En los últimos días cuatro estudiantes del “Máster Internacional de Gestión Sostenible y Gobernanza del Agua en el Medio Natural y Agrario” impartido por el Centro de Altos Estudios Agronómicos Mediterráneos (CIHEAM) de Zaragoza han defendido su tesis. Los estudiantes han realizado una estancia de diez meses en la Estación Experimental de Aula Dei del CSIC y en el CITA del Gobierno de Aragón, becados por el CIHEAM Zaragoza. La temática de las tesis ha sido muy variada:
- Abdelmaged ABDELRAZEK: “Teledetección para evaluar el estado de los humedales RAMSAR en la región mediterránea: aplicación a humedales salinos costeros e interiores amenazados por el uso agrícola”, dirigido por Carmen Castañeda y Borja Latorre.
- Abir NEJI: “Variabilidad del reparto de agua en coberturas totales de aspersión: determinaciones experimentales y simulaciones numéricas”, dirigida por Nery Zapata y Enrique Playán.
- Ayoub EL MOKHTARI: “Efecto del momento de riego por aspersión sobre el intercambio neto de CO2 del ecosistema, la evapotranspiración y la producción del cultivo de maíz”, dirigido por Ana López Ballesteros (CITA) y José Cavero Campo.
- Wala SASSI: “Evaluación de la capacidad de secuestro de carbono en diferentes tipos de sistemas de riego y con diferentes prácticas de manejo agronómico”, dirigida por Samuel Franco y Jorge Álvaro-Fuentes.
A continuación se presentan brevemente las cuatro tesis:
Abdelmaged Abdelrazek: Aplicando la teledetección al estudio de los humedales
Abdelmaged defendió su tesis titulada “Teledetección para evaluar el estado de los humedales RAMSAR en la región mediterránea: aplicación a humedales salinos costeros e interiores amenazados por el uso agrícola”. La tesis fue dirigida por Carmen Castañeda y Borja Latorre.
La tesis, su contexto e implicaciones
En la región mediterránea, los lagos y lagunas de interior desempeñan un papel fundamental desde los puntos de vista de la geo-biodiversidad y económico. Sin embargo, se enfrentan a una creciente contaminación derivada principalmente de prácticas agrícolas y actividades intensivas en sus cuencas vertientes. La tesis se centra en el uso de técnicas de teledetección para evaluar y obtener parámetros clave de la calidad del agua, como la concentración de clorofila-a (Chl-a) y los sólidos en suspensión (TSS).
El estudio empleó imágenes multiespectrales adquiridas por drones sobre tres lagunas semiáridas (Lagunas de Chiprana, Gallocanta y Sariñena) protegidas en la cuenca del Ebro (NE España) simultáneas al muestreo de agua mediante dron. A su vez se evaluaron las imágenes del satélite Sentinel-2 sobre dichas lagunas y sobre el lago Ichkeul (Túnez), aplicando diferentes algoritmos de corrección atmosférica. Mediante la integración de los datos de laboratorio de la calidad del agua con los datos de reflectancia de ambos sensores, se desarrollaron ecuaciones de regresión para estimar la concentración de Chl-a y TSS.
El estudio pone de manifiesto las altas concentraciones de Chl-a y TSS detectadas y evidencian la necesidad de desarrollar mejores prácticas de gestión para proteger la calidad del agua en la región mediterránea, así como la utilidad de las imágenes multiespectrales tomadas simultáneamente al muestreo de agua para caracterizar parámetros clave definidos por la Directiva Marco del Agua de la Unión Europea.
Resumen formal de la tesis
Los lagos interiores en la región mediterránea tienen una importancia ambiental y económica significativa, sin embargo, están expuestos a la contaminación principalmente debido a prácticas agrícolas insostenibles. Este estudio tiene como objetivo utilizar técnicas de teledetección para estimar y recuperar parámetros de calidad del agua, centrándose en la concentración de clorofila-a (Chl-a) y sólidos totales en suspensión (TSS). Se muestrearon tres lagos dentro de la cuenca semiárida del Ebro, en el noreste de España, y un lago en Túnez, y se adquirieron imágenes multiespectrales simultáneas con drones sobre los lagos españoles. Se evaluaron las imágenes de MicaSense RedEdge y Sentinel-2, con datos de Sentinel-2 sometidos a corrección atmosférica utilizando los algoritmos C2RCC, C2X y ACOLITE. Los datos de calidad del agua de laboratorio se integraron con los datos de reflectancia de ambos sensores utilizando una ecuación de regresión lineal simple. Los resultados mostraron que la mejor estimación para la concentración de Chl-a utilizando imágenes MicaSense fue a través del cociente de bandas (B7/B6) con un R² de 0.45, mientras que la mejor estimación utilizando imágenes Sentinel-2 corregidas por el algoritmo C2X fue a través del cociente de bandas (B5/B4), alcanzando un R² de 0,82. Además, un modelo automático proporcionado por el algoritmo ACOLITE (chl_re_moses3b740) permitió estimar la Chl-a, con un R² de 0.87 y un RMSE de 22,56. Para la concentración de TSS, la mejor estimación utilizando imágenes MicaSense fue a través del cociente de bandas (B6/B4) con un R² de 0,43, y utilizando imágenesSentinel-2 se mejoró con el cociente de bandas (B4/B3) con un R² de 0,76, empleando el algoritmo de corrección atmosférica C2RCC.
Abir Neji: Utilizando un dron para conocer la uniformidad del riego por aspersión
Abir defendió su tesis titulada: “Variabilidad del reparto de agua en coberturas totales de aspersión: determinaciones experimentales y simulaciones numéricas”. La tesis fue dirigida por Nery Zapata y Enrique Playán.
La tesis, su contexto e implicaciones
En esta tesis se instrumentó una parcela de riego por aspersión en cobertura total con sensores de temperatura y humedad del suelo. Además, se realizaron vuelos con dron usando cámaras RGB (en el espectro visible) y térmicas, así como modelos balísticos de simulación del riego. El objetivo era reproducir la distribución de agua resultante de un riego, que habitualmente medimos instalando una red de pluviómetros en el suelo de la parcela. El uso de la información de sensores remotos y modelos puede ser muy práctico para conocer la uniformidad de riego en fincas completas, en las que serían necesarios miles de pluviómetros.
La tesis de Abir ha permitido valorar la información que producen cada uno de los sensores y modelos. De entre los sensores locales (temperatura y humedad del suelo con TDR), el modelo Ador-Solid-Set y las imágenes RGB y térmicas, sobresalieron las imágenes de dron por tener una muy buena correlación con el agua recogida en los pluviómetros y por no necesitar instalación en parcela. En este momento, un inconveniente de las imágenes de dron es su coste, aunque es previsible que este baje sustancialmente en el futuro próximo.
El procedimiento que se propone en la tesis es captar la variabilidad en la aplicación de agua dentro de una parcela usando unos pocos pluviómetros con un fuerte gradiente de agua recogida, combinando localizaciones cerca de los aspersores sectoriales (en el borde de la parcela) y en aspersores circulares (en el interior de la parcela). Estos pluviómetros se usan para obtener una correlación entre la luminancia medida con el dron y el agua recogida. Posteriormente se estima el agua recogida a partir de la luminancia medida por el dron y a partir de estas estimas de agua recogida se determina la uniformidad del riego.
Resumen formal de la tesis
El riego es el principal usuario de agua a nivel mundial, y se espera que siga siendo el mayor consumidor de agua del mundo en las próximas décadas. La eficiencia de aplicación y la uniformidad de distribución son los principales índices que caracterizan la calidad de un riego. En este trabajo se presenta un ensayo de campo en una parcela experimental en la que se ha caracterizado la variabilidad espacial de la aplicación de agua de riego por aspersión con métodos experimentales (mallas pluviométricas), equipos de medida de agua en el suelo (TDR), modelos de simulación de riego por aspersión en parcela completa (Ador-Solid-Set), termografía local o remota e imágenes del visible. Se usó una parcela experimental de 0,49 ha situada en la finca experimental de la Estación Experimental de Aula Dei y equipada con una cobertura total de aspersión de 18 m x 18 m en disposición cuadrada. El sistema de riego comprendió tres tipos de marcos diferenciados por el tipo de aspersores que lo componen (aspersores de círculo completo, sectorial de 180º y sectorial de 90º). Así, se distinguieron tres tipos de marco: el tipo 4CC (cuatro aspersores de círculo completo), el tipo 2SS (dos aspersores de círculo completo y dos sectoriales de 180º) y el tipo 3SS (un aspersor de círculo completo, dos sectoriales de 180º y un aspersor sectorial de 90º). Se evaluaron seis eventos de riego de diferente duración: tres riegos de 1 hora de duración y otros tres de 2, 3 y 3,5 horas de duración. En todos se midió la variabilidad del reparto de agua con pluviómetros, la variabilidad de la temperatura del suelo con sensores locales instalados a 5 cm de profundidad. En tres de estos ensayos se midió además la variabilidad térmica y de intensidad lumínica con sensores remotos sobre dron. Por otro lado, en el marco tipo 3SS se midió la variabilidad del contenido de agua del suelo con sondas TDR. El efecto del viento fue notable en la uniformidad y en las pérdidas por evaporación y arrastre de todos los tipos de marco evaluados. La utilización de los sensores de temperatura del suelo locales para inferir la variabilidad en el reparto del agua de riego se analizó a través de modelos de regresión basados en índices, como el coeficiente de determinación, R2, y el error cuadrático medio, RMSE. En los riegos cortos, de 1 hora de duración, fue en el proceso de secado (16-24 horas tras finalizar el riego) cuando se encontraron los mejores índices de correlación. Sin embargo, para los riegos de 2 o más horas de duración, se encontraron mejores relaciones entre la variación de temperatura (diferencia entre temperatura después y justo antes del riego) y la pluviometría y esta relación alcanzó su valor más elevado a partir de dos horas después del inicio del riego. Las imágenes del dron en el espectro térmico y visible explicaron la variabilidad del riego con altos coeficientes de determinación, de hasta 0,90 en el térmico y 0,85 en el visible. Los mejores coeficientes se obtuvieron entre 3-4 y 6-7 horas después del riego para el visible y el térmico, respectivamente. Los modelos basados en la luminancia fueron muy similares entre riegos, mientras que los basados en datos térmicos fueron específicos para cada riego. A la hora de estimar la pluviometría, las imágenes del dron siempre fueron más efectivas que los sensores locales de temperatura, debido a la mayor superficie integrada por los sensores remotos. Por otro lado, los resultados de las sondas TDR mostraron la mejor correlación con la pluviometría. El modelo de simulación Ador-Solid-Set logró caracterizar la variabilidad pluviométrica de los riegos con coeficientes de determinación medios de 0,77. Los modelos predictivos de la pluviometría basados en luminancia y temperatura remota no funcionaron al aplicarlos a una parcela mayor, de tipo comercial, indicando la necesidad de desarrollar modelos específicos para cada riego. Estos modelos suponen un gran avance en la caracterización de la uniformidad de riego en parcelas de riego por aspersión en cobertura total, y se obtienen con unos pocos pluviómetros y con imágenes de dron de bajo coste.
Ayoub El Mokhtari: buscando el momento óptimo del riego por aspersión
Ayoub defendió su tesis titulada “Efecto del momento de riego por aspersión sobre el intercambio neto de CO2 del ecosistema, la evapotranspiración y la producción del cultivo de maíz”. La tesis fue dirigida por Ana López Ballesteros y José Cavero.
La tesis, su contexto e implicaciones
Los agricultores del valle del Ebro saben que en la medida de lo posible hay que regar por aspersión durante la noche. La razón primaria es que en las condiciones locales la noche es menos ventosa y cálida que el día. Por ello, regando de noche se minimizan las pérdidas de agua por evaporación de arrastre y se maximiza la uniformidad de riego. Sin embargo, desde hace años se vienen obteniendo resultados de investigación que indican que los beneficios del riego por aspersión nocturno van más allá de la conservación del agua de riego.
El trabajo de Ayoub se centró en el cultivo del maíz, en el que se midieron variables como el intercambio de CO2 del ecosistema, la evapotranspiración entre otras variables microclimáticas. Cuando se compararon los tratamientos de riego diurno y nocturno a nivel estacional, se pudo ver que el riego nocturno absorbió más CO2, evapotranspiró menos agua que el diurno y tuvo una mayor eficiencia en el uso del agua que el riego diurno. Esta investigación lleva a plantear diseños de riego en parcela y en red colectiva que permitan aplicar el riego en menos tiempo, de manera que incluso en el pico de la temporada de riego se pueda regar casi exclusivamente durante la noche.
Resumen formal de la tesis
A medida que aumentan las demandas agrícolas globales en medio de limitaciones de recursos, optimizar las prácticas de riego es crucial para mejorar la productividad de los cultivos y la eficiencia en el uso de recursos. Este estudio investiga el impacto del riego por aspersión diurno y nocturno en el crecimiento, productividad y eficiencia de uso de recursos del maíz (Zea mays L.). Utilizando la técnica de covarianza de remolinos, medimos el intercambio neto de CO2 del ecosistema (NEE), la evapotranspiración (ET) y las variables microclimáticas de junio a septiembre de 2018 en Zaragoza, España. El riego diurno alteró significativamente el microclima durante los eventos de riego y algunas horas después, reduciendo las temperaturas del aire y del suelo, y el déficit de presión de vapor (VPD), aumentando la evapotranspiración (ET) y la absorción neta de CO₂. Sin embargo, durante toda la temporada de crecimiento, el riego nocturno resultó en una ET acumulativa más baja y una mayor absorción neta de CO₂ (658,87 ± 87,86 mm y -329,05 ± 5,66 g C m-2) en comparación con el riego diurno (889,55 ± 107,66 mm y -215,50 ± 6,93 g C m-2). El análisis de la productividad primaria bruta (GPP) y la respiración del ecosistema (Reco) reveló que el riego nocturno llevó a flujos más bajos de ambos procesos. La eficiencia en el uso del agua (WUE) fue mayor bajo riego nocturno (74 kg MS ha-1 mm-1) en comparación con el riego diurno (66 kg MS ha-1 mm-1), mientras que la eficiencia en el uso de la radiación (RUE) fue ligeramente menor en el riego nocturno. Nuestros hallazgos sugieren que el riego por aspersión nocturno en maíz puede mejorar la eficiencia en el uso del agua y la absorción neta de carbono. Estos resultados tienen implicaciones para las estrategias de manejo del riego en regiones semiáridas, potencialmente contribuyendo a prácticas agrícolas más sostenibles. Sin embargo, se necesita más investigación para determinar el efecto conjunto de la variabilidad climática y el momento del riego por aspersión a lo largo de varias temporadas de cultivo y bajo diversas condiciones climáticas.
Wala Sassi:
Wala defendió su tesis titulada: “Evaluación de la capacidad de secuestro de carbono en diferentes tipos de sistemas de riego y con diferentes prácticas de manejo agronómico”. La tesis fue dirigida por Samuel Franco y Jorge Álvaro-Fuentes.
La tesis, su contexto e implicaciones
Los retos de mitigar el cambio climático y mantener la salud del suelo necesitan contribuciones de muchos sectores. La agricultura puede contribuir secuestrando carbono, pero para ello es necesario manejar el suelo de forma sostenible y regar de forma eficiente. En la tesis se realizaron experimentos con distintos manejos del laboreo y de los residuos de los cultivos anteriores, así como del riego por gravedad y por aspersión. Estos experimentos tienen una gran vigencia en este momento en el que la agricultura evoluciona hacia nuevos modelos de gestión del suelo, y las políticas de modernización de regadíos han puesto a disposición de los agricultores miles de hectáreas de riego por aspersión para la producción de cultivos extensivos. La tesis analiza las interacciones entre el riego y la agronomía, para desarrollar prácticas combinadas que contribuyan a la sostenibilidad de la agricultura.
Resumen formal de la tesis
El manejo sostenible del suelo y las prácticas eficientes de riego son cruciales para mantener la salud del suelo y mejorar el secuestro de carbono en los sistemas agrícolas, particularmente en ambientes con escasez de agua. Este estudio investigó los efectos de diferentes estrategias de manejo del suelo y tipos de riego sobre una serie de indicadores de calidad del suelo en un agroecosistema mediterráneo semiárido. Se evaluaron tres prácticas de manejo del suelo – laboreo convencional manteniendo residuos (CTr), Siembra directa eliminando residuos (NT) y Siembra directa manteniendo residuos (NTr) – bajo riego por aspersión en cuatro capas de suelo (0-5, 5-10, 10-25 y 25-50 cm). Además, se compararon los efectos de los sistemas de riego por inundación y por aspersión sobre los indicadores del suelo bajo CTr en las mismas capas.
Se evaluó un conjunto completo de indicadores físicos (densidad aparente, macroagregados estables al agua, tasas de infiltración), químicos (carbono orgánico del suelo, fracciones de carbono orgánico) y biológicos (biomasa microbiana, actividades enzimáticas). Los resultados revelaron que NTr promovió mayores macroagregados estables al agua, carbono orgánico del suelo, carbono orgánico particulado, carbono oxidable por permanganato y actividad β-glucosidasa en la capa superficial (0-5 cm), mejorando la estructura del suelo y el secuestro de carbono. Por el contrario, CTr exhibió mayor carbono orgánico asociado a minerales, biomasa microbiana y actividades de deshidrogenasa y β-glucosaminidasa en las capas 5-10 y 10-25 cm. El riego por inundación facilitó la translocación de compuestos de carbono orgánico más profundamente en el perfil del suelo en comparación con el riego por aspersión, particularmente en la capa de 25-50 cm.
Estos hallazgos resaltan las complejas interacciones entre las prácticas de manejo del suelo, los sistemas de riego y la profundidad del suelo en varios aspectos de la salud del suelo y la dinámica del carbono. El estudio subraya los beneficios potenciales de combinar la siembra directa con la retención de residuos y el manejo estratégico del riego para mejorar la calidad del suelo y aumentar el secuestro de carbono en sistemas agrícolas mediterráneos semiáridos.