El trabajo pone en relieve la importancia del uso de la tecnología, las buenas prácticas de calibración y la implementación de un sistema de expresión de la dosis, acorde a las características de la vegetación

El uso incorrecto de los productos fitosanitarios genera pérdidas de producto por efecto de la deriva lejos de la zona objetivo o de la escorrentía. Esto, además de ser una importante fuente de contaminación del suelo y de los cauces de agua, genera un riesgo en la eficacia del control de las plagas y enfermedades debido a una alta heterogeneidad durante el proceso de distribución del producto aplicado, por no hablar de las importantes pérdidas económicas que se generan como consecuencia de la baja eficiencia de las aplicaciones. Iniciativas como la Directiva de Uso Sostenible de Fitosanitarios (SUD 2009/128/EC) recogen la necesidad de la formación de los agricultores, la inspección de los equipos de aplicación y del uso de estrategias de manejo integrado (la Gestión Integrada de Plagas es obligatoria desde 2014) para lograr una protección de los cultivos más sostenible.

Ente las estrategias de manejo integrado de los cultivos, la incorporación de nuevas tecnologías en los procesos de aplicación de fitosanitarios ayuda a que este trabajo sea trazable, seguro y sostenible. El proyecto de investigación PIVOS - Pulverización Inteligente para un Viñedo y Olivar Sostenibles (PID2019-104289RB), financiado por la Agencia Estatal de Investigación, Ministerio de Ciencia e Innovación del Gobierno de España, nace con el objetivo de demostrar los beneficios de la aplicación inteligente de productos fitosanitarios en el cultivo de la viña y olivo, reduciendo su impacto sobre el medioambiente. (www.pivos.upc.edu). El consorcio lo forman cuatro universidades españolas: la Universitat Politècnica de Catalunya, la Universidad de Córdoba, la Universidad de Zaragoza y la Universitat Politècnica de València.

Entre la lista de acciones propuestas en el proyecto destaca el desarrollo y validación de un novedoso sistema de aplicación variable de productos fitosanitarios basado en las características de la vegetación y en la variación intraparcelaria de la misma. Este desarrollo se ha instalado en dos equipos punteros y comerciales, cedidos para el proyecto por las empresas Ilemo Hardi, S.A.U. (equipo multifila para viña, Figura 1) y Mañez y Lozano Tratamientos Agrícolas (equipo para tratamientos en olivar, Figura 2).

La tecnología de aplicación variable de fitosanitarios se basa en la variación en continuo de la cantidad de producto aplicado para adaptarse a las necesidades del cultivo en cada zona de la parcela. El ajuste del volumen de aplicación correspondiente se consigue mediante la regulación del caudal de las boquillas. Para ello, existen dos métodos de trabajo.

El primero se basa en el cambio de la presión de trabajo en continuo (Campos et al., 2020), consiguiendo de este modo el caudal deseado en la boquilla pero, a su vez, modificando las condiciones de trabajo y el tamaño de gotas generado, lo que puede tener consecuencias sobre la deposición del producto, la distribución del mismo o la deriva fuera de los límites de la parcela.

El segundo método de trabajo se basa en la utilización de válvulas de modulación de anchos de pulsos o PWM (del inglés Pulse Width Modulation) que son electroválvulas muy comunes en otros sectores industriales que se han empezado a implementar recientemente en atomizadores. Una de las principales ventajas que ofrecen es una regulación del caudal de la boquilla manteniendo las condiciones del tamaño de la gota (Wei et al., 2021). Los caudales son regulados mediante la modulación del tiempo de apertura de la válvula mediante señales eléctricas a una frecuencia específica. El envío de estas señales desde un sistema de control sirve para permitir o interrumpir el paso de líquido a las boquillas mediante un muelle. El tiempo de apertura de la válvula, llamado “ciclo de trabajo”, varía de 0% para la válvula completamente cerrada (el muelle presiona contra la pared del tubo y corta el flujo) a 100% para la válvula completamente abierta (el muelle no interviene), trabajando como si fuera una boquilla convencional. De esta manera, una válvula que estuviera trabajando a un ciclo de trabajo del 50%, significa que la mitad del tiempo está abierta y la otra mitad cerrada, resultando en un caudal intermitente cuando el líquido sale de la boquilla. En comparación con otras alternativas para regulación del caudal, como los basado en cambios de presión, pueden proporcionar una presión relativamente constante mientras cambia el caudal, lo que resulta en un espectro de tamaño de gota consistente en todo momento. Estas válvulas ya se implementan exitosamente en pulverizadores de barras horizontales para tratamientos en cereal, pero todavía se sigue estudiando su integración en los equipos para aplicaciones en frutales y viña, por lo que el proyecto PIVOS pretende disipar algunas dudas y evaluar su eficacia tanto en viñedo como olivar.

Las boquillas PWM han sido cedidas para el proyecto por Teejet Technologies. Esto ha sido posible gracias a la colaboración universidad-empresa dentro del Proyecto.

Durante el año 2022 se realizaron ensayos de campo para validar y caracterizar su operatividad. Las pruebas se llevaron a cabo en un viñedo comercial de 5 ha plantado en espaldera y situado en el municipio de El Plà del Penedès (Barcelona), dentro de la denominación de origen Penedès. El prototipo diseñado partía de un pulverizador multi-fila convencional modelo HARDI Zaturn (Ilemo HARDI, Lleida, España) dotado de un tanque de 1300 L de capacidad. En el circuito hidráulico, antes de cada una de las boquillas situadas en cada bajante de la máquina, se colocaron unas válvulas con solenoide PWM Teejet (115880 e-ChemSaver, TeeJet Technologies, Glendale Heights, EE UU). El prototipo contaba con un total de 24 solenoides controlados independientemente por el ordenador de abordo desarrollado por la Universidad Politécnica de Valencia (UPV). Además, la máquina se equipó con dos sensores de presión para controlar y recabar información de cada sección (derecha e izquierda) del equipo. A la salida de la bomba se montó un tercer sensor de presión general, además de un caudalímetro de turbina para registrar las condiciones de trabajo instantáneas durante la aplicación. Por último, con el objetivo de determinar la posición de la máquina en cada momento y conocer su trayectoria, se montó un receptor GNSS en la parte posterior del equipo.

El equipo diseñado es capaz de aplicar el producto fitosanitario adaptándolo a las características de la vegetación. Para la estimación de los parámetros de vegetación, existen distintos métodos: los que funcionan a tiempo real, y los que se basan en mapas previamente confeccionados. La aplicación variable de fitosanitarios en base a datos generados a tiempo real se ha investigado ampliamente desde hace más de una década. Estos sensores se embarcan en el tractor o en el propio equipo de pulverización y, midiendo a tiempo real y altas frecuencias (sensores de ultrasonidos o sensores basados en laser escáner), permiten estimar las características de la vegetación segundos antes de la aplicación del producto fitosanitario. De esta forma, el sensor mide, el sistema de control analiza a tiempo real, y manda la orden para el ajuste del caudal de la máquina. Estos sistemas son capaces proporcionar datos sobre la vegetación en tramos de 0,1 a 3 m a lo largo de la hilera, pero tienen el inconveniente del elevado coste y la dificultad de implementación.

En el proyecto PIVOS se ha optado por la utilización de la teledetección aérea para generar mapas de cultivo que posteriormente se han traducido a mapas de prescripción. El proceso de trabajo (Figura 3) empieza con la captura de imágenes de las parcelas mediante un sistema dron equipado con una cámara multiespectral equipada con cinco filtros espectrales en las regiones del visible e infrarojo cercano. Tras el vuelo, llevado a cabo a principios de Junio de 2022, la ortofoto resultante se analizó aplicando procesos de análisis de imagen y geoestadística, y se segmentó la información que pertenecía a las cepas y se descartaron todos aquellos pixeles que correspondían a suelo, sombras u otras fuentes de ruido. A partir de aquí, se generaron los mapas que determinan tres zonas de vigor dentro de la parcela basadas en el índice de vegetación diferencial normalizado (NDVI).

La determinación del volumen de aplicación óptimo para cada zona de vigor se llevó a cabo utilizando la aplicación DOSAVIÑA (Gil et al., 2019), gratuita y disponible tanto para Android como IOS. El empleo de DOSAVIÑA permite no solo determinar los volúmenes adecuados y, en consecuencia, la cantidad de producto fitosanitario; la aplicación también es una herramienta de ayuda para la selección de la boquilla y la presión de referencia. Una vez determinados los volúmenes de aplicación, los mapas se convirtieron a formato vectorial tipo polígono a formato con geometría punto intersectando una matriz de 100 puntos por parcela sobre el mapa del viñedo. Cada uno de los puntos de la matriz contenía las coordenadas longitud y latitud en grados decimales, altura sobre el nivel del mar en metros, y el caudal requerido en L min^-1 (en base al volumen de aplicación requerido por zona, la velocidad de avance y el ancho de trabajo). El último paso del proceso consistió en la carga de los mapas de prescripción en el ordenador de embarcado en el prototipo de aplicación y la realización de los ensayos de campo.

Figura 3: Ciclo de trabajo para la generación de mapas de prescripción y aplicación variable de fitosanitarios.

Los resultados obtenidos con el prototipo en las dos fechas en las que se realizaron los ensayos (estadios vegetativos de floración y envero) se compararon con los resultados generados con una aplicación convencional a volumen de aplicación constante, utilizando en este caso el mismo equipo pero fijando los ciclos de trabajo de las válvulas PWM al 100% o totalmente abiertas. Para conocer los niveles generales de deposición, se definieron seis bloques de muestreo en cada zona de vigor, utilizando tres de ellos para la aplicación convencional y los otros tres para la aplicación variable. Dentro de cada bloque, se seleccionaron aleatoriamente tres cepas, sobre el que dispusieron tres papeles de filtro utilizados como colectores del trazador que se aplicó en los tratamientos (Oxicloruro de Cobre 50%). Los papeles de filtro se colocaron de forma aleatoria a lo largo de la pared vegetal, considerando zonas bajas, medias y altas, así como caras interiores y exteriores, y una vez efectuados los tratamientos se llevaron a analizar al laboratorio.

Tras la caracterización de la vegetación en campo mediante medidas manuales del viñedo localizadas en cada zona de vigor del mapa, el sistema de apoyo a la decisión DOSAVIÑA permitió calcular el volumen de aplicación óptimo según las características del cultivo. En ambos tratamientos, las distintas zonas de vigor determinadas en campo contenían vegetación con características suficientemente diferenciadas como para llevar a cabo una aplicación variable (Tabla 1). Las diferencias de vegetación entre clases de vigor eran más evidentes en el factor correspondiente al ancho de la pared del cultivo que forman las cepas que en su altura. Esto es esperable dado que en muchos casos se utilizan técnicas de recorte de la pared vegetativa para adaptarla a las necesidades de exposición solar y trabajos con maquinaria en la parcela.

La caracterización de la vegetación resultó en la estimación de unos volúmenes de aplicación adaptados a las necesidades de la misma para cada zona de vigor y cada fecha de tratamiento. Además, en el ensayo usado como referencia, que simulaba el tratamiento llevado a cabo siguiendo las recomendaciones del propietario del viñedo, se utilizó el volumen máximo utilizado en la aplicación variable.

La primera versión del prototipo diseñado dentro del proyecto PIVOS para aplicaciones en viñedo demostró ser capaz de leer los mapas de prescripción generados mediante teledetección y validados en campo con DOSAVIÑA. En cada posición de la parcela, el prototipo aplicó el caudal correspondiente a la zona de vigor en la que se encontraba, permitiendo un ahorro en la cantidad de producto aplicado. En concreto, en el tratamiento realizado el mes de junio, el prototipo aplicó un total de 770 L de caldo (agua y producto), mientras que en el mismo tratamiento de referencia se emplearon 979 L. Los volúmenes totales consumidos en el segundo tratamiento el 21 de Julio, fueron de 903 y 1030 L para el ensayo VRA y el tratamiento de referencia, respectivamente. Esto supone una reducción de caldo respecto al tratamiento de referencia de un 21% en el primer estadio y del 12% en el segundo estadio, con un ahorro promedio en los dos tratamientos de un 17%. El ahorro en producto se considera igual que el ahorro en agua al tratarse las dos estrategias con la misma concentración de producto. Cabe destacar que estos ahorros son ya importantes aunque se considera que la tecnología tiene un potencial mucho más alto si se compara con los tratamientos de referencia de 300 - 350 L Ha^-1 que se están empleando en los viñedos de la zona de la DO Penedés actualmente, lo que supondría ahorros de agua y producto superiores al 40%.

El trabajo desarrollado durante la primera mitad del proyecto PIVOS pone en relieve la importancia del uso de la tecnología, las buenas prácticas de calibración, así como el manejo e implementación de un sistema de expresión de la dosis acorde a las características de la vegetación para conseguir una reducción de producto, en línea con los objetivos establecidos en el Pacto Verde y en la Estrategia de la Granja a la Mesa.

Continuando con la actividad programada en el marco del proyecto PIVOS, está prevista la ejecución, durante la primera mitad del año 2023, de estudios enfocados a determinar el impacto del sistema de aplicación variable mediante válvulas PWM sobre la reducción de la perdida de producto por efectos de deriva, así como la evaluación de las pérdidas de fitosanitario en el suelo respecto a una aplicación convencional. Por otro lado, el proyecto tendrá continuidad gracias a la consecución de nuevo proyecto ADOPTA (PDC2022-133395), financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación entro del programa Prueba de Concepto. En este caso, el objetivo es el de la validación y cuantificación de los efectos beneficiosos (o no) en condiciones reales y en colaboración con agricultores usuarios del prototipo. Al final de la prueba de concepto se evaluará la capacidad de control biológico de las principales enfermedades del viñedo, así como la operatividad del prototipo y los ahorros totales logrados.

El proyecto PIVOS (PID2019-104289RB) ha recibido financiación por parte del Ministerio de Ciencia e Innovación del Gobierno de España. Los autores también quisieran agradecer el apoyo prestado por Ilemo Hardi S.A.U, Máñez y Lozano Tratamientos Fitosanitarios, Randex Válvulas Ibéricas SL, TeeJet Technologies Europe y a los agricultores vinculados al proyecto.

Referencias bibliográficas

• Campos, J., Gallart, M., Llop, J., Ortega, P., Salcedo, R., y Gil, E. (2020). On-Farm Evaluation of Prescription Map-Based Variable Rate Application of Pesticides in Vineyards. Agronomy, 10(1), 102.
• EU. Directive 2009/128/EC of the European Parliament and of the Council of 21 October 2009 Establishing a Framework for Community Action to Achieve the Sustainable Use of Pesticides. O. J. Eur. Union 2009, 309, 71–86.
• Gil, E., Campos, J., Ortega, P., Llop, J., Gras, A., Armengol, E., Salcedo, R., y Gallart, M. Dosaviña: Tool to calculate the optimal volume rate and pesticide amount in vineyard spray applications based on a modified leaf wall area method. Comput. Electron. Agric. 2019, 160, 117–130.
• Wei, Z., Zu, H., Zhang, Z., Salcedo, R., y Duan, D. (2021). Droplet Size Spectrum, Activation Pressure, and Flow Rate Discharged from PWM Flat-Fan Nozzles. Transactions of the ASABE. 64(1): 313-325.