Estudio de la respuesta productiva de cultivos de trigo y cebada a la fertilización variable de nitrógeno mediante el uso de imágenes de satélite Sentinel-2, en Valladolid.

Abstract

[ES] Como consecuencia del gran incremento previsto de la población mundial, la demanda de alimentos no hará más que aumentar. Si se pretende garantizar la adecuada ingesta de la población se deberá recurrir a nuevas herramientas que permitan el buen manejo de los recursos finitos con que contamos, así como el mantenimiento del medio ambiente en un estado aceptable para la vida humana y la actividad agrícola. Ante este escenario, adquieren especial relevancia los cereales y la gestión de sus inputs, pues su cultivo no hará sino más que aumentar por resultar fundamentales en la alimentación humana y animal. Entre las nuevas herramientas, se encuentran algunos satélites capaces de registrar las longitudes de onda reflejadas por la superficie terrestre. Combinadas con mediciones in situ, permiten la elaboración de modelos de gran interés para el manejo agronómico. En el presente trabajo, se desarrollan y estudian múltiples modelos matemáticos de carácter agronómico, en base a los datos de parcelas de trigo y cebada situadas en Valladolid, como son los datos satelitales captados por Sentinel-2, el rendimiento medido por una cosechadora con sistema yield track y el plan de abonado establecido por la explotación. Ambas especies se estudiaron por separado. Se estudió la correlación entre las reflectancias espectrales y el rendimiento a lo largo del ciclo fenológico. En base a dicha evolución se escogieron tres fechas de interés, para las cuales se desarrollaron los modelos predictivos del rendimiento. Éstos fueron de dos tipos: por un lado, los basados únicamente en las reflectancias espectrales y, por otro, estos mismos modelos más la variable nitrógeno. En ambos casos, las correlaciones más elevadas siempre fueron para el modelo basado en la combinación lineal de todas las bandas. La mejor correlación para la cebada se produjo el día 26/05/2020, con un R2 de 67,96%, mientras que en el trigo se produjo el día 27/03/2020, con un R2 de 74,87%. También se estudiaron las correlaciones entre las reflectancias y el nitrógeno de segunda cobertera. La fecha más cercana a la aplicación de la cobertera se estudió con mayor profundidad para identificar si el nitrógeno había sido aplicado en el momento oportuno, así como para elaborar un modelo estimativo de la dosis de nitrógeno requerida. Los mejores modelos de estimación del rendimiento, así como los estimativos de las dosis de N, fueron sometidos a una validación cruzada, obteniéndose resultados similares a los de la modelización. Los modelos de estimación de la fertilización nitrogenada obtuvieron valores de R2 de 31,29 y 26,17%, respectivamente, sobre la variabilidad total del sistema, obtenidos con un rango variable de fertilización nitrogenada de tan solo entre el 32 y 39%.

[EN] Food security is one of the concerns and challenges facing humanity in the 21st century. Food production in sufficient quantity to ensure food for a growing population in the coming decades under increasingly limiting conditions for production, such as cultivation problems under abiotic stress conditions such as salinity and drought, is a technological challenge that will entail the application of new technologies capable of producing more with fewer resources and of limiting and minimizing environmental impact. Within this framework of crop production, precision agriculture will play a key role in meeting these objectives, which are also aligned with the SDGs, especially number 2 on zero hunger. One of the determining technological tools in the development of precision agriculture is the application of remote sensing to food production and agronomic management of agricultural systems. The spatial and temporal resolution acquired with the new satellites allows a more precise use of data and improves the mathematical models applied in agriculture. Specifically, applying these new technologies can allow for more efficient agronomic management of nitrogen fertilization, reducing nitrogen applications to crops. In this way, it would be possible to develop more efficient fertilization plans with fewer nitrogen doses with the final purpose of reducing environmental pollution and meeting the objectives of the 2030 horizon. The objective of this work is to compare the productive response of wheat and barley crops to variable nitrogen fertilization, according to the vegetative stage of the crop, by obtaining mathematical models. The data used will be obtained from the remote sensors installed in the Sentinel-2 satellite of the European Space Agency; and from the applications installed in the cereal harvesters, capable of generating yield maps in the harvested irrigated wheat and barley plots, located in Valladolid and in the applications of the fertilizer spreaders, which will provide the N dose applied by reduced surface units adapted to the pixel units studied by the satellites. A total of 3 plots were cultivated in the 2019/2020 season; 1 wheat (17 ha) and 2 barley (47 ha). With these data, it is intended to obtain a mathematical model with the variables of the spectral bands and the nitrogen fertilization applied, which serves as an element of predicting the yield of the crops studied. This TFM proposal aims to study the importance of nitrogen in the productive response of plants, applying the specific competencies acquired in the Master on soil and plant fertilization. For this purpose, knowledge of remote sensing as a valid tool for monitoring and tracking agronomic crop management is expanded.