Una plataforma Flexible de Riego de Precisión para la mejora de la productividad del agua a nivel de parcela

FIGARO

Simulación de la respuesta de los cultivos al

Juan Manzano, CVER - UPV

Simulación de la respuesta de los cultivos al

agua de riego mediante el modelo AQUACROP

Justificación

• Estado actual de la modernización de los regadíos en España y perspectivas de

futuro

• Estrategias de riego integrando medidas del continuo suelo-planta-atmósfera

Condiciones de cultivo

Estrés hídrico

Co

sech

a (

ton

/ha

)

Ahorro de agua → ahorro de energía

Modelos de cultivo

• Modelos de crecimiento

• Sistemas de ecuaciones matemáticas que representan las reacciones que existen en la planta y las interacciones entre la planta y su entorno.

• Modelos de simulación que estiman la producción como función de las condiciones climáticas, de suelo y del manejo del cultivo.

• Otros modelos de crecimiento/productivos:Software Cultivo Software Cultivo

SLAM II ForrajerasSoftware CultivoTUBERPRO PatataSIMPOTATO PatataWOFOST Trigo y maizORYZA1 ArrozSIMRIW ArrozCERES-Rice ArrozGRAZPLAN PastosEPIC Erosion Productivity Impact CalculatorCERES Series of crop simulation modelsDSSAT Modelo generalQCANE Caña de azucarAUSCANE Caña de azúcar

SLAM II ForrajerasREALSOY SojaMODVEX Model development and validation systemIRRIGATE Programación del riegoCOTTAM Algodón APSIM Modelo generalGWM HerbaceosGOSSYM-COMAX AlgodónCropSyst Modelo generalSIMCOM Crop (CERES crop modules) & economics

Etc., etc.

Modelo AquaCrop

• Modelo AquaCrop: Modelo de productividad del agua en los cultivos.

• Simula el rendimiento de cultivos herbáceos respecto al agua, siendoespecialmente adecuado para analizar las condiciones en que el agua es unfactor limitante en la producción.

http://www.fao.org/nr/water/aquacrop.html• http://www.fao.org/nr/water/aquacrop.html

Antecedentes

Evapotranspiración del cultivo. Guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos

Respuesta del rendimiento al agua.

CLIMWAT Base de datos

FAO. Cuaderno 56

FAO. Cuaderno 33

CLIMWAT Base de datos

Programa informático para el cálculo de las necesidades

hídricas de los cultivos y las necesidades de riego en base a

datos del suelo, del clima y del cultivo.

http://www.fao.org/nr/water/infores_databases_cropwat.html

ftp://ftp.fao.org/agl/aglw/docs/idp56s.pdf

http://www.fao.org/docrep/016/i2800e/i2800e.pdf

CROPWAT

Necesidad de modelos de respuesta al agua

Experimentos de campo

Formular Formular recomendaciones

Simulaciones con modelos

Necesidad de modelos de respuesta al agua

Sistema cultivo. Realidad

Simplificación. Particularización

Simulación. Modelo matemático

CONDICIONESCLIMATICAS

Límite superior

Energía (Temperatura y ETo)

Lluvia

[CO2]

Sistema:Interacción suelo-planta

Manejo PLANTA

NIVEL FREÁTICO

Límite inferior

Subsuelo y nivel freático

Manejo RiegoCampo

(p.e. fertilidad suelo)

SUELO

Necesidad de modelos de respuesta al agua

Experimentos

de campo

Simulaciones Modelos Calibrados / Validados Simulaciones

con modelosCalibración / Validación

Modelos Calibrados / Validados

Formulación de recomendaciones

Ensayo de estrategias cultivos/zonas

Pruebas de manejo

• Propuesta FAO: AquaCrop:

• Uso de un número relativamente pequeño de parámetros

• Intento de integrar simplicidad, precisión y robustez

parámetros disponibles normalmente

• Intento de integrar simplicidad, precisión y robustez

Basado rigurosamente:Procesos fisiológicos de las plantasProcesos de balance de agua en el suelo

Conceptos generales

Ampliamente aplicablePrecisión aceptable

DATOS DEL MODELO

CLIMA

CULTIVO

MANEJO

Manejo del riego

Manejo de parcela

PERFIL DEL SUELO

AGUA SUBTERRÁNEA

MANEJO

DATOS DEL MODELO (input)

CLIMA

CULTIVO

MANEJO

RESULTADOS DEL MODELO (output)

Biomasa y cosecha para

unas condiciones

ambientales determinadas

Manejo del riego

Manejo de parcela

PERFIL DEL SUELO

AGUA SUBTERRÁNEA

MANEJO

BIOMASA

COSECHA

DATOS DEL MODELO (input)

CLIMA

CULTIVO

MANEJO

RESULTADOS DEL MODELO (output)

Biomasa y cosecha para unas condiciones

ambientales determinadas

Conocimiento de la

Fecha plantación

Selección cultivar

Manejo del riego

Manejo de parcela

PERFIL DEL SUELO

AGUA SUBTERRÁNEA

MANEJOConocimiento de la

respuesta del cultivo a cambios ambientales

Análisis de los rendimientos

Optimización de la productividad del agua ET

p.e.

Fertilidad suelo

Uso mulch

Riego deficitario

DATOS DEL MODELO (input)

CLIMA

CULTIVO

MANEJO

RESULTADOS DEL MODELO (output)

Biomasa y cosecha para unas condiciones

ambientales determinadas

Conocimiento de la

Condiciones

climáticas

futuras

Efecto del cambio climático en la

producción

Manejo del riego

Manejo de parcela

PERFIL DEL SUELO

AGUA SUBTERRÁNEA

MANEJOConocimiento de la

respuesta del cultivo a cambios ambientales

Análisis de los rendimientos

Optimización de la productividad del agua ET

Programación del riego(cuándo y cuánto)

Determinación de las necesidades de agua

producción

Usos potenciales

• El modelo permite

• Comprender la respuesta a cambios ambientales

• Estimar las necesidades de agua

• Comparar cultivos actuales frente alternativos

• Determinación de cultivos y manejos más adecuados

• Desarrollo de estrategias de riego en condiciones de déficit

Formulación de

recomendaciones

• Desarrollo de estrategias de riego en condiciones de déficit

• Estudio del efecto del cambio climático en la producción de alimentos

• Análisis de escenarios para economistas, administración, políticas de agua, gestores de cuenca, etc.

Integración de AquaCrop con otros modelos/herramientas

• AquaCrop + Modelos económicos

• AquaCrop + GIS

• AquaCrop + Modelos hidrológicos• AquaCrop + Modelos hidrológicos

• AquaCrop + plataforma de riego

Descarga

Esquema de cálculo

• Desarrollo del cultivo

Índice de Área Foliar (LAI)

Sustituido por cobertura de la vegetación (área sombreada)

Superficie de

suelo cubierta

por la vegetación.

Area sombreada.

Geen Canopy

Cover. CC

Superficie de

suelo (unidad)

Esquema de cálculo

• Desarrollo del cultivo

3% 19% 75 % 90%

Parámetros afectados por

plantación/manejo

Parámetros

específicos. Fenología

Parámetros condicionados

por las condiciones

físico/químicas del suelo

Máxima CC Senescencia

Esquema de cálculo

• Desarrollo del cultivo

Expansión hoja

Senescencia Senescencia

Esquema de cálculo

• Transpiración del cultivo

Condiciones climáticas

Evapotranspiración de referencia

Coeficiente de cultivo

Proporcional a CC

Tipo de cultivo

Cobertura de la vegetación

Esquema de cálculo

• Transpiración del cultivo

Aireación deficiente

Cierre estomáticoestomático

Estrés hídrico

Esquema de cálculo

• Producción de biomasa

CO2

Fotosíntesis

Carbohidratos(“ladrillos de construcción”

de biomasa)

Fotosíntesis

Esquema de cálculo

• Producción de biomasa

• La producción de biomasa (B) es proporcional a al transpiración (Tr) acumulada

WP Productividad de

biomasa del agua

Esquema de cálculo

• Producción de biomasa

Esquema de cálculo

• Formación de cosecha

COSECHAHI

BIOMASA

Índice de cosecha (HI) = Fracción de biomasa

que constituye la producción agrícola

Esquema de cálculo

• Formación de cosecha

Fruta/grano Raíz/ tubérculo HojaFruta/grano Raíz/ tubérculo Hoja

HI es ajustado por: Estrés hídrico/ térmico

HIo = Índice de cosecha de referencia

Esquema de cálculo

Datos requeridos

• Caracterísitcas del cultivo

• Datos climáticos

• Características del suelo

• Manejo del cultivo Descripción del entorno• Manejo del cultivo• Prácticas culturales• Riego

Descripción del entorno

Datos requeridos

Datos requeridosCaracterísticas del cultivo

Parámetros conservativos (“por defecto”)

• Umbrales del estrés hídrico• Expansión de hoja• Cierre estomático• Senescencia• Senescencia

• Productividad del agua

Datos requeridosCaracterísticas del cultivo

Parámetros ajustables• Adaptaciones a condiciones

locales, variedad, fenología

• Densidad de plantación/siembra• Densidad de plantación/siembra

• Índice de cosecha de referencia

Cultivos calibrados: Maíz, arroz, algodón, tomate, patata,

girasol, trigo, cebada, etc.

Datos requeridosDatos climáticos• ETo. AquaCrop dispone de un módulo para el cálculo de la

ETo- PM FAO

• Temperatura del aire (Tmin y Tmax)

• Lluvia

• [CO2]

[CO ]; afecta principalmente a la [CO2]; afecta principalmente a la

transpiración y producción de biomasa

Datos requeridos

Características del perfil del suelo• Capacidad de campo

• Punto de marchitez

• Conductividad hidráulica saturada

Datos requeridos

Características del agua subterránea• Profundidad del nivel freático

• Calidad del agua (salinidad)

Agua subterránea

Datos requeridos

Manejo• Prácticas culturales

• Mulches

• Nivel de fertilidad del sueloNivel de fertilidad del suelo

Datos requeridos

RiegoRiego• Método de riego

• Determinación de necesidades totales

Datos requeridosRiego• Programación de riego. Eventos definidos

• Por fecha

• Por volumen aplicado

• Por calidad del agua

Evaluación de estrategia de riego

Datos requeridosRiego• Generación de programaciones de riego

• Criterio de tiempo. Intervalo fijo,

hasta descenso admisible.

• Criterio de dosis. Cantidad fija, hasta

capacidad de campocapacidad de campo

Descargas

• AquaCrop

• AquaCrop versión plug-in

• AquaCrop – GIS

• Material de aprendizaje

http://www.fao.org/nr/water/aquacrop.html

Acceso libre

• Material de aprendizaje

• Código de programación (C#)

(próximo año)

Código libre

Limitaciones

• Ciclo de cultivo simple en herbáceos

• Uniformidad de cultivo en PARCELA. Desarrollo del cultivo, tipo de suelo, riego, aplicación de fertilizante, infiltración, etc.

• Flujo vertical, no considera escorrentías horizontales superficiales o subterráneos.

Simulación

• Condiciones iniciales humedad suelo/salinidad

• Inicio del ciclo de cultivo

1. Fecha fija

2. A partir de las precipitaciones existentes

3. A partir de las temperaturas

Calibración / Evaluación de la simulación

CC simulado

CC medido

Revisión de estrés por:1. fertilidad de suelo2. Salinidad de suelo3. Salinidad de agua

4. Datos climáticos y riego aportados

Calibración / Evaluación de la simulación

Revisión de valores de:1. Capacidad de campo2. Punto de marchitez permanente

(Eventos climáticos)

3. Definición de horizontes

Contenido de agua simulado

Calibración / Evaluación de la simulación

Biomasa seca simulada (sobre el nivel del suelo)

Considerar el efecto de:1. Plagas/enfermedades2. Daños por fenómenos climáticos

(heladas, tormentas, etc.)

Comprobación de HIo

Referencias

• Dirk Raes. Training Course. Lisboa. March 2016. FAO-Land and Water Division

• AquaCrop training handbooks I-II. July 2015. FAO-Land and Water Division

• Crop yield response to wáter. FAO Irrigation and Drainage Paper No. 66

• Crop Evapotranspiration. FAO Irrigation and Drainage Paper No. 56

GRACIAS POR SU ATENCIÓN

juamanju@agf.upv.es