Validación y aplicabilidad de la asimilación de ET de teledetección y parámetros biofísicos de la vegetación, para la gestión del riego a escala de campo (FIELD-ET4TROUGHT)

Resumen

Investigador responsable

Carlos Campillo Torres

Equipo de trabajo

Cristina Montesinos Barrios

Valme González García

Eugenio Márquez Rámirez

Jose María Vadillo Hurtado (Personal contratado)

Marta Rosario Ramírez (Personal Contratado)

Objetivo principal

Explorar el potencial de la teledetección en la estimación de la ET en cultivos heterogéneos en sistema de regadío en hileras y cómo estas tecnologías, pueden ser utilizadas para optimizar el riego de precisión, desarrollando sistemas de alerta temprana que proporcionen información sobre el estado de sequía de los cultivos.

OS1. Evaluación y valorización de la aplicación del sistema VegSyst-DSS para la programación estacional del riego y abonado nitrogenado en parcelas comerciales de tomate de industria, pimiento de industria y brócoli al aire libre.

OS2. Identificación de las debilidades y fortalezas en comparación con las prácticas habituales.

OS3. Incorporar técnicas de evaluación rápida del estado nutricional e hídrico para el seguimiento y corrección de programaciones de riego y abonado

Principales resultados

WP1: EVALUACION DE SEQUIA MEDIANTE TELEDETECCION

ACTIVIDAD:1.3, Intercomparación y evaluación de modelos de sequía a partir de datos históricos agrícolas

Se evalúan los modelos basados en indicadores: precipitación estándar, severidad de sequía, índice de vegetación normalizada(NDVI), modelos en simulación y modelos de predicción , mediante una recopilación previa de datos históricos: climáticos, agronómicos , humedad del suelo e índices de vegetación y se comparan los resultados (predicciones de severidad de sequía), con datos reales(rendimientos agrícolas, indicadores de sequía observados: precipitación, temperatura, humedad de suelo) o información de campo.

Se ha realizado la recopilación de datos históricos de fincas colaboradoras de la provincia de Badajoz con la consiguiente comparación de modelos con los datos históricos agrícolas recogidos por CICYTEX en diferentes campañas y zonas agrícolas de las vegas del Guadiana para intentar hacer un uso más eficiente del agua ante situaciones de sequía. Identificando los momentos críticos en el cultivo del tomate. De tal modo que sabiendo la dotación de agua que se dispone se pueda decidir la superficie de tomate que va a poder plantar en la campaña. Plantando más o menos superficie dependiendo de la dotación.

Para el desarrollo de esta tarea se realizaron diferentes encuestas con productores, asociaciones y empresas relacionados con el cultivo delo tomate de industria con el objetivo de obtener una importante base de datos de parcelas de tomate de industria y las producciones obtenidas de cara a poder incorporar estos datos en modelos se sequia desarrollados en colaboración con el subproyecto 1. Actualmente, aunque se provee obtener más datos se cuenta con una base de datos de más de 400 parcelas de tomate de industria con diferentes campañas de desde 2018 a 2023. Se han seleccionado los últimos 5 años de cultivo. Además de los datos obtenidos se están analizando los datos olas de calor que han podido producirse en esos años y evaluar la situación fenológica en que se encontraban los cultivos en cada uno de los momentos en que se produjo unas temperaturas superiores a 35 grados durante al menos 3 días seguidos. Para identificar los momentos fenológicos de cada parcela y evaluar el efecto de las olas de calor y la fenología del cultivo se analizó la evolución de índice de vegetación normalizada NDVI, considerando el periodo de 15 días antes y después del máximo NDVI como momento más sensible a aborto floral. Además, esta tarea está estrechamente relacionada con la tarea 5.1 donde se evalúa de forma más especifica el efecto de las altas temperaturas sobre la floración y cuajado de los frutos.

WP3: MEJORA DE LOS MODELOS DE ESTIMACION DEL FRACCIONAMIENTO DE LA ET

ACTIVIDAD:3.1. Evaluación del patrón FIPAR y su relevancia en las relaciones cultivo-agua, en el cultivo de tomate

Esta actividad se realizó en la parcela de ensayo de tomate de industria 1, en la que había instalado un lisímetro de pesada. En dicha parcela se instalaron ceptómetros que medían en contínuo la radiación PAR en el cultivo(a). Se realizaron vuelos con dron y seguimiento del desarrollo foliar del cultivo con regularidad, estimando el porcentaje de suelo sombreado. Con los datos recogidos se determinó la relación existente entre FiPar y % de suelo sombreado(b), concluyendo que el cultivo del tomate capta casi la totalidad de la radiación disponible (FiPAR), cuando el desarrollo del área foliar está completo coincidiendo con los valores máximos de suelo sombreado(b).

Se ha obtenido la relación entre % de suelo sombreado y NDVI satelital(c) determinando que valores del índice de NDVI próximos a 1 indican que el desarrollo foliar del cultivo es máximo correspondiendo con los valores máximos de porcentaje de suelo sombreado. Finalmente, con la estimación de cosecha (2024)en la parcela de ensayo 4(comercial) se obtuvo una relación moderada entre la variable NDVI y la producción, debido a otros factores como son el suelo, manejo que se ha realizado del cultivo, clima, etc.(Figura c). Los resultados en parcela cmertcial distan de los obtenidos en prcela de ensayo en la que se controlan todos los parametros.

En condiciones óptimas de PAR, el cultivo del tomate utiliza el agua de manera más eficiente. A mayor cantidad de radiación, más energía tiene la planta para procesar los recursos disponibles y favorece que las plantas crezcan mejor con una cantidad limitada de agua. Un manejo adecuado de la PAR junto con un manejo eficiente del riego mediante un sistema de riego por goteo, puede asegurar que el tomate de industria reciba suficiente agua para cubrir sus necesidades siendo más eficiente en el uso del agua.

WP4: VALIDACION DE DATOS OBTENIDOS

ACTIVIDAD:4.4. Conjunto de datos lisimétricos en tomate e higueras en Badajoz

En esta actividad se recogieron los datos en las parcelas de ensayo de CICYTEX: lisimétrica de pesada (campaña 2023 y 2024), lisimétrica de drenaje (campaña 2023) en tomate y lisimétrica de pesada en higuera (vinculados al proyecto PDI2020-117392RR-C41).

Descripción de las parcelas de tomate ensayo: a) parcela lisimétrica de drenaje: 12 lisímetros con multisensores Drill and Drop, 4 zonas de manejo con 4 subparcelas cada una: Riego contro(IrriDesk)l, riego deficitario controlado (IrriDesk), ciclos de secado y modelo vegsyt. Variedad de tomate usada:H1015 y trasplante realizado 15/05/2023. Riego por goteo con caudad:2.5l/h. Textura determinada del terreno: franco arenoso.En dicha parcela se fijaron puntos de control y se recogieron datos de: Potencial hídrico de hoja, Tª de cubierta, Tª de suelo, Humedad de suelo, Conductancia estomática, datos climáticos, producción, parámetros de calidad: ph, Brix, color y calibre, evolución gráfica de la evolución del cultivo, volumen de agua aportado en campaña.

b) Parcela lisimétrica de pesada: parcela de 6000m2 dividida en tres zonas de manejo de riego: T1, zona lisímetro de pesada en el que se cubrían las necesidades hídricas del cultivo al 100% de la ETc, T2: modelo IrriDesk riego control T3: modelo IrriDesk en la que se estableció una estrategia de riego deficitario controlado. En los puntos de control fijados se recogieron datos relativos a : potencial hídrico de hoja, radiación fotosintéticamente activa (PAR), Tª de cubierta, Tª de suelo, Humedad de suelo, %suelo sombreado, datos climáticos, conductividad eléctrica aparente del suelo, producción, parámetros de calidad: ph, Brix, color y calibre, evolución gráfica de la evolución del cultivo, volumen de agua aportado en campaña.

La recopilación de estos datos recogidos ha permitido la realización de varias publicaciones. ( enlace ZENODO)

WP5: EXPERIENCIA EN CAMPO

ACTIVIDAD:5.1. Mejores prácticas agrícolas agronómicas para la gestión de las olas de calor en tomate

Durante la campaña 2023 se desarrolló un experimento en tomate de industria en el cual se evaluaron tres momentos de trasplante (temprano, medio y tardío) y diferentes tratamientos agronómicos para mitigación del cambio climático. Para simular la situación de ola de calor, se colocaron invernaderos plásticos en una superficie de 3 metros lineales en cada uno de los tratamientos. Se estudiaron 2 sistemas de cubrición para generar la temperatura necesaria para poder evaluar los diferentes tratamientos aplicados (sustancias de mantenimiento de humedad en el suelo, riego extra por microaspersión y riego por goteo con dotación superior a las necesidades del cultivo), Durante los periodos de olas de calor, se controlaron el estado hídrico del suelo y de las plantas, así como la actividad fotosintética.

Los sensores (temperatura infrarroja (IRT), sensores de humedad del suelo, radiómetro neto, se utilizarán en el modelo TSEB para estimar las diferencias espaciales en ET y sus componentes de partición. En el año 2024 se realizaron tres transplantes de tomate de transformación al igual que el año anterior con diferentes tratamientos agronómicos de mitigación con riegos de apoyo nocturno y diurno, con algas y microorganismos.

Para las simulaciones de ola de calor se construyeron dos tipos de estructuras de policarbonato unas cabinas triangulares y unas cámaras de techo abierto (OTC) en las que se colocaron los sensores de medida. Las estructuras se colocaron dos veces en cada transplante, de tal modo que estuvieron una semana cubriendo las plantas estudiadas cada vez que se colocó. En el año 2025 se realizaron dos transplantes, el medio y el tardío, el temprano no se pudo realizar por las lluvias primaverales que no se pudo preparar el terreno hasta mayo. La metodología del ensayo en la simulación de olas de calor fue con las estructuras de policarbonato al igual que el año anterior. Se pone ejemplo resultado obtenidos campaña 2024.

ACTIVIDAD: 5.2 Ciclos de sequía en tomate

El desarrollo de esta actividad se ha llevado a cabo en la parcela del lisímetro de drenaje existente en la finca La Orden (anteriormente descrita) . Se estableció un ensayo con diferentes momentos de supresion de riego en la parcela compuesta por 12 lisímetros de drenaje en la campaña 2023 y 2024.

El ensayo consistió en diferentes estrategias de ciclos de sequía a diferentes intensidades. Se realizó la supresión del riego hasta alcanzar un potencial hídrico estable que se considerase un estrés severo para la planta y a continuación una rehidratación hasta alcanzar el estado hídrico del control. En esta parcela se realizaron medidas de diferentes parámetros como: contenido de agua en el suelo mediante la información aportada por los multisensores drill and drop instalados en cada lisímetro.

Se midió la temperatura de cubierta del cultivo en continuo, mediante el uso de sensores apogge 4sI-411(temperatura infrarroja )(IRT), Se recogieron datos de conductancia estomática mediante el dispositivo porómetro, se midió el potencial hídrico de hoja a lo largo de la campaña de forma semanal, además, de medidas térmicas realizadas mediante vuelo de dron con cámara térmica. Se muestran graficos relativos a la evolución de la conductancia estomatica a lo largo del desarrollo del cultivo y la variciones que presenta ésta ,cuando se somete el cultivo a los ciclos de secado. Esta medida es fundamental para indicar el estado hídrico de la planta y su capacidad de realizar la fotosintesis . Esta medida representa la apertura de los estomas y el intercambio de gases( entrada de Co2 y salida de oxigeno y vapor de agua) .Este dato junto al potencial hídrico de hoja nos da la información necesaria para determinar en que estado se encuentra la planta en cada etapa.La disminución de la conductancia estomatica por deficit hidrico se asocia con una aumento del potencial hidrico hacia valores más negativos como se aprecia en la gráfica. Finalmente se obtuvieron unos resultados de producción buenos con la aplicación de los ciclos de secado a lo largo del desarrollo del cultivo.

ACTIVIDAD: 5.3 Riego de precisión: integración de diferentes estrategias de riego y drenaje para el manejo eficiente en el procesado del tomate para obtener la mejor producción y calidad en escenarios de cambio climático

Para esta tarea se analizaron los diferentes datos obtenidos en la parcela utilizada en la tarea 3.1 y 4.4. Con 2 estrategias de riego deficitario controlado en el tomate. Se estableció un plan estacional de riego para la campaña y posteriormente se aplicaron estrategias de riego deficitario en dos momentos determinados. Una de ellas utilizando un riego deficitario en el momento de frutos maduros y el otro tratamiento además del riego deficitario en la fase de frutos maduros también se estableció un periodo de déficit hídrico en el periodo pos-transplante con una duración de 30 días hasta el inicio del desarrollo vegetativo exponencial en el que se aplicó un recorte de agua del 25%.

Las estrategias de riego deficitario controlado consisten en aportar con el riego una cantidad de agua inferior a las necesidades hídricas calculadas para el cultivo, de forma que experimente una sequía leve. La estrategia aplicada en la fase IV (maduración) consigue favorecer el crecimiento de los frutos frente a las partes verdes de la planta (tallos y hojas),de esta forma se evitan rebrotes y los asimilados que producen las hojas se dirigen preferentemente a los frutos. Los resultados de producción y análisis de calidad muestran que aumenta la concentración de solidos solubles en el fruto sin pérdida de cosecha o bien con un descenso leve que quedaría compensado con el incremento de ºBrix en ambas parcelas como se aprecia en los gráficos adjuntos.

La estrategia de riego deficitario el riego deficitario controlado en los dos momentos descritos mejora la calidad de los frutos con una mayor concentración de solidos solubles. Esta técnica se ha comprobado que en tomate es aplicable debido a ser un cultivo que presenta un buen desarrollo de la vegetación y el déficit hídrico aplicado es capaz de asumirlo sin perder cosecha y calidad.

ACTIVIDAD: 5.4 Riego de precisión: asimilación de datos de teledetección en el DSS Irri_Desk para gestionar el riego en parcela CICYTEX

Est actividad se desarrollo durante las campañas 2023 y 2024 en la parcela lisimetrica de pesada de la Finca La Orden (CICYTEX) . En dicha parcea se establecieron tres zonas de manejo de riego diferencial en las cuales se estabecieron los siguientes tratamientos(Figura a):T1: el riego aportado se programó para cubrir las necesidades hídricas del cultivo a lo largo de todo el ciclo de cultivo, en base a la ETc del día anterior, obtenido del lisímetro de pesada (2.672.251.5) en el que se reproducian las condiciones del cultivo como en el resto del ensayo. T2: se llevó a cabo de manera automática con la plataforma web Irri_DESk con la que se realizó un riego deficitario en la fase de maduració.T3:este tratamiento se llevó a cabo tambien con Irri_Desk pero induciendo un estrés en la fase inicial y posteriormente en la etapa de maduración del cultivo coincidiendo con lo realizado en el tratamiento 2. El riego fue diario mediante riego por goteo. Se realizó un estudio previo al ensayo de variabilidad espacial determinando la conductividad electrica aparente del suelo antes de trasplante lo que permitió mediante un krigeado ordinario con el programa geoestadístico QGIS 2.18, establecer las zonas homogeneas de la parcela y fijar así los punots de control. Se fijaron 3 puntos de control en los tratamientos T2 y T3(gestionados por Irri_Desk) y 6 puntos en el correspondiente a la zona del lisimtero de pesada. En cada punto de control se instalaron 3 sondas de capacitancia (TEROS 10) , un sensor de temperatura de cubierta y en el lisimetro se instaló además uno que media la temperatura del suelo. Al inicio de campaña se introdujo un plan de campaña en el que se fijaron un máximo y un minimo de agua a aportar en la campaña . El máximo que e fijó fue de 500mm . Estos limites establecen un rango dentro del cual se debe mantener el aporte del riego, de forma que el sistema ajusta el riego en funcion de las condiciones especificas de cada punto de control diariamente(sonds de humedad y estado hídrico de la planta). Los volumenes de riego aportados se registraron diariamente mediante medidores digtales de agua (Zenner) instalados en cada tratamiento de riego.

Se llevo a cabo la recolección en los puntos de control fijados mas los puntos de seguimiento que se marcaron para ello, con un total de 18 puntos.Se recogieron 24 matas en una superficie de 9 m2 en cada punto.Se pesaron en campo los tomates clasificados por: rojos, verdes y destrío. En el laboratorio se procesaron las muestras y se deyerminó la calidad por tratamiento . El volumen final de agua aportado por tratamiento fue de: T1(LP):586 mm , T2(RC):400mm Y T3(RDC):304 mm. Los resultdos avalan como el sistema pudo ajustar la programación del riego en función del contenido de gua de suelo y mejorar el uso eficiente del agua. Consigue mejorar la calidad del tomate de industria con la consiguiente rentabilidad del cultivo.

ACTIVIDAD: 5.5 Evaluación de un sistema de riego de precisión para la gestión del riego en explotaciones comerciales

Es tarea se llevó a cabo durante el año 2023 ( en el marco del proyecto DIGISPAC TED2021-131237B-C22 ) y en el 2024 en el proyecto ET4DROUGHT, en la parcela comercial de la Finca Aldea del Conde, en Talavera la Real(Badajoz) de 16 has. En dicha parcela se establecieron tres zonas de manejo de riego diferencial .Una zona gestionada con la información obtenida de imágenes satelitales y de UAV obtenidas en la parcela ajustando las dosis de agua en función del desarrollo del cultivo , por el técnico de una empresa de agricultura de precisión (AGRAZ), otra gestión fue la tradicional del agricultor y una tercera zona fue gestionada por el sistema de riego autómático Irri_Desk. Inicialmente se hizo un estudio de la variabilidad espacial de la parcela para la elección de los puntos de control durante la campaña.

Se llevó a cabo un muestreo de tierras antes del inicio de campaña a lo largo de la parcela, en 63 puntos georreferenciados en los que se determinó:textura, contenido de nitrógeno inicial en el suelo , contenido de Calcio, Fósforo, Potasio, Magnesio así como el pH que resulto estár muy próximo a la neutralidad. Se determinó la conductividad eléctrica aparente del suelo mediante el uso del sensor Dualem 1S a dos profundidades a 0.30m y a 1.20m. Mediante el programa ARCGIS se empleó la herramienta geoestadistica de krigeado ordinario y se obtuvieron los mapas relativos a la CEa superficial y profunda y finalmente se trabajó con la CEa superficial debido a que las raíces del tomate se desarrollan fundamentalmente en los primeros 30-40cm de profundidad.Con toda la información se fijaron 3 puntos de control en la zona Irri_Desk, 2 en la zona de E_AP y otros 3 zona agricultor. A los puntos anteriores se sumaron 3 puntos más de seguimiento en cada zona con un total de puntos de 16 puntos. En recolección se fijaron otros 15 puntos más entre las tres zonas, siendo un total de 31.

En cada punto de control se instalaron sondas de capacitancia (TEROS 10), para la caracterización del bulbo húmedo en el entorno de influencia del gotero, colocándose 3 sensores a 20 cm de profundidad , separados a 10 cm del gotero en posición horizontal hacia la cama. Se instaló un sensor térmico ( apogge SI-411) que medía la temperatura de cubierta así como un contador de agua (Zenner).Los sensores de humedad permitieron ajustar el riego en función de las condiciones en cada momento del cultivo, facilitando así al modelo realizar cambios en las dosis de riego planteadas incialmente en funcion de la disponibilidad de agua en el suelo..En los puntos control y seguimiento se midieron regularmente, potencial hídrico de hoja así como la evolución de desarrollo de cubierta del cultivo, determinando el porcentaje de suelo sombreado.

En el sistema Irri_DesK se estableció un plan de campaña de riego y se introdujo un límite máximo de 650 mm y un límite inferior de 400mm para la misma. Estos valores permiten que el sistema ajuste el riego en función de las condiciones específicas de cada zona en campo. Además, para un mayor ajuste el sistema permite que los límites sean más próximos en momentos fenológicos más críticos como es el caso del desarrollo vegetativo y floración en el tomate de industria (semana 9 a 12) y permitir al sistema una mayor libertad en la toma de decisiones en periodos menos críticos como es la maduración (a partir de la semana 14), momento en el que es posible realizar un ahorro de agua sin una pérdida de producción. Para la recolección en los 31 puntos fijados se recogieron 24 matas en una superficie de 9 m2 en cada punto.Se pesaron en campo los tomates clasificados por: rojos, verdes y destrío. En el laboratorio se procesaron las muestras y se deyerminó la calidad por zona de manejo.

En la campaña 2024 se intercambiaron las zonas (Irri_Desk y E_AP) de la campaña 2023 y se observó como el sistema es capaz de ser eficiente adaptándose a las características espaciales del suelo en cada campaña obteniéndose buenos resultados tanto en producción(Kg/ha) como en calidad(ºBrix).

(PUBLICACIÓN ZENODO)

Producción obtenida en campaña 2023 por zona Calidad 2023 por zona y volumen total de agua aplicado

Producción obtenida en campaña 2024 por zona Calidad 2024 por zona y volumen total de agua aplicado

Transferencia

Organización de jornadas

Publicaciones

Participación en Jornadas y congresos

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Financiación