Nuevas herramientas tecnológicas para optimizar el uso del agua en la fruticultura. Dr. Samuel Ortega-Farias DIRECTOR

Transcripción

1 (A2C2) Adaptación de la Agricultura al Cambio Climático U n i v e r s i d a d d e Ta l c a Nuevas herramientas tecnológicas para optimizar el uso del agua en la fruticultura Dr. Samuel Ortega-Farias DIRECTOR CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y TRANSFERENCIA EN RIEGO Y AGROCLIMATOLOGÍA (CITRA) FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS UNIVERSIDAD DE TALCA, CHILE Encuentro Regional, Vicuña, Ovalle e Illapel de julio de 2013.

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3 Distribución de las precipitaciones( ) Fuente: H. Kohl/H.Kühr, Kliemawandel auf der ErdeSpectrum de Wissenschaft, 7/2004

4 Precipitación mensual y anual para el fenómeno de la El Niño y La Niña

5 Por tanto se requiere invertir en tecnologías para: 1. Establecer estrategias de adaptación a para reducir los efectos negativos de las sequías (Fenómeno de la Niña). Balance hídrico a nivel regional y predial 2. Aumentar la eficiencia del uso del agua: Déficit hídrico controlado Déficit hídrico sustentable 3.- Un manejo sustentable del recurso hídrico: Huella del agua Mercado virtual del agua

6 Experiencia en el usos de estaciones meteorológicas para la Programación del Riego. Establecimiento de un Servicio Integral de Agroclimatología y Riego (SIAR). FONDEF, Estudio para la Implementación y Desarrollo de un Programa de Optimización del Uso del Agua de Riego en la Cuenca del Limarí, IV Región, Gobierno Regional de Coquimbo, IV REGION, FNDR Servicio de Programación y Optimización del Uso del Agua de Riego (SEPOR) en las Regiones VI y VII ( ). Implementación de Sistema para la Gestión Hídrica para la Producción Frutícola, Asociación de Regantes Maule Sur (INNOVA-CORFO) Mejoramiento de la competitividad del sector vitivinícola chileno mediante la implementación de un sistema informático para la estimación de índi-ces bioclimáticos e información agroclimática en línea para la caracterización de los terroirs INNOVA-CHILE. Centro Cooperativo para el Desarrollo Vitivinícola S.A.-Universidad de Talca.

7 Sistema Integral para la gestión Hídrica (SIGESH)

8 Objetivos Generales Entregar un Servicio de programación y Optimización del Uso del Agua de Riego (tiempo y frecuencias de riego) Desarrollo de un programa de investigación aplicada Desarrollo de un programa de transferencia tecnológica

9 Sistema Integral para la gestión Hídrica (SIGESH) Maíz Semillero Tomate Industrial y tomate en invernadero Arándanos Frambuesa Manzano Olivos Uva de mesa Uva vinífera Kiwi

10 Red de Estaciones Meteorológica Automáticas COMPONTES SIGESH Unidad Agroclimática de Validación Estudios Cartográficos (Clima, Suelo, etc) Recopilación Automática de la Información (GPRS) MÓDULO CENTRAL (Sistema de Acopio de la Información) Recopilación Manual de la Información y Digitalización BASES DE DATOS Confección Base de Datos Sistema de Actualización SISTEMA EXPERTO Sistemas de Simulación Modelos Físicos y Biológicos Información y Asesoría SEPOR Central SIG Sistemas de Edición y Comunicación Agricultores

11 Red de Estaciones Meteorológicas Automáticas Proveedor de Servicios de Internet Móvil Mediciones cada minuto Se envían promedios cada 15 min. Internet Usuarios Base Receptora AddPro 5.1 Servidor de Información Climática

12 Programación del Riego Cuándo regar? Cuánto regar? Análisis de suelo (CC, PMP, Da) Planta: consumo H 2 O (ETr, Kc) Clima (Tº, HR, viento) Capacidad estanque Evapotranspiración Infiltración H 2 O en el suelo Frecuencia de Riego Tiempo de Riego

13 Para responder esta pregunta debemos conocer la interacción entre: Suelo Planta Clima Manejo Agronómico

14 Monitoreo climáticos

15 1. Información Climática Básica: Temperatura Humedad Relativa Velocidad y Dirección del Viento Radiación Solar Precipitaciones 2. Información Climática Procesada: Evapotranspiración de Referencia (ETr) Evapotranspiración actual del cultivo (ETa) Coeficientes de cultivo calibrados (Kc) Días Grados Acumulados Horas Frío

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17 Modelo de Penman-Monteith ET 0 = 0, Rn G +γ U Ta +γ1+ 0,34U ( ) ( ) ( ) 2 2 e s e a donde: Rn= flujo de radiación neta (MJ m -2 h -1 ); G= flujo de calor del suelo (MJ m-2 h-1); = pendiente de saturaciòn la curva presión de vapor versus temperatura del aire (KPaºC -1 ); γ= constante sicrométrica (kpa C -1 ); es= presión de vapor en saturación (kpa); e a = presión parcial del vapor de agua (kpa) ; T a = temperatura de aire (K); U2= velocidad del viento a 2 metros de altura (m s -1 ).

18 EVAPOTRANSPIRACION DE REFERENCIA (Etr). TEMPORADA

19 Sensores de velocidad del viento Sensores de radiación solar defectuosos

20 Sensores de radiación solar defectuosos (ETr = 720 mm) Sensores de radiación nuevo (ETr = 1100 mm)

21 Problemas de instalación de estaciones meteorológicas

22 Consumo de Agua de la Planta Evapotranspiración

23 Para la programación del riego la Estación Meteorológica DEBE ESTAR SOBRE UNA CUBIERTA DE PASTO para así estimar la ET de referencia ET real = ET r * Kc

24 Consumo de agua del la Vid ETv= ETo*Kr a) 0.60 b) ETo (mm d -1 ) Kr Dic Jan Feb Mar Apr 0 Oct Nov Dic Jan Feb Mar Abr Sector1 Sector2 a) Evapotranspiración de referencia (ETo) b) Coeficiente de riego sitio especifíco(kr)

25 Coeficiente de cultivo de vides viníferas (11 Diciembre, 2011)

26 Capacidad de Estanque del suelo

27 Toma de muestra de suelo

28 Análisis de suelo Definición del sitio de realización de las calicatas Realizar una calicata por sector homogéneo de suelo Muestreos de las calicatas Describir los distintos horizontes hasta la profundidad efectivas de raíces.

29 Textura Densidad aparente (Da) Profundidad de raíces efectivas Capacidad de campo (CC) Punto de marchitez permanente (PMP) Lámina neta (Ln)

30 Humedad aprovechable por planta Suelo arenoso Suelo arcilloso H. A.= 4,8 lt H. A.= 17,3 lt

31 En el caso del riego por goteo el suelo no necesariamente actúa como un reservorio de agua (riego localizado), por lo que la estimación de la lámina neta se hace conociendo el volumen de agua disponible para la planta Bulbo húmedo de riego

32 Capacidad de estanque del suelo (CE = Ln * 10) [Hoekstra & Chapagain, 2008]

33 Capacidad estanque (mm) m R 2 = 0, Profundidad del suelo (cm) Si Ps CE

34 Monitoreo de la humedad del suelo

35 Control del contenido de humedad en el suelo usando TDR

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37 Medición periódica de la humedad del suelo y estado hídrico de plantas Arándanos Frambuesas

38 THETA PROBE Determina el porcentaje de humedad volumétrica del suelo, a través de la medición de la constante dieléctrica aparente(ka)

39 Fuente (CITRA)

40 Sensores de humedad de suelo ECH2O Medición de la humedad del suelo (%). Disponibles en 5 y 10 cm de longitud. Precisión 1 % con calibración y 3% sin calibración. Datalogger Celular GSM/GPRS modelo Em50G Colectores de datos para hasta 5 sensores de cualquier tipo. Con conectividad celular y sin necesidad de programación.

41 Evolución de la humedad de suelo (60 cm) Suelo Franco - Arenoso Suelo Arcilloso 3 (27-Nov) 5 (11-Dic) 7 (24-Dic) 9 (07-Ene) 11 (21-Ene) 13 (04-Feb) 15 (18-Feb) 17 (04-Mar) 19 (18-Mar) Fecha de muestreo CC PMP Hº medida V. Crítico (14-Nov) 3 (27-Nov) 5 (11-Dic) 7 (24-Dic) 9 (07-Ene) 11 (21-Ene) 13 (04-Feb) 15 (18-Feb) 17 (04-Mar) 19 (18-Mar) Fecha de muestreo CC PMP Hº medida V. Crítico 1 (14-Nov) H de suelo (%) H de suelo (%)

42 Monitoreo del estado hídrico de la planta usando el potencial hídrico del medio día

43 Control del estado hídrico de la planta usando cámara de presión (bomba Scholander)

44 ir a planilla excel Archivo Mediciones Scholander

45 Medición periódica de la humedad del suelo y estado hídrico de plantas Manzanos Frambuesas Arándanos Kiwis

46 TRANSFERENCIA TECNÓLOGICA

47 Seminarios Cursos Talleres

48 Diplomado de Riego, 2008

49 Días de Campo

50 EL LLANO LA QUERENCIA MARTA MARTINEZ LA CABAÑA LA ESTANCIA

51 Días de Campo con productores de la zona de Colbún y Yerbas Buenas)

52 Asesoría de Riego a los Agricultores

53 Impactos del SIGESH

54 Evaluación del efecto de diferentes niveles de reposición hídrica sobre la producción de uva de mesa, el sector de El Sauce, comuna de Coltauco, Región de O Higgins (temporadas agrícolas y ) Cuadro 4.1. Propiedades físico-hídricas del suelo, ensayo uva de mesa cv. Thompson Seedless. Coltauco, Región de O Higgins. Arena Limo Arcilla Clase CC PMP Cultivo Variedad (%) (%) (%) Textural (% vol) (% vol) Uva de Thompson Franco ,2 20,0 Mesa Seedless arcilloso Marco de plantación: 4.0 m x 2.0 m Sistema de Riego: drip (4.0 L h -1 ).

55 Cuadro 4.2. Coeficientes de cultivo para uva de mesa cv. Thompson Seedless. Temporada y Coltauco, Región de O Higgins. Tratamientos T1 = 100% ETa T2 = 63%ETa Etapa Fenológica Coeficiente de Cultivo (Kc) Brotación 0,2 Floración 0,6 Cuaja 0,8 Pinta 0,95 Cosecha 0,8 T3 = 138%ETa (Agricultor)

56 4.- Evaluación espacial del potencial hídrico del xilema

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58 a) Brotacion Cuaja sep 15-sep 29-sep 13-oct 27-oct 10-nov 24-nov 08-dic 22-dic 05-ene 19-ene 02-feb 16-feb 01-mar 15-mar 29-mar 12-abr 26-abr ETr (mm día -1 ) Precipitaciones (mm día -1 ) Floracion Desarrollo fruto Cosecha 5 0 Pp ETr Fecha b) Brotacion Cuaja Cosecha sep 15-sep 29-sep 13-oct 27-oct 10-nov 24-nov 08-dic 22-dic 05-ene 19-ene 02-feb 16-feb 02-mar 16-mar 30-mar 13-abr 27-abr ETr (mm día -1 ) Precipitaciones (mm día -1 ) Floracion Desarrollo fruto Pp ETr Fecha Figura 4.4 a-b. Evolución de la precipitación (Pp) y la evapotranspiración de referencia (ETr) durante la temporada y Coltauco, Región de O Higgins.

59 Cuadro 4.5. Principales estados fenológicos y grados día acumulados, en uva de mesa cv. Thompson Seedless (temporadas y Coltauco, Región de O Higgins). Estado Fenológico Fecha GDA (10) Fecha GDA (10) Brotación 5 de Septiembre de de Septiembre de ,5 Floración 22 de Octubre de ,1 1 de Noviembre de ,4 Cuaja 20 de Noviembre de ,6 15 de Noviembre de Pinta 18 de Enero de ,7 5 de Enero de ,7 Cosecha 26 de Febrero de ,90 19 de Febrero de ,70

60 Evolución del contenido volumétrico de agua en el suelo (%) para diferentes niveles de reposición hídrica, en uva de mesa cv. Thompson Seedless, temporadas a) y b) Coltauco, Región de O Higgins.

61 b) ,0 25-Nov 22-Dic 29-Dic 20-Ene 27-Ene 10-Feb 18-Feb 24-Feb 24-Mar Potencial xilema (Mpa) -0,4-0,8-1,2-1,6 Fecha T0 (100%) T1 (63%) T2 (138%) Evolución del potencial hídrico del xilema al medio día (Ψmd, MPa) para diferentes niveles de reposición hídrica, en uva de mesa cv. Thompson sedles, temporadas a) y b) Coltauco, Región de O Higgins.

62 Agua aplicada y rendimiento en uva de mesa (cv. Thompson Seedless)

63 Huella del agua para tres estrategias de riego en un parronal (Thompson Seedless)

64 Cuadro Análisis estadístico de los factores de calidad, en uva de mesa cv. Thompson Seedless (temporadas y Coltauco, Región de O Higgins). ph Ac. Total ºBrix Diámetro de bayas Tratamiento T0 (100%) 3,4 3,5 3,3 3,5 17,0 18,8 16,87a 18,15ab T1 (63%) 3,6 3,6 3,7 3,8 16,9 18,9 17,75b 17,97a T2 (138%) 3,5 3,5 3,6 3,6 17,0 17,9 17,85b 18,25b Significancia n.s n.s n.s n.s n.s n.s ** * C.V. % 2,98 2,40 14,06 10,78 8,82 7, Valores seguidos de igual letra en las columnas no difieren estadísticamente de acuerdo a la prueba de comparación múltiple de LSD (p 0,05). Significancia: ns: no significativo; * significativo (p<0,05); ** altamente significativo (p<0,01), c.v.: coeficiente de variación.

65 FICHA TÉCNICA UVA DE MESA, COMUNA DE COLTAUCO, TEMPORADA Cuadro 1. Estados fenológicos principales de la Uva de Mesa cv. Thompson Seedless. Estado Fenológico (Fechas) Inicio de Brotación ( ) Inicio Floración ( ) Baya 6 mm ( ) Inicio Pinta ( ) Inicio Cosecha ( ) Caída de Hoja (Finales de Abril) Imagen Fuente: CITRA. Cuadro 2. Días grados (base 10 C) por periodo fenológico, v alores de coeficiente de cultivo (Kc) y evapotranspiración de referencia (ETr) en Uva de Mesa cv. Thompson Seedless. Period o 1 Mayo- Brotación Brotación- Floración Floración-Baya 6 mm Baya 6 mm- Pinta Pinta-Cosecha Cosecha-Caída de hoja TOTAL GD (10) 30,1 105,1 455,1 235,2 379,9 362,3 1567,7 Coeficiente de cultivo (Kc) Evapotrans piración de referencia a partir de Brotación - ETr (mm) 0 0,60 0,80 0, , ,72 313,04 113,00 160,2 139,32 851,28 Fuente: CITRA

66 Caudal Aplicado, rendimiento, eficiencia del uso del agua, huella hídrica azul y ahorro de agua y energía en un viñedo conducido en una doble cortina Genovesa (cv. Carmenere) Caudal aplicado (m 3 ha -1 ) Rendimiento (t ha -1 ) Eficiencia del Uso del agua (kg m -3 ) Huella hídrica azul (L kg -1 ) Ahorro de Agua y energía (%) Agricultor Estrategia Estrategia Estrategia

67 ph, total acidity and soluble solids for a drip-irrigated commercial Carmenérè vineyard season Treatments ph Total Acidity (g L -1 ) Soluble Solids (ºBrix) Farmer 3.77a z 6.0a 25.5a System 3.76a 6.4a 25.8a season Treatments ph Total Acidity (g L -1 ) Soluble Solids (ºBrix) Farmer System 3.92a 3.96a 5.0a 4.7a 25.7a 26.7a z : Values having the same letter are not significantly different at p < 0.05

68 Skin to pulp ratio, anthocyanins, and phenolic index for a drip-irrigated commercial Carmenérè vineyard season Treatments Skin to pulp ratio (cm 2 cm -3 ) Total anthocyanins (mg berry -1 ) Total phenolic index (DO 280 ) Farmer 3.64 a 1.67 a 36.4 a System 3.20 a 2.59 b 35.4 a season Treatments Skin to pulp ratio (cm 2 cm -3 ) Total anthocyanins (mg berry -1 ) Total phenolic index (DO 280 ) Farmer 3.9 a z 2.0 a 23.3 a System 3.6 a 2.4 a 25.1 a z : Values having the same letter are not significantly different at p < 0.05

69 Optimización del Uso de Agua de Riego para el Mejoramiento de la Calidad y Productividad en Olivo (OLEA EUROPEA L.) Premio 2011: Mejor proyecto de sustentabilidad (Grupo Libra, Brasil)

70 Programación del Riego en Olivos Agricultor SEPOR Aplicación de Agua 4940 m3/ha 3260 m3/ha Ahorro de Agua 34% Eficiencia del Uso del Agua 0.49 kg of olive oil/m kg of olive oil/ m3

71 Analisis Económico: Agricultor (US$/ha) Sistema (US$/ha) Costo de la energía Costo de la cosecha Costo del procesamiento de aceite Costo total Ahorro 222 Huerto = 600 ha; el ahorro total = US$ 133,200/year

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73 Caudal Aplicado, rendimiento, eficiencia del uso del agua, huella hídrica azul y ahorro de agua y energía en un huerto de Olivos para aceite Caudal aplicado (m 3 ha -1 ) Rendimiento de aceite (t ha -1 ) Eficiencia del Uso del agua (kg m -3 ) Huella hídrica azul (L kg -1 ) Ahorro de Agua y energía (%) Agricultor Estrategia Estrategia Estrategia

74 Arándanos

75 Agua aplicada y rendimiento en enun huerto de arándanos (cv. Heritage) durante la temporada 2012/2013

76 Huella del agua para cuatro estrategias de riego en un huerto de arándanos (cv. Heritage) durante la temporada 2012/2013

77 FICHA TÉCNICA ARÁNDANO, COMUNA DE LONGAVÍ, TEMPORADA Cuadro 1. Estados fenológicos principales del Arándano cv. Briggita. Estado Fenológico (Fechas) Brotación ( ) Floración ( ) Cuaja ( ) Pinta ( ) Cosecha ( ) Imagen Fuente: CITRA. Cuadro 2. Días grados (base 10 C) por periodo fenol ógico, valores de coeficiente de cultivo (Kc) y evapotranspiración de referencia (ETr) en Arándano cv. Briggita. Periodo 01 Mayo- Brotación Brotación- Floración Floración-Cuaja Cuaja-Pinta Pinta-Cosecha TOTAL GD (10) 19,7 16,9 13,7 72,2 224,2 346,7 Coeficiente de cultivo (Kc) Evapotranspiración de referencia a partir de Brotación-ETr (mm) 0 0,45 0,50 0,60 0, ,65 26,25 79,99 184,05 331,94 Fuente: CITRA

78 Efecto de la programación del riego (temporada ). Agricultores Rendimiento (t ha -1 ) Sistema Agricultor % of incremento 2, A, VII Región 4,13 3,12 32,4 B, VII Región 4,36 3,34 31,0 C, VII Región 2,69 2,75 2,2 D, VI Región 4,27 3,87 10,3 E, VI Región 6,12 5,13 19,3 F, VII Región 4,56 4,96-15,7 G, VI Región 4,33 3,78 37,4 Promedio 4,33 3,78 14,6 Fuente: empresa de semilleros ANASAC.

79 Eficiencia de uso del agua para mora híbrida, frambuesa y arándano regados por goteo. Cultivo Sin Programación (kg/m 3 ) Con Programación (kg/m 3 ) Ahorro de agua (%) Mora híbrida 2,92 6,55 57 Frambuesa 6,13 16,33 47 Arándano 40.

80 Impactos del SEPOR Ahorro de Agua Uvas viníferas 30-60% Olivos 38% Manzanos 18-20% Uva de mesa 25-30% Arándanos 40-50%

81 Aplicación de la percepción remota para estimar para estimar consumo de agua y balance hídrico (7 años)

82 Plataforma Geo-informática para la Gestión Hídrica Irrigation management Riego sitio-especifico (Frecuencia y tiempo de riego)

83 Percepción Remota para estimar Evapotranspiración, balance Hídrico y Huella del Agua

84 Mapa de consumo de agua viñas (Landsat 5 y 7)

85 Instrument to validate model for estimating plant water use

86 Statistical analysis of single crop coefficient (K c ) and actual evapotranspiration (ET a ) of a drip-irrigated Merlot vineyard. MAE RMSE b d Kc ET a_ 0.50 mm d mm d RMSE = root mean square error; MAE = mean absolute error; d = index of agreement

87 Budbreak Flowering Fruit set Veraison Harvest B FL FS V H Crop Coefficient Day of Year Kc_EC K c_ec Kc_EC K c_ec Kc_METRIC K c_m Kc_METRIC K c_m Daily values of crop coefficient obtained by the eddy correlation system (K c_ec ) and calculated (K c_m ) by METRIC model for the main phenological stages of a vineyard.

88 Estimación regional del consumo de agua

89 Regional (25 viñas: 2,200ha) Viñedos

90 Plancha Región del Maule AOI Ejemplo estimación parámetros con percepción remota

91 Temporada Viña Bustamante Kc principio temporada METRIC Kc principio temporada METRIC Variabilidad de Kc: -Intrapredial -Dentro de la temporada -A través de las temporadas

92 Consumo de agua annual del viñedo (m 3 /ha/year) Mean Blocks Mean

93 Evaluación de la eficiencia del uso del agua y huella hídrica

94 Eficiencia del uso del agua o productividad del agua (WUE) y consumo de agua del viñedo (ETa). ETa fue estimada usando imágenes satelitales y datos climáticos

95 Huella hídrica total, verde y azul. ETa fue estimada usando imágenes satelitales y datos climáticos.

96 Estimación de la Evapotranspiración Uva de mesa , Coltauco (VI región de O Higgins) Uva de Mesa Kiwi Manzano ET24(mm) Fuente: CITRA 3.6

97 Problemas para adoptar la tecnología por parte del sector productivo a.- Falta de capacitación (desconocimiento) b.- Innovación en la transferencia tecnológica c.- Proceso gradual de adopción de la tecnología : se requiere de calibración local de sistema(técnico y cultural) Más información :

98 Sistema Aéreo no tripulado (Octocoptero) Cámara infrarroja (Guide EasIR-9 ) Cámara multiespectral (Tetracam Mini MCA 6 canales) Medición de temperatura de superficie -Contenido Hídrico -Índice de are foliar -Contenido nutricional - Rendimiento Cámara visible (Lumix DMC) Análisis de RGB -Orto-mosaicos -Índice de are foliar -Fracción de cobertura Productos Calculo de índices de vegetación (IV) -Vigor -Contenido Hídrico - Índice de are foliar -Contenido nutricional -Rendimiento Evapotranspiración Índices de estrés hídrico Mosaico Fracción de cobertura Evolución de IV

99 Estudio de caso: Viñedo regado por goteo.

100 Example of ETa and Kc mapping (period ) DOY 334

101 ETa Mapping

102 Kc Mapping

103 Valores acumulados de evapotranspiración (ETa), precipitaciones (R.), riego (I) y agua desde el suelo (S)

104 Balance hídrico anual para un viñedo regado por goteo (mm) (%) Agua de Riego (I) Precipitaciones (R.) Agua del suelo (S) Consumo total (ETa)

105 Uso de tecnologías de riego para el manejo riego en uva de mesa

106 imk-8 Sistema aéreo no tripulado (Octocoptero) Cámara infrarroja (Guide EasIR-9 ) Cámara multiespectral (Tetracam Mini MCA 6 canales) Medición de temperatura de superficie -Contenido Hídrico -Índice de are foliar -Contenido nutricional - Rendimiento Cámara visible (Lumix DMC) Análisis de RGB -Orto-mosaicos -Índice de are foliar -Fracción de cobertura Productos Calculo de índices de vegetación (IV) -Vigor -Contenido Hídrico - Índice de are foliar -Contenido nutricional -Rendimiento Evapotranspiración Índices de estrés hídrico Mosaico Fracción de cobertura Evolución de IV

107 Gracias

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