Agrosoft 2002: Agricultura de Precisão

AGRICULTURA DE PRECISÃO

Lúcio André de Castro Jorge
André Torre-Neto

Embrapa Instrumentação Agropecuária

1. DO QUE SE TRATA

A Agricultura de Precisão é uma técnica de gerenciamento sistêmico e otimizado do sistema de produção através do domínio da informação, com a utilização de uma série de tecnologias e tendo como peça chave o posicionamento geográfico. A essência da agricultura de precisão é a contínua obtenção de informações espacialmente detalhadas da cultura seguida da utilização adequada dessas informações para otimizar o manejo. Ou seja, com a agricultura de precisão define-se como aplicar no local correto, no momento adequado, as quantidades de insumos necessários ? produção agrícola, para áreas cada vez menores e mais homogêneas.

O grande desafio da agricultura de precisão está em considerar as variações espaciais e temporais dos diversos parâmetros envolvidos no processo de produção agrícola. No solo, o teor de nutrientes, o teor de matéria orgânica, o pH, a umidade, a profundidade de camadas compactadas, entre outros parâmetros, apresentam variações que podem atingir até uma ordem de grandeza de um local para outro ou de uma data para outra, na mesma área de produção. Toda a prática agrícola convencional está baseada em tratar o campo como homogêneo, ignorando tais variações. No manejo convencional, a informação para melhoria do processo de produção é obtida de umas poucas amostras dos parâmetros. A interpretação da informação assume um valor médio das amostragens. O uso da informação, ou seja, a aplicação de insumos (principalmente agroquímicos em geral), é uma constante baseada nessa média e independe da maior ou menor necessidade de cada ponto da aplicação.

Os recursos mais avançados da eletrônica e computação, como os sistemas de posicionamento global (GPS), os sistemas de informação geográfica (SIG), os sistemas de controle e aquisição de dados, sensores e atuadores, entre outros, fazem parte da agricultura de precisão.

O uso racional dessas tecnologias, utilizadas como ferramentas de acompanhamento, controle e análise, permitem determinar e quot;qual, quando e onde e quot; o insumo deve ser aplicado e e quot;como e quot; fazê-lo. Portanto, a quantificação da variabilidade espacial permitindo identificar sítios específicos com diferentes potenciais de produtividade, pode determinar ou não, desde que econômica e tecnicamente viáveis, investimentos em insumos ou na correção de fatores limitantes ? produção, visando a maximização da produtividade e minimização dos impactos ambientais.

A Figura 1 apresenta um diagrama de implementação da Agricultura de Precisão. Nos implementos, o GPS e toda uma eletrônica embarcada constituída de sensores, interfaces e computador, geram mapas de produtividade, do teor de matéria orgânica, da topologia, entre outros mapas de interesse. Algumas propriedades do solo, como indicadores de fertilidade e o tipo do solo, são obtidas através da análise de amostras retiradas manualmente de quadrículas. Outros parâmetros ainda podem ser obtidos por rede de sensores estáticos, sensoriamento remoto ou ainda fotos aéreas. A próxima etapa, a análise e interpretação dos mapas, é feita fora do campo. Programas de gerenciamento de base de dados georreferenciados, de geoestatística e de simulação e modelamento são usados como sistemas de suporte de decisão. O resultado de todo esse processamento são mapas de tratamento, os quais são transferidos para os implementos que atuam na etapa de controle das diversas operações de campo. Nesta etapa, novamente o GPS e a eletrônica embarcada são fundamentais para o acionamento de válvulas, bombas e aplicadores, com base nos mapas de tratamento.

Figura 1 – Implementação básica da Agricultura de Precisão. As informações obtidas sobre os diversos processos da produção agrícola consistem de dados manuais que envolvem análises laboratoriais, dados coletados automaticamente por sensores estáticos (instalados no campo) e sensores dinâmicos (instalados nos implementos) e também dados obtidos por sensoriamento remoto. Os dados de posicionamento são fornecidos por DGPS. A interpretação das informações é auxiliada por computador e integra sistemas GIS com técnicas de geoestatística, programas de modelamento, entre outros para estabelecer e gerar mapas de controle das operações de campo, como a aplicação de fertilizantes, pesticidas, plantio, irrigação e outras.

Esperada-se com a Agricultura de Precisão, em princípio, resultados de ordem econômica, mas as vantagens em termos de impacto ambiental são conseqüências da sua adoção. A aplicação de agroquímicos, de acordo com necessidades específicas espacialmente determinadas, deve levar ao uso racional de tais insumos. Assim, espera-se, além da maior margem de lucro pela redução dos gastos com esses produtos, também o benefício ambiental em termos da redução de resíduos nas culturas e diminuição da contaminação do lençol freático por percolação. Desse ponto de vista, a Agricultura de Precisão é a grande proposta atual para resolver o equacionamento da máxima produtividade com mínimos danos ambientais.

A operação de maior interesse da pesquisa é a aplicação de fertilizantes. Nos Estados Unidos são consumidas dezenas de milhões de toneladas anuais de fertilizantes (45 milhões em 1990). Estima-se que os fertilizantes representem entre 25 e 45 % do custo de produção do milho. A estreita margem de lucro da produção agrícola e a maior preocupação com a poluição ambiental tem aumentado consideravelmente o interesse no uso eficiente dos produtos para fertilização. São relatados ganhos que vão de 10 a 80 dólares por acre em culturas de milho e trigo com a adoção da Agricultura de Precisão. O caso extremo ($80/acre) serve para encorajar o bom gerenciamento, pois é atribuído a uma especial atenção nos processos de amostragem, testes e planejamento baseados na variabilidade espacial.

A segunda área de maior interesse da Agricultura de Precisão é o controle da aplicação de pesticidas para o domínio de doenças e pragas. Também nos Estados Unidos, os gastos com esses agroquímicos são de alguns bilhões de dólares anuais, equivalentes a alguns milhões de toneladas/ano ($4,5 bilhões em 1988, sendo metade com herbicidas). Pelo menos 45 tipos de pesticidas já foram detectados no lençol freático, o que tem tornado a legislação mundial a esse respeito muito mais severa. O desenvolvimento da aplicação espacialmente variável de pesticidas requer qualidade e precisão dos aplicadores. Na prática, a minoria dos aplicadores (cerca de 25%) é capaz de manter a taxa de aplicação dentro de pelo menos 5% da taxa ajustada. Com isso, cerca de 1 bilhão de dólares podem estar sendo perdidos anualmente só nos Estados Unidos.

A terceira área de interesse é o controle do plantio. Basicamente, são três tipos de controle: da população das sementes, variando-se o espaçamento entre elas; da profundidade de deposição das sementes, onde são consideradas a espessura da camada superficial, a umidade e a compactação do solo e, por fim, da variedade das sementes, alternando-se sua fonte. Aparentemente não há impossibilidades técnicas para o controle da população, da profundidade de plantio ou da alternância de variedade. O mercado oferece plantadoras onde a população de sementes e a profundidade podem ser controladas pelo operador e os fornecedores de sementes já fornecem vários híbridos para combinar com condições localizadas.

Informações sobre a variabilidade espacial podem ajudar, também, no esquema de irrigação. A princípio, as topografias acidentadas seriam as mais beneficiadas. Porém, a aplicação de água de acordo com a posição pode reduzir erros sistemáticos inerentes dos pivôs centrais mesmo em terrenos planos, como efeitos de bordas.

2. ONDE ESTAMOS

O recente processo de globalização da economia, vem impondo aos segmentos produtivos, dentre os quais, o setor agrícola nacional, obterem níveis de competitividade internacionais. Para atender a esse novo paradigma, novos conceitos, métodos e técnicas, como a agricultura de precisão, devem ser incorporados ao processo produtivo da agropecuária, envolvendo mudanças radicais de atitudes em relação ao que se pratica hoje.

Entretanto, a falta do adequado conhecimento sobre os diferentes ecossistemas, com a conseqüente utilização de tecnologias inadequadas, tem contribuído para a perda de competitividade econômica do setor agrícola, bem como para a degradação ambiental. Os compromissos assumidos ao nível do desenvolvimento sustentável, obrigam a adoção de tecnologias avançadas, com o objetivo de diminuir as diferenças entre as produtividades experimental e real, não obstante as particularidades dos diferentes agroecossistemas.

Neste contexto, o ambiente apresenta uma variabilidade espacial que até agora não tem sido devidamente tomada em consideração nos diversos processos produtivos aplicados na agricultura, inclusive no que se refere ? transferência das tecnologias geradas pela pesquisa agrícola.

Considerando que tal variabilidade deve ser incorporada aos procedimentos e tecnologias aplicados na agricultura, há alguns anos, agricultores de países de tecnologia avançada, estão adotando a Agricultura de Precisão

A adoção deste sistema de produção pelo agricultor, pressupõe em países desenvolvidos, a utilização de tecnologias modernas, como as de sensoriamento remoto, dos sistemas de informação geográficas (GIS), do sistema de posicionamento global (GPS), de máquinas e de equipamentos para aplicação localizada de insumos a taxas variadas. Naqueles países, estão disponíveis aos agricultores, serviços que envolvem a aquisição de dados via satélite ou aérea e a análise detalhada de campos de produção. As informações geradas por estes serviços especializados, permitem verificar as variações espaciais e temporais dos fatores limitantes ? produção, de forma quantitativa e qualitativa, orientando-os no processo de tomada de decisão na aplicação localizada de insumos e no manejo diferenciado das culturas no campo de produção.

Inicialmente a tecnologia foi o principal fator limitante para que, na prática, a agricultura convencional desse lugar ? agricultura de precisão de forma técnica e economicamente viável. Apesar de ser um tema de pesquisa relativamente novo, muitos avanços têm sido obtidos, principalmente no desenvolvimento de máquinas e implementos que permitam o manejo localizado (Schueller, 1997).

Essa evolução pode ser acompanhada em extensa lista de literatura, entre as quais ressaltam-se Schueller, 1992; Auernhammer, 1994; Molin, 1997. No Brasil, os primeiros resultados na obtenção de mapas de produtividade foram conseguidos por Balastriere, 1998, em cultura de milho, e desde então diversos outros resultados vem sendo apresentados (site www.embrapa.br/labex).

No Brasil, as tecnologias necessárias ? plena prática da Agricultura de Precisão não estão completamente disponíveis ? grande maioria dos agricultores. A Agricultura de Precisão é considerada, ainda, num estádio experimental, com poucos grupos de pesquisa atualmente trabalhando de forma efetiva neste assunto. Em alguns casos encontram-se também grandes grupos privados. Como resultado, não estão disponíveis ainda informações sobre o custo e os benefícios econômicos resultantes da adoção deste sistema de produção. Estas informações são essências para a adoção deste sistema de produção pelos agricultores.

A adoção da Agricultura de Precisão tem sido feita com critério realizando primeiramente um levantamento da variabilidade presente nos campos produtivos, refletida pela variabilidade espacial da produção. Por este motivo é que o mapeamento da produtividade tem sido o primeiro passo adotado.

Com a variabilidade expressa nos mapas de produtividade tem sido possível buscar pelos fatores responsáveis pelas diferenças de rendimento no campo produtivo através de visitas e amostragens dos fatores e quot;suspeitos e quot;. Esta busca é feita pela realização de amostragens de solo, compactação, plantas daninhas que tenham permanecido após a colheita e outros.

As informações do mapa de produtividade e dos mapas gerados a partir das amostragens realizadas permitem a interpretação e a realização de correlações entre os fatores e a produtividade para verificar a importância de cada um deles.

Uma vez identificados os responsáveis pela variabilidade da produção pode-se partir para a fase seguinte que é a interferência, corrigindo os fatores que podem ser manejados como, por exemplo: material genético, fertilizantes, defensivos e outros. Esta fase não tem sido realizada de forma plena em áreas produtivas, apenas em parcelas experimentais.

Após a interferência e durante o desenvolvimento da próxima se acompanha a lavoura georreferenciando possíveis ocorrências. Fecha-se assim o ciclo que terá novo início na próxima colheita.

Este ciclo compreende as principais ações realizadas em agricultura de precisão podendo ocorrer variações. Geralmente antes de se partir para o segundo passo, é comum que se realizem vários mapas de produtividade para caracterizar de modo bastante satisfatório a variabilidade presente.

Hoje são poucos os locais em todo o mundo onde se realiza comercialmente o ciclo completo por vários motivos, dentre eles o custo da tecnologia, a baixa correlação obtida entre produtividade e os fatores estudados e a falta de informações corretas sobre a tecnologia. Na maioria das vezes realiza-se parte do ciclo, como por exemplo, o mapeamento da produtividade ou a aplicação de insumos em taxa variada, que fornecem informações muito importantes para o manejo das culturas e redução de custos.

A primeira grande dificuldade encontrada na implantação da técnica, segundo relatos, foi a decisão de adquirir novas colheitadeiras com GPS, uma vez que aqui no Brasil não é possível adquirir kits para os modelos antigos existentes na fazenda. Além disto, o pagamento da taxa anual pelo sinal diferencial por máquina acaba ficando extremamente caro.

Um vez decidido e implantadas as novas máquinas, depara-se com a dificuldade da assistência pós venda do sistema de precisão ainda não se encontrar adequada na revenda.

Os softwares que acompanham as máquinas não oferecem recursos de geoestatística. Torna-se difícil tomar qualquer decisão sem que seja feito o zoneamento estatístico que permita concentrar o esforço de pesquisa nas áreas com distribuição espacial diferente da normal.

Pela falta de kits que possam ser adaptados ? s máquinas já existentes na fazenda, o custo para tal decisão é muito alto. Neste caso, esta pode ser uma boa oportunidade de negócio, o desenvolvimento de tais kits.

A demora na obtenção de resultados positivos se transforma em aumento de custos para os pioneiros, impedindo a adoção da tecnologia por outros agricultores. Por outro lado, no exterior, grandes concorrentes dispõem de transgênicos e subsídeos que não estão disponíveis no Brasil.

3. PARA ONDE VAMOS

A introdução de novas tecnologias integradas com recursos computacionais visando produtividade e qualidade, tem sido considerada questão estratégica. Dada a forte vocação agrícola brasileira e a importância do agronegócio no panorama econômico nacional, a pesquisa visando o desenvolvimento da sociedade da informação neste setor é por si só um projeto relevante. Não obstante, a informação é a chave para o sucesso de qualquer atividade e uma atividade pode se aperfeiçoar cada vez mais se a informação sobre ela obedecer o ciclo: obtenção de novas informações seguida da interpretação e utilização dessas novas informações para melhorar a atividade. Dentro deste contexto a Agricultura de Precisão é chave para o sucesso na área agrícola.

A adoção da agricultura de precisão, não somente como parafernália eletrônica, mas como conceito, tem um grande potencial para a racionalização do sistema de produção agrícola moderno devido a: a) diminuição da quantidade de agroquímicos aplicados nos solos e culturas; b) conseqüente redução dos custos de produção e da contaminação ambiental e c) melhoria da qualidade das safras. Assim, a agricultura de precisão vem de encontro ? s exigências de um mercado globalizado, que requer maior volume de produção, exige menores preços e repudia técnicas e tecnologias que possam contaminar o ambiente.

Não obstante com toda essa sustentação tecnológica, ainda há áreas necessitando de muito desenvolvimento para que a agricultura de precisão possa se consolidar como uma solução ampla e plenamente viável. Tais oportunidades podem ser classificadas como de cunho geral e de cunho específico. Entre as de cunho geral, destacam-se duas grandes frentes. Uma é o desenvolvimento de novos sensores e adaptação de sensores existentes que permitam a obtenção dos diversos mapas de parâmetros de forma cada vez mais eficiente e confiável (Weatherly e amp; Bowers, 1997). A outra é o desenvolvimento de programas e estratégias que possibilitem maior integração dos dados adquiridos, facilitando assim a interpretação e análise dos mapas e consequentemente tornando mais efetivo o manejo localizado (Gupta et al., 1997; McCauley e amp; Engel, 1997; Nielsen, 1996; Saraiva, 1998). Entre as de cunho específico, também se evidenciam duas linhas de pesquisa. A primeira é o desenvolvimento de sistemas dirigidos para culturas perenes, como a citricultura e a cafeicultura, desde a etapa de obtenção de mapas de produtividade. A segunda, de grande importância ambiental, é a implementação de sistemas para a aplicação espacialmente diferenciada da água de irrigação e quimigação.

A importância da nova tecnologia é inegável, na medida em que novas informações são obtidas, trazem maior segurança no manejo das lavouras de modo sustentável auxiliando também no direcionamento da pesquisa. Para tal, é premente o conhecimento dos agroambientes, de forma a propiciar os níveis essenciais de informação necessários ? identificação e separação destes e a elaboração de técnicas e métodos visando a adoção dessas tecnologias.

Apesar do notável suporte tecnológico que alavanca a agricultura de precisão, há inúmeras oportunidades em instrumentação e automação nessa área, bem como em sistemas inteligentes para tomada de decisão, através da mineração de dados e fusão de sensores. Tais oportunidades são ainda maiores se considerada a rastreabilidade da produção agrícola, que é uma necessidade e exigência relativamente recente do mercado pelo alimento seguro e ambientalmente correto e um desafio para o futuro próximo, mas, que tem em comum várias tecnologias com a agricultura de precisão.

O uso de tecnologias como ortofotocartas, bancos de dados e sistemas de informação geográfica com informações relativas aos parâmetros associados ? produção de cada ciclo de lavoura, dados meteorilógicos, mapeamento de solos, dentre outros são imprescindíveis para o sucesso da agricultura de precisão. Investimentos em videografia aérea, instalação de estações meteorológicas bem como de bancos de dados confiáveis se fazem necessários.

A crescente preocupação com fatores ambientais, como as aplicações de produtos químicos, o aparecimento de sistemas de informações geográficas e de rastreamento via satélite, o conceito de gerenciamento localizado de culturas, estendido para o monitoramento de outras operações que não são necessariamente aquelas de aplicações localizadas de insumos, como por exemplo o levantamento de mapas de fertilidade de solos, o monitoramento de operações de colheita, ou de outras operações mecanizadas são demandas para a Agricultura de Precisão.

Os conceitos de Agricultura de Precisão tem despertado em nível mundial um interesse muito grande e são considerados por muitos como a terceira onda na agricultura, tendo sido a primeira, a mecanização com tração animal, e a segunda, com equipamentos motorizados.

Os principais benefícios econômicos que poderão advir da utilização da Agricultura de Precisão, serão decorrência da possibilidade de se fazer a Aplicação Localizada de Insumos cujo objetivo final é colocar sementes, fertilizantes, corretivos, defensivos agrícolas e outros insumos de forma variável em cada campo, nas razões mais adequadas para a produtividade do solo em cada ponto do mesmo e, portanto, reduzir os custos por unidade de produto produzida..

Para se utilizar dessa tecnologia há que se envidar esforços para o desenvolvimento desses equipamentos adaptados ? s nossas condições, quando então se poderá atingir todo o potencial vislumbrado para a Agricultura de Precisão no país.

4. O QUE FAZER

O papel da tecnologia da informação na redefinição das práticas agrícolas, envolvendo a agricultura de precisão é fundamental. As tecnologias da informação afetam diretamente o cenário agrícola.

A idéia da Agricultura de Precisão tem hoje ? sua disposição vários componentes tecnológicos. Certamente, há espaço para novos desenvolvimentos, seja em novos componentes, seja na integração deles. A impressão de alguns especialistas agrícolas que ela seja muito complicada não é necessariamente correta; é claro que a implementação de um sistema ideal, trabalhando no ponto ótimo para todas as informações imagináveis, é um grande desafio. Mas algumas operações podem ser selecionadas para trabalhar em um ponto satisfatório, tendo como orientação o sistema ideal com simplificações; questões regionais determinarão o que é satisfatório.

A maior dificuldade ainda reside em trabalhar o grande volume de informações, da variabilidade espacial e temporal e interpretá-las para tomada de decisão em campo. O sistema água-solo-planta-atmosfera e os processos físico-químico-biológicos presentes são complexos, não são mensuráveis em larga escala (bacia hidrográfica), o imprevisível vilão clima é um fator de grande peso e as incertezas das modelagens devem ser minimizadas para a tomada de decisão.

O princípio da fusão de sensores, combinação de informação de vários sensores ou fontes de informação diferentes uma vez que nenhum sensor individualmente é idealmente adequado para uma dada aplicação nas suas diversas formas, junto com outras técnicas como a mineração de dados numa base gerada muito grande de informações, através de sistemas especialistas ainda é um desafio grande pela frente. Apesar disso, a agricultura de precisão parece ser o caminho para o aumento de produtividade na conjuntura atual cada vez mais competitiva.

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