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¿Qué es un modelo de cultivos? ¿Cómo utilizarlo?
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Modelos DSSAT y AquaCrop, dos ejemplos de herramientas gratuitas
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¿Cómo funciona la predicción de cosechas?
La modelización de cultivos es una herramienta clave para mejorar la sostenibilidad agrícola, ya que permite prever cómo las diferentes prácticas de riego y condiciones climáticas afectarán la productividad del cultivo, ayudando a reducir el desperdicio de agua y mejorando la toma de decisiones agrícolas.
Con los modelos de cultivo se consigue una representación simplificada de los procesos que ocurren en un sistema productivo. Son una herramienta muy útil para simular hipotéticas situaciones principalmente de cara a un interés ambiental o de manejo del cultivo, optimizando la gestión de cultivos y evaluando el impacto de diferentes escenarios climáticos o prácticas agrícolas.
Los modelos de cultivo son una herramienta ventajosa que permite a los agricultores, investigadores y planificadores agrícolas a entender mejor el comportamiento del cultivo de interés y cómo este se relaciona con el resto de las variables además de prever el comportamiento de este en diferentes condiciones, contribuyendo a mejorar la productividad, la sostenibilidad y la toma de decisiones en la agricultura.
¿Qué es la modelización de cultivos?
La modelización de cultivos es un enfoque científico y técnico que utiliza modelos matemáticos los cuales permite simular el crecimiento, desarrollo y rendimiento esperado de una especie de planta en diferentes condiciones ambientales y de manejo. Esto implica realizar una recopilación de datos sobre variables que son clave para el cultivo, como la temperatura, la humedad, la radiación solar, la disponibilidad de nutrientes y agua, así como la genética de la planta.
Estos datos se utilizan para desarrollar algoritmos y ecuaciones que simulan los procesos fisiológicos y fenológicos de las plantas, como la fotosíntesis, la respiración, la absorción de nutrientes, el crecimiento de la biomasa, la formación de órganos y la respuesta a factores de estrés. Por tanto, para que estas herramientas funcionen correctamente es necesario conocer el cultivo detalladamente para poder caracterizarlo de manera correcta en el modelo y que este represente lo más fielmente posible la realidad.
DSSAT, el ejemplo en la modelización de cultivos
DSSAT (Decision Support System for Agrotechnology Transfer) es una herramienta de modelos de simulación agrícola para aplicaciones de investigación o apoyo en la toma de decisiones para agricultores (González-Viera et al., 2022). Este integra diferentes modelos que representan los procesos de crecimiento de cultivo, interacciones planta-suelo-clima y gestión agronómica.
El sistema DSSAT calcula el crecimiento y el desarrollo de una plantación, describiendo cómo un cultivo responde a las condiciones climáticas y del suelo. Para que el modelo funcione son necesarios un conjunto mínimo de datos:
- Datos climáticos diarios
- Información sobre el suelo y su perfil
- Datos de manejo
- Información genética
Y para a su calibración y evaluación, son necesarios otra serie de datos adicionales, preferentemente centrados en la fenología y crecimiento, como el rendimiento y los componentes del rendimiento, las fechas de floración y madurez, índice de área foliar, número de hojas y etapas de crecimiento vegetativo, que pueden provenir de diferentes orígenes:
- Ensayos de campo
- Estudios de cámara de crecimiento e invernadero
- Ensayos de variedades o campos de agricultores
También se podrían incluir otras observaciones detalladas, como la humedad del suelo, la concentración de nitrógeno del suelo, etc. Además del crecimiento y desarrollo de los cultivos, el modelo simula la dinámica del agua y los nutrientes del suelo y del cultivo, pudiéndose así considerar procesos como la lixiviación, la escorrentía y la descomposición de la M.O.
La calidad de los resultados simulados depende principalmente de las entradas de datos. Por esa razón DSSAT incluye herramientas para ayudar a organizar esos datos de entrada, aunque siempre queda en manos del modelizador su correcta gestión y organización.
En el caso de DSSAT, este se ocupa principalmente de cultivos anuales que incluyen trigo, arroz, maíz y varias leguminosas, y también incluyen herbáceas perennes como forrajeras y gramíneas. Se puede usar DSSAT para diferentes objetivos, pero las aplicaciones del modelo van desde el soporte de decisiones en tiempo real para el manejo de cultivos hasta la evaluación del impacto potencial del cambio climático. Es de bastante ayuda para la investigación frente a la incertidumbre climática. Además, se puede sistematizar su simulación con la ayuda de otro software como R, Python o GIS.
AquaCrop, el modelo de la FAO, gratuito y con varias versiones
AquaCrop es un modelo de simulación diseñado por la FAO, concretamente por la División de Tierras y Aguas. Es una herramienta para estudiar el crecimiento de los cultivos, garantizar la seguridad alimentaria y evaluar cómo el medio ambiente y la gestión agrícola influyen en la producción. Este modelo simula cómo el rendimiento de los cultivos herbáceos responde al agua, siendo especialmente útil en situaciones donde la disponibilidad de agua es un factor limitante para la producción.
El consumo de agua en la agricultura es una de las grandes problemáticas ya que solemos utilizar una cantidad de agua superior a la que el cultivo consume provocando un gasto innecesario, que esa agua sobrante que vuelve a su origen pierda calidad y la contaminación de las masas de agua por sales, fertilizantes y pesticidas que se lavan debido a ese excedente de agua.
AquaCrop combina precisión, simplicidad y solidez, empleando un número relativamente pequeño de parámetros y variables que se pueden determinar mediante métodos sencillos, lo que facilita su aplicación en diversas condiciones y lugares.
La versión AquaCrop que está disponible para descarga gratuita en la página de la FAO nos ayuda a conocer algunos datos que tienen mucha relación entre sí, como la profundidad de raíces, como la transpiración y la cubierta vegetal son proporcionales. Se necesita agua para poder transpirar y esa agua se obtiene a partir de las raíces, y para transpirar es necesario tener cubierta vegetal, donde se produce el intercambio. Aquí lo que hacemos es ver la rotación de cultivos (que consiste en alternar en el mismo lugar durante distintos ciclos plantas de diferentes familias y con necesidades nutritivas diferentes). Así se aprovecha mejor el abonado, se controlan mejor las malas hierbas y se disminuyen las plagas y enfermedades.
AquaCrop lo que verifica es que se hace una correcta rotación de cultivos obteniendo como resultado un alto rendimiento minimizando le demanda de riego y las pérdidas de agua.
¿Cómo utilizar el modelado de cultivos para el mejoramiento de plantas?
Todo lo relacionado con los modelos de cultivo, sigue en crecimiento y en constante evolución, ya que supone un reto tener modelos desarrollados y actualizados, y que permitan reproducir con fidelidad situaciones, algunas de ellas cada vez más extremas, y que originariamente no estaban recogidas en el modelo. Prueba de esto son algunos esfuerzos colectivos como la comunidad de expertos del Proyecto de mejora e intercomparación de modelos agrícolas - AgMIP (Rosenzweig et al., 2013), el cual se creó en 2010 con el fin de desarrollar métodos que consigan mejorar las predicciones sobre el desempeño futuro de los sistemas agrícolas y alimentarios.
Y, sin ir más lejos, en España el grupo operativo TIC4BIO ha presentado una herramienta TIC que permitirá ahorrar hasta un 20% de agua en las explotaciones agrarias. TIC4BIO tiene como objetivo es aumentar la competitividad del sector agroalimentario ecológico andaluz.
Se trata de una aplicación pensada para el mercado ecológico, también basada en la modelización de cultivos. Esta herramienta permitirá un aumento de la biodiversidad considerable que, a la larga y tras alcanzar un nivel alto de la misma en la finca, pueden llegar a suponer una reducción del 38% del coste anual destinado a la compra de insumos (abonos, fertilizantes, fitosanitarios…) frente a fincas que no adoptan estas medidas.
La plataforma TIC4BIO (https://tic4bio.es/) es una herramienta estructurada en tres módulos clave:
- Riego de precisión
- Huella de Agua
- Biodiversidad
El Grupo Operativo TIC4BIO que ha desarrollado esta herramienta lo integran: Ecovalia, la asociación profesional española de la producción ecológica; la Universidad de Córdoba y el Campus de Excelencia Agroalimentario (ceiA3), Grupo de investigación ceiA3 UCO AGR 228 de Hidráulica y Riegos; Ingeoliva, empresa familiar dedicada a la agricultura ecológica de precisión que cuenta además con almazara bioclimática y planta de compostaje, y Dacartec, empresa desarrolladora de soluciones tecnológicas.
Utilizando la modelización de cultivos, se consiguen herramientas como la de TIC4BO: una aplicación digital que permitirá mejoras ambientales relacionadas con el uso eficiente del agua y el incremento de la biodiversidad en las fincas ecológicas
AUTORA: Carmen Aparicio Vázquez, Agrónoma de Sembralia.
