viernes, 25 de diciembre de 2015

Los Drones en la agricultura.

Los Drones en la agricultura.

Tema 2. Ciencia y tecnología.


El uso de Drones en combinación con las técnicas de procesamiento de imágenes, tiene grandes posibilidades de aplicación en la agricultura, ganadería, silvicultura y pesca. Los fotosensores disponibles actualmente permiten obtener imágenes en un amplio rango de longitudes de onda, las cuales pueden filtrarse mediante software para obtener la fracción que interesa analizar. Esto es de acuerdo a cada parámetro que se quiera analizar. Por ejemplo, el infrarrojo permite detectar la actividad respiratoria de la planta y del suelo. También un análisis en este rango del espectro permite obtener imágenes de contenido de humedad del suelo.

En lo que concierne a la agricultura, permite medir la actividad fotosintética y respiratoria, detectando focos de enfermedad, ataque de plagas o deficiencias nuricionales específicas. También permite determinar con gran precisión la humedad del suelo, ayudando a detectar fallas en la técnica de riego o diferencias en la capacidad de retención de humedad.

Con este tipo de información no solo se pueden corregir problemas en tiempo real, sino que además, se generan expedientes de gran utilidad en la planeación de nuevos cultivos, selección de sistemas de riego, refinamiento de las técnicas de control de fitopatógenos, entre otras. Es muy importante su utilidad en las actividades de planeación.

Estos equipos también se han dotado con sensores para medir parámetros atmosféricos. En el caso de la agricultura son de interés las concentraciones de CO2 y O2, pero también humedad relativa, temperatura e intensidad lumínica. La determinación de contaminantes como óxidos de azufre (SOx), óxidos de nitrógeno (NOx), partículas (PM10, PM2.5) y monóxido de carbono pueden ser de utilidad, ya que algunos de estos provocan la lluvia ácida que afecta cuerpos de agua y suelos principalmente.
 
Además de su utilidad en la monitorización de cultivos y la generación de datos útilies para las actividades de planeación, los Drones se han orientado también como herramientas para la aplicación de agroquímicos. En estas labores podrían plantearse tecnologías de aplicación de ultra bajo volumen que harán estas labores mucho más eficientes. Si se agrega a esto la capacidad de procesamiento de imágenes, las aplicaciones se pueden circunscribir a los puntos rojos detectados en el cultivo, evitándose aplicaciones generalizadas.

Por lo mencionado, se desprende que a los beneficios directos de la tecnología de Drones en la agricultura se le suman los beneficios para la protección del medio ambiente. Esto por el uso más efieciente de fertilizantes y agroquímicos, sobre todo. Evitándose la deriva de plaguicidas, la fuga de nutrientes hacia cuerpos de agua durante lluvias intensas o inundaciones, la aplicación localizada de plaguicidas, limitando la exposición de poblaciones silvestres (animales, plantas, hongos, bacterias).

En las actividades forestales y ganaderas hay un sinúmero de aplicaiones basadas en la tecnología de los Drones.
 
Conociendo nuestros campos. Se ha comentado que el uso de Drones (aparatos voladores no tripulados) aparece como una tecnología que promete aplicaciones de gran utilidad a pequeña y mediana escala.

El Dron Star Battle comercializado por Radio Shack ($1669.00 pesos mexicanos, 100.6 us-dolar) es capaz de capturar imagen y video. Un juego de imágenes de un cultivo en diferentes etapas de desarrollo y en momentos posteriores a un fenómeno meteorológico extremo, se puede analizar con herramientas sencillas para detectar las zonas expuestas a mayores riesgos (heladas, inundación, granizada, erosión, sombra, plagas, enfermedades, etc).

Enlaces recomendados:

Monsanto

Tema 1. Programación y electrónica.
Tema 2. Ciencia y tecnología.
Tema 3. Humanidades y comportamiento humano.
Tema 4. Cine y literatura.


nfjh

viernes, 11 de diciembre de 2015

La agricultura ante el cambio climático.

Tema 2. Ciencia y tecnología.

El prejuicio colectivo

Nosotros normalmente llamamos “prejuicio” a una opinión o conjunto de opiniones, a veces también a una doctrina, que es aceptada acrítica y pasivamente (…) cuyo dictamen aceptamos sin discutirlo (…) sin verificarlo, por inercia, por respeto o por temor, y la aceptamos con tanta fuerza que resiste toda refutación racional; es decir, a toda refutación que se haga recurriendo a argumentos racionales (…) En general puede decirse que [el prejuicio se] distingue de toda aquella opinión errónea que puede ser corregida mediante los recursos de la razón y la experiencia. Precisamente porque no es corregible o es menos fácilmente corregible, el prejuicio es un error más tenaz y socialmente más peligroso (Norberto Bobbio).

La atmósfera y los océanos

La amenaza del cambio climático sobre los océanos es enorme y se manifiesta de varias formas.

Una es la acumulación de CO2 en el agua marina, ocasionando el aumento de su acidez (capacidad de una solución para neutralizar la adición de una base, medida en meq/L).

La otra gran amenaza consiste en los cambios de temperatura de las masas de agua. Las variaciones de temperatura de los océanos son las responsables de generar las corrientes que regulan el clima sobre la Tierra (distribución del calor y la humedad en la atmósfera). Una de las corrientes más conocidas es la corriente del Golfo de México en el océano Atlántico, que lleva grandes cantidades de humedad a Europa occidental y hace que el clima en esa parte de Europa sea mucho más benigno que otras regiones localizadas a la misma latitud, como la península del Labrador, en Canadá. Pero sus beneficios van mucho más allá, permitiendo la mezcla del agua y el movimiento de los nutrientes.

Si esta corriente, o cualquiera otra corriente océanica se llegara a detener, ocasionaría un estancamiento que provocaría acumulaciones de nutrientes en exceso (como sulfuro de hidrógeno, metano, compuestos orgánicos demandantes de oxígeno, amonio y otros) que en su forma química son sumamente tóxicos. Esto ocasionaría la muerte masiva de organismos marinos (animales, plantas y microorganismos), que incermentaría a su vez la acumulación de ese tipo de sustancias.

Este escenario sería por demás catastrófico. Aunque no sería la primera vez que se presentara, sí sería la primera vez que una especie (Homo sapiens) generara las condiciones para su aparición.

Los desarrollos tecnológicos actuales nos permiten, sin embargo, lidiar de manera razonable con estos problemas. Pero están por venir desarrollos tecnológicos que nos harán esa tarea, que parecería una labor titánica, aparecer como un asunto de monitoreo y estimaciones rutinarias, además de que las acciones que se tomen serán elegantes y tendrán resultados alentadores!!

Estrategias para la agricultura

Importantes cuestionamientos sobre el efecto que traerá el cambio climático sobre la producción de uvas para vinificación y para la producción del vino mismo. 

El cambio climático está desplazando las variedades hacia sitios con mejores condiciones para su adaptación. Pero se cuestiona además qué variedades dejarán de cultivarse y cuáles experimentarán un resurgimiento en horizontes temporales para el año 2030 y 2050.

El manejo de variedades es, como se desprende de este artículo, una de las herramientas más fuertes con que cuenta la agricultura para enfrentar el cambio climático.

Estrategias para la silvicultura

Los caminos forestales son una infraestructura indispensable para la extracción de productos forestales. Por ello se requiere partir de un buen diseño y una construcción ordenada. De lo contrario su vida útil será breve, el mantenimiento costoso y las pérdidas por retrasos en el transporte serán cuantiosas. Además los procesos erosivos suelen acelerarse cuando el trazo y el desagüe no se planean cuidadosamente.

Estrategias para la agricultura protegida

La planificación del desarrollo económico regional es un paso de gran importancia para el crecimiento del país en su conjunto. He visto muchos ejemplos de esfuerzos individuales en varias regiones de México, en particular la zona del Istmo y la del Soconusco. Hay gran potencial productivo, así que un crecimiento planificado viene a ser como una bocanada de oxígeno a esos emprendimientos.

La economía mexicana se encamina a ser una economía planificada en toda la extensión. Las crisis mundiales de los años 70's y 80´s llevaron a los gobiernos mexicanos a despetrolizar la economía mexicana, estimularon las exportaciones de manufacturas y productos agropecuarios. Ante la crisis mundial actual, México está entre los países que mantienen un ritmo de crecimiento modesto, cosa que añoran países cuyas economías se están contrayendo.

Las reformas energéticas, que permanecieron en estado de propuesta durante más de 30 años, permiten el acceso a tecnología de punta que solo poseen contadas empresas, para aprovechar recursos energéticos de difícil aprovechamiento. Además, el acceso a particulares para la generación de energía eléctrica y biocombustibles, abre el camino para que nuestro país pueda competir con productos elaborados con tecnologías sustentables y energéticos renovables. Los agricultores podrán diversificar su producción adaptando sus invernaderos en granjas de producción de energía solar, sin menoscabo de la producción agrícola.

La producción de bio-combustibles

Existe un gran número de especies con potencial para la producción de biocombustibles. Las especies oleaginosas son aptas para la producción de bio-diesel; las especies almacenadoras de carbohidratos (almidón, sacarosa, celulosa) son aptas para la producción de bioetanol; las especies acumuladoras de madera son aptas para la producción de biocombustible en forma de aserrín o brickets; y las especies acumuladoras de celulosa y madera son aptas para la obtención de gas por pirólisis.

Dentro del primer grupo se pueden mencionar cultivos oleaginosos como la canola, el girasol, la palma de aceite, la higuerilla, la jathropha y la soya. 

En el segundo grupo, las especies acumuladoras de carbohidratos pueden mencionarse la papa, la caña de azúcar, la yuca y el plátano.

En el tercer grupo, las especies acumuladoras de madera, puede mencionarse a especies del género Psidium, los eucaliptos, Grevillea robusta, el género Pinus y el género Leucaena.

En el cuarto grupo, especies que acumulan celulosa y especies que acumulan madera, se pueden situar cultivos de pastos, más las especies acumuladoras de madera.

El uso de bio-combustibles cierra el ciclo del carbono, lo cual no sucede con los combustibles fósiles. Esta práctica hace que el valor de las emisiones netas de carbono a la atmósfera sea cero. Es decir, la cantidad de carbono que se emite a la atmósfera por la combustión es igual a la cantidad de carbono que se fija en las plantaciones para la producción industrial de bio-combustibles. En cambio, los combustibles fósiles están formados por acumulaciones de organismos a lo largo de muchos millones de años y su posterior transformación química, catalizada por las arcillas del suelo. De manera que el ciclo del carbono no se cierra, en la dimensión temporal, o sea, hay un desface de aproximadamente 300 millones de años. Además de que la fijación de este carbono es la suma de millones de años de "cosechas" de materia orgánica.

Las estrategias globales 


Las acciones contra el cambio climático, una vez que se conocen sus mecanismos y sus efectos, a la vez que se cuenta con nuevas tecnologías, puede convertirse en una de las acciones más impresionantes que el hombre haya realizado.

Además, parece ser que se prepara para manejar el clima del planeta de una manera más que elegante.
Se conocen mecanismos para liberar partículas a la atmósfera y bajar la temperatura general. Claro, todo perfectamente diseñado para bajar la temperatura en las regiones donde sea necesario. 

Es una de esas paradojas de la historia. El hombre ha generado grandes cantidades de contaminantes atmosféricos. Él mismo ha estudiado su comportamiento en la atmósfera, en relación con los flujos de energía del sol. Y él mismo es quien puede hacer uso de esta experiencia para revertir los efectos de estos y otros contaminantes atmosféricos.

Algunas de las principales fuentes que liberan partículas a la atmósfera son los incendios forestales, las erupciones volcánicas y la quema de combustibles. Sin embargo, muchas de estas partículas están compuestas de sustancias reactivas con el agua y con la luz ultravioleta del sol. Incrementando su potencial de efecto invernadero y generando precursores de lluvia ácida. Por ello, no son las fuentes más idóneas de partículas utilizables para moderar el clima del planeta.

En 1990 llegó a mis manos una publicación de la ONU que contiene una explicación más o menos detallada de las evidencias del cambio climático acumuladas hasta ese momento. También dedica una buena parte de la publicación a explicar las consecuencias que se prevén.

En ese documento se describe el efecto invernadero, los incrementos en las concentraciones de CO2 y el incremento de temperaturas, así como sus efectos aumentando el nivel del mar, afectando positiva o negativamente la distribución mundial de las lluvias o incrementando o disminuyendo la evaporación.

Ya en ese entonces se hacía evidente que la productividad de algunos ecosistemas van a tener un incremento neto y que muchos de los impactos negativos, serán atenuados por los impactos positivos. Aunque tal vez esto sea en sitios diferentes y es ahí donde está la mayor preocupación.

A manera de ejemplo, el nivel del mar aumentaría por el derretimiento del hielo de los glaciares y los polos, pero al mismo tiempo, la mayor evaporación en los trópicos mitigará ese impacto. De manera que el nivel medio del mar no va a sufrir grandes alteraciones en el mediano plazo.


La destrucción de la capa de ozono


Estamos en una época de cambios tecnológicos vertiginosos. Enfrentamos la disyuntiva de producir alimentos suficientes en cantidad y calidad para una población humana que se acerca a su máximo histórico, un evento de mayor trascendencia que cualquiera otro que haya presenciado ninguno de nuestros antepasados. A pesar de los grandes esfuerzos que hacemos todos los que estamos involucrados en la producción de alimentos y la protección al medio ambiente, estamos conscientes de que seguimos provocando impactos ambientales negaivos.

Las tecnologías que necesitamos para mejorar nuestro desempeño ambiental están disponibles comercialmente, en algunos casos; otras están disponibles pero su aplicación práctica arroja resultados finencieros negativos, de manera que se convierten en tecnologías de aplicación voluntaria (agricultura orgánica, por ejemplo); y muchas otras tecnologías están aún en diferentes fases de desarrollo.

Una de las grandes preocupaciones en la agricultura es lidiar con las plagas y enfermedades que amenazan a nuestros cultivos, utilizando prácticas ambientalmente amigables. Muchas veces se cuenta con la tecnología, pero la información o la desinformación retrasan su aplicación práctica.

La eliminación de emisiones de gases que destruyen la capa de ozono a nivel mundial, es el objeto de trabajo del Protocolo de Montreal. Una de las grandes preocupaciones es el uso de bromuro de metilo en la agricultura, un desinfectante del suelo muy efectivo y ampliamente utilizado durante el siglo 20. Sin embargo, su eliminación es una prioridad por el daño que causa en la estratósfera, destruyendo la capa de ozono.

Politica ambiental empresarial


Las grandes empresas son las que invierten más recursos en generación de tecnologías anticontaminantes.

La mayoría de las metodologías que usamos para la evaluacion de impacto y riesgo ambiental, fueron desarrollados por ellas. Listas de verificación, What if, Árbol de fallas, Matrices de impacto abiental, HAZOP, análisis de toxicidad (EPA), análisis de la exposición a tóxicos (EPA).

Sus publicaciones son una excelente fuente de información para quienes sí nos dedicamos a diseñar sistemas de tratamiento de efluentes, diseño de equipos anticontaminantes y diseño de procesos efiecientes.

Tal vez hace falta más difusión. En mi caso, he sido educado para buscar soluciones.

Hace unos días comentamos en un grupo de especialistas, sobre el impacto de la lluvia ácida en la agricultura y silvicultura. Llegamos a concluir que este problema se controló en gran medida, por la reformulación de los combustibles. Cosa que tomó muchos años de investigación y algunas soluciones que se implementaron, tuvieron que ser revisadas y corregidas, como el uso del metil-terbutil-éter (MTBE) en las gasolinas, por su movilidad en suelos contaminados y su elevado potencial de afectación hacia los cuerpos de agua subterráneos.

En la actualidad se están dando pasos importantes para reducir las emisiones de gases con efecto invernadero (GEI). Aunque este es un reto mucho más grande que el anterior, el desarrollo de combustibles a partir de biomasa, obtención de energía eléctrica a partir de energía solar, eólica, geotérmica y mareomotriz y otras tecnologías en desarrollo, están sentando las bases para dejar de depender de fuentes de energía con emisiones de GEI asociadas.

Las aplicaciones de microcontroladores para la monitorización y control en tiempo real de procesos, está haciendo que el uso de la energía y las materias primas sea cada vez más eficiente.

Así, estamos por ver de un momento a otro, un drástico descenso de las emisiones de CO2, CH4 y N2O, entre otros.
 

México ante el cambio climático

En México el 21% de la energía eléctrica se genera en plantas hidroeléctricas. Sin contar la energía geotérmica que aún participa con un pequeño porcentaje del total, pero el país cuenta con importantes recursos geotérmicos. De esta manera, al cargar nuestro vehículo eléctrico enchufándolo a la red, estamos seguros que 21% de esa energía no genera emisiones de gases con efecto invernadero.

Pocos países en el mundo tienen esta situación tan ventajosa y menos, contando los recursos que aún tenemos sin explotar (hídricos, geotérmicos, marinos, bio-combustibles, energía solar, ente otros).

Contando con que las políticas públicas en cuestión de energías renovables van a dar prioridad al aprovechamiento de estas fuentes, entonces vemos claramente que el porcentaje de energía eléctrica que utilicemos, cada vez tendrá menos generación de gases de efecto invernadero asociada a su generación.

Tal vez una de las tareas más difíciles


Como hemos mencionado, los trabajos de conservación de suelo y agua son labor de hormigas. Además de algunos grandes proyectos, la gran tarea consiste en colocar presas de gavión, construir terrazas, construir zanjas-trinchera y otras pequeñas-grandes acciones. Estas pequeñas obras deben construirse sobre grandes extensiones de tierra y cauces de ríos. Lugares muchas veces escarpados donde la maquinaria disponible simplemente no tiene acceso.

Las obras de conservación de suelo y agua, como la construcción de presas de gavión o la construcción de terrazas, así como la reforestación acompañada por zanjas trinchera, son obras que tienen un gran impacto ambiental positivo.

La otra gran tarea. La reforestación. Las mayores extensiones de tierra que requieren reforestación son de difícil acceso para la maquinaria. La reforestación debe ir acompañada de las zanjas-trinchera que captan agua de lluvia, para que la reforestación tenga éxito. Imaginen reforestar unos cientos de hectáreas en un sitio accesible a pie, caminando por unas dos horas. Sin otra manera de acceder.

Las obras de conservación de agua aumentan el porcentaje de prendimiento en las reforestaciones e incrementan el volumen de infiltración de agua hacia el subsuelo. De manera que la recarga de los acuíferos se vuelve más eficiente a medida que su cuenca de captación se ve mejorada por estas obras de ingeniería. Cabe destacar que en su diseño debe colaborar gente con un grado académico de licenciatura o superior.

Por eso les he comentado que la mayoría de estas estrategias están ubicadas en sitios donde los niños simplemente no pueden llegar a tomarse una foto salvando a nuestro planeta.

Lamentablemente, la mediación política para echar a andar proyectos necesita la visibilidad ante los medios de comunicación.

No es por ser pesimista, pero, ¿Cuándo estos proyectos alcanzan la difusión positiva que se necesita para la gestión "civilizada" de recursos?

Les pinto este panorama terrorífico, pero se están dando los pasos administrativos necesarios para salvar este lamentable obstáculo y otros. Como los grupos que se oponen al progreso y que fomentan la ignorancia. Dichos mecanismos son los bonos de carbono o los financiamientos por servicios ambientales.

Estos proyectos se basan en la monitorización de los trabajos de conservación y recuperación de ecosistemas mediante la técnica de análisis de imágenes de satélite. Vaya manera de sortear los peligros que nuestra propia especie nos impone!!

Recordemos que muchas veces estas obras están fuera de la vista de la gente y de los medios de comunicación, por lo que son poco atractivos como banderas políticas. Los grupos ambientalistas jamás apoyarían algo que no se ve, así que los partidos verdes están lejos de contribuir a la lucha contra el cambio climático. Tampoco apoyarán algo razonablemente útil, recordemos que estos grupos se oponen firmemente a las obras de conservación de agua, como las presas de gavión, zanjas trinchera y embalses.

La delimitación de parcelas y las plantaciones de agave en curvas a nivel contribuyen a reducir la erosión del suelo. Al mismo tiempo retrasan el escurrimeinto del agua, aumentando la infiltración. Este es un gran aporte mexicano en la lucha contra el cambio climático, sobre todo por su aplicación en zonas áridas.

Ladrillos ecológicos

Una propuesta estudiantil elaborada en Chiapas consiste en la elaboración de ladrillos utilizando cáscara de cacahuate como aditivo para darle volumen.
Cuando la celulosa y lignina, principales componentes de la cáscara de cacahuate se degradan microbiológicamente en el suelo, en efecto, liberan los nutrientes (N-P-K) por mineralización, el carbono se libera en forma de CO2. El secuestro de carbono tiene que ver con el balance de carbono en el medio ambiente. La quema de combustibles fósiles libera grandes cantidades de CO2 a la atmósfera lo que ocasiona un desbalance en este ciclo. El protocolo de Kyoto plantea implementar estrategias para fijar o secuestrar carbono de manera prolongada o permanente. En este caso se puede considerar que el carbono presente en la cáscara de cacahuete se inmoviliza de forma permanente (considerando que la vida media del CO2 en la atmósfera es de 9 a 15 años). Se ha planteado también la incorporación de bio-carbón (biochar) en los cultivos agrícolas con la finalidad de secuestrar carbono.

La acción anticipada

Para algunos parece que no se han tomado las medidas de mitigación necesarias para luchar contra el cambio climático.

Pero debemos considerar que el tiempo que ha pasado desde la firma del protocolo de Kyoto, no ha sido desaprovechado.

La acción anticipada no siempre deja buenos resultados. Ahora se comprende mucho mejor el fenómeno, se conocen con detalle sus causas y sus posibles consecuencias. Las medidas de mitigación de mayor impacto deben surgir de los organismos internacionales (ONU, UE, OEA, G-20), los gobiernos y las grandes empresas, principalmente.

Es en realidad una utopía pensar que si caminamos más que usamos el automóvil o que si separamos la basura vamos a salvar nuestro planeta. Eso no funciona así, lamentablemente quizás, pues así todo sería relativamente más fácil.

Se han desarrollado alimentos para ganado que reducen las emisiones de metano en los rumiantes (algo así como un convertidor catalítico, en sentido metafórico), el uso de la energía en la industria es cada vez más eficiente y la legislación ambiental tiene ese objetivo, la generación de energías alternas al uso de combustibles fósiles está creciendo rápidamente, los cultivos transgénicos reducen el gasto de energía para producir y evitan, en un elevado porcentaje, la aplicación de plaguicidas.

Y así, muchas tecnologías harán que el control del cambio climático sea un proceso controlado y gradual. Digamos, no traumático.

Claro que habrá toda una lucha por el protagonismo cuando todo esto haya pasado de la incertidumbre a la estabilidad. Pero eso es otro negocio.


Enlaces recomendados:

 Biocombustibles. Especies de ciclo corto y especies perennes

Anomalías Térmicas de la Superficie terrestre para el mes de Agosto 2015. África y Europa y Asia. Fuente: NASA

USDA

USDA blog. Silvopasture

Desalinizador de agua de mar con radiación solar

Monitoring forests in near real time

Tema 1. Programación y electrónica.
Tema 2. Ciencia y tecnología.
Tema 3. Humanidades y comportamiento humano.
Tema 4. Cine y literatura.


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