Prediction of bean production and yields, with artificial neural network models and climate data

Authors

  • Miguel Servín-Palestina Universidad Autónoma Chapingo
  • Raquel Salazar-Moreno Autonomous University of Chapingo
  • Irineo López-Cruz Universidad Autónoma Chapingo
  • Guillermo Medina-García INIFAP
  • José Ángel Cid-Ríos INIFAP

DOI:

https://doi.org/10.18633/biotecnia.v24i2.1664

Keywords:

artificial intelligence, Zacatecas, temperature, rainfall, rainfed crops, Phaseolus vulgaris L.

Abstract

The state of Zacatecas ranks first in the production of rainfed beans in Mexico. Due to the economic and food security repercussions, it is important to predict yields, production and harvested area, as well as to know the climatological variables that have the greatest effect on bean cultivation. The objectives of the present work were 1) to develop ANN models for the prediction of the harvested area, yields and production of rainfed beans in the state of Zacatecas, using data on maximum and minimum air temperature, precipitation and evaporation during the period 1988-2019. 2) to determine the input variables that have the greatest influence on bean production and yield through sensitivity analysis. Due to the limited availability of climatic data, the Climatol library of the R statistical package was used to fill in missing data. The results show that the RNA models capture the influence of climate on bean production, with an overall efficiency of 0.89 for Rto and 0.86 for SC. The production was estimated using the outputs, Rto and SC, from RNA models and an R2 =0.80 was obtained. According to the sensitivity analysis, Evaporation of the cycle is the most important variable in predicting yield, while precipitation in August (Pp_Ago) and minimum temperature (Tmin) had a greater influence on production.

 

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Author Biographies

Raquel Salazar-Moreno, Autonomous University of Chapingo

Profesora- Investigadora del Depto. de Ingeniería Mecánica Agrícola y Posgrado en Ingeniería Agrícola de la Universidad Autónoma Chapingo. Obtuvo su doctorado en Ingeniería Agrícola y Biosistemas en la Universidad de Arizona.  Miembro del Sistema Nacional de Investigadores de CONACYT. Estancias de Investigación en Universidad de Sydney en Australia, Universidad Humboldt de Berlín, Universidad de Arizona y en WaterHub Ander Singapore Cooperation Programme.  Realiza investigación relacionada con el uso eficiente del agua y energía,  agricultura urbana, modelación de sistemas. Participa en proyectos de agricultura sustentable.

Irineo López-Cruz, Universidad Autónoma Chapingo

Obtuvo su doctorado en Ingeniería Agrícola en la Wageningen University (Paises Bajos, 1997-2002), su maestría en Inteligencia Artificial en la Fundación Arturo Rosenblueth (México, 1990-1992). Ha realizado dos estancias de investigación en la Humboldt University (Berlin, 2009-2012). Es profesor-investigador del Postgrado en Ingeniería Agrícola y Uso Integral del Agua en la Universidad Autónoma Chapingo, México. Miembro del Sistema Nacional de Investigadores de CONACYT (nivel II).  Miembro de la Academia Mexicana de Ciencias. Presidente del grupo de trabajo Greenhouse Environment and climate control de la comisión de Ingeniería Hortícola de la International Society for Horticultural Science (ISHS).

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Published

2022-05-31

How to Cite

Servín-Palestina, M., Salazar-Moreno, R. ., López-Cruz, I. ., Medina-García, G. ., & Cid-Ríos, J. Ángel . (2022). Prediction of bean production and yields, with artificial neural network models and climate data. Biotecnia, 24(2), 104–111. https://doi.org/10.18633/biotecnia.v24i2.1664

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