Introdução à Agricultura de Precisão
AGRICULTURA TRADICIONALX
AGRICULTURA MODERNA
Agricultura de Precisão (AP)
• Precision Agriculture• Precision Farming• Site-Specific Crop Manegement• VRT (Variable-Rate Tecnology)
Por quê AP?
Agricultura Moderna
• Mudanças nos sistemas de produção:– Cultivo mínimo– Plantio Direto– MIP– MID– Manejo ecológico– Agroecologia– Agricultura orgânica– Agricultura sustentável– Sistema de Produção Integrada– AGRICULTURA DE PRECISÃO
“Há a necessidade do aumento da eficiência de todos os setores da
economia”Tschiedel, M., Ferreira, M. F, 2002
Ao longo do desenvolvimento tecnológico da agricultura o produtor buscou:• Aumento da produtividade• Reduzir insumos• Simplicidade e conforto• Rentabilidade
Jhon Deere
“Agricultura pela média” (Molin,2008)
ouseja
análise do solo – média – Kg/ha de fertilizantes
produção = produtividade = Kg/ha ou sc/alq.
Agricultura de Precisão
• Definição“Segundo BATCHELOR et al. (1997) a
agricultura de precisão é uma filosofia de manejo dafazenda na qual os produtores são capazes de
identificar a variabilidade dentro de um campo, eentão manejar aquela variabilidade para aumentar
produtividade e os lucros.”
Fonte: Tschiedel, M., Ferreira, M. F. Introdução à agricultura de precisão. Ciência Rural, Santa Maria, v.32, n.1, p.159-163, 2002.
Agricultura de Precisão• Definição
“A agricultura de precisão é uma filosofiade gerenciamento agrícola que parte de informaçõesexatas, precisas e se completa com decisões exatas.Agricultura de precisão, também chamada de AP, éuma maneira de gerir um campo produtivo metro ametro, levando em conta o fato de que cada pedaço
da fazenda tem propriedades diferentes (ROZA,2000).”
Fonte: Tschiedel, M., Ferreira, M. F. Introdução à agricultura de precisão. Ciência Rural, Santa Maria, v.32, n.1, p.159-163, 2002.
Agricultura de Precisão
• Definição“O termo agricultura de precisão engloba o
uso de tecnologias atuais para o manejo de solo,insumos e culturas, de modo adequado às variações
espaciais e temporais em fatores que afetam aprodutividade das mesmas (EMBRAPA, 1997).”
Fonte: Tschiedel, M., Ferreira, M. F. Introdução à agricultura de precisão. Ciência Rural, Santa Maria, v.32, n.1, p.159-163, 2002.
Molin, 2008• Definição
“Um sistema de gestão ou gerenciamento da produção agrícola”
“Um elenco de tecnologias e procedimentos utilizados para que a lavouras e o sistema de
produção seja otimizado, tendo como elemento chave o gerenciamento da variabilidade espacial
da produção e dos fatores a ela relacionados”“Agricultura nas estrelas”
Campo.....
Fonte: Projeto Aquarius - UFSM
Roadmap de AP
Hoje, predominam as tecnologias de pronto uso, migrando para o gerenciamento da variabilidade e alguns poucos casos de gestão integrada em grandes fazendas
Onde Estamos
Based on Rogers, E. (1962) Diffusion of innovations. Free Press, London, NY, USA.
weed seeker
Light Bar
Auto-pilot
Comutador segmento
Sprayer Control
Marcador espuma
Taxa variável
Consultorias de AP
Fluxograma da relação de trabalho em assistência técnica para Tecnologia AP (Adaptado de Molin, sn.)
AGRICULTURA DE PRECISÃO
VANTAGENS DE DESAFIOS
Vantagens (Batchelor et al., 1997)
• Melhorar os rendimentos de colheita e lucros;• fornecer informações para tomar decisões de
manejo mais embasadas;• prover registros de fazenda mais detalhados e
úteis;• reduzir custos de fertilizante;• reduzir custos de praguicida; e• reduzir poluição.
Vantagens (Gentil & Ferreira, 1999)
• Redução do grave problema de risco da atividade agrícola;
• Redução dos custos de produção;• Tomada de decisão rápida e certa;• Controle de toda a situação, pelo uso da informação;• Maior produtividade da lavoura;• Mais tempo livre para o administrador;• Melhoria do meio ambiente pelo menor uso de
defensivo.
Vantagens CAMPO (2000)
• redução de quantidades de insumos;• redução dos custos de produção;• redução da contaminação ambiental; e• aumento no rendimento das culturas.
• Realidade da AP (Claudia Brito Silva, Esalq/USP, 2009) http://www.usp.br/agen/?p=6877
–56% das usinas de cana-de-açúcar já utilizam algum tipo de ferramenta de AP• 205 usinas da UDOP
• Realidade da AP (Claudia Brito Silva, Esalq/USP, 2009)
• Técnicas mais usadas:– 76% - imagem de satélite;– 39% - piloto automático;– 36% - fotografias aéreas;– 31% - amostragem do solo em grade GPS;– Tempo médio de uso é de 4 anos;– 29% - aplicação a taxa variável;– 96% das empresas pretende ampliar o uso da
tecnologia.
• Realidade da AP (Claudia Brito Silva, Esalq/USP, 2009)
• Problemas do uso da tecnologia:– 96% -altos custos;– 94% - a falta de pessoal qualificado;– 88% - elevados custos na prestação dos serviços.
• Realidade da AP (Claudia Brito Silva, Esalq/USP, 2009)
• Impactos na empresa:– 94% - mudança significativa no gerenciamento;– 78% - aumento de produtividade;– 73% - redução no impacto ambiental;– 71% - redução nos custos de produção.
DESAFIOS
AGRICULTURA DE PRECISÃO
Ferramentas
Gps
Eletrônica Embarcada Imagens aéreas
Imagens Satélites
Sistemas de Informação
Sistemas de Navegação
Desafios
Grande desafio: interpretar os dados gerados EM RECOMENDAÇÕES
Ciência do solo
Ecofisiologia
Fitopatologia
Climatologia
Sistema: Solo – Planta – Atmosfera > 60 fatores que interferem na produção
Tecnologia de máquinas e implementos
• Máquinas e implementos:– Tratores agrícolas
• Mecânicos e automatizados
– Plantadoras / adubadoras• Convencional e direto
– Pulverizadores• Montados , arrasto ou automotrizes
– Colheitadeiras• Com e sem transbordo
DESAFIO?
CICLOS AP
Fonte: Arvus
Ciclo AP, Molin (2008)
AGRICULTURA DE PRECISÃO
Ciclo AP
início
AGRICULTURA DE PRECISÃO
Ciclo APDado +
coordenada
início
COLETA DADOS
Mapa de Produtividade
• Fertilidade do solo – análise química• Compactação do solo – análise física• Umidade do solo – análise física• Biologia do solo – análise biológica
– Pragas de solo– Doenças de solo
• Pedologia do solo – análise física– classificação do solo (textura)
• Outros– Condutividade elétrica do solo– Temperatura– Infiltração de água no solo– Aeração do solo– Etc...
Solo
• pH – H2O ou CaCl2 - potenciometria• MO – digestão ácida - titulometria• P – resina trocadora de íons e titulometria• Ca – absorção atômica• Mg – absorção atômica• K – absorção atômica• (H+Al) - potenciometria• SB – calculado = Ca+Mg+K)• CTC – calculado = SB+(H+Al)• V% - calculado = (SB/CTC)*100
Fertilidade do solo (análise do solo)
BZnCuFeMnMoSAl
N?
X Y pH CaCl2 pH H2O MO P K Ca Mg H+AL SB T V%582987 7554698 5.9 6.5 26 392 2.3 72 10 18 84 102 83583030 7554649 5.6 6.3 22 330 1.8 69 12 18 83 101 82583073 7554609 5.9 6.5 11 126 2.6 41 9 16 53 69 76583053 7554570 5.3 6 9 78 1.5 27 9 18 38 56 67582987 7554553 5.6 6.3 8 91 1.7 30 7 15 39 54 72583089 7554542 5.3 6 7 34 1.6 27 9 17 38 55 68583175 7554608 5.2 5.9 9 61 1.7 23 6 18 31 49 63583215 7554629 5.3 6 8 35 1.3 22 5 18 28 46 62583165 7554647 5.5 6.2 6 66 1.4 24 6 16 31 47 67583103 7554681 6.1 6.7 17 139 10.2 41 10 12 61 73 84583095 7554761 5.5 6.2 9 88 2.2 34 7 17 43 60 72583160 7554766 5.5 6.2 6 26 1.9 28 9 16 39 55 71583120 7554631 7 7.5 11 170 3.9 106 12 10 122 132 92
Média 5.9 6.5 13 119 3,1 45 9 16 57 73 78
Análise área convencional FSNT
PHCACL2 PHH2O MO P K CA MG PHSMP AL S SB CTC V4.7 5.4 25.0 143 1.80 26.0 26.0 28 2 19.0 54.0 82.0 664.8 5.5 24.0 119 3.10 27.0 21.0 25 2 10.0 51.0 76.0 674.8 5.5 21.0 109 1.40 13.0 12.0 22 2 22.0 26.0 48.0 554.5 5.3 18.0 68 1.20 21.0 20.0 26 2 12.0 42.0 68.0 624.4 5.2 21.0 95 2.00 12.0 11.0 28 3 11.0 25.0 53.0 474.7 5.4 24.0 137 1.50 26.0 19.0 28 2 4.0 47.0 75.0 624.5 5.3 22.0 147 2.50 37.0 34.0 25 1 11.0 74.0 99.0 744.5 5.3 19.0 77 2.30 22.0 22.0 25 2 17.0 46.0 71.0 654.6 5.4 20.0 74 1.40 13.0 12.0 21 2 16.0 26.0 47.0 564.7 5.4 29.0 157 1.80 24.0 11.0 29 2 8.0 37.0 66.0 564.6 5.4 11.0 150 1.80 24.0 16.0 28 2 7.0 42.0 70.0 604.6 5.4 16.0 160 2.40 25.0 14.0 33 2 8.0 41.0 74.0 564.9 5.6 13.0 87 1.20 29.0 28.0 18 1 12.0 58.0 76.0 774.5 5.3 15.0 112 1.00 19.0 18.0 28 2 28.0 38.0 66.0 584.0 4.8 13.0 141 1.50 12.0 10.0 40 4 19.0 24.0 64.0 374.7 5.4 10.0 127 2.20 26.0 24.0 25 2 9.0 52.0 77.0 684.6 5.4 13.0 108 1.70 36.0 36.0 22 1 19.0 74.0 96.0 773.9 4.7 10.0 65 1.30 7.0 6.0 34 6 9.0 14.0 48.0 304.5 5.3 17.0 153 1.60 22.0 15.0 28 3 11.0 39.0 67.0 584.8 5.5 13.0 161 1.30 38.0 38.0 24 1 16.0 77.0 101.0 774.7 5.4 10.0 118 1.00 16.0 14.0 21 2 13.0 31.0 52.0 604.5 5.3 9.0 80 1.70 10.0 10.0 26 2 11.0 22.0 48.0 454.8 5.5 10.0 141 1.60 28.0 28.0 21 2 13.0 58.0 79.0 734.6 5.4 13.0 159 2.10 16.0 15.0 29 2 23.0 33.0 62.0 534.5 5.3 9.0 104 1.90 21.0 20.0 25 2 18.0 43.0 68.0 634.2 5.0 11.0 115 1.10 14.0 10.0 36 3 7.0 25.0 61.0 414.7 5.4 15.0 140 2.00 22.0 17.0 24 2 18.0 41.0 65.0 633.9 4.7 12.0 134 1.90 10.0 8.0 38 4 37.0 20.0 58.0 344.3 5.1 18.0 140 2.80 19.0 18.0 34 3 50.0 40.0 74.0 544.7 5.4 16.0 155 1.80 31.0 30.0 28 2 8.0 63.0 91.0 695.2 5.9 13.0 163 2.30 43.0 28.0 20 0 24.0 73.0 93.0 794.2 5.0 11.0 105 1.70 17.0 15.0 28 3 9.0 34.0 62.0 544.9 5.6 22.0 286 1.90 39.0 14.0 26 2 11.0 55.0 81.0 685.2 6.0 22.0 156 1.70 54.0 40.0 20 0 11.0 96.0 116.0 834.8 5.5 15.0 110 1.30 23.0 20.0 26 2 16.0 44.0 70.0 633.9 4.7 13.0 81 1.10 6.0 5.0 33 6 14.0 12.0 45.0 274.3 5.1 17.0 163 0.90 22.0 9.0 36 3 9.0 32.0 68.0 474.6 5.4 16.0 145 1.80 22.0 14.0 28 2 11.0 38.0 66.0 57
4.6 5.3 15.9 128.6 1.7 22.9 18.6 27.3 2.3 15.0 43.3 70.6 59.0
Café solo fsnt
AGRICULTURA DE PRECISÃO
Ciclo AP
início
GEOESTATÍSTICA!
Análise de dados e geração de mapas
• Daniel Krige (1951) – África do Sul – estudou a importância de correlacionar as variações com as distâncias - Ouro
• Matheron (1961) – elaborou a teoria das Variáveis Regionalizáveis
– Krigagem
HISTÓRICO
• “Esperança de que, na média, as amostras próximas, no tempo e no espaço, sejam mais similares entre si do que as que estiverem mais distantes”
Zimback, 2010
Teoria Fundamental
• Independência entre os dados coletados• Distribuição normal dos dados• Variância e coeficiente de variação constantes
ESTATÍSTICA
Denpendência entre os dados coletados Interpretação baseada na variação natural dos dados Análise dos variogramas
Geoestatística Estatística
• SIGs– É uma família de programas que permitem
armazenar, manipular e mostrar espacialmente (coordenadas geográficas) os resultados colhidos no campo.
– Podem lidar com vários atributos para um mesmo ponto ao mesmo tempo, podendo estes atributos serem mostrados em camadas, como um mapa em cima do outro.
– Dado + coordenada + geoestatística = mapa
Análise de dados
• Sistemas de coordenadas– Coordenadas geográficas (Latitude e Longitude)
• Graus, minutos e segundos– UTM (Universal Transverse Mercatur)
• métrica• Geoestatística
– Interpolação de dados – esparsos– Métodos mais comuns:
• Vizinho próximo• Média local• Inverso da distância a uma potência• Contorno• Krigagem – é o mais recomendado (demonstração GS+)
Análise de dados
Análise de dados
REAL X OBSERVADA X ESTIMADA
?
observado
estimado
42 2431
28 32 42 28 26
36 44 32 28 36 40
22 35 44 29 43
27 26 24 33 52
27 33 26 35 22
19 22 28 36
20 28 31 30 24
22 25 35 17 22
27 48 30
39 29 22
26 40
46°21'0"W
46°21'0"W
46°21'30"W
46°21'30"W
46°22'0"W
46°22'0"W
46°22'30"W
46°22'30"W
46°23'0"W
46°23'0"W
46°23'30"W
46°23'30"W
12°4
'30
"S
12°4
'30
"S
12°5
'0"S
12°5
'0"S
12°5
'30
"S
12°5
'30
"S
0 390 780 1.170 1.560195
Metros
Fazenda X
Legenda
Teores de fósforo
Inverso da distância ao quadrado
17,6 - 20,9
20,9 - 23,4
23,4 - 25,4
25,4 - 26,9
26,9 - 28,9
28,9 - 31,5
31,5 - 34,8
34,8 - 39,1
39,1 - 44,7
44,7 - 52,0.
42 2431
28 32 42 28 26
36 44 32 28 36 40
22 35 44 29 43
27 26 24 33 52
27 33 26 35 22
19 22 28 36
20 28 31 30 24
22 25 35 17 22
27 48 30
39 29 22
26 40
46°21'0"W
46°21'0"W
46°21'30"W
46°21'30"W
46°22'0"W
46°22'0"W
46°22'30"W
46°22'30"W
46°23'0"W
46°23'0"W
46°23'30"W
46°23'30"W
12°4
'30
"S
12°4
'30
"S
12°5
'0"S
12°5
'0"S
12°5
'30
"S
12°5
'30
"S
0 390 780 1.170 1.560195
Metros
Fazenda X
Legenda
Teores de fósforoKernel Smooth
17,6 - 20,9
20,9 - 23,4
23,4 - 25,4
25,4 - 26,9
26,9 - 28,9
28,9 - 31,5
31,5 - 34,8
34,8 - 39,1
39,1 - 44,7
44,7 - 52,0.
42 2431
28 32 42 28 26
36 44 32 28 36 40
22 35 44 29 43
27 26 24 33 52
27 33 26 35 22
19 22 28 36
20 28 31 30 24
22 25 35 17 22
27 48 30
39 29 22
26 40
46°21'0"W
46°21'0"W
46°21'30"W
46°21'30"W
46°22'0"W
46°22'0"W
46°22'30"W
46°22'30"W
46°23'0"W
46°23'0"W
46°23'30"W
46°23'30"W
12°4
'30
"S
12°4
'30
"S
12°5
'0"S
12°5
'0"S
12°5
'30
"S
12°5
'30
"S
0 390 780 1.170 1.560195
Metros
Fazenda X
Legenda
Teores de fósforoKrigagem Ordinária
17,6 - 20,9
20,9 - 23,4
23,4 - 25,4
25,4 - 26,9
26,9 - 28,9
28,9 - 31,5
31,5 - 34,8
34,8 - 39,1
39,1 - 44,7
44,7 - 52,0.
46°21'0"W
46°21'0"W
46°21'30"W
46°21'30"W
46°22'0"W
46°22'0"W
46°22'30"W
46°22'30"W
46°23'0"W
46°23'0"W
46°23'30"W
46°23'30"W
12°4
'30
"S
12°4
'30
"S
12°5
'0"S
12°5
'0"S
12°5
'30
"S
12°5
'30
"S
0 390 780 1.170 1.560195
Metros
Fazenda X
Legenda
Teores de fósforoErro padrão da predição
2,02 - 2,07
2,07 - 2,15
2,15 - 2,29
2,29 - 2,48
2,48 - 2,70
2,70 - 2,97
2,97 - 3,31
3,31 - 3,80
3,80 - 4,48
4,48 - 5,93.
46°21'0"W
46°21'0"W
46°21'30"W
46°21'30"W
46°22'0"W
46°22'0"W
46°22'30"W
46°22'30"W
46°23'0"W
46°23'0"W
46°23'30"W
46°23'30"W
12°4
'30
"S
12°4
'30
"S
12°5
'0"S
12°5
'0"S
12°5
'30
"S
12°5
'30
"S
0 390 780 1.170 1.560195
Metros
Fazenda X
Legenda
Teores de fósforoErro padrão da predição
2,02 - 2,07
2,07 - 2,15
2,15 - 2,29
2,29 - 2,48
2,48 - 2,70
2,70 - 2,97
2,97 - 3,31
3,31 - 3,80
3,80 - 4,48
4,48 - 5,93.
582838 582881 582924 582967
7554871
7554898
7554926
7554953
1741631521401291171069483
582838 582881 582924 582967
7554871
7554898
7554926
7554953
1741631521401291171069483
Krigagem
Interpretar
582838 582881 582924 582967
7554871
7554898
7554926
7554953
2682392111831541269769
582838 582881 582924 582967
7554871
7554898
7554926
7554953
2682392111831541269769
582838. 582881. 582924. 582967.
7554871.
7554898.
7554926.
7554953.
268.239.211.183.154.126.97.69.
582838. 582881. 582924. 582967.
7554871.
7554898.
7554926.
7554953.
268.239.211.183.154.126.97.69.
IDW
582838. 582881. 582924. 582967.
7554871.
7554898.
7554926.
7554953.
46735.39108.31482.23856.16229.8603.976.-6650.
582838. 582881. 582924. 582967.
7554871.
7554898.
7554926.
7554953.
46735.39108.31482.23856.16229.8603.976.-6650.
582838. 582881. 582924. 582967.
7554871.
7554898.
7554926.
7554953.
2.902.632.362.091.811.541.271.00
582838. 582881. 582924. 582967.
7554871.
7554898.
7554926.
7554953.
2.902.632.362.091.811.541.271.00
Krigagem
IDW
K no solo
AGRICULTURA DE PRECISÃO
Ciclo AP
início
Aplicação de Fertilizantes, Corretivo e Defensivos em Taxa Variável ou localizada:
• Aplicações pré-processadas: faz-se a coleta de amostras no campo, análise em laboratório, geração dos mapas de aplicação no escritório e envio destes para as adubadoras efetuarem aplicação na lavoura.
• Aplicações em tempo real: sensores medem quantidade de nutrientes presentes e variam no mesmo instante a aplicação.
Mapa de velocidade
Mapa de aplicação
AGRICULTURA DE PRECISÃO
Ciclo AP
início
• Monitoramento dos processos de agricultura de precisão;
• Levantamento de dados do cultivo;– Pragas– Doenças– Plantas daninhas
• Levantamento e acompanhamento dos dados da planta, climáticos e do solo;
• Correção de imperfeições;• Checagem de rendimentos
Acompanhamento
• Nutrição da planta – análise foliar (química) e também assinatura espectral (sensor) (IBN)
• Problemas bióticos - sensores• Tonalidade verde das folhas – clorofilômetro - N• Desenvolvimento da plantas - sensor• Desenvolvimento de frutos – sensor• Fluxo de seiva• Análise de seiva• Taxa fotossintética – gases (CO2 e O2) - sensor
• Maturação de frutos – hormônios, taxa respiratória dos frutos – sensores
Planta
• Pragas– Formas de ataque/alimentação (morfologia), período de
ocorrência, toxemia, distribuição• Doenças
– Sistemas de previsão/aviso (fungos), diagnóstico por marcadores moleculares ou assinatura espectral (sensor remoto próximo ou distante) e demarcação de manchas
• Plantas Daninhas– Morfologia, Distribuição espacial, formas de localização
(sensoriamento remoto distante em pós-emergência), demarcação de manchas
Planta - Cultivo
Fundação MS
• Multispectral image analysis (Citrus)• Variety identification, dry plants, diseases• Example of diseases -> Greening
HyperspectralCitrovita experiment 01 in 09/2009
Visible lightImage obtained with 950-1150nm wavelenghts
Assintomatic tree in visible lightDry tree
Ocorrência de Spodoptera no milho – aplicação do
inseticida somente a partir das áreas verdes. Nas azuis
não aplicar inseticida, apenas o fungicida.
Meloidogyne sp. no solo no milho safrinha (A) e no pré-plantio de verão (B), 2011
A B
3,5 meses após
Semeadura ou aplicação de precisão
Zona de manejo
Mapa
AGRICULTURA DE PRECISÃO
Ciclo AP
início
AGRICULTURA DE PRECISÃO
Ciclo AP
início
• Feedback• Se aquilo que foi executado trouxe retorno
quantitativo e/ou qualitativo.
Produção
• Mapa de colheita• Sensores:
– Instalados em locais apropriados na máquina– 500 a 1.300 pontos por hectare (8 a 20 m2)– Objetivo:
• Fluxo de massa• Umidade• Velocidade• Levante da plataforma• inclinação
– Tipo (fluxo de massa):
Produção
Molin, 2008
Mapeamento de colheita:
Mapeamento de colheita:
Figure 2. Medidor Volumétrico de Fluxo de Frutos de Café
1
2
35
Componentes:Medidor VolumétricoGPS Monitor de Colheita
Sensor de Pulsos
Mapeamento de colheita de café
Fonte: Faz. Vanguarda
Ponto inteligente!
Gestão integrada
Aplicações Usuais de AP(PA) no Brasil1. Barra de Luzes2. Piloto Automático3. Controle Automático de Seções4. Sensores5. Aplicação localizada ou em Taxa Variável6. Mapeamento de Colheita7. Telemetria