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Ciencia y tecnologías para el uso eficiente del agua en la agricultura

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  • Ciencia y tecnologías uso eficiente agua agricultura
  • El uso eficiente del agua en la agricultura cobra cada vez mayor importancia de cara a enfrentar el reto del aumento de la demanda global de alimentos. La investigación y aplicación de herramientas tecnológicas jugarán un papel fundamental.

Sobre la Entidad

IRTA
El IRTA es un instituto de investigación de la Generalitat de Catalunya, adscrito al Departamento de Agricultura, Ganadería, Pesca, Alimentación y Medio Natural.

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La capacidad de producción de alimentos va muy ligada a la disponibilidad de agua para satisfacer las necesidades hídricas de los cultivos. En la mayoría de casos, va asociada a la cantidad de agua transpirada por las plantas. A nivel global, la agricultura se enfrenta al desafío de satisfacer un elevado incremento en la demanda de alimentos (del 60-80% para 2050), a la vez que la superficie cultivada y los recursos hídricos disponibles son limitados y limitantes (FAO, 2009). Para afrontar esta situación, será necesario promover el uso eficiente del agua en la agricultura.

Este análisis, que es muy relevante a escala mundial, adquiere una especial importancia a nivel de los países mediterráneos porque, en general, las disponibilidades de agua son escasas y el cambio climático afectará de forma muy negativa a los recursos disponibles no tan solo por el aumento de las temperaturas, sino, y muy especialmente, por la irregularidad en la distribución temporal de las precipitaciones. Los períodos de sequía y las lluvias torrenciales se alternarán con el resultado de una reducción muy considerable de recursos hídricos para todos los usos, y de forma muy especial para los usos agrícolas. En este escenario, ser eficiente con el recurso agua pasa a ser una necesidad imperiosa a la que debemos enfrentarnos de forma inmediata y muy rigurosa, convirtiéndose en un aspecto estratégico de la sostenibilidad económica, medioambiental y de disponibilidad de alimentos para nuestra sociedad.

En las próximas décadas, la gestión eficiente del agua de riego será indispensable para garantizar la seguridad alimentaria de la humanidad

Mejorar la eficiencia (la productividad del agua) en nuestros sistemas agrícolas es un reto posible. Por ejemplo, en base a los trabajos de I+D y a las observaciones de lo que sucede en las plantaciones productivas en regadío de la zona de Lleida en los últimos 20 años, se evidencia cómo la tecnificación del riego permite reducir el volumen de agua que se requiere para producir una manzana (Fig. 1). De acuerdo con los datos de huella hídrica (volumen de agua requerido para producir una unidad de producto) de la FAO, para producir una manzana de unos 200 g se requieren 70 litros de agua. En la Figura 1 se observa como este dato es muy próximo al que hemos observado en zonas de regadío tradicional (69 litros), pero a la vez detectamos que a medida que introducimos sistemas de riego localizado (63 litros) y aprendemos a manejar estos sistemas de forma adecuada (hidráulica y agronómicamente) estos requerimientos de agua van disminuyendo hasta llegar a valores de 31 litros de agua para producir esta misma manzana. De tal forma que poniendo en práctica tecnología y conocimiento (tecnificación), esta cifra disminuye progresivamente. Algo parecido ocurre con todos los cultivos. Por ello, la investigación sobre uso del agua en agricultura persigue el objetivo de producir más con menos agua.


Figura 1. Efecto de la tecnificación del riego en la huella hídrica de una manzana (Girona et al., 2012).

El riego, por su complejidad, es probablemente una de las técnicas culturales que más preocupa al productor, y aunque algunos regantes avanzados ya consiguen una aplicación muy eficiente, en general sigue existiendo un amplio potencial de mejora, dado que el usuario/productor no es capaz de controlar todos los parámetros implicados. En este contexto, es interesante considerar el papel facilitador que pueden prestar algunas tecnologías, entre las que destacamos:

  • Sistemas de supervisión y automatización del riego.
  • Modelos de simulación de las relaciones hídricas de los cultivos.
  • Teledetección del estado hídrico de los cultivos.


Figura 2. Bucle entre el mundo digital y el mundo real en la optimización del manejo del riego.

Conviene resaltar que, en la práctica, las limitaciones técnicas a las que se enfrenta la optimización del riego no se suelen encontrar en el mundo digital si no en el mundo real. Por ejemplo, disponer de sistemas de monitorización a un coste asumible, o disponer de una instalación de riego que permita llevar a la práctica las decisiones optimizadas.

Agronomía del riego

La correcta aplicación de la tecnificación, en los términos que la hemos utilizado anteriormente, parte del conocimiento tanto de la determinación de los requerimientos hídricos de los cultivos, y de cómo estos deben aplicarse mediante los sistemas de riego, así como de la sensibilidad estacional al déficit hídrico. Gestionar el agua para que cubra las necesidades de los cultivos y aplicarla de forma que la planta pueda utilizarla sería el primer objetivo de un riego eficiente. En el caso de que no dispusiéramos de toda el agua que requiere un cultivo, conocer en qué momentos y bajo qué circunstancias aplicarla es imprescindible para ser eficientes y eficaces en la gestión productiva del agua.

Para reducir la brecha entre el conocimiento científico-técnico y su aplicación resultarán de gran ayuda tecnologías como el IoT

Desde el Programa IRTA Uso Eficiente del Agua en Agricultura hemos estado trabajando durante más de 35 años en determinar los requerimientos de agua de los cultivos con el uso de las tecnologías más relevantes, en la puesta a punto de metodologías y sistemas que lo permitan, en la caracterización de la sensibilidad estacional de los cultivos al déficit hídrico, en la respuesta de los cultivos a diferentes aportaciones de agua, y en la gestión de cultivos leñosos en períodos de sequía. En todos estos trabajos se han evaluado tanto los aspectos productivos como los cualitativos, en los que cabe destacar la viña para producción de vinos como un ejemplo de referencia. Todo ello nos ha permitido diseñar estrategias de riego eficiente, muchas de ellas basadas incluso en aplicar déficits hídricos moderados (en intensidad y duración), conocidos con la denominación genérica de estrategias de riego deficitario controlado (RDC), que representan de una forma muy evidente el concepto de Estrategias de Riego Inteligente. No obstante, de poco serviría este conocimiento si no fuésemos capaces de estandarizarlo, y de pasar del resultado puntual de un ensayo a la globalización de un concepto, y es por ello que desde hace más de 20 años estamos trabajando en la elaboración de modelos que predicen la respuesta de los cultivos a diferentes escenarios hídricos y agronómicos. La disponibilidad de modelos es un elemento básico para la tecnificación del riego.

La agronomía del riego no tan solo debe tener en cuenta los aspectos relacionados con el agua que gestionamos, sino también cómo esta aplicación del riego se interrelaciona con el manejo sentido, la aplicación de nutrientes minerales (fertilizantes) debe estar íntimamente ligada a la gestión del riego, ya que la complementariedad del riego y los fertilizantes es tan grande que es imposible no pensarlos de forma conjunta, motivo por el cual la fertirrigación es un ámbito muy importante de trabajo en nuestro grupo de investigación.

IRTA trabaja en la elaboración de modelos que predicen la respuesta de los cultivos a diferentes escenarios hídricos y agronómicos

Herramientas digitales de soporte al riego

El ajuste preciso de las dosis de riego a las necesidades diarias de cada parcela implica una cadena de operaciones que sería poco viable abordarlas de manera manual. Desde la toma de datos en campo, su procesado e integración con la meteorología y con una estrategia coherente para toda la campaña, hasta la comunicación con los autómatas de riego instalados en el campo. IRRIX es una plataforma web, desarrollada en el IRTA, que realiza todas estas operaciones de manera automatizada, lo que permite aplicar estrategias de riego eficientes de forma casi desasistida. El sistema se ha probado en un amplio abanico de cultivos, que incluye tomate, pimiento, manzano, ciruelo, nectarino, almendro y olivo.


Figura 3. IRRIX, herramienta web para la programación automatizada del riego usando sensores.

Teledetección aplicada al riego de precisión

La aplicación de un riego uniforme, partiendo de estimaciones generalistas de las necesidades hídricas de los cultivos, puede resultar en sobrerriego de algunas parcelas –o parte de ellas- mientras que, con las mismas dosis, otras pueden encontrarse bajo déficit hídrico. La teledetección proporciona un método de monitorización rápido y exhaustivo para toda la extensión de un cultivo, lo que permite conocer, además, su variabilidad intraparcelaria. Entre los parámetros que proporciona para el manejo de riego, destaca el Crop Water Stress Index (CWSI), basado en la temperatura de la cubierta vegetal, el cual permite mapear cuantitativamente el estado hídrico y a partir de él, poder aplicar un riego diferencial. Asimismo, combinando teledetección multiespectral y térmica, es posible monitorizar la evapotranspiración de los cultivos, que es un parámetro clave para planificar y gestionar el riego. En este sentido, el equipo del IRTA participa en el desarrollo del producto de evapotranspiración de la Agencia Espacial Europea (ESA), usando imágenes de los satélites Sentinel 2 y Sentinel 3.


Figura 4. Mapa de evapotranspiración instantánea de la zona de Lleida, el día 13/07/2018 a mediodía, calculado por modelos de balance térmico a partir de imágenes de los satélites Sentinel 2 y Sentinel 3.

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