El objetivo es implementar un sistema de fertirrigación óptimo que sea muy fácil de usar y dé instrucciones sobre la cantidad exacta de agua y fertilizantes que necesita el cultivo y cuándo aplicarla

PRECIMED es un un proyecto coordinado por el CEBAS-CSIC que busca mejorar la eficiencia en el uso del agua y los nutrientes en la Región Mediterránea. La investigación, liderada por los doctores María Fernanda Ortuño y Juan José Alarcón del departamento de Riego del CEBAS-CSIC, permitirá al consorcio del proyecto lanzar una herramienta de gestión de riego basado en datos, integrando el conocimiento sobre fertilizantes y manejo del agua de riego con las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TICs).

Esta herramienta será probada y validada por los agricultores en los diferentes países participantes del proyecto. PRECIMED está financiado a través de la fundación PRIMA (Partnership for Research and Innovation in the Mediterranean Area), que busca apoyar iniciativas en el área del mediterráneo para mejorar los sistemas agroalimetarios y de gestión de agua. Ha sido dotado con cerca de medio millón de euros y tiene una duración de 36 meses. Junto al CEBAS–CSIC, el consorcio lo forman la PYME española, ODIN Solutions S.L.; la Universidad de Thessaly, Grecia; la Universidad de Sfax, Túnez; y el Instituto Nacional de Investigaciones Agrarias, INRAA, Argelia.

En la situación socioeconómica actual de la Región Mediterránea, la agricultura es uno de los sectores más dinámicos y productivos, pero también el más vulnerable a la escasez de agua. Ante esta problemática, surge la necesidad de llevar a cabo un adecuado manejo del riego como una de las soluciones más efectivas para favorecer el desarrollo económico de esta región.

Dentro de esta solución destaca la aplicación de distintas estrategias de riego deficitario, el uso de aguas no convencionales para la fertirrigación y la implementación de nuevas tecnologías. En este sentido, adquiere un valor relevante la optimización del agua y los nutrientes en la agricultura mediante el uso de técnicas de riego de precisión.

En los últimos años ha habido una amplia gama de enfoques novedosos propuestos para la programación del riego que aumentan la eficiencia del uso del agua y los nutrientes; muchos de ellos se basan en modernos y precisos sensores en suelo y planta. A este respecto en el departamento de Riego del CEBAS se ha hecho un esfuerzo en encontrar indicadores del estado hídrico de la planta y el suelo, como son las variaciones del diámetro del tronco, temperatura foliar, flujo de savia o variaciones de la humedad volumétrica del suelo, entre otros, que con el empleo de sensores como dendrómetros, cámaras térmicas, sondas de flujo de savia o sondas capacitivas en suelo (Fotografía 1) permiten conocer en tiempo real las variaciones de estos indicadores biológicos. Se está trabajando en elaborar índices robustos para usarlos como criterios de riego, de forma que a partir de un valor umbral se aplique la cantidad mínima de agua que el cultivo demanda en cada momento, humedeciendo la zona de raíces efectiva de la planta y al mismo tiempo, asegurando que el agua de riego esté disponible para las plantas en los periodos críticos de los cultivos. Podíamos decir que mediante estos sensores las plantas nos informande su estado hídrico en tiempo real y de manera continua. Con este avance se ha llegado a ahorrar más del 30% del agua de riego en algunos casos, manteniendo una cosecha de calidad.

Fotografía 1. Dendrómetros, sondas de flujo de savia y termorradiómetros instalados en campo.

Sin embargo, la mayor parte de este conocimiento permanece a nivel de investigación y ahora existe la necesidad de impulsar su explotación por parte de los usuarios finales. La integración de todo este conocimiento en un único sistema de riego de precisión es necesaria para introducir una modificación real en el enfoque productivo de la agricultura mediterránea.

Por otro lado, en la actualidad ha adquirido especial relevancia el “Internet de las cosas” (IoT, siglas del inglés Internet of Things) que hace referencia a los sistemas de dispositivos físicos que reciben y transfieren datos a través de redes inalámbricas sin la intervención humana. Las redes IoT generan gran cantidad de datos que son convertidos en información.

En el área agrícola, el IoT es una familia de tecnologías muy prometedora, capaz de ofrecer muchas soluciones para la modernización de la agricultura. De hecho, según algunos estudios, la aplicación de tecnologías IoT podrían ser capaces de incrementar cerca de un 70% la producción global de alimentos, lo que generaría un impacto positivo para el año 2050, en el que se estima una población de 9.5 billones de personas (Bing, 2016).

Las tecnologías IoT en agricultura incluyen dispositivos e infraestructuras heterogéneas que abarcan sensores de campo y de planta, estaciones meteorológicas, dispositivos de monitorización y control, así como actuadores remotos sobre las bombas de nutrición y válvulas de riego, entre otros, conectados en varias configuraciones presentes en el mercado actual. El análisis de la gran cantidad de datos de IoT (“Big Data”) permite interpretar y valorar los datos recopilados de procesos complejos, predecir situaciones y mejorar los sistemas de la toma de decisiones (DSS) para la programación precisa del riego, aportando la cantidad de agua y nutrientes que los cultivos requieren en cada momento, sin mermar la producción. Sin embargo, para una gestión adecuada de esa información se precisa de un compendio de datos históricos y modelos predictivos para poder anteponernos a los hechos.

Por todo lo dicho anteriormente surge el proyecto PRECIMED, cuyo acrónimo proviene del título en inglés 'PREcision irrigation management to improve water and nutrient use efficiency in the MEDiterranean region' y cuyo objetivo fundamental es obtener un sistema de ayuda a la toma de decisiones, mediante la integración de los conocimientos sobre el manejo del riego y los fertilizantes con las tecnologías de la información y la comunicación (TICs), que será respetuoso con el medioambiente y socioeconómicamente rentable. La aplicación de esta tecnología de riego mejorará la vida de los agricultores mediterráneos y también permitirá el ahorro de agua y fertilizantes en una región con importantes problemas de déficit hídrico y contaminación de suelos.

PRECIMED pretende que cualquier agricultor de la Región Mediterránea pueda implementar un sistema de fertirrigación óptimo, adaptado a su finca, sencillo de usar y le dé instrucciones sobre la cantidad exacta de agua y fertilizantes que necesita el cultivo y cuándo se han de aplicar.

Para llegar a este objetivo, PRECIMED investigará, desarrollará y validará un sistema de ayuda a la toma de decisiones (DSS) basado en un algoritmo de programación de riego obtenido a partir de estándares y de lecturas en tiempo real tanto de los indicadores del estado hídrico de la planta provenientes de los sensores instalados en campo, como de los datos meteorológicos. La plataforma DSS recopilará una gran cantidad de datos, que serán procesados y analizados para proporcionar recomendaciones en tiempo real a los agricultores sobre las necesidades hídricas y de nutrición de sus cultivos (Figura 1). Dicha información será recibida por el usuario final en sus teléfonos móviles y tabletas a través de una aplicación, e incluso en sus PCs a través de una plataforma basada en la web, ofreciendo servicios de gestión y actuaciones a distancia.

Además, con el fin de llegar a una solución exitosa para el sector agrícola, PRECIMED tiene el valor añadido de involucrar desde el inicio de la fase de desarrollo hasta su validación final a los agricultores de los diferentes países que conforman el consorcio, participando en el diseño, evaluación y validación del DSS. Esto reducirá la brecha entre los desarrolladores de la plataforma y los usuarios finales (agricultores).

PRECIMED aspira a liderar la transformación digital del sector agroalimentario europeo, basado en la rápida adopción de tecnologías avanzadas de IoT, ciencia de datos y riego inteligente, asegurando la viabilidad y sostenibilidad del sector a largo plazo.

A nivel comercial, el consorcio explorará modelos económicos rentables para que la solución propuesta sea comercializable. PRECIMED ofrecerá una amplia gama de servicios, cada uno de ellos adaptado a las necesidades del usuario final. Se basará en un modelo de pago de suscripción flexible de una tarifa mensual por el uso de los servicios prestados por el socio tecnológico. Esta tarifa plana se reflejará de forma proporcional a los cooperativistas de acuerdo a las hectáreas de tierra que posee cada socio. De esta manera, al pagar una tarifa mensual, puede hacer uso de tecnología punta que de otro modo no sería asequible.

Pero para el éxito del proyecto PRECIMED es de especial relevancia la composición del consorcio internacional, mencionado anteriormente (Fotografía 2).

La experiencia aportada por los distintos miembros y su liderazgo en sus campos permite al consorcio cubrir una amplia gama de competencias con el fin de alcanzar los objetivos fundamentales del proyecto. En este sentido, el consorcio combina las siguientes experiencias: coordinación de proyectos europeos, conocimiento de la programación precisa del riego basado en el uso de sensores en planta y suelo, diseño e implementación de sistemas de riego y fertilización alimentado por sensores y datos robóticos, adquisición de datos vía IoT, procesamiento de datos (generación de algoritmos) en plataforma estandarizada, Big Data y modelos de negocios como Software as Service (SaaS). Con el fin de aportar excelencia y un amplio alcance, el consorcio reúne a cuatro regiones del Mediterráneo (España, Grecia, Túnez y Argelia) (Figura 2) con diferentes tipologías con respecto a los posibles usuarios finales de PRECIMED. Esto permitirá que PRECIMED evolucione favorablemente al recibir información de diferentes tipos de usuarios, ubicados en diversos entornos geográficos.

PRECIMED, además de impactar a una variedad de grupos de interés a lo largo de la cadena agroalimentaria (agricultores, consumidores, ciudadanos/sociedad y medioambiente) (Tabla 1), creará puentes más fuertes entre las dos orillas de la cuenca mediterránea, compuesta por países dentro y fuera de la UE.

Tabla 1. Principales beneficios que aporta PRECIMED en los distintos grupos de interés.

El proyecto comenzó en octubre de 2019, estando a punto de completar la segunda anualidad del proyecto.

En primer lugar, PRECIMED centró su enfoque en la selección de las fincas piloto disponibles en los cuatro países pertenecientes al consorcio (España, Grecia, Túnez y Argelia). Para ello, se identificaron los requerimientos necesarios de las parcelas experimentales objeto de estudio, se analizó la gestión de la fertirrigación en el contexto del cambio climático existente y se llevó a cabo una revisión intensiva de los resultados científicos previos obtenidos en trabajos y proyectos de I+D+i relacionados con las condiciones agrícolas en la Región del Mediterráneo. De esta manera podemos conocer los retos a considerar en el diseño del DSS y definir el sistema más adecuado para cada una de las fincas piloto incluidas en la evaluación, así como el tipo y número de sensores necesarios para la gestión precisa de riego en cada caso de estudio.

Una vez seleccionadas las fincas piloto en cada uno de los países participantes, se desplegaron y conectaron los sensores de clima, planta y suelo a una plataforma IoT. Concretamente, en la finca experimental del CEBAS se instalaron sondas de humedad volumétrica que proporcionan temperatura, humedad y conductividad eléctrica del suelo (Fotografía 3) que, gracias al uso de pasarelas CPS con comunicación inalámbrica LPWAN, se conectaron a la plataforma IoT desarrollada y desplegada por OdinS.

Además, se integró una estación meteorológica que proporciona una amplia información del entorno, como la cobertura de nubes, las precipitaciones, la velocidad del viento y la ETo, entre otras. La plataforma también proporciona imágenes satelitales generadas por los satélites Sentinel 2, permitiendo también obtener NDVI, NDWI y otros índices de cultivos relevantes para el desarrollo del DSS en el campo de este proyecto (Figura 3).

Actualmente, el trabajo en curso tiene como objetivo definir los mejores dispositivos de telecomunicaciones necesarios para subir la lectura del sensor a la nube. Asimismo, se está trabajando en diseñar los modelos para determinar el manejo de la fertirrigación en invernadero y en cultivos al aire libre, centrándonos en la revisión de los algoritmos, módulos y subrutinas de programación y control de riego y fertilización. La configuración y las pruebas de la disposición de hardware requerida (sensores y registrador de datos de dispositivo a web) están en desarrollo.

Agradecimientos

La investigación realizada por el CEBAS-CSIC ha sido financiada por la Agencia Estatal de Investigación española (PCI2019-103608) en el marco del programa PRIMA (Partnership for Research and Innovation in the Mediterranean Area).