Resumen:
La agricultura es el mayor consumidor de agua en el mundo, y ante la creciente
demanda del uso público e industrial, el uso de eficiente del agua en el riego es una necesidad
que va cobrando mayor relevancia. En regiones áridas y semiáridas donde el agua es escasa,
tal es el caso del sureste español, la implementación de las tecnologías ha permitido hacer un
mejor manejo y gestión del agua. Las herramientas de precisión, como lo son los lisímetros
de pesada, proporcionan información en tiempo real, por lo cual, es posible hacer una
caracterización y definición del comportamiento de los parámetros involucrados en el
movimiento del agua en el suelo, del desarrollo vegetativo del cultivo y el estado hídrico del
cultivo.
En esta Tesis, dos enfoques para la medición de la velocidad de infiltración del agua
en el suelo fueron propuestos a partir de los valores de masa reportados por los dos recipientes
de un lisímetro de pesada, datos obtenidos bajo distintas condiciones de lluvia y diferentes
contenidos de humedad en el suelo. Además, la evapotranspiración y los coeficientes de
desarrollo vegetativo del pimiento (Capsicum annuum L) fueron determinados durante la
temporada primavera verano de los años 2019 y 2020. Ambas investigaciones realizadas para
ayudar en el uso eficiente del agua en la agricultura en climas semiáridos y con escases de
agua generalizada.
Usualmente, la infiltración del agua en el suelo es medida en campo mediante pruebas
que requieren el uso de los cilindros concéntricos, sin embargo, estos dispositivos son propensos a errores ya que existe un movimiento lateral del agua bajo el anillo. En las últimas
décadas se han desarrollado varias posibilidades para compensar estos errores, que se basan
en principios físicos, electrónicos y matemáticos. Así que la primera línea de actuación de
esta Tesis fue centrada en el desarrollo de dos enfoques que permitan la determinación de la
velocidad de infiltración del agua en un suelo franco limoso, usando los datos de masa
reportados por un lisímetro de pesada.
Partiendo del hecho de que con el lisímetro de pesada la determinación de los flujos
actuantes en el suelo es más precisa, como se han demostrado con la evapotranspiración y el
drenaje. Fue asumido un movimiento vertical descendente del agua en el suelo y con ayuda
de la ley de conservación de la masa, 12 eventos de lluvia fueron analizados. Se ha
monitoreado el comportamiento del contenido de humedad del suelo y se estableció el
contenido a capacidad de campo a partir de los valores del lisímetro de pesada en el que
ambos enfoques son basados. La velocidad de infiltración de estos eventos mostró una
velocidad variable al comienzo de la lluvia hasta alcanzar un máximo, para descender a una
velocidad estable o básica. Esta velocidad de infiltración básica fue de 1.49 ±0.36 mm·h-1
,
una velocidad dentro del rango de los suelos con texturas finas que reportan una baja
capacidad de infiltración. Cuatro modelos empíricos o semiempíricos de infiltración de la
literatura fueron calibrados con los valores obtenidos con nuestros enfoques, mostrando un
mejor ajuste el modelo de Horton.
La Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO)
ofrece coeficientes normalizados de diferentes cultivos para establecer las necesidades de
hídricas de los mismos. Sin embargo, estos coeficientes pueden no representar las
condiciones climatológicas, edafológicas, prácticas de cultivo del lugar donde se realiza la
siembra. Por lo que, en la segunda línea de actuación de esta Tesis, la evapotranspiración
(ETCLYS) y los coeficientes de cultivo (KClys) del pimiento fueron determinados con un
lisímetro de pesada compacto para el clima Mediterráneo español, de la temporada
primavera–verano, entre los meses de febrero y agosto de los años 2019 y 2020.
ETCLYS fue determinada a partir de un balance de agua con los valores de masa del
lisímetro y los valores de KClys se determinaron como la relación entre la evapotranspiracióndel cultivo medida con el lisímetro de pesada y la evapotranspiración de referencia. Los
valores medios de KClys para el pimiento para las etapas inicial, media y final fueron 0.57,
1.06 y 0.80, respectivamente. Se obtuvieron modelos de regresión del coeficiente de cultivo
(KC) en función de las unidades térmicas fraccionales, logrando una correlación máxima de
0.67 (R2
). En general, los valores de KC obtenidos en este trabajo de investigación fueron
menores en las etapas inicial y final y mayores en la etapa intermedia, en comparación con
los valores de FAO-56 y con los valores de otros países con condiciones semiáridas.
El rendimiento del pimiento también fue evaluado, encontrándose un aumento del
7.72% en 2019 y un 3.49% en 2020 en comparación con el rendimiento reportado por el
Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino del Gobierno español en 2019, con
pérdidas mínimas de agua por drenaje. Los resultados de trabajo de Tesis pueden ayudar a
los agricultores a determinar las necesidades de agua de sus cultivos y a mejorar la eficiencia
del agua en lugares semiáridos con condiciones similares a las del estudio.
Descripción:
Agriculture is the biggest consumer of the global water supplies, competing for the
resource with the growing demand for public and industrial use. It is essential to implement
technologies that help the better water management in irrigation; this gained relevance in arid
and semi-arid regions where water is scarce, such as the southeast of Spain. Precision tools,
such as weighing lysimeters, provide real time information for the characterization and
definition of the behavior of the parameters involved in the vegetative development, the water
status of crops and water movement in the soil, making efficient use of the vital liquid.
In this Thesis, two approaches were proposed to measure the water infiltration rate of
the soil using the mass values reported by the two lysimeter vessels under different rain
conditions and different soil moisture contents. In addition, the evapotranspiration and
vegetative development coefficients of bell pepper (Capsicum annuum L) were determined
during the spring-summer season of 2019 and 2020, Both investigations were conducted in
the southeast of Spain in the regions of Murcia and Albacete, to contribute to the water
efficiency in agriculture in semi-arid climates and widespread shortages of water.
Usually, the infiltration estimation is made by tests with the concentric cylinders,
which are prone to errors due to the lateral movement under the ring. Several possibilities
have been developed over the last decades to compensate these errors, which are based on
physical, electronic and mathematical principles. So, the first action line of this Thesis was
focused on the development of two approaches to determine the infiltration rate/speed in a silt loam soil by means mass values reported by a weighing lysimeter. Because with the
lysimeter it is possible to determine acting soil flows very precisely; then with the help of
mass conservation and assuming a downward vertical movement, 12 rain events were
analyzed.
In addition, it was possible to monitor the behavior of soil moisture and to establish
the content at field capacity from the values of the weighing lysimeter, from which both
approaches are based. The infiltration rate of these events showed a variable rate at the
beginning of the rainfall until reaching a maximum, to descend to a stable or basic rate. This
basic infiltration rate was of 1.49 ±0.36 mm·h-1
, this is because soils with fine textures have
reported low infiltration capacity. Four empirical or semi-empirical models of infiltration
were calibrated with the values obtained with our approaches, showing a better fit with the
Horton's model.
The Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) offers
standardized crop coefficients to establish the water requirement of crops. However, these
coefficients can change due to different conditions, such as climatic variations and cultivation
practices. So, in the second action line of this Thesis, the actual evapotranspiration (ETClys)
and crop coefficients (KClys) of bell pepper were determined with a compact removable
weighing lysimeter between February and August for two crop seasons 2019 and 2020 for
the Spanish Mediterranean.
ETClys was determined from the water balance, and the KClys values were determined
as the ratio of the actual evapotranspiration, measured on the removable weighing lysimeter,
and the reference evapotranspiration. The average values of KClys for the bell pepper for the
initial, middle, and final stages were 0.57, 1.06, and 0.80, respectively. KC regression models
were obtained as a function of the fraction thermal units, achieving a maximum correlation
of 0.67 (R2). In general, the KC values obtained in this research work were lower in the initial
and end stages and larger in the middle stage compared to the FAO-56 values and to values
in other countries with semiarid conditions.The bell pepper yield increased by 7.72% in 2019 and by 3.49% in 2020 compared to the yield reported by the Ministry of the Environment and Rural and Marine Areas of the
Spanish Government in 2019 and with minimal water loss through drainage. The results in
this work can help farmers to determine the crop water requirements and to improve system
efficiency in semiarid locations with conditions like those of the study.