Figaro Irrigation Platform

IIIJornadasobreGestiónEficientedelAguadeRiego
IMPLANTACIÓN DEL RIEGO DE PRECISIÓN
DESDE LA PLATAFORMA FIGARO
Valencia,30deJunio2016
FIGARO
Una plataforma Flexible de Riego de Precisión para la mejora de la productividad del agua a nivel de parcela
Estrategias deriego integrando medidas delcontinuo
suelo‐planta‐atmósfera
DiegoS.Intrigliolo,CEBAS‐CSIC
UnidadAsociada del IVIAalCSIC.Riego en laagricultura mediterránea
1
Agradecimientos
CEBAS-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. Castel
UPV: F. Martinez, J. Manzano, A. Royuela
Financiación de la investigación:
GVA e IVIA
Ministerio de Economía y Competitividad
INNPACTO RISUB
RETOS RiegoAsesor, Hipofrut y Sostgrape
Unión Europea
FP7‐InnoWater‐Demo Proyecto WEAM4i
JPI‐WATER. Proyecto IRIDA
LIFE2014+. Proyecto CLIMATREE
IVIA-CSIC Unidad Asociada
Riego 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 de
la planta
•Respuesta al riego deficitario controlado. Fisiología de
la producción y calidad de la fruta
•Viticultura general. Técnicas agronómicas para
incrementar EUA y la calidad de uvas y vinos
Contextualización
Fuente
Demanda
•Recursos hídricos subterráneos
y superficiales
•Redes de distribución
•Transvases inter \ intracuencas
•Sistemas de riego
•Embalses
‐Ingeniería del riego
•Depuración y desalación de
aguas
‐Agronomía del riego
Hasta los 90, las políticas hídricas se
centraron en incrementar la capacidad
de generar nuevos recursos hídricos
mediante
la
construcción
de
embalses1.
1Fuente: López‐Gunn
A partir de 1996, se comenzaron a
adoptar medidas para optimizar la
demanda. Hoy día, la eficiencia en el
uso del agua constituye el pilar de los
planes de regadíos1.
et al. 2008. Lost in translation? Water efficiency in Spanish agriculture. Agr Water Manag. 108:83‐95
Eficiencia en el uso del agua
Aproximación sistemática y cuantitativa1
EUA =
Agua Agua recibida evapotranspirada
en parcela
Agua captada en la fuente
1 Adaptado
x
x
EUA = Ehidráulica x
Agua transpirada
Agua recibida en parcela
Agua evapotranspirada
CO2
asimilado x
Materia fresca acumulada
x
Agua transpirada
CO2 asimilado Cosecha
x
Materia fresca acumulada
Eaplicación x Etranspiración x Easimilación x Ecrecimiento x Ecosecha
a partir de: Hsiao et al. 2007. A systematic and quantitative approach to improve water use efficiency. Irrig Sci 25:209‐231
Importancia del riego en la agricultura mediterránea
Producción (kg/árbol)
1) Mantener el cultivo en un
estado hídrico óptimo supliendo
con el riego el agua consumida
por la plantación que no es
remplazada por la lluvia
Peso medio del fruto (g)
Objetivos de la fertirrigación
Consumo de agua (l/árbol) Datos publicados en Ginestar y Castel
1996. J Hort Sci
2) Incremental la fertilidad natural del suelo
Representación de la cavidad estomática
Evapotranspiración (ETc)
Transpiración
Transpiración
Evaporación agua suelo
Evapotranspiración
Evaporación agua suelo
=
Transpiración + Evaporación
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
Determinación de la Eaplicación en una comunidad de regantes de Levante
(Necesidades riego)/(Riego aportado)*100
Para el conjunto de la comunidad de
regantes la Eaplicación=95%
Hay grandes variaciones en la Eaplicación entre
parcelas
Eaplicación
# Parcelas
<50
114
50‐75
69
75‐125
122
125‐150
69
>150
237
Jiménez‐Bello et al. 2012. Use of remote sensing and geographic information
tools for irrigation management. Opt Méditerran 67. 147‐160.
Eaplicación (%)
0‐25
25‐50
50‐75
75‐100
100‐125
125‐150
> 150
Modernización de los regadío. Paso 2 necesario
300
200
R² = 0,69
150
100
Eaplicación(%)
250
50
‐1,9
‐1,6
‐1,3
‐1
tallo (MPa)
‐0,7
‐0,4
Modernización de los regadío. Paso 2 necesario
¿Cómo?
¿Cuánto?
¿Cuándo?
Modernización de los regadío. Paso 2 necesario
Ambiente
Planta
Suelo
Índice
1. Demanda evaporativa (ETo) y coeficiente
de cultivo (Kc)
2. Humedad del suelo
3. Estado hídrico de la planta
4. La teledetección
5. La integración y la transferencia al regante
1. ETo y Kc
Consumo hídrico
1‐ Clima
2‐ Cultivo
•Temperatura
•Radiación
•Humedad aire
•Viento
Consumo hídrico= Efecto clima x Efecto cultivo
Evapotranspiración de referencia (ETo)
ETo*Kc
Coeficiente de cultivo (Kc)
1. ETo y Kc
Coeficiente de cultivo de los cítricos
Relación entre el Kc y el área sombreada
0.70
0.60
Kc
0.50
0.40
0.30
0.20
Kc = 0,0283+(0,0203 x PAs)(0,00016 x PAs2)
0.10
0.00
0
10
20
30
40
50
60
Área sombreada %
70
80
1. ETo y Kc
Coeficiente de cultivo de los cítricos
1. ETo y Kc
http://riegos.ivia.es
1. ETo y Kc. Las últimas novedades
Se puede predecir la
ETc estimando el grado
de cobertura vegetal
del suelo y obtener un
Kc mediante relaciones
empíricas disponibles
entre Kc y el vigor
vegetativo
Fuente: López et al. 2012 Use of spatial analysis tools for groundcover estimation and irrigation management in water users association
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 (línea
azul) (Dcha). Diagrama de cajas del error absoluto medio obtenido según la
predicción estándar (caja roja) y la simulada tras las predicciones de Riego‐
Asesor (caja azul).
1. ETo y Kc. Las últimas novedades
Fuente: Ribalaygua et al. 2016. Estimación de la lluvia obtenida a partir de la
combinación de los radares meteorológicos y la red de pluviómetros automáticos de
la AEMET. Resultados del proyecto RIEGO‐ASESOR
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 otros
con menos información
5. El modelo del Kc no se adecúa perfectamente
para el caso de árboles
2. Estado hídrico del suelo
Ventajas:
La evolución del contenido de humedad, por si
sola, puede servir como indicador de riego
100
115
130
145
160
175
190
205
220
235
250
265
280
-20
 matricial, kPa
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
-100
-110
Bien Regado
Riego Deficitario
-120
Evolución del potencial matricial del suelo en ciruelos bien regados
o con riego deficitario
Permite optimizar el manejo de cuándo y cómo
regar, evitando posibles pérdidas de agua y
fertilizante por drenaje.
2. Estado hídrico del suelo
En el mercado hay muchos tipos de sensores. No todos miden lo mismo

m

v
v
v
2. Estado hídrico del suelo
1 sola profundidad
Varias profundidades
2. Estado hídrico del suelo
Transmisión vía radio o MODEM
GPRS
GPRS
Lluvia
34.1 mm
Capacidad de campo
10-15 %
Agua disponible para la
planta
Punto de recarga
Tendenecias
Agua disponible para la planta (entre capacidad
de campo y punto de recarga)
Línea de drenaje plana
Cambio en la
frecuencia de
riegto
2. Estado hídrico del suelo
Limitaciones
•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 no
moja de manera uniforme el suelo
•Variabilidad intrínseca de cualquier instrumento de medida
Un árbol en toda una parcela
Un único punto de medida en toda
la rizosfera de un árbol
Modernización de los regadío. Paso 2 necesario
Ambiente
Planta
Suelo
3. Estado hídrico de la planta
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 de
riego impuesto.
Sin embargo, el estado hídrico de la planta no depende solo del nivel de
humedad del suelo, que es lo que controlamos con el riego, sino también de la
demanda evaporativa que afecta a la tasa de transpiración
suelo-hoja=R*T
hoja
T= tasa de transpiración
R= Resistencia hidráulica en el continuo sueloplanta-atmósfera
suelo
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
Evolución del Potencial en Clementina de Nules en árboles bien regados y con riego deficitario
'CLEMEMTINA DE NULES'
 tallo MPa
0.0
CONTROL
RDC-1
-1.0
-2.0
-3.0
19/may
13/jun
08/jul
02/ago
27/ago
21/sep
16/oct
2007
Periodo
con
restricción
Días de
poniente
10/nov
3. Estado hídrico de la planta
Los dendrómetros
Fotografía cortesía de: Dr. J. Alarcón (CEBAS-CSIC)
3. Estado hídrico de la planta
0.1
Evolución del diámetro del tronco durante tres días
Diámetro del tronco (mm)
Árbol con riego al 100% de las necesidades
Árbol con riego deficitario
0.0
-0.1
-0.2
ETo= 2.7 mm
-0.3
ETo= 4.8 mm
ETo= 5.4 mm
-0.4
177.5
178.0
178.5
179.0
179.5
180.0
Día del año
180.5
181.0
181.5
3. Estado hídrico de la planta
La intensidad de señal (IS)
Contraccióntratamiento
Contracciónbienregado
Fuente: Ortuño et al. 2009
3. Estado hídrico de la planta
Contracción del tronco, m
700
suelo >-20 kPA
-60 kPa<suelo<-20 kPa
suelo <-60 kPa
600
500
400
300
200
100
0
-100
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Déficit de presión de vapor, kPA
3.5
4.0
3. Estado hídrico de la planta
Evolución del t en Clementina y Caqui en árboles bien regados y con riego deficitario
Periodo riego
deficitario
Clementina de Nules.
Fuente: Ballester et al.
0.0
tallo (MPa)
-0.4
Diospyros
Kaki
-0.8
-1.2
-2.0
Control bien regado
Riego deficitario primavera
Riego deficitario verano
Riego deficitario otoño
-2.4
100
120
-1.6
140
160
180
200
Día del año
220
240
260
280
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 y
sin 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
Termografía
•La temperatura de la hoja o de la copa está relacionada con la tasa de
evaporación. De este modo, las radiaciones infrarrojas emitidas por la copa
pueden ser utilizadas para estimar la conductancia estomática y la tasa de
trasnpiración.
•La tasa de evaporación es sólo uno de los factores que afectan la temperatura
(radiación, temperatura, humedad y velocidad del tiempo).
3. Estado hídrico de la planta
Termografía
Termografía con cámara térmica de mano
El problema
1. 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)
La solución
Automatización 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
Martinez‐Gimeno et al. 2016 (Irr Sci en revisión)
FP7: Innowater‐Demo1. WATER AND ENERGY ADVANCED MANAGEMENT FOR IRRIGATION
48
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
4. Técnicas de teledetección
JPI Water Works 2014
INNOVATIVE REMOTE AND GROUND SENSORS, DATA AND TOOLS INTO A DECISION SUPPORT SYSTEM FOR AGRICULTURE WATER MANAGEMENT (IRIDA)
Entidades
CEBAS‐CSIC
IAS‐CSIC
INNOVATI
UniCT
NIBIO
NMA
CREA
4. Técnicas de teledetección
Ballester et al. 2016 (Precision Agriculture en revisión)
5. La integración de las herramientas
Ajustar la dosis y frecuencia del riego a las necesidades de los cultivos
Modelos empíricos de programación
del riego basados en el balance hídrico
(Modelo FAO‐56)1
Necesidades de riego (ETc)=ETo*Kc
‐Kc individual
‐Kc doble (Kcb+Ke)
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
Modelos semi‐mecanicísticos para
predecir las necesidades hídricas de los
cultivos basados en predicciones
climáticas y cuantificación por separado
de la Evaporación y la Transpiración.
Proyecto Riego‐Asesor RTC‐2015‐3453‐2
Proyectos Retos‐Colaboración
5. La integración de las herramientas
Mirás et al. Resultados no publicados
Evapotranspiración modelo (mm)
5. La integración de las herramientas
6
5
4
3
2
y = 1,087x + 0,0694
R² = 0,989
1
0
0
1
2
3
4
Evapotranspiración del cultivo (mm)
Mirás et al. Resultados no publicados
5
6
Los nuevos retos
1. ¿cómo hacer que el conocimiento y las técnicas
se 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 situaciones
de escasez recursos?
3. …. y con aguas de mala calidad o salinas