INTRODUCCIÓN
⌅El creciente desarrollo de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC) y de los servicios de posicionamiento han potenciado la disponibilidad de información geográfica de diversos sectores de la sociedad (Chambilla, 2019Chambilla, C. D. C. (2019). Implementación de Sistemas de Información Geográfica para el manejo integrado de la mosca de la fruta en SENASA [Trabajo de Diploma (en opción al título de Ingeniero Empresarial y de Sistemas)]. Universidad San Ignacio de Loyola, Lima, Perú.; Gallego & Ventura, 2018Gallego, S., & Ventura, E. (2018). Propuesta para el desarrollo de una aplicación SIG móvil orientada a la comercialización de productos agrícolas (p. 44pp.). Facultad de Medio Ambiente y Recursos Naturales, Universidad Francisco José de Caldas Bogotá, Colombia.; Perez et al., 2019Perez, G. C. A., Pérez, A. J. J., Hernández, S. L., Gustabello, C. R., & Becerra, de A. E. (2019). Sistema de Información Geográfica para la agricultura cañera en la provincia de Villa Clara. Revista Cubana de Ciencias Informáticas, 13(2), 30-46, ISSN: 2227-1899.). Ello, a su vez, ha inducido la creación de los Sistemas de Información Geográfica (SIG) como herramientas capaces de procesar la gran cantidad de datos existentes y proveer nueva información. Un SIG, según Jiménez et al. (2016)Jiménez, M. G. E., León, C. A., Piñero, P. P. Y., & Romillo, T. A. (2016). SIGESPRO: Sistemas de Información Geográfica para controlar proyectos. Revista Cubana de Ciencias Informáticas, 10(2), 181-195, ISSN: 2227-1899., se define como la integración funcional de hardware, software y procedimientos para facilitar la obtención, gestión, manipulación, análisis y representación de datos espacialmente georreferenciados. La aplicación de plataformas SIG en Estaciones Experimentales ha sido utilizado en diversos países según Abarca (2004Abarca, O. (2004). Planificación del aprovechamiento de la tierra de las estaciones experimentales de la Universidad Central de Venezuela (p. 285). Trabajo de Ascenso. Facultad de Agronomía, Universidad Central de Venezuela. Maracay, Venezuela., 2005)Abarca, O. (2005). Conflictos de intensidad de uso de la tierra en las estaciones experimentales de la Universidad Central de Venezuela: Análisis espacial con sistemas de información geográfica. Agronomía Tropical, 55(2), 7-21, ISSN: 0002-192X.; López et al. (2005)López, B. F., Gomáriz, C. F., & Belmonte, S. F. (2005). Diseño de un Sistema de Información Geográfica con interfaz Web en el Campo Experimental de El Ardal (Cuenca de Mula, Murcia) [Informe Anual año hidrológico 2004-2005]. Red de Estaciones Experimentales de Seguimiento y Evaluación de la Erosión y Desertificación del Proyecto LUCDEME, Ministerio Medio Ambiente, Murcia, España., dando soluciones tanto a las necesidades de la investigación, que manejan la información obtenida en campo, como la ya disponible en diversas fuentes externas, permitiendo almacenar de forma estructurada, ordenada y centralizada la información asociada a la estación experimental y permitir tanto el acceso, para la consulta de la información, desde cualquier punto fuera del servidor, así como para la introducción, edición, extracción y análisis.
El Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola (IAgric), cuenta dentro de su estructura con una estación experimental, localizada en la finca Pulido, la que cumple funciones básicas de investigación, extensión, docencia y producción.
El objetivo de éste trabajo, es la conceptualización de una infraestructura de datos espaciales orientada a la gestión de una finca para la producción agrícola soportada sobre una plataforma SIG, sin hacer consideraciones acerca de resultados de investigación, extensión y docencia, los cuales tienen implicaciones fuera del alcance de este estudio
MATERIALES Y MÉTODOS
⌅El Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola (IAgric), es una institución creada en 2010 mediante la integración del Instituto de Investigaciones de Mecanización Agropecuaria (IIMA) y del Instituto de Investigaciones de Riego y Drenaje (IIRD). Con esta integración se logra un uso más eficiente del potencial científico con que contaban las dos instituciones que le dan origen, así como de las capacidades instaladas. Dentro de la estructura del IAgric, se encuentra la Estación Experimental Agrícola, Pulido, en la que se conducen ensayos pruebas de máquinas, etc., como parte de los proyectos de investigación desarrollo que lleva la institución, que posteriormente se extienden en otras condiciones edafoclimáticas.
Aspectos que caracterizan la finca donde se localiza la Estación Experimental
⌅Se localiza en el Municipio Alquizar, Provincia Artemisa, en las coordenadas 22°46'49,20” Latitud Norte y 82°36'06,69” Longitud Oeste, con un área bruta de 81.04 ha. (Figura 1). El Municipio se sitúa al Suroeste de la Provincia Artemisa el cual posee una extensión territorial de 194,40 km2, formando parte de la Llanura Cársica Habana-Matanzas, de topografía plana, y donde predominan los suelos Ferralíticos Rojos.
El clima, está caracterizado de forma general por presentar una temperatura media anual en el orden de los 23-25°C, con una velocidad del viento 1,2 ms-1. La humedad relativa de 80% y las precipitaciones tiene como promedio anual los 1531 mm, de los cuales 68% (1044,4 mm) se distribuyen entre los meses de mayo y octubre, correspondientes al período lluvioso y el restante 32% (486,4 mm) corresponden al período seco, que se extiende desde el mes de noviembre hasta el mes de abril. Durante el período seco el balance de lluvia y evapotranspiración potencial de la zona es negativo por lo que el riego es imprescindible para la obtención de buenos rendimientos agrícolas
El suelo predominante en la finca es Ferralítico Rojo compactado, bien evolucionado, de perfil ABC, el relieve llano, sustentado por caliza, su principal proceso de formación ha sido la ferralitización, profundo, de textura arcillosa, compuesto por minerales del tipo 1:1 y óxidos e hidróxidos de hierro y aluminio. Su fertilidad, puede catalogarse de media a alta, de buena estructura, su principal factor limitante es la compactación, pero también es importante su baja retención de humedad en época de sequía.
Datos de algunas propiedades del suelo, obtenidos en la UCTB, se muestran en las Tablas 1 y 2, estando el contenido de materia orgánica (MOS) entre 1.5 y 3%, niveles alcanzados, producto de las transformaciones parciales o totales de los restos orgánicos aportados por residuos vegetales, animales y de biomasa microbiana.
| Prof. cm | Da g cm-3 | Cc cm3 cm-3 | Arena % | Arcilla % | Limo % | Hum. Satur. cm3 cm-3 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0-20 | 1,18 | 0,39 | 20,9 | 57,4 | 21,7 | 0,48 |
| 20-40 | 1,28 | 0,43 | 17,7 | 61,8 | 20,5 | 0,53 |
| 40-60 | 1,20 | 0,40 | 28,9 | 62,8 | 14,3 | 0,54 |
| 60-80 | 1,20 | 0,40 | 20,3 | 61,4 | 18,3 | 0,49 |
Da- densidad aparente, Cc- humedad a capacidad de campo, Hum. Satur.- humedad en la condición de suelo saturado.
El agua para el riego en la finca, es de origen subterráneo sobre material cársico (característico de la zona Sur de la Provincia Artemisa). Presenta valores medios de conductividad eléctrica (0,83 dS·m-1) y relación de absorción de sodio (1,44 meq·L-1); que hacen que se clasifique como de salinidad ligera a moderada y apta para su uso en el riego agrícola (Tabla 3).
| Prof. cm | pH | C.E. | M.O | P2O5 | K | Na | Ca | Mg | CCB |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| KCl | dS m-1 | % | mg/100 g | meq /100 g | |||||
| 0.30 | 5,86 | 0,08 | 1,52 | 21,27 | 0,436 | 0,028 | 4,13 | 0,84 | 5,43 |
| 30-60 | 6,10 | 0,07 | 2,36 | 7,41 | 0,746 | 0,032 | 3,63 | 0,75 | 5,16 |
| pH | C.E. | SST | Aniones | Cationes | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| NO3- | HCO3- | SO4-2 | Cl | Ca2+ | Mg+2 | K+ | Na+ | |||
| dS m-1 | mg/l-1 | |||||||||
| 7.1 | 0.83 | 543 | - | 5.3 | 1.2 | 3.9 | 6.1 | 1.1 | 0.06 | 2.9 |
Sistema de Información Geográfico (SIG) utilizado
⌅Los Sistemas de información geográfica están inmersos en los más genéricos “Sistemas de información” cuyo objetivo es dar respuesta a preguntas no predefinidas de antemano. La tecnología aplicada en los SIG multiplica el valor añadido del sistema de apoyo a la decisión al poder manejar un gran número de datos interrelacionados, con un elevado, y cada día más complejo, nivel de análisis territorial, resumiéndose según se observa en la Figura 2, siendo el dato el “antecedente necesario para el conocimiento exacto de una cuestión”, mientras que el atributo geográfico le dota de un componente espacial, indicando su localización y su valor cualitativo y/ó cuantitativo en una porción del territorio.
El levantamiento catastral representa el atributo geográfico, que constituye una etapa básica, dentro de la implementación del SIG. A partir de estos criterios se estableció un modelo digital considerando en la estructura de la base espacial, grupos y dentro de éstos las diferentes capas. Se desarrolló un diagrama detallado de flujo de información derivado del modelo conceptual específico, ajustado a las características y necesidades de la finca Pulido. Se utilizó QGIS el cual es un SIG de software libre y de código abierto para plataformas GNU /Linux, Unix, Mac OS, Microsoft Windows y Android.
Levantamiento catastral de las áreas y objetos de la UCTB
⌅Se utilizó un GPS (Global Positioning System) Garmin, el cual es una tecnología que facilita la captura de información para el levantamiento de datos georreferenciados en campo. Con ello se obtuvo la representación de los principales elementos catastrales a tener en cuenta, los que son; polígonos que conforman los linderos de las parcelas, perímetros de construcciones existentes, guardarrayas, caminos, motobombas, hidrantes, entre los principales elementos. El dispositivo utilizado con una tolerancia de hasta 2 metros. La información obtenida permitió representar cartográficamente los objetos existentes en el terreno para, posteriormente, integrarlos a una base de datos geográfica soportada en el Sistema de Información Geográfico (SIG). Para garantizar esta precisión se realizaron observaciones a cada vértice del frente de los lotes que colindan con las guardarrayas y caminos, marcando las divisiones entre los mismos. Su posterior procesamiento se realizó en gabinete mediante el SIG y su validación posterior de nuevo en campo.
Recopilación de información tabular
⌅La información cuantitativa y/ó cualitativa que se vincula al soporte espacial y que le atribuye un valor diferenciado a cada uno de ellos. Son propiedades intrínsecas que se pueden medir constituyendo el atributo o atributos del dato. Definiendo una base de datos, según Elmasri et al. (2007)Elmasri, R., Navathe, S. B., Castillo, C. V., Pérez, Z. G., & Espiga, G. B. (2007). Fundamentos de sistemas de bases de datos (Número QA76. 9D3 E553 2007.). Pearson educación, Pearson-Addison Wesley 5ta Ed., España, Issue: QA76. 9D3 E553 2007.ISBN: 84-7829-085-0., como “un conjunto de datos reunidos en uno o más ficheros que se almacenan de forma no redundante y que pueden ser utilizados por un sistema de gestión”. La base de datos relacional y su sistema de gestión deben estar diseñados y estructurados de tal manera, que por un lado estén correctamente relacionados con la base de datos geográfica mediante un identificador interno, y por otro mantengan un orden lógico entre sus elementos internos con el fin de poder gestionarlos. Por ello, la labor analítica del diseño de la base de datos temática es un paso importante dentro de la estructuración de un SIG. Este análisis se realiza en la mayoría de los SIG según el modelo de entidad-atributo-relación con una organización relacional de los datos (Gómez, 2013Gómez, F. M. del C. (2013). Material didáctico. Notas del curso de Bases de Datos. Departamento de Matemáticas Aplicadas y Sistemas. División de Ciencias Naturales e Ingeniería. Ed. Universidad Autónoma Metropolitana, México D.F. ISSN: 978-607-477-880-9.). En todos los casos la información cuantitativa y/o cualitativa se realizó utilizando sistema Excel en formato *.csv, donde cada fila con los atributos considerados se vinculó a un punto espacial correspondiendo a la capa espacial específica.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
⌅Un aspecto inicial e imprescindible que permita la conformación de una plataforma sostenida en Sistema de Información Geográfica es la conceptualización general, la que se muestra en la Figura 3, detallando la relación que existen entre los diferentes actores que intervienen en la Estación Experimental. El modelo presentado, se apoya en la propuesta de Hjelmager et al. (2005)Hjelmager, J., Delgado, T., Moellering, H., Cooper, A. K., Danko, D., Huet, M., Aalders, H. J. G. L., & Martynenko, A. (2005). Developing a modelling for the spatial data infrastructure. ICC2005 International Cartographic Conference, La Coruña, España., desarrollado a partir de la revisión de diferentes modelos aplicables a las infraestructuras de datos espaciales.
La vinculación de la información, se realiza a través de diagrama detallado del flujo de información y el grado de dependencia entre ellos, en todos los casos la interrelación de la información se realiza por medio de códigos y donde deben participan todos los factores vinculados a la gestión de la información. La Figura 4, muestra el Modelo Conceptual aplicado a la Estación y el grado de relación de las principales áreas del proceso de gestión. Se observa como el campo es la unidad mínima de manejo, sobre la cual interactúan las diferentes dependencias y de las cuales se obtiene información tabular que se vincula a la representación espacial del campo. A manera de ejemplo se observa como el campo contiene Perfiles y Puntos de fertilidad y éstos están caracterizados por análisis, los que se dividen en horizonte y/o profundidades.
La estructura básica del sistema, se conceptualizó en 6 grupos de capas (Figura 4), con las consiguientes capas dentro de ellos. Las diferentes capas generales constituidas por la información geoespacial, deben estar debidamente codificadas, para su posterior asociación con las bases de datos alfanuméricas. Un aspecto a destacar lo es que la capa correspondiente a los campos, será actualizada cada año (en el mes de enero), quedando conformada como campos_202(x), manteniendo en todos los casos el mismo número de código de cada campo y en el caso de conformar nueva área (campos) debe georreferenciarse e incluirse en la capa del año correspondiente.
| GRUPO | CAPA | SIGNIFICADO |
|---|---|---|
| LIMITES | Limite Provincia | Limite Provincia: Encierra el límite de la Provincia donde se ubica la UCTB |
| Limite Municipio | Limite Municipio: Encierra el límite del Municipio donde se ubica la UCTB | |
| Pueblo | Punto de centros poblados próximos a la UCTB | |
| Vialidad | Vialidad próxima a la UCTB | |
| ESTRUCTURA | Limite Estación Experimental | Limite UCTB: Define el área ruta de ésta |
| Campos_202(X) | Campos_202(x). Corresponde a los polígonos de los campos lo que se actualizan el primero de enero del año que comienza. | |
| Vialidad interna | Vialidad: Representa las características de la vialidad dentro de la UTCB | |
| Obras de fábrica | Obras de fábrica: Representa todas las estructuras de hormigón o no por donde circula el agua | |
| Máquina de riego | Máquina de riego. Corresponde a las máquinas de riego instaladas dentro de la Estación Experimental | |
| EDAFOLOGÍA | Mapa base de suelo | Mapa base de suelo: Corresponde al mapa de suelo se de la zona donde se encuentra la Estación Experimental. En caso de existir un mapa de suelo a escala detallada realizado sólo para la Estación Experimental, se detallará como |
| Perfiles de suelo | Perfiles de suelo: Corresponde a los perfiles de suelo realizados dentro de la Estación Experimental, independientemente de su procedencia | |
| Puntos estacionarios de suelo | Puntos estacionarios de suelo: Corresponde a puntos donde se han tomado muestras de suelo y estos se han podido georreferenciar | |
| Prop_suelos_exp. | Propiedades de suelos de experimento: Corresponde a información de muestras de suelo tomadas en la consecución de un experimento y provenga del resultado de varias muestras tomadas y que se ubique en un campo | |
| PROYECTOS | Área_prod_202(x) | Área de producción. Corresponden aquellas áreas que no están involucradas en proyectos de investigación |
| Área_proy_202(x) | Área de producción. Corresponden aquellas áreas que corresponde a proyecto de investigación. | |
| MANEJO AGUA | Pozos | Pozos: Contiene todos los pozos ubicados dentro del área experimental |
| Hidrantes | Hidrantes: Contiene todos los hidrantes ubicados dentro del área experimental | |
| Estación de bombeo | Motobombas: Contiene todas motobombas ubicadas dentro del área experimental | |
| INFRAESTRUCTURA |
A manera de ejemplo las Figuras 5, 6, 7, 8 y 9 muestran algunas capas de la estructura espacial de la plataforma SIG de la UCTB.
La vinculación de datos espaciales con información descriptiva de alguna característica particular de un mapa, es uno de los atributos que brindan los SIG. Las bases de datos relacionales, son el modelo más utilizado hoy en día, básicamente constituidas por un conjunto de tablas, similares a las tablas de una hoja de cálculo, formadas por filas (registros) y columnas (campos). Los registros representan cada uno de los objetos descritos en la tabla y los campos los atributos (variables de cualquier tipo) de los objetos. En el modelo relacional de base de datos, las tablas comparten algún campo entre ellas. Estos campos compartidos van a servir para establecer relaciones entre las tablas que permitan consultas complejas y que al relacionarlas con las tablas que contienen la información espacial se representará espacialmente la información, coincidiendo con los conceptos planteados por Gómez (2013)Gómez, F. M. del C. (2013). Material didáctico. Notas del curso de Bases de Datos. Departamento de Matemáticas Aplicadas y Sistemas. División de Ciencias Naturales e Ingeniería. Ed. Universidad Autónoma Metropolitana, México D.F. ISSN: 978-607-477-880-9.. La Figura 10, muestra dos ejemplos de tablas relacionas dentro de la estructura del SIG diseñado para la Estación Experimental, donde se vincula el número de campo, área proyecto, área producción e información de propiedades del suelo correspondiente al campo.
La estructura de la base de datos relacional de alguna de las principales capas, se detallan en los Tablas 5, 6. 7, 8, 9 y 10.
| COD_CAM | SECCION | UMAN | ÁREA_N | TUT (*) | OBSERVACIONES |
|---|---|---|---|---|---|
| 11 | 1 | 1 | 1 | ||
| 12 | 1 | 2 | 2 | ||
| 13 | 1 | 3 | 4 | ||
| 21 | 2 | 1 | 6 |
(*) Tipo de utilización de la tierra
| TUT | |
|---|---|
| COD | Característica |
| 1 | Frijol |
| 2 | pasto |
| 3 | Maíz |
| 4 | Boniato |
| 5 | Ganadería |
| 6 | Vacía |
| COD_VIA | TIPO | LONGITUD | ANCHO | ESTADO | OBSERVACIONES |
|---|---|---|---|---|---|
| 0001 | 2 | 500,00 | 3.0 | 1 | |
| 0002 | 2 | 950.00 | 6.0 | 2 |
| TIPO | ESTADO | ||
|---|---|---|---|
| COD | Denominación | COD | Denominación |
| 1 | Guardarraya | 1 | Bueno |
| 2 | Camino | 2 | Regular |
| 3 | Malo | ||
| COD_OBRA | ESTADO | TIPO | DESCRIPCION |
|---|---|---|---|
| 01 | Bueno | 02 | Puente |
| 02 | Regular | 02 | Alcantarilla |
| TIPO | T_ESTRUC | DESCRIPCION |
|---|---|---|
| 01 | Estructuras de Aforo | Vertedores |
| Aforadores | ||
| 02 | Obras de cruce | Alcantarilla |
| Canaletas | ||
| Puente | ||
| Sifones | ||
| 04 | Estructuras de control de Erosión | Saltos |
| Rápidas |
| COD | PROF | NIVEL ESTATICO | NIVEL DINAMICO | DIAM_ POZO | ACTIVO | OBSERVACIONES |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 01 | 10,84 | 4,5 | 400 | SI | ||
| 02 | 9,62 | 4,5 | 4,72 | 500 | SI |
| FUENTE | DIAMETRO | NIV_DINAM | GASTO | T_BOMBA | RIEGA | METOD_RIEG | TECNICA | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Subterranea | 0,6 | 52,0 | 75 | Vertical | SI | 1 | 1 |
| 2 | Subterranea | 0,6 | 25,1 | 106 | Vertical | NO | 1 | 5 |
| COD_MET | METOD_ RIEG | COD_TEC | TECNICA |
|---|---|---|---|
| 1 | Aspersión | 1 | Maquina |
| 2 | Enrolladores | ||
| 3 | Portátil | ||
| 4 | Fijo (Estacionario) | ||
| 5 | Semiestacionario | ||
| 2 | Gravedad | 7 | Surcos |
| 3 | Localizado | 8 | Goteo Subsuperficial |
| COD_PERFIL | ESTADO | TIPO | T_ESTRUC | DESCRIPCION | OBSERVACIONES |
|---|---|---|---|---|---|
| 01 | Bueno | 02 | Obras de cruce | Puente | |
| 02 | Regular | 02 | Obras de cruce | Alcantarilla |
La información básica de la base de datos alfanuméricos siempre deberá contener el código de la unidad espacial a la que se vinculará; así por ejemplo la base de datos correspondiente a la información de perfiles de suelo 202(x), la que debe aparecer como se muestra en la Figura 11, donde COD_PERFIL es la propiedad que vincula al objeto espacial (perfiles de suelo) que guarda la información espacial de cuando éste fue tomado.
CONCLUSIONES
⌅La plataforma establecida, brinda solución tanto a las necesidades de los investigadores que manejan la información obtenida en campo (ya disponible en diversas fuentes externas, aunque no referenciadas espacialmente), almacenar de forma estructurada, ordenada y centralizada la información asociada a la estación experimental, sirviendo como base de datos patrimoniales de la institución, permitir el acceso para la consulta de la información desde cualquier punto fuera del servidor, la introducción, edición, extracción y análisis, así como puede constituir un paso para la introducción de la “agricultura de precisión” en la Estación Experimental, para llegar a éste manejo, se debe pasar por una “agricultura precisa”. La plataforma que se establece en la finca Pulido, puede constituir un modelo para la validación de los resultados obtenidos en otras fincas del Municipio Alquizar y su posterior generalización a productores de la Provincia Artemisa, a partir de poder contribuir al ordenamiento territorial de éstos territorios.