Sistema de monitorización de parámetros de suelo para un sistema productivo de café en el departamento del Cauca

Abstract

Motivación: En Colombia, la actividad agrícola es fundamental para la estabilidad económica y social. De hecho, dentro de este sector, la caficultura representa uno de los aportes más importantes a los ingresos del país [1]. No obstante “el campo se está quedando sin el apoyo que necesita” [2]. Es un sector que carece de estrategias contundentes y amigables de inmersión tecnológica dentro del paradigma de la industria 4.0 y la conectividad que permitan a los agricultores tradicionales mejorar su producción y consecuentemente su calidad de vida [3]. Una de las actividades más importantes en este contexto es la identificación de la cantidad óptima de aplicación de nutrientes al cultivo, lograda a partir del conocimiento de la dinámica de las condiciones físicas y químicas del suelo, elementos minerales y de requerimientos mínimos en los cultivos para su desarrollo. Objetivo: Construir un sistema de monitorización de parámetros de suelo en pequeños sistemas productivos de café. Metodología: Adaptación del modelo de solución IoT definido por Gartner Inc. para el diseño de una arquitectura de referencia compuesta por tres procesos definidos como: Levantamiento de requerimientos, Implementación de la arquitectura de referencia IoT e Interfaz de programación para el consumo de datos. El uso de esta arquitectura permitió monitorizar los parámetros críticos de suelo de un sistema productivo de café, con el fin de tomar medidas preventivas y correctivas que contribuyan a la mejora de las prácticas de manejo del cultivo. Resultados: Un sistema de monitorización de parámetros de suelo para pequeños sistemas de producción de café que apoya los servicios prestados por Ecotecma S.A.S., tales como asistencia técnica virtual, generación de alertas tempranas y análisis predictivos relacionados con el manejo nutricional del cultivo. Esto, teniendo en cuenta que los servicios mencionados requieren de una alta disponibilidad de datos de un sistema de producción a escala local, que permita la generación de información específica de manejo. Conclusiones: Emplear herramientas dentro del paradigma de la agricultura de precisión mejora la productividad y sostenibilidad de las prácticas agrícolas ya que se realiza un control efectivo de los cultivos y reduce el tiempo de obtención de datos de control de parámetros en comparación a los métodos tradicionales. Se desarrolló un sistema de monitorización de parámetros de suelo que integra un sensor comercial de nitrógeno, fósforo, potasio, humedad, temperatura, conductividad eléctrica y salinidad en un sistema productivo de café del departamento del Cauca que sirve y se puede incorporar a los servicios ofrecidos por la empresa Ecotecma.

Motivation: In Colombia, agricultural activity is fundamental for economic and social stability. In fact, coffee farming represents one of the most important contributions to the country’s income [1]. However, “the countryside is running out of the support it needs [2]”. This sector lacks strong and friendly strategies of technological immersion within the industry 4.0 paradigm and connectivity that allow traditional farmers to improve their production and quality of life [3]. One of the most significant activities in this context is the identification of the optimal amount of nutrient application to the crop, which in many scenarios becomes very complex considering the access to tests with chemical reagents and their respective added costs. Such analysis is achieved from the knowledge of the dynamics of mineral elements in the soil and the minimum requirements of crops for their development. Objective: To build a system for monitoring soil parameters in small coffee production systems. Methodology: An adaptation of the IoT model solution proposed by Gartner to design a reference architecture composed of three processes represented: Requirements assessment, Implementation of the IoT reference architecture e Programming interface for data consumption. The use of this architecture made it possible to monitor the critical soil parameters of a coffee production system to take preventive and corrective measures that contribute to the improvement of crop management practices. Results: A soil parameter monitoring system for small coffee production systems that support the services provided by Ecotecma S.A.S., such as virtual technical assistance, generation of early warnings, and predictive analysis related to the nutritional management of the crop. This, considering that the forenamed services require high availability of data from a production system at a local scale, allowing the generation of specific management information. Conclusion: Employing tools within the paradigm of precision agriculture improves productivity and sustainability of agricultural practices since effective crop control is performed and reduces the time to obtain parameter control data compared to traditional methods. A soil parameter monitoring system was developed that integrates a commercial sensor for nitrogen, phosphorus, potassium, humidity, temperature, electrical conductivity and salinity in a coffee production system in the department of Cauca that serves and can be incorporated to the services offered by the company Ecotecma.