Uva de mesa: El rol de los sensores en la eficiencia del riego

Actualmente, existen diversas tecnologías de sensores que permiten monitorear en tiempo real las condiciones del cuartel, desde el suelo hasta la planta. Esta información facilita la toma de decisiones agronómicas, permitiendo que sean más precisas y oportunas, especialmente en relación con el manejo del riego y la fertilización, promoviendo un uso eficiente de los recursos y mejorando tanto la calidad como la producción del cultivo.

En el Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA) La Cruz, Región de Valparaíso, Chile, hemos desarrollado durante los últimos tres años una línea de trabajo enfocada en la adopción de tecnologías que mejoren la eficiencia en el uso de recursos en la agricultura. Comenzamos ejecutando un Programa de Difusión Tecnológica (PDT) y actualmente estamos realizando un Programa de Absorción Tecnológica para la Innovación (PATI), ambos financiados por la Corporación de Fomento a la Producción (CORFO). A través de estos, hemos utilizado diferentes tecnologías de sensores en predios comerciales de uva de mesa, con el objetivo de evaluar sus alcances y beneficios en la toma de decisiones agronómicas, especialmente en relación con el riego y la fertilización. Esta línea de trabajo continuará desarrollándose por al menos dos temporadas más, lo que permitirá validar estas tecnologías bajo distintas condiciones productivas.

En la producción de uva de mesa, el uso eficiente del agua y los nutrientes es fundamental para alcanzar altos estándares de calidad y producción. En este contexto, el monitoreo del estado hídrico y nutricional del cultivo se ha vuelto una necesidad clave para tomar decisiones agronómicas más precisas y oportunas.

Gracias al uso de tecnologías de sensores, ha sido posible caracterizar con mayor profundidad variables fisiológicas y ambientales que influyen directamente en el desarrollo del cultivo. En este sentido, medir variables como la apertura estomática y la actividad fotosintética de las hojas permite identificar condiciones de estrés hídrico incluso antes de que se manifiesten visualmente. Asimismo, estimar el contenido relativo de clorofila, antocianinas y otros compuestos permite obtener un reflejo del estado nutricional de la planta.

Otro uso muy común de la tecnología de sensores es monitorear de forma continua el contenido de humedad en el perfil del suelo, lo que ha permitido ajustar el riego a las necesidades reales del cultivo y evitar tanto el déficit como el exceso de agua. Esta tecnología, acompañada de una medición del potencial hídrico de la planta, aporta información directa sobre su nivel de estrés y permite definir umbrales críticos para la toma de decisiones respecto al riego. Uno de los avances más relevantes en el monitoreo del estado hídrico de la uva de mesa ha sido la incorporación de microtensiómetros, que permiten medir de forma continua y no destructiva el potencial hídrico a nivel del xilema.

Finalmente, la integración de esta información junto con imágenes aéreas multiespectrales que revelan patrones espaciales de vigor y temperatura de la canopia, permiten establecer estrategias de manejo diferenciadas por sector, optimizando así la eficiencia en el uso de recursos.

TECNOLOGÍAS DE SENSORES APLICADAS AL MANEJO DE UVA DE MESA

Durante estos años de trabajo, hemos utilizado distintas tecnologías de sensores que nos han permitido monitorear el cultivo desde distintos ángulos. Estas se agrupan en tres categorías principales:

• Sensores de planta (estado fisiológico): porómetro-fluorómetro (LICOR 600), leaf state analyzer (LSA-2050), bomba Scholander y microtensiómetro.
• Sensores ópticos de tejido vegetal: espectrómetro de mano (Spectravue CI-710s) y cámara multiespectral (Micasense Altum).
• Sensores de capacitancia (humedad del suelo): sensores portátiles y sondas.

Cada uno de ellos entrega información específica que, al combinarse, permite una mejor toma de decisiones respecto al riego y la fertilización.

SENSORES PARA ANALIZAR EL ESTADO FISIOLÓGICO DE LA PLANTA

Entre este tipo de sensores se encuentra el Porómetro-Fluorómetro, que permite medir simultáneamente la conductancia estomática y la fluorescencia de la clorofila sobre una misma área foliar.

La conductancia estomática entrega información sobre el grado de apertura de los estomas, lo que permite estimar el nivel de transpiración y estrés hídrico de la planta, mientras que la fluorescencia permite evaluar la eficiencia fotoquímica del fotosistema II, un indicador clave del estado fotosintético. El equipo está diseñado para operar en condiciones ambientales reales y estabiliza sus mediciones en un rango de 5 a 10 segundos, registrando automáticamente la lectura una vez cumplidos los criterios definidos por el usuario. Su principal ventaja es la posibilidad de realizar mediciones rápidas, no destructivas y altamente sensibles en campo, sin requerir condiciones artificiales de medición. Es especialmente útil durante etapas críticas del desarrollo del cultivo, como la cuaja, el crecimiento de baya y la maduración, donde una alteración del estado fisiológico puede afectar directamente la calidad y el rendimiento. Se complementa eficazmente con sensores de humedad del suelo y microtensiómetros, permitiendo correlacionar la disponibilidad hídrica del suelo con la respuesta fisiológica de la planta. Asimismo, puede ser utilizado como punto de validación para interpretar imágenes multiespectrales, aportando información puntual sobre eficiencia fotosintética que permite contextualizar zonas de mayor o menor vigor detectadas desde sensores remotos. Por su parte, el Leaf State Analyzer (LSA-2050) permite realizar mediciones no destructivas donde se evalúa el estado fisiológico de las hojas a partir del análisis de tres variables clave: la protección frente a radiación UV y visible intensa, la concentración de clorofila y la eficiencia fotoquímica máxima del fotosistema II (FV/FM). Estos parámetros permiten obtener un diagnóstico integral del nivel de estrés que experimenta la planta y su capacidad para enfrentarlo.

El equipo opera mediante la medición de la eficiencia de excitación de fluorescencia ante distintas longitudes de onda, lo que permite estimar la presencia relativa de pigmentos protectores. El dispositivo excita la hoja con cuatro bandas espectrales: UV-B y UV-A, asociadas a la presencia de ácidos hidroxicinámicos y flavonoides, respectivamente, azul, que se relaciona con carotenoides, y verde, vinculada a antocianinas. Estos compuestos actúan como barreras naturales frente al daño oxidativo y al exceso de radiación, por lo que su monitoreo entrega información clave sobre la respuesta adaptativa de la planta.

La concentración de clorofila se estima mediante el método de Cerovic, que destaca por su alta sensibilidad incluso en concentraciones elevadas de este pigmento. Para evaluar el rendimiento del fotosistema II se emplea la técnica de fluorescencia modulada PAM con pulso de saturación, lo que permite determinar la eficiencia máxima FV/FM. Para esta medición, es necesario someter la hoja a un periodo breve de aclimatación en oscuridad, lo cual se realiza con una bolsa especial provista con el equipo (LSA-2050/DB).

Cada medición incluye además el registro automático de metadatos como posición GPS, orientación de la hoja y dirección de la radiación solar, lo que permite contextualizar mejor los resultados en campo. El equipo cuenta con un sistema óptico compuesto por un cabezal emisor detector para las mediciones de fluorescencia, y un emisor FR-NIR para la determinación de clorofila.

El LSA-2050 es especialmente útil en momentos de alta exigencia fisiológica, como estrés por radiación, déficit hídrico o deficiencias nutricionales, y se complementa muy bien con sensores como el porómetro-fluorómetro y el espectrómetro, aportando una mirada integrada del estado bioquímico, fotosintético y protector del tejido foliar.

EVALUACIÓN DEL ESTADO HÍDRICO

Una de las herramientas más directas para evaluar el estado hídrico real del cultivo es la Bomba Scholander. Su funcionamiento se basa en aplicar presión sobre una muestra foliar contenida en una cámara sellada, hasta que se observa la exudación de savia por el extremo del pecíolo cortado. La presión aplicada en ese momento es equivalente al potencial hídrico de la planta.

Esta medición permite conocer con precisión el nivel de estrés hídrico que experimenta el cultivo en el momento del muestreo. Se pueden realizar mediciones tanto en hojas no expuestas al sol (potencial base, Ψb) como en hojas expuestas (potencial xilemático o foliar, Ψx), según el momento del día y el tipo de análisis requerido.

Aunque se trata de una medición puntual y destructiva, la bomba Scholander es muy valorada por su precisión y confiabilidad, especialmente cuando se requiere establecer curvas de riego o validar el comportamiento de sensores continuos como los microtensiómetros. Su uso es recomendado en días despejados, idealmente entre las 12:00 y las 15:00 horas, y se debe considerar una adecuada selección y preparación de las hojas.

La bomba de presión se complementa de forma natural con sensores de humedad del suelo, porómetros y fluorómetros, ya que permite comprobar si el agua presente en el suelo realmente está siendo aprovechada por la planta y si su estado hídrico es adecuado. Es particularmente útil en etapas fenológicas sensibles como cuaja o crecimiento de baya, donde un déficit hídrico puede afectar directamente la calidad y el calibre del fruto.

Asimismo, encontramos el microtensiómetro, una tecnología reciente para el seguimiento del estrés hídrico en plantas, que permite medir el potencial xilemático de manera continua y con frecuencia de 30 minutos. Es una alternativa a la bomba de presión tipo Scholander y cuenta con la ventaja de entregar datos continuos directamente desde el xilema (Foto 4).

El sistema consiste en un pequeño sensor tipo émbolo que se inserta en el xilema de la planta, el cual se sella una vez instalado. El sensor detecta las variaciones de presión generadas por el movimiento del agua y transmite esta información mediante un manómetro que envía una señal eléctrica hacia un datalogger desde donde los datos pueden visualizarse en un computador u otra plataforma digital de forma remota. De este modo, se obtiene un registro en tiempo real del estrés hídrico.

La principal ventaja de esta tecnología es que las mediciones son continuas y se realizan directamente en la planta, lo que permite un seguimiento detallado del estrés a lo largo del día y en diferentes condiciones climáticas. Sin embargo, al ser una tecnología aún en desarrollo, su comportamiento no ha sido ampliamente validado en todos los cultivos. Además, requiere una cuidadosa selección de la planta donde se instalará, ya que esta debe ser representativa del cuartel para que los datos obtenidos sean interpretables a escala de manejo.

El microtensiómetro se complementa especialmente bien con sensores de humedad del suelo, ya que permite verificar si la humedad presente en el suelo realmente está siendo aprovechada por la planta. Además, su uso conjunto con sensores fisiológicos como el porómetro-fluorómetro o el LSA-2050 permite entender cómo la disponibilidad hídrica influye en la respuesta fisiológica y fotosintética del cultivo, entregando una visión integrada del estado hídrico y su efecto en el desempeño vegetal.

TECNOLOGÍAS COMPLEMENTARIAS

Existen tecnologías que se complementan con los sensores fisiológicos y que permiten entonces obtener interpretaciones más precisas. Entre ellas se encuentra el espectrómetro, el que permite realizar mediciones precisas y no destructivas de reflectancia, transmitancia y absorbancia de la luz en el rango de 360 a 1100 nm. A través de estas propiedades ópticas y utilizando principios como la ley de Beer-Lambert, es posible estimar el estado fisiológico y nutricional de la planta a partir de su respuesta espectral. Este instrumento permite detectar diferencias sutiles en la composición bioquímica del tejido vegetal, incluso cuando no existen síntomas visuales de estrés, como déficit hídrico o deficiencias nutricionales.

El sistema cuenta con dos fuentes de luz de amplio espectro, una para mediciones de transmisión y otra para reflexión, además de un detector que proyecta la luz descompuesta en longitudes de onda sobre una matriz de píxeles. Cada píxel corresponde a una longitud de onda específica con lo que se generan las curvas espectrales. Es importante destacar que para traducir estas curvas en parámetros agronómicos, es necesario construir modelos matemáticos de calibración mediante análisis químicos paralelos. Una vez calibrado, el espectrómetro puede entregar estimaciones inmediatas de variables como clorofila, antocianinas o nitrógeno foliar.

Entre sus principales ventajas se encuentran su rapidez, portabilidad y la capacidad de entregar información detallada de pigmentos y otros compuestos asociados al metabolismo vegetal. Su uso se complementa especialmente bien con sensores fisiológicos como el porómetro o el LSA, ya que permite vincular el estado bioquímico interno de la hoja con su funcionamiento fisiológico externo. También es útil para validar imágenes multiespectrales aéreas, actuando como punto de calibración en terreno.

En este sentido, también encontramos drones equipados con cámaras multiespectrales y térmicas, cuyo uso ha abierto nuevas posibilidades para el monitoreo del estado fisiológico de cultivos como la uva de mesa. Estos vehículos aéreos no tripulados (UAV) permiten generar imágenes de alta resolución que entregan una visión espacial detallada de la variabilidad dentro del cuartel, facilitando la identificación de zonas con diferente vigor, estrés hídrico u otros desbalances fisiológicos.

La calidad y utilidad de la información dependen en gran medida del tipo de sensor óptico instalado en el dron. Las cámaras multiespectrales más utilizadas registran bandas en el espectro visible (rojo, verde, azul) y no visible, como el infrarrojo cercano (NIR), el borde rojo y el infrarrojo térmico, lo que permite calcular índices como el NDVI (Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada) y evaluar patrones de temperatura de la canopia para detectar zonas de mayor o menor transpiración.

Entre sus principales beneficios destacan la capacidad de monitorear grandes superficies en poco tiempo, identificar zonas con problemas y planificar manejos diferenciados, como riego sectorizado o aplicaciones de fertilizantes según el estado del cultivo. Sin embargo, esta tecnología también presenta limitaciones importantes, debido a que los datos obtenidos desde el aire requieren ser validados y correlacionados con mediciones en campo, como potencial hídrico, conductancia estomática u otras mediciones, para asegurar su interpretación agronómica. Además, factores como la resolución espacial, el ángulo de visión del sensor y las condiciones de vuelo (horario, nubosidad, viento) pueden afectar la calidad de las imágenes.

En resumen, el uso de drones con cámaras multiespectrales es una herramienta poderosa para el monitoreo agrícola, pero debe ser complementado con mediciones en terreno para lograr interpretaciones precisas y decisiones agronómicas bien fundamentadas.

SENSORES DE CAPACITANCIA

Los sensores de capacitancia permiten medir el contenido de agua del suelo a distintas profundidades y con alta frecuencia, generando información clave para ajustar el riego a las necesidades reales del cultivo. Estos sensores operan midiendo, ya sea el tiempo que demora una señal eléctrica en cruzar entre electrodos, o la frecuencia de un campo electromagnético formado con el suelo. En ambos casos, la señal es sensible principalmente a la cantidad de agua presente, más que a otros componentes como minerales o aire.

En términos operativos, existen dos tipos principales: sensores portátiles, que pueden utilizarse para realizar mediciones puntuales del contenido de agua del suelo a distintas profundidades, especialmente útiles al trabajar en calicatas o perfiles expuestos. Esta modalidad permite comparar condiciones hídricas en diferentes sectores del cuartel, identificar zonas con distinta capacidad de retención o evaluar el efecto de distintas estrategias de riego. Sin embargo, estos mismos sensores también pueden quedar instalados de forma permanente en el suelo si se conectan a un datalogger, lo que permite registrar datos de forma continua a lo largo del tiempo. Sondas de perfil, que permiten realizar mediciones simultáneas a varias profundidades (por ejemplo, 25, 50, 75 y 100 cm), es especialmente útil para observar cómo el agua se distribuye en la zona radicular.

Estas tecnologías no solo permiten detectar el contenido de humedad, sino también identificar momentos en los que ocurre un cambio en la velocidad de extracción de agua por parte de las raíces, con lo que se puede estimar el inicio de cierre estomático y estrés hídrico. Además, muchos sensores incluyen la medición de conductividad eléctrica, lo que aporta información adicional sobre la presencia y profundidad de fertilizantes en el perfil del suelo.

La principal ventaja es que, una vez definidos los niveles de capacidad de campo y umbrales de riego, las mediciones son continuas, precisas y fáciles de interpretar. Sin embargo, su efectividad depende de una buena instalación, adecuada al tipo de suelo y que el lugar sea representativo del cuartel. Una instalación deficiente puede llevar a lecturas erróneas y decisiones de manejo equivocadas. También se debe considerar que, si bien los precios han disminuido con el tiempo, el costo puede seguir siendo un factor limitante, especialmente si se requiere telemetría en zonas amplias.

Estos sensores se integran de manera eficaz con mediciones fisiológicas de la planta, permitiendo validar si la humedad disponible en el suelo está siendo efectivamente utilizada por el cultivo, y facilitando así un manejo más eficiente y sustentable del recurso hídrico.

RESULTADOS OBTENIDOS

Durante la temporada 2023-2024, a través del programa de difusión tecnológica hemos podido desarrollar investigación acerca del uso de la tecnología disponible, de manera de acercar estos instrumentos a los beneficiarios y a instituciones de educación.

En este sentido, se buscaron correlaciones entre un indicador aceptado como referencia del estrés hídrico en planta, mediciones de potencial hídrico xilemático, y los diferentes instrumentos disponibles. Además, ejemplos de uso práctico que permitan dimensionar la utilidad de estos sistemas.

En la Figura 1 se puede apreciar la relación que existe entre el potencial hídrico xilemático y el contenido de agua del suelo medido con un sensor de capacitancia. Se aprecia una relación directa entre ambas variables. En la medida en que el potencial hídrico xilemático se hace más negativo, el contenido de agua en el suelo disminuye.

Por su parte, en la Figura 2 podemos observar un sensor de capacitancia ubicado a tres profundidades, 30, 60 y 90 cm. Se ha agregado la evapotranspiración acumulada hasta el día de riego como barras celestes en el gráfico asociado al segundo eje X (datos de estación meteorológica cercana), además de dos líneas paralelas al 100% de contenido de agua (capacidad de campo) y 60% de agua (valor seleccionado como umbral de riego). Cada momento de riego se distingue por una rápida alza en el contenido del recurso hídrico. Se puede apreciar al inicio de las mediciones una alta extracción de agua a los 30 cm respecto a los sensores más profundos. Esto se revierte alrededor del séptimo evento de riego cerca del 14 de diciembre, donde la extracción es similar en todas las profundidades.

Por otro lado, cuando el contenido de agua en cualquier profundidad baja del 60% de la pendiente de las curvas de extracción se hace menos pronunciada. Eso se debe al inicio del cierre estomático por parte de las plantas, es decir, un inicio de estrés hídrico. Si se analiza el comportamiento de la evapotranspiración acumulada, se puede apreciar que después de cada riego, una vez acumulado alrededor de 30 mm, se alcanza el inicio del período de estrés. Estos resultados evidencian por un lado la cantidad y el tipo de información extrapolable de los datos provenientes de sensores de capacitancia, además del potencial que presentan para hacer un control de las acciones de riego y la utilidad que tienen estos datos combinados con otros instrumentos para el uso eficiente del agua y los fertilizantes.

COMPARACIÓN DE ANÁLISIS

En un parrón de uva de mesa se instalaron dos microtensiómetros y se compararon sus lecturas con los de un sensor de capacitancia instalado en el mismo sector donde se ubicaban las plantas que tenían instalados los microtensiómetros. Los resultados obtenidos se pueden apreciar en la Figura 3.

Se puede observar una buena correlación entre las lecturas del sensor de suelo y el microtensiómetro. La ventaja de uno respecto del otro es que mientras el sensor de suelo es un valor del punto donde está ubicado, el microtensiómetro está indicando el comportamiento de la planta completa. Sin embargo, la tecnología aún es nueva, debiendo ser analizada por más tiempo y en distintas circunstancias para validarla y obtener lecturas que puedan extrapolarse a un indicador de estrés hídrico.

En resumen, existe una serie de alternativas tecnológicas que permiten que sistemas de riego tecnificados consigan un eficiente uso del agua y otros insumos. Estos sistemas difieren en su costo, forma de medición, información obtenida e interpretación. Sin embargo, todos pueden ser muy útiles y necesitan conocimiento para obtener el potencial de beneficio que se espera. Es necesario invertir no solo en la adquisición de los sistemas, sino también en capacitar en su utilización. De esta manera, se obtendrán los beneficios sociales, ambientales y económicos que se esperan alcanzar con el uso de estas tecnologías.