samedi 27 août 2016

87- Una fruta, ¿qué es?

UNA FRUTA, ¿QUÉ ES?


Consumimos frutas a diario, es una de las bases de nuestra alimentación, nos recomiendan mucho consumir cinco piezas al día.
Pero en realidad, una fruta, ¿qué es?
¿De qué sirve?


Para entender lo que es una fruta y cuál es la justificación de su existencia, hay que ponerse en la perspectiva de la planta, no del ser humano que quiere comer un postre, o que quiere una dieta equilibrada.

La planta, al igual que todos los seres vivos, tiene una prioridad absoluta en la vida, reproducirse, asegurar la continuidad de la especie. En la mayoría de los casos, lo hace mediante la producción de semillas.

Imagen: http://www.sawondo-sport.com/images/206/blog/206_5833.jpg

El sentido usual de la palabra fruta incluye la mayoría de productos vegetales dulces, que a menudo se consumen a modo de postre. Ahí encontramos la manzana, el melocotón, la cereza, el mango, el lichi, la chirimoya y muchos más. También se incluye la piña, el higo o la fresa por ejemplo, aunque no lo sean (son falsas frutas, infrutescencias en el caso de la piña y el higo, poliaquenio en el caso de la fresa), o también de la avellana, la almendra, la nuez, bajo la denominación genérica de “frutos secos”, que tampoco lo son. Sin embargo no incluimos la berenjena, el pimiento, la calabaza o el calabacín, aunque lo sean.
Hoy me voy a centrar sobre el sentido botánico de la palabra, y sobre el papel que juega la fruta desde el punto de vista de la planta. El mundo vegetal no hace nada por casualidad. Si la fruta existe, es que hay una justificación a su existencia. El hombre consume la fruta porque la encontró a lo largo de su búsqueda, en la época en que todavía era cazador-recolector, y desde entonces, aprendió a domesticarla mediante la agricultura.

La fruta es la envoltura de la semilla, pues es una parte carnosa de forma, tamaño, color y consistencia muy variables. La fruta solo existe por la semilla. Una prueba simple: si hay un problema de polinización, que la semilla aborta, la pequeña fruta se cae antes de iniciar su desarrollo. La planta no puede gastar toda la energía necesaria para la fabricación de una fruta si la semilla no ha podido formarse, con el riesgo de agotarse inútilmente.

La estructura general es la misma, sea cual sea la fruta. Son las diferencias de aspecto, de textura, de composición y de proporción de cada uno de los elementos que determinan las características de cada fruta.
A continuación, lo que dice Wikipedia en su edición francesa:

Imagen: https://66.media.tumblr.com/tumblr_lllbhvyLO61qktyf1o1_500.gif

“Pericarpio
El pericarpio es la pared de la fruta, procedente de la transformación, después de la fecundación, de la pared del ovario. Para las falsas frutas, resulta de la transformación del receptáculo floral.
El pericarpio está formado de tres capas:
-       El epicarpio, generalmente colorado, usualmente llamado piel;
-       El mesocarpio, que da la parte jugosa de las frutas carnosas;
-       El endocarpio, a veces lignificado y llamado hueso.”
Pero la planta tiene que enfrentar un problema fundamental: no se puede desplazar.
Sin embargo necesita que sus semillas sean transportadas un poco o mucho más lejos, cosa que no puede hacer sola, salvo caso especial (como es el caso del pepinillo del diablo, ecballium elaterium, capaz de proyectar sus semillas a más de diez metros de distancia https://www.youtube.com/watch?v=wOIHzl2h9a8).

¿Por qué esta necesidad de mandar sus semillas a lo lejos?
Para evitar una superpoblación en una misma zona limitada y un problema alimentario y de supervivencia. Pues necesita esparcir sus semillas en los alrededores, fuera de la zona de influencia de la copa de pie madre. El reino vegetal ha demostrado una increíble capacidad para imaginar y poner en marcha sistemas variados y muy efectivos para conseguirlo.
Algunas plantas emplean a los animales para el transporte de sus semillas. Para eso, la semilla debe ser atrayente, pero protegida.
Otras prefieren emplear el aire o el agua como medio de transporte. Para eso, la semilla debe ser ligera y “equipada” para poder viajar.

Volvamos a nuestra planta, que lleva frutas, a menudo gordas y pesadas, que necesita esparcir sus semillas a varios metros del pie madre.
¿Cuál es la solución? Emplear los animales, móviles, que van a pasar cerca. Pero para conseguirlo, hay que atraerlos. Vamos a encontrar pues una gran diversidad de colores, de formas, de aromas, de sabores, e incluso de tamaño de frutas, para atraer determinados tipos de animales.
Por ejemplo, todas las frutas cuya semilla es de gran tamaño (melocotón, albaricoque, mango, ciruela, etc.), intentan atraer mamíferos o a grandes réptiles, que tendrán la posibilidad de transportarlas.
Las frutas con semillas pequeñas (manzana, pera, cítricos, tomate, cucurbitáceas y otras), también pueden atraer a pájaros y pequeños roedores.

Entonces la fruta en sí, la que comemos, evitando cuidadosamente el hueso, ¿de qué sirve exactamente?

Tiene varios papeles, a menudo consecutivos, a lo largo de su desarrollo.
Durante todo el ciclo, tiene un papel protector permanente de la propia semilla. Por ejemplo, en caso de granizo o helada, es primero la envoltura que soporta los daños. La semilla solo será afectada si el problema es grave.


A principio del ciclo, la semilla en formación, todavía muy pequeña, está envuelta por carne que la protege de los problemas climáticos, y es normalmente poco atractiva, repelente o incluso a veces tóxica para los animales y los insectos, para evitar que la fruta sea devorada antes de que la semilla sea viable.
Durante esta fase, si la planta se encuentra en una situación peligrosa, en la que su supervivencia está amenazada, todavía tiene la posibilidad de descargarse (parcialmente o totalmente) de sus frutas, para intentar sobrevivir. “Sabe” que, ya que todavía está a principio del ciclo, no tiene posibilidad de llevar la semilla hasta su madurez. Por lo tanto es más prudente descargarse para intentar sobrevivir al problema, con el fin de intentarlo otra vez al año siguiente.

Más adelante, se produce el cuaje, fenómeno hormonal complejo que hace que la fruta se agarra definitivamente a la planta. Ya no hay casi posibilidad de caída fisiológica. La fruta engorda, al mismo tiempo que la semilla se desarrolla y crece. Puede ser utilizado por la planta a modo de reserva de agua y de nutrientes, en caso de encontrarse en una situación de riesgo (sequia, inundación, ataque parasitario), que pueda comprometer su supervivencia. Este reservorio constituido por la fruta, debe permitir a la semilla terminar su evolución, aunque la planta termine muriéndose. En el mundo vegetal, al igual que en el mundo animal, la prioridad no es la supervivencia del individuo, sino a la perennidad de la especie. Es normal y usual que un individuo se sacrifique para asegurar la supervivencia del grupo o de la descendencia.

Cuando este la evolución de la semilla terminada, la planta provoca la maduración de la fruta, acompañada de un cambio de color y de la producción de sustancias atrayentes, como los azúcares y los aromas, para atraer los animales que necesita la planta para la diseminación de la semilla. Los animales van a detectar, luego consumir o llevarse la fruta, et tirar la semilla un poco más lejos, cumpliendo así su papel en la diseminación de la especia vegetal.
El tamaño, el color, el tipo de carne, los aromas, son tantos caracteres que van a determinar los animales que serán atraídos por cada tipo de fruta. Le evolución local de individuos silvestres añade también una variabilidad genética dentro de una misma especie vegetal.
Los hibridores, los que crean variedades por vías naturales (por polinización controlada, no por transgénesis), buscan esta variabilidad genética debida a los cruces casuales en la naturaleza, y a las adaptaciones locales, para transmitir los caracteres interesantes. Por ejemplo, una fruta silvestre originaria de una región muy húmeda tendrá probablemente una tolerancia o resistencia a determinadas enfermedades fúngicas o bacterianas favorecidas por la humedad. Este carácter va poder ser transmitido a una parte de su descendencia.

Foto: http://leschauvessouris.l.e.pic.centerblog.net/ef0529ca.jpg

Para el agricultor, en el caso de la mayoría de las frutas y hortalizas, lo que más importa, es la envoltura, no la semilla que, a menudo, no se consume. Pero excepto caso particular, sin semilla, no hay fruta.
Por eso es importante entender que el objetivo de la agricultura es producir la fruta, cuando la planta intenta producir la semilla contenida por la fruta.

Nuestro interés por la fruta no es el mismo que el de la planta.
La planta protege su semilla por mediación de la fruta. La fruta existe para soportar agresiones de todas clases, climáticas, ataques de insectos o de enfermedades. No tiene mayor importancia, siempre que la semilla este a salvo.
Pero el agricultor debe proteger la planta contra todas las agresiones exteriores, ya que su objetivo es de conseguir una fruta presentable y bonita, para poder venderla.
Debe proteger el protector.

Debe ser capaz de producir la fruta, incluso si la semilla no es viable.

Esta diferencia de finalidad representa un reto y una de las dificultades fundamentales de la producción agrícola.

vendredi 26 août 2016

87- Qu'est-ce qu'un fruit?

QU’EST-CE QU’UN FRUIT ?


Nous consommons des fruits tous les jours, c'est une des bases de notre alimentation, on nous recommande chaudement d'en consommer cinq pièces par jour.
Mais en fait, c'est quoi, un fruit?
Ça sert à quoi?


Pour bien comprendre ce qu'est un fruit et quelle est la justification de son existence, il faut se placer dans la perspective de la plante, pas de l'être humain qui veut manger un dessert, ou qui veut manger équilibré.

La plante, comme tous les êtres vivants, a une priorité absolue dans la vie, se reproduire, assurer la pérennité de l'espèce. Dans la plupart des cas, elle fait ça grâce à la production de graines.

Photo: http://www.sawondo-sport.com/images/206/blog/206_5833.jpg

Le sens usuel du mot fruit inclut la plupart des produits végétaux sucrés, qui sont souvent consommés en guise de dessert. On y trouve la pomme, la pêche, la cerise, la mangue, le litchi, l’anone et beaucoup d’autres. On y inclut aussi l'ananas, la figue et la fraise par exemple, qui ne sont pas des fruits (ce sont des faux-fruits, infrutescences dans le cas de l’ananas ou de la figue, polyakène dans le cas de la fraise), ou encore la noisette, l'amande, les noix, sous la dénomination générique de "fruits secs", qui n'en sont pas non plus. En revanche on n'y inclut pas l'aubergine, le poivron, la citrouille ou la courgette qui en sont pourtant.
Je vais m'intéresser aujourd'hui au sens botanique du mot, donc au rôle que joue le fruit du point de vue de la plante. Le monde végétal ne fait rien par hasard. Si le fruit existe, c’est qu’il y a une justification à son existence. L’homme consomme le fruit parce qu’il l’a trouvé au hasard de ses recherches, à l’époque où il était encore chasseur-cueilleur, et il a depuis, appris à le domestiquer a travers l’agriculture.

Le fruit est l'enveloppe de la graine, donc une partie charnue de forme, taille, couleur et consistance très variables. Le fruit n'existe qu'au travers de la graine. Une simple preuve: si la pollinisation se fait mal, et que la graine avorte, le petit fruit chute avant de commencer son développement. La plante ne peut pas dépenser toute l'énergie nécessaire à la fabrication d'un fruit si la graine n'a pas pu se former, au risque de s'épuiser inutilement.

La structure générale est la même quel que soit le fruit. Ce sont les différences d’aspect, de texture, de composition et de proportion de chacun de ces éléments qui déterminent les caractéristiques de chaque fruit.
Voici ce qu’en dit Wikipédia dans son édition française :

Image: https://66.media.tumblr.com/tumblr_lllbhvyLO61qktyf1o1_500.gif

« Péricarpe
Le péricarpe est la paroi du fruit, issue de la transformation, après la fécondation, de la paroi de l’ovaire. Pour les faux-fruits, il résulte de la transformation du réceptacle floral.
Le péricarpe est formé de trois couches :
-       L'épicarpe, généralement coloré, usuellement nommé la peau;
-       Le mésocarpe, qui donne la partie juteuse des fruits charnus.
-       L'endocarpe, parfois lignifié et appelé noyau. »

Mais la plante se trouve confrontée à un problème fondamental: elle ne peut pas se déplacer. Pourtant, elle a besoin que ses graines soient transportées un peu ou beaucoup plus loin, chose qu'elle ne sait pas faire seule, sauf cas particuliers (comme c’est le cas du concombre d’âne, ecballium elaterium, capable de projeter ses graines à plus de dix mêtres de distance https://www.youtube.com/watch?v=wOIHzl2h9a8).

Pourquoi ce besoin d’envoyer les graines plus loin?
Pour éviter une surpopulation dans une même zone restreinte et un problème alimentaire et de survie. Elle a donc besoin de disperser ses graines aux alentours, hors de la zone d'influence de la frondaison du pied mère. Le règne végétal a montré une incroyable capacité à imaginer et mettre en œuvre des systèmes variés et très efficaces pour y arriver.
Certaines plantes utilisent les animaux pour le transport des graines. Pour cela, la graine doit alors être attractive, mais protégée.
D’autres préfèrent utiliser l’air ou l’eau comme moyen de transport. La graine doit alors être légère et "équipée" pour pouvoir voyager.

Revenons donc à notre plante, porteuse de fruits, souvent gros et lourds, cherchant à disperser ses graines à plusieurs mètres du pied mère.
Quelle est la solution? Se servir des animaux, mobiles, qui vont passer par là. Mais pour cela, il faut les attirer. Nous allons donc trouver une grande diversité de couleurs, de formes, d'arômes, de saveurs, et même de taille de fruits, pour attirer certains types d'animaux en particulier.
Par exemple, tous les fruits dont la semence est de grande taille (pêche, abricot, mangue, prune, etc.), cherchent à attirer des mammifères ou des grands reptiles, qui vont avoir la possibilité de les transporter.
Les fruits à semence petite (pomme, poire, agrumes, tomates, cucurbitacées et autres), peuvent attirer également les oiseaux et les petits rongeurs.


Alors le fruit en lui-même, celui que nous mangeons, en évitant soigneusement le noyau, à quoi sert-il vraiment?

Il joue plusieurs rôles, souvent successifs, au cours de son développement.
Tout au long du cycle, il a un rôle protecteur permanent pour la graine en elle-même. Par exemple, en cas de gel ou de grêle, c'est d’abord l'enveloppe qui va subir des dommages. La graine ne sera touchée qu’en cas de problème grave.


Au début du cycle, la graine en formation, encore très petite, est enveloppée par de la chair qui la protège des problèmes climatiques, et est habituellement peu attractive, répulsive ou parfois même toxique pour les animaux et les insectes, afin d’éviter que le fruit ne soit dévoré avant que la graine ne soit viable.
Durant cette phase, si la plante se trouve en situation périlleuse, dans laquelle sa survie est menacée, elle a encore la possibilité de se délester (partiellement ou totalement) de ses fruits afin de tenter de survivre. Elle « sait » que, se trouvant encore en début de cycle, elle n’a aucune chance de conduire la graine jusqu’à sa maturité. Il est donc plus prudent de s’en délester pour essayer de survivre au problème, afin de pouvoir refaire un essai l’année suivante.

Ensuite, se produit la nouaison, phénomène hormonal complexe qui fait que le fruit s’accroche définitivement à la plante. Il n’y a pratiquement plus de chute physiologique possible. Le fruit grossit, en même temps que la graine se développe et grandit. Il peut être utilisé par la plante comme réserve d'eau et d'éléments nutritifs, pour le cas où elle se trouverait dans une situation de risque (sécheresse, inondation, attaque parasitaire), qui compromettrait sa survie. Ce réservoir que constitue le fruit, doit permettre à la graine de terminer son évolution, même si la plante finit par mourir. Chez les végétaux, comme chez les animaux sauvages, la priorité n'est pas à la survie de l'individu, sinon à la pérennisation de l'espèce. Il est normal et habituel qu'un individu se sacrifie pour assurer la survie du groupe ou de la descendance.

Une fois l'évolution de la graine terminée, la plante va provoquer la maturation du fruit, accompagnée d’un changement de sa couleur et de la production de substances attractives, comme les sucres et les arômes, de manière à attirer des animaux dont la plante a besoin pour la dissémination des graines. Les animaux vont repérer puis consommer ou emporter le fruit, et rejeter la graine un peu plus loin, participant ainsi à la dissémination de l’espèce végétale.
La taille, la couleur, le type de chair, les arômes sont autant de caractères qui vont déterminer les animaux qui seront attirés par chaque type de fruit. L’évolution locale d’individus sauvages va aussi ajouter une variabilité génétique à l’intérieur de la même espèce végétale.
Les hybrideurs, ceux qui créent des variétés par les voies naturelles (par la pollinisation contrôlée, pas par la transgénèse), recherchent cette variabilité génétique due aux croisements de hasard dans la nature, et à l’adaptation locale, afin de transmettre les caractères intéressants. Par exemple, un fruit sauvage originaire d’une région très humide aura probablement développé une tolérance ou une résistance à certaines maladies fongiques ou bactériennes favorisées par l’humidité. Ce caractère pourra être transmis à une partie de sa descendance.

 Photo: http://leschauvessouris.l.e.pic.centerblog.net/ef0529ca.jpg

Pour l'agriculteur, dans le cas de la plupart des fruits et légumes, ce qui importe le plus, c'est l'enveloppe, pas la graine, qui souvent, n'est pas consommée. Mais, sauf cas particuliers, sans graine, il n'y a pas de fruit.
C'est pour cela qu'il est important de comprendre que l’objectif de l’agriculture est de produire le fruit, alors que la plante cherche à produire la graine contenue dans le fruit.

Notre intérêt pour le fruit n’est pas le même que celui de plante.
La plante protège sa graine par l’intermédiaire du fruit. Le fruit est là pour subir des agressions de toutes sortes, climatiques, attaques d’insectes ou de maladies. C’est sans importance tant que la graine est saine et sauve.
Mais l’agriculteur, lui, doit protéger la plante contre toutes les agressions extérieures, car son objectif est d’obtenir un fruit présentable, donc beau, pour pouvoir le vendre.
Il doit protéger le protecteur.

Il doit être capable de produire le fruit, même si la graine n’est pas viable.


Cette différence de finalité représente une gageure et une des difficultés fondamentales de la production agricole.

87- What is a fruit?

WHAT IS A FRUIT?


We consume fruit every day, it's one of our supply bases, we are highly recommended to eat five pieces per day.
But in fact, what is it a fruit?
What is it for?


To understand what a fruit is and what is the justification for its existence, you have to be placed in the perspective of the plant, not of the human being who wants to eat a dessert, or who wants to eat balanced.

The plant, like all living beings, has a top priority in life, to reproduce, to ensure the sustainability of the species. In most cases, it makes it through the production of seeds.

Picture: http://www.sawondo-sport.com/images/206/blog/206_5833.jpg

The usual meaning of the word includes most sweet plant products, which are often eaten as dessert. We find there apple, peach, cherry, mango, lychee, custard apple and many others. It also includes pineapple, pear and strawberry for example, which are not fruits (these are false fruits, infrutescences in the case of pineapple or fig, polyachene in the case of strawberry) or hazelnuts, almonds, walnuts, under the generic name of "dry fruits" which are not either. However we don't include eggplant, pepper, pumpkin or zucchini that are yet.
I will focus today in the botanical sense of the word, so the role of the fruit from the viewpoint of the plant. The plant world does nothing by chance. If the fruit exists, there is a justification for its existence. Man consumes the fruit because he found it by chance during his research, at the time when he was still a hunter-gatherer, and he has since learned to domesticate it through agriculture.

The fruit is the shell of the seed, whose shape, size, color and consistency vary. The fruit only exists for the seed. A simple proof: if pollination is poor, and the seed aborts, the little fruit drops before starting its development. The plant can't spend all the energy required to manufacture a fruit, if the seed can't be formed, at the risk of running out unnecessarily.

The general structure is the same regardless of the fruit. These are the differences in appearance, texture, composition and proportion of each of these elements that determine the characteristics of each fruit.
Here is what Wikipedia says in its French edition:

Picture: https://66.media.tumblr.com/tumblr_lllbhvyLO61qktyf1o1_500.gif

"Pericarp
The pericarp is the wall of the fruit, coming from the processing, after the fecundation, of the wall of the ovary. For false fruit, it's the result of the transformation of the floral receptacle.
The pericarp is composed of three layers:
- The epicarp, often colored, usually called skin;
- The mesocarp, which gives the juicy part of fleshy fruits.
- The endocarp, sometimes lignified and called core."

But the plant is facing a fundamental problem: it can't move.
Yet it needs that its seeds are transported a bit or much further, something it can't do alone, except in special cases (as is the case of the squirting cucumber, ecballium elaterium, able to project its seeds to more than ten meters away https://www.youtube.com/watch?v=wOIHzl2h9a8 ).

Why this need to send the seeds further?
To avoid overcrowding in the same restricted zone and a food and survival problem. It therefore needs to disperse its seeds around, outside the influence of the mother plant canopy area. The plant kingdom has shown an amazing ability to imagine and implement varied and efficient systems to get there.
Some plants use animals for transporting seeds. For this, the seed must be attractive, but protected.
Others prefer to use air or water as a means of transport. The seed must be light and "equipped" to travel.

So back to our plant, bearing fruit, often big and heavy, trying to disperse its seeds several meters off the mother plant.
What is the solution? To use animals, that can move, which will pass in the surroundings. But for this it has to attract them. So we'll find a wide variety of colors, shapes, aromas, flavors, and even fruit size, to attract certain types of animals in particular.
For example, all fruit whose seed is large (peach, apricot, mango, plum, etc.), are seeking to attract mammals or large reptiles, which will be able to carry them.
Fruits with small seed (apple, pear, citrus, tomatoes, cucurbits and other) may also attract birds and small rodents.


But the fruit itself, the one we eat, carefully avoiding the core, what does it really do?

It plays several roles, often successive, during its development.
Throughout the cycle, it has a permanent protective role for the seed itself. For example, in case of frost or hail, the envelope will be damaged first. The seed only will be affected in the event of serious problem.


At the beginning of the cycle, the seed in formation, still very small, is enveloped by the flesh, that protects from climate problems, and is usually unattractive, repulsive or even toxic to animals and insects, to prevent the fruit is eaten before the seed is viable.
During this phase, if the plant is in a perilous situation in which its survival is threatened, it still has the possibility to offload (partially or totally) its fruits to try to survive. It "knows" that, as it is still on the beginning of the cycle, it has no chance to drive the seed to maturity. It is more prudent to offload to try to survive the problem, to be able to retry the following year.

Then occurs the fruit set, a complex hormonal phenomenon that makes the fruit hangs permanently in the plant. There is practically no more possible physiological fall. The fruit grows, at the same time that the seed develops and grows. It can be used by the plant as a reserve of water and nutrients, in case it would be in a situation of risk (drought, flooding, pest attack), which would jeopardize its survival. This tank that the fruit is, allows the seed to complete its evolution, even if the plant eventually dies. In plants, as in wildlife, the priority is not the survival of the individual, but the perpetuation of the species. It is normal and usual that an individual is sacrificed for the survival of the group or the progeny.

Once the evolution of the seed is complete, the plant will cause fruit ripening, accompanied by a change of its color and the production of attractive substances such as sugars and flavorings in order to attract the animals that the plant needs for seed dispersal. The animals will locate, then consume or take the fruit and reject the seed a little further, thus contributing to the dissemination of plant species.
Size, color, type of meat, flavors are so many characters that will determine which animals will be attracted to each type of fruit. The local evolution of wild individuals will also add genetic variability within the same plant species.
Plant breeders, those who create varieties by natural means (by controlled pollination, not by transgenesis), look for this genetic variability due to random crossings in nature, and local adaptation, in order to transmit interesting characters. For example, a wild fruit native to a very damp area will probably develop a tolerance or resistance to certain fungal or bacterial diseases favored by moisture. This character may be transmitted to its progeny.

Picture: http://leschauvessouris.l.e.pic.centerblog.net/ef0529ca.jpg

For the farmer, in the case of most fruits and vegetables, what matters most is the envelope, not the seed, which often is not consumed. But, except for special cases, no seed, no fruit.
This is why it is important to understand that the objective of agriculture is to produce the fruit, while the plant aims to produce the seed contained in the fruit.

Our interest in the fruit is not the same as the plant's one.
The plant protects its seed through the fruit. The fruit is there to undergo all kinds of aggressions, weather, insect or disease. It is irrelevant as long as the seed is safe.
But the farmer has to protect the plant against all external aggression, because his goal is to get a presentable, beautiful fruit, to be able to sell it.
It must protect the protector.

He must be able to produce the fruit, even if the seed is not viable.

This difference of purpose represents a challenge and one of the fundamental problems of agricultural production.

jeudi 18 août 2016

86- Agroecology -3- Mathematical models

AGROECOLOGY - MATHEMATICAL MODELS

In an article published last May in Agropalca, an agricultural newspaper from Canary Islands, Ginés de Haro, agronomist and agricultural adviser specialized in banana crop, wrote an interesting article about the development of a mathematical model for making a reliable harvest prediction in banana crop in highly variable conditions of Canary Islands.
Original article in Spanish, page 21: http://www.palca.es/REVISTA%20AGROPALCA%2033.pdf

 Picture: http://www.infonortedigital.com/portada/images/noticias/Canarias2015/canarias2016/plataneras.jpg

You may not know that agriculture uses every day a large number of mathematical models that allow it to constantly improve agronomic results, with a reduced environmental impact and increasing controlled production costs.

Why does agriculture need mathematical models?

To address the continuous need to adapt to biological cycles, of plants and animals, of crops and environment, of pests and their predators, which can be highly variable. Climatic variations are one of the key factors of variability, with diversity of crop conditions (species, varieties, method of cultivation, soil types, types of irrigation, altitude, slope and orientation, geography, etc.).
But plants and animals react to a relatively homogeneous way, despite widely varying conditions. This uniformity of reaction and behavior, is what mathematical models seek to demonstrate, measure, and anticipate.
We can predict behaviors in all situations, if we know how to put all the variable conditions in comparison with each other. Mathematical models are one of the most effective ways to predict agricultural and biological cycles.
They allow in particular to anticipate developments of insects or many diseases, to anticipate the needs of plants, their cycles, their blooming dates, their climatic adaptations.
This is for example through the development of a specific mathematical model that health authorities can prevent flights of desert locusts in Africa, and avoid or reduce the famines they can cause.

Picture: http://www.scidev.net/objects_store/thumbnail/4E6020899E91132C60690CE6CCFD3FFE.jpg

On what are based mathematical models suitable for agriculture?

They are mostly based on climate records, which constitute a reliable information, easy to collect and process, which will be used as a reference, and on biological observations such as cycle of plants, or such as evolution of pest and predator populations.
The comparison of these two categories of elements, and the accumulation of references from previous years, allows one hand to establish correlations, and secondly to confirm and refine them year after year. This work over the long term helps to establish the reliability of the model and to determine the safety margins.

Once phytosanitary models developed, they allow farmers to anticipate pest or disease damages, through specific actions or curative sprayings in some cases preventive in others, placed at the perfect time, or to develop monitoring or prophylaxis methods.

Let's take a very common example, which is also one of the first reliable models established in fruit production. It is the Mills table, published in 1944, then adjusted by several scientific teams. The development of this model enabled at the time of its disclosure, a drastic reduction in the number of sprayings against scab, combined with a huge increase in the effectiveness of protection, which gave it a great popularity among apples and pears growers.
Scab is a fungus that grows after rain. But some rains cause contaminations, and others not, and their severity varies. Furthermore, protection against scab is primarily preventive, since the spots, once seen, are almost impossible to stop, require a large amount of sprayings to prevent them from getting worse, and cause severe fruit depreciation.

Picture: http://www.omafra.gov.on.ca/english/crops/facts/apscabf6.jpg

What can the farmer do to prevent damage?
He has to spray before seeing spots. But again nothing is simple.
Has been contaminating this rain?
Can a single fog cause damage?
How soon after rain should I intervene to prevent damage?
How long after rain will the damage appear?
The grower could for example decide to spray once a week, whatever happens, not to make his life harder. He should therefore spray very frequently, not necessarily with a sufficient efficiency, and with an exorbitant environmental and economic cost.
He therefore has the solution to use mathematical models like the Mills table or one of more modern models. He just needs to be equipped with a humectometer, which measures the duration of leaf wetness, and a recording thermometer, all equipment easy to find and affordable, or he can simply take a subscription to a specialized agro-climatic stations of his region.
Whatever the way he chooses, he thus has, in real time, a reliable information about risks. This information will allow him to take the most appropriate decision on the need to spray and the severity of the contamination, thus also on the types of products to use.
The farmer, whatever production method he chooses, organic, conventional or integrated, uses the same references and the same methods. The only change is the list of pesticides to use in each situation.

Picture: http://www.agrometeo.fr/img/Tavelure_automne.jpg

The system also works in reverse, ie by linking the cycle of crop with the weather conditions, to determine periods of sensitivity to certain health or physiological problems, and act accordingly.
Ginés de Haro explains:
"We took different altitudes above the sea and orientations (some farms to the north, others to the south) (...)
We can draw some conclusions from the model. As expected, the cycles are directly related with the altitude above sea level (as the temperature drops gradually as we rise), but also an influence of direction. For example a farm at 45 meters in Fuencaliente has a cycle of two weeks shorter than a farm in Galdar at 16 meters, regardless of the period."
In the case of the Canary Islands, it is particularly important to the extent that they are islands, quite far from each other, varied and mountainous, over which the variability factors are huge, and despite this, the model allows reliable forecasts in all situations.


The use of mathematics in agriculture, even is a challenge for the future, as precision agriculture, recent concept that wants to maximize agricultural production by the accuracy of techniques used, is an unavoidable way for the future of the humanity. This precision agriculture passes, among other things, by modeling a variety of concepts, in order to make predictable all the currently unpredictable aspect of agriculture, that is to say the influence of the variable climatic conditions on living beings.

See what happened this year across Europe. Abnormal weather has seriously disrupted the harvest of many crops. French cereal farmers were strongly affected by these disturbances.
But they recognize they have been surprised. At the end of June, the wheat had normal bulk density, the plants were beautiful. No one imagined that ears were so little filled.
This is the kind of problem it is important to learn to avoid, or at least to manage.
The farmer, little by culture, little by force of circumstances, often live from day to day, and the anticipation of future events is sometimes difficult.
The use models can be a great help in optimizing the work.

The emergence of new technologies in agriculture has been the opportunity to develop appropriate mathematical models. For example, satellite imagery, combined with GPS coordinates, invention of new sensors and adapted equipment, allowed a 5% reduction of fertilizer inputs, sometimes more. http://www.agronewscastillayleon.com/el-uso-de-nuevas-tecnologias-como-el-gps-permite-ahorrar-hasta-un-5-en-fertilizantes
How? Satellite imagery provides a state of the homogeneity of the field, by a simple image, or by colorimetry (photosynthesis intensity), or by thermal imaging (temperature of the leaf, so capacity of the plant to regulate its own temperature). Images are indicative of the health condition and homogeneity of crop, and allow, through adapted mathematical models, to accurately adjust the dose of fertilizer to each sector of the plot. These technologies can also be used for targeted pesticide applications, for accurate seeding and are being studied for irrigation.

Picture: http://geovantage.com/app/uploads/2013/04/Sample1_20100709_NDVI-1024x653.jpg

To what extend mathematical models are going to play an important role in the development of agroecology?
One of the foundations of agroecology is agriculture, therefore food and renewable raw materials production for human needs. The goal is to minimize the negative environmental impact of agriculture which must be ever more productive in order to cover the needs of the population. These needs are increasing with the increase in population, and with the improvement of living conditions of the poorest populations. But it is essential not to increase the agricultural area, so as not to accentuate the loss of biodiversity, and not to exacerbate the negative environmental impact of the increase in population.

Mathematical models have the ultimate goal of optimizing agricultural production, to reduce the impact on the environment, but also to reduce food waste, at least for the important part that occurs in the fields.

Most existing models were oriented to agricultural crop optimization, or for optimizing cultivation and phytosanitary actions.
The environment is a very complex system, in which all human action has an impact, more or less strong, more or less disruptive, and more or less negative. It is clear that agriculture is one part of human activities whose environmental impact is important. It's necessary to be able to measure it. The farmer works in a production goal, the best he can, but often without the means of measuring or estimating the environmental impact of his work.
It is now important that scientific teams are concerned to develop models for farmers, which relate agronomic actions with their environmental effects. This is still the weak point of the agricultural system.
The water footprint or carbon footprint calculations are the first step, but they are extremely complex, slow and expensive, generally require to appeal to specialists, and don't give a concrete solution to the farmer in his daily practices. It's just an index to measure a specific situation at a specific moment. This explains why very few farmers are actually involved in.
Farmers need quick and simple systems, that they can establish themselves on their own farm, and that helps them to work more efficiently.

Picture: http://asi.ucdavis.edu/programs/sarep/research-initiatives/are/files/AREbannerimage.png


The application of mathematical models, combined with the implementation of techniques and cultivation methods from precision agriculture and agroecology, should enable agriculture to meet the tremendous challenge of feeding a steadily increasing world population, without increasing its environmental impact through better use of available resources, while adapting to climate change.

mardi 16 août 2016

86- Agroecología -3- Los modelos matemáticos

AGROECOLOGIA – LOS MODELOS MATEMÁTICOS

En un artículo publicado en mayo en Agropalca, una revista agrícola de las Islas Canarias, Ginés de Haro, agrónomo y asesor especializado en el cultivo del plátano, presentaba un interesante artículo sobre la elaboración de un modelo matemático destinado a realizar una previsión de recolección fiable en cultivo de plátano en las condiciones muy variables de las islas Canarias.
Artículo original, en español, página 21:


Foto: http://www.infonortedigital.com/portada/images/noticias/Canarias2015/canarias2016/plataneras.jpg

Quizás no lo sepas, pero la agricultura emplea diariamente numerosos modelos matemáticos, que le permiten mejorar constantemente los resultados agronómicos, con un impacto medioambiental cada vez más reducido, y unos costes de producción contenidos.

¿Por qué necesita la agricultura modelos matemáticos?

Para responder a la necesidad permanente de adaptarse a los ciclos biológicos, de las plantas y de los animales, de los cultivos y del medioambiente, de los parásitos y sus depredadores, que pueden ser muy variables. Las variaciones climáticas son uno des de los factores clave de variabilidad, así como la diversidad de las condiciones de cultivo (especies, variedades, métodos de cultivo, tipos de suelo, tipos de riego, altitud, pendiente y orientación, configuración geográfica, etc.).
Sin embargo las plantas y los animales van a reaccionar de manera relativamente homogénea, a pesar de las condiciones muy variables. Es esta homogeneidad de reacción y de comportamiento que los modelos matemáticos intentan evidenciar, medir y anticipar.
Tendremos posibilidad de prever los comportamientos en todas las situaciones, si sabemos poner todas las condiciones variables unas con otras. Los modelos matemáticos son uno de los medios más efectivos para predecir los ciclos agrícolas y biológicos.
Permiten especialmente anticipar los desarrollos de insectos y de muchas enfermedades, prever las necesidades de las plantas, sus ciclos, las fechas de floración, sus adaptaciones climáticas.
Por ejemplo, es gracias a la puesta a punto de un modelo matemático específico que las autoridades sanitarias pueden prevenir las nubes de langostas en África, y así evitar o limitar las hambrunas que pueden provocar.

Foto: http://www.scidev.net/objects_store/thumbnail/4E6020899E91132C60690CE6CCFD3FFE.jpg

¿En qué se basan los modelos matemáticos adaptados a la agricultura?

En general se basan sobre registros climáticos, que es una información fiable, fácil de recoger y de tratar, que van a servir de elemento de referencia, y sobre observaciones biológicas como el ciclo de las plantas o la evolución de las poblaciones de insectos dañinos y de sus depredadores.
La puesta en comparación de esas dos categorías de elementos, y la acumulación de referencias de los años anteriores permite, por una parte de establecer correlaciones, y por otra parte de confirmarlas y de afinarlas año tras año. Este trabajo a largo plazo permite establecer la fiabilidad del modelo y de determinar sus márgenes de seguridad.

Cuando estén los modelos fitosanitarios puestos a punto, permiten a los agricultores anticipar los daños de plagas o enfermedades, gracias a acciones específicas o a tratamientos curativos en algunos casos, preventivos en otros, situados en el momento ideal, o a poner implantar métodos de vigilancia o de profilaxis.

Tomemos un ejemplo muy común, que también es uno de los primeros modelos fiables establecidos en frutales. Se trata de la tabla de Mills, publicada en 1944, y desde entonces modificada varias veces por equipos científicos. La puesta a punto de este modelo otorgo, en la época de su divulgación, una drástica reducción de los tratamientos contra el moteado, combinada con un aumento enorme de la eficacia de la protección, lo que le dio una muy gran popularidad entre los profesionales de la producción de manzana y pera.
El moteado es un hongo que se desarrolla después de la lluvia. Pero algunas lluvias provocan contaminaciones, y otras no, y su gravedad es variable. Por otra parte, la protección contra el moteado es principalmente preventiva, ya que las manchas, cuando aparecen son casi imposibles de parar, exigen un gran número de tratamientos para evitar que vayan a más, y deprecian mucho la fruta.

Foto: http://www.omafra.gov.on.ca/english/crops/facts/apscabf6.jpg

¿Qué puede hacer el agricultor para evitar daños?
Debe tratar antes de ver las manchas. Pero en eso tampoco es algo sencillo.
¿Esta lluvia es contaminante?
¿Puede provocar daños una simple niebla?
¿En qué plazo después de la lluvia tengo que intervenir para evitar daños?
¿Al cabo de cuánto tiempo van a aparecer las manchas?
El agricultor podría por ejemplo decidir tratar una vez por semana, pase lo que pase, para no complicarse la vida. Pues debería tratar muy a menudo, sin siempre conseguir la efectividad requerida, y con un coste medioambiental y económico disparatado.
Pues tiene la solución de emplear los modelos matemáticos, como la tabla de Mills o de uno de los modelos más modernos. Le es suficiente estar equipado de un humectómetro, que mide la duración de humectación de las hojas, y de un termómetro registrador, equipos fáciles de encontrar y asequibles, o más simplemente estar registrado en una de las estaciones agroclimáticas especializadas de su región.
De un modo o del otro tendrá, en tiempo real, las informaciones fiables sobre los riesgos. Esas informaciones le permitirán tomar la decisión la más adecuada sobre la necesidad de tratar y sobre la gravedad de la contaminación, con lo que también sobre el tipo de producto a utilizar.
El agricultor, haga producción ecológica, convencional o integrada, utiliza las mismas referencias y los mismos métodos. Solo cambia la lista de los plaguicidas utilizables en cada situación.

Imagen: http://www.agrometeo.fr/img/Tavelure_automne.jpg

El sistema también funciona al revés, es decir poniendo en relación el ciclo del cultivo con las condiciones climáticas, para determinar los periodos de sensibilidad a ciertos problemas sanitarios o fisiológicos, y de actuar en consecuencia.
Ginés de Haro nos explica:
“Hemos tomado diferentes alturas sobre el nivel del mar y orientaciones (fincas del norte y del sur) (…)
Del modelo podemos sacar algunas conclusiones. Como era de esperar, los ciclos están relacionados directamente con la cota sobre el nivel del mar (ya que la temperatura es más fría según ascendemos), pero también influye la orientación. Por ejemplo una finca a 45 metros en Fuencaliente tiene un ciclo de unas dos semanas más corto que una en Gáldar a 16 metros sea cual sea la época de parición.”
En el caso de Canarias, es especialmente importante, en la medida en que son islas, bastante alejadas unas de otras, diversas y montañosas, en las que los factores de variabilidad son enormes, y a pesar de esto, el modelo permite hacer unas previsiones fiables en cualquier situación.


El uso de las matemáticas es incluso uno de los desafíos del futuro, ya que la agricultura de precisión, concepto reciente que pretende optimizar la producción agrícola por la precisión de las técnicas empleadas, es una vía obligada para el futuro de la humanidad. Esta agricultura de precisión pasa, entre otras cosas, por la modelización de un gran número de conceptos, para hacer previsible todo el aspecto actualmente imprevisible de la agricultura, es decir la influencia de condiciones climáticas variables sobre los seres vivos.

Mira lo que se ha producido este año en muchos países de Europa. Condiciones climáticas anormales han gravemente perturbado las cosechas de numerosos cultivos. Los cerealistas franceses han sido muy afectados por esas perturbaciones. http://www.terre-net.fr/actualite-agricole/economie-social/article/les-chiffres-d-une-recolte-catastrophique-de-ble-tendre-s-affinent-202-121268.html
Pero reconocen haberse dejado sorprender. A finales de junio, el trigo tenía una densidad aparente normal, las plantas eran bonitas. Nadie se imaginaba que las espigas estaban tan vacías.
Es el tipo de problema que es importante aprender a evitar, o al menos a gestionar. El agricultor, un poco por cultura, un poco por su ritmo de vida, vive a menudo día a día, y la anticipación de los fenómenos futuros es a veces difícil.
El uso de modelos puede ser de gran ayuda en la optimización del trabajo.

La aparición de nuevas tecnologías en agricultura también ha sido ocasión del desarrollo de modelos matemáticos adaptados. Por ejemplo, las imágenes satélite, combinadas con las coordenadas GPS, la invención de nuevos sensores y la adaptación de los equipos ha permitido, una reducción de 5% de los aportes de fertilizantes, a veces más. http://www.agronewscastillayleon.com/el-uso-de-nuevas-tecnologias-como-el-gps-permite-ahorrar-hasta-un-5-en-fertilizantes
¿De qué manera? La imagen satélite nos entrega un estado de la homogeneidad del campo, bien por una simple imagen, bien por colorimetría (intensidad de la fotosíntesis), bien por imagen térmica (temperatura de la hoja, lo que corresponde a la capacidad de la planta a regular su propia temperatura). Esas imágenes son reveladoras del estado de salud y de homogeneidad del cultivo y permiten, gracias a modelos matemáticos adecuados, ajustar exactamente la dosis de abono a aportar a cada sector de la parcela. Esas tecnologías también se pueden utilizar para aplicaciones localizadas de plaguicidas, para siembras más exactas, y se están estudiando para el riego.

Foto: http://geovantage.com/app/uploads/2013/04/Sample1_20100709_NDVI-1024x653.jpg


¿En qué medida los modelos matemáticos tienen un papel importante para el desarrollo de la agroecología?
Uno de los fundamentos de la agroecología es la agricultura, es decir la producción de alimentos y de materias primas renovables para las necesidades humanas. El objetivo es de minimizar el impacto negativo sobre el medioambiente de una agricultura que debe ser cada vez más productiva para poder asegurar las necesidades de la población. Esas necesidades aumentan con el aumento de la población, y con la mejora de las condiciones de vida de las poblaciones más pobres. Pero es imprescindible no aumentar la superficie agrícola, para no incrementar el impacto medioambiental negativo del aumento de población.

Los modelos matemáticos tienen como objetivo final la optimización de la producción agrícola, la reducción de su impacto sobre el medioambiente, y también la reducción del desperdicio de alimentos, al menos en la parte importante que ocurre en el campo.

La mayoría de los modelos existentes han sido enfocados hacia la optimización agronómica de los cultivos, o para la optimización de las intervenciones culturales y fitosanitarias.
El medioambiente es un sistema muy complejo, en el que cualquier acción humana tiene impacto, más o menos fuerte, más o menos perturbador, más o menos negativo. Es obvio que la agricultura es una de las actividades humanas cuyo impacto medioambiental es importante. Aun es necesario poder medirlo. El agricultor trabaja con un objetivo de producción, le mejor que puede, pero en general sin tener medios para medir o estimar las repercusiones medioambientales de su trabajo.
Es ahora importante que equipos científicos se preocupen de elaborar modelos, destinados a los agricultores, que pongan en relación las acciones agronómicas con sus efectos medioambientales. Es todavía un punto débil del sistema agrícola.
Los cálculos de huella hídrica o de carbono son un primer paso, pero son extremadamente complejos, lentos y costosos, exigen generalmente de contratar a especialistas, y no dan soluciones concretas al agricultor en sus prácticas diarias. Solo es un índice para medir una situación concreta en un momento concreto. Es lo que explica que muy pocos agricultores lo hayan iniciado realmente.
Los agricultores necesitan sistemas rápidos y sencillos, que puedan implantar ellos mismos en su propia finca, y que les ayude a trabajar de manera más eficiente.

Foto: http://asi.ucdavis.edu/programs/sarep/research-initiatives/are/files/AREbannerimage.png


La aplicación concreta de modelos matemáticos, combinada con la implantación de técnicas y de métodos de cultivo procedente de la agricultura de precisión y de la agroecología, deben permitir a la agricultura hacer frente al enorme desafío de alimentar a una población mundial en crecimiento constante sin aumentar su impacto medioambiental, por un mejor aprovechamiento de los recursos disponibles, mientras se adapta a los cambios climáticos.