Aplican tecnología satelital para gestión de la seguridad alimentaria

Un equipo multidisciplinario del IPN desarrolla un proyecto en red orientado al monitoreo de las condiciones de humedad del suelo que impactan las superficies agrícolas

Con tecnología satelital, sensores que operan en el espectro de las microondas, algoritmos físico-matemáticos y muestreos en campo, científicos del Instituto Politécnico Nacional (IPN) monitorean la humedad del suelo para identificar patrones climáticos y cambios de temperatura, con el objetivo de fortalecer los programas de seguridad alimentaria, además de reducir pérdidas agrícolas e incrementar la producción del campo mexicano.

El investigador de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (ESIME), Unidad Ticomán, Alejandro Monsiváis Huertero, coordina el proyecto –en el que participan miembros de Redes de Investigación y Posgrado del IPN–, denominado “LOSRUSAT: El logro de la sustentabilidad rural a través de la aplicación de tecnología satelital”, el cual nació de la colaboración en 2014 entre la Administración Nacional de Aeronáutica y el Espacio (NASA por sus siglas en inglés), y las Agencias Espaciales de Canadá y México para monitorear los efectos del cambio climático y estudiar la humedad que existe en los suelos agrícolas de las tres naciones.

El cambio climático –explicó– afecta los ciclos del Agua y del Carbono. Dentro del proceso del movimiento del agua en el planeta, uno de los parámetros clave se deriva de la pregunta: ¿Cuánta agua contiene el suelo?, lo cual depende de los patrones de lluvia, el incremento de la temperatura y la evapotranspiración de la tierra.

Subrayó que LOSRUSAT tiene como objetivo primordial conocer la cantidad de agua con que se cuenta en la actividad agrícola para asegurar la sustentabilidad alimentaria y, sobre todo, busca contribuir a la toma de decisiones de las autoridades de agricultura, así como al fortalecimiento de los programas de autosuficiencia alimentaria y de atención a la pobreza rural, como el que implementó el Gobierno de México denominado “Sembrando Vida”.

Este desafío –dijo– está integrado en los Objetivos de Desarrollo Sustentable (ODS), planteados por la Organización de las Naciones Unidas (ONU); bajo este principio se inició en el Politécnico el proyecto LOSRUSAT. “Nos incorporamos para aportar a la iniciativa a partir del fondo sectorial de la Agencia Espacial Mexicana en su convocatoria 2014”, puntualizó.

CAPACITA NASA A CIENTÍFICOS

El doctor en Electromagnetismo Aplicado (en modelado electromagnético de la vegetación para la interpretación de la información satelital), grado obtenido en la Universidad Paul Sabatier (Toulouse, Francia), aseguró que mediante los convenios de colaboración entre la NASA y la Agencia Espacial Mexicana, se logró capacitar a un equipo de científicos del IPN (dos profesores-investigadores y dos estudiantes de maestría) en 2016 con especialistas de la agencia espacial estadounidense en el área agrícola de Iowa, Estados Unidos, para aprender cómo monitorear las condiciones de humedad en los campos agrícolas para validación de la información satelital. “En el monitoreo de campo se trabajó con el satélite, se puso en operación un avión y diversos drones para saber los patrones de humedad del suelo. También nos enseñaron a colectar los muestreos y procesarlos en el laboratorio para después replicarlos en nuestro país”, detalló.

El catedrático comentó que el equipo politécnico participó en los experimentos de validación para los proyectos satelitales generados para la misión SMAP-NASA (Soil Moisture Active- Passive), que incluyó el lanzamiento de un satélite destinado específicamente a la estimación de humedad en el suelo a escala global, a partir del espectro de las microondas. Reconoció que para el gobierno es costoso conformar equipos de trabajo para medir la humedad en el suelo en cada zona agrícola. “No alcanzarían los recursos y el tiempo para verificar los patrones de cómo se modifica la humedad en el suelo”, recalcó.

“La tecnología satelital nos da una visión más amplia y el trabajo se realiza de forma más rápida y con mucha precisión. Los sensores que operan en el espectro de las microondas logran tener penetración en lo que son las coberturas vegetales para alcanzar el suelo, se aprecian ciertas características y obtenemos una variable denominada emisividad (parámetro clave para conocer la energía que emite la superficie), la cual se procesa en algoritmos físico-matemáticos para tratar de estimar cuánta agua hay en el suelo”, expresó.

CAMBIAN PATRONES: LLUVIAS Y SEQUÍAS ATEMPORALES

El doctor Alejandro Monsiváis Huertero manifestó que los balances hídricos a nivel global precisan que la cantidad de agua en el suelo es similar, pero lo que ha cambiado son los patrones. “Ya no hay tantas precipitaciones en los meses de lluvia o en ocasiones cuando estamos en periodo de sequía hay lluvias con mucha intensidad”.

Dijo que estos fenómenos modifican los ciclos de crecimiento de la vegetación agrícola. “Podemos tener periodos de sequía cuando deberíamos estar en periodos de colocación de semillas en el suelo, pero como no hay condiciones de humedad, la planta no se desarrolla o bien cuando ya germinó la semilla, si tiene un excedente de agua, la planta se ahoga y no se tiene la producción esperada”, enfatizó.

Monsiváis Huertero afirmó que los productores del campo se han visto obligados a adaptarse a los nuevos ciclos de crecimiento de las plantas y a conocer qué nuevos tipos de semillas pueden utilizar para adecuarse de mejor forma a esos cambios en los patrones de lluvia.

IMPLEMENTACIÓN EN TLAXCALA Y OAXACA

Los científicos del IPN realizaron en 2018 la primera implementación de la tecnología satelital para la medición de la humedad de suelo en nuestro país, en Huamantla, Tlaxcala, donde se localiza la zona de producción del maíz mexicano. Se trabajó en cinco campos con diferentes tipos de suelo y se realizó durante todo el ciclo de crecimiento de la planta.

“Fuimos a reuniones con expertos de la NASA para que validaran la información y verificaran los levantamientos, además del proceso de implementación de todos los protocolos y nos dieron luz verde. Volvimos a replicar el experimento en 2019 en esa misma zona para conocer los cambios. Ya también lo aplicamos en los valles centrales de Oaxaca, donde tienen una dependencia muy alta de su producción agrícola. Como resultado de estos levantamientos de campo se lograron estimaciones precisas de humedad en el suelo para nuestro país”, agregó. Monsiváis Huertero señaló que, con algoritmos, las agencias espaciales utilizan parámetros estandarizados en función de las latitudes y se cae en una generalización; aplican valores iguales para México o Tailandia porque están dentro de la misma latitud y corresponden al mismo tipo de cobertura del satélite. “Con nuestros experimentos de campo, logramos calibrar los parámetros específicos para nuestra región de interés, a efecto de que funcione adecuadamente en México”, resaltó.

Para complementar la información satelital, el científico refirió que era necesario llegar a un metro de profundidad del suelo, conocida como zona de raíces, donde se proveen los nutrientes y la disponibilidad de agua. “También desarrollamos algoritmos para que, a partir de conocer la humedad en la capa superior, podamos inferir las condiciones de humedad en zonas con mayor profundidad. Ya lo validamos en Huamantla y hemos trabajado con los agricultores a partir de la información de campo obtenida sobre las condiciones de humedad. Lo importante es en qué momento se debe poner la semilla ante las condiciones de temperatura y humedad para que la planta brote y si se encuentra en etapas avanzadas saber cuál es la cantidad de agua en las capas más profundas”, aseveró. Insistió que en el proyecto politécnico se destaca la necesidad de que México cuente con una Red de Monitoreo de la Humedad del Suelo, como la que ya tienen los países desarrollados, entre ellos Estados Unidos y Canadá.

El investigador informó que su equipo de trabajo ha instalado cinco estaciones de monitoreo en Oaxaca (con sensores de humedad en suelo, temperatura y lluvia); derivado de ello, se tienen tres años de datos colectados, con lo cual ya se cuenta con evidencia de los efectos de los cambios de patrones de lluvias en esa zona. El profesor Monsiváis Huertero expuso que en el proyecto LOSRUSAT han participado estudiantes del IPN de las carreras en Aeronáutica, Computación, Geofísica, Matemáticas, Electrónica, Robótica y Telemática, entre otras.

BASE DE DATOS LOSRUSAT

La profesora en tecnología de desarrollo web, adscrita a la Secretaría de Investigación y Posgrado (SIP), Rocío García Cortés, subrayó que a partir de la información satelital y de los muestreos, se creó en 2018 una base de datos, la cual nutrió un repositorio que será de acceso público, para poner la información a disposición de los tres órdenes de gobierno (municipal, estatal y federal), instituciones y dependencias relacionadas con el tema del agua, agricultores y sociedad en general.

La egresada de Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica de la ESIME, Unidad Zacatenco, con una especialidad técnica en computación en la Universidad de Kanazawa, Japón, añadió que esta es la primera base de datos con que cuenta el país, la cual contiene información precisa sobre la humedad del suelo para el desarrollo de la agricultura. A su vez, la científica del Centro Interdisciplinario de Investigaciones y Estudios sobre Medio Ambiente y Desarrollo (CIIEMAD), Lorena Elizabeth Campos Villegas, recalcó que, a partir de los muestreos del suelo –a cargo de esta unidad académica–, se hace una caracterización química para evaluar elementos esenciales como calcio, magnesio y hierro, además de contaminantes como plomo, cadmio, mercurio o arsénico. “A partir de ello se puede establecer una interacción entre suelo, planta y agua”, detalló.

El profesor de la ESIME Ticomán, Rodrigo Florencio da Silva, tiene una labor especial al encargarse de sensibilizar a la población, a través de actos lúdicos y representaciones, sobre la importancia de esta investigación científica para la agricultura y la sustentabilidad de las comunidades. Por su parte, la investigadora del CIIEMAD, María Concepción Martínez Rodríguez, realiza el enlace con las autoridades municipales y ejidatarios de las comunidades donde se monitorea la humedad del suelo para explicar los beneficios del proyecto. Finalmente, el científico Monsiváis Huertero concluyó: “LOSRUSAT tiene una aplicación directa en la sociedad y proyectos como éste vale la pena mantener e impulsar por su impacto social, como el legado que deja el Politécnico a través de sus científicos”.