Cronosoja: un modelo sencillo de predicción fenológica en el cultivo de soja

Investigadores argentinos, uruguayos y paraguayos desarrollaron un modelo para predecir la ocurrencia de las etapas de crecimiento de la soja, clave para identificar los momentos críticos que pueden afectar el rendimiento.

Autores

Severini, A. 1 ; Álvarez Prado, S. 2,3 ; Fernández Long, M.E. 2 ; Crespo, A.O. 2 ; Otegui M.E. 1,2,3 ; Vega, C.R.C. 1 ; Zuil, S. 1 ; Kavanová, M. 4 ; Ceretta, S. 4 ; Acreche, M. 1,3 ; Scholz Drodowski, R. 5 ; Serrago, R. 2,3 ; Miralles, D.J. 2,3

1 INTA Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria, Argentina

2 Universidad de Buenos Aires, Facultad de Agronomía, Argentina

3 CONICET4 INIA La Estanzuela, Uruguay5 IPTA Capitán Miranda, Paraguay

El modelo Cronosoja es un software que permite predecir la ocurrencia de los estadios fenológicos más importantes que ocurren a lo largo del ciclo ontogénico del cultivo de soja, así como el riesgo de heladas y el contenido hídrico (agua útil) que está disponible en cada una de las etapas del ciclo.

Conocer la ocurrencia de los diferentes estadios fenológicos es clave para tomar decisiones de manejo acertadas en el cultivo. Para obtener la mayor producción (rendimiento) es crucial exponer los periodos más relevantes en los que se genera el rendimiento y la calidad de los granos a las condiciones ambientales más favorables.

Cronosoja permitirá al usuario conocer en qué fecha calendario ocurrían los mencionados estadios y conocer el riesgo climático tanto desde el punto de vista de los daños por heladas como del contenido de humedad del suelo a los que se expondrá el cultivo. El modelo contempla más de 30 variedades comerciales de soja disponibles en el mercado que van desde un grupo 3 de madurez a un grupo 7 y abarca en su predicción 291 partidos de toda la región productora de soja de Argentina.

El modelo fue desarrollado en un trabajo multidisciplinario por investigadores de la UBA (Dres. Daniel Miralles, Santiago Álvarez Prado, y la Mag. María Elena Fernández Long) y de INTA (Dr. Alan Severini), quienes junto con otros colaboradores le dieron forma a dicha herramienta. La programación estuvo a cargo del Lic. Aníbal Crespo, miembro del equipo de la Unidad de Tecnología Informática (UTI) de la FAUBA.

¿CÓMO FUNCIONA EL MODELO?

Los algoritmos matemáticos que utiliza el modelo son complejos ya que simula el estado de desarrollo del cultivo de soja de manera dinámica, día a día, y se basan en la marcha de la duración del día (fotoperiodo) y las temperaturas cardinales que definen la tasa de desarrollo (temperaturas base, óptima y crítica). A su vez, las ecuaciones que definen cada etapa fueron aplicadas a una serie climática de más de 30 años, lo que permite conocer por parte del usuario qué error de predicción tiene el modelo para cada una de las etapas respecto de la ocurrencia promedio. A pesar de dicha complejidad matemática, el modelo presenta un formato amigable, intuitivo e interactivo para el usuario, lo que lo hace muy versátil y simple para su uso.

Los estadios fenológicos que estima el modelo a partir de la elección de una fecha de siembra elegida por el usuario son los siguientes: E: emergencia, se considera cuando los cotiledones son visibles sobre la superficie; R1: inicio de la floración considerando la primer flor abierta en alguno de los cuatro nudos superiores en el tallo principal, R3: inicio de la formación de vainas en alguno de los cuatro nudos superiores en el tallo principal, R5: inicio del llenado de granos dentro de las vainas, R7: comienzo de madurez fisiológica (Figura 1).

CÁLCULO DEL CONTENIDO DE AGUA EN EL SUELO EN CADA ESTADIO ONTOGÉNICO

Para el cálculo del contenido de agua en el suelo se utilizó el modelo de Balance Hidrológico Operativo para el Agro (BHOA, Fernández Long et al., 2012; Fernández Long 2017). Este modelo, desarrollado en la Facultad de Agronomía de la Universidad de Buenos Aires (FAUBA), es utilizado hoy en día para el monitoreo de humedad del suelo por el Servicio Meteorológico Nacional (https://bit.ly/2JwUbaX) y por el INTA en sus informes semanales (http://climayagua.inta.gob.ar).

El modelo establece un balance entre la demanda atmosférica de agua (dada por la evapotranspiración potencial “EP”), la oferta de agua (dada por la precipitación “PP”) y el agua almacenada en el suelo (ALM). Los datos diarios para calcular la EP y los de PP se obtuvieron de la base de datos del proyecto POWER NASA (NASA-POWER Project: National Aeronautics and Space Administration–Prediction Of Worldwide Energy Resources) para los departamentos de la región Pampeana simulados en el modelo CRONOSOJA para el período 1985-2019.

Dado que el suelo y la vegetación que lo cubre no siempre ceden a la atmósfera toda el agua que ésta demanda, el modelo determina una función de extracción de agua del suelo que depende de la textura del suelo y de los coeficientes hidrológicos de cada uno medidos y/o estimado para cada tipo de suelo de la Argentina. Para mayores detalles del modelo BHOA ver https://bit.ly/2obEVIW.

Con estos datos se calcula el agua útil medio para cada día del año y su desvío estándar (Figura 2). Los valores son expresados como porcentaje de la capacidad de agua útil potencial de cada suelo. El Cronosoja muestra para la fecha de ocurrencia de cada estadio ontogénico, el valor medio de agua útil (expresado en porcentaje del agua útil potencial) y su desvío correspondiente a ese día del año.

Figura 1 Esquema del ciclo del cultivo de soja indicando los estadios fenológicos de acuerdo a la escala de desarrollo de Fehr y Caviness (1977).

Figura 2 Agua útil en el suelo como promedio para cada día del año expresado como porcentaje de la capacidad de agua útil potencial.

CÁLCULO DE LA PROBABILIDAD DE HELADAS EN CADA ESTADIO ONTOGÉNICO

Con la finalidad de conocer el riesgo de heladas que existe en cada estadio ontogénico y para cada sitio, se calculó la probabilidad de ocurrencia de heladas. Se trabajó con los datos de temperatura mínima del proyecto POWER NASA. El cálculo se realizó considerando, para la emergencia: la probabilidad de ocurrencia de heladas en un período de 15 días centrado en la fecha estimada para esa fase por el modelo Cronosoja. Para el resto de las fases se calculó la probabilidad sobre un período de 45 días centrado en la fecha estimada por el modelo.

Como ejemplo se muestra en la Figura 3 la probabilidad de ocurrencia de heladas en Alberti (provincia de Buenos Aires) calculada sobre un período de 45 días. De esta manera, si, por ejemplo, R1 ocurriese el 15 de octubre, el riesgo por heladas para esta fase sería de 32%; en cambio, si se atrasa la siembra y R1 ocurriese el 30 de octubre, la probabilidad de heladas se reduciría a un valor de 7 % disminuyendo fuertemente el riesgo por heladas.

Figura 3 Probabilidad de heladas en el partido de Alberti (provincia de Buenos Aires) calculada sobre períodos de 45 días centrados en la fecha graficada. Los puntos rojo y verde indican la probabilidad de ocurrencia de heladas de 32% y 7%, correspondientes a los períodos centrados los días 15 y el 30 de octubre respectivamente.

¿CÓMO SE PUEDE UTILIZAR EL MODELO?

El modelo se puede utilizar bajo el dominio “http://cronosoja.agro.uba.ar/” y es de uso gratuito. El usuario deberá registrarse y le llega a su mail la confirmación de registro y a partir de ese momento puede comenzar a utilizarlo. La primer pantalla que aparecerá es la que se muestra en la Figura 4.

Una vez que el usuario ingresa al modelo debe seleccionar una localidad/partido (el modelo contempla 291 partidos de distintas provincias de Argentina), una variedad (contiene más de 30 variedades comerciales de soja) y una fecha de siembra. La salida de CRONOSOJA permitirá estimar la fecha de ocurrencia de cada estadio ontogénico (con su correspondiente error), así como el riesgo de heladas de cada estadio y el contenido de agua útil en el suelo (Figura 5).

Figura 4 (arriba) Pantalla de inicio del modelo Cronosoja explicando brevemente las variables que permite predecir.

Figura 5 (abajo) Pantalla de salida del modelo CRONOSOJA mostrando la ocurrencia de predicción de cada uno de los estadios fenológicos, el contenido de agua útil en el suelo y la probabilidad de heladas para cada estadio.

Foto 1 Vistas de la etapa de emergencia en el cultivo de soja mostrando la emergencia de los cotiledones. Foto por: Norman Neumaler y Rubén Toledo

En cada estadio el modelo permite desplegar, pulsando el botón del estadio ontogénico deseado, una pantalla donde se puede ver imágenes del estadio seleccionado y además una breve explicación de los procesos que están ocurriendo en cada una de las etapas. A modo de ejemplo se detalla la imagen del momento de la emergencia del cultivo.

La fase germinación - emergencia es una de las más críticas. Aun cuando las condiciones térmicas sean favorables, la humedad del suelo resulta clave en definir el establecimiento de las plántulas, a través de su efecto directo sobre la imbibición y el crecimiento de las plántulas e indirectamente, a través de sus interacciones con el oxígeno del suelo, la temperatura, la profundidad de siembra o el estado de la superficie del suelo. Una costra puede provocar la ruptura del arco del hipocótilo ante la presión ejercida por la plántula, impidiendo su posterior crecimiento.

ALCANCE DEL MODELO ACTUAL Y A FUTURO

Este proyecto se inició en el marco de un proyecto financiado por PROCISUR en el que están involucrados grupo de investigación de Argentina, Paraguay, Brasil y Uruguay. El modelo CRONOSOJA ya puede utilizarse en Argentina en el dominio http://cronosoja.agro.uba.ar/ y en el año 2020 se expandirá a al resto de los países incluidos en el proyecto PROCISUR que está coordinado por la Dra. Fernanda González (INTA Pergamino).

BIBLIOGRAFÍA

• Fehr, W.R., Caviness, C.E., 1977. Stages of soybean development (No. 87).

• Fernández Long, M. E, L. Spescha, I. Barnatán y G. M. Murphy. 2012. Modelo de balance hidrológico operativo para el agro (BHOA). Revista Agronomía & Ambiente 32(1-2):31-47.

• Fernández Long, M. E. 2017. Balance Hidrológico Operativo para el Agro (BHOA). En: “JASMIN”, Joint Assessment of Soil Moisture Indicators (JASMIN) for southeastern South America (Valoración conjunta de indicadores de humedad del suelo para la región sudeste de Sudamérica). Editorial Facultad de Agronomía. Pág: 35-39.

• NASA-POWER Project Data Sets [WWW Document] (2018) NASA. URL https://power.larc.nasa.gov/