’estratègia de rec a seguir per cada tipus de cultiu i per a cada estació, en funció del potencial hídric de fulla.

                  
[[Image:Draft_Garcia_709088255-Agricultura-de-precisio-i-obser-ICGC_evotra_img9.png|center|px|ICGC_evotra_img9]]

[[Image:Draft_Garcia_709088255-Agricultura-de-precisio-i-obser-ICGC_evotra_img10.png|center|px|ICGC_evotra_img10]]


<span id='bloc6'></span>

==Autors==

Redactat per: [mailto:cristina.gil@gencat.cat Cristina Gil]


<span id='bloc7'></span>