Una plataforma Flexible de Riego de Precisión para la mejora de la productividad del agua a nivel de parcela
FIGARO
DiegoS.Intrigliolo,CEBAS‐CSICUnidadAsociada del IVIAalCSIC.Riego en laagricultura mediterránea
IIIJornadasobreGestiónEficientedelAguadeRiego
IMPLANTACIÓN DEL RIEGO DE PRECISIÓNDESDE LA PLATAFORMA FIGAROValencia,30deJunio2016
1
Estrategias deriego integrando medidas delcontinuosuelo‐planta‐atmósfera
AgradecimientosCEBAS-CSIC: J.J. Alarcón, E. Nicolas, J.M. Mirás,J. Rubio, A Yeves, F. Sanz, A. Martinez, M.A.Martinez.IVIA: L. Bonet, M.A Jiménez-Bello, E. Badal, A.Estebán, C. Albert, M. Jordá, I. Buesa, J.R. CastelUPV: F. Martinez, J. Manzano, A. Royuela
Financiación de la investigación:GVA e IVIAMinisterio de Economía y CompetitividadINNPACTO RISUBRETOS RiegoAsesor, Hipofrut y SostgrapeUnión EuropeaFP7‐InnoWater‐Demo Proyecto WEAM4iJPI‐WATER. Proyecto IRIDALIFE2014+. Proyecto CLIMATREE
IVIA-CSIC Unidad AsociadaRiego en la agricultura mediterránea
Líneas de investigación•Determinación de las necesidades hídricas. Lisímetros,sensores de flujo de savia, micro‐meteorología•Nuevos métodos para la programación del riego.Sensores para la medida del estado hídrico del suelo y dela planta•Respuesta al riego deficitario controlado. Fisiología dela producción y calidad de la fruta•Viticultura general. Técnicas agronómicas paraincrementar EUA y la calidad de uvas y vinos
Contextualización
•Recursos hídricos subterráneosy superficiales
•Transvases inter \ intracuencas
•Embalses
•Depuración y desalación deaguas
•Redes de distribución
•Sistemas de riego
‐Ingeniería del riego
‐Agronomía del riego
Fuente Demanda
A partir de 1996, se comenzaron aadoptar medidas para optimizar lademanda. Hoy día, la eficiencia en eluso del agua constituye el pilar de losplanes de regadíos1.
Hasta los 90, las políticas hídricas secentraron en incrementar la capacidadde generar nuevos recursos hídricosmediante la construcción deembalses1.
1Fuente: López‐Gunn et al. 2008. Lost in translation? Water efficiency in Spanish agriculture. Agr Water Manag. 108:83‐95
Aproximación sistemática y cuantitativa1
1 Adaptado a partir de: Hsiao et al. 2007. A systematic and quantitative approach to improve water use efficiency. Irrig Sci 25:209‐231
EUA =Agua
captada en la fuente
Agua recibida en parcela
EhidráulicaEUA = Eaplicación
x
Agua evapotranspirada
Agua recibida en parcela
x
x
Agua transpirada
Agua evapotranspirada
Etranspiraciónx x
CO2asimilado
Agua transpirada
x
Easimilación
x
x Ecosecha
Cosecha
Materia fresca acumulada
x
xCO2 asimilado
Materia fresca acumulada
Ecrecimiento
Eficiencia en el uso del agua
Importancia del riego en la agricultura mediterránea
Objetivos de la fertirrigación
1) Mantener el cultivo en unestado hídrico óptimo supliendocon el riego el agua consumidapor la plantación que no esremplazada por la lluvia
Datos publicados en Ginestar y Castel1996. J Hort Sci
2) Incremental la fertilidad natural del suelo
Prod
ucción
(kg/árbo
l)
Peso m
edio del fruto (g)
Consumo de agua (l/árbol)
Representación de la cavidad estomática
Transpiración
TranspiraciónEvapotranspiración (ETc)
Evapotranspiración = Transpiración + Evaporación
Evaporación agua suelo Evaporación agua suelo
Modernización de los regadíos. Paso 1
En la Comunidad Valenciana el 50% de la superficie en regadío ha sido ya trasformada a riego por goteo
Modernización de los regadío. Paso 2 necesario
Eaplicación (%)0‐2525‐5050‐7575‐100100‐125125‐150> 150
Determinación de la Eaplicación en una comunidad de regantes de Levante(Necesidades riego)/(Riego aportado)*100
Jiménez‐Bello et al. 2012. Use of remote sensing and geographic informationtools for irrigation management. Opt Méditerran 67. 147‐160.
Para el conjunto de la comunidad deregantes la Eaplicación=95%
Hay grandes variaciones en la Eaplicación entreparcelas
Eaplicación # Parcelas
<50 114
50‐75 69
75‐125 122
125‐150 69
>150 237
R² = 0,69
50
100
150
200
250
300
‐1,9 ‐1,6 ‐1,3 ‐1 ‐0,7 ‐0,4
Eaplicación(%)
tallo (MPa)
Modernización de los regadío. Paso 2 necesario
¿Cómo?
¿Cuánto?
¿Cuándo?
Modernización de los regadío. Paso 2 necesario
Ambiente
Planta
Suelo
Modernización de los regadío. Paso 2 necesario
Índice
1. Demanda evaporativa (ETo) y coeficientede cultivo (Kc)
2. Humedad del suelo
3. Estado hídrico de la planta
4. La teledetección
5. La integración y la transferencia al regante
Consumo hídrico1‐ Clima
•Temperatura•Radiación•Humedad aire•Viento
Evapotranspiración de referencia (ETo)
2‐ Cultivo
Coeficiente de cultivo (Kc)Consumo hídrico= Efecto clima x Efecto cultivo
ETo*Kc
1. ETo y Kc
Coeficiente de cultivo de los cítricos
Relación entre el Kc y el área sombreada
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Área sombreada %
Kc
Kc = 0,0283+(0,0203 x PAs)(0,00016 x PAs2)
1. ETo y Kc
Coeficiente de cultivo de los cítricos
1. ETo y Kc
http://riegos.ivia.es
1. ETo y Kc
1. ETo y Kc. Las últimas novedades
Fuente: López et al. 2012 Use of spatial analysis tools for groundcover estimation and irrigation management in water users association
Se puede predecir laETc estimando el gradode cobertura vegetaldel suelo y obtener unKc mediante relacionesempíricas disponiblesentre Kc y el vigorvegetativo
1. ETo y Kc. Las últimas novedades
Es posible predecir la ETo y la precipitación a 12‐36 horas vista y hacer una programación del riego a futuro
Fuente: Ribalaygua et al. 2016. Humedad mínima observada (línea negra),predicha (línea roja) y simulada con el método RiegoAsesor propuesto (líneaazul) (Dcha). Diagrama de cajas del error absoluto medio obtenido según lapredicción estándar (caja roja) y la simulada tras las predicciones de Riego‐Asesor (caja azul).
Fuente: Ribalaygua et al. 2016. Estimación de la lluvia obtenida a partir de lacombinación de los radares meteorológicos y la red de pluviómetros automáticos dela AEMET. Resultados del proyecto RIEGO‐ASESOR
1. ETo y Kc. Las últimas novedades
1. Eto y Kc. El modelo no es perfecto
1. Porqué es un modelo
2. Porqué cada parcela tiene su Kc
3. Cada año el Kc puede variar
4. Hay cultivos donde hay más información y otroscon menos información
5. El modelo del Kc no se adecúa perfectamentepara el caso de árboles
La evolución del contenido de humedad, por sisola, puede servir como indicador de riego
Ventajas:
-120
-110
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
100 115 130 145 160 175 190 205 220 235 250 265 280
m
atric
ial,
kPa
Bien Regado Riego Deficitario-120
-110
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
100 115 130 145 160 175 190 205 220 235 250 265 280
m
atric
ial,
kPa
Bien Regado Riego Deficitario
Evolución del potencial matricial del suelo en ciruelos bien regados o con riego deficitario
Permite optimizar el manejo de cuándo y cómoregar, evitando posibles pérdidas de agua yfertilizante por drenaje.
2. Estado hídrico del suelo
m v v v
En el mercado hay muchos tipos de sensores. No todos miden lo mismo
2. Estado hídrico del suelo
1 sola profundidad
Varias profundidades
2. Estado hídrico del suelo
Transmisión vía radio o MODEM GPRS
GPRS
2. Estado hídrico del suelo
Lluvia34.1 mm
Agua disponible para la planta
Capacidad de campo
Punto de recarga
10-15 %
Agua disponible para la planta (entre capacidad de campo y punto de recarga)
Línea de drenaje plana
Cambio en la frecuencia de
riegto
Tendenecias
•El suelo agrícola es un medio muy heterogéneo horizontalmente y verticalmente
•La distribución de las raíces no es homogénea y es difícil de determinar
• Variabilidad añadida en la localización del agua mediante el riego localizado que nomoja de manera uniforme el suelo
•Variabilidad intrínseca de cualquier instrumento de medida
Limitaciones
Un árbol en toda una parcela Un único punto de medida en toda la rizosfera de un árbol
2. Estado hídrico del suelo
Ambiente
Planta
Suelo
Modernización de los regadío. Paso 2 necesario
La medición del estado hídrico de la planta es el mejor indicador para el riego,pues suele reflejar mejor la respuesta agronómica del cultivo al régimen deriego impuesto.
Sin embargo, el estado hídrico de la planta no depende solo del nivel dehumedad del suelo, que es lo que controlamos con el riego, sino también de lademanda evaporativa que afecta a la tasa de transpiración
suelo-hoja=R*T
T= tasa de transpiración
R= Resistencia hidráulica en el continuo suelo-planta-atmósfera
suelo
hoja
3. Estado hídrico de la planta
Potencial de hoja embolsada=tallo
3. Estado hídrico de la planta
Medida paso a paso del potencial hídrico mediante la cámara de presión
3. Estado hídrico de la planta
'CLEMEMTINA DE NULES'
-3.0
-2.0
-1.0
0.0
19/may 13/jun 08/jul 02/ago 27/ago 21/sep 16/oct 10/nov
2007
ta
lloM
Pa
CONTROL RDC-1
Evolución del Potencial en Clementina de Nules en árboles bien regados y con riego deficitario
Días de poniente
Periodo con
restricción
3. Estado hídrico de la planta
Los dendrómetros
Fotografía cortesía de: Dr. J. Alarcón (CEBAS-CSIC)
3. Estado hídrico de la planta
Día del año177.5 178.0 178.5 179.0 179.5 180.0 180.5 181.0 181.5
Diá
met
ro d
el tr
onco
(mm
)
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0.0
0.1Árbol con riego al 100% de las necesidadesÁrbol con riego deficitario
ETo= 5.4 mmETo= 4.8 mm
Evolución del diámetro del tronco durante tres días
ETo= 2.7 mm
3. Estado hídrico de la planta
La intensidad de señal (IS)
Contracciónbienregado
Contraccióntratamiento
Fuente: Ortuño et al. 2009
3. Estado hídrico de la planta
Déficit de presión de vapor, kPA0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
Con
tracc
ión
del t
ronc
o,
m
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
suelo >-20 kPA-60 kPa<suelo<-20 kPa suelo <-60 kPa
3. Estado hídrico de la planta
Periodo riegodeficitario
Clementina de Nules.
Fuente: Ballester et al.
Diospyros Kaki
Evolución del t en Clementina y Caqui en árboles bien regados y con riego deficitario
Día del año100 120 140 160 180 200 220 240 260 280
ta
llo (M
Pa)
-2.4
-2.0
-1.6
-1.2
-0.8
-0.4
0.0
Control bien regadoRiego deficitario primaveraRiego deficitario veranoRiego deficitario otoño
Día del año100 120 140 160 180 200 220 240 260 280
ta
llo (M
Pa)
-2.4
-2.0
-1.6
-1.2
-0.8
-0.4
0.0
Control bien regadoRiego deficitario primaveraRiego deficitario veranoRiego deficitario otoño
3. Estado hídrico de la planta
Sensores de flujo de savia
Sondas
Termopares
Fotografía cortesía de: C. Ballester (IVIA)
3. Estado hídrico de la planta
Medida de la transpiración con los sensores de flujo de savia
Fuente: Ballester et al.
3. Estado hídrico de la planta
Termografía
Principios•La termografía es una técnica que permite medir temperaturas a distancia de cuerpos ysin necesidad de contacto físico.• Todo cuerpo con temperatura > 0º K emite energía en forma de radiación.•Esta energía depende de la temperatura del cuerpo (Ley de Stefan Boltzmann).
Distribución espectral de la energía radiada por un cuerpo
negro
3. Estado hídrico de la planta
•La temperatura de la hoja o de la copa está relacionada con la tasa deevaporación. De este modo, las radiaciones infrarrojas emitidas por la copapueden ser utilizadas para estimar la conductancia estomática y la tasa detrasnpiración.
•La tasa de evaporación es sólo uno de los factores que afectan la temperatura(radiación, temperatura, humedad y velocidad del tiempo).
Termografía
3. Estado hídrico de la planta
Termografía con cámara térmica de manoEl problema1. Tiempo excesivo de procesado
• Exportar a formatos estandar• Implementación de datos • Selección y edición de firmas espectrales• Edición de máscaras• Almacenamiento de resultados
2. Gran cantidad de imágens• Riego deficitario Diferentes tratamientos, varias repeticiones, distintas tomas (soleadas,
sombra, Vistas cenitales)
Termografía
La soluciónAutomatización del proceso
3. Estado hídrico de la planta
Resultados Caqui
Clementina
Fuente: Jiménez-Bello et al.
Temperatura versus Conductancia
Temperatura versus Conductancia
3. Estado hídrico de la planta
Sensores de planta YARA ZIM
FP7: Innowater‐Demo1. WATER AND ENERGY ADVANCED MANAGEMENT FOR IRRIGATION
3. Estado hídrico de la planta
48
FP7: Innowater‐Demo1. WATER AND ENERGY ADVANCED MANAGEMENT FOR IRRIGATIONMartinez‐Gimeno et al. 2016 (Irr Sci en revisión)
3. Estado hídrico de la planta
4. Técnicas de teledetección
Los sensores en campo miden unos pocos puntos de una parcela y hay mucha variabilidad
Las técnicas de teledetección pueden servir para determinar la variabilidad espacial y ayudar en la toma de decisión y la colocación de sensores de campo
JPI Water Works 2014INNOVATIVE REMOTE AND GROUND SENSORS, DATA AND TOOLS INTO A DECISION
SUPPORT SYSTEM FOR AGRICULTURE WATER MANAGEMENT (IRIDA)
4. Técnicas de teledetección
EntidadesCEBAS‐CSICIAS‐CSICINNOVATIUniCTNIBIONMACREA
4. Técnicas de teledetección
Ballester et al. 2016 (Precision Agriculture en revisión)
Modelos empíricos de programacióndel riego basados en el balance hídrico(Modelo FAO‐56)1
1 Revisión de: Steduto et al. 2012 Crop yield response to water. FAO Irrigation and drainage paper. 56:1‐505. Aplicación: http://riegos.ivia.es
Necesidades de riego (ETc)=ETo*Kc‐Kc individual‐Kc doble (Kcb+Ke)
5. La integración de las herramientasAjustar la dosis y frecuencia del riego a las necesidades de los cultivos
Modelos semi‐mecanicísticos parapredecir las necesidades hídricas de loscultivos basados en prediccionesclimáticas y cuantificación por separadode la Evaporación y la Transpiración.Proyecto Riego‐Asesor RTC‐2015‐3453‐2
Proyectos Retos‐Colaboración
Mirás et al. Resultados no publicados
5. La integración de las herramientas
y = 1,087x + 0,0694R² = 0,989
0
1
2
3
4
5
6
0 1 2 3 4 5 6
Evap
otra
nspi
raci
ón m
odel
o (m
m)
Evapotranspiración del cultivo (mm)
Mirás et al. Resultados no publicados
5. La integración de las herramientas
Los nuevos retos
1. ¿cómo hacer que el conocimiento y las técnicasse apliquen?
• Servicios públicos de asesoramiento
• Empresas privadas de asesoramiento
• Empresas de tecnología del riego
• Las comunidades de regantes
2. ¿cómo hay que manejar el riego en situacionesde escasez recursos?
3. …. y con aguas de mala calidad o salinas