Optimización Espacial de la Producción

Gustavo Ariel SznaiderIgnacio Ferlijiwskyj

Departamento de Métodos Cuantitativos y Sistemas de InformaciónFacultad de Agronomía, UBA

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

Heterogeneidad Espacial

Medano

Suelo hidromórfico

Sin Restricciones

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

Agricultura de Precisión

•Detectar heterogeneidad

•Delimitar ambientes

•Aplicar manejos diferenciales por ambiente (automáticamente)

Agricultura por Ambientes

Heterogeneidaddel Terreno

Heterogeneidadde la Producción

Agricultura de Precisión

Interés por la Agricultura Por Ambientes- márgenes económicos

-sustentabilidad

Heterogeneidad por zonas: Tandilia

Chillar

Heterogenediad por zonas. Ventania

Coronel Pringles

Heterogeneidad por zonas. Pampa Arenosa

Catrillo

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

Heterogeneidad DENTRO vs ENTRE LOTE

Heterogeneidad DENTRO vs ENTRE LOTE

DIFERENCIA > 100 qq/ha

Dentro del lote vs entre regiones del país

98 qq/ha

90 qq/ha

70 qq/ha

75 qq/ha

Maíz 2007-2008

DENTRO vs ENTRE LOTE vs ENTRE REGIONES

Mayor Heterogeneidad dentro del lote que

entre lotes de un mismo campoentre regiones del país

Regiones con heterogeneidad dentro de los lotes

Regiones con ImportanteHeterogeneidadIntralote

Patrones Espacio - Temporales

- +

2006 2007 2008

alto

bajo potencial

Intermedio

Patrones Espacio - Temporales

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

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 %

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)

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

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

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

Modelos de Balance

Objetivo de Rendimiento

Nfertilizante = NRequeridoPorCultivo – Ninicial - Nmineralizado – Nresiduos + Npérdidas

QQ/haN Requerido por

Cultivo Kg/ha30 9040 12050 150

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

Otras decisiones

•Densidad de siembra

•Genotipos

•Funguicidas •diferencias de humedad del canopeo entre ambientes

•Malezas

•Reguladores del crecimiento

Implicancias Sobre el Medio Ambiente

Evapotranspiración actual

Precipitación

Percolación

Contenido de agua útil

Agroquímicos

Contaminación

El problema

Estado “claro” Estado “turbio”

Enturbamiento menos fotosíntesis, más descomposición anoxia

Eutrofización:

aumento de la biomasa y un empobrecimiento de la diversidad

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

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)

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

BALANCE C (TON/HA*AÑO) - BL11

MATERIA ORGANICA MINERALIZACION POR AÑO MINERALIZADO

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

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%

BALANCE C (TON/HA*AÑO)

MINERALIZADO VS APORTE – LOMA

MINERALIZADO VS APORTE – MEDIA LOMA

MINERALIZADO VS APORTE – BAJO

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)

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)

Efecto del aumento de N

Nitrógeno

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

Nitrógeno

Aporte Carbono

Rendimiento

Efecto del N sobre la cantidad de biomasa e Índice de Cosecha

Efecto del N sobre la cantidad de biomasa e Índice de Cosecha

Nitrógeno

Aporte Carbono

Rendimiento

Nitrógeno

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)?

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?

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.

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)

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

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