Mètode de dosificació variable en temps real per a l'aplicació de productes fitosanitaris en fructicultura de precisió

Abstract

L'objectiu general d'aquesta tesi és desenvolupar un mètode dinàmic de dosificació de productes fitosanitaris que permeti incrementar significativament l'eficiència d'aplicació, reduir les pèrdues i disminuir la variabilitat de les deposicions sense disminuir l'eficàcia de les aplicacions en plantacions fructícoles. El mètode proposat es basa en la caracterització electrònica de les dimensions de la capçada i en dosificar el producte fitosanitari de forma variable, contínua i en temps real. Aquest objectiu s'ha establert a partir de la formulació de tres hipòtesis de partida sustentades en la revisió bibliogràfica i els coneixements previs del grup de recerca en el que s'emmarca aquest treball. La Hipòtesi 1 sosté que les capçades de les explotacions fructícoles intensives actuals de la zona de Lleida i similars presenten una variabilitat dimensional elevada i que aquest fet contribueix a la variabilitat de les deposicions de productes fitosanitaris. La Hipòtesi 2 sosté que és possible implementar un polvoritzador equipat amb la tecnologia necessària per a la dosificació variable contínua en temps real que permeti adaptar la dosi aplicada a les característiques geomètriques de la capçada de la plantació. I la Hipòtesi 3 sosté que un mètode dinàmic de dosificació per a l'aplicació de productes fitosanitaris pot aconseguir aplicacions equivalents o millors que les que es realitzen actualment amb mètodes i equips convencionals en termes d'eficàcia del tractament, d'eficiència d'aplicació, de variabilitat de les deposicions i de respecte pel medi ambient.<br/><br/>Una vegada desenvolupat el mètode de dosificació variable, ha estat necessari implementar un prototipus de polvoritzador capaç d'executar-lo en condicions de camp per tal de procedir a la seva validació. La irrupció de l'electrònica en l'agricultura i la seva progressiva implantació des de les darreries del segle passat han permès materialitzar el prototipus emmarcant-lo en el que avui es coneix com a tecnologies de dosificació variable en el context de l'agricultura de precisió. De tots els aspectes que contempla aquesta pràctica, aquesta tesi doctoral s'enquadra en l'agricultura de precisió basada en sensors i en temps real. El prototipus consta d'un sistema per a la caracterització electrònica de la capçada, d'un sistema electrònic de regulació i d'actuadors que possibiliten la dosificació del brou fitosanitari en funció de les seves dimensions.<br/><br/>Els resultats obtinguts han validat les tres hipòtesis de partida i han satisfet tant l'objectiu general com els objectius específics plantejats. El sistema per a la caracterització de la capçada ha posat de manifest coeficients de variació d'entre el 30% i el 60% en plantacions de perers i pomers. Els assajos de validació finals han mostrat que hi ha una tendència clara a que els tractaments amb dosificació variable es comportin més favorablement que els tractaments convencionals. L'increment d'eficiència d'aplicació dels vuit tractaments variables analitzats ha estat d'entre l'1,37%, en el cas més desfavorable, i el 57,13%. Les pèrdues totals s'han vist reduïdes entre el 5,13% i el 55,72%. Tanmateix, durant la realització dels assajos i l'anàlisi dels resultats s'han identificat algunes mancances i es proposen una sèrie de millores per tal de solucionar-les. Tot i que el resultat d'aquesta tesi no és d'aplicació comercial immediata, s'ha validat un mètode i una tecnologia que poden representar un avenç vers la innovació i la implantació de la fructicultura de precisió.

El objetivo general de esta tesis es desarrollar un método dinámico de dosificación de productos fitosanitarios que permita incrementar significativamente la eficiencia de aplicación, reducir las pérdidas y disminuir la variabilidad de las deposiciones sin disminuir la eficacia de las aplicaciones en plantaciones frutícolas. El método propuesto se basa en la caracterización electrónica de las dimensiones de la copa y en dosificar el producto fitosanitario de forma variable, continua y en tiempo real. Este objetivo se ha establecido a partir de la formulación de tres hipótesis de partida sustentadas en la revisión bibliográfica y los conocimientos previos del grupo de investigación en el que se enmarca este trabajo. La Hipótesis 1 sostiene que las copas de las explotaciones frutícolas intensivas actuales de la zona de Lleida y similares presentan una variabilidad dimensional elevada y que ello contribuye a la variabilidad de las deposiciones. La Hipótesis 2 sostiene que es posible implementar un pulverizador equipado con la tecnología necesaria para la dosificación variable continua en tiempo real que permita adaptar la dosis aplicada a las características geométricas de las copas de la plantación. Y la Hipótesis 3 sostiene que un método dinámico de dosificación para la aplicación de productos fitosanitarios puede conseguir aplicaciones equivalentes o mejores que las que se realizan actualmente con métodos y equipos convencionales en términos de eficacia del tratamiento, de eficiencia de aplicación, de variabilidad de las deposiciones y de respeto por el medio ambiente.<br/><br/>Una vez desarrollado el método de dosificación variable, ha sido necesario implementar un prototipo de pulverizador capaz de ejecutarlo en condiciones de campo para proceder a su validación. La irrupción de la electrónica en la agricultura y su progresiva implantación desde finales del siglo pasado han permitido materializar el prototipo enmarcándolo en lo que hoy se conoce como tecnologías de dosificación variable en el contexto de la agricultura de precisión. De todos los aspectos que contempla esta práctica, esta tesis doctoral se encuadra en la agricultura de precisión basada en sensores y en tiempo real. El prototipo consta de un sistema para la caracterización electrónica de la copa, de un sistema electrónico de regulación y de actuadores que posibilitan la dosificación del caldo fitosanitario en función de sus dimensiones.<br/><br/>Los resultados obtenidos han validado las tres hipótesis de partida y han satisfecho tanto el objetivo general como los objetivos específicos planteados. El sistema para la caracterización de la copa ha puesto de manifiesto coeficientes de variación de entre el 30% y el 60% en plantaciones de peras y manzanos. Los ensayos de validación finales han mostrado que hay una tendencia clara a que los tratamientos con dosificación variable se comporten más favorablemente que los tratamientos convencionales. El incremento de eficiencia de aplicación de los ocho tratamientos variables analizados ha sido de entre el 1,37%, en el caso más desfavorable, y el 57,13%. Las pérdidas totales se han visto reducidas entre el 5,13% y el 55,72%. Sin embargo, durante la realización de los ensayos el análisis de los resultados se han identificado algunas carencias y se propone una serie de mejoras para solucionarlas. Aunque el resultado de esta tesis no es de aplicación comercial inmediata, se ha validado un método y una tecnología que pueden representar un avance hacia la innovación y la implantación de la fruticultura de precisión.

The overall objective of this thesis is to develop a dynamic method to dose plant protection products in fruit orchards. This method should significantly increase the application efficiency, reduce losses and decrease the variability of the deposition without reducing the efficacy of applications. The proposed method is based on electronic characterization of canopy dimensions and on variable rate dosage of plant protection products in a continuous and real time mode. This goal has been established from the formulation of three hypotheses grounded in the literature review and in the knowledge of the research group on which this work is framed. Hypothesis 1 holds that canopies of current intensive fruit farms in Lleida and similar areas have a high dimensional variability and that this fact contributes to the variability of deposition of plant protection products. Hypothesis 2 holds that it is possible to implement a sprayer equipped with the proper technology to dose plant protection products in a continuous variable rate and real time manner to adapt the applied dose to the geometric characteristics of trees. Hypothesis 3 holds that applications based on a dynamic method for plant protection products dosage can achieve equivalent or better results than those performed with conventional methods and equipment in terms of efficacy, application efficiency, variability of deposits and respect to the environment.<br/><br/>Once a method of variable dosage was developed, it was necessary to implement a prototype sprayer able to execute the variable rate method in field conditions for validation. The advent of electronics in agriculture and its progressive adoption from the end of the last century have made it possible for the prototype to materialize, framing it in what today is known as variable rate technologies in the context of precision agriculture. From all aspects included in that practice, this thesis is focused on the real time sensor-based precision agriculture. The prototype consists of a system for the electronic characterization of the canopy, an electronic system to control the process, and actuators to vary the sprayed flow rate according to canopy dimensions.<br/><br/>The results have validated the three hypotheses and have met both the general and the specific objectives. The system for the electronic characterization of canopies has shown coefficients of variation between 30% and 60% in pear and apple orchards. The final validation tests show that there is a clear tendency of variable rate treatments to behave more favourably than conventional applications. The eight variable rate treatments analyzed, showed an increase in application efficiency from 1.37% to 57.13% and a reduction in total losses (to the ground and drift) from 5.13% to 55.72%. However, during the performance of trials and the analysis of the results some defects have been identified and a list of improvements to solve them is proposed. Although the outcome of this thesis is not of immediate commercial application, a method and a technology have been validated that could represent a step towards innovation and implementation in precision horticulture/fructiculture.