Resumen de Planificación de estrategias de riego deficitario en cultivos leñosos ante distintos escenarios de disponibilidad de agua de riego
- español
La Región de Murcia, al igual que el resto de las regiones ubicadas en la cuenca mediterránea, se encuentra bajo una preocupante escasez e irregularidad de las precipitaciones que, junto a la alta demanda evaporativa de la zona, han causado un severo déficit hídrico estructural sobre la Cuenca Hidrográfica del Segura. Asimismo, las previsiones climatológicas en el corto y largo plazo señalan que, debido al cambio climático, esta situación será cada vez más compleja. En este contexto, el papel que desempeñan las comunidades de regantes adquiere una mayor relevancia, dada la enorme dificultad para adecuar el suministro de agua para el riego, en cantidad y calidad, a las necesidades hídricas de los cultivos. De esta forma, los agricultores se ven obligados a adoptar estrategias de riego enfocadas al ahorro de agua, con el menor impacto posible sobre el rendimiento de los cultivos, maximizando la eficiencia de su uso para garantizar la sostenibilidad económica y ambiental del sector.
Por todo ello, el objetivo principal de esta Memoria de Tesis Doctoral fue la elaboración y validación de estrategias de riego deficitario controlado (RDI, regulated deficit irrigation) en tres de los cultivos leñosos más comunes de la zona mediterránea (uva de mesa, paraguayo y albaricoquero), a partir del uso de indicadores del estado hídrico de la planta y mediante modelización predictiva, para que estos protocolos más sostenibles obtenidos a nivel de parcela puedan extrapolarse a una zona regable más extensa.
En uva de mesa, las estrategias de RDI aplicadas durante posenvero ocasionaron un estrés hídrico máximo de 0,22 MPa de potencial hídrico de tallo con respecto a vides bien regadas, estableciéndose un protocolo de riego para un rango de disponibilidad de agua para el riego entre 4000 y 7000 m3 ha-1 que no afectó el rendimiento. De esta forma, la eficiencia del uso del agua (WUE, water use efficiency) se incrementó en un 50% durante los dos primeros años y alrededor de un 81% durante el tercero, incluso mejorando la calidad de la baya. Además, con los datos recopilados durante el período de estudio, fue posible elaborar un modelo predictivo mediante el algoritmo de aprendizaje supervisado de regresión de procesos gaussianos (GPR, gaussian process regression), para predecir los requerimientos de riego del cultivo para condiciones no limitantes de riego y para RDI, según dos variables de fácil determinación como la temperatura máxima diaria y el día del año. De la misma forma, utilizando datos de 7 ciclos de cultivo consecutivos de estudio en que se aplicaron distintas estrategias de RDI en uva de mesa durante el posenvero que permitieron ahorrar un promedio de un 40% de agua de riego, mediante el uso de GPR fue posible predecir el efecto de la intensidad del estrés hídrico, basado en los valores de potencial hídrico de tallo, y el número de racimos por parra sobre la calidad de las bayas, determinada como la firmeza y el color de éstas. A partir de estos resultados, fue posible determinar que WUE se incrementa linealmente hasta una acumulación de la integral de estrés hídrico de hasta 30 MPa día, mejorando el color y firmeza de las bayas.
En paraguayo, mediante la aplicación de RDI durante los períodos no críticos al déficit hídrico: fase II de crecimiento rápido del fruto y postcosecha tardía, en que la programación del riego se realizó para satisfacer un 70 y 50% de la evapotranspiración del cultivo (ETC), fue posible alcanzar una reducción del riego semanal en torno a 43 y 109 m3 ha-1 en la fase II y postcosecha tardía, respectivamente. Esto supuso un ahorro de agua del 33,6% en el tratamiento RDI respecto a árboles bien regados, y un incremento en torno al 45% de la WUE, alcanzando valores en torno a 4,16 kg m-3. Asimismo, se elaboraron modelos para la programación del riego en base a la fenología del cultivo y parámetros climáticos en base a umbrales de riego según el potencial hídrico de tallo para árboles bien regados y para árboles con riego deficitario. Finalmente, para árboles bajo RDI y sin restricciones hídricas el valor umbral de potencial hídrico de tallo durante la postcosecha fue de -1,4 y -1,1 MPa, respectivamente.
En albaricoquero, se aplicaron dos estrategias de RDI durante los períodos fenológicos no sensibles a la reducción del riego con diferentes intensidades de estrés hídrico; durante las fases I y II de crecimiento del fruto, el riego se redujo un 20% respecto a árboles bien regados, y durante la postcosecha tardía se consideraron dos valores umbrales de potencial hídrico de tallo para el inicio del riego, el primero, correspondiente a un estrés hídrico moderado de -1,5 MPa (RDI1) y por otra parte, un estrés severo de -2,0 MPa (RDI2). La programación del riego deficitario en ambos tratamientos no afectó al rendimiento ni a la calidad del fruto en cosecha, reduciendo los aportes de agua de riego en 1124 y 2133 m3 ha-1 e incrementándose WUE un 13,2 y un 25,6%, para RDI1 Y RDI2, respectivamente.
Asimismo, una integral de estrés hídrico de 30,2 MPa día durante la postcosecha podría considerarse óptima ya que, al alcanzar en torno a 41 MPa día en el tratamiento RDI2, el crecimiento vegetativo se redujo en un 35%.
Por tanto, ante la limitada disponibilidad de agua para riego, la elevada incertidumbre a la que se enfrentan los agricultores y la necesidad de reducir la presión por los recursos hídricos, se han desarrollado y validado protocolos de riego deficitario en tres cultivos representativos de la agricultura murciana, que permitieron incrementar significativamente la eficiencia del uso del agua de riego en condiciones semiáridas, teniendo en cuenta: i) la fenología del cultivo, para la delimitación más específica de los períodos no críticos en cada uno de ellos; ii) un nivel adecuado de estrés hídrico que no afecte negativamente al rendimiento del cultivo ni al crecimiento vegetativo, ya que podría alterar su futura producción; y iii) la obtención y validación de modelos predictivos con el fin de poder extrapolar los protocolos de riego a una zona regable más extensa.
- English
The Region of Murcia, like the rest of the regions located in the Mediterranean basin, is under a worrying scarcity and irregularity of rainfall, which, together with the high evaporative demand of the area, have caused a severe structural water deficit over the Segura River Basin. Likewise, short and long term climatic forecasts indicate that, due to climate change, this situation will become increasingly complex. In this context, the role played by irrigation communities becomes more relevant, given the enormous difficulty in adapting the water supply for irrigation, the quantity and quality, to the water needs of crops. In this way, farmers are forced to adopt irrigation strategies focused on water saving, with the least possible impact on crop yield, maximizing the efficiency of its use to ensure the economic and environmental sustainability of the sector. Therefore, the main objective of this PhD Thesis was the development and validation of regulated deficit irrigation (RDI) strategies in three of the most common woody crops in the Mediterranean area (table grape, flat peach and apricot), based on information from plant wáter status indicators and through predictive modeling, so that these sustainable protocols obtained at field scale can be extrapolated to a larger irrigable area. In table grapes, the RDI strategies applied during post-veraison caused a maximum water stress of 0.22 MPa of ΨS compared to well-irrigated vines, establishing an irrigation protocol for a range of water availability for irrigation between 4000 and 7000 m3 ha-1 that did not affect yield. In this way, water use efficiency (WUE) increased by 50% during the first two years and around 81% during the third, even improving berry quality. In addition, with the data collected during the study period, it was possible to develop a predictive model using the supervised learning algorithm of gaussian process regression (GPR), to predict the irrigation requirements of the crop for nonlimiting irrigation conditions and for RDI, according to two easily determined variables such as daily maximum temperature and day of the year. In the same way, using data from 7 consecutive crop cycles in which different RDI strategies were applied in table grapes during post-veraison, saving an average of 40% of irrigation water, it was possible to predict the effect of water stress intensity, based on ΨS values, and the number of clusters per vine on berry quality, determined as their firmness and color, using GPR. From these results, it was possible to determine that WUE increases linearly up to an accumulation of the wáter stress integral of up to 30 MPa day, improving the color and firmness of the berries. In flat peach, by applying RDI during the non-critical periods to water deficit: phase II of rapid fruit growth and late post-harvest, in which irrigation scheduling was carried out to satisfy 70% and 50% of crop evapotranspiration (ETC), it was possible to achieve weekly irrigation reduction of around 43 and 109 m3 ha-1 in phase II and late post-harvest, respectively. This represented a water saving of 33.6% in the RDI treatment compared to well-irrigated trees, and an increase of around 45% in WUE, reaching values of around 4.16 kg m-3. Likewise, models were developed for irrigation scheduling based on crop phenology and climatic parameters based on irrigation thresholds according to ΨS for well-irrigated trees and for trees with deficit irrigation. Finally, for trees under RDI and without water restrictions, the threshold value of ΨS during post-harvest was -1.4 and -1.1 MPa, respectively.In apricot, two RDI strategies were applied during the phenological periods not sensitive to irrigation reduction with different water stress intensities; during phases I and II of fruit growth, irrigation was reduced by 20% compared to well-irrigated trees, and during late post-harvest, two threshold values of ΨS were considered for the start of irrigation, the first, corresponding to a moderate water stress of -1.5 MPa (RDI1) and on the other hand, a severe stress of -2.0 MPa (RDI2). The scheduling of deficit irrigation in both treatments did not affect the yield or the quality of the fruit at harvest, reducing the contributions of irrigation water by 1124 and 2133 m3 ha-1 and increasing WUE by 13.2% and 25.6%, for RDI1 and RDI2, respectively. Likewise, a water stress integral of 30.2 MPa day during post-harvest could be considered optimal since, when reaching around 41 MPa day in the RDI2 treatment, vegetative growth was reduced by 35%. Therefore, given the limited availability of water for irrigation, the high uncertainty faced by farmers, and the need to reduce pressure on water resources, deficit irrigation protocols have been developed and validated in three representative crops of the agriculture in Murcia. These protocols have significantly increased the irrigation water use efficiency in semi-arid conditions, taking into account: i) the phenology of the crop, for the more specific delimitation of non-critical periods in each of them; ii) an adequate level of water stress that does not negatively affect crop yield or vegetative growth, as it could affect its future production; and iii) the obtaining and validation of predictive models in order to extrapolate the irrigation protocols to a larger irrigable area.
