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.

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