Riego deficitario de la Quinoa y modelización de la productividad del agua del cultivo _ GEERTS Sam...
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Presentación proyecto
Eco fisiología de quinoa y practicas de manejo. La experiencia de QuinAgua:
Riego deficitario de la quinoa y modelización de la productividad del agua del cultivo
Sam GeertsDirk RaesMagali GarciaJorge CusicanquiCristal TaboadaRoberto MirandaEdwin YucraFelix Mamani
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Estructura presentación
• Introducción– Quinoa– Riego deficitario
• Estructura del proyecto QuinAgua• Ejemplos de investigación
– Experimentos con riego deficitario (controlado, campo, campo de agricultor)
– Modelización de la productividad del agua
• Conclusiones y sugerencias
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• Quinoa como cultivo estratégico – Muy nutritivo– Bien adaptado a las condiciones adversas:
Sequía Heladas Salinidad del suelo
– Cultivo “sub-utilizado”
Introducción
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Introducción
• El concepto del riego deficitario
– Aplicación limitada de agua (≠ irrigación completa) durante periodos criticos de crecimiento
– No producción máxima– Producción estable– Productividad máxima del agua (rendimiento/agua)
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Riego deficitario
A secano
Irrigación completa
Irrigación deficitaria
Mg/ha
2
5
4
lluvia irrigación
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Producir (mas) alimentos con menos agua (en regiones (semi-)aridas)
Biomasa producida− producto económico
Agua utilizada
− transpirado para el cultivo
EUA =
kg
m³
Eficiencia del uso del agua
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Estructura presentación
• Introducción– Quinoa– Riego deficitario
• Estructura del proyecto QuinAgua• Ejemplos de investigación
– Experimentos con riego deficitario (controlado, campo, campo de agricultor)
– Modelización de la productividad del agua
• Conclusiones y sugerencias
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Estructura del proyecto QuinAgua
• Cooperación Bolivia~Bélgica• Titulo:
Potencial de incremento de la producción de la quinoa por riego deficitario para aliviar la pobreza en zonas marginales del Altiplano boliviano
• Mayo 2005 – Abril 2010
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Participantes
UNIDAD EJECUTORA: FACULTAD DE AGRONOMIA, UMSA, La Paz
RESPONSABLES: Dr. DIRK RAESDr. ERIK MATHIJS
Dr. MAGALI GARCIA CARDENAS
Estudiantes Ph.D. CRISTAL TABOADAROBERTO MIRANDASAM GEERTSJORGE CUSICANQUIFELIX MAMANIEDWIN YUCRA
Nº DE PARTICIPANTES: 16 # ESTUDIANTES 6 # DOCENTES1 # ADMINISTRATIVO1 # TECNICO DE CAMPO
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Area del proyecto
Mejillones
Llica
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Metas principales
• Conocer bien el balance hídrico del agro-sistema quínoa
• Estudios agroclimáticos (descripción y zonificaciones)
• Conocer su impacto ambiental del riego deficitario de la quínoa
• Conocer el balance de nutrientes de la quinoa bajo riego deficitario
• Conocer su impacto socio-económica del riego deficitario de la quínoa
• Deducir directivas sostenibles y investigar posibles escenarios para la aplicación de riego en el cultivo de la quinoa
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Estructura presentación
• Introducción– Quinoa– Riego deficitario
• Estructura del proyecto QuinAgua• Ejemplos de investigación
– Experimentos con riego deficitario (controlado, campo, campo de agricultor)
– Modelización de la productividad del agua
• Conclusiones y sugerencias
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Experimento controlado
• Estudio del déficit hídrico en quinoa durante varias etapas del crecimiento (2004-2005)
– Bajo protector de lluvia– Diferentes tratamientos con estrés hídrico concentrado en
una etapa
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Resultados estudio controlado
• Etapas criticas de la quinoa:– Establecimiento– Floración– Grano lechoso
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Resultados estudio controlado
• Consecuencias de déficit hídrico durante estas etapas:– Rendimiento bajo– Eficiencia de uso de agua bajo
87654321
Tratamiento
2,0
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
EU
AG
(k
g/m
³)
4
3
2 & 3
2
1grupo
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• Consumo de agua antes y después de la floración:
Antes Durante y después
Eficiencia del uso del agua
Resultados estudio controlado
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• Consumo de agua antes y después de la floración:
Durante y después Antes Eficiencia del uso
del agua
Resultados estudio controlado
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Experimentos de campo
• Experimentos de 2005-2006:– Para comprobar una estrategia de riego deficitario en
condiciones de campo Patacamaya Condoriri Irpani
• Experimentos de 2006-2007– Para afinar la estrategia de riego deficitario
Patacamaya Mejillones Patarani
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Resultados estudios de campo
• Rendimientos Patacamaya 2005-2006– Riego completo: 2040 kg/ha– Riego deficitario: 2010 kg/ha– Sin riego, con manejo diario y cosecha de lluvias: 1680 kg/ha– Comunarios, sin riego: 800 kg/ha
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Resultados estudios de campo
• Rendimientos Patacamaya 2006-2007– Riego inicial: 820 kg/ha– Riego inicial y durante floración y grano lechoso: 1260 kg/ha– Riego inicial y durante pre-floración, floración y grano lechoso:
1220 kg/ha– Comunarios, sin riego: 200-600 kg/ha
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Resultados estudios de campo
• Ciclo 2005-2006 en Patacamaya: rendimiento total
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
early normal late
Time of sowing
Av
era
ge
gra
in y
ield
(M
g/h
a)
rainfed
def irri
full irri
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Resultados estudios de campo
• Ciclo 2005-2006 en Patacamaya: EUA
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
early normal late
Time of sowing
TW
UE
(kg
/m³)
rainfed
def irri
full irri
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0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
Ex p
e cte
d g
rain
yie
ld (
Mg
/ha)
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4W
UE
(kg g
rain/m
³ water)
ManagementRainfed agriculture
(farmers' conditions)Full
irrigationDeficit
irrigation
dry year wet year
Mean Inet (m3/ha) - - 8752,600
Rainfall (mm) 250 450 360 360
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Estructura presentación
• Introducción– Quinoa– Riego deficitario
• Estructura del proyecto QuinAgua• Ejemplos de investigación
– Experimentos con riego deficitario (controlado, campo, campo de agricultor)
– Modelización de la productividad del agua
• Conclusiones y sugerencias
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Metodología
• Modelo FAO-AquaCrop– Crecimiento dinámico en reacción a estreses
medio ambientales– Puede ser calibrado para diferentes cultivos– Entrada limitada y robusto
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Biomasa
Unidad de crecimiento
Radiación solar
Transpiración
(a)
(b)
Enlace directo entre producción de biomasa y transpiración con el coeficiente sintético de la productividad del agua (WP)
WPCrop waterproductivity
HI
granos
irrigation (I)rainfall (P)
capillaryrise deep
percolation
sto
r ed
so
il w
at e
r (m
m)
field capacity
threshold
wilting point
evapo-transpiration
(ET)
(CR)
(DP)0.0
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Metodología
• Unidad de crecimiento, conducido por el agua:
– Unidad de balance hídrico: BUDGET (Raes et al., 2006)
– WP (productividad del agua; Ta~biomasa)
– HI (Indice de cosecha)
• Crecimiento fenológico:– Tiempo normal– Tiempo termal (grados días)
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Niveles de estres hidricoirrigation (I)rainfall (P)
capillaryrise deep
percolation
sto
red
so
il w
at e
r (m
m)
field capacity
threshold
wilting point
evapo-transpiration
(ET)
(CR)
(DP)0.0
Niveles de estres hidrico
1
23
leaf expansion
stomatal closure
canopy senescence
FC
WP
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Ejemplo de modelización
12 3
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Resultados: indice de productividad del agua (WP)
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Resultados: montaje del índice de cosecha
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
19
/02
/05
26
/02
/05
5/0
3/0
5
12
/03
/05
19
/03
/05
26
/03
/05
2/0
4/0
5
9/0
4/0
5
16
/04
/05
23
/04
/05
30
/04
/05
7/0
5/0
5
14
/05
/05
21
/05
/05
pre
limin
ary
HI (
g/g
)
stress during early grain filling
continuous stress
full irrigation
Lag phase
End phase
Linear phase
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Resultados
• Acciones importantes de calibración:– “Dormáncia” antes de iniciar senescencia– Altos niveles de tolerancia de estrés hídrico– Productividad de agua (WP) mas baja para
campos con riego completo (escasez de nutrientes)
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Ejemplo del balance hídrico modelizado
Observed (dots with error bars) vs. simulated (line) SWC for quinoa under deficit irrigation
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
20
-Se
p
4-O
ct
18
-Oct
1-N
ov
15
-No
v
29
-No
v
13
-De
c
27
-De
c
10
-Ja
n
24
-Ja
n
7-F
eb
21
-Fe
b
7-M
ar
21
-Ma
r
4-A
pr
18
-Ap
r
Date
SW
C (
mm
) in
a p
rofi
le o
f 3
0 c
m
Wilting point
Field capacity
R²=0.81EF=0.72
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Ejemplo de cobertura del suelo modelizado
Observed (dots with error bars) vs. simulated (line) CC for quinoa under deficit irrigation
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
20
-Se
p
4-O
ct
18
-Oct
1-N
ov
15
-No
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29
-No
v
13
-De
c
27
-De
c
10
-Ja
n
24
-Ja
n
7-F
eb
21
-Fe
b
7-M
ar
21
-Ma
r
4-A
pr
18
-Ap
r
Date
% C
ano
py
Co
ver
R²=0.51EF=0.18
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Relacion entre cosecha observada y modelizada
Final grain yield comparisons y = 0.78x + 0.50
R2 = 0.71; EF = 0.62
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Observed grain yield (Mg/ha)
Sim
ula
ted
gra
in y
ield
(M
g/h
a)
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Relacion entre biomasa observada y modelizada
Final biomass comparisons y = 0.82x + 0.78
R2 = 0.82; EF = 0.82
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0
Observed above ground dry biomass (Mg/ha)
Sim
ula
ted
ab
ov
e g
rou
nd
dry
bio
mas
s (
Mg
/ha
)
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Mejoramiento futuro del modelo
• Efecto de fertilidad baja en el índice de cosecha
• Cambio de la longitud del ciclo de crecimiento en base al déficit hídrico
• El fortalecimiento del cultivo debido a estrés hídrico inicial
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Estructura presentación
• Introducción– Quinoa– Riego deficitario
• Estructura del proyecto QuinAgua• Ejemplos de investigación
– Experimentos con riego deficitario (controlado, campo, campo de agricultor)
– Modelización de la productividad del agua
• Conclusiones y sugerencias
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Conclusiones: riego completo
• Riego completo de la quinoa no es aconsejable:
– Disponibilidad de agua en el mundo y en el Altiplano
– Disponibilidad de nutrientes en el Altiplano
– Incidencia de Mildeu y otras enfermedades
– Estrés hídrico en fases vegetativos causa un fortalecimiento de la planta
– Rendimientos iguales a la quinoa baja riego deficitario
– Menos granos grandes que con riego deficitario
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Conclusiones: riego deficitario
• En años con sequía
– A la siembra
– En floración
– En grano lechoso
• … la aplicación de incluso pequeñas cantidades de riego es valiosa (30-140 mm)
• Cuidado con los años de buen inicio de época de lluvias
– En floración
– En grano lechoso
Estabilización sostenbible de los rendimientos
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Conclusiones: FAO-AquaCrop
• El modelo calibrado será útil– Para precisar y afinar la estrategia de riego
deficitario en diferentes condiciones de manejo– Para formular estrategias de mitigación de
sequía en años El Niño– Para formular estrategias de mitigación la alta
variabilidad del clima bajo escenarios de cambios climáticos
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Gracias por su atención!
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Mas información
– http://perswww.kuleuven.be/sam_geerts/
– Oficina QUINAGUA en la Facultad de Agronomía de la Universidada Mayor de San Andres, La Paz, Bolivia
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H O2
CO2
Biomass Canopy transpiration
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Carbon driven growth engine
Solar radiation
Biomass Canopy transpiration
(a) (b)
(c)
Growth is based on the carbon assimilation by the leaves photosynthetic process
Crop canopy is discretized in layers
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Solar driven growth engine
Solar radiation
Biomass Canopy transpiration
(a) (b)
(c)
Biomass is derived directly from the intercepted solar radiation through a single synthetic coefficient (radiation use coefficient)
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Solar radiation
Biomass Canopy transpiration
(a) (b)
(c)
Water driven growth engine
Direct link between biomass production and canopy transpiration through the synthetic coefficient WP
irrigation (I)rainfall (P)
capillaryrise deep
percolation
sto
red
so
il w
at e
r (m
m)
field capacity
threshold
wilting point
evapo-transpiration
(ET)
(CR)
(DP)0.0
WPCrop waterproductivity
yield
HI
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Canopy transpiration
ETcrop = Kc x ETo
no water stress
reference evapotranspiration
crop coefficient
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0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
0 : soil water content (vol%)
Ks
0 0 0 0sat FC threshold WP
anae
robi
osis
poi
nt
TAW
0.00air
RAW
TAW
Transpiration when water stress
Crop transpiration = Ks x Kc x ETostress coefficient
wil
tin
g p
oin
t
fiel
d c
apac
ity
1.0
0.0
FC WP
irrigation (I)rainfall (P)
capillaryrise deep
percolation
sto
red
so
il w
at e
r (m
m)
field capacity
threshold
wilting point
evapo-transpiration
(ET)
(CR)
(DP)0.0
FC
WP
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.
physiological maturity
floweringdays after anthesis
above-ground biomass yieldHIH
arve
st In
dex
(H
I)
time
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• Climate weather conditions
• Crop parameters
• Soil parameters
• Field parameters
2. Input
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Topicos: estudios agroclimáticos
– Se ha zonificado el altiplano de acuerdo a su potencialidad de riego deficitario para el cultivo de quinoa
– Se han identificado las principales limitaciones y se está evaluando probabilísticamente las épocas de mayor riesgo de sequía de acuerdo a la zona