AGRICULTURA DE PRECISÃO - Embrapa

AGRICULTURA DE PRECISÃO

Nova Filosofia de Trabalho na Agricultura

Luciano Shozo Shiratsuchi

Pesquisador

Agricultura de Precisão e Sensoriamento Remoto

Embrapa Agrossilvipastoril

[email protected]

Agosto 2012

mailto:[email protected]

Sumário

Antecedentes Considerações Gerais Histórico Ferramental Disponível Estado da Arte Estudo de Caso Projetos da Embrapa na área “Capacitação para geração de mapas temáticos”

Antecedentes

1994 – 1999 :USP – ESALQ : Agronomia

1997: Primeiro contato com AP

● Fazenda Areiao sob supervisão de Luis Fernando ● Colheita monitorada com balança de pesagem instalada no vagão da colhedora e GPS com

correção diferencial via rádio frequência

1998: Estagiário da Dedini Açucar e Alcool: trabalhando com sensores Auteq para

gerenciamento da frota de máquinas agrícolas

1999: Recém-formado contratado da ABASP trabalhando na área de feijão e milho doce.

2000 – 2002: Mestrado: USP – ESALQ: Fitotecnia

● Trabalhando com mapeamento de plantas daninhas e sua correlação com a fertilidade do solo. Dr. Pedro Christoffoleti, Dr. José Paulo Molin, Dr. Lawrence Lass

2002 – 2008: Embrapa Cerrados ● Pesquisador B

2008 – 2012: PhD: Universidade de Nebraska: Ciência do Solo

2012 – presente: Embrapa Agrossilvipastoril

● Pesquisador A

Considerações Gerais

Variabilidade

Espacial


OBJETIVOS

Reconhecer a Variabilidade Espacial da área agrícola Conhecer a posição geográfica dos fatores medidos Gerenciar localizadamente as áreas agrícolas Não aplicar insumos pela média Otimizar a aplicação de insumos Aumentar a produtividade Reduzir custos de produção Diminuir a poluição ambiental

Histórico

Primeiro mapa de aplicação localizada

● 1929 – Linsley & Bauer

● Confecção de mapa de

aplicação de calcário

● Economia de 20 % do insumo aplicado

● Aumento de produtividade

● Otimização da absorção de micronutrientes

1925

Artigo clássico ● Fairfield Smith. An empirical law describing heterogeneity in the yields

of agricultural crops. The Journal of Agricultural Science, 28: 1-23. 1938.

Revolução Verde - Esquecimento

Surgimento de Computadores Microeletrônica embarcada Sistemas de posicionamento Sensores e softwares Máquinas agrícolas de alto rendimento

VIABILIZAÇÃO DA AGRICULTURA DE PRECISÃO

Ferramental disponível

Sistema de Posicionamento Global - GPS

Inicialmente – criado para fins militares

Abolição da S/A

GPS com S/A – Disponibilidade Seletiva

1 – 3 de maio de 2000

Correção Diferencial

Correção Diferencial

Novos Sistemas de Posicionamento

WAAS – correção diferencial gratuita - EUA GPS com algoritmos de correção GPS - RTK Empresas com satélites próprios Precisões de 100 – 15 – 1 – 0,05 m Barateamento de receptores

● R$ 350 a R$ 30.000

Guia de máquinas

• Gerenciamento de Máquinas Agrícolas - Aumentar janela de plantio

• Aumentar a acurácia da aplicação de insumos

• Reduzir desperdício

Fonte: Embrapa Cerrados

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3000

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1 4 6

Emgopa 316

Nina

Flora

Rosa

22/10 30/11 31/12


Guia de máquinas

• Aumentar a acurácia da aplicação de insumos

• Reduzir desperdício, 40% de todos autopropelidos nos EUA

Guia de máquinas + Piloto automático

• Aumentar janela de plantio – Adubação Pré Plantio no Sulco

• Melhorar arranjamento espacial, otimizando arquitetura da planta - stand


SIG Programas de Sistemas de Informações Geográficas

Sensores

Gravação sistemática de dados em formato texto

Sensores disponíveis no mapeamento de produtividade

AGRICULTURA DE PRECISÃO EM PEQUENA PROPRIEDADE

Goiabeira em Piracicaba

Lápis de construção na geração de 3 tonalidades para produtividade de

goiaba por arvore

Estado da Arte

Mapeamento da fertilidade do solo

Caminhamento dentro da grade amostral

Cortesia: Agroexata

Onde amostrar? Quantas amostras por hectare?

Mapa Diagnóstico - Tratamento

Mapa de K Mapa de tratamento

Mapa do teor de potássio no solo

Mapa de doses recomendadas de potássio no solo

Mapa de doses aplicadas de potássio no solo

Sensoriamento Remoto

Fonte: Adamchuk et al (2010)

Sistemas para sensoriamento remoto

Fonte: Resource 21

VRT usando sensoriamento remoto

Veículos aéreos não tripulados - VANTS

Duas bandas diferentes do espectro – VIS / NIR

Máscara para remoção de efeitos reflexivos e de solo exposto

Classificação dos alvos em diferentes bandas

NIR 880 masked – DV <=119

Máquinas para aplicação localizada

Fonte: Agroexata

Máquinas para aplicação localizada

Sistema de rastros

Fonte: Agroexata

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################################################################################# ########################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################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########################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################################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Levflorbradc2005.shp

# 0 - 1.74

# 1.74 - 4.22

# 4.22 - 7.18

# 7.18 - 11.26

# 11.26 - 17.17

Grade amostral 50x50m.shp

Boundary_ 109ha.shp

Boundary_ 141 ha.shp

N

EW

S

Mapeamento de Plantas Daninhas

Mapeamento de Plantas Daninhas

Mapeamento de Pragas

Área atacada Área Sadia

Produtividade da Soja

INTERVALO

Utilização de sensores na AP

Por que usar sensores??

Veris

Fonte: USDA/ARS, Kitchen et al (2003)

Sensores para mapeamento da compactação do solo

Cortesia: Viascheslav Adamchuk

Compactação do Solo


Condutividade eletrica do solo Compactação do solo

Milho 2000 Soja 2002

????

2005

Veris MSP

$@#$*%

Mapa de pH realizado com grade amostral de solo e pelo sensor

Comparação de formas de mapeamentos


Princípio de funcionamento do Veris MSP

Plantas Daninhas

Planta

daninha

Cultura

Sensor de

velocidade

Computador

Controlador

de

Pulverização

Válvulas

solenóides

Velocidade

Processador

das imagens

Câmeras

Cortesia: L. Tian - Illinois

Protótipo experimental

Índice de Suficiência de N (ISN)

ISN = VI alvo / VI referência

ISN é uma normalização que integra efeitos de

híbridos, estrutura do dossel, clima.

(Schepers et al., 1992)

Chlorophyll meter - SPAD

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Wavelength (nm)

Re

fle

cta

nce

(%

)

0

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300

BASE PARA APLICAÇÃO DE NITROGÊNIO EM TAXAS VARIÁVEIS

ACTIVE CANOPY SENSORS

Holland Scientific – Lincoln, Nebraska

Trimble (Ntech)

Yara

Topcom

Source: Holland Scientific and Oklahoma State University websites

FUSÃO DE MÚLTIPLOS SENSORES

Shiratsuchi (2011)

IRRIGAÇÃO DE PRECISÃO

Variação de lâmina de irrigação

Economia de água e energia

Rapidez

Utilização de insumos em taxas variáveis

(herbicidas, fertilizantes, fungicidas)

POR QUE AP DEVE SER PRIORIDADE POR PRODUTORES?

Teto de

produtividade já

atingido?

Impacto do

melhoramento

genético foi

somente adaptação

à stress?

Manejo x

Melhoramento?

FERRAMENTAS ESTATÍSTICAS

Geoestatística

Modelos de crescimento de culturas (DSSAT, Hybrid Maize, etc.)

Análise de Componentes Principais

Estudo de Caso 1

AREA CONVENCIONAL

•Área de plantio de soja: 7000 ha

•Adubação US$ 380/ha

•Herbicidas US$ 180/ha

•Inseticidas US$ 50/ha

TOTAL US$ 4.270.000

Diferença entre AP e Conv US$ 490.000

AREA COM APLICAÇÃO LOCALIZADA AGRICULTURA DE PRECISÃO

Área: 7000 ha Economias esperadas Adubação: Fórmula variável (10%) US$342/ha Herbicidas: Mistura de produtos (15%) US$153/ha Inseticidas: Spot treatment (10%) US$45/ha

TOTAL US$3.780.000

Estudo de Caso 2

Área: 4000 ha Aplicação em taxas variáveis de K

Cloreto de potássio: US$ 332 /tonelada Custo com AP

Coleta de solo: US$ 2/ha Laboratório de solos: US$ 3/ha Consultoria e custos indiretos: US$ US$ 7/ha Total: US$ 12/ha

Taxa fixa: 198 kg/ha KCL totalizando US$ 262.000,00 AP: 80 kg/ha KCL, totalizando US$ 106.000,00

DIFERENÇA entre K em taxas variáveis e em dose uniforme:

US$156.000,00

(Economia de 40% de KCL)

KCL uniforme x taxas variáveis

Adquiriu um aplicador em taxas variáveis da

Stara, modelo Brutus 12000

US$ 35.500

Equipou 6 colhedoras com sistema de

mapeamento da produtividade:

US$15.000

Equipou 3 pulverizadores autopropelidos com

sistema de controle de seção e taxas variáveis

de líquidos

US$10.000

Fonte: www.stara.com.br

Estatísticas - 2010

BRASIL

VRT ~ 1.000.000 ha (30% PD no Cerrado) Monitores de produtividade ~ 400 unidades Lucratividade ~US$ 50 / ha

EUA

VRT ~ 55 % da área de soja e milho Monitores de produtividade ~ 60% da frota de colhedoras Lucratividade ~ US$ 60 / ha

Argentina

VRT ~ 500.000 ha Monitores de produtividade ~ 800 unidades Lucratividade ~US$ 35 / ha

Equipe de Agricultura de Precisão

PESQUISADORES ÁREA Atribuições

Álvaro Vilela Resende Fertilidade do solo Orçamento

Charles Martins de Oliveira Entomologia Cronologia

João de Deus G. Santos Fertilidade do solo Cronologia

José Roberto Antoniol Fontes Manejo Integrado de Plantas daninhas Memorial

Lineu N. Rodrigues Irrigação Projetos

Luciano Shozo Shiratsuchi Agricultura de Precisão Cronologia

Marcos Aurélio C. de Sá Manejo e Conservação de Solo e Água Projetos

Marina de Fátima Vilela Geoprocessamento Estoques e Laboratórios

Áreas de atuação

PROJETOS

MP1 (01.02.5.01.02) “Rede de conhecimento em Agricultura de Precisão para condições dos Cerrados e dos Campos Gerais”

MP3 (03.04.0.01.60) “Áreas Piloto de Agricultura de Precisão em Sistemas Agrícolas do Cerrado”

PULICAÇÕES DA EQUIPE: 28

ORGANIZAÇÃO DE EVENTOS : 08

Abordagem Geral – MP1

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Abordagem de Mapeamento Grade Amostral (50x50m) Fertilidade do solo Plantas daninhas Estande de plantas Manejo de pragas Manejo de plantas daninhas

Software desenvolvido utilizando k-means para discriminação de zonas homogêneas

Índice de cone (Pa) Produtividade (ton/ha)

(a) (b)

MAPEAMENTO DA COMPACTAÇÃO DO SOLO

Como aumentar o rendimento da colheita monitorada??

Simulação com 4, 6, 8 e 10 passadas de 5,6 m

Kriging??

2 4 6 8 10

> 85% 89% 95% 73% 76%

RENDIMENTO DE MONITORAMENTO DE

COLHEITA DE 600%

Sensor de Altura Embrapa Cerrados / EEE - UFG

Exemplo de sistema de produção em sucessão

Capacitação em amostragem georreferenciada


● Conceito de Tecnologia ● Tudo que é novo ou complexo tem resistência das pessoas,

principalmente para “os que sabem muito” ● AP já tem 20 anos, mas o ferramental ainda deve ser dominado

pelo usuário (técnico) e a ciência deve se adaptar a trabalhar em maiores patamares de produtividade e sustentabilidade.

Softwares gratuitos utilizados

● GPS Trackmaker ● Open Office – Calc ● Vesper ● Wayp2shp (freeware) ● Google earth (freeware)

Processos

GPS Trackmaker

Open Office

Vesper

SMS

Regeemy

GPS Trackmaker

Fase mais importante da AP

ANALISE DE DADOS

Grade amostral

Grades amostrais

Amostragem em diagonal

Amostragem em grade

Grid Sampling

Subamostras

Gravando dados do GPS Trackmaker como texto

GPS Trackmaker como texto:

amostragem de solo.txt

Trabalhando com planilhas

Formatando dados

Tabulando os dados com os resultados de análises de solo

Mapa de P gerado no Vesper

Resultado da interpolação

Arquivo txt:

K_kriged.txt (potássio estimado pela interpolação por

krigagem)

Para exportar em formato shp para as diversas

máquinas com controladores VRT utilizar o software

wayp2shp

Se o sistema aceitar em formato dbf IV utilizar o excel

ou o open office.

Sumário

Visão geral básica da variabilidade espacial e como abordar

usando ferramentas da AP

Estado da arte da AP: enfoque forte no manejo da fertilidade do

solo

Sensores para obtenção de amostragem intensa aumentando a

confiabilidade dos mapas e reduzindo custos com laboratórios

Estudos de Caso

Projetos da Embrapa na área

Mini-capacitação para geração de mapas georreferenciados.

Projetos em andamento

MP1: Grandes Desafios Nacionais

● Desenvolvimento de um algoritmo baseado em sensores para a recomendação da adubação nitrogenada em taxas variáveis

● Uso de sensores e fotografias aéreas no diagnóstico e manejo da adubação nitrogenada de cobertura no milho

Futuras Ações

Pesquisa ● Integração de sensores de solo e planta ● Sensoriamento remoto de baixa altitude ● Mapeamento e Zoneamento para geração de

banco de dados para produtores

Transferência de tecnologia

● Dias de campo em áreas de pesquisa ● Curso de AP para a realidade do MT

“Destruam as cidades e conservem os campos, e as cidades ressurgirão.

Destruam os campos e conservem as cidades, e estas sucumbirão”

Abraham Lincoln

Muito Obrigado! [email protected]

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