Riegos, Agronomía y Medio Ambiente


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Descripción

El grupo se ocupa de los aspectos científicos del interfaz entre la agronomía de cultivos, el agua, el suelo y el medio ambiente desde la perspectiva de una de las regiones más áridas de Europa: el valle medio del Ebro. El sector agrícola se enfrenta a retos como la globalización de los mercados, la competencia por el uso de los recursos agua y suelo, las regulaciones europeas, el aumento de las exigencias sociales sobre sostenibilidad, y la demanda creciente de productos agrarios. El reto científico está producir información científica y tecnológica que dé soporte a sistemas agrarios de regadío más competitivos, eficientes y sostenibles.

Para ello, es preciso:

  1. Establecer tecnologías innovadoras para el diagnóstico y la gestión;
  2. Aumentar la eficiencia en el uso de los recursos;
  3. Aumentar la estabilidad del rendimiento; y
  4. Conservar los recursos agrarios y el medio ambiente en general.

Objetivos

Las investigaciones del Grupo se encuadran en tres líneas prioritarias:

  1.  Uso sostenible de los recursos agua y suelo
  2.  Impacto ambiental de las actividades agrarias, y
  3.  Agronomía de cultivos

El objetivo general y los objetivos específicos detallados a continuación se encuadran en los objetivos del Plan Nacional de I+D+i (2008-2011), del Séptimo Programa Marco de I+D de la Unión Europea y del plan de Investigación y Desarrollo del Gobierno de Aragón (PAID 2005-2008).

Este grupo de investigación está completamente coordinado con la Unidad de Suelos y Riegos del Centro de Investigación y Tecnología Agroalimentaria de la Diputación General de Aragón. La coordinación se establece a través de una Unidad Asociada al CSIC en la que participan los miembros de ambos grupos. Adicionalmente, el Gobierno de Aragón reconoce al grupo asociado como "Grupo de Investigación Consolidado A15". El grupo Asociado es la unidad de planificación estratégica y de implementación de los objetivos científicos.

Objetivos específicos

Modelización de sistemas de riego por aspersión y por gravedad: parcelas y redes de distribución

Responsable: Javier Burguete

Contacto: jburguete@eead.csic.es

El principal motivo de la modelización es su facilidad y rapidez para obtener predicciones de la realidad. Optimizar el riego mediante la modificación de instalaciones, ensayos y toma de medidas en campo es un proceso complejo, muy caro y lento. Sin embargo, si se dispone de modelos rápidos y razonablemente fiables pueden obtenerse resultados de forma mucho más sencilla, rápida y barata.

La modelización consiste en la transformación en matemáticas de la realidad física para poder predecir su comportamiento. En un primer paso debe definirse el conjunto de variables que caracterice de la forma más ajustada a la realidad el problema, que en nuestro caso es la aplicación y distribución de agua y fertilizantes disueltos en sistemas de riego por aspersión y por gravedad. En un segundo paso, a partir de las leyes fundamentales de la física, se deben formular las ecuaciones que relacionan las variables y además es preciso analizar los métodos matemáticos que permitan resolver estas ecuaciones de la forma más precisa y/o rápida. Finalmente, es preciso diseñar programas de ordenador que sean lo suficientemente sencillos y rápidos, y además proporcionen resultados comprensibles para los usuarios de la aplicación, que en nuestro caso son los técnicos de riego, los regantes y los gestores de comunidades de regantes o confederaciones hidrográficas.

La modelización en riego por gravedad requiere la resolución de las ecuaciones de agua superficial con infiltración y la calibración de los coeficientes de los modelos de rozamiento e infiltración a partir de medidas experimentales. Una de nuestras líneas de investigación consiste en mejorar teóricamente la caracterización del rozamiento en superficies altamente rugosas y los procesos de infiltración en surcos. Además, también se pretende incorporar a los modelos de inundación y al análisis de las redes de distribución de agua en canales los avances que se vienen produciendo en el grupo de investigación de la Universidad de Zaragoza liderado por Pilar García Navarro (con el que se mantiene una estrecha colaboración) en el cálculo numérico de inundaciones en ríos (desarrollo de métodos explícitos de alto orden que resuelven de forma mucho más precisa los movimientos transitorios del agua y métodos conservativos para el tratamiento de confluencias de canales y surcos).

En riego por aspersión disponíamos de medidas experimentales (distribución espacial de pluviometría y tamaños de gota) que no permitían una adecuada validación de los modelos porque no proporcionaban datos sobre la velocidad de las gotas. Para la estimación de esta velocidad hemos desarrollado un método basado en el análisis de la trayectoria del chorro de gotas, métodos estadísticos aplicados a un disdrómetro y métodos fotográficos. Estas nuevas técnicas nos han proporcionado evidencias de que el movimiento agrupado de las gotas, en la fase inicial del chorro, produce efectos de apreciables de apantallamiento aerodinámico que son despreciados por los modelos balísticos clásicos. Otro de nuestros objetivos es desarrollar un nuevo modelo que tenga en cuenta este efecto y validarlo con las medidas realizadas con las nuevas técnicas propuestas. Además, la potencia actual de los ordenadores y la optimización de los métodos de resolución de las ecuaciones nos permiten calcular en tiempos razonables el comportamiento de todos los aspersores de una parcela, con lo que también pretendemos analizar los efectos que los aspersores de los bordes producen en la uniformidad de riego en la parcela. El estudio de la distribución de agua en aspersores se complementará con el análisis del transporte de agua en redes presurizadas, ya sea en coberturas totales, pivotes de riego o redes de distribución.

Optimización del uso del agua y de la fertilización nitrogenada en la agricultura de regadío

Responsable: José Cavero

Contacto: jcavero@eead.csic.es

Agua de riego

En torno a un 90% de la superficie involucrada en proyectos de modernización de regadío en el valle del Ebro está instalando sistemas de riego por aspersión. Durante el riego por aspersión parte del agua se pierde en su camino desde los aspersores hasta el suelo, siendo estas pérdidas mayores en condiciones de vientos fuertes y humedad relativa baja. Estas pérdidas de agua modifican las condiciones microclimáticas en las que crecen las plantas lo que da lugar a cambios fisiológicos relevantes. Los trabajos realizados en los últimos años tratan de determinar el impacto de estas pérdidas en la producción de los cultivos de regadío más importantes del valle del Ebro (maíz y alfalfa).

 

Cosecha en ensayo de riego por
aspersión diurno y nocturno en maíz.
 

 

Se han realizado estudios que muestran la magnitud y duración de los cambios microclimáticos (temperatura y déficit de presión de vapor) y fisiológicos (evapotranspiración, temperatura de la cubierta vegetal y fotosíntesis) en maíz y alfalfa desde 1-2 h antes, durante y hasta 3-4 h después del riego por aspersión (cobertura fija y pivote central) tanto durante periodos diurnos como durante periodos nocturnos. Se han analizado los factores que favorecen o que entorpecen esos cambios. Se han empleado técnicas de medida de flujo de savia y cámaras con analizadores de gases por infrarrojo para determinar la evapotranspiración y fotosíntesis de forma continua durante los eventos de riego. Durante los riegos diurnos, la transpiración del maíz y la alfalfa se reducen considerablemente si bien la reducción de la evapotranspiración en el caso del maíz supone un 2-3% del agua aplicada. Se ha podido constatar que el riego por aspersión diurno reduce el rendimiento del maíz en un 10%. Se están estudiando las causas de dicha disminución. Durante los próximos años se trabajará en el cultivo de la alfalfa para determinar su respuesta al riego por aspersión diurno y nocturno y a la dosis de agua aplicada.

 

Cámaras para estudio del impacto del riego por aspersión en la fotosíntesis del maíz.

 

Fertilización nitrogenada

El nitrógeno es el nutriente de más difícil manejo en el regadío. Diversos estudios realizados por el grupo han mostrado que el manejo del nitrógeno debe mejorarse para evitar la polución externa y para disminuir los costes de producción. En los últimos años se han estudiado el uso de cultivos captura durante el invierno en monocultivo de maíz, la optimización de la fertilización nitrogenada del maíz en rotación con alfalfa y el uso de modelos de simulación para determinar el impacto de buenas prácticas en las pérdidas de nitrógeno en los flujos de retorno del regadío.

El uso de la cebada como cultivo captura en el monocultivo de maíz permite reducir las pérdidas de nitrógeno pero reduce el rendimiento del maíz en torno a un 15%. Cuando el maíz sigue e un cultivo de alfalfa la fertilización nitrogenada puede reducirse hasta 150 kg N/ha. En el caso de la cuenca de La Violada (Almudévar, Huesca, España) la aplicación del modelo APEX indica que la mejor manera de reducir las pérdidas de nitrógeno es el cambio de sistema de riego desde el sistema de inundación a un sistema de riego por aspersión.

 

Estudio de suelos y hábitats de interés con relación a las actividades agrarias

Responsable: Juan Herrero y Carmen Castañeda

Contacto: jhi@eead.csic.es y ccastaneda@eead.csic.es

Estudio de suelos y hábitats de interés con relación a las actividades agrarias

En esta línea de investigación el suelo se contempla como constituyente del medio natural sujeto a continuas transformaciones relacionadas con su uso, especialmente desde la perspectiva del impacto ambiental de las actividades agrarias. En estos aspectos, las condiciones de aridez del centro del valle del Ebro plantean problemas a menudo mal conocidos, sin parangón en otras naciones de Europa occidental. Esta línea viene apoyando los estudios de salinidad edáfica tanto en regadío como en secano. Los estudios se aplican a la producción agraria y a la conservación de hábitats salinos protegidos o de interés medioambiental, generalmente humedales salinos. Se estudian los suelos de los humedales y su entorno agrícola, a diferentes escalas de observación y con métodos de estudio diversos, desde la teledetección hasta el microscopio. La integración de rasgos del suelo estudiados por diferentes disciplinas y desde perspectivas múltiples enriquece la visión de conjunto en aplicaciones agrarias y en estudios del medioambiente, proporcionando incluso criterios para su gestión. En campo, permitirá el seguimiento de suelos considerados "hot spot" con relación a cambios de uso.

Las acciones previstas son:

1. Estudio de los suelos en campo. Se parte de la observación del paisaje con técnicas clásicas de reconocimientos de campo y fotointerpretación. Se identifican y delimitan hábitats de interés mediante observaciones de la vegetación. Tras esa prospección se investigan rasgos edáficos asociados a condiciones singulares, actuales o pasadas, como salinidad e hidromorfismo. Para ello los suelos se escandallan mediante sondeos o calicatas. Estas últimas se emplean para describir y muestrear los perfiles de suelo, extrayendo si es necesario bloques inalterados. Además se recurre a análisis físicos, químicos o mineralógicos para detectar rasgos de interés. Se pretende conseguir un estudio integrado del suelo, cubriendo un continuum de escalas de observación, emplean las técnicas de microscopía y de teledetección descritas en los puntos siguientes.

 

En una calicata se pueden distinguir los horizontes del suelo (1) y muestrearlos por separado (2 y 3).
También se pueden extraer bloques no perturbados (4) para estudiar el suelo al microscopio o por técnicas no destructivas.

 

2. La investigación de muestras de suelo no perturbadas mediante a) la puesta en marcha de un laboratorio de micromorfología para la preparación de cortes delgados de suelo y otros materiales no consolidados conteniendo minerales solubles, y b) el desarrollo de técnicas de microscopía. Será un apoyo fundamental al estudio morfológico de suelos, cartografía y evaluación, en el contexto de la conservación de suelos ante las transformaciones en regadío y otros cambios de uso o de manejo.

 

Los bloques no perturbados de suelo se impregnan en plástico para tener bloques y pastillas (1)
consolidados. Por desbaste se obtienen cortes de suelo de 25 micrómetros espesor, observables al
microscopio polarizante. En la sección (2) los peloides, de génesis incierta, y el yeso lenticular denotan
un ambiente lagunar. En (3) los revestimientos ferromangánicos en los huecos evidencian procesos
redox, y en (4) el carbonato cálcico precipitó dando revestimientos de calcita

 

3. Teledetección basada en imágenes ópticas y radar para apoyar el estudio de hábitats cuya conservación se vea amenazada por la intensificación agrícola. Los métodos de estudio desarrollados en nuestros playa-lakes se extenderán a otros humedales de medios áridos. Las aplicaciones más inmediatas son la delimitación, el inventario y la caracterización de suelos y vegetación en la interfase entre agricultura y medio natural. Esta acción incluye aplicaciones radar específicas para estudiar la deformación del terreno, especialmente el hundimiento por disolución de evaporitas.

 

Los humedales salinos como La Playa, Pueyo y Pito, en Monegros en una composición RGB 432 del
satélite Quickbird (1). En sensores ópticos el regadío toma tonos rojos (2) en composición falso color, y
en radar se detecta por la gran intensidad de la señal (3). El radar puede medir deformaciones del
terreno, así en (4) se han coloreado las franjas de deformación asociadas a una extracción minera en la
provincia de Zaragoza, España.

 

Gestión de sistemas colectivos de riego: diagnóstico y apoyo tecnológico

Responsable: Enrique Playán

Contacto:enrique.playan@eead.csic.es

 

Esta es una línea de investigación tradicional en el grupo, que se ha centrado en el diagnóstico del riego colectivo y en el apoyo a la gestión del agua en comunidades de regantes usando el programa Ador. El progreso en esta línea se ha visto apoyado por los desarrollos actuales en la simulación de sistemas de riego y de sistemas de cultivo, por la amplia disponibilidad de información sobre las necesidades de riego de los cultivos y por la generalización de los sistemas de telemetría y telecontrol en las comunidades de regantes.


Las acciones previstas incluyen:


1. Se continuará con el diagnóstico del riego colectivo en Comunidades de Regantes, con especial énfasis en las recién modernizadas que han incorporado sistemas de telemetría y control remoto en sus redes de riego. El objetivo es analizar el funcionamiento de estas comunidades y facilitarles la integración de las nuevas tecnologías en la gestión del agua y de la energía destinada al riego.


2. Progreso en el desarrollo y la validación de modelos que incluyen el cultivo, el suelo, el sistema de riego, la estructura de la propiedad y la red colectiva de riego. Estos modelos serán desarrollados para sistemas de riego por gravedad – redes colectivas de acequias de riego – canales y particularmente para sistemas de riego por aspersión/goteo – redes presurizadas colectivas – canales. Los modelos de sistemas presurizados se orientarán al desarrollo de programadores colectivos del riego, que se orientarán a programar y ejecutar el riego en aplicaciones a tiempo real usando los sistemas de telemetría/telecontrol. Estos programadores colectivos tendrán por objetivo reducir el papel del regante en el riego a tareas de supervisión, además de ahorrar inputs de agua y energía y sostener la producción de los cultivos. Se aplicará la evaluación del riego colectivo a mejorar la comprensión de los criterios de programación del riego usados por los regantes. Se usará la experimentación en la finca experimental del campus y en comunidades de regantes colaboradoras para apoyar a la calibración y la validación del software de simulación y programación del riego.


3.Continuará el desarrollo del programa Ador para la gestión de comunidades de regantes. La versión 2.0 ha sido completada, conteniendo información sobre las necesidades de agua de los cultivos y sobre indicadores de gestión. Ador es un pilar de la estrategia de transferencia de tecnología del grupo, e irá implementando los desarrollos producidos en las distintas líneas de investigación.

 

La consultoría internacional es una de las tareas
asociadas a esta línea de investigación. En la foto, agricultura de regadío
oportunista en la ribera del Nilo cerca de Jartum, Sudán.

 

 

Sistemas de riego en parcela: evaluación, diseño y mejora del manejo

Responsable: Nery Zapata y Raquel Salvador

Contacto: vzapata@eead.csic.es y rsalvador@eead.csic.es

 

Esta actividad se viene realizando en el grupo de forma tradicional. La evaluación de un sistema de riego es el estudio que nos proporciona la información necesaria para realizar un diagnóstico del mismo. Además, nos aporta los puntos débiles sobre los que actuar para mejorar el uso del agua a escala de parcela. El desarrollo de un riego está condicionado por factores técnicos, meteorológicos y agronómicos. El peso de cada uno de esos factores es diferente si se trata de un sistema de riego por superficie, por aspersión o por goteo. El objetivo es desarrollar, calibrar y validar modelos de simulación del riego que incluyan los factores que afectan al riego tanto agrícola como de jardines. Los modelos de simulación de riego en parcela se combinan con modelos de simulación de cultivos que permiten simular la variabilidad en el reparto de agua y en el desarrollo del cultivo. El progreso de esta línea ha dado lugar al desarrollo de un programador de riego por aspersión en cobertura total que genera de forma autónoma las programaciones del riego de los diferentes sectores de riego de una parcela y ejecuta las órdenes de riego generadas. El programador ha sido probado en campo con éxito, ya que ha reducido a la mínima expresión el tiempo que el agricultor dedica a las actividades del riego, ha reducido la cantidad de agua aplicada sin que la producción se vea afectada.

 

Resultados experimentales del consumo de agua de riego y de la producción de maíz de dos años de
ensayos en los que se comparó el riego que aplica un agricultor y su producción con las programaciones
automáticas de la herramienta desarrollada, trabajando con unos requerimientos básicos o con
requerimientos avanzados.

 

Las acciones previstas incluyen:

1. Progresos en el desarrollo de la nueva generación de programadores en parcela para riego por aspersión. Para riego por aspersión de coberturas totales el equipo programa automáticamente el riego secuencial de los distintos sectores hidráulicos que integran una parcela, apoyándose en información técnica y meteorológica local. Los desarrollos en riego por aspersión en cobertura total están completados. La nueva generación de programadores avanza actualmente en el desarrollo para el riego de máquinas pivote o de avance frontal. Este trabajo tiene dos partes que se complementan, el trabajo experimental y el desarrollo de modelos de simulación. Ambas tareas se desarrollan en paralelo ya que los desarrollos en simulación se calibran y validan con experimentación de campo. Se ha avanzado el la simulación de la distribución de agua de los emisores más comunes utilizados en estas máquinas de riego (emisores de plato fijo y emisores de plato giratorio) y trabajos futuros completarán las tareas de calibración y validación. También se está avanzando en la simulación del movimiento de las torres que forman el pívot y en su calibración y validación. Por último, el trabajo se completará acoplando las diferentes partes en que se ha descompuesto el riego del pívot: el modelo hidrodinámico, el modelo hidráulico, el modelo de distribución de agua de los emisores y el modelo de simulación del cultivo. Una vez completada la herramienta se calibrará y validará con ensayos de campo.

2. El equipo también se ha desarrollado para riego por goteo de frutales. En este caso se incorpora la posibilidad de realizar programaciones avanzadas basadas en las técnicas del riego deficitario controlado de frutales. La herramienta llamada RIDECO está disponible para su libre descarga en la web: http://digital.csic.es/handle/10261/45608

3. Progresar la evaluación y caracterización del riego en jardines, tanto privados como públicos. Estudiar la adaptación del riego aplicado a las necesidades de las especies implantadas.