La aplicación de la teledetección permite evaluar, mediante el uso de uso de sensores hiperespectrales y térmicos de alta resolución, el estado fitosanitario de un cultivo antes de la aparición de los primeros síntomas visuales de una enfermedad, por lo que puede convertise en una herramienta crucial para desarrollar estrategias adecuadas de manejo y control de los patógenos. En España, el mayor referente de esta tecnología es Pablo Zarco-Tejada, investigador del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, que actualmente trabaja como profesor de la Universidad de Melbourbe (Australia) y lidera su laboratorio de teledetección hiperespectral.

Tras completar los estudios de Ingeniero Agrónomo en la Universidad de Córdoba, Pablo Zarco-Tejada emprendió un periplo internacional para formarse como investigador que le llevó por Gran Bretaña, Canadá y la Universidad de California. Regresó a su ciudad natal, Córdoba, para dirigir el Instituto de Agricultura Sostenible del CSIC, y posteriormente trabajó en el Joint Research Centre de la Comisión Europea. Actualmente, es profesor y vicedecano de la Universidad de Melbourne (Australia), donde lidera HyperSens, un laboratorio de teledetección hiperespectral. Sus trabajos en España sobre la detección temprana de la verticilosis en olivo o la Xylella fastidiosa en almendros y olivos, por ejemplo, demuestran la eficacia de esta tecnología para ayudar a gestionar las epidemias y los sistemas operativos de vigilancia fitosanitaria.

 ¿Cómo surgió la oportunidad de trabajar de profesor en la Universidad de Melbourne?

Estando en la Comisión Europea surgió la posibilidad de unirme a la Universidad de Melbourne como profesor, liderando el laboratorio HyperSens sobre teledetección en agricultura. Actualmente también realizo las labores de vicedecano de la facultad, en la parte de doctorado. Mantengo la conexión con el CSIC en España, ya que soy doctor vinculado, una figura que me permite seguir participando en proyectos y liderar actividades de investigación entre Australia y España.

¿Cuál es la principal actividad de HyperSens?

Nos centramos en teledetección hiperespectral, utilizando sensores con bandas espectrales que permiten la detección de estrés en cultivos mediante modelos que explican la interacción de la radiación con la vegetación. Estos sensores normalmente los embarcamos en plataformas aéreas, ya sean tripuladas o drones, así como satélites. No obstante, la mayor parte de nuestros trabajos de investigación se centran en la detección temprana, pre-visual, de síntomas de estrés de cultivo causados por falta de agua o nutrientes, o bien debido a patógenos; es decir, enfermedades que podemos detectar antes de que los síntomas visuales aparezcan y sea demasiado tarde. En este sentido, una gran parte del éxito que hemos conseguido en los últimos diez años en el uso de la teledetección para monitorizar enfermedades ha sido debida a una estrecha colaboración con investigadores de patología vegetal del Instituto de Agricultura Sostenible del CSIC, ya que la conexión patología-teledetección requiere de expertos en ambas disciplinas de investigación.

¿Cómo empezó su interés por los métodos de teledetección?

Comenzaron cuando era alumno de ingeniería en Córdoba y la Dirección de la Escuela inauguró un centro de análisis de datos geoespaciales, con una antena para la recepción de imágenes de satélite. Eso me cautivó, y posteriormente, gracias al programa ERASMUS pude estudiar en Irlanda, donde había otro laboratorio similar de teledetección. No obstante, no fue hasta que terminé mis estudios en Córdoba y me desplacé con una beca a Escocia para estudiar un Master en Teledetección, cuando aprendí realmente sobre la ciencia de la radiación y sus aspectos espectrales. Mi doctorado en Canadá, en uno de los mejores centros de teledetección, supuso el salto cualitativo en lo que se refiere al aprendizaje de la física que nos permite cuantificar parámetros de interés en agricultura, y la aplicación de la teledetección en agricultura de precisión y en aplicaciones forestales. Sigo siendo un apasionado de la teledetección e intento transferirle a mis alumnos de doctorado esa pasión por la tercera dimensión (la dimensión espectral) de las imágenes que obtenemos con sensores.

¿Cómo funciona el uso de la teledetección en la prevención de enfermedades?

De la misma forma que cualquier enfermedad en humanos se puede detectar mediante diferentes métodos, en algunos casos visuales pero en otros con técnicas más avanzadas, en vegetación existen determinados cambios fisiológicos que ocurren cuando se produce la infección. Esos cambios fisiológicos no se detectan visualmente en estados iniciales de la infección, pero paulatinamente la planta comienza a reducir su transpiración, o su fotosíntesis, o a reducir determinados pigmentos fotosintéticos, bien porque se degraden o porque comienza un proceso de deterioro de la maquinaria fotosintética. Esos pequeños cambios que el ojo humano solo puede detectar cuando los síntomas se hacen visuales y el estado es más avanzado, podemos detectarlos mediante espectroscopía de imagen. En determinadas bandas espectrales detectamos cambios que podemos asociar a los efectos fisiológicos producidos por la enfermedad. Hemos demostrado, en una publicación reciente, en Nature Communications, que esos cambios fisiológicos y sus efectos espectrales son específicos de determinadas enfermedades, lo cual es un paso muy importante para poder diferenciar los efectos del estrés causado por enfermedades de aquellos que son causados por falta de agua (estrés hídrico) o de nutrientes.

Lleva más de veinte años trabajando en este campo, ¿cómo ha evolucionado la tecnología que se utiliza en este periodo?

Ha avanzado mucho, y suelo mostrárselo a mis alumnos cuando doy clase para enseñarles que instrumentación que hoy día consideramos estándar no lo era tanto hace unos años. Enseño una foto con uno de los primeros sensores hiperespectrales que usábamos en el año 1997, a bordo de una avioneta, y suelo decir que pesaba cientos de kilos y su coste era de alrededor del millón de dólares. Hoy día operamos sensores con características similares que podemos apoyar en la palma de la mano, y con un coste veinte veces menor. La revolución en la sensorización e instrumentación ha sido inmensa, lo cual ha traído su parte negativa también: a veces ponemos el enfoque en el instrumento, mientras que lo interesante realmente es qué hacemos con los datos que obtenemos, cómo los procesamos, usamos, y analizamos, y qué información podemos obtener de dichos datos.

En cualquier caso, en estos años, desde que en 1997 me desplacé a Canadá para comenzar a aprender sobre sensores hiperespectrales, la técnica y la ciencia han avanzado enormemente. Mi director de tesis me contaba cómo ellos mismos hacían los cálculos de los datos de las imágenes con ordenadores con una tasa de procesamiento bajísima, necesitando días para obtener resultados de cálculos que hoy obtenemos en milisegundos. Por otro lado, los modelos que están basados en la física de la interacción de la radiación con la vegetación han evolucionado enormemente, y el conocimiento que tenemos sobre determinados procesos, incluida por ejemplo la emisión de fluorescencia por la vegetación que usamos actualmente para detectar cambios en la fotosíntesis han avanzado muchísimo en los últimos veinte años.

Mediante espectroscopía de imagen podemos detectar cambios fisiológicos que el ojo humano solo detecta cuando los síntomas se hacen visuales y el estado es más avanzado

¿Cuáles considera que son los trabajos más importantes en los que ha participado?

Pienso que mis trabajos de investigación en Canadá fueron claves para demostrar que podíamos detectar fluorescencia clorofílica mediante espectroscopía de imagen, algo que hoy día damos por sentado pero que en los años 90 no estaba tan claro. Todos los trabajos posteriores que demuestran que podemos detectar dicha señal, y conectarla con el estrés en estados iniciales y la reducción en la tasa fotosintética,, ha sido un avance muy importante, y apasionante.

Además de eficaces, ¿es económicamente viable invertir en trabajos de teledetección?

En los años 80 y 90, los sensores de teledetección más avanzados estaban disponibles solamente en organizaciones gubernamentales y agencias espaciales cono la NASA, la Agencia Espacial Canadiense, la Agencia Espacial Europea o el DLR de Alemania. Y por supuesto, el INTA en España, con quienes he tenido el placer de colaborar. En esos momentos, aquellos sensores podíamos usarlos solamente para estudios de investigación, debido no solo al coste operativo, sino también a la logística de adquisición de imágenes. A partir del año 2000, sobre todo en la primera década, la revolución de los drones y los sensores multi e hiperespectrales y térmicos ha permitido que el acceso a dicha instrumentación sea mucho más fácil y asequible. No obstante, se han vertido excesivas esperanzas en los drones, los cuales tienen muchas aplicaciones directas en agricultura, pero la escala de trabajo y las distancias entre parcelas a veces no nos permiten usar dicha tecnología de manera óptima. En cualquier caso, el avance de la tecnología de los vehículos no tripulados, la miniaturización de las cámaras y el desarrollo de métodos rápidos de procesamiento de imágenes nos permite hacer cosas hoy día que antes eran impensables, como por ejemplo obtener imágenes de parcelas de miles de hectáreas y procesarlas en solamente varias horas, obteniendo mapas de la variabilidad del estrés hídrico o nutricional en menos de 24 horas.

¿Qué otras aplicaciones agronómicas tiene el uso de sensores hiperespectrales y térmicos?

La detección de estrés hídrico nos permite evaluar la variabilidad espacial de las necesidades hídricas, y mediante modelos agronómicos y análisis de dichos datos, recomendar cambios en las dosis de riego o mejorar aspectos de la ingeniería del riego para ahorro de agua. Detección de malas hierbas, detección de enfermedades, como he comentado anteriormente, o caracterización de parámetros del suelo y deficiencias nutricionales son otras de las aplicaciones más interesantes. En mi caso, lo que más me interesa es poder detectar el efectos causados por estrés biótico o abiótico en la fisiología mediante su detección con métodos de espectroscopía.

¿En qué países está avanzando más el uso de estas técnicas en la agricultura?

Pienso que en Europa somos pioneros en esta temática, así como en Estados Unidos, Canadá o Australia. En función del tipo de cultivos y extensiones de las parcelas, el uso de drones, aviones tripulados o satélites están más o menos justificados. No se trata de que una tecnología sea mejor que otra, sino de adaptar la tecnología disponible al problema que se quiere estudiar.

A nivel global, ¿se ha extendido la digitalización en la agricultura o estamos todavía en una fase muy incipiente?

Se ha vendido en exceso que la digitalización iba a solventar todos los problemas del campo, algo que todos sabemos que no es así. En los años 80 se vendió que los satélites iban a solucionar todos los problemas medioambientales del planeta, y todos sabemos que gracias a dichas tecnologías tenemos más información, lo cual no quiere decir que estemos en una situación necesariamente mejor. En determinadas aplicaciones, como en el estudio de las necesidades hídricas, nutricionales y en la detección y monitorización de enfermedades, pienso que hemos dado pasos de gigante en los últimos veinte años. No obstante, necesitamos esperar a que se lancen al espacio más satélites con sensores hiperespectrales con una resolución espacial mejor, ya que la mayor información espectral nos permite detectar mejor la fisiología del cultivo, lo cual es básico para comprender qué estamos viendo en las imágenes que obtenemos mediante los diferentes sensores.

Se ha vendido en exceso que la digitalización iba a solventar todos los problemas del campo, algo que todos sabemos que no es así

¿Está el sector agrícola suficientemente preparado para aprovechar las ventajas que brinda la digitalización?

Muchas veces vemos fotos de agricultores con un dron en la mano, como muestra del futuro de la digitalización del sector. No descarto que algo así ocurra en unos años, pero pienso que son las empresas de servicios las que deben conectar la investigación que desarrollamos en las universidades y centros e investigación con los agricultores identificando correcamente los problemas que debemos solucionar. Los avances han sido grandes, pero esas empresas a veces ofrecen servicios a los agricultores que no son lo más avanzado. Por esa razón, la conexión de empresas con centros de investigación es clave para que se transfiera lo más innovador que se desarrolla en los laboratorios.

Actualmente, en la Unión Europea existe interés por extender el uso de drones para la aplicación de fitosanitarios. ¿Le parece viable?

Pienso que es simplemente un aspecto económico y operativo: se debe usar la plataforma que nos permita hacer el trabajo de la mejor forma posible y con la mayor eficiencia. A veces me preguntan por la plataforma a utilizar para volar una parcela de cultivo, pero cuando pregunto que para qué es, no me saben responder. Esto demuestra que muchas veces nos centramos más en la técnica, o en la instrumentación, y no tanto en el cómo o el por qué. Con el paso de los años los drones dejan de ser la ‘moda’, y pasaremos a una situación en la que la elección de la plataforma para cada trabajo se elija de manera más racional. En algunos casos, el uso de drones para aplicación de fitosanitarios puede estar justificado, pero en otros, debido a la escala de trabajo, seguramente otros métodos serán mejores. Adaptarse a cada situación es la base del éxito, en agricultura y en investigación.