Investigación para caracterizar el volumen de suelo húmedo (VSH) en riego localizado. Influencia del VSH en olivo (Olea europaea L.), manzano (Malus domestica BORKH.) y avellano (Corylus avellana L.)

Abstract

La tesi Doctoral, de la que ara se&#8223;n presenta un compendi resumit, manté com a fil conductor l'aplicació eficient de l'aigua de reg a nivell de parcel·la agrícola. El maneig de l'aigua a l'agricultura, sector productiu que usa el més alt percentatge d&#8223;aquest element (77,5%), és fonamental si es vol incidir favorablement sobre el consum i l'actual política hidràulica, més orientada a un increment de l'oferta que a un control de la demanda. L'elecció d'un sistema de reg eficient, com és la microirrigació, amb un disseny adequat a les circumstàncies intrínseques de la parcel·la, seran decisius en aquest sentit. No obstant, l'estudi de tots aquells aspectes que optimitzin el funcionament de la instal·lació, des del punt de vista d&#8223;aplicació, requereix, prèviament, conèixer com es mou i com es distribueix l'aigua en el perfil del sòl.. L&#8223;avaluació de la forma i mida del volum del sòl humit (VSH) no és un aspecte menor ni tampoc fàcil de dur a terme, essent la majoria de vegades oblidat durant el procés del disseny. Les comptades recomanacions existents al respecte, quasi sempre es refereixen a la superfície del sòl mullat i en rares ocasions al VSH, encara que l'exploració radicular en el cultius, habitualment, adopta formes volumètriques. Tenint en consideració aquests antecedents i davant la falta d'informació existent sobre les característiques del VSH i de la seva possible influència sobre el comportament dels cultius, es plantegen dos objectius generals: 1) Dissenyar un Equip Mesurador del Volum de Sòl Humit (EMVSH), verificat a laboratori i a camp, i 2) Determinar la influència del percentatge de VSH en tres espècies arbòries com són l'olivera (Olea europaea L.), la pomera (Malus domestica BORKH) i l'avellaner (Corylus avellana L.) Respecte al primer objectiu, el disseny del EMVSH es basa en el concepte segons el qual l'aigua posseeix molècules amb una distribució desigual de la càrrega elèctrica i un comportament polar que facilita el pas del corrent elèctric. Quan augmenta el contingut hídric d'un medi porós, com el sòl, millora el flux de corrent a través d'ell. Contràriament, quan disminueix aquest contingut hídric, disminueix el flux de corrent i augmenta la resistivitat (&#961;). Així mateix es considera la clara influència de la temperatura del sòl sobre el valor de la resistivitat de tal manera que la disminució d&#8223;aquella ocasiona l'increment de la resistivitat elèctrica i viceversa. Fruit de diversos assaigs al laboratori aplicant les metodologies de prospecció geoelèctriques i més concretament la de Wenner, basada en l'avaluació directa de la resistivitat elèctrica (&#961;), es va dur a terme el disseny del EMVSH. La fiabilitat del EMVSH, respecte a la seva capacitat per definir la forma i mida del VSH, s&#8223;ha verificat a nivell de laboratori en condicions simulades i en camp mitjançant sis proves en sòls caracteritzats taxonòmicament en els termes municipals de Flix i Bovera (Tarragona i Lleida). En les proves de camp, estadísticament dissenyades, es varen establir sis tipus d&#8223;irrigadors amb temps variables d&#8223;aplicació. Les seccions verticals generades en aquestes proves indiquen l&#8223;existència de tres fases en el desenvolupament del VSH: 1) Fase d&#8223;avenç amb predomini de desplaçament vertical 2) Fase d&#8223;emplenament i 3) fase de saturació amb predomini de desenvolupament horitzontal.<br/>S&#8223;ha observat una bona correlació entre el volum d&#8223;aigua total aplicada per a cada irrigador respecte al seu radi mullat a 30 cm de fondària i al VSH que es genera. També s&#8223;observa una correlació entre l&#8223;àrea mullada (m2) a 30 cm i VSH (m3) que es genera, si es consideren els valors mitjans assolits pels diferents irrigadors per als diferents sòls de l&#8223;àrea estudiada. La relació entre el radi mullat a 30 cm i la fondària màxima on ha arribat el VSH presenta valors pròxims a 0.8 (formes esfèriques) en els irrigadors de baix cabal (2.5- 5 l/h) i valors superiors a 1 (formes el·lipsoides) en els irrigadors de més cabal (8, 24 i 35 l/h). En relació al segon objectiu, s&#8223;ha estudiat el VSH necessari i suficient que, avaluat mitjançant el EMVSH, proporcionarà el millor comportament agronòmic dels tres cultius escollits, sabent que hi ha un volum ideal d&#8223;arrels humides que milloren la resposta del cultiu. Un aspecte innovador, és que els estudis fan referència al percentatge de VSH respecte al "Volum Potencial d&#8223;Exploració Radicular" (VPER). Per a l&#8223;olivera 1) Es determina el comportament productiu, vegetatiu i de qualitat de l&#8223;oli per a dues estratègies de reg (total i deficitari), amb cinc percentatges de VSH (12%, 24%, 35%, 47% i 59), i 2) Es comparen aquests comportaments entre les estratègies de reg i entre el VSH d&#8223;una estratègia respecte a l&#8223;altra. Els resultats obtinguts a l&#8223;experiència mostren una dependència creixent de la producció d&#8223;oliva respecte al nivell o percentatge de sòl humit generat sota la copa de l&#8223;arbre, manifestant-se més aquest comportament en condicions d&#8223;escassetat d&#8223;aigua (reg deficitari controlat RDC), i a mida que avança el període experimental. En mullar un 59% del volum de sòl potencialment explorat per les arrels (VPER) és quan s&#8223;assoleix la producció més alta d&#8223;oliva i d&#8223;oli per ha en condicions d&#8223;aigua limitada. Aquest augment es produeix per un nombre de fruits més gran per arbre i no pel pes individual del fruit. Les estratègies de reg (total i deficitari) han generat produccions d&#8223;oliva per ha superiors a les referents en secà. Una reducció del 20% de la dosi de reg (RDC) no ha afectat de manera significativa la collita (kg/ha), el contingut d&#8223;oli (%) ni la seva producció (kg oli / ha). Els paràmetres de qualitat de l&#8223;oli (polifenols, amargor i estabilitat) no han variat de manera significativa segons l&#8223;estratègia de reg aplicada. Per a la pomera, s&#8223;ha plantejat 1) Conèixer el comportament productiu, vegetatiu i de qualitat del fruit per a tres percentatges de VSH (22%, 44% i 66%) y 2) Definir el percentatge de VSH mínim entre els assajats que generés la millor resposta agronòmica al conreu.<br/>El seguiment durant tres anys de l&#8223;experiència no ha permès observar un comportament productiu diferenciat del cultiu (kg/arbre) en funció del percentatge de VSH. No obstant, hi ha una producció total i comercial (&#934; > 70 mm) superior de poma quan el percentatge de sòl humit és del 44%, però sense diferència significativa respecte als altres percentatges. Aquesta producció té més relació amb el pes mitjà del fruit que amb el nombre de fruits per arbre. Els aspectes qualitatius<br/>de la fruita (duresa, sucres i acidesa) no han mostrat diferències significatives en variar el percentatge del sòl humit (VSH). En avellaner s&#8223;ha pretès 1) Esbrinar la resposta productiva, vegetativa i de qualitat del fruit per a quatre percentatges de VSH (6%, 15%, 33% i 70%) i 2) Identificar el percentatge de VSH mínim que ocasiona el millor comportament agronòmic del cultiu. Els resultats obtinguts mostren que el percentatge més baix de sòl humit (6%), molt habitual a les explotacions comercials del camp de Tarragona, és el que ha produït, significativament, una collita d&#8223;avellana en closca més baixa. En canvi, amb un 33% de VSH és quan s&#8223;assoleix a la producció més alta, encara que no és significativament diferent dels tractaments de VSH-15% i VSH-70%. També, durant dos dels tres anys de l&#8223;estudi, el pes mitjà del gra (g) va ser superior de forma significativa en humitejar un 33% del VPER. Els efectes d&#8223;un període inicial d&#8223;adaptació radicular del cultiu a les noves condicions dels experiments i d&#8223;una diferent freqüència en l&#8223;aplicació del reg, per als diversos percentatges de VSH experimentats, podrien haver estat la causa de les respostes poc diferenciades en varis dels paràmetres analitzats.

La tesis doctoral, cuyo compendio resumido ahora se presenta, mantiene como hilo conductor subyacente la aplicación eficiente del agua de riego a nivel de parcela agrícola. El manejo del agua en la agricultura, sector productivo que usa el mayor porcentaje de este elemento (77.5%), es fundamental si se quiere incidir favorablemente sobre el consumo y la actual política hidráulica, más orientada a un incremento de la oferta que a un control de la demanda. En este sentido, la elección de un sistema de riego eficiente, como es el de microirrigación, con un diseño adecuado a las circunstancias intrínsecas de la parcela, serán decisivos en este sentido. Sin embargo, el estudio de todos aquellos aspectos que optimicen el funcionamiento de la instalación, desde el punto de vista aplicativo, requiere, previamente, conocer como se mueve y distribuye el agua en el perfil del suelo. La evaluación de la forma y tamaño del volumen de suelo húmedo (VSH) no es un aspecto menor ni fácil de llevar acabo, siendo la mayoría de las veces soslayado durante el proceso de diseño. Las contadas recomendaciones existentes al respecto, casi siempre, se refieren a superficie de suelo mojado y en muy raras ocasiones a VSH, a pesar de que la exploración radicular en los cultivos, habitualmente, adopta formas volumétricas y en menor frecuencia formas superficiales. Tomando en consideración estos antecedentes y ante la falta de información existente sobre las características del VSH y su posible influencia sobre el comportamiento de los cultivos, se plantean dos objetivos generales: 1) Diseñar un Equipo Medidor del Volumen de Suelo Húmedo (EMVSH), verificado en laboratorio y campo y 2) Determinar la influencia del porcentaje de VSH en tres especies arbóreas como son el olivo (Olea europaea L.), el manzano (Malus domestica BORK) y el avellano (Corylus avellana L.). Respecto al primer objetivo, el fundamento del diseño del EMVSH se basa en el concepto según el cual el agua posee moléculas con una desigual distribución de la carga eléctrica y un comportamiento polar que facilita el paso de la corriente eléctrica. En base a ello, cuando aumenta el contenido hídrico de un medio poroso, como el suelo, mejora el flujo de corriente a través del mismo. Por el contrario, cuando disminuye ese contenido hídrico disminuye el flujo de corriente y aumenta la resistividad (&#961;). Asimismo se considera la clara influencia de la temperatura del suelo sobre el valor de la resistividad, de tal manera que la disminución de aquella ocasiona el incremento de la resistividad eléctrica y viceversa. Fruto de diversos ensayos en laboratorio aplicando las metodologías de prospección geoeléctricas y más concretamente la de Wenner, basada en la evaluación directa de la resistividad eléctrica (&#961;), se llevó a cabo el diseño del EMVSH. La fiabilidad del EMVSH, respecto a su capacidad para definir la forma y tamaño del VSH, se ha verificado a nivel de laboratorio en condiciones simuladas y en campo mediante seis pruebas en suelos caracterizados taxonómicamente en los términos municipales de Flix y Bovera (Tarragona y Lleida). En las pruebas de campo, estadísticamente diseñadas, se establecieron seis tipos de irrigadores con tiempos variables de aplicación.<br/>Las secciones verticales generadas en esas pruebas indican la existencia de tres fases en el desarrollo del VSH: 1) Fase de avance con predominio de desplazamiento vertical 2) Fase de llenado y 3) Fase de saturación con predominio de desarrollo horizontal. Se ha observado buena correlación entre el volumen de agua total aplicada por cada irrigador respecto a su radio mojado a 30 cm de profundidad y al VSH que se genera. También se observa correlación entre el área mojada (m2) a 30 cm y VSH (m3) que se genera, si se consideran los valores medios alcanzados por los distintos irrigadores para los diferentes suelos del área estudiada. La relación entre el radio mojado a 30 cm y la profundidad máxima alcanzada por el VSH presenta valores próximos a 0.8 (formas hemiesféricas) en los irrigadores de bajo caudal (2.5 - 5 l/h) y valores superiores a 1 (formas elipsoidales) en los irrigadores de mayor caudal (8, 24 y 35 l/h). En relación al segundo objetivo se ha estudiado el VSH necesario y suficiente que, evaluado mediante el EMVSH, proporcionara el mejor comportamiento agronómico de los tres cultivos elegidos, sabiendo que hay un volumen ideal de raíces húmedas que mejoran la respuesta del cultivo. Un aspecto innovador es que los estudios hacen referencia a porcentaje de VSH respecto al Volumen Potencial de Exploración Radicular&#8223; (VPER). Para el olivo 1) Se determina el comportamiento productivo, vegetativo y de calidad del aceite para dos estrategias de riego (total y deficitario) con cinco porcentajes de VSH (12%, 24%, 35%, 47% y 59%) y 2) Se comparan esos comportamientos entre las estrategias de riego y entre VSH de una estrategia respecto a la otra. Los resultados alcanzados en la experiencia indican una creciente dependencia de la producción de aceituna respecto al nivel o porcentaje de suelo húmedo generado bajo la copa del árbol, siendo más manifiesto este comportamiento en condiciones de escasez de agua (riego deficitario controlado, RDC) y a medida que avanza el período experimental. Al mojar un 59% del volumen de suelo potencialmente explorado por las raíces (VPER) es cuando se alcanza la mayor producción de aceituna y de aceite por ha en condiciones de agua limitada. Ese aumento ha sido ocasionado por un mayor número de frutos por árbol y no por el peso individual del fruto. Las estrategias de riego (total y deficitario) han generado producciones de aceituna por ha superiores a las referentes de secano. Una reducción del 20% de la dosis de riego (RDC) no ha afectado de manera significativa la cosecha (kg/ha), el contenido de aceite (%) ni su producción (kg aceite / ha). Los parámetros de calidad del aceite (polifenoles, amargor y estabilidad) no han variado de manera significativa por la estrategia de riego aplicada. Para el manzano se ha planteado 1) Conocer el comportamiento productivo, vegetativo y de calidad del fruto para tres porcentajes de VSH (22%, 44% y 66%) y 2) Definir aquel porcentaje de VSH mínimo entre los ensayados que generasen la mejor respuesta agronómica del cultivo.<br/>El seguimiento durante tres años de la experiencia no ha permitido observar un comportamiento productivo diferenciado del cultivo (kg/árbol) en función del porcentaje de<br/>VSH. Sin embargo, hay una mayor producción total y comercial (&#1060; > 70 mm) de manzana cuando el porcentaje de suelo húmedo es del 44%, pero sin diferencia significativa respecto a los otros porcentajes. Esa producción tiene más relación con el peso medio del fruto que con el número de frutos por árbol. Los aspectos cualitativos del fruto (dureza, azucares y acidez) no han manifestado diferencias significativas al variar el porcentaje de suelo húmedo (VSH). En avellano se ha pretendido 1) Averiguar la respuesta productiva, vegetativa y de calidad del fruto para cuatro porcentajes de VSH (6%, 15%, 33% y 70%) y 2) Identificar el porcentaje de VSH mínimo que ocasiona el mejor comportamiento agronómico del cultivo. Los resultados alcanzados indican que el porcentaje más bajo de suelo húmedo (6%), muy habitual en las explotaciones comerciales del campo de Tarragona, es el que ha producido, significativamente, menor cosecha en cáscara. En cambio, con un 33% de VSH es cuando se ha alcanzado la mayor producción, aunque no ha diferido de forma significativa de los tratamientos VSH-15% y VSH-70%. Asimismo, durante dos de los tres años ensayados, el peso medio del grano (g) fue superior de forma significativa al humedecer un 33% del VPER. Los efectos de un período inicial de adaptación radicular y de una distinta frecuencia en la aplicación del riego, para los diversos porcentajes de VSH ensayados, tal vez han ocasionado respuestas poco diferenciadas en varios de los parámetros analizados.

The Doctoral Thesis, which summarised compendium is presented here, keeps as underlying leitmotiv the efficient management of the water irrigation in the orchard. The management of water in agriculture, being the productive sector using the highest water percentage (77.5%), is fundamental if we want to influence favorably about the consumption and the current hydraulic politics, more focused on increasing the offer than on the control of the demand. The election of an efficient irrigation system, as the micro-irrigation, with a correct design considering the specific characteristics of the orchard, will be decisive. However, the study of all those aspects which permit optimising the functioning of the installation, with regard to the water application, requires a previous knowledge about how the water runs and spreads in the soil profile. The evaluation of the shape and size of the wet volume of the soil (WVS) is not a minor aspect, neither easy to achieve, and which in most cases is not considered during the process of design. The few recommendations found on this aspect refer nearly always to the wet surface and only rarely they refer to WVS, although the exploration of the crop roots usually adopt volumetric forms. Considering these antecedents and the absence of information about the characteristics of the WVS and its possible influence with regard to crop behaviour, two general objectives have been raised: 1) To design a Measure Equipment of the Wet Volume of the Soil (MEWVS), calibrated in laboratory and orchard and 2) To determine the influence of the percentage of the WVS in three fruit crops as olive (Olea europaea L.), apple tree (Malus domestica L.) and hazelnut tree (Corylus avellana L.). Referring to the first objective, the design of the MEWVS is based on the concept that the water has molecules with unequal distribution of the electric charge and a polar behaviour that permits the circulation of the the electric flux. Therefore, when the water content of a porous medium is increased, like the soil, the electric flux within it improves. On the contrary, when this water content is reduced, the electric flux decreases and the resistivity (&#961;) increases. In the same way, the influence of the soil&#8223;s temperature about the resistivity is considered. The temperature drop occasions the raise of the resistivity and vice versa. Several laboratory proves were realized applying the prospecting geoelectric methodologies, like WENNER, based on the direct evaluation of the electric resistivity (&#961;), and the MEWVS design was done. The viability of the MEWVS, concerning its capacity to define the form and size of the WVS, has been proved in the laboratory in simulated conditions and in the orchard by means of six field tests in taxonomically defined soils in Flix and Bovera areas (Tarragona and Lleida). In the field tests, statistical designed, six irrigator types were applied with variable irrigation times.<br/>The vertical sections generated in these field tests show three phases in the development of the WVS: 1) Advance Phase with predominance of the vertical movement of the water 2) Filling Phase and 3) Saturation Phase with predominance of the horizontal movement. Good correlation was observed between the total volume of water applied for every irrigator with regard to its wet radius at 30 cm deep and to the WVS generated. Also, correlation is observed between the wet area (m2) at 30 cm deep and WVS (m3) generated, considering the average values reached by the different irrigators for the different soils of the studied area. In the irrigators of low flow (2.5 - 5 l / h) the relation between the wet radius at 30 cm and the maxim deepness of the WVS present values near to 0.8 (hemiesferic forms), while in the bigger flow irrigators (8,24 and 35 l/h) relations above 1 (elliptic forms) were obtained. With regard to the second objective, the necessary and sufficient WVS has been studied which, evaluated through the MEWVS, generates the best agronomic comportment of the three elected crops, knowing than there is an ideal volume of wet roots that improve crop comportment. A new aspect is that studies refer to the percentage of the WVS related to the "Potential Volume of Root Exploration" (PVER). For the olive crop 1) Crop and vegetative behaviour are determined, also the oil quality for two irrigation strategies (total and limited irrigation) with five percentages of WVS (12%, 24%, 35%, 47% and 59%) and 2). These comportments are compared with the different irrigation strategies and with the WVS of the different strategies considered. The results obtained in the experiment shows that the olive harvest depends increasingly to the level or percentage of WVS generated under the tree crown, being more pronounced this comportment in drought conditions (limited irrigation) and according the experimental period is advancing. When 59% of the soil volume potencially explored by the rootsystem (PVER) is wetted, the highest olive production is achieved and most olive oil per hectare in limited water conditions. This increase has been generated by a higher number of fruits per tree and not by the individual fruit weight. The irrigation strategies (total and limited irrigation) have generated bigger olive productions per hectare than those produces in dry farming conditions. A dose reduction of 20% in limited irrigation has not affected the olive harvest (kg/ha) in a significant way, nor the oil content (%) or its production (kg oil / ha). The oil quality parameters (poliphenols, bitterness and stability) have not varied significantly due to the applied irrigation strategy. In the apple tree has been studied 1) - The productive and vegetative comportment and the fruit quality with regard to three percentages of WVS (22%, 44% and 66%) and 2) - The establishment of the minimum percentage of WVS among those experimented assays generating the best agronomic apple crop response.<br/>The follow-up during three years of the experiment has not permitted to observe a differentiated productive crop comportment (kg / tree) according the WVS<br/>percentage. However, there is a bigger total and commercial apple production (&#1060;>70 mm) when the percentage of wet soil is 44%, but without significant difference compared to the other percentages. This production is more related to the average fruit weight than the number of fruits per tree. The quality aspects of the fruit (hardness, sugars and acidity) have not shown significant differences when varying the WVS percentages. In the hazelnut tree have been studied 1) - The productive and vegetative response and the fruit quality applying four percentages of WVS (6%, 15%, 33% and 70%) and 2) - The minimum percentage of WVS that generates the best agronomic crop behaviour. The obtained results show that the lowest WVS percentage (6%), very common in the commercial orchards of the Tarragona area, has produced a significantly lower in-shell harvest. On the contrary, with a 33% of WVS the highest production was obtained, although it did not without differ significantly from the other percentages applied (15% and 70%). Also, during two of the three experimented years, the average weight of the kernel (g) was significantly higher when 33% of the PVER was wetted. The effect of an initial period of the roots&#8223; adaptation to the new conditions of the experiment and the different frequency in the irrigation application, for several percentages of WVS, could be the raison for not found significantly differences among analyzed parameters.