El balance en las plantas define la relación entre la disponibilidad de agua para su captura por las raíces y la demanda evapotranspirativa. De esta forma, los balances negativos resultan en reducciones en lo que los ecólogos denominan Productividad Primaria Neta. La estimación de balances hídricos es clave en temas agrícolas y ecosistémicos naturales frente a situaciones de limitación esporádica o crónica de agua. Esto adquiere particular relevancia frente al cambio climático global, en donde las alteraciones en los componentes del ciclo del agua a nivel global van a definir el destino de muchas tierras agrícolas y ecosistemas naturales. Estos últimos, en particular los ecosistemas forestales, van a determinar el impacto que vaya a tener el incremento en la concentración atmosférica de gases invernadero. Los bosques tropicales son sumideros de carbono muy dinámicos y sensibles a variables climáticas, donde la temperatura y estatus hídrico son las de mayor relevancia, pues cambios en ellas pueden causar en alteraciones funcionales significativas y hacer de estos bosques emisores netos de carbono. Un criterio similar se aplica a cultivos agrícolas perennes, donde la luz y temperatura no son factores limitantes, y el balance hídrico determina directamente la productividad anual. Así, este proyecto desea implementar tecnología novedosa para estimar la demanda hídrica y su relación con la productividad primaria para un ecosistema natural de bosque tropical y un cultivo tradicional de la costa peruana: el olivo. Para su validación, se utilizarán dos metodologías  comparativas. Por una parte, el desarrollo de redes inalámbricas de bajo costo con sensores volumétricos de agua en suelo y sensores del diámetro de tronco como indicador de cambios en flujos de savia, con lo que se pretende estimar la demanda hídrica. Por otra parte, el sistema será calibrado por análisis de correlación con sistemas de covarianza de flujos turbulentos (covarianza Eddy) que permiten estimaciones precisas de la productividad y balance hídrico.

Las situaciones de déficit hídrico son comunes a la gran mayoría de bosques naturales y cultivos leñosos perennes del país, sean estos valles costeros o bosques amazónicos. Si bien son más marcados en la vertiente occidental de los Andes, en las últimas décadas se ha ido adquiriendo información climática sobre ciclos de sequía amazónicos cuya intensidad y frecuencia han definido históricamente su papel de sumidero o de emisor de carbono a la atmósfera. Reportes detallados de las sequías del 2005 y 2010 han mostrado cómo el bosque amazónico es compartimiento muy dinámico del ciclo de carbono y cómo un periodo de sequía de intensidad mayor al promedio puede eliminar su función de sumidero. Dado que los modelos climáticos sugieren que la periodicidad de eventos de déficit hídrico puede acentuarse, grupos de investigación internacionales están modificando sus sistemas de monitoreo para obtener mayor información sobre el movimiento del agua en la vegetación. Se presta mayor atención a las características hidráulicas del xilema en distintas especies de árboles, a temperaturas de las hojas en el dosel del bosque, a la respuesta en conductancia estomática a rangos de presión de vapor de agua y a los flujos netos de agua evaluados por covarianza Eddy. La abrumadora mayoría de estos estudios se llevan a cabo en la Amazonía brasileña, donde hay una mayor concentración de grupos trabajando con técnicas de monitoreo intensivo y remoto. La Amazonía occidental no tiene capacidad instalada de este tipo y por ello se utilizan técnicas biométricas que requieren de campañas con un número elevado de personas que, por razones logísticas, se llevan a cabo en intervalos relativamente espaciados. Para el caso de bosques y cultivos perennes costeros, tales como algarrobo, olivo, tara o vid, la situación es una de sobreutilización de recursos hídricos. La transición a cultivos de menor requerimiento de agua y la progresiva tecnificación del riego son medidas que están siendo implementadas de manera progresiva, aunque la presencia de sistemas efectivos de manejo predictivo del suministro hídrico no es aún muy común.

De este modo, la introducción de un seguimiento en tiempo real de la demanda hídrica de los árboles proporcionaría valiosa información para una dosificación apropiada del riego. Para ello es muy útil tener una idea de los flujos de agua entre superficie y atmósfera en las áreas de cultivo costeras. Esto es algo que ya se ha hecho para zonas con problemas parecidos como el sur de España, Italia o algunos países del Magreb, con la diferencia de que en ellos se cuenta con una temporada de lluvias que en la costa peruana es casi inexistente. El monitoreo tecnificado del estatus hídrico de bosques y cultivos leñosos es un desarrollo ineludible para poder hacer un manejo racional y adaptativo de espacios naturales y de uso agrícola.

El transporte de agua desde la superficie de un ecosistema terrestre hacia la atmósfera está definido por la evapotranspiración (ET). Este término incorpora el componente físico evaporativo desde la superficie y el de transpiración que ocurre primariamente desde las hojas de las plantas a través de los estomas. La ET es una magnitud importante del balance hídrico del ecosistema y está fuertemente ligada a la producción primaria bruta de la vegetación por el intercambio de gases necesario para la fotosíntesis. Son dos parámetros los que determinan el componente transpirativo de la ET, el índice de área foliar (LAI) y la conductancia estomática. Estos dan una idea de la magnitud de la superficie desde donde puede ocurrir transpiración, el grado de apertura de los estomas y las características del tejido foliar que afectan el intercambio de gases entre hoja y atmósfera.

La determinación de ET proporciona información importante no solo sobre productividad, sino también de status hídrico. Así, la ET puede ser estimada por una variedad de maneras, tanto directas como indirectas, que incluyen flujos turbulentos (covarianza Eddy), porometría, flujo de savia, termografía del dosel y seguimiento de pulsos isotópicos. Algunos permiten monitoreo continuo, algo que es deseable, pero tienen un costo muy elevado, como es el caso de torres de covarianza Eddy. Otros involucran interferencia en las plantas, como los medidores de flujo de savia, que en uso continuo causan una respuesta de herida en las plantas que afecta las mediciones. Finalmente, las mediciones termográficas, usando drones o de porometría, no son continuas y requieren de personal.

El transporte de agua en el xilema es un buen indicador del flujo transpirativo e, indirectamente, de la marcha del proceso fotosintético. Por ello, la combinación de sensores de contenido de agua en suelo (volumétricos) con sensores de flujo de savia puede proporcionar información crítica sobre disponibilidad y demanda hídrica de un ecosistema o cultivo. Los sensores de flujo de savia más comunes son de relación térmica (tipo Granier) y se basan en la tasa de enfriamiento entre dos sondas insertadas en el tejido. Estos sistemas son de bajo costo, pero tienen el inconveniente de que deben ser insertados en el tejido, por lo que causan, eventualmente, una respuesta de herida. Nuestra propuesta de investigación tiene dos elementos. En primer lugar, el flujo de savia puede ser estimado por “proxi” monitoreando las fluctuaciones de baja magnitud (menos de 1 mm) que ocurren en el tronco cuando hay movimiento neto de agua. Para ello, se pueden emplear dispositivos electrónicos de costo reducido. Las fluctuaciones en diámetro están montadas sobre el incremento de diámetro por crecimiento radial del tronco, pero la frecuencia de las primeras es de órdenes de magnitud superior a la segunda en especies leñosas maduras. La magnitud de estas fluctuaciones puede ser calibrada por medio de otras técnicas (por ejemplo, covarianza Eddy y medición directa de flujo de savia) para, eventualmente, tener un sistema independiente que ya no necesite de los otros. En segundo lugar, estos sensores pueden ser acoplados a otros de volumetría de agua en suelo y ser enlazados en un sistema de transmisión inalámbrica usando tecnología de “internet de las cosas” (ioT), lo cual genera una red de adquisición de datos en tiempo real que es al mismo tiempo robusta y de bajo costo. Esta propuesta pretende explorar e implementar una alternativa tecnológica que permite refinar el estudio del ciclo y balance hídrico de la Amazonía del suroeste y proporciona un prototipo de sistema costo-efectivo para el manejo hídrico predictivo en cultivos leñosos perennes de la región Ica, tales como olivo o vid.

Modalidad de proyecto: Proyecto de investigación multidisciplinario

Son propuestas de investigación aplicada o desarrollo tecnológico con objetivos y actividades multidisciplinarias. Participan, por lo menos, dos grupos de investigación de diversas disciplinas, ya sea de la misma o diferente entidad.

Los proyectos deben ser presentados de manera asociativa (con una o más entidades asociadas).

La conformación mínima es la siguiente:

• Un investigador principal
• Dos coinvestigadores (uno por cada grupo de investigación)
• Dos tesistas de posgrado
• Un gestor tecnológico
• Un coordinador administrativo

• Nota: se debe contar con la participación de, por lo menos, un investigador de una institución proveniente de alguna región del interior del país.

  Tipo de proyecto: Investigación aplicada

  Subsector: Ambiente

  Sector: General

  Lugar de ejecución del proyecto: Ica, Madre de Dios

  Fecha de inicio:  01/12/2018

  Fecha de cierre:  01/12/2021

  Plazo de ejecución (meses): 36

  Objetivo principal

  Determinar el balance hídrico en cultivos leñosos costeros perennes (sector productivo) y en bosque natural amazónico, a su vez que su impacto sobre la productividad primaria neta mediante el uso de redes de sensores inalámbricas LPWAN de bajo costo validadas por mediciones del intercambio hídrico neto entre superficie y atmósfera por análisis de covarianza de flujos turbulentos (covarianza Eddy)

  Objetivo específico 1

  Diseño y construcción de un dendrómetro digital de alta resolución y de una red de sensores inalámbricos (WSN) de bajo consumo de energía y costo basada en tecnología LoRa LPWAN para el registro continuo de parámetros físicos y ambientales (Grupo de Telecomunicaciones Rurales y Enviroequip)

  Objetivo específico 2

  Cuantificación de flujos hídricos entre dosel y atmósfera en bosque amazónico y olivar costeño utilizando metodología de covarianza de flujos turbulentos: covarianza Eddy (Laboratorio de Bioanalítica, Enviroequip, AIDER y Olivos del Sur)

  Objetivo específico 3

  Implementación de una red de sensores inalámbricos LoRa para la medición continua de volumen hídrico en suelo y fluctuaciones submilimétricas en tallos de árboles para correlacionar suministro (higrometría de suelo) con demanda (dendrometría digital de alta resolución) hídrica en simultáneo con mediciones de flujos netos por covarianza Eddy (Laboratorio de Ciencias Ecosistémicas, Enviroequip y Grupo de Telecomunicaciones Rurales)

  Objetivo específico 4

  Validación de la metodología WSN/LoRa LPWAN de bajo costo para el manejo predictivo de suministro y demanda hídrica en sistemas forestales y cultivos leñosos perennes (Laboratorios de Bioanalítica y Ciencias Ecosistémicas, Enviroequip, Olivos del Sur y AIDER)

Institución responsable del proyecto

Pontificia Universidad Católica del Perú

RUC: 20155945860

Tipo de entidad: Universidades que se encuentren licenciadas o en proceso de licenciamiento por la SUNEDU

Régimen: Privado

Tipo de organización: Sin fines de lucro

Departamento: Lima

Provincia: Lima

Distrito: San Miguel

Dependencias: Departamento: de Ciencias-Sección Química, Departamento: de Ingeniería-Grupo de Telecomunicaciones Rurales, Instituto de Ciencias de la Naturaleza, Territorio y Energías Renovables

Institución asociada

Asociación para la Investigación y Desarrollo Integral – AIDER

RUC: 20197543672

Tipo de entidad: Asociaciones de régimen privado

Régimen: Privado

País: Perú

Departamento: Madre de Dios

Provincia: Tambopata

Distrito: Tambopata

Olivos del Sur

RUC: 20501433501

Tipo de entidad: Empresas

Régimen: Privado

País: Perú

Departamento: Lima

Provincia: Lima

Distrito: Pachacamac

Enviroequip S.A.C

RUC: 20255430417

Tipo de entidad: Empresas

Régimen: Privado

País: Perú

Departamento: Lima

Provincia: Lima

Distrito: San Isidro

Investigador principal

Nombres: Eric Gabriel

Apellido paterno: Cosio

Apellido materno: Caravasi

Grado académico: –

Nombre del grado académico: –

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Dependencia: Departamento de Ciencias – Sección Química

Coinvestigadores

Nombres: Norma

Apellido paterno: Salinas

Apellido materno: Revilla

Grado académico: Doctorado

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Dependencia: Instituto de Ciencias de la Naturaleza, Territorio y Energías Renovables

Nombres: Darwin

Apellido paterno: Auccapuri

Apellido materno: Quispetupa

Grado académico: Magister

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Dependencia: Departamento de Ingeniería – Grupo de Telecomunicaciones Rurales

Nombres: Pastor David

Apellido paterno: Chávez

Apellido materno: Muñoz

Grado académico: Magister

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Dependencia: Departamento de Ingeniería – Grupo de Telecomunicaciones Rurales

Nombres: Juan Carlos

Apellido paterno: Lara

Apellido materno: Rivas

Grado académico: Doctorado

Entidad: Asociación para la Investigación y Desarrollo Integral – AIDER

Dependencia: Monitoreo Biológico CA – AIDER

Tesistas

Nombres: Tesista no identificado 2

Apellido paterno: –

Apellido materno: –

Tipo de tesis: Maestría

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Nombres: Tesista no identificado 3

Apellido paterno: –

Apellido materno: –

Tipo de tesis: Maestría

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Gestor tecnológico

Nombres: Lizeth

Apellido paterno: López

Apellido materno: –

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Coordinador administrativo

Nombres: Isabel Lucía

Apellido paterno: Cabello

Apellido materno: Liu

Entidad: Universidad Nacional Toribio Rodríguez de Mendoza de Amazonas

Técnicos

Nombres: Fabián

Apellidos: Limonchi Tamamoto

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Nombres: Alex

Apellidos: Nina Quispe

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Nombres: Juan

Apellidos: Paco Fernández

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Nombres: Enzo Martín

Apellidos: Casimiro Soriano

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Asistente de investigación

Nombres: Yolvi

Apellidos: Valdez Tejeira

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Rubros financiables

• Recursos humanos (hasta 50% del monto financiado)

1. Incentivo monetario para el investigador principal y coinvestigadores: no debe sobrepasar el máximo de S/ 2,000 mensuales por investigador.
2. Pago a los tesistas: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,500 mensuales por tesista.
3. Pago al personal técnico o asistente de investigación: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,000 mensuales por técnico.
4. Honorarios o incentivos para un gestor tecnológico: no debe de sobrepasar el máximo de S/. 1,500 mensuales.

• Equipos y bienes duraderos (hasta 20% del monto financiado)

Corresponde a la adquisición de equipos menores para el proyecto de investigación.

• Materiales e insumos

1. Materiales, insumos, reactivos, accesorios, componentes electrónicos o mecánicos, bienes no inventariables.
2. Material bibliográfico, tales como manuales, bases de datos, libros especializados, otros, y/o suscripciones a redes de información (en físico o electrónico).
3. Software especializado para el desarrollo de los proyectos de investigación.

• Viajes

Corresponde a los gastos de viajes relacionados a actividades propias del proyecto de investigación.

Los gastos que aplican para este rubro son los siguientes:

1. Pasajes: terrestres, aéreos, nacionales e internacionales, en clase económica.
2. Viáticos: comprenden los gastos por concepto de alimentación, hospedaje y movilidad (hacia y desde el lugar de embarque), así como el desplazamiento en el lugar donde se realizan las actividades. El concepto de viáticos es aplicable para estancias cuya duración sea menor a los quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en el Anexo 2.
3. Manutención: comprenden los gastos de alojamiento, alimentación y movilidad local durante su permanencia en el lugar sede del objeto del beneficio otorgado, o desplazamientos relacionados con el mismo. El concepto de manutención es aplicable siempre que se trate de una estancia cuya duración sea mayor o igual a quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en la convocatoria.
4. Seguro de viaje: el seguro es de carácter obligatorio y su valor debe estar de acuerdo al precio de mercado. La cobertura típicamente incluye gastos médicos de emergencia, muerte accidental, invalidez e imprevistos logísticos durante el viaje (retraso de vuelos, demora o pérdida de equipaje, robos, etc.). El precio del seguro puede variar en función a la edad, duración del viaje y el destino. Se puede financiar hasta un máximo de S/ 2,000.

• Servicios de no consultoría.

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades de índole técnica especializada, consideradas como críticas para lograr el buen resultado del proyecto de investigación: servicios de laboratorio, colección de datos, procesamiento de muestras, análisis y diseño.

• Otros servicios

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades complementarias del proyecto de investigación, tales como:

1. Actividades de difusión:

1. Gastos de organización de taller de cierre del proyecto.
2. Costo de publicación de artículos en revistas indizadas.

• Costo de inscripción para participar en eventos o para discutir los resultados con personal interesado o calificado.

1. Actividades complementarias de la investigación:

1. Gastos de importación y desaduanaje de materiales, insumos o equipos relacionados al proyecto de investigación que se adquieran en el extranjero.
2. Gastos relacionados a la obtención del título o grado.

• Gastos relacionados a la solicitud de patentes.

1. Gastos de mantenimiento correctivo para los equipos adquiridos u otro equipo de laboratorio que deba usarse en el proyecto.

• Gastos de gestión (hasta 10% del monto financiado)

Corresponde al incentivo monetario para el coordinador administrativo, útiles de oficina y servicios de imprenta.