El proyecto ERMES: Servicios de seguimento del cultivo de arroz basados en una IDE

Ponènica presentada a les V Jornadas Ibéricas de Infraestructura de Datos Espaciales (JIIDE 2014), celebrat a Lisboa els dies 5-7 de novembre de 2014En los tiempos actuales, ante el aumento de la demanda de alimentos, el incremento del precio de ellos y la adopción de nuevas técnicas para la agricultura, es más importante la optimización de las explotaciones agrícolas. Ante est e escenario , nace el proyecto Europeo ER MES (An Earth Observation Model based Rice Information Service, http://www. ERMES - fp7space.eu/ ) , dentro del programa FP7, el cual tiene como objetivo principal proporcionar un conjunto de herramientas y servici os que ayuden a cooperativas y agricultores en las tareas de seguimiento del cultivo de arroz y acumular paulatinamente evidencias basadas en datos científicos, geográficos, de la observación de la tierra, e incluso datos proporcionados por los propios agr icultores (usuarios) para facilitar la toma de decisiones . Esta tarea implica necesariamente la utilización e integración de diversas fuentes de datos así como también de múltiples técnicas de observación de la tierra, modelos de cultivos y herramientas TI C para el desarrollo Web y en entornos móvil . EL proyecto ERMES se dirige a dos tipos de usuarios bien diferenciados que realizarán usos distintos de los resultados del proyecto: un uso local dirigido a los agricultores ( productores ) y un uso regional dir igido a las autoridades encargadas de la supervisión y gestión del cultivo del arroz en una región determinada (por ejemplo cooperativas) . El ámbito de aplicación del proyecto corresponde a los principales productores de arroz a nivel Europeo — Italia, Espa ña y Grecia (en ese orden), d e donde son los principales socios del proyecto. A parte de la diversidad de datos y técnicas a emplear, el proyecto se enfrenta a las necesidades particulares de escala/resolución (necesidades del usuario local frente a l usuar io regional) y de escalado de la solución (misma aplicación para tres casos de uso distintos en tres países). Todos estos requisitos hacen de ERMES un proyecto especialmente atractivo para validar las capacidades de las Infraestructuras de Datos Espaciales . D urante el inicio del proyecto se han definido tareas de consulta de requisitos con los usuarios del proyecto (tanto regionales como locales), que den pie a la captura y definición pormenorizada de los requisitos funcionales de la solución final del proy ecto, los cuales servirán para el diseño de los servicios finales para el seguimiento de cultivo s del arroz. Dichos servicios seguirán los fundamentos INSPIRE y se estructurarán en base a los servicios básicos y estándares claves de una IDE .Proyecto FP7-Space ERMES (606983

Satellite and Fluorescence Remote Sensing for Rice Nitrogen Status Diagnosis in Northeast China

Nitrogen (N), as the most important element of crop growth and development, plays a decisive role in ensuring yield. However, the problems of over-application of N fertilizers have been repeatedly reported in China, which resulted in low N use efficiency and high risk of environmental pollution. The requirements of developing technologies for real-time and site-specific diagnosis of crop N status are the foundation to realize the precision N management, and also benefit to the improvement of the N use efficiency. Remote sensing technology provides a promising non-intrusive solution to monitor rice N status and to realize the precision N management over large areas. This research focuses on proposing N nutrition diagnosis methods and developing N fertilizer management strategies for paddy rice of cold regions in Northeast China. The main contents and results are presented as follows: (1)This study developed a new critical N (Nc) dilution curve for paddy rice of cold regions in Northeast China. The curve could be described by the equation Nc=27.7W^(-0.34) if W≥1 t/ha for dry matter (DM) or Nc=27.7g/kg DM if W<1 t/ha, where W is the aboveground biomass. Results indicated that the new Nc dilution curve was suitable for diagnosing short-season Japonica rice N status in Northeast China. The validation result indicated that it worked well to diagnose plant N status of the 11-leaf variety rice. (2)This study investigated the potential of the satellite remote sensing data for diagnosing rice N status and guiding the topdressing N application at the stem elongation stage in Northeast China. 50 vegetation indices (VIs) were computed based on the FORMOSAT-2 satellite data, and they were correlated with the field-based agronomic variables, i.e., aboveground biomass (AGB), leaf area index (LAI), plant N concentration (PNC), plant N uptake (PNU), chlorophyll meter readings, and N nutrition index (NNI, defined as the ratio of actual PNC and critical PNC according to the new Nc dilution curves). The results presented that 45% of variation in the NNI was obtained by using a direct estimation method based on the best VI according to the FORMOSAT-2 satellite data, while 52% of the variation in the NNI was yielded by an indirect estimation method, which firstly used the VIs to estimate AGB and PNU, respectively, then estimated NNI according to these two variables. Moreover, based on the critical N uptake curve, a N recommendation algorithm was proposed. The algorithm was based on the difference between the estimated PNU and the critical PNU to adjust the topdressing N application rate. The results demonstrated that FORMOSAT-2 images have the potential to estimate rice N status and guide panicle N fertilizer applications in Northeast China. (3)This study also evaluated the potential improvements of the newest satellite sensors with the red edge band for diagnosing rice N status in Northeast China. The canopy-scale hyperspectral data were upscaled to simulate the wavebands of RapidEye, WorldView-2, and FORMOSAT-2, respectively. The VI analysis, stepwise multiple linear regression (SMLR), and partial least squares regression (PLSR) were performed to evaluate the N status indicators. The results indicated that the VIs based on the RE band from RapidEye and WorldView-2 data could explain more variability for N indicators than the VIs from FORMOSAT-2 data having no RE band. Moreover, the SMLR and PLSR results revealed that both the near-infrared and red edge band were important for N status estimation. (4)The proximal fluorescence sensor Multiplex_3 was used to evaluate the potential of fluorescence spectrum for estimating the N status of the cold regional paddy rice at different growth stages. The Multiplex indices and their normalized N sufficient indices (NSI) were used to estimate the five N status indicators, i.e., AGB, leaf N concentration (LNC), PNC, PNU, and NNI. The results indicated that there were strong relationships between the fluorescence indices (i.e., BRR_FRF, FLAV, NBI_G, and NBI_R) and (i.e., LNC, PNC, NNI), with the coefficient of determination between 0.40 and 0.78. In particular, NNI was well estimated by these fluorescence indices. Moreover, the NSI data improved the accuracy of the N diagnosis. These results of this study were useful for N nutrition diagnosis and variable fertilization of the cold regional paddy rice, which were significant for the ecological environment protection and the national food security

Diagnóstico nutricional nitrogenado en trigo mediante sensores y aporte de subproductos orgánicos

266 p.El nitrógeno (N), debido a su baja disponibilidad en los ecosistemas terrestres, es el nutriente que más directamente influye en la producción vegetal y en el contenido de proteína de los cultivos de grano. Para satisfacer la creciente demanda de alimentos, las aplicaciones de fertilizantes nitrogenados son un factor crucial. La síntesis de fertilizantes minerales nitrogenados requiere grandes cantidades de energía, y en ocasiones sus aplicaciones no se hacen en dosis o momentos correctos provocando pérdidas de N en el medioambiente. Por otro lado, en las últimas décadas el sector ganadero ha experimentado un importante crecimiento, y con ello, ha aumentado la disponibilidad de subproductos orgánicos. Además de otros aspectos positivos para el suelo, la aplicación de subproductos de origen ganadero, devuelve parte de los nutrientes extraídos por los cultivos al suelo, lo que contribuye a la fertilidad del mismo y a la consiguiente productividad de los cultivos.El objetivo general de este trabajo es la mejora de la fertilización nitrogenada del cultivo de trigo en condiciones de clima mediterráneo húmedo, mediante la generación e integración de nuevo conocimiento acerca de: (i) los factores que influyen en la capacidad de mineralización de varios suelos de Araba; (ii) la disponibilidad de N tras el aporte de distintos subproductos orgánicos de origen ganadero; y (iii) la utilización de sensores ópticos proximales para el ajuste de la dosis de N mineral aportado y para el seguimiento del estado nitrogenado del cultivo en estados fenológicos clave. Los resultados obtenidos mediante este trabajo indican que: (i) la heterogeneidad del suelo influye en la variabilidad de la dinámica del N mineral a lo largo del ciclo de cultivo; (ii) las dinámicas de mineralización de la materia orgánica son muy variables, dependiendo de la tipología y composición bioquímica de cada subproducto orgánico de origen ganadero aportado al suelo. Así, la gallinaza y el purín son una fuente importante y muy rápida de N mineral para el cultivo, mientras que la tasa de mineralización del estiércol es baja; (iii) las lecturas normalizadas de los sensores proximales de campo Yara N-TesterTM y RapidScan CS-45 (NDVI y NDRE) permiten el ajuste de la dosis de nitrógeno al inicio de la etapa de encañado del trigo cuando se aplica purín de vacuno en fondo y cuando no se aplica fertilización de fondo orgánica; (iv) los valores absolutos de NDVI obtenidos con el sensor proximal RapidScan CS-45 posibilitan el seguimiento del índice nutricional nitrogenado (INN) a lo largo del ciclo de crecimiento del cultivo de trigo; (v) en los estados fenológicos aparición del segundo nudo, hoja bandera y mitad de floración, el rango de valores NDVI umbral obtenidos con el sensor proximal RapidScan CS-45 para la obtención de los mayores rendimientos productivos en el cultivo de trigo es de 0,70 ¿ 0,75; (vi) el sumatorio de los valores NDVI en los estados fenológicos inicio de encañado, aparición del segundo nudo, hoja bandera y mitad de floración, es un indicador de la variabilidad del rendimiento productivo del cultivo de trigo; (vii) cuando el rendimiento de trigo es inferior a 8000 kg ha-1, las lecturas obtenidas con el medidor de clorofila Yara N-TesterTM en la mitad del periodo de floración estiman los valores de proteína en grano. En conclusión, los sensores proximales permiten determinar el estado nutricional del trigo en distintos momentos de su ciclo productivo y ajustar la dosis de N para optimizar la producción y el contenido de proteína del grano. La planta engloba la variabilidad en el aporte de N por parte del suelo, por parte de los subproductos ganaderos y el efecto de la climatología del año, por lo que este sistema de control es muy apropiado desde un punto de vista productivo y ambiental, contribuyendo así a la sostenibilidad de los sistemas de producción agrícola

Diagnóstico nutricional nitrogenado en trigo mediante sensores y aporte de subproductos orgánicos

266 p.El nitrógeno (N), debido a su baja disponibilidad en los ecosistemas terrestres, es el nutriente que más directamente influye en la producción vegetal y en el contenido de proteína de los cultivos de grano. Para satisfacer la creciente demanda de alimentos, las aplicaciones de fertilizantes nitrogenados son un factor crucial. La síntesis de fertilizantes minerales nitrogenados requiere grandes cantidades de energía, y en ocasiones sus aplicaciones no se hacen en dosis o momentos correctos provocando pérdidas de N en el medioambiente. Por otro lado, en las últimas décadas el sector ganadero ha experimentado un importante crecimiento, y con ello, ha aumentado la disponibilidad de subproductos orgánicos. Además de otros aspectos positivos para el suelo, la aplicación de subproductos de origen ganadero, devuelve parte de los nutrientes extraídos por los cultivos al suelo, lo que contribuye a la fertilidad del mismo y a la consiguiente productividad de los cultivos.El objetivo general de este trabajo es la mejora de la fertilización nitrogenada del cultivo de trigo en condiciones de clima mediterráneo húmedo, mediante la generación e integración de nuevo conocimiento acerca de: (i) los factores que influyen en la capacidad de mineralización de varios suelos de Araba; (ii) la disponibilidad de N tras el aporte de distintos subproductos orgánicos de origen ganadero; y (iii) la utilización de sensores ópticos proximales para el ajuste de la dosis de N mineral aportado y para el seguimiento del estado nitrogenado del cultivo en estados fenológicos clave. Los resultados obtenidos mediante este trabajo indican que: (i) la heterogeneidad del suelo influye en la variabilidad de la dinámica del N mineral a lo largo del ciclo de cultivo; (ii) las dinámicas de mineralización de la materia orgánica son muy variables, dependiendo de la tipología y composición bioquímica de cada subproducto orgánico de origen ganadero aportado al suelo. Así, la gallinaza y el purín son una fuente importante y muy rápida de N mineral para el cultivo, mientras que la tasa de mineralización del estiércol es baja; (iii) las lecturas normalizadas de los sensores proximales de campo Yara N-TesterTM y RapidScan CS-45 (NDVI y NDRE) permiten el ajuste de la dosis de nitrógeno al inicio de la etapa de encañado del trigo cuando se aplica purín de vacuno en fondo y cuando no se aplica fertilización de fondo orgánica; (iv) los valores absolutos de NDVI obtenidos con el sensor proximal RapidScan CS-45 posibilitan el seguimiento del índice nutricional nitrogenado (INN) a lo largo del ciclo de crecimiento del cultivo de trigo; (v) en los estados fenológicos aparición del segundo nudo, hoja bandera y mitad de floración, el rango de valores NDVI umbral obtenidos con el sensor proximal RapidScan CS-45 para la obtención de los mayores rendimientos productivos en el cultivo de trigo es de 0,70 ¿ 0,75; (vi) el sumatorio de los valores NDVI en los estados fenológicos inicio de encañado, aparición del segundo nudo, hoja bandera y mitad de floración, es un indicador de la variabilidad del rendimiento productivo del cultivo de trigo; (vii) cuando el rendimiento de trigo es inferior a 8000 kg ha-1, las lecturas obtenidas con el medidor de clorofila Yara N-TesterTM en la mitad del periodo de floración estiman los valores de proteína en grano. En conclusión, los sensores proximales permiten determinar el estado nutricional del trigo en distintos momentos de su ciclo productivo y ajustar la dosis de N para optimizar la producción y el contenido de proteína del grano. La planta engloba la variabilidad en el aporte de N por parte del suelo, por parte de los subproductos ganaderos y el efecto de la climatología del año, por lo que este sistema de control es muy apropiado desde un punto de vista productivo y ambiental, contribuyendo así a la sostenibilidad de los sistemas de producción agrícola