A tecnologia a favor da defesa da água

Os projetos Water4Ever e Agrinupes têm em comum um elemento fundamental da nossa natureza: a água. Na agricultura a disponibilização deste recurso natural é imprescindível, mas sendo cada vez mais escasso é preciso recorrer a tecnologia para utilizar água de forma mais inteligente. É aqui que os investigadores do INESC TEC aplicam o seu conhecimento.

A agricultura necessita de água para alcançar níveis ótimos de produção. Sendo um recurso cada vez mais escasso, torna-se imprescindível tomar medidas que tornem a utilização da água cada vez mais racional. Por um lado, é necessário utilizar este recurso natural de forma consciente em termos de quantidade e, também, ter sempre bem presente que na água utilizada para a agricultura estão presentes muitos nutrientes que seguem o circuito da água, chegando também ao mar.

O projeto Water4Ever, empreendido pelo INESC TEC, está centrado nesta temática. “Quando temos um excesso de macronutrientes no solo, nomeadamente nitratos, estes podem ser escoados, através da água, até lençóis freáticos e alterar negativamente o equilíbrio das águas do mar”, explica Filipe Neves dos Santos. O investigador do INESC TEC disse ainda que “tendo em consideração estes fatores é de extrema importância alcançar sistemas tecnológicos que nos ajudem a identificar a real necessidade de água e macronutrientes necessários para alcançar a produtividade ótima, sem desperdício de água e aplicação de excesso de macronutrientes”.

Partindo desta premissa, desde maio de 2017 que o projeto Water4Ever está a utilizar modelos avançados, desenvolvidos pelos professores Ramiro Neves e Tiago Ramos, do Instituto Superior Técnico, para prever a infiltração da água no solo tendo em conta o seu perfil e assim antecipar a melhor forma de regar, em termos de tempo e de quantidade. “O projeto Water4Ever considera sensores óticos modulares, que foram desenvolvidos pelo INESC TEC, que são instalados in-situ ou em tratores, para avaliar o nível de stress hídrico das plantas e assim auxiliar na avaliação da real necessidade de água para as plantas atingirem a produtividade desejada”, adianta Filipe Neves dos Santos.

Neste projeto, foram também desenvolvidos avançados sistemas de apoio à decisão e algoritmos de processamento de dados satélites, pelas empresas Deimos, IsardSAT, Universidade Politécnica de Cartagena e IMAMOTER, que fecham o ciclo de apoio à decisão e fornecem mapas de prescrição para rega e fertilização, com o objetivo de reduzir significativamente o desperdício de água e macronutrientes.

No fundo, estamos aqui a falar da tomada de decisão baseada em conhecimento científico, mas para isso é necessário que haja dados para serem trabalhados e convertidos em informação. O nosso interlocutor comenta que “um dos grandes desafios para alcançarmos uma agricultura de precisão e inteligente é alcançar um sistema de apoio à decisão que consiga fornecer mapas ótimos de prescrição para rega e fertilização”. Contudo, alcançar um sistema de apoio à decisão ótimo exige modelar o comportamento da planta, tendo em consideração os diferentes fatores a que ela está exposta, tais como quantidade de água, nutrientes, calor, dióxido de carbono, pragas, entre outros. “Cada variedade de planta tem uma resposta própria e necessidade específica”, refere. Atualmente, não existe um modelo numérico preciso para cada planta e existem três formas de alcançarmos um sistema de apoio à decisão: podem ser considerados modelos aproximados e incompletos; algoritmos de aprendizagem automática (inteligência artificial); a união destas duas soluções. As duas últimas opções permitem, atualmente, alcançar a solução ótima. No entanto, estas necessitam de um histórico de dados longo, com vários anos/temporadas/colheitas, para que consigam modelar, através de aprendizagem da máquina, com precisão o comportamento da planta e assim conseguir produzir mapas de prescrição precisos para rega e fertilização. Filipe Neves dos Santos pormenoriza que “neste momento, pela escassez de séries temporais longas, torna-se difícil de desenvolver estes sistemas de apoio à decisão”. No projeto Water4Ever tenta-se, por isso, adquirir dados das mais diversas fontes em diferentes realidades para aumentar a qualidade dos mesmos e alcançar sistemas de apoio à decisão mais precisos do que os existentes no estado da arte.

O Water4Ever tem um orçamento global de 910.204,00 euros, sendo comparticipado em 92% pela Comissão Europeia. O projeto termina a 30 de maio de 2020.

Agrinupes, o uso de tecnologias sensoriais

O projeto Agrinupes, iniciado em abril de 2017, tem como principais objetivos investigar e desenvolver um sistema de monitorização integrado e sustentável, com sensores seletivos inovadores de iões para nutrientes (NPK) e deteção biológica de pesticidas (imidacloprid e pirimicarb) que permitam utilizar/reutilizar a água e nutrientes, minimizando os efeitos sobre o meio ambiente. O Agrinupes está a trabalhar ainda no desenvolvimento de um controlador de fertirrigação robusto e tolerante a falhas, para atender às necessidades das culturas e às expectativas do produtor nas vertentes relação produção/custos e impacto ambiental e na avalidação e demonstração da aplicabilidade das tecnologias desenvolvidas em regiões europeias que cobrem diferentes sistemas de produção de culturas: sistema com soluções nutrientes recicladas ou em cascata em estufas e em campo aberto; maximizar a recirculação da água/solução nutriente de drenagem antes da descarga e aumentar a eficiência da utilização da água e nutrientes.

Neste projeto, entre as diferentes metodologias utilizadas, José Boaventura, coordenador do Agrinupes, salienta “o desenvolvimento e implementação de novas tecnologias sensoriais baseadas em fibra ótica para o controlo de nutrientes (NPK). Esta tecnologia é baseada na aquisição dos espectros de absorção das soluções nutritivas e na utilização de um algoritmo de inteligência artificial para classificar/quantificar a concentração de cada um dos nutrientes. Os biossensores desenvolvidos para medir a concentração de pesticidas (imidacloprid e pirimicarb) baseiam-se em princípios eletroquímicos, colorimétricos e LTF-Lateral flow tests”.

Neste projeto pretende-se recorrer a equipamentos de fertirrega e biossensores de baixo custo porque permitirão introduzir mais rapidamente no mercado estas tecnologias relacionadas com a água.

Relativamente à fertirrega, José Boaventura explica que “os equipamentos comerciais de fertirrigação utilizam a condutividade elétrica e o pH para estabelecer a solução nutritiva. Embora estes parâmetros sejam indicadores da quantidade de sais presentes na água, a utilização de novas tecnologias sensoriais, como é o caso do sensor NPK proposto no projeto, permitirá conhecer a concentração destes elementos e controlar a solução nutritiva de uma forma mais eficiente. O sensor NPK está também a ser integrado em equipamentos de fertirrigação existentes, por exemplo, NUTRITEC, para avaliação do seu potencial de comercialização”.

Quanto aos biossensores, é importante referir que, atualmente, não existem sensores fiáveis e de baixo custo para deteção de resíduos de produtos fitossanitários na água. “A determinação da presença destes envolve técnicas avançadas que só podem ser feitas em laboratórios especializados, sendo um processo moroso e dispendioso”, comenta José Boaventura. Deste modo, no Agrinupes serão exploradas novas abordagens no desenvolvimento de biossensores (especificamente para o imidacloprid e pirimicarb). Com estes biossensores, os produtores podem, de um modo simples e económico, verificar a qualidade da água recirculada, das águas residuais e o desempenho dos seus equipamentos de limpeza/filtragem e minimizar os perigos como a emissão indesejada de produtos fitossanitários em águas superficiais e subterrâneas.

José Boaventura conclui que todo este trabalho permitirá disponibilizar aos produtores agrícolas, de um modo “simples e económico” informações mais precisas sobre a qualidade da água de entrada e de saída. Assim, poderão ser tomadas “melhores decisões sobre como e quando irrigar e fertirrigar e ainda quando proceder a tarefas de limpeza ou renovação da solução nutritiva”.

O projeto deverá terminar em junho de 2020 e tem um orçamento global de 1.080.448,80 euros, sendo comparticipado em 92% pela Comissão Europeia.