Programa nacional para el uso
racional de fertilizante utilizando
el sensor GreenSeeker
Ivan Ortiz Monasterio R.
Maria Elena Cardenas C.
Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo
COLABOARDORES
● UNIVERSIDAD DEL ESTADO DE OKLAHOMA
● UNIVERSIDAD DE STANFORD
● FUNDACION PRODUCE SONORA
● AOASS
● FIRA
● SAGARPA
● CONACYT
● SIAP
● PIEAES, INIFAP
● Financiera Rural
Porcentaje de Recuperacion de Nitrogeno
31% Recuperado por la planta
Perdida
20% en materia organica
Beman et al., 2005
Nature
Costos de Produccion Trigo Ciclo 2008-2009
Preparacion del Suelo $1,470 10%
Siembra $1,461 10%
Fetilizacion $5,264 37%
Riego y Drenaje $1,795 13%
Control Plagas y Enfermedades $2,345 16%
Cosecha $1,320 9%
Otros $720 5%
Total $14,376* 100%
*No incluye intereses
Fuente: AOASS 2008
Eficiencia de Uso de Nitrógeno
Mejoramiento Genético
Manejo de Nitrogeno
Mejoramiento Genético para Eficiencia de Uso de Nitrógeno
1. Caracterización del germoplasma por eficiencia de utilización y eficiencia de absorción
2. Mejorar genéticamente por Inhibición biológica de nitrógeno de Leymus racemosus. Colaboración con JIRCAS y Universidades en Japón.
Urea
Organic
Matter NH4
+ NO3- N2O N2
Nitrificacion Denitrificacion
N2O N2 NOx NH3
NH4+
NO3-
Ciclo de N simplificado
Urea
Organic
Matter NH4
+ NO3- N2O N2
Nitrificacion Denitrificacion
N2O N2 NOx NH3
NH4+
NO3-
Ciclo de N simplificado
Inhibicion
Fuente: G.V. Subbarao
Eficiencia de Uso de Nitrógeno
Manejo de Nitrogeno
Porque solo una eficiencia del 31%? 1. Dosis 2. Momento de aplicación 3. Fuente 4. Lugar de aplicación
Cual es la Dosis Optima?
Dosis = Demanda– Suministro
Eficiencia
Nitrogeno total en la parte aerea de la planta (kg/ha)
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300
Re
ndim
iento
de G
rano
(kg
/ha
)
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
Relacion entre rendimiento de grano y nitrógeno total en la parte aérea
de la planta, en madurez, en campos de agricultores
en el Valle del Yaqui, Mexico.
Dosis de Aplicación
Solo hay que complementar lo que esta presente en el suelo
Aprovechar el nitrógeno del suelo GRATIS
Residual nitrogen in 28 farmer's fieldduring 1996-97 & 1997-98
Farmer's Field
0 5 10 15 20 25
Kg
N/h
a
0
50
100
150
200
250
Nitrogeno Residual
Suministro del Suelo
Tecnología de Sensores Infrarrojos
Herramienta de diagnostico que permite establecer las necesidades de fertilización nitrogenada de cada campo de agricultor
Colaboración con Oklahoma State University
Bill Raun
Componentes de la Tecnologia
1. Establecimiento de la Franja Rica
2. Toma de lecturas de NDVI en la franja de referencia y en el campo que sera diagnosticado.
3. Uso del algoritmo para derivar la dosis optima.
Franja Rica
en N
20 has 10 meters Aplicacion en
pre-siembra
o en la siembra
1. Establecimineto de la Franja Rica
2. Toma de datos con el sensor en la franja
rica y en el area de diagnostico
Medicion: Lo mas cercano posible al primer riego de auxilio
pero despues de los 40 dias de la siembra
Que mide el sensor?
● Infrarrojo cercano (NIR) 774 nm (biomasa)
● Rojo 656 nm (Color Verde)
● Rango de NDVI: 0.00 -0.99
● Mide: Color y Follaje
Has de Luz
60 cm de largo
1 cm de ancho
Franja Rica en N Campo del Agricultor
NDVI = 0.80 NDVI = 0.30
Rendimiento Potencial
3. Uso del algoritmo para derivar la recomendación de nitrógeno
Experimentos de Calibracion
Transferencia de la Tecnologia
Franja Rica Manejo Agricultor Manejo Sensor
ORGANISMO
AOASS
TECNICO
Ing. Arturo Muñoz
Cañez (coordinador)
UCAC Ing. J. Roberto Pimienta
UCAY Ing. Ramón Gil Cota.
UCAH Ing. Julio C. Espinoza.
AAVYAC Ing. Carlos Remy M.
UCAYVISA Ing. Raúl Salinas G.
USPRUSS Ing. Carlos Rodríguez P
Ing. Sergio Calderón
Ing. Carlos Quiñones.
UCAMAYO Ing. Manuel H. Alcántar
APRONSA Ing. Ignacio Miranda I.
EQUIPO TECNICO
CIMMYT
Dr. Ivan Ortiz-Monasterio
Ing. Maria Elena Cardenas
RENDIMIENTO HISTORICO SENSOR vs FRANJA RICA Kg/Ha
Franja Rric
a 2006-2007
Sensor 2006-2007
Franja Rica 2007-2008
Sensor 2007-2008
Franja rica2008-2009
Sensor 2008-2009
Franja Rica 2009-2010
Sensor 2009-2010
Franja Rica 2010-2011
Sensor 2010-2011
Re
nd
imie
nto
Kg
/Ha
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
7,1286,945
7,078 7,157
6,551 6,599
7,282 7,240
281
Kg N
271
Kg N
287
Kg N
175
Kg N
185
Kg N
187
Kg N
271
Kg N
188
Kg N
286
Kg N
204
Kg N
6,2586,148
86 60 101 107 78 432
Total # Evaluaciones con
agricultores
Reduccion de Costos con el Uso del
Sensor GreenSeeker
68 kgN/ha
13.5 pesos/kgN = 918 pesos/ha
Area manejada con el Sensor GreenSeeker en el Sur de Sonora
2002-2003
2003-2004
2004-2005
2005-2006
2006-2007
2007-2008
2008-2009
2009-2010
2010-2011
2011-2012
2012-2013
Are
a (
Ha)
0
2000
4000
6000
8000
10000
V. Yaqui
V. Mayo
Area bajo manejo del GreenSeeker en el sur de Sonora
Retos, la sustentabilidad
CONCLUSIONES
El sensor Green Seeker es una herramienta de
diagnostico que tiene una alta confiabilidad la cual permite al agricultor tener mayores ingresos y por lo tanto incrementa la rentabilidad del cultivo de trigo y minimiza el impacto ambiental
Calibracion para Fosforo
Valles del
Yaqui y Mayo
Valle de Mexicali
Guanajuato
Valle del Fuerte
Culiacan, Sinaloa
Ocoroni, Sinaloa Mexicali, Baja California
Pastor Ortiz, Guanajuato
~3,000 has
500 has
50 has
120,000 USD
30,000 USD 5,000 USD
550 USD
Figura 18. Relacion entre las lectuaras de NDVI del sensor de bolsillo # 37 y el GreenSeeker # 798
en el maize en etapas de V4-V10 en Ciudad Obregon, Sonora, Mexico, 2011.
Calibracion del GreenSeeker para
Fosforo
Baja California
Chiapas
Hidalgo
Tlaxcala
Sonora
Sinaloa
Michoacán
Guanajuato
Puebla
Zacatecas Jalisco Edo. De México
CALIBRACION DEL SENSOR GREENSEEKER
Yucatán
Guerrero
Oaxaca
Morelos
Querétaro
Jalisco: Dr. Hugo Flores, INIFAP –
Segundo año de calibración de maíz.
Diagnostico de N con el Satelite
Rapid Eye
Ejemplo de campo de trigo con franja rica de N
Ejemplo de campo de trigo con franja rica de N
Prediccion de NDVI medido con el GreenSeeker y con una imagen de satelite del 23 de enero, 2012
y = 0.0063x + 0.3
R2 = 0.75
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
0 20 40 60 80 100
NDVI from Satellite
ND
VI fr
om
Gre
en
Seeker
Informacion de:
• 15 campos
• Franjas Ricas
• Control
Total de 30 puntos Las lecturas del GreenSeeker
fueron tomadas dentro de +/- 7
dias de cuando se tomo la
imagen de satelite
El satelite parece medir
diferencias mas grandes en
NDVI que el GreenSeeker
(pendiente =0.63). Esto
podria tener implicaciones
cuando la informacion se
utilize para hacer
recomendaciones de N
SPOT 6 • Lanzamiento Septiembre 9, 2012
• Apertura oficial de la antena,
Enero 28, 2013 con las imagenes
del Sur de Sonora.
• Colaboracion con el SIAP,
Servicio de Informacion
Agroalimentaria y Pesquera
• Resolucion de 1.5 m en 4 bandas,
azul, verde, rojo e infrarojo
cercano.
GreenSat
http://www.cmgs.gob.mx:8080/ddr/ndvi.aspx
GreenSat con Spot 6
Instituto de Agricultura Sostenible (IAS)
Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (CSIC)
Bandas de la camara multiespectral
Longitudes de Onda: 550, 670, 700, 710, 750, 800
Indices Vegetativos: 700, 670, 550 --> TCARI 670, 800 --> OSAVI, NDVI 750, 710 --> red edge
Camara Hiperespectral
● 250 bandas de 6.4 nanometros de ancho
● Region de 400 a 885 nanometros
● Ancho de cobertura de 500 meter con una resolucion de 30-50 cm por pixil.
Imagen Multispectral del CENEB CIMMYT Blocks 710 y 810
Figure 1: False color image of CIMMYT station at Obregon acquired from the multispectral camera at 1 m resolution
on Feb. 15, 2013. Plots with dense vegetation are shown in red. The road on the left going N-S is N. E. Borlaug, while
the road in the middle of the image going E-W is the division between blocks 710 and 810.
Ejemplo de 4 campos con franja rica
Vista de diferentes campos con alta variabilidad espacial
2007
2008
2009
2010
2011
2012
10 ha
100 ha
500 ha
2000 ha
4000 ha
2 meses
4 meses
6 meses
2 semanas
1 día
Año Extensión Tiempo de
Procesamiento
KRONSTAD
Proteina
7 8 9 10 11 12 13
R7
50
/55
0
0
2
4
6
8
10
13 Marzo
15 Marzo
17 Abril
Plot 1 Regr
r ²=0.689
r ²=0.698
r ²=0.656
BANAMICHI
proteina
7 8 9 10 11 12 13
R7
50
/55
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
13 Marzo
15 Marzo
17 Abril
Plot 1 Regr
r ²=0.751
r ²=0.851
r ²=0.154
Figure 2. Thermal image of CIMMYT station at Obregon acquired from the thermal camera at 2 m resolution on
Feb. 14, 2013. Well-watered (cooler) plots are shown in blue, while water-stressed (warmer) plots are shown in
green and red. Roads and bare soil areas have an even higher temperature and are shown in yellow.
Imagen Termica del CENEB - CIMMYT Blocks 710 y 810
Viewer (1.5-3 h endurance)
Current Sensor Use to Optimize Yield
1. Nitrogen Management pre-plant and at planting the same (decision without information)
2. Use the sensor to determine if in the first irrigation is necessary or not to apply nitrogen.
Average yield of 17 replicated experiments in farmer's yields in the Yaqui Valley
over three years
CIRNO
JUPAREATIL
CEVY ORO
SAWALI O
RO
PATRONATO ORO
Gra
in Y
ield
(kg/h
a)
0
2000
4000
6000
8000
10000
% Y
ello
w B
err
y
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Rendimiento
% Panza Blanca
NOTE: ATIL y PATRONATO ORO are the average of two years
Con Panza Blanca Sin Panza Blanca
Yellow Berry
Protein vs. Yellow Berryin Altar C84
Yellow Berry (%)
0 10 20 30 40 50
Pro
tein
(%
)
10
11
12
13
14
15
75-0-25
0-33-66
r ²=0.99
Protein Yellow Berry
-
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
UCAH UCAIVYSA UCAY APRONSA AAVYAC UCAC UCAMAYO
13.9 11.5
4.6
3.5
1.0
14.4
6.4
14.0
15.6
8.7
5.4
3.9
14.9
10.1
18.7
20.8
14.0
7.3
25.7
20.5
11.3
2008/2009
2009/2010
2010/2011
Yellow Berry
Chlorophyll SPAD Meter
Chlorophyll SPAD Meter vs Yellow Berry
% Yellow Berry
0 20 40 60 80 100
Su
ffic
ien
cy I
nd
ex
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
V (07-08)
W (08-09)
X (09-10)
ANTHESIS
r ²= 0.72
N Saving Using the GreenSeeker
2007-2008
60 kgN/ha
1.00 USD/kgN = 60 USD/ha
2008-2009
68 kgN/ha
1.30 USD/kgN = 88 USD/ha
2009-2010
64kg N/ha
1.00 USD/kgN = 64 USD/ha
Multispectral and thermal cameras Hyperspectral scanner
Sensor de bolsillo comercial
La Barca, Jalisco
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