Riego deficitario de la Quinoa y modelización de la productividad del agua del cultivo _ GEERTS Sam...

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

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

• Quinoa como cultivo estratégico – Muy nutritivo– Bien adaptado a las condiciones adversas:

Sequía Heladas Salinidad del suelo

– Cultivo “sub-utilizado”

Introducción

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)

Riego deficitario

A secano

Irrigación completa

Irrigación deficitaria

Mg/ha

2

5

4

lluvia irrigación

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

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

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

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

Area del proyecto

Mejillones

Llica

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

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

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

Resultados estudio controlado

• Etapas criticas de la quinoa:– Establecimiento– Floración– Grano lechoso

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

• Consumo de agua antes y después de la floración:

Antes Durante y después

Eficiencia del uso del agua

Resultados estudio controlado

• Consumo de agua antes y después de la floración:

Durante y después Antes Eficiencia del uso

del agua

Resultados estudio controlado

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

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

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

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

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

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

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

Metodología

• Modelo FAO-AquaCrop– Crecimiento dinámico en reacción a estreses

medio ambientales– Puede ser calibrado para diferentes cultivos– Entrada limitada y robusto

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

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)

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

Ejemplo de modelización

12 3

Resultados: indice de productividad del agua (WP)

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

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)

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

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

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

% C

ano

py

Co

ver

R²=0.51EF=0.18

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)

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

)

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

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

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

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

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

Gracias por su atención!

Mas información

– http://perswww.kuleuven.be/sam_geerts/

– Sam.Geerts@biw.kuleuven.be

– samgeerts@yahoo.com

– Oficina QUINAGUA en la Facultad de Agronomía de la Universidada Mayor de San Andres, La Paz, Bolivia

H O2

CO2

Biomass Canopy transpiration

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

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)

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

Canopy transpiration

ETcrop = Kc x ETo

no water stress

reference evapotranspiration

crop coefficient

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

.

physiological maturity

floweringdays after anthesis

above-ground biomass yieldHIH

arve

st In

dex

(H

I)

time

• Climate weather conditions

• Crop parameters

• Soil parameters

• Field parameters

2. Input

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