Resumen de Puesta a punto de un sistema de riego automático para cultivos leñosos bajo diferentes sistemas productivos
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El uso eficiente del agua de riego en las parcelas de cultivo es una exigencia económica y medioambiental que requiere un conocimiento preciso de los volúmenes de agua que hay que aportar en cada una de las intervenciones a lo largo del ciclo de cultivo, para mantener el adecuado estado hídrico en cada estado fenológico en función de los objetivos productivos. En la práctica, se trata de un proceso complejo que exige integrar la información agrometeorológica con el conocimiento ecofisiológico del sistema suelo-agua-planta. En este contexto, las tecnologías de la información y las comunicaciones (Information and Communication Technology, ICT), han abierto nuevas posibilidades al facilitar el acceso a información sobre el sistema a tiempo real y proporcionar potentes herramientas para procesado y gestión de la información. Esta integración ha dado lugar a lo que se conoce como “riego inteligente” con el ambicioso objetivo de desarrollar sistemas de riego totalmente automatizados que simulen la toma de decisiones de un experto capaz de interpretar la información disponible.
Esta tesis doctoral tiene como principal objetivo explorar en profundidad las posibilidades de un sistema automatizado de riego de alta eficiencia basado en la plataforma web (IRRIX) en dos cultivos leñosos de gran importancia económica y social en Extremadura como son el ciruelo japonés (Prunus salicina Lindl.) y el olivar (Olea europaea L.), aplicando estrategias de Riego Deficitario Controlado (Regulated Deficit Irrigation, RDI). Para tal fin, se elaboraron cuatro Capítulos que dieron lugar a cuatro publicaciones.
En la actualidad se dispone de una amplia gama de sensores para la medida de forma continua del contenido de agua en el suelo, los cuales han hecho posible que la programación de riego automático sea una realidad. Sin embargo, la correcta selección de las posiciones de instalación de los sensores, es un aspecto clave para el correcto funcionamiento del sistema. En el Capítulo I de esta tesis doctoral se aborda el objetivo de proponer un protocolo para la colocación de los sensores de humedad del suelo, teniendo en cuenta la respuesta fisiológica de la planta frente a los cambios en la disponibilidad de agua en el suelo. Para ello se estudiaron una serie de indicadores de la planta: el potencial hídrico del tallo a mediodía (Ѱstem), el flujo de savia (SF), la conductancia estomática de la hoja (Gs), la fotosíntesis neta de la hoja (Fn) y la radiación diaria fotosintéticamente activa interceptada (FIPARd) por el cultivo. El estudio se llevó a cabo durante 3 años (2015-2017) en una parcela experimental de un cultivar de ciruelo japonés de maduración temprana (Prunus salicina Lindl. ‘Red Beaut’). En esta parcela se dispuso de dos tratamientos: control (CON) y secado (D). En CON, los árboles se regaron para cubrir las necesidades hídricas de los cultivos durante todo el ciclo de cultivo. En los tratamientos D, los árboles se regaron como CON excepto en ciertos períodos (pre-cosecha y post-cosecha) en los que se suprimió el riego (ciclos de secado). Los ciclos de secado fueron muy útiles para seleccionar las posiciones de las sondas que proporcionaban información relevante para la gestión del riego, mientras que las medidas en planta permitieron trazar las líneas de gestión de las sondas para situaciones de no estrés, estrés moderado y estrés severo.
Un segundo aspecto crítico es identificar la variabilidad espacial que existe en la mayoría de las parcelas agrícolas. Determinar esta variabilidad es un factor importante para que los resultados obtenidos por los sensores sean representativos. En el Capítulo II, se llevó a cabo un estudio geoestadístico en una parcela comercial de olivar en seto (Olea europaea L. cv. ‘Arbequina’) de 13 ha, con el objetivo de identificar zonas con características homogéneas y determinar la ubicación ideal en la cual debía instalarse el sistema de riego automático. Se realizó un estudio dirigido a establecer zonas con características homogéneas analizando las principales propiedades del suelo (textura, pH, materia orgánica, nitrógeno, fósforo, potasio, conductividad eléctrica y capacidad intercambio catiónico) y del índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI) utilizando la conductividad eléctrica aparente (ECa) como variable secundaria en una parcela comercial de olivar en seto. Como resultado se establecieron dos zonas de manejo diferentes que permitieron adaptar las estrategias de riego a las condiciones del suelo de la parcela, lo que dio lugar a un aumento de la productividad y homogeneidad en la parcela de olivar.
Los sensores proporcionan información sobre la cantidad de agua disponible en el suelo y sobre el estado hídrico de la planta. Esta información es necesaria para ajustar las dosis de riego aplicadas a la situación actual del cultivo y a la estrategia de riego elegida. Sin embargo, para integrar esta información en un sistema de riego automatizado, es necesario un sistema de ayuda a la toma de decisiones o “Decision Suport System” (DSS) que analice la información y genere una actuación de riego (para establecer si se debe regar o no y qué dosis se debe aplicar). En el Capítulo III se probó y ajustó en condiciones de campo, un sistema de riego automatizado considerando el establecimiento de estrategias de RDI en una parcela de frutales de hueso. Para ello se utilizó la plataforma web IRRIX que utiliza un algoritmo que combina la programación de riego basada en el balance hídrico con un mecanismo de ajuste de los sensores de humedad del suelo. El ensayo se llevó a cabo durante dos años (2016-2017) en las Vegas Bajas del Guadiana (Extremadura, España) en una parcela experimental de "Red Beaut", un cultivar de ciruelo japonés de maduración temprana. Se establecieron tres tratamientos de riego: control, RDI y automático. El tratamiento control se programó para cubrir las necesidades hídricas del cultivo durante todo el ciclo vegetativo. El tratamiento RDI mantuvo la programación de control hasta la cosecha y luego aplicó el 40% de la evapotranspiración del cultivo (ETc) en el período posterior a la cosecha. El tratamiento automático simuló el RDI pero sin intervención humana. Después de dos años de ensayo, el sistema automatizado pudo "simular" la programación de riego gestionada por un experto sin necesidad de intervención humana.
La integración de los sistemas de monitoreo del estado hídrico y los DSS permiten realizar un riego automatizado, pero es necesario considerar la variabilidad espacial de la parcela a la hora de plantear las diferentes estrategias a aplicar en cada una de las zonas de la parcela o en el conjunto de la misma. En el Capítulo IV se evaluó en una parcela comercial un sistema de riego automatizado que integraba estrategias RDI combinado con técnicas de teledetección y cartografía del suelo. El estudio se llevó a cabo durante 3 años (2015-2017) en un olivar en seto de la variedad 'Arbequina' situado en Alvarado (Extremadura, España). Se generó un mapa de ECa y un mapa de NDVI para caracterizar la variabilidad espacial de la parcela y clasificar la parcela en áreas homogéneas. Con la información obtenida de los mapas de ECa y NDVI, se establecieron tres zonas diferentes: zona 1(los valores de ECa y NDVI eran medios o altos), zona 2 (los valores de ECa y NDVI eran bajos) y zona 3 (los valores de ECa eran bajos y los valores de NDVI eran medios o altos). Los puntos de control que forma parte del sistema de riego automatizado (CR1, CR2, CR3 y CR4) se establecieron en la zona 3. En 2015, la parcela se regaba en su totalidad de acuerdo con los criterios técnicos del agricultor. En 2016 y 2017, la parcela fue regada aplicando estrategias RDI, siendo una parte de la parcela regada bajo la supervisión de un experto y otra parte de ella regada de manera automática. El sistema de riego automatizado programó el riego de forma diferente en cada uno de los puntos de control de acuerdo a las condiciones específicas del punto de control donde se instalaron los sensores de humedad. Además, permitió establecer una estrategia de RDI recomendada por un experto, lo que dio lugar a la homogeneización de la producción en toda la parcela sin necesidad de intervención humana.
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The efficient use of irrigation water in crop fields is an economic and environmental requirement that calls for a precise knowledge of the volume of wáter that needs to be provided in each of the applications made during the crop cycle. It is needed in order to maintain the appropriate water status during each phenological state, in line with the established production objectives. In practice, this is a complex process that requires combining agrometeorological data with ecophysiological knowledge of the soil-water-plant system. Within this context, information and communication technology (ICT) has opened up a series of new possibilities by facilitating access to data relating to the system in real time and by providing powerful tools with which to process and manage information. This integration has given rise to what is known as "smart irrigation", which has the ambitious objective of developing fully automated irrigation systems that can simulate the decision-making skills of an expert who is capable of interpreting all of the available data. The main objective of this doctoral thesis was to explore in depth the possibilities presented by a highly efficient automated irrigation system based on the web platform (IRRIX). This was done in relation to two woody crops which are of great economic and social importance in Extremadura: the Japanese plum tree (Prunus salicina Lindl.) and the olive tree (Olea europaea L.) and involved applying regulated deficit irrigation (RDI) strategies.
