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La implantación de sistemas de riego inteligente está siendo fundamental para garantizar la sostenibilidad de la agricultura de regadío y la alimentación de la población

El regadío y las Tecnologías de la Información y la Comunicación

Mariano Soto García. Dr. Ingeniero Agrónomo. Coordinador de la Cátedra Trasvase y Sostenibilidad José Manuel Claver Valderas de la Universidad Politécnica de Cartagena

José F. Maestre Valero. Dr. Ingeniero Agrónomo. Profesor Titular de la Universidad Politécnica de Cartagena

28/04/2020

Actualmente los recursos hídricos se encuentran bajo una fuerte presión, lo que está poniendo en peligro la sostenibilidad del regadío, su resiliencia y, por lo tanto, la producción de alimentos. A este respecto la implementación de las nuevas tecnologías de la información y de la comunicación (TIC), el análisis de Big Data y el Internet de las cosas (IoT) en la gestión del regadío juega un papel transcedental. En este artículo se presentan las principales TIC e IoT aplicadas en el regadío, tanto a escala comunidad de regantes como en parcela, haciendo hincapié sobre los principales beneficios de su implementación.La implantación de sistemas de riego inteligente está siendo fundamental para garantizar la sostenibilidad de la agricultura de regadío y la alimentación de la población, y de este modo alcanzar el equilibrio entre la intensificación sostenible de la producción alimentaria de calidad y la adaptación al cambio climático.

Hoy en día, los recursos hídricos se encuentran bajo una fuerte presión debido a causas como el crecimiento demográfico mundial, el cambio climático y la competencia por estos recursos entre los diversos ámbitos: agricultura, población, energía, industria, turismo y medioambiente. En el caso de la agricultura, esta fuerte presión crea desequilibrios entre los recursos hídricos renovables y las demandas totales y pone en peligro la sostenibilidad del regadío, su resiliencia y, por lo tanto, la producción de alimentos (Faures et al., 2013).

En este sentido, uno de los objetivos del regadío español es hacer totalmente compatible su actividad con el medioambiente al objeto de garantizar el buen estado cuantitativo y cualitativo de las masas de agua tanto superficiales como subterráneas. Este meta se está consiguiendo mediante una gestión basada en la modernización de regadíos, en el fomento de la investigación y la incorporación de las nuevas tecnologías de la información y de la comunicación (TIC), el análisis de Big Data y el Internet de las cosas (IoT). Esta gestión es clave para el desarrollo tecnológico y agrario, permitiendo mejorar la calidad de vida del ser humano dentro de un entorno e incrementar la eficiencia de los procesos (Ali et al., 2016).

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En la agricultura de regadío, las TIC e IoT se implementan fundamentalmente a dos escalas. La primera escala es el perímetro de riego asociado a una comunidad de regantes (CCRR), donde ésta es la encargada de controlar la gestión de los recursos hídricos. Las principales actuaciones realizadas por las CCRR han consistido principalmente en la modernización de las infraestructuras de transporte y distribución, así como en los sistemas de aplicación de agua en parcela. De esta forma se ha producido la sustitución de las tradicionales redes de conducciones abiertas por tuberías a presión; lo que ha permitido la implantación de las TIC e IoT en la gestión del regadío.

En segundo lugar, a escala de parcela la implementación de TIC e IoT se basa fundamentalmente en el uso de sensores para monitorizar el sistema continuo suelo-planta-atmósfera, sistemas de procesamiento de grandes paquetes de información como sistemas de ayuda y soporte a la decisión del agricultor y herramientas de teledetección para la monitorización de los recursos terrestres.

A continuación se presentan las principales TIC e IoT aplicadas en el regadío, haciendo hincapié sobre los principales beneficios de su implementación y se muestran diferentes escenarios de éxito de la aplicación de estas tecnologías.

Aplicación de las nuevas tecnologías en las comunidades de regantes

La incorporación de las TIC e IoT a la gestión de las CCRR se lleva realizando desde hace décadas y ha tenido una repercusión de enorme trascendencia en las prestaciones de estas entidades. Entre las herramientas más utilizadas se encuentran:

  • Sistemas de información geográfica (SIG): Estos sistemas son particularmente relevantes para la gestión en las CCRR, debido a la gran cantidad de datos espaciales georreferenciados que se procesan (parcelas, red de distribución, balsas de riego, estaciones de bombeo, etc.). Permiten controlar cada metro cúbico de agua distribuido, e incrementar la eficiencia de la distribución de los recursos hídricos, con el ahorro de agua y energía que ello supone. La Figura 1 muestra el visor SIG de la Comunidad de Regantes del Campo de Cartagena (Murcia). La versión de acceso público se puede acceder a través del siguiente enlace: https://gis.crcc.es:9000/multi/dev/.
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Figura 1. Visor SIG de la Comunidad de Regantes del Campo de Cartagena (Murcia).
  • Sistemas de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA): Esta herramienta realiza el telecontrol y monitorización de la red de riego. Permite llevar la información hacia y desde los elementos de operación hasta el centro de control (Figura 2), realizando el análisis y control necesarios sobre los diferentes elementos (válvulas hidráulicas, contadores, grupos de bombeo, balsas de riego, etc.). Esto posibilita poder controlar la trazabilidad del agua en tiempo real, y ayudar a detectar las posibles pérdidas de agua o manipulaciones no autorizadas de la red de riego.
  • Sistemas de soporte a la decisión (SSD): Sistemas dinámicos que integran datos, modelos matemáticos y conocimiento del usuario y que ayudan a este último en la toma de decisiones. Su aplicación es una herramienta de gran utilidad, ya que permite la consideración conjunta del riego, de la hidráulica, del consumo energético y de los criterios económicos; aspectos que permiten al usuario alcanzar niveles de optimización adecuados.
  • Aplicaciones Web y App para telefonía móvil: La disponibilidad del uso de Internet en diferentes dispositivos electrónicos (PC, Tablet, Smartphone, y Smart TV) y el sencillo manejo de las diferentes aplicaciones permite establecer nuevos canales de comunicación para el uso de los servicios de las CCRR, tanto para el personal de la misma como para los regantes. La Figura 3 muestra un ejemplo de la aplicación para smartphone utilizada por la Comunidad de Regantes de Lorca (Murcia).
  • Redes sociales: Ofrecen una gran oportunidad a las CCRR para mostrar cómo se gestiona el agua, y los beneficios que tiene la agricultura de regadío para la sociedad.
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Figura 2. Interface del SCADA de la Comunidad de Regantes Trasvase Tajo-Segura de Totana (Murcia).
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Figura 3. Aplicación para Smartphone de la Comunidad de Regantes de Lorca (Murcia).

La aplicación de estas herramientas, ha favorecido que mientras la superficie destinada a regadío se incrementó un 9% entre 2002 y 2016 (de 3.354.172 ha a 3.655.417 ha; ESYRCE), el consumo de agua por la agricultura para el mismo periodo descendió un 13% (de 17.083 hm3 a 14.948 hm3). Con una reducción del consumo de agua por hectárea del 20% para el periodo 2002 – 2016 (Figura 4).

Además de estos aspectos fácilmente cuantificables, la implementación de las TIC e IoT produce efectos sociales notables. Por ejemplo, en la Comunidad de Regantes del Campo de Cartagena los agricultores se beneficiaron de una asignación más eficiente y equitativa de los recursos hídricos, se evitaron conflictos mediante el establecimiento de la trazabilidad del agua y se mejoró en la transparencia de la gestión con la puesta a disposición de nuevos servicios web y móviles, prestados las 24 horas del día, los 7 días de la semana (Soto-García et al. 2013).

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Figura 4. Evolución del consumo de agua por superficie. Elaboración propia a partir de datos Instituto Nacional de Estadística (INE) y de Encuesta de Superficies y Rendimientos de Cultivos (ESYRCE)

En resumen, estas tecnologías (TIC e IoT) aplicadas en las CCRR conllevan las siguientes ventajas: (i) una reducción del consumo de agua; (ii) una mejora en la eficiencia de distribución; (iii) un reparto equitativo del agua; (iv) una trazabilidad de cada metro cúbico de agua distribuido; (v) una gestión transparente; (vi) una reducción del consumo y coste energético; (vii) una mejora en los servicios ofrecidos a los comuneros y regantes, proporcionándoles una mejor calidad de vida, entre otros aspectos.

Implementación de las Tecnologías de la Información y la Comunicación e Internet de las cosas en parcela

A nivel de parcela, las TIC e IoT se asientan sobre dos ejes principales. En primer lugar, los servicios de asesoramiento al regante ofrecidos por las diferentes administraciones que permiten al regante obtener información y soporte en la toma de decisiones. Entre los más representativos a nivel nacional se encuentra el Sistema de Información Agroclimática para el Regadío (SiAR; http://eportal.mapa.gob.es/websiar/Inicio.aspx). Este sistema permite la consulta y descarga de datos meteorológicos y la estimación de las necesidades netas de los cultivos, teniendo en cuenta únicamente las condiciones climáticas y el cultivo. A nivel regional existen también iniciativas que permiten incrementar de forma notable la eficiencia de aplicación del agua a escala de parcela. Una de ellas es la que ofrece el Instituto Murciano de Investigación y Desarrollo Agrario y Alimentario (IMIDA) de la Región de Murcia (http://siam.imida.es/apex/f?p=101:1:6305762012688573) que asesora al regante con información sobre agrometeorología, fertirrigación, plagas y enfermedades y análisis económico de explotaciones.

También se ha realizado un gran esfuerzo a nivel parcela. Existen diferentes técnicas que se pueden aplicar para reducir el consumo de agua y fertilizantes (Figura 5), y que son viables gracias al empleo de las TIC e IoT; principalmente mediante el telecontrol y la monitorización con sensores (datos climáticos, humedad del suelo, fertilización, consumos de agua, fertilizante y energía, imágenes…), el procesamiento de datos (modelización, simulación y predicción) y el análisis de la información:

  • El riego deficitario controlado, que consiste en reducir el riego por debajo de sus necesidades hídricas en los periodos en los que el déficit de agua no afecta a la producción ni a la calidad de la cosecha.
  • El riego de precisión, que consiste en realizar una programación óptima del riego, estableciendo el momento, la frecuencia y el tiempo de riego para dar a la planta el agua que necesita en el momento adecuado. Esto permite la utilización más eficiente de los recursos agua, fertilizante y energía.
  • La desecación parcial del sistema radicular, que es una técnica de déficit de riego. Consiste en crear dos zonas de distinta aplicación de riego en la raíz, una de ellas debe tener déficit hídrico y mientras la otra se mantiene irrigada, de forma que las raíces que se sumergen en el suelo seco sintetizan señales químicas por el estrés que supone la falta de agua en el lado que permanece seco. La planta desencadena una respuesta como si estuviera en un estrés hídrico aunque mantiene un correcto nivel de humedad, reduciendo la apertura de los estomas y disminuyendo con ello la transpiración y así reduciendo de este modo el consumo de agua.
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Figura 5. Programador de riego en explotación agrícola.

Algunas de las tecnologías más significativas que se encuentran a disposición de los regantes son:

  • Tensiómetros: Estos equipos permiten determinar el potencial matricial; energía con la que el agua se encuentra retenida en el suelo. Algunos modelos permiten la conexión de este con un equipo de adquisición de datos por medio de un transductor de tensión lo que facilita el acceso en tiempo real a los registros. Mediante la implementación racional de tensiómetros, Lao y Jiménez (2004) obtuvieron ahorros de agua del 22% en un cultivo de tomate en Almería bajo invernadero. Buttaro et al. (2015) programaron el riego en un cultivo de tomate bajo invernadero mediante el uso de tensiómetros en Bari, Italia, y concluyeron que un uso adecuado del tensiómetro permite establecer las dosis de riego óptimas y un empleo frecuente y controlado de los volúmenes de riego.
  • Sondas de humedad (Figura 6): Estas sondas, principalmente sensores TDR (basados en la reflectometría en el dominio del tiempo) y FDR o sonda de capacitancia (basados en la reflectometría en el dominio de frecuencias), permiten obtener una estimación precisa de la cantidad de agua que se incorpora al sistema suelo-planta en cada momento, de forma que se puedan evitar pérdidas de agua en profundidad o un déficit hídrico no deseado. En la gestión y el manejo del riego, estas sondas permiten al regante analizar la tendencia de los contenidos de agua en las distintas capas del suelo. Además, conectadas a sistema de comunicación, la información de humedad es accesible al regante en tiempo real. Mediante la aplicación de 15 sondas FDR, Millan et al. (2019) automatizaron y programaron el riego localizado de un cultivo de ciruela japonesa durante 3 años en Badajoz, con ahorros de agua de hasta el 45% e incrementos de producción de hasta el 37%.
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Figura 6. Sensores de humedad en parcela agrícola y su aplicación para smartphone.
  • Cámara de presión: Este equipo permite determinar el estado hídrico de cítricos y frutales (potencial hídrico) y conocer por lo tanto el momento adecuado para iniciar el riego. La determinación más usual es la del potencial hídrico de hoja no transpirante, comúnmente denominado “potencial de tallo”. En el estudio reciente de Blanco et al. (2019), se utilizó una cámara de presión tipo Scholander para monitorizar el estado hídrico de ciruelo.
  • Dendrómetros: Denominados sensores LVDT estiman el estado hídrico de las plantas a través de la medida de las variaciones de grosor del diámetro de un tronco o rama, transformándolas en señales eléctricas. Blanco et al. (2019) utilizaron dendrómetros para monitorizar la evolución de la máxima contracción diaria de trono y el crecimiento acumulativo de tronco durante los 4 años de periodo experimental. Los valores obtenidos les permitieron analizar el comportamiento fisiológico de los árboles ante una situación de estrés hídrico causada por un riego deficitario.
  • Flujo de savia: Este sensor puede proporcionar una buena estimación directa de la transpiración (consumo de agua por la planta) mediante la medida del caudal de savia que fluye por el xilema.
  • Drones y teledetección: El uso de sensores y cámaras acoplados en vehículos aéreos no tripulados (drones) y de la teledetección, junto con análisis de procesamiento de imágenes tanto espectrales como térmicas permite obtener información relevante sobre el área en estudio y llevar a cabo una monitorización constante y ayudar a detectar posibles problemas de manera temprana como el estrés hídrico o el control de plagas. Conesa et al. (2019) controlaron el estado hídrico de un huerto de nectarinos por medio del uso de drones e imágenes térmicas y multiespectrales, y mediante el cálculo de indicadores como la temperatura del dosel, el índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI) y el índice de vegetación ajustado al suelo (SAVI).

Conclusiones

La agricultura de regadío depende, en buena parte, de la implantación de estas tecnologías, que permitan la utilización más eficiente del agua, de los fertilizantes y de la energía de manera que se incrementa la productividad de los sistemas agrícolas. La correcta tecnificación del riego permite incrementar la rentabilidad de las explotaciones y, utilizada de forma racional, minimizar el impacto ambiental de esta actividad, al disminuir tanto el uso del agua y de energía, así como la aportación de elementos contaminantes al entorno.

Por consiguiente, la implantación de sistemas de riego inteligente está siendo fundamental para garantizar la sostenibilidad de la agricultura de regadío y la alimentación de la población, y de este modo alcanzar el equilibrio entre la intensificación sostenible de la producción alimentaria de calidad y la adaptación al cambio climático.

Referencias bibliográficas

  • Ali S, AfshanJabeen U, Nikhitha M (2016) Impact of ICTs on agricultural productivity. European Journal of Business, Economics and Accountancy, 4, No. 5.
  • Blanco V, Torres-Sánchez R, Blaya-Ros PJ, Pérez-Pastor A, Domingo R (2019)Vegetative and reproductive response of ‘Prime Giant’ sweet cherry treestoregulateddeficitirrigation. Scientia Horticulturae 249: 478–489.https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.02.016
  • ButtaroD, SantamariaP, Signore A, Cantore V, Boari F, Montesano FF, Parente A (2015) Irrigationmanagement of greenhouse tomato and cucumber using tensiometer: Effects on yield, quality and water use. Agriculture and Agricultural Science Procedia 4: 440–444.https://doi.org/10.1016/j.aaspro.2015.03.050
  • Conesa MR, Conejero W, Vera J, Ramírez-Cuesta JM, Ruíz-Sánchez MC (2019) Terrestrial and remote indexes to assess moderate deficit irrigation in early-maturing nectarine trees. Agronomy 9: 630.https://doi.org/10.3390/agronomy9100630
  • Encuesta sobre superficies y rendimientos de cultivos (ESYRCE). Acceso febrero 2020.
  • Faures JM, Bartley D, Bazza M, Burk, J, Hoogeveen J, Soto D, Steduto, P (2013) Climate Smart Agriculture Sourcebook; FAO: Rome, Italy, 557p.
  • Instituto Nacional de Estadística (INE). Agricultura, agua y medio ambiente, estadísticas sobre el uso del agua. Acceso febrero 2020.
  • Lao MT, Jiménez S (2004) Leaching of nutrients in greenhouse cultivation of tomato crop in the Mediterranean area under different fertirrigation managements. Journal of Food, Agriculture & Environment 2: 370–375.https://doi.org/10.1234/4.2004.153.
  • Millán S, Casadesús J, Campillo C, Moñino MJ, Henar-Prieto M (2019) Using soil moisture sensors for automated irrigation scheduling in a plum crop. Water 11: 2061.https://doi.org/10.3390/w11102061
  • Soto-García M, Del-Amor-Saavedra P, Martin-Gorriz B, Martínez-Alvarez V (2013)The role of information and communication technologies in the modernisation of water user associations’ management. Computers and Electronics in Agriculture 98: 121–130.https://doi.org/10.1016/j.compag.2013.08.005https://doi.org/10.1016/j.compag.2013.08.005

Comentarios al artículo/noticia

#1 - Manuel Rincón Sandoval
09/05/2020 19:54:18
Es una exelente forma de poder mantener riego programado y asistido por sensores de humedad y tener una cosecha segura, necesito más inf sobre los dispositivo su ficha técnica de cada uno gracias estoy interesado en conocer como desarrollarlo en México. Gracias.

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