Evaluación del cambio de necesidades hídricas en cítricos y kaki en la comarca de la Ribera (Valencia) por efecto del cambio climático

Universitat Politècnica De València

ETSIAMN - Escuela Técnica Superior De Ingeniería Agronómica y Del Medio Natural

Master Ingeniero Agrónomo

Autor: Boscafiori, Nicolás Agustín

Tutor: García Prats, Alberto

Cotutor: Manzano Juárez, Juan

Cotutor: Pulido Velázquez, Manuel Augusto Valencia, 18 de septiembre de 2017

INTRODUCCIÓN

Herramientas¿Por qué usar un modelo de agronómico de simulación basado en procesos?

Evapotranspiración de referencia: Penman-Monteith- FAO-56

INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓNModelos de Cultivo

CropSyst (Stöckle et al 1994).Biological Systems Engineering Dept., Washington State University, Pullman

El desarrollo de CropSyst comenzó a principios de los 90’s para modelizar y estimar la productividad de distintos cultivos y los cambiosque se producen a lo largo del crecimiento teniendo en cuenta distintos escenarios climáticos. Actualmente CropSyst es apropiado paracultivos hortícolas y frutales , donde su uso para estos últimos es cada vez mayor, habiéndose realizado ya estudios para peral,manzano y ciruelo japonés.

INTRODUCCIÓNCropsyst

OBJETIVOS

A partir del modelo de simulación de cultivos CropSyst evaluar el cambio depatrón en las necesidades hídricas, así como sus efectos en el rendimiento,considerando distintos escenarios de cambio climático para dos cultivos de granimportancia en la Comarca de la Ribera dentro de la cuenca del Júcar, como lo soncítricos y kaki.

MATERIAL Y MÉTODOSENSAYOS DE RIEGO

MATERIAL Y MÉTODOSENSAYOS DE RIEGO

MATERIAL Y MÉTODOSENSAYOS DE RIEGO

MATERIAL Y MÉTODOS

Datos experimentales – Citrus sp.

Datos experimentales – Diospyros sp.

Citrus sinensis La Senyera Tratamiento 2

Tratamiento 1

Tratamiento 3

60 % Dosis de Riego

40 % Dosis de Riego

Tratamiento Control

Diospyros lotusDiospyros virginiana IVIA

3,5 x 5 m2

2,5 x 5 m2

MATERIAL Y MÉTODOSDescripción del Modelo

CropSyst (Cropping Systems Simulation Model) es un modelo mecanístico diseñado con la intención de simular el crecimiento decultivos por unidad de área (m2) a partir de la influencia del riego, lluvia, captación de agua por parte del cultivo, escorrentía, drenajey evapotranspiración del cultivo.

MATERIAL Y MÉTODOSCalibración y Validación del Modelo

Para cuantificar la eficiencia del modelo y comprobar la certeza de los valores obtenidos tras las simulaciones de escenarios decambio climático se utilizaron las siguientes herramientas y coeficientes estadísticos:

• Coeficiente de eficiencia de Nash y Sutcliffe (E)

• Coeficiente de Wilmott (d)

• Coeficiente de Wilmott modificado (d1)

𝐸𝐸 = 1 −∑𝑖𝑖=1𝑛𝑛 𝑂𝑂𝑖𝑖 − 𝑃𝑃𝑖𝑖 2

∑𝑖𝑖=1𝑛𝑛 𝑂𝑂𝑖𝑖 − �𝑂𝑂 2 𝑑𝑑 = 1 −∑𝑖𝑖=1𝑛𝑛 𝑂𝑂𝑖𝑖 − 𝑃𝑃𝑖𝑖 2

∑𝑖𝑖=1𝑛𝑛 𝑃𝑃𝑖𝑖 − �𝑂𝑂 + 𝑂𝑂𝑖𝑖 − �𝑂𝑂 2𝑑𝑑1 = 1 −

∑𝑖𝑖=1𝑛𝑛 𝑃𝑃𝑖𝑖 − 𝑂𝑂𝑖𝑖∑𝑖𝑖=1𝑛𝑛 𝑃𝑃𝑖𝑖 − �𝑂𝑂 + 𝑂𝑂𝑖𝑖 − �𝑂𝑂

La calibración del modelo se realizó con el Model Independent Parameter Estimation and Uncertainty Analysis (PEST), el cual es unpaquete de softwares para la estimación y calibración de parámetros y el análisis de modelos ambientales complejos.

MATERIAL Y MÉTODOSCambio Climático

IPCC AR5

RCP FR Tendencia del FR [CO2] en 2100

RCP 2.6 2,6 W/m2 Decreciente en 2100 421 ppm

RCP 4.5 4,5 W/m2 Estable en 2100 538 ppm

RCP 6.0 6,0 W/m2 Creciente 670 ppm

RCP 8.5 8,5 W/m2 Creciente 936 ppm

FR

CORDEXRCP

• Modelo Global: MPI_CSC_REMO2009v1

• Modelo Regional: RCA4 (SMHI)

• Dominio: EUR - 44

• Escenarios de Cambio Climático (2011 – 2100)

• Registros Globales Históricos (1971 – 2000)

• Precipitación

• Temperatura Media, Máx y Mín

• Humedad Relativa

• Radiación Solar

• Velocidad del Viento

MATERIAL Y MÉTODOSEscenarios

En la Región Mediterránea se han proyectado efectos específicos si no se reducen las emisiones, como son:

•Un incremento de temperatura por encima de la media global, más pronunciado en los meses estivales que en los invernales. Para el escenario RCP8.5 y para finales del siglo XXI, esta Región experimentará incrementos medios de temperatura de 3,8ºC y de 6,0ºC en los meses invernales y estivales, respectivamente.

•En la Península Ibérica se reducirá la precipitación anual, de manera más acusada cuanto más al sur. Las precipitaciones se reducirán fuertemente en los meses estivales. Para el escenario RCP8.5 y para finales del siglo XXI, la Región Mediterránea experimentará reducciones medias de precipitación de 12% y de 24% en los meses invernales y estivales, respectivamente.

•Un aumento de los extremos relacionados con las precipitaciones de origen tormentoso.

MATERIAL Y MÉTODOSEscenarios

RESULTADOS Y DISCUSIÓNCalibración CropSyst

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97 103

109

115

121

127

133

139

145

151

157

163

169

175

181

187

193

199

205

211

217

223

229

235

241

247

253

259

265

271

277

283

289

295

301

307

313

319

325

331

337

343

SOIL

WAT

ER C

ON

TEN

T (m

3/m

3)

CropSyst -Citrus sinensis

Ensayo

Modelo

RESULTADOS Y DISCUSIÓNCalibración CropSyst

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

SOIL

WAT

ER C

ON

TEN

T (m

3/m

3)

Cropsyst - Caqui

Ensayo

Modelo

RESULTADOS Y DISCUSIÓNCalibración CropSyst

CoeficientesEstadísticos

Citrus Caqui

Calibración Validación Calibración Validación

Nash & Sutcliffe 0,40 0,36 0,46 0,42

Wilmott 0,79 0,77 0,80 0,775

Wilmott mod. 0,57 0,55 0,58 0,56

Para los años de estudio, se consiguió una calibración adecuada de CropSyst, observando un comportamiento similar de losdatos de humedad del suelo medidos con las sondas de capacitancia y los calculados por el modelo de forma automática. Losresultados estadísticos de la calibración reflejaron valores aceptables demostrando la aptitud del modelo para la simulaciónde escenarios

RESULTADOS Y DISCUSIÓNSectorización Cuenca del Júcar

Tipo de suelo Datos Climáticos Sup Cítricos (ha) Sup. Caqui (ha) Suma Sup. (ha) Sup. Total (ha)

Zona 1 (a) Bk45 - 2bc 3317 955 832 1787 23573

Zona 2 (b) Je87 - 2/3a 3317 6216 1139 7355 13853

Zona 3 (b) Je87 - 2/3a 3318 2155 255 2410 13108

Zona 4 (c) Je87 - 2/3a 3212 2697 229 2926 10582

Zona 5 (c) Je87 - 2/3a 3211 11881 472 12353 29105

Zona 6 (a) Bk45 - 2bc 3211 2191 246 2437 14879

RESULTADOS Y DISCUSIÓNEscenarios de Cambio Climático

Tras la realización de las simulaciones, y de forma previa a la presentación de los resultados de los escenarios en materia de necesidadesde riego y precipitaciones, y a modo de síntesis, se presenta una evaluación resumida de la influencia sobre la temperatura del cambioclimático en función del escenario, periodo y punto climático correspondiente. Se estudiarán periodos a corto (2011-2040), medio (2041 –2070) y largo plazo (2071 – 2100).

Sector Climático

Temperatura media anual (ºC)

RCP 4.5 RCP 8.5

2011 2040 2070 2100 2011 2040 2070 2100

3211 14.37 16.24 16.23 16.27 15.20 16.74 17.98 20.01

3212 17.01 18.20 18.63 18.93 18.18 18.60 19.73 20.88

3317 14.34 16.57 17.22 17.20 15.89 17.19 18.99 21.26

3318 17.09 17.39 19.19 19.44 17.65 18.09 19.36 19.51

0

100

200

300

400

500

600

2011

/201

520

13/2

017

2015

/201

920

17/2

021

2019

/202

320

21/2

025

2023

/202

720

25/2

029

2027

/203

120

29/2

033

2031

/203

520

33/2

037

2035

/203

920

37/2

041

2039

/204

320

41/2

045

2043

/204

720

45/2

049

2047

/205

120

49/2

053

2051

/205

520

53/2

057

2055

/205

920

57/2

061

2059

/206

320

61/2

065

2063

/206

720

65/2

069

2067

/207

120

69/2

073

2071

/207

520

73/2

077

2075

/207

920

77/2

081

2079

/208

320

81/2

085

2083

/208

720

85/2

089

2087

/209

120

89/2

093

2091

/209

520

93/2

097

2095

/209

9

Citrus - RCP 4.5

Riego Precipitacion Lineal (Riego) Lineal (Precipitacion)

RESULTADOS Y DISCUSIÓNSimulaciones Cambio Climático

Citrus – RCP 4.5

0

100

200

300

400

500

600

Citrus - RCP 8.5

Riego Precipitación Lineal (Riego) Lineal (Precipitación)

RESULTADOS Y DISCUSIÓNSimulaciones Cambio Climático

Citrus – RCP 8.5

0

100

200

300

400

500

600

Caqui - RCP 4.5

Riego Precipitación Lineal (Riego) Lineal (Precipitación)

RESULTADOS Y DISCUSIÓNSimulaciones Cambio Climático

Caqui – RCP 4.5

0

100

200

300

400

500

600

Caqui - RCP 8.5

Riego Precipitación Lineal (Riego) Lineal (Precipitación)

RESULTADOS Y DISCUSIÓNSimulaciones Cambio Climático

Caqui – RCP 8.5

CONCLUSIONES

CropSyst demostró ser una herramienta integrada eficaz en la simulación de escenarios de cambio climático para la determinación de lasnecesidades reales de riego, prediciendo correctamente el comportamiento de los cultivos y las operaciones de manejo a realizar bajocondiciones cambiantes de temperatura, precipitación y concentración de CO2 atmosférico.

Sin embargo, el modelo presenta ciertas limitaciones.

Los resultados del análisis de las sendas representativas de concentración RCP 4.5 y RCP 8.5 remarcan un aumento de las temperaturasmedias anuales para los dos escenarios de contaminación a medio, corto y largo plazo. Este aumento de las temperaturas es consecuenciade un considerable aumento de las medias esperadas para los meses de invierno y otoño, alcanzándose incrementos de entre 4, 5 y 6ºC ensus valores desde el inicio al final del periodo completo estudiado, coincidiendo con los incrementos esperados por el IPCC. En cuanto a losmeses más cálidos del año, si bien el aumento de las temperaturas es menos drástico, a medida que se avance en el tiempo, se darán cadavez con mayor frecuencia temperaturas excesivas cercanas, e incluso por encima, de los 40ºC.

CONCLUSIONES

Los escenarios RCP 4.5 las necesidades de riego se incrementan alrededor de un 15%, mientras que RCP 8.5

Finalmente, si tenemos en cuenta los escenarios RCP 4.5 y 8.5 y observamos sus precipitaciones, se observa en la mayoría de los casos unligero, pero estable aumento de las precipitaciones en el escenario RCP 4.5. Esto es debido a que, en este escenario, a nivel global, se tomandecisiones con las que se consigue estabilizar y reducir las emisiones de CO2 atmosférico reduciendo los efectos del cambio climático en lasprecipitaciones.