Las normas actuales de uso racional del agua y la escasez generalizada han creado una fuerte necesidad de mejorar la eficacia de sus estrategias de uso. Las nuevas tendencias en el procesamiento de tomate y las nuevas tecnologías están permitiendo una mejor gestión de las parcelas más grandes con altas heterogeneidades del suelo. El objetivo de estos ensayos es integrar la información de las nuevas tecnologías en modelos de cálculo de las necesidades hídricas. Esta información ayudará a la toma de decisiones por parte del agricultor o técnico a la hora de establecer una programación eficiente o el establecimiento de diferentes estrategias para mejorar la calidad final del cultivo sin perder producción.

Sandra Millan, Rafael Fortes, María del Henar Prieto, José Ángel González y Carlos Campillo. Grupo de Riego y Nutrición. Centro de Investigaciones Científicas y Tecnológicas de Extremadura (Cicytex). Junta de Extremadura.

Lo primero que debe saber un agricultor o técnico a la hora de hacer un uso más eficiente del agua de riego es establecer una correcta programación de riego, es decir, cuándo regar y con cuanta agua (Martín, 2010), para asegurar que esté disponible cuando el cultivo la necesite, en función de unos objetivos productivos concretos.

La estimación de las necesidades hídricas de los cultivos se realiza, habitualmente, mediante balances hídricos en el suelo o mediante métodos de cálculo de la evapotranspiración potencial. Este cálculo puede ser obtenido a través de la amplia red de estaciones agrometeorológicas situadas en el territorio español, en el caso de Extremadura, la red extremeña de asesoramiento al regante, Redarex que posee una amplia red de estaciones agrometeorológicas distribuidas por todas las zonas regables de la región.

El establecimiento de una programación de riego puede ser muy útil para adaptar las necesidades del cultivo a las condiciones climáticas de cada zona y al grado de desarrollo del cultivo. Sin embargo, este procedimiento de cálculo es teórico y no nos indica si el cultivo está utilizando el agua que estamos aplicando de forma eficiente en sus distintas fases de cultivo.

En la actualidad existe una gran cantidad de tecnología disponible para una gestión eficiente de los recursos agrarios. Así la aplicación de las tecnologías de la comunicación en esta área ha supuesto un antes y un después, permitiendo abordar de forma eficaz un aspecto crítico como es la heterogeneidad espacial de las parcelas agrícolas, lo que ha hecho posible que las mejoras tecnológicas puedan saltar de las parcelas de ensayo a las comerciales, superando estos problemas técnicos (García, 2008).

Sin embargo, todas estas tecnologías no están siendo implantadas en las explotaciones agrícolas. Entre los problemas que existen se encuentran la complejidad de manejo y que requiere un cierto nivel de preparación técnica.

Para establecer un manejo eficiente del agua, la programación de riego teórica debe ser apoyada por medidas realizadas in situ, utilizando para ello distintas metodologías o sensores que nos ayudan a apoyar ese cálculo. Una de las metodologías que utilizan los agricultores y técnicos en los regadíos es el uso de sensores de humedad del suelo. Los indicadores de estado hídrico del suelo se basan en la medida de la tensión o del contenido volumétrico del agua en el suelo.

Aunque existen varios métodos, la información obtenida se refiere a la cantidad de agua disponible para la planta en un momento determinado. Estos sensores permiten tomar decisiones en función de los cambios observados a lo largo del tiempo, pudiendo evaluarse las tasas de infiltración y extracción de agua por el cultivo a diferentes profundidades.

El principal problema que se plantea, además del elevado coste de los aparatos y dificultad de manejo, se debe a la heterogeneidad natural del suelo, que en el caso de plantaciones con riego localizado, aumenta de forma considerable la variabilidad en la distribución del agua en el mismo, y esto, unido a la limitada zona de influencia en la mayoría de los instrumentos, complica en gran medida el obtener una buena representatividad de los puntos de medida con relación a toda la parcela.

Otra de las posibilidades para gestionar el riego en una parcela es la utilización de sensores de planta. Puesto que el objetivo del riego es mantener un ambiente propicio para el crecimiento del cultivo, la planta es en sí misma el mejor indicador de las necesidades de riego, por lo que las medidas realizadas en la planta resultan mejores indicadores que el contenido de agua en suelo para la toma de decisiones de riego (Turner, 1990).

Existen diferentes medidas que permiten caracterizar el estado hídrico de las plantas, como son la temperatura de la cubierta vegetal, la conductancia estomática, transpiración de toda la planta (lisímetros o flujo de savia), fluctuaciones del diámetro de tronco y determinaciones del potencial hídrico, siendo este último el indicador más sencillo en una situación de estrés hídrico de la planta y, por tanto, de las necesidades de riego (Cape, 1997).

La medida del potencial hídrico foliar se puede realizar con una cámara de presión siendo el método más común determinar la tensión a la que circula el agua en el interior de la planta. El movimiento del agua a través de la misma se realiza desde las raíces hasta las hojas, utilizando como fuerza motriz la evaporación del agua desde las hojas. Al disminuir la humedad del suelo, la planta no puede extraer el agua al mismo ritmo que las pérdidas originadas por la transpiración de las hojas, aumentando la tensión del agua en la planta, o lo que es lo mismo, disminuyendo el potencial hídrico (Hsiao, 1973).

Aunque estos sensores no están siendo utilizados por los agricultores o técnicos de la zona, principalmente porque no se pueden automatizar, su uso es muy recomendable ya que permite con una medida rápida en diferentes puntos de la parcela conocer el estado hídrico del cultivo y realizar modificaciones en la programación del riego.

Los sensores térmicos –que se basan en el cierre estomático de la vegetación sometida a un estrés hídrico, y por tanto en una reducción en la tasa de transpiración que se traduce en un incremento de la temperatura de la cubierta vegetal– y los sensores espectrales –que se basan en la reflectancia del cultivo en sus diferentes longitudes de onda que pueden ser utilizadas para monitorizar los condicionantes de la planta a varias escalas–, permiten obtener información de grandes superficies mediante su vehiculación en la maquinaria agrícola que permita la toma masiva de datos de alta resolución mediante el uso de tecnología GPS que georreferencie dicha información y a un bajo coste en relación con la toma de datos desde una plataforma aérea.

Otra medida muy práctica a la hora de gestionar las necesidades del cultivo es la medida del desarrollo de la cubierta vegetal, de forma que podemos medir mediante una cámara de fotos o un móvil o de manera manual con una cinta métrica, cómo va creciendo el cultivo adaptando ese desarrollo al cálculo de la dosis de riego necesaria en cada momento. Esta metodología sencilla permite integrar los diferentes desarrollos provocados por las diferentes variedades o por reducciones en el desarrollo de cultivo adaptando las dosis a lo que está necesitando el cultivo en cada momento.

 

Material y métodos

El ensayo se llevo a cabo durante dos años consecutivos (2012 y 2013) en cinco parcelas comerciales de tomate de industria con variedades y sectores de riego diferentes gestionadas por la empresa Roma, con una superficie media de 50 hectáreas.

Para establecer las diferentes zonas para realizar las medidas y control del agua aplicada en cada una de las parcelas comerciales se realizó la  medida de conductividad eléctrica del suelo (CE) en el año 2012 con el sensor Veris 3100 (Veris Technologies) arrastrado por un tractor, utilizándose un sistema GPS con precisión submétrica.

Estos mapas de CE permitieron clasificar las distintas zonas de la parcela de estudio y así poder identificar distintas zonas de control y poder extrapolar los resultados para tener una visión más clara de lo que está pasando en la parcela completa, además de ser de mucha utilidad para los técnicos para establecer los distintos sectores de riego en función de la CE como se describe en Fortes et al., 2015. Para el manejo de las diferentes parcelas y zonas de cultivo se elaboró durante los dos años un modelo de gestión de riego para tomate de industria.

El modelo de gestión del riego para tomate de industria consta de dos fases: una fase de modelización y una fase de verificación. En la fase de modelización se integran todos los datos generales para la gestión del tomate de industria para cualquier parcela agrícola, en el cual se integran los diferentes datos necesarios para determinar el volumen de agua necesario a aplicar diariamente en el cultivo. Dentro de este sistema se integran varios módulos, los cuales se describen a continuación.

Módulo de riego

En este módulo el usuario introduce datos de la variedad, fecha de transplante y ciclo de cultivo. El usuario introduce el sistema de riego para calcular el coeficiente de evaporación diario y los niveles de estrés (descenso tolerable), el módulo indica cuánto déficit va a permitir para que el cultivo no sufra estrés y afecte a la producción final (este dato puede ser modificado ya que por defecto se utiliza el valor ajustado por Campillo (2007) para las condiciones climáticas de nuestra zona para el tomate de industria). El modelo usa los datos de la textura de suelo para calcular las ecuaciones de pedotransferencia propuesta por Saxtons et al (2006) para elaborar el balance de agua en el suelo.

Módulo de cálculo de necesidades

Como base de cálculo para el modelo, las necesidades hídricas teóricas se calculaban a partir de la metodología propuesta por FAO 56 (Allen et al, 1998), que se basa en el cálculo de la evapotranspiración del cultivo (ETc). Esta ETc se puede calcular como el producto de la evapotranspiración de un cultivo de referencia (ETo), que integra las condiciones ambientales de la zona de estudio, multiplicado por el coeficiente de cultivo Kcdual: Kcb (debido a la transpiración) + Kce (debido a la evaporación del agua aplicada), específico del cultivo del tomate ajustado por Campillo (2007),  para la zona de estudio.

Módulo climático

Otro de los parámetros fundamentales en el cultivo son las condiciones agrometeorológicas que pueden reducir o retrasar el desarrollo del cultivo y alargar y acortar las distintas fases del desarrollo del mismo, para ello la utilización de los grados día acumulados es fundamental en el cálculo de las necesidades del cultivo. Para evitar situaciones de falta de datos meteorológicos y para que el técnico pueda observar las diferencias de desarrollo entre una situación meteorológica normal y la actual, se ha implementado dentro de la hoja parámetros climáticos medios (7 años) para cada una de las estaciones agroclimáticas situadas en las Vegas Bajas del Guadiana.

Módulo de ajuste

Para el ajuste de las necesidades de cultivo, a las diferentes situaciones que se pueden desarrollar en el cultivo se diseñaron una serie de medidas que permitieran ajustar las necesidades teóricas determinadas a partir de los datos proporcionados por el módulo de riego y de necesidades hídricas. Durante el primer año para ajustar los numerosos parámetros de los que consta la hoja de cálculo, se realizaron medidas puntuales en cada una de las zonas de control de distintos parámetros como medidas de cubierta vegetal (1), estado hídrico del cultivo (2) y humedad del suelo (3).

La cubierta vegetal o porcentaje de suelo sombreado (%SS), se midió con fotografía digital y analizada mediante la metodología propuesta por Campillo et al (2008), aunque también puede ser realizada, como se muestra en la foto 1, utilizando una cinta métrica. En el ejemplo la distancia entre las líneas de cultivo sería 150 cm de ancho (línea roja), en este caso hemos medido sobre el cultivo 100 cm (línea verde). Para el cáculo del porcentaje de suelo sombreado se utiliza la expresión 1.

Expresión 1

%SS = (anchura medida / separación entre las líneas de cultivo)*100.
%SS = (100 cm / 150 cm )*100= 66%.

Estas medidas realizadas en cada una de las zonas de muestreo permiten corregir los valores del coeficiente de cultivo (Kc) teóricos en función del %SS para los distintos periodos de cultivo y del sistema de riego utilizado. El modelo incluye una ecuación que integra en el cálculo de las necesidades hídricas ambos parámetros. Los valores utilizados por el modelo en función del %SS y el sistema de riego pueden verse en el cuadro I.

Para determinar el estado hídrico del cultivo a lo largo de todo el ciclo se realizó un control del estado hídrico de las plantas en diferentes estados fenológicos midiendo el potencial hídrico foliar (ΨHoja, bar). La medida de potencial hídrico es una medida rápida para conocer el estado de la planta; el sensor nos da un valor numérico que podemos comparar con unos valores de referencia que de forma inmediata nos va a indicar en qué situación se encuentran las plantas.

La medida se realiza con una cámara de presión portátil (Pump Up) (PMS Instruments) (foto 2) sobre una hoja madura soleada. Las medidas se deben efectuar al mediodía solar. En el ensayo se midieron al menos cuatro hojas por cada zona de muestreo, próximas a la zona central de cosecha y con una periodicidad quincenal.

La medida de estado hídrico foliar permitirá corregir las programaciones de riego, aumentando el agua a aplicar, en base a unos valores ya obtenidos en condiciones de no estrés hídrico en los diferentes estados fenológicos (Campillo, 2007) que aparecen en el cuadro II según las necesidades de cultivo. El sistema desarrollado también permite establecer las recomendaciones para estrategias de riego deficitario (RDC) (reducción del riego por debajo de las necesidades de cultivo) que sí se aplica en fases no sensibles (segunda mitad de la fase de engorde de frutos y durante toda la fase de maduración).

A partir de los estudios realizados (Fortes et al., 2013) el modelo propone dos estrategias de RDC para tomate de industria, que puede seleccionar el usuario. La estrategia I se plantea como objetivo el incremento en 0Brix con un ahorro considerable de agua de riego, aceptando como contrapartida una pérdida ligera de cosecha. Se basa en la aplicación de un 50% de las necesidades calculadas a partir de la fase de engorde de frutos. En la estrategia II se acepta un incremento en 0Brix más moderado, así como de ahorro de agua, pero sin sacrificar producción. Se basa en la aportación inicial de un 75% de las necesidades calculadas en la fase de engorde y un 25% en la fase de maduración.

Para el seguimiento de la humedad del suelo se instalaron sensores de tensión del agua en el suelo que permiten mediante un modelo de balance de agua Waterbee (MAC ldt) establecer recomendaciones de riego en función de los límites previamente establecidos para el cultivo y la zona. Se instalaron en tres zonas diferentes de cada campo sondas Watermark a tres profundidades diferentes 10, 30 y 50 cm. Dichos sensores se conectan con el modelo mediante conexión inalámbrica.

Una vez recopilados los datos del primer año, los resultados obtenidos en campo serán incluidos en los parámetros necesarios para obtener recomendaciones de riego para la próxima campaña (crecimiento vegetativo basado en la acumulación de días grado, el potencial hídrico del cultivo, la humedad del suelo y el drenaje), que serán integrados en la fase de verificación del modelo.

Resultados

A partir de los datos que se iban incorporando al modelo propios de cada finca y zona, como son los parámetros meteorológicos, los parámetros de cultivo y los parámetros de estado hídrico, se obtuvieron los datos de necesidades hídricas del cultivo y agua aplicada durante la campaña. El modelo está equipado con un generador de informes en el que se muestra al usuario diferentes parámetros necesarios para controlar el manejo del riego en la parcela.

En la figura 1 se observan los milímetros de agua aplicada y las necesidades calculadas por el modelo en los días del ciclo de cultivo. En este caso se muestran dos ejemplos diferentes en dos de las parcelas estudiadas (Enviciados y Cantillana). En Enviciados (figuras 1a y 1b), se mantuvieron las recomendaciones realizadas durante todo el ciclo de cultivo, sin observarse periodos de descensos bruscos de agua aplicada o excesos de agua en determinadas fases del cultivo. Se puede observar cómo se manejaron los pulsos de riego y la distancia entre riegos en la fase inicial de cultivo.

En Cantillana (figuras 1c y 1d) se observa que el agua aplicada fue mucho mayor que las necesidades calculadas por la hoja de riego, esto se debe principalmente a que el cultivo tuvo un crecimiento anormal, desarrollándose en un menor grado del estimado. Por lo tanto, en ambas fincas la aplicación del volumen de agua recomendado por el modelo habría permitido un ahorro significativo de agua.

En la figura 2 se observa la evolución del suelo cubierto por el cultivo en función de la curva teórica de crecimiento para la variedad ensayada.

Se puede observar cómo en Enviciados (figuras 2a y 2b) las curvas de desarrollo del cultivo se han visto desplazadas una semana respecto a la teórica, debido principalmente a las condiciones meteorológicas diferentes en esta fase respecto al año medio de la estación de referencia.

En el caso de la parcela de Cantillana (figuras 2c y 2d) se observa que durante la primera fase del desarrollo exponencial (13 junio a 18 julio), el crecimiento del cultivo no se ha mantenido en una curva semi-logarítmica como cabría esperar para el comportamiento del tomate de industria y como se ha observado en las otras parcelas. Sin embargo, esta reducción no se debe a una falta de agua, ya que se puede observar en los potenciales medidos para esta finca que se mantuvieron en unos niveles considerados como dentro de los recomendados (figura 2d) para cada periodo, principalmente en el periodo de desarrollo de cultivo y cuajado.

Se observa que a diferencia del resto del ciclo, durante el primer mes de cultivo, los técnicos suelen realizar estrategias de riego más próximas a la línea máxima de potencial respecto al resto de las fases (figura 2b). Esto se debe principalmente a que durante esta etapa los riegos no son diarios y el técnico suele estresar a la planta. Sin embargo esta práctica no es aconsejable, debido a que según los años puede reducir el crecimiento vegetativo o retrasarlo.

En este caso, en ningún momento se ha llegado a rebasar el límite establecido en las parcelas para mantener al cultivo en un buen estado hídrico, con lo que en ningún momento se ha provocado una situación de estrés a la planta. Sin embargo esto indica que en determinadas situaciones del ciclo del cultivo se podría haber realizado un ahorro del agua aplicada y ajustarse más a los límites de potencial máximo indicados por el modelo.

En la figura 3 se muestra el balance de agua en el suelo, obtenido por las sondas de humedad, mostrado en el modelo Waterbee (figura 3a) y por el modelo desarrollado (figura 3b). En la figura 3a se representa de color verde el valor medio de humedad en las tres zonas en los sensores que están en la zona de desarrollo radicular. Se observa que la línea roja que marca el límite máximo de secado de suelo (LDT) va creciendo a lo largo del ciclo de cultivo. Esto se debe a que el sistema radicular va creciendo, con lo cual el depósito de agua para ser almacenada a disposición de las raíces es mayor. Se considera que el valor 0 es capacidad de campo y que cuanto más valor más déficit de agua hay en el suelo.

En la figura 3a, en el caso de las sondas instaladas en Enviciados, podemos ver cómo en todo momento la humedad siempre ha estado por debajo de la línea límite establecida, y también en la última fase de cultivo. Las estrategias de reducir el agua se aprecian en la disminución del contenido de agua en el suelo.

En la figura 3b se muestra la evolución del balance de agua en el suelo y su relación con el porcentaje de suelo sombreado por el cultivo, simulado por el modelo. En esta figura se muestra en color azul la humedad teórica, estimada a partir de las entradas (agua aplicada) y las salidas (necesidades) integradas en el modelo.

Para comparar los valores de la humedad teórica con los límites establecidos para la gestión del riego, se introducen las líneas de Punto de Marchitez Permanente (PMP), Límite de Descenso Tolerable (LDT) y Límite de Descenso Tolerable Objetivo (LDT objetivo) que permite mantener un margen de seguridad ante cualquier imprevisto en el riego, de manera que antes de llegar a la situación de estrés, en este caso el modelo realiza un incremento de agua a aplicar para volver a una situación de no estrés.

Si comparamos la información suministrada por ambos sistemas, los valores de humedad de suelo teórica son muy similares a los valores de humedad observados en las sondas. Se puede ver cómo los dos momentos de menor agua aplicada en el cultivo (mediados de junio y mediados de agosto), coinciden en ambas gráficas.

Los sensores de humedad permiten obtener una medida directa del movimiento del agua en el suelo, sin embargo es necesario utilizar estas medidas con precaución ya que están influenciadas por muchos condicionantes como: la instalación, la colocación respecto a la línea de riego y el tipo de suelo. Se observa que los valores de humedad en todo el ciclo se sitúan cercanos a los valores de capacidad de campo, tanto en la información recogida por los sensores como el balance teórico, indicando que es posible reducir el riego para mantenerse dentro de las líneas de capacidad de campo y LDT objetivo.

 

Conclusiones

Este sistema ha permitido ajustar la cantidad de agua aplicada en diferentes parcelas de regadío y establecer correcciones automáticas en tiempo real.

Los grados día acumulados y el desarrollo de la cubierta vegetal permiten ajustar las necesidades de riego y los coeficientes de cultivo.

El ajuste del modelo permite un ahorro del 20% de agua en parcelas comerciales y evitar situaciones de estrés hídrico o exceso de riego en diferentes etapas fenológicas del cultivo.

El contenido innovador del modelo consistía en utilizar diferentes medidas de plantas (suelo cubierto y el potencial hídrico foliar) para ajustar las necesidades de agua de las diferentes fases del tomate de industria (coeficientes de cultivo) estimados para cada una de las diferentes parcelas de la finca y/o cultivos con situaciones especiales, que permiten a los técnicos una gestión eficiente del agua en las parcelas comerciales de tomate de industria ajustada a las situaciones locales.