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Heladas: herramientas para hacer más eficaces los métodos de control

Heladas: herramientas para hacer más eficaces los métodos de control

Heladas: herramientas para hacer más eficaces los métodos de control
Por: Ing. Civil, MBA Christian Hagedorn, CEO Vilab e Ing. Dr. Diego Dujovne Profesor asistente, Escuela de Informática y Telecomunicaciones UDP

Las heladas constituyen uno de los problemas de mayor incidencia e impacto económico en la agricultura tanto en Chile como a nivel mundial. Se estima que cada año entre un 5% y un 15% de la producción mundial sufre daños por heladas. Un ejemplo de ello es la helada ocurrida en septiembre del año 2013, que afectó desde la Región de Atacama hasta El Maule con una pérdida económica para el país estimada en 824 millones de dólares. Sin considerar las heladas de tipo general y catastróficas que suelen suceder muy esporádicamente, las heladas recurrentes de menor intensidad, y que son habituales en varios sectores del país, producen una disminución del 18% en el rendimiento anual en frutales.

Por esta razón los productores han implementado sistemas de pronóstico y de defensa contra las heladas, con el fin de prevenir el riesgo y disminuir los efectos dañinos de este fenómeno meteorológico. Aunque las heladas son recurrentes en gran parte del territorio nacional, los cambios observados en la variabilidad climática durante la última década hacen que se estén produciendo en forma inesperada y en zonas donde normalmente no habían ocurrido, y con aumento de frecuencia de heladas de origen polar con mayor poder destructivo.

¿POR QUÉ PROVOCAN DAÑO?

La ciencia ha demostrado que el daño de las heladas a las plantas se produce por la formación de hielo en el interior de las células, que crece y perfora las membranas celulares. Cuando se produce una helada el agua intercelular se congela, lo que provoca, entre otros daños, su deshidratación. Los brotes jóvenes primaverales y las flores son las más sensibles por su alto contenido de agua. El hielo puede ocasionar heridas en la planta por los cuales suelen ingresar agentes patógenos. Puede también destruir las yemas y flores, impidiendo que se transformen en frutos o generar malformaciones (Ver tabla 1).

Heladas: herramientas para hacer más eficaces los métodos de control

¿CÓMO SE PREDICEN EN LA ACTUALIDAD?

La predictibilidad de sucesos de heladas depende en gran medida de pronósticos de temperatura basados en modelos predictivos generales o de la disponibilidad de estaciones meteorológicas dentro del predio agrícola. Sin embargo, los movimientos de las masas de frío en eventos de heladas se comportan de distinta forma dependiendo de las condiciones de relieve, altitud y del entorno en un mismo terreno.

En general, la helada será más intensa en el fondo de un valle debido a la acumulación de aire frío. Por ejemplo, en la cima de una colina, la temperatura puede ser de solo 1℃ mientras que, a medida que se desciende, disminuye hasta -5 ℃ en el fondo del valle donde, por una mayor densidad, se acumula el aire frío. Éste se desplaza por las pendientes y se acumula en los lugares más bajos. Otro factor es la cubierta vegetal del suelo: a igualdad de condiciones, un suelo con cubierta vegetal alta, tendrá una menor temperatura que un suelo desnudo o sin vegetación (Ver figura 1). Durante los períodos de floración y brotación las empresas agrícolas disponen de los denominados “nocheros”, personas que recorren, a partir de algunas horas posteriores a la puesta del sol, varios sectores del predio midiendo la temperatura, realizando un registro y estimando la temperatura a la que llegará la mínima dependiendo de la temperatura actual, la variación de las últimas horas y la hora de salida del sol. El equipo técnico de producción del predio debe estar en vigilia por si se activan las alertas de emergencia.

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Esta operación nocturna se realiza principalmente en septiembre y octubre todos los años, con un alto desgaste del personal en campo y riesgos asociados. En algunas empresas agrícolas esta operación se asemeja a una oficina de emergencias tipo ONEMI con monitoreo continuo durante la noche y protocolos de activación de alertas y de sistemas de defensa remotos.

¿QUÉ MÉTODOS DE DEFENSA SON LOS MÁS COMUNES?

En teoría, para evitar una helada es suficiente aportar a la superficie del suelo una energía complementaria igual a aquella perdida por esta superficie, que es la que provoca el enfriamiento. Los sistemas de defensa por lo general incluyen aspersión de agua, máquinas de viento o calefactores. Estos sistemas requieren asegurar la disponibilidad de agua o combustible durante el fenómeno, que puede extenderse por varias horas, y su efectividad está asociada a la correcta y oportuna activación entregada por la predicción y activación de alertas tempranas del evento meteorológico.

Aspersión de agua: El uso de aspersión con agua aprovecha la liberación de calor que se produce al congelarse el agua y la energía almacenada. Una capa de agua sobre una hoja que se está enfriando, al congelarse, libera energía que es aprovechada por la hoja y su temperatura no descenderá de 0℃, si se mantiene una aspersión constante durante el período de bajas temperaturas, hasta que el hielo se haya fundido por acción del sol. Este método es eficaz contra temperaturas de hasta -7℃. Los aumentos de temperatura que se obtienen son del orden de 4 a 5℃.

Máquinas de viento: Se trata de mezclar, con ayuda de grandes hélices, el aire frío cercano al suelo con el aire más cálido de las capas atmosféricas más altas. Estos sistemas aseguran aumentos de temperatura de 1,5 a 4℃ y tienen un alcance de entre 100 a 180 metros por hélice, perdiendo eficacia cuando uno se aleja de la hélice, por lo que el área protegida es en realidad un óvalo debido a la influencia del viento.

Calefactores: Esta técnica consiste en calentar el aire frío que rodea la planta, ya que éste provoca el enfriamiento de los vegetales. La experiencia ha demostrado que es preferible usar un número elevado de quemadores pequeños, que un número más reducido de quemadores más poderosos. Esto tiene la ventaja de una mayor homogenización del calentamiento y un movimiento más efectivo del aire. Se puede conseguir aumentos de temperatura de 3 a 5℃.

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INTELIGENCIA ARTIFICIAL Y SENSORES PARA ANTICIPARSE

En los últimos años se han desarrollado nuevas técnicas para predecir eventos de heladas a través de la instalación de redes de sensores inalámbricos de bajo consumo desplegados alrededor del campo (termógrafos). Estos sensores miden y transmiten en forma continua la temperatura desde distintos sectores representativos del terreno. Diversos estudios han demostrado que el uso de esta tecnología de sensado local es la técnica más eficaz y de mayor precisión para realizar análisis robusto de un terreno ofreciendo una confiabilidad en la transmisión de datos de extremo a extremo del 99,9%. Con la información de los sensores instalados en el predio se realiza una calibración de las imágenes satelitales térmicas y la información de la estación meteorológica, generando un factor de ajuste y un mapa completo del comportamiento de la temperatura del predio con precisión de 30 metros.

Finalmente se utiliza un algoritmo de aprendizaje automatizado (machine learning), el cual es previamente entrenado con los datos meteorológicos históricos del predio. Una de las técnicas más eficaces para el entrenamiento es una red neuronal GRU (Gated Recurrent Unit). Esta técnica se aplica en especial a secuencias, y se adapta a las relaciones temporales, elemento fundamental en la relación entre las temperaturas utilizadas.

Este modelo, que combina IoT (Internet of Things) y software de inteligencia artificial, logra tener una predicción muy confiable de la condición de helada con 12 y hasta 24 horas de anticipación.

LOS 3 PILARES DE DEFENSA

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Sensores inalámbricos de bajo consumo desplegados alrededor del campo

En resumen, un sistema de defensa moderno frente a heladas está basado en tres aspectos: A Un modelo confiable de predicción con al menos 12 o 24 horas de anticipación basada en un estudio técnico previo del terreno con sensores inalámbricos, una estación meteorológica e imágenes satelitales térmicas. B Un sistema de monitoreo ambiental que emita alertas e indique el momento de iniciar la defensa al descender la predicción de temperatura a un límite determinado por el sistema de control de temperatura utilizado y el estado fenológico del cultivo. C Un control de temperatura dentro del predio o sistema de defensa como aspersión de agua, máquinas de viento o calefactores.