Sistema de recomendación para la aplicación de fertilizantes nitrogenados en el cultivo de café colombiano

Abstract

El crecimiento demográfico ha impactado fuertemente en la demanda de alimentos a nivel mundial y ha obligado a los productores agrícolas a mejorar sus niveles de producción para solventar las necesidades alimentarias y mantener el crecimiento económico. En consecuencia, muchos productores han incrementado la aplicación de fertilizantes minerales en sus cultivos de manera excesiva e indiscriminada debido a la falta de capacitación en innovaciones continuas. Lo anterior tiene profundos efectos en el medio ambiente, ya que la aplicación de fertilizantes es una de las principales causas de contaminación del agua por nitratos, fosfatos y plaguicidas, y de emisión de gases de efecto invernadero como metano y óxido nitroso. En especial, los fertilizantes nitrogenados representan una de las fuentes de contaminación que más impactan sobre la atmósfera, el suelo y el agua. En Colombia uno de los cultivos más importantes en la economía es el café, el cual ha sido objeto de amplia investigación con el fin de mejorar su producción reduciendo su impacto en el medio ambiente. Por esta razón, es fundamental comprender variables relacionadas con este cultivo como el estado del suelo, la siembra, la cobertura de sombrío, el control de plagas, las enfermedades, la fertilización, la afectación por factores climáticos, entre otros aspectos; sirve para sacarle el mejor provecho posible a la producción del café. Para esto, es necesaria la implementación de tecnologías de la información que faciliten al agricultor el acceso a estas variables y tomar decisiones sobre su cultivo. El presente trabajo de grado, propuso un sistema de recomendación de la cantidad de fertilizantes a aplicar a un cultivo de café considerando aspectos agroclimáticos y una base de conocimiento desarrollada a partir de entrevistas con expertos del dominio y estudios científicos. Dicha base de conocimiento fue consolidada en un sistema de razonamiento por casos (CBR) con el cual se pudo generar las recomendaciones de fertilizante de N, P y K a aplicar en el cultivo. Adicionalmente, el sistema realizó un análisis de temporada climática para recomendar la frecuencia de aplicación de estos fertilizantes más adecuada de acuerdo a las condiciones climáticas. Finalmente, el trabajo realizado hace una contribución importante en el desarrollo agrícola, ya que brindar información de clima, suelo y cultivo ayuda a los agricultores a tomar mejores decisiones para beneficio del manejo y producción de sus cultivos.

Population growth has strongly impacted global food demand and has forced farmers to improve their production levels to meet food needs and maintain economic growth. Consequently, many producers have increased the application of mineral fertilizers on their crops in an excessive and indiscriminate manner due to the lack of training in continuous innovation. This has profound effects on the environment, since fertilizer application is one of the main causes of water pollution by nitrates, phosphates and pesticides, and the emission of greenhouse gases such as methane and nitrous oxide. In particular, nitrogen fertilizers are one of the sources of pollution that have the greatest impact on the atmosphere, soil and water. In Colombia, one of the most important crops in the economy is coffee, which has been the object of extensive research with the aim of improving its production and reducing its impact on the environment. For this reason, it is fundamental to understand variables related to this crop such as the state of the soil, planting, shade cover, pest control, diseases, fertilization, and the effects of climatic factors, among other aspects, in order to take the best possible advantage of coffee production. For this, it is necessary to implement information technologies that facilitate the farmer's access to these variables in order to make decisions about his crop. The present work proposed a system for recommending the amount of fertilizers to apply to a coffee crop considering agro-climatic aspects and a knowledge base developed from interviews with experts in the field and scientific studies. This knowledge base was consolidated in a case-based reasoning (CBR) system that was used to generate the recommendations for N, P and K fertilizer to be applied to the crop. Additionally, the system performed a climatic season analysis to recommend the most appropriate application frequency of these fertilizers according to climatic conditions. Finally, the work performed makes an important contribution to agricultural development, since providing climate, soil and crop information helps farmers make better decisions to benefit the management and production of their crops.