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