Seminario de Riego y Drenaje El Riego en Tiempo de Crisis AGRYD - AGROTECH 2O de Junio, 2011

Transcripción

1 Seminario de Riego y Drenaje El Riego en Tiempo de Crisis AGRYD - AGROTECH 2O de Junio, 2011 NUEVAS TECNOLOGIAS PARA DETERMINAR EL CONSUMO DE AGUA DE LOS CULTIVOS Y PARA ESTABLECER EL NIVEL DE ESTRÉS HIDRICO Luis A. Gurovich Profesor Titular Universidad Católica de Chile Pamela Artacho Doctorando, Facultad de Agronomía Universidad Católica de Chile

2 UN SISTEMA COMPLEJO SUELO PLANTA ATMOSFERA AGUA

3 DISPONIBILIDAD DEL AGUA DEL SUELO PARA LOS CULTIVOS Es un equilibrio dinámico entre: la velocidad de flujo de agua en el suelo hacia las raíces la velocidad de flujo de agua desde las hojas hacia la atmósfera

4 CUANDO SE ROMPE ESTE EQUILIBRIO DE VELOCIDADES: LA PLANTA ESTA EN CONDICIONES DE ESTRÉS HIDRICO Y REACCIONA CERRANDO LOS ESTOMAS PARA NO DESHIDRATARSE

5 CUANDO SE ROMPE ESTE EQUILIBRIO DE VELOCIDADES: AL CERRAR LOS ESTOMAS LA PLANTA PRODUCE MENOS FOTOSINTESIS MENOS RENDIMIENTO MENOS CALIDAD

6 NUESTRA MISION EN LA VIDA? QUE LAS PLANTAS TRANSPIREN COMO LOCAS TODO LO QUE EL CLIMA LES DEMANDE ESTOMAS ESTEN SIEMPRE ABIERTOS MAXIMA FOSINTESIS MAXIMA PRODUCCION y MAXIMA CALIDAD

7 COMO CUMPLIMOS CON NUESTRA MISION? ASEGURANDO QUE EN TODO MOMENTO LA DISPONIBILIDAD DEL AGUA ALMACEWNADA EN EL SUELO SEA MAXIMA, O sea CREANDO CONDICIONES PARA QUE SIEMPRE EXISTA EL EQUILIBRIO ENTRE LA VELOCIDADES DE LOS FLUJOS HIDRICOS SUELO RAIZ versus HOJA - AIRE

8 COMO PODEMOS DETERMINAR EL ESTADO HIDRICO DEL SISTEMA S-A-P-A PARA ASEGURARNOS QUE LA DISPONIBILIDAD HIDRICA ES MAXIMA?

9 COMO PODEMOS DETERMINAR EL ESTADO HIDRICO DEL SISTEMA S-A-P-A? CUAL ES SU CONDICION HIDRICA AHORA? CUAL ES LA TENDENCIA DE LOS ULTIMOS DIAS? PREGUNTARLE AL SUELO PREGUNTARLE AL CLIMA PREGUNTARLE A LA PLANTA Y POR QUE NO PREGUNTARLE A LOS 3 ACTORES AL MISMO TIEMPO?

10 CUAL ES LA CONDICION HIDRICA DEL SUELO 1. CONTENIDO DE AGUA EN EL SUELO 2. POTENCIAL DEL AGUA EN EL SUELO ( CON QUE FUERZA ESTA RETENIDA EL AGUA PRESENTE EN EL SUELO?)

11 Instrumentos de medición de la condición hídrica del suelo La gran mayoría de los instrumentos hacen una medición indirecta del contenido de agua, por lo que requieren de calibración entre lo que se quiere medir (contenido de humedad del suelo) y lo que es más fácil de medir.

12 Bloques de resistencia eléctrica Corresponden a pequeños bloques porosos de yeso, nylon o fibra de vidrio unidos a electrodos que se introducen en el suelo a distintas profundidades. Su uso se basa en que la conductividad eléctrica del bloque aumenta en la medida que absorbe agua desde el suelo. La conductividad (resistencia) eléctrica de los bloques es determinada y relacionada a un contenido de humedad del suelo. Funcionan en el rango de -100 kpa a kpa.

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14 Sensores de matriz granular Funcionan con los mismos principios de los bloques de yeso, pero tienen mayor vida útil (5-7 años). Funcionan en el rango entre -10 a -200 kpa.

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16 Sonda de neutrones Consiste de una fuente de neutrones rápidos (Am-Be) y un detector de neutrones lentos. Los neutrones emitidos (rápidos) rebotan en átomos de hidrógeno y le transmiten su energía (lentos). El número de neutrones lentos detectados es proporcional al número de colisiones entre neutrones y núcleos de hidrógeno, los cuales reflejan el contenido de agua del suelo.

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18 Time domain reflectometry (TDR): Se basa en que el agua tiene una constante dieléctrica mucho más alta que la del suelo, por lo que la constante dieléctrica del suelo húmedo dependerá principalmente de su contenido de humedad. La constante dieléctrica del suelo se mide aplicando al suelo una onda electromagnética de alta frecuencia y midiendo la velocidad de propagación a través de unas barras metálicas. A mayor humedad, menor será la velocidad de la onda.

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20 Frecuency domain reflectometry (FDR): Presenta un fundamento similar al TDR, aunque en este caso, se usan ondas de radiofrecuencia para medir la constante dieléctrica del suelo, la que es luego relacionada empíricamente con el contenido volumétrico de agua del suelo, de acuerdo con la frecuencia de la onda de radio reflejada desde el suelo.

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22 COMPARACIÓN DE MÉTODOS Sistema Bloques Tensiometrtancia Capaci- Neutrón TDR Criterio de yeso Costo (US$) , ,000+ Flexibilidad Regular Regular Rango Regular Bueno Facilidad Fácil Regular Fácil Mal Fácil Precisión Mal Regular Rango Bueno Bueno Seguridad Mal Regular Bueno Excel. Excel. Aprovéchelos: hay más opciones y métodos ahora con características muy útiles

23 POTENCIAL DEL AGUA EN EL SUELO TENSIOMETROS

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25 TENDENCIAS FUTURAS TDR y FDR con costos bajos Sistemas mas flexibles radio telemetría sistemas que obtienen datos en forma automática Proyección futura por medio de la computación Menos agua para regar images/future.gif Más presión de todos los sectores productivos y políticos para usar agua con alta eficiencia June 11 25

26 CONDICION HIDRICA DE LA ATMOSFERA DEMANDA EVAPORATIVA DE LA ATMOSFERA ESTACIONES AGROMETEOROLOGICAS AUTOMATICAS MEDICIONES EN TIEMPO REAL DE DIVERSOS PARAMETROS SISTEMAS DE TRANSMISION DE INFORMACION SOFTWARE GRAFICO PARA SU VISUALIZACION BASES DE DATOS HISTORICAS INTERACTIVAS SERVICIOS PUBLICOS Y PRIVADOS

27 ECUACION DE PENMAN -MONTEITH ( *(Rn-G)+Cp* s*(es-ea)*(1/ra) ETr = *(1+rcv*(1/ra))+ r (calor latente) [W/m 2 ]

28 CLIMWAT es_databases_climwat.html

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30 EMA, este instrumento toma registros CONTINUOS de : Intensidad de la lluvia y lluvia acumulada Dirección del viento Velocidad del viento Temperatura del aire Humedad relativa del aire Radiación solar Presión Atmosférica Y NOS ENTREGA LA ETpotencial diaria [mm / día]

31 RED AGROCLIMATICA NACIONAL Sistema Agroclimático FDF-INIA-DMC Cada servicio se establece por una temporada y su tarifa depende del número de estaciones a las que se desee tener acceso.

32 SERVICIOS DE AGROCLIMA.CL

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34 EVAPOTRANSPIRACION CONSUMO DE AGUA 1 mm por día = 10 m 3 / hectárea - día ET cultivo = ET potencial * Kc

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36 CONDICION HIDRICA DE LA PLANTA La planta es capaz de integrar todos los factores que podrían estar afectando su condición hídrica: contenido de agua del suelo condiciones atmosféricas, disponibilidad de nutrientes incidencia de plagas o enfermedades estreses hídricos anteriores.

37 Los sensores de plantas Han sido clasificados según si miden un indicador fisiológico directo (condición hídrica de la planta) o una respuesta fisiológica indirecta inducida por la condición hídrica de la planta.

38 Indicadores fisiológicos directos El primer tipo de sensores pueden medir contenido de agua en la planta: Sensores de turgor (grosor) de la hoja Potencial hídrico dentro de raíces, hojas o tallos: Cámara de presión Psicrómetro

39 Psicrómetro Este instrumento es utilizado para medir la humedad relativa (potencial del vapor de agua) de la atmósfera equilibrada con el tejido vegetal dentro de una cámara, lo que provee una medida del potencial hídrico de la planta. Bajo este mismo fundamento, se encuentran otros instrumentos: psicrómetro y osmómetro.

40 Sensores de turgor (grosor) de la hoja

41 Psicrómetro Termocupla water potential (MPa) as : y = mv / -7.5

42 Cámara de presión Es un instrumento que mide el potencial hídrico de la planta, colocando en una cámara una muestra vegetal (tallo u hoja) y aplicando presión hasta que agua es exudada desde el material vegetal. La presión a la que el agua es exudada corresponde a la presión final y el potencial hídrico del material corresponde al valor negativo de la presión final aplicada en la cámara.

43 Cámara de Presión (Scholander)

44 Indicadores fisiológicos indirectos El segundo grupo de sensores incluyen herramientas tales como: Sensores de flujo de savia Porómetros (conductancia estomática) Medidores de velocidad de fotosíntesis Dendrómetros (crecimiento de algún órgano) Termómetro infrarojo diferencial Electrodos fisiológicos.

45 Sensores de flujo de savia Miden la velocidad del flujo de savia, a través de la detección de los cambios en la temperatura de la savia cuando se aplica un pulso de calor al tallo de la planta. Los tres principales tipos de sensores de flujo de savia son: balance de calor disipación termal pulso de calor

46 Flujo de savia

47 Conductancia estomática El porómetro mide la conductividad estomática de las hojas por medio de la variación de la presión de vapor y del flujo de vapor sobre la superficie de la hoja.

48 Conductancia estomática

49 Medidores de Fotosíntesis El estudio de la fisiología de plantas y la evaluación de mediciones fundamentales, como la velocidad de fotosíntesis dispone de instrumentos portátiles en los cuales la hoja se coloca en una cámara a través de la cual se introduce un flujo medido de aire, con valores de vapor y CO 2 conocidos y se determina a partir de las diferencias de concentración entre el aire de ingreso y salida.

50 Medidores portátiles de fotosíntesis

51 Fitomonitores (Dendrómetros) Sensores que hacen una medición continua del diámetro de troncos, rama, y frutos en tiempo real. El uso de estos instrumentos para guiar la programación del riego requiere del conocimiento del patrón de crecimiento esperado de tallo, ramas o frutos bajo buenas condiciones de disponibilidad hídrica.

52 DENDRO METROS

53 Termometria Infraroja Diferencial (ISHC - CWSI) La temperatura de la hoja, es un buen parámetro para determinar el estado hídrico de la planta, y de esta manera, su necesidad de riego. El ISHC se basa en la asociación del diferencial de temperatura entre la hoja y el aire, incluyendo la variabilidad ambiental, debida al déficit de presión de vapor (dpv).

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55 Electrodos Fisiológicos Aplicaciones de las señales Electro Fisiológicas para detección temprana de condiciones de estrés hídrico

56 Algo de Historia Primeros estudios de las señales eléctricas en plantas datan de Burdon-Sanderson y 1875 Charles Darwin. The secret life of plants (1973 Tompkins Bird). Charles Darwin, Dionea miscipula.

57 Tipos de señales eléctricas en plantas I. Potencial del acción (AP) - Pulso eléctrico de rápida propagación - Viaja a velocidad y amplitud constante

58 Tipos de señales eléctricas en plantas II. Potencial de variación (VP) - Señales lentas, de intensidad variable - La amplitud y velocidad disminuyen a medida que se aleja del estimulo

59 Señales eléctricas Luz Cambios de T Stress Hídrico Transmisión de señal Señales Bióticas y Abióticas: Estímulo de estrés Percepción de señal Induce generación de señales eléctricas Señal del transductor en el lugar de la respuesta fisiológica Respuesta al estrés Expresión Génica

60 Señales eléctricas Las señales eléctricas, a diferencia de las señales químicas o hidráulicas, son capaces de transmitir rápidamente información desde un punto a otro dentro de la planta.

61 Cómo medir las señales eléctricas en plantas Mediciones Extracelulares b. Mediciones Intracelulares b. a. a) Microelectrodo de Ag/Ag Cl utilizado en mediciones b) esquema del sistema de medición.

62 Cómo medir las señales eléctricas en plantas Las mediciones extracelulares son más apropiadas para ensayos de larga duración, mientras que mediciones intracelulares son más apropiadas para mediciones de corta duración, puesto que son más precisas.

63 Qué determinan las señales eléctricas? Las señales eléctricas pueden jugar un rol fundamental en los procesos fisiológicos: -Respiración -Absorción de agua -Descarga y translocación floemática -Respuestas a heridas Técnicas de Fitomonitoreo Las señales eléctricas podrían ser una vía de comunicación entre las raíces y las hojas.

64 Electric signaling in fruit trees in response to water applications and light darkness conditions Luis A. Gurovich, Paulo Hermosilla Journal of Plant Physiology 166 (2009)

65 Señales eléctricas Fromm et al Lautner et al Patricio Oyarce, Patricio Prieto y Luis Gurovich, Revista Aconex 102: 5-11, 2010

66 Evidence for the transmission of information through electric potentials in injured avocado trees Patricio Oyarce and Luis Gurovich. Journal of Plant Physiology. Vol. 168 (2):

67 Señales eléctricas en plantas Existen señales muy rápidas en las plantas, que responden a estímulos bióticos y abióticos. Las señales eléctricas se generan en un órgano o tejido especifico y se transmiten rápidamente como potencial de acción o de variación a otros tejidos de las plantas.

68 Señales eléctricas en plantas Las mediciones de señales eléctricas pueden ser utilizadas como una herramienta para detectar estrés hídrico de manera temprana. Esta herramienta permite automatizar el riego huertos agrícolas.

69 EL SISTEMA EN SU CONJUNTO FITOMONITOREO DEMANDA ET ATMOSFERICA CONDICION HIDRICA DEL AGUA EN EL SUELO TENDENCIAS EN EL TIEMPO REPRESENTATIVIDAD VARIABILIDAD ESPACIAL Y TEMPORAL INTERPRETACION AUTOMATICA MECANISMO DE TOMA DE DECISIONES

70 MUCHAS GRACIAS