2.9. Riego
Aida Mérida García* y Juan Antonio Rodríguez Díaz * g82megaa@uco.es Departamento de Agronomía, Área Hidráulica y Riegos. Universidad de Córdoba
Índice 1. 2. 3. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 4. 5. 5.1. 5.2. 5.3. 6.
Introducción Superficie de riego en España Principales métodos de riego Riego por superficie o gravedad Riego por aspersión Riego localizado Riego en cultivos sin suelo Programación del riego: sistema suelo-agua-planta Presente y futuro de la agricultura de regadío La revolución de los sensores Energía verde para el regadío Economía circular y uso sostenible del agua de riego como distintivo de calidad Conclusiones finales
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Resumen La agricultura de regadío es un sector estratégico y clave en la economía de España. Este sector representa una media del 70% de las extracciones totales de agua dulce del planeta, a lo que se une la demanda creciente de alimentos derivada del aumento continuado de la población mundial. Ante este escenario, en un contexto de cambio climático, el uso eficiente del agua y la energía en el regadío representa uno de los mayores focos de atención en el desarrollo del sector agrícola. Este capítulo comienza con una breve introducción que resume la importancia del uso eficiente del agua y la energía en el sector del riego. Posteriormente se sintetizan los principales números que reflejan la actualidad del sector en España. A continuación, se detallan las características más destacadas de las técnicas de riego más extendidas, describiendo más adelante las bases genéricas para la programación de riegos para un cultivo. Finalmente, se presentan de forma simplificada las corrientes que protagonizan el presente y futuro del sector del regadío, destacando el desarrollo tecnológico liderado por la revolución de los sensores, la integración de las energías renovables y la economía circular. El objetivo de este capítulo es acercar la
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realidad de la agricultura de regadío al lector, destacando la importancia de la apuesta por la I+D+i enfocada a una agricultura sostenible, rentable y de futuro, que garantice la producción de alimentos sin poner en riesgo la preservación del planeta.
1. Introducción La agricultura es el sector productivo con mayor consumo de agua a escala global, representando alrededor del 70% de las extracciones totales de agua dulce del planeta (EEA, 2017). Este porcentaje varía entre países, siendo inferior en el norte de Europa, en comparación a los países del sur, donde la agricultura de regadío juega un importante papel en la economía. La demanda de alimentos mundial mantiene, al mismo tiempo, una tendencia creciente que, a su vez, intensifica la presión sobre los recursos hídricos. En este contexto cobra una especial importancia la productividad del agua de riego, así como el uso eficiente de la misma, ante una escasez ineludible de este recurso. La mejora en la eficiencia del agua en el regadío conseguida en los últimos años, tras la modernización del sector, ha sido el resultado de la presurización de gran parte de los canales abiertos de distribución de agua, unido al perfeccionamiento en las técnicas y gestión del riego. Sin embargo, esta mejora en la eficiencia del uso del agua ha dado lugar a un incremento significativo en la demanda energética del sector del regadío (Corominas, 2009; Rodríguez Díaz et al., 2011), que, unido a la tendencia creciente en el precio de la energía, dispara los costes de producción para el agricultor, reduciendo por ello la rentabilidad de sus explotaciones. Esto ha dirigido los esfuerzos del sector hacia la búsqueda de nuevas alternativas, que, de manera conjunta, consigan un aprovechamiento óptimo de los recursos, así como el uso sostenible del agua y la energía en el riego.
2. Superficie de riego en España La agricultura de regadío representa en torno al 20% de la superficie cultivada en el mundo, cuya distribución aproximada por continentes se muestra en la Figura 1, con Asia como el continente con mayor extensión, representando más de la mitad de la superficie equipada para riego, a nivel mundial, seguido de América y Europa.
Figura 1. Superficie en hectáreas equipada para riego en cada uno de los continentes y porcentaje de ésta que es actualmente regada. *Datos recabados de (Siebert et al., 2013)
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En el caso de España, la superficie total regada alcanzó los 3.8 millones de hectáreas en 2019 (MAPA, 2019), con una clara predominancia del riego localizado, con un 53% del total, seguido del riego por gravedad, con un 24%, aspersión, con un 15% y finalmente, el riego automotriz, con un 8%. Las comunidades autónomas con mayor superficie regada son Murcia, Andalucía, Comunidad Valenciana, Navarra, la Rioja, Aragón y Cataluña, las cuales integran casi el 80% del total. Sin embargo, aquellas comunidades con mayor proporción de superficie regada respecto del total de superficie cultivada son Canarias, la Comunidad Valenciana y Murcia, con más del 40% cada una, seguidas de Cataluña, Andalucía y Navarra, con más del 30% de superficie cultivada regada cada una. Esta superficie regada es destinada, en su mayor parte, al cultivo de cereales (25%), olivar (22%), viñedo (10%) y frutales (10% y 7% para frutales no cítricos y cítricos, respectivamente) (Figura 2). La distribución del agua en el sector agrario según el tipo de cultivo muestra a los cultivos herbáceos como los mayores consumidores, con un 54.6% del total, seguidos de frutales (16.7%), patatas y hortalizas (11.1%), otros cultivos (9.9%) y olivar y viñedo (7.7%) (INE, 2018).
Figura 2. Reparto de la superficie de riego nacional por cultivos. Basado en (MAPA, 2019)
Atendiendo al tipo de cultivo y técnicas de riego empleadas en España, las cuales se detallan más adelante, el uso del riego por gravedad destaca en los grupos de cereales y forrajeras, el riego por aspersión en tubérculos, cereales, leguminosas y cultivos industriales, siendo en estos dos últimos destacado también el uso del riego automotriz. Finalmente, el riego localizado destaca en frutales, olivar, viñedo, y hortalizas (MAPA, 2019). Sin embargo, la técnica de riego más adecuada para cada caso no solo dependerá del tipo de cultivo y manejo, sino que también estará condicionada en gran medida por el tipo de suelo en el que se desarrolle la actividad agrícola, entre otros muchos factores.
3. Principales métodos de riego Existen diversas técnicas de riego que, de forma genérica, pueden ser clasificadas en cuatro grandes grupos: riego por superficie o gravedad, riego por aspersión, riego localizado y riego en cultivos sin suelo. La elección de sistema de riego más adecuado (Figura 3) para cada caso
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depende de numerosas variables, entre las que destacan el tipo de cultivo y manejo, la calidad del agua, disponibilidad y modo de suministro del agua, tipo de suelo (capacidad de infiltración y almacenamiento), topografía, coste de mano de obra y energía, entre otros.
Figura 3. Principales factores que condicionan la elección del sistema de riego más adecuado
A continuación, de forma simplificada, se repasan las principales características que definen a cada una de las técnicas más destacadas. 3.1. Riego por superficie o gravedad El riego por superficie o gravedad es una práctica de riego tradicional técnicamente adaptada a suelos pesados, en terrenos llanos, principalmente. Esta técnica de riego se caracteriza por tener una alta demanda de mano de obra, mientras que presenta la ventaja de su bajo coste en términos de energía. El riego por gravedad a su vez presenta distintas variantes, de las que a continuación, se resumen las características más destacadas de algunas de ellas: Riego por surcos En el riego por surcos el agua, colocada en cabecera, avanza por gravedad a lo largo de los surcos hasta alcanzar el extremo opuesto (punto más bajo), permitiendo en su trayecto la infiltración de una lámina de agua, que alcanza su mayor valor generalmente en cabecera. Estos surcos son equidistantes, con pendiente suave, o incluso nula, en los llamados surcos a nivel. Se trata por ello de un riego de duración larga, basado en la infiltración durante el avance del agua por el surco. Los surcos suelen estar abiertos en su extremo final, permitiendo el drenaje del exceso de agua. En este método de riego es fundamental la nivelación de mantenimiento de los surcos, el aporque de las plantas, medición del avance del agua y control de las aplicaciones, estrechamente ligadas a las características del terreno. El riego por surcos puede llevarse a cabo de manera continua (aplicación de agua en todos los surcos), alterna (se alternan surcos con y sin agua, adecuado únicamente en suelos con buena conductividad lateral), y por pulsos (aplicación intermitente de agua en los surcos). Este método de riego se aplica generalmente en cultivos sembrados o plantados en líneas, sobre caballones. Esto evita generar una zona húmeda en el cuello de la planta, evitando así mismo la aparición de algunas enfermedades. Del mismo modo, la disposición de las plantas sobre los caballones evita la compactación en exceso, lo que beneficia el desarrollo de la parte aprovechable en cultivos como la patata, ajo o zanahoria.
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Figura 4. Representación esquemática del riego por surcos
Riego por canteros El riego por canteros es un método de inundación rápida, en el que el agua se aplica por superficie a parcelas generalmente rectangulares, con muy poca pendiente o nula, cerradas perimetralmente por caballones o lomos. Este método es empleado por ejemplo en el cultivo del arroz. En el caso de su uso en hortícolas, se emplean surcos cortos dentro del propio cantero, mientras que, en frutales, generalmente, los canteros son individuales para cada árbol, denominándose alcorques o pozas. Tradicionalmente los canteros son alimentados por acequias trazadas en el terreno, abriéndose el riego a cada cantero de forma manual con ayuda de una azada. En canteros modernos, el terreno es nivelado con precisión siendo alimentado por medio de canales con compuertas, o tubos de baja presión, lo que permite un mayor control del volumen aplicado, así como de su distribución.
Figura 5. Representación esquemática del riego por canteros
Riego por fajas El riego por fajas es un método de infiltración semejante al riego por surcos, en el que el terreno es dividido en fajas o parcelas rectangulares estrechas y largas, cerradas perimetralmente por caballones. Este método se adapta a suelos con infiltración media a baja, y es empleado en cultivos densos como cereales, o frutales y viña, estando en este caso el cultivo dispuesto sobre los caballones. La anchura de las fajas depende del cultivo y caudales disponibles, siendo este
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último clave también para definir, junto a la capacidad de infiltración y pendiente, la longitud de las fajas. Riego de esparcimiento o por boqueras El riego de esparcimiento se lleva a cabo en zonas áridas, aprovechando el agua procedente de crecidas, que es derivada por canales y regueras hasta la zona de riego. Esta práctica también se lleva a cabo en canteros en los que los caudales son insuficientes o el terreno es irregular. En este caso, el regante dirige el camino del agua haciendo uso de una azada, con el fin de mejorar la uniformidad en la distribución del agua en el terreno. Riego por alcorque El riego por alcorques consiste en la distribución del agua por una serie de acequias que a su vez conectan entre sí a un conjunto de pozas (alcorques) ejecutados en torno a la planta o árbol al que riegan. Este sistema es utilizado con frecuencia en cultivos leñosos.
Figura 6. Representación esquemática del riego por alcorque
Riego “de careo” de zonas de montaña El riego de careo es una técnica poco eficiente y uniforme, pero con bajos requerimientos de sistematización e inversión. En este caso el agua se distribuye por acequias prácticamente a nivel sobre la ladera, con pequeñas salidas que dirigen el agua ladera abajo. En estos casos los caudales han de ser controlados cuidadosamente para evitar problemas de erosión. Riego por pozas El riego por pozas es un sistema adaptado a zonas con pendientes pronunciadas, para cultivos leñosos como el olivar. El agua de lluvia queda almacenada en las pozas durante un tiempo, en función del tipo de suelo y climatología. En años con escasez de agua, éstas pueden ser llenadas mediante mangueras.
Figura 7. Representación esquemática del riego por pozas
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3.2. Riego por aspersión Este tipo de riego, el cual aplica el agua mediante la generación de una lluvia uniforme, facilita la aplicación de distintas dosis de riego, no requiere la previa nivelación del terreno y permite la automatización. Sin embargo, es importante llevar a cabo una buena programación de manera conjunta con las aplicaciones de tratamientos al cultivo, ya que el riego podría lavarlos. En este sistema de riego la inversión inicial es alta, comparada con otras técnicas, así como el coste de funcionamiento, debido a su alta demanda de energía. Los sistemas de riego por aspersión comenzaron en céspedes, extendiéndose posteriormente su uso a la agricultura para el riego de frutales, hortícolas y en viveros. De forma genérica, el riego por aspersión puede ser clasificado como estacionario (semifijo con tubería móvil manual o automatizada, semifijo con tubería fija, y fijo permanente enterrado o aéreo), permaneciendo los aspersores en una posición fija durante la aplicación del agua, o móviles o automotrices. En este último caso, el riego se produce mientras el aspersor se desplaza siguiendo una trayectoria circular o lineal. Los emisores, en este caso llamados aspersores, pueden ser de distinto tipo, según su mecanismo de funcionamiento, pudiendo además trabajar con baja, media o alta presión. En el caso de los aspersores rotativos de impacto, el chorro de agua impacta sobre una pala oscilante unida a un resorte. En los aspersores de turbina, es una pequeña turbina instalada en el propio aspersor la encargada de provocar la rotación de la boquilla. En los aspersores de plato rotativo, el chorro de agua impacta en un plato que rueda por acción del agua, consiguiendo una distribución elíptica. En el caso de los difusores o aspersores estáticos, el agua se dispersa en forma circular tras el choque del chorro contra una placa opuesta al orificio de salida del agua, que puede ser plana o estriada. En todos los casos, la distribución del agua en el riego por aspersión se basa en forzar el paso del agua a través de un orificio, produciéndose una distribución en forma de gotas que simulan la lluvia. Estas gotas pueden tener un amplio rango de tamaños, que suelen estar entre 0.5 y 4 mm de diámetro, dependiendo de la relación entre el diámetro de la boquilla y la presión de funcionamiento. Habitualmente la distribución del agua por medio del aspersor es circular, aunque esta puede convertirse en un sector circular por medio de dispositivos que delimitan una fracción menor. El radio del círculo mojado sobre el suelo conseguido con cada aspersor constituye el alcance del mismo (Figura 8). De forma genérica, la lámina de agua aplicada en las proximidades del aspersor o difusor es superior, y disminuye conforme nos alejamos de éste. Por ello, el diseño de un sistema de riego por aspersión debe ser calculado teniendo en cuenta un cierto solape, que dependerá de cada caso, para conseguir una uniformidad en la distribución adecuada. Dentro de la modalidad de los sistemas estacionarios, hablamos de cobertura total cuando toda la superficie a regar queda cubierta por los aspersores o tuberías en uso. Sin embargo, estos pueden permanecer en el terreno o ser únicamente extendidos de forma temporal, como ocurre en el caso de cultivos anuales.
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Figura 8. Representación esquemática del alcance y superficie mojada por un aspersor.
3.3. Riego localizado El riego localizado es aquel en el que el agua se aplica en el volumen de suelo en el que se desarrollan las raíces del cultivo. Los elementos que aplican el agua o emisores, se disponen equidistantes en las tuberías porta-emisores, que pueden estar sobre la superficie del suelo o enterradas en éste. Este sistema de riego destaca por su eficiencia en la aplicación del agua, así como por los bajos requerimientos de mano de obra. La aplicación del agua únicamente en las líneas de emisores ayuda además al control de las malas hierbas entre líneas de cultivo. Por este mismo motivo, en el riego localizado es una práctica común la aplicación del fertilizante con el agua de riego, conocida como fertirriego. Entre los principales inconvenientes del riego localizado destaca la posibilidad de obstrucción de los emisores, debido a la materia orgánica y minerales contenidos en el agua, o la precipitación de sales en el interior de las tuberías. Esto puede reducir la calidad del riego, al disminuir la uniformidad en la distribución y aplicación del mismo. El riego localizado incluye el riego por goteo, microaspersión y riego a chorros, siendo los dos primeros los más extendidos. En el riego por goteo los emisores son goteros, encargados de dosificar la salida del agua a través de un orificio, tras su paso a través de un laberinto o camino sinuoso que disminuye la energía del agua, haciendo que esta salga finalmente gota a gota. El diseño de los emisores dará lugar a un caudal determinado, que normalmente varía entre 1.2 y 8 l/h. El caudal de gotero y número de goteros por superficie o planta ha de adecuarse al tipo de suelo y cultivo, lo cual unido al tiempo de riego, definirá el bulbo húmedo (Figura 9). Además, estos goteros pueden ser fabricados para trabajar bajo distintas presiones, y en el caso de los goteros autocompensantes, son capaces de mantener un caudal de salida de agua constante siempre y cuando la presión de
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trabajo se mantenga dentro del rango de presiones de compensación indicadas por el fabricante.
Figura 9. Representación esquemática del bulbo húmedo generado, de izquierda a derecha: en un suelo con alto contenido en arcilla, un suelo franco y un suelo arenoso
En el riego por microaspersión el agua es pulverizada sobre la superficie del suelo, produciendo pequeñas áreas regadas localizadas, de 1 a 5 m de diámetro, generalmente. Los microaspersores son empleados en cultivos hortícolas, flores, invernaderos, viveros y para la protección contra heladas en cultivos y jardines. 3.4. Riego en cultivos sin suelo El cultivo hidropónico o sin suelo es una técnica empleada en invernaderos en la que se prescinde del suelo para el desarrollo del cultivo. Si bien la hidroponía no es una técnica de riego como tal, y puede ser clasificada como una técnica de cultivo, el agua de riego juega un papel crucial. En este caso, el agua se convierte en el medio clave para hacer llegar la solución nutritiva a las raíces de la planta. Se trata así de un sistema de alta tecnificación y con mayor coste de inversión, con la que se consiguen altos rendimientos en muchos cultivos hortícolas. El cultivo hidropónico requiere de un control detallado de la calidad del agua, que además debe tener un bajo contenido inicial en sales, lo que con un buen manejo permite incorporar soluciones nutritivas, manteniendo una adecuada conductividad del medio. En este caso se emplean sustratos inertes, desde el punto de vista nutricional, como la lana de roca, perlita o fibra de coco. Un porcentaje de la solución nutritiva en medio acuoso es drenado, tras su paso por el sistema radicular del cultivo. Los lixiviados son almacenados, siendo posteriormente reacondicionados para su recirculación.
4. Programación del riego: sistema suelo-agua-planta El agua constituye el principal input para el desarrollo vegetativo y productivo del cultivo. En cultivos al aire libre, parte de las necesidades de agua del cultivo son cubiertas de forma directa por la precipitación, mientras que, en cultivos en invernadero, ésta ha de ser aportada en su totalidad de manera artificial, mediante riego. El cálculo del volumen o tiempo de riego óptimo para un cultivo ha de considerar de manera conjunta las variables suelo (cuando exista), agua y
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planta. Así una programación de riegos óptima ha de responder a cuánta agua aplicar, pero también a cuándo y cómo aplicarla, basándose por ello no solo en la determinación del volumen óptimo de agua, sino también, en qué momento debe ser puesta a disposición del cultivo. Comenzando por el cultivo, el cálculo de las necesidades de riego del mismo vendrá definido por el tipo de cultivo, así como las variables climáticas. De forma genérica, la evapotranspiración del cultivo (ETc) se obtiene a partir de la multiplicación de la evapotranspiración de referencia (ET0), por una serie de coeficientes que definen las características relacionadas con el tipo de cultivo y su estado de desarrollo (kc), y con la superficie cubierta/desnuda de suelo (kr) (Allen G. et al., 2006). La evapotranspiración de referencia a su vez responde a la tasa de evapotranspiración de una superficie de referencia (un pasto de características predefinidas) sin restricciones de agua y puede obtenerse directamente de las redes públicas de estaciones agrometeorológicas. Por ello, la evapotranspiración de referencia define el poder evaporante de la atmósfera en una localidad y día del año específicos. Una vez determinada la evapotranspiración del cultivo, la diferencia entre ésta y la precipitación define las necesidades de riego teóricas del cultivo. Éstas sin embargo no tienen por qué coincidir exactamente con el volumen o dosis de riego a aplicar, puesto que, en numerosas ocasiones, la gestión del riego implica otros muchos factores. Entre ellos, la integración de prácticas o técnicas de riego deficitario, basadas en una reducción controlada del riego, homogénea durante toda la campaña (riego deficitario sostenido), o adaptada a las distintas fases del cultivo (riego deficitario controlado), con las que se busca reducir el volumen total de agua aplicado al cultivo, de un modo que no comprometa el rendimiento final del mismo. Para llevar a cabo esta técnica, es por ello imprescindible conocer al detalle los periodos en los que el cultivo es menos sensible al estrés hídrico. Una vez definido el volumen de agua a aplicar, la programación del riego debe considerar tanto la profundidad radicular del cultivo, como el tipo de suelo y su comportamiento frente al almacenamiento de agua en el mismo. La profundidad radicular delimitará el volumen de suelo explorado por las raíces del cultivo, y por ello, el agua que drene hacia horizontes más profundos no será aprovechada por el mismo. La capacidad de almacenamiento de agua en el suelo, por su parte, dependerá de su naturaleza, siendo mayor en suelos con gran porcentaje de arcilla, y menor en aquellos en los que la arena es protagonista. En relación al tipo de suelo, es importante definir los conceptos de capacidad de campo y punto de marchitez permanente. El primero de ellos define el volumen máximo de agua que es capaz de retener un suelo tras drenar el exceso que definía la saturación del mismo; mientras que el punto de marchitez permanente define el contenido de humedad mínimo permisible en un suelo, por debajo del cual el cultivo no es capaz de extraer más agua (Figura 10). El rango de humedad comprendido entre estos dos valores se corresponde con el máximo volumen de agua disponible en un suelo para el cultivo. Finalmente, conocido el volumen de agua de riego a aplicar, así como el tipo de suelo y profundidad de las raíces del cultivo, y dependiendo del sistema de riego empleado, se establecen los intervalos y tiempo diario total de riego para los distintos días de la campaña de riego.
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Figura 10. Esquema representativo de los estados de (izquierda a derecha): saturación, capacidad de campo y punto de marchitez permanente en un suelo
Figura 11. Esquema simplificado para la programación del volumen y tiempo de riego a aplicar en un cultivo
5. Presente y futuro de la agricultura de regadío Si bien es cierto que la agricultura de regadío es un sector productivo clave en la economía de España, su intensificación, con el objetivo de satisfacer la creciente demanda de alimentos, ha de ir acompañada de un uso sostenible de los recursos, sin comprometer la rentabilidad de las explotaciones. Por ello, hoy en día, la agricultura continúa en un proceso de tecnificación incesante, acompañado de una intensa transformación digital, donde la tecnología llega para quedarse, brindando numerosas herramientas y soluciones alternativas para facilitar y optimizar las labores en los distintos procesos productivos. 5.1. La revolución de los sensores El desarrollo tecnológico experimentado en las últimas décadas ha dado lugar a una implantación masiva de multitud de sensores en el sector de la agricultura. En concreto, en el
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ámbito del riego, la integración de sensores permite acceder a información de alto interés para la toma de decisiones. Las estaciones meteorológicas permiten tener un conocimiento detallado de las variables climáticas en las distintas localizaciones. A nivel nacional, España cuenta con una red de estaciones agrometeorológicas, accesibles a través de la plataforma SiAR (Sistema de información Agroclimática para el Regadío). Sin embargo, son muchas las explotaciones que ya cuentan con su propia estación agrometeorológica, accediendo así a información detallada en relación a la pluviometría, temperatura, velocidad del viento, o radiación, entre otras. Esta información meteorológica, junto a las características propias del cultivo, permite hacer una estimación detallada de los requerimientos de riego en cada localización concreta. Pero más allá de las variables climáticas, hoy en día podemos encontrar en el mercado numerosos sensores complementarios, que pueden facilitarnos información de muy alto interés para la ayuda a la toma de decisiones en campo. Éste es el caso de los tensiómetros y sensores de humedad de suelo. Mientras que los tensiómetros nos informan del esfuerzo que ha de realizar el cultivo para extraer el agua de un suelo, los sensores de humedad se instalan a distintas profundidades en el suelo en el que se desarrolla el cultivo, permitiéndonos conocer en tiempo real el contenido de agua en los distintos horizontes (Figura 12), así como su evolución en el tiempo. Esta información es esencial para gestionar un riego de precisión, pudiendo así definir con mayor exactitud los tiempos de riego más adecuados y permitiendo hacer un uso más eficiente y sostenible de los recursos hídricos.
Figura 12. Esquema representativo de la instalación a distintas profundidades de sensores de humedad individuales (izquierda) o encapsulados (derecha)
Junto a los sensores de humedad, encontramos otros sensores de suelo como los de temperatura o sensores de conductividad eléctrica, siendo estos últimos de gran interés para
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aquellos cultivos en los que el fertilizante se aplica de manera conjunta al riego, conocido como fertirriego. Los sensores de turgencia en hoja (Figura 13) y dendrómetros, son otros de los más conocidos por sus aplicaciones para la gestión y manejo del riego. En el caso de los sensores de turgencia en hoja, éstos evalúan el estrés hídrico de la planta en función de la disminución de la presión de turgencia en hoja, con la transpiración de la planta. Estos sensores requieren una adecuada instalación y calibración en campo y en el caso de cultivos de hoja caduca, han de ser retirados y vueltos a instalar cada año.
Figura 13. Sensor de turgencia en hoja en cultivo de almendro
El dendrómetro por su parte mide las variaciones en el diámetro del tallo o tronco de la planta, lo que se relaciona con el estado hídrico de la misma. Toda la información recogida en campo puede ser almacenada en un datalogger (Figura 14), procediendo posteriormente a la descarga periódica de los datos en campo, o ser directamente enviada en tiempo real a la nube.
Figura 14. Datalogger alimentada por una pequeña placa solar para sonda de humedad instalada en cultivo de olivar intensivo
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Además de estos sensores, otros relacionados con el funcionamiento de las infraestructuras hidráulicas, pueden aportar información de gran interés para una óptima gestión integral de las explotaciones. Éste es el caso de los sensores de presión, que, instalados estratégicamente en puntos concretos de redes extensas de distribución de agua a presión, como las que encontramos en muchas comunidades de regantes, pueden facilitar información en tiempo real para el control y gestión de incidencias, como averías (Pérez-Padillo et al., 2020), lo que supone reducir las pérdidas de agua y asegurar que los sistemas de riego funcionen a las presiones adecuadas. La evolución en las técnicas de riego, incorporación de tecnología y sensores, da lugar a grandes volúmenes de información que, más allá de la gestión diaria de las explotaciones, permiten además generar modelos de predicción a mayor escala, mediante su tratamiento basado en técnicas de Big Data e Inteligencia Artificial. De esta forma es posible, por ejemplo, anticipar la demanda de riego, a escala de parcela (González Perea et al., 2018) y de comunidad de regantes (González Perea et al., 2015), y con ello facilitar la gestión de las infraestructuras y la contratación de las tarifas eléctricas, para optimizar los costes en grandes agrupaciones de agricultores. 5.2. Energía verde para el regadío El aumento exponencial en la demanda energética experimentada tras la modernización del regadío, debido en su mayor parte a la presurización de las redes de distribución de agua, se tradujo en un aumento significativo de los costes de explotación para muchos agricultores. Numerosos estudios centraron sus objetivos en la eficiencia energética del regadío, demostrando cómo la detección de puntos críticos y la sectorización podían mejorar sustancialmente la optimización energética del sistema de riego (Fernández García et al., 2013; González Perea et al., 2014). Esto se vio aún más agravado con la subida generalizada de los precios de la energía, lo que despertó un gran interés en la búsqueda de sistemas alternativos de abastecimiento. En un contexto de calentamiento global y cambio climático, esta búsqueda también ha implicado la apuesta por fuentes de energía renovables. La principal de ellas ha sido la energía solar fotovoltaica, la cual se presenta, a simple vista, como una opción con un gran potencial para el sector de la agricultura, ofreciendo energía libre de emisiones de gases efecto invernadero, útil para zonas con y sin acceso a la red eléctrica. Sin embargo, la energía solar es una tecnología directamente dependiente de las variables meteorológicas. En concreto, la producción fotovoltaica depende, principalmente, de la irradiancia, viéndose influenciada también por la temperatura (López-Luque et al., 2015). Esto se traduce en una cierta inestabilidad en la producción de energía, reflejada en altibajos en la producción durante el día, con la aparición de nubes, o la nula producción de energía durante las noches, lo que reduce la libertad del regante. Aun así, la energía fotovoltaica es una de las alternativas a la energía eléctrica y los generadores diésel cada vez más común en la agricultura de regadío, permitiendo abastecer parcial o totalmente la demanda de energía de la explotación. Las soluciones más extendidas en el sector del regadío, para la integración de la energía fotovoltaica como fuente de suministro energético, se basan, principalmente en: (i) la hibridación del sistema con otras fuentes de energía renovable, como la energía eólica; (ii) el
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abastecimiento fotovoltaico combinado con fuentes de energía tradicionales, que actúan como sistema de apoyo (generador diésel o la red eléctrica); (iii) el bombeo con energía fotovoltaica a un punto elevado durante las horas de sol y posterior riego por gravedad; y (iv) el uso de baterías. La solución óptima dependerá de las características de cada explotación, siendo crucial el tipo de cultivo y su tolerancia al estrés hídrico. De este modo, para cultivos leñosos como olivar y almendro, en los que la capacidad de almacenamiento de agua en el suelo puede amortiguar los déficits puntuales de riego, se ha demostrado que la demanda energética del sistema de riego puede ser completamente satisfecha mediante el único aporte de la energía solar fotovoltaica (Mérida García et al., 2018). En este sentido, se han desarrollado complejas técnicas para la gestión inteligente del riego fotovoltaico, basadas en la sincronización en tiempo real de la demanda de energía por parte de la red de riego, y la energía fotovoltaica disponible en cada momento (Mérida García et al., 2018). Estos modelos de gestión evalúan diariamente los requerimientos de riego del cultivo y, en función de la demanda de energía de los distintos sectores de riego en los que se divide la parcela, organizan automáticamente y de forma óptima la secuencia de activación de los mismos, adecuándolos a la energía disponible.
Figura 15. Planta Piloto de Riego Fotovoltaico Inteligente en la Finca Experimental de Olivar Intensivo de la Universidad de Córdoba
La energía fotovoltaica implica la dedicación de una superficie a la instalación de los módulos solares. En campo, los módulos fotovoltaicos son habitualmente instalados en las cubiertas de naves agrícolas, de modo que no se sacrifique terreno cultivable para su instalación. Otra opción es su instalación sobre plataformas flotantes, en las balsas de riego. Esta última propuesta permite al mismo tiempo disminuir la evaporación del agua de la balsa. En este sentido, hay explotaciones que ya combinan la producción agrícola con la energética, en un modelo de producción conocido como agrivoltaico (Agrivoltaic Production) (Reca-Cardeña and LópezLuque, 2018). En este caso, los beneficios al agricultor provienen no solo del rendimiento del cultivo, sino también de la venta de la energía fotovoltaica producida en la misma superficie agrícola. Otra alternativa que se abre paso en la agricultura de regadío, de gran interés para las redes de distribución de agua a presión, es la recuperación de energía mediante el uso de microturbinas, o bombas trabajando como turbinas (García Morillo et al., 2018). Éstas permiten aprovechar los excesos de presión generados en ciertos puntos de la red, normalmente aliviados mediante la instalación de válvulas reductoras de presión (VRP). La sustitución de estas VRP por www.bibliotecahorticultura.com
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microturbinas o bombas trabajando como turbinas permite transformar el exceso de presión en energía eléctrica. Esta energía puede ser aprovechada en la propia explotación, reduciendo o reemplazando por completo el consumo de energía eléctrica o el uso de combustibles, en el caso de explotaciones aisladas de la red, dependientes de un generador diésel (Crespo Chacón et al., 2021). Además, el uso de bombas que funcionan en modo reverso, generalmente conocidas como PATs, de las siglas en inglés para Pumps As Turbines (bombas como turbinas), permite abaratar significativamente los costes de inversión (Fernández García et al., 2019) con respecto a las turbinas convencionales. Habitualmente, la microturbina o PAT es instalada en un by-pass, lo que permite aislarla de la red ante posibles mantenimientos o reparaciones y facilita que trabaje en su punto de funcionamiento óptimo. Su instalación en la propia red de riego hace que la producción de energía por parte de la turbina o PAT coincida con las horas de funcionamiento del sistema de riego.
Figura 16. Finca de almendros con sistema de riego por goteo abastecido por energía solar fotovoltaica en la provincia de Córdoba
Esta tecnología ha sido puesta en práctica en redes de distribución de agua potable, plantas de aguas residuales, industria y riego. En el caso del sector del riego, el proyecto REDAWN (www.redawn.eu) ha puesto en marcha en España una planta piloto basada en una PAT, que aprovecha el exceso de presión en la tubería que alimenta el hidrante que abastece de riego a una explotación de nogales. La planta piloto satisface la demanda de energía del sistema de fertirriego y electroválvulas de la red de riego, anteriormente dependientes de un generador diésel. Esta planta piloto ha conseguido reducir notablemente el coste de operación y el impacto ambiental de la finca agrícola en la que se encuentra, al sustituir por completo al generador diésel y correspondiente consumo de combustible, durante toda la campaña de riego (Chacón et al., 2021; Mérida García et al., 2021).
Figura 17. Fotografía y render de la Planta Piloto de recuperación de energía hidráulica mediante PAT en una instalación de riego en la provincia de Córdoba
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2.9. Riego
5.3. Economía circular y uso sostenible del agua de riego como distintivo de calidad La eficiencia en el uso del agua en la agricultura es uno de los objetivos en los que se ha trabajado con mayor esfuerzo durante mucho tiempo, consiguiendo importantes mejoras con la presurización de las redes de riego, tras la modernización del sector, y la potenciación del uso de técnicas de riego localizado, entre otras. En esta misma línea, el riego de precisión permite determinar las dosis óptimas de riego, así como el momento más adecuado para su aplicación. Todas estas mejoras y prácticas enfocadas a la reducción y optimización del uso del agua repercuten directamente en la economía del agricultor, pero al mismo tiempo, también conllevan unos beneficios ambientales. Estos beneficios se derivan de la reducción en el volumen de agua consumido, y la reducción con ello de la contaminación de las aguas subterráneas, generada por el arrastre de fitosanitarios y fertilizantes con la percolación profunda del exceso de agua aplicado. En esta línea, la evaluación de la huella de agua (norma ISO 14046) y las metodologías desarrolladas a partir de la misma (Flores Cayuela et al., 2021), permiten determinar con precisión el volumen de agua que es necesario para producir un bien o servicio, a lo largo de toda la cadena de producción del mismo. La certificación de huella de agua puede acercar así al consumidor más concienciado con el medio ambiente información de gran interés a la hora de elegir los productos de su cesta, convirtiendo a este indicador en un distintivo de calidad de los productos hortofrutícolas. El uso sostenible del agua se contempla así mismo en la economía circular, incluido en el análisis del ciclo de vida, o Life Cycle Assessment (LCA), entre otras muchas categorías de impacto ambiental (Ecoinvent, 2019). La economía circular es una estrategia incentivada y potenciada en los últimos años que incluye, entre otros muchos principios, la reducción en el uso de recursos, así como su reutilización. En el caso de la agricultura de regadío, además de la reducción en el uso de recursos, la reutilización de las aguas residuales para el riego es una práctica que hoy en día permite dotar de riego a explotaciones agrícolas anteriormente de secano, aumentando su producción al tiempo que se da salida a un volumen de agua que, de otro modo, no sería aprovechado. Esta reutilización de las aguas residuales requiere una previa regeneración y adecuación de su calidad, mediante la aplicación de diversas técnicas para la depuración que aseguren unos valores de los parámetros de calidad mínimos. Sin embargo, el uso de aguas regeneradas para el riego requiere un control estricto de la fertilización, pues el agua regenerada, aplicada en el riego, ya es portadora de nutrientes. El desarrollo de modelos de gestión del riego con aguas regeneradas ha demostrado que el contenido nutricional del agua de riego, en algunos cultivos como el olivar, puede llegar a reducir significativamente la necesidad de aportar fertilizantes al cultivo, con el consiguiente ahorro económico para el agricultor y beneficios ambientales derivados (Alcaide Zaragoza et al., 2019).
Figura 18. Balsa y estación de filtrado mediante anillas en planta piloto del proyecto de reutilización de aguas regeneradas en olivar REUTIVAR (www.reutivar.eu)
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2. Tecnología de producción
6. Conclusiones finales El sector de la agricultura de regadío ha experimentado numerosos cambios en las últimas décadas, orientados hacia la búsqueda de una agricultura más productiva y rentable. La modernización del regadío, el auge del riego localizado en detrimento del riego por superficie, la revolución tecnológica protagonizada por la tecnificación del riego y la llegada masiva de los sensores al campo, unido al impulso de las energías renovables en la agricultura de regadío, representan los avances más recientes y los nuevos retos en este sector. El objetivo final es siempre asegurar la producción agrícola, sin poner en riesgo la calidad, pero considerando la preservación de los recursos agua y energía, apostando por una agricultura más sostenible. Sin duda, aunque aún queda mucho camino por andar, el presente y futuro de la agricultura de regadío, como sector clave en la economía mundial, está marcado por la tecnificación y especialización del sector, lo cual se basa y requiere de una fuerte apuesta por la I+D+i siempre encaminada a la optimización en el uso de los recursos y a la economía circular.
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2.9. Riego
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2. Tecnología de producción
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