Implementación de una metodología para estimar el consumo y estado hídrico de la vid mediante teledetección y sensores inalámbricos espacializados

Abstract

Diversas investigaciones señalan que la disponibilidad del agua para riego ha disminuido considerablemente en los últimos años, por esta razón existe la necesidad de optimizar el uso de esta sin afectar la calidad y rendimiento. Con el fin de mejorar la eficiencia en el uso de los recursos hídricos, un factor clave para la programación del riego es la estimación de la evapotranspiración actual (ETa). Aunque este método proporciona un enfoque simple para estimar los requerimientos hídricos, existe una gran incertidumbre en la obtención de los valores de coeficiente de cultivo (Kc), debido a que en literatura se reportan valores empíricos que no están adaptados a las condiciones locales de suelo, clima, cultivar y sistema de conducción. Estas consideraciones son especialmente importantes en cultivos discontinuos como el viñedo, donde existe una gran variabilidad espacial asociada a la arquitectura del dosel. Para resolver esta problemática algunos autores han propuesto realizar una estimación directa de ETa utilizando el modelo de Shuttleworth-Wallace (SW) mientras que otros autores han utilizado mediciones fisiológicas para la estimación del estado hídrico del viñedo, con el objetivo de proponer una estrategia de riego. Sin embargo, estas técnicas presentan limitaciones para ser implementadas a una escala predial mayor a 20 ha, por lo que recientemente se ha propuesto la utilización de técnicas de percepción remota para estimar indirectamente el estado hídrico de la planta a través de índices espectrales. Sin embargo, es importante considerar que aún existen importantes desafíos por resolver como; el costo del equipamiento y el desarrollo metodologías para utilizar apropiadamente estos dispositivos. Debido a esto el presente estudio busca determinar el consumo y estado hídrico del viñedo utilizando vehículos aéreos no tripulados y sensores inalámbricos espacializados de bajo costo. Los resultados obtenidos por esta investigación mostraron que para la utilización de las imágenes aéreas es fundamental efectuar una adecuada segmentación de la canopia mediante el uso de algoritmos de segmentación en donde los algoritmos k-means y Clara tuvieron un desempeño similar. Posteriormente la técnica k-means fue utilizada para implementar el modelo de Shuttleworth y Wallace en combinación con imágenes aéreas de alta resolución lo que permitió obtener el consumo hídrico tanto del suelo como la canopia con un error del 5%, un cuadrado medio del error (RMSE) de 0.37 mm dia-1 y un error medio absoluto (MAE) de 0.27 mm dia-1. Los capítulos siguientes estuvieron enfocados en el desarrollo de dispositivos de bajo costo en donde en primer lugar se desarrolló una red inalámbrica espacializada de termohigrómetros para la determinación del estado de desarrollo del viñedo (fenología), debido a su estrecha relación con el consumo hídrico. Finalmente, un segundo dispositivo de bajo costo (aSIMOV) fue desarrollado para la determinación del estado hídrico del viñedo basado en radiómetros infrarrojos de bajo costo desplegados en terreno. Este dispositivo permitió determinar el Crop Water Stress Index (CWSI) y posteriormente el potencial hídrico xilemático (SWP). El dispositivo fue capaz de predecir el SWP con un R2 de 0.72 en contraste a los dispositivos tradicionales que permitieron predecir el SWP con un R2 de 0.70, demostrando de esta forma la efectividad de estos dispositivos.