Estrategias agronómicas para afrontar la escasez hídrica e incrementar la sostenibilidad del mandarino en condiciones semiáridas
[SPA] Esta tesis doctoral se presenta bajo la modalidad de compendio de publicaciones. La agricultura de regadío en zonas de clima mediterráneo semiárido como el sudeste de España se enfrenta a un complejo desafío. Por un lado, la disponibilidad hídrica actual ha inducido a que la producción de cultivos leñosos, como el mandarino, generalmente se realice bajo condiciones de infradotación hídrica. Por otro lado, las proyecciones indican que, por efecto del cambio climático, la escasez de agua se acentuará al menos en un 30% para finales de este siglo. Sumado a esto, diversas investigaciones señalan que la agricultura tradicional intensiva como los monocultivos leñosos, puede tener diversas implicaciones negativas sobre el medioambiente, como la degradación del suelo, emisión de gases de efecto invernadero, contaminación de acuíferos, disminución del hábitat de diversas especies, y disminuir la sensibilidad de plagas y enfermedades a métodos de control químicos. Considerando que la escasez hídrica es uno de los principales factores que limitan el desarrollo de una agricultura sostenible, se planteó el objetivo de incrementar la productividad del agua y sostenibilidad basándose en tres ejes principales: (i) la delimitación más precisa de los períodos en los que el cultivo del mandarino es menos sensible al déficit hídrico; (ii) la exploración de nuevos indicadores para incrementar la eficiencia en la programación del riego; y (iii) la evaluación del efecto del acolchado geotextil y la implementación de sistemas de cultivo diversificados sobre el estado hídrico del cultivo, como alternativa para incrementar la sostenibilidad medioambiental, bajo distintos escenarios de disponibilidad de agua. Para responder a estos objetivos, se realizaron tres ensayos independientes en una finca comercial de mandarinos adultos ‘Clemenvilla’ ubicada en la Región de Murcia (España) durante tres temporadas consecutivas. En el artículo 1 del presente compendio, se evalúo la respuesta del cultivo y la sensibilidad de varios indicadores frente a un déficit hídrico durante las fases de crecimiento del fruto con especial énfasis en la segunda, dado que, al ocurrir en los meses de verano presenta un mayor potencial para incrementar la eficiencia de uso del agua. Los resultados permitieron concluir que es posible incrementar hasta un 63% la productividad del agua, mediante una estrategia de riego deficitario controlado desde el inicio de la fase II de crecimiento del fruto hasta alcanzar un 60% de su tamaño final, obteniendo un umbral de riego de −1.8 MPa de potencial hídrico de tallo a mediodía (ΨS) y una integral de estrés hídrico de 28 MPa día para dicho período. Asimismo, se desarrolló un nuevo indicador, denominado VIRI, basado en la reflectancia de las hojas con similar sensibilidad a ΨS y el contenido de agua en el suelo, y se determinó que las longitudes de onda en la región infrarroja de onda corta entre 1540 y 1740 nm permiten diferenciar el estado hídrico entre árboles sin limitaciones hídricas y bajo un estrés moderado a severo, por lo que, podrían considerarse como una base inicial para evaluar el estado hídrico de mandarinos mediante teledetección, incrementando la resolución temporal y espacial de la monitorización del cultivo. En el artículo 2 se estudió el efecto del acolchado geotextil sobre la respuesta agronómica y fisiológica del mandarino, junto a la conservación del agua en el suelo y la productividad del agua, bajo diferentes escenarios de disponibilidad hídrica: sin limitaciones, con riego deficitario sostenido y otros con un déficit hídrico adicional durante la fase II de crecimiento del fruto. De esta forma, la rafia de polipropileno negra fue una herramienta útil para enfrentar la escasez hídrica e incrementar la productividad del agua hasta un 35%, dado que redujo estrés hídrico en un 18% por una mayor conservación del agua del suelo, incrementando ΨS y el intercambio gaseoso foliar de los árboles. Finalmente, en el artículo 3, las estrategias de riego deficitario evaluadas en el artículo 2 se replicaron para evaluar el efecto de dos sistemas de cultivo diversificados con cultivos entre las hileras de árboles, sobre el estado hídrico del mandarino en comparación con el monocultivo tradicional. Curiosamente, la implementación de cultivos secundarios durante invierno y primavera redujo la intensidad del estrés hídrico del mandarino en un 26%, mientras que cuando se establecieron en verano, se incrementó en un 60-144 %. Ambas diversificaciones requirieron una mayor cantidad de agua que el monocultivo, que pudo solventarse reduciendo el riego de los mandarinos, pero se indujo un incremento en la intensidad de estrés hídrico de los árboles. El rendimiento no se afectó por los sistemas de cultivo diversificados, pero se redujo en un 30% cuando se aplicó el déficit hídrico adicional. Las estrategias de riego deficitario evaluadas permitieron incrementar significativamente la productividad del agua para disminuir la presión por los recursos hídricos sin afectar el rendimiento ni la calidad de los frutos. Y, aunque el cultivo sea sometido a un estrés hídrico, este puede ser minorizado mediante el uso de acolchado o incluso con la incorporación de cultivos secundarios en el invierno, que además permiten incrementar la sostenibilidad ambiental de la actividad, pero que en las condiciones actuales de disponibilidad hídrica probablemente no sean viables, dado que requirieron una mayor cantidad de agua que el monocultivo. [ENG] This doctoral dissertation has been presented in the form of thesis by publication. Irrigated agriculture in semi-arid Mediterranean climate areas such as the south-eastern of Spain faces a complex challenge. On the one hand, current wáter availability has led to the woody crops production, such as mandarin trees, generally being cultivated in conditions of water deficit. On the other hand, projections indicate that, due to climate change, water scarcity will increase by at least 30% by the end of this century. In addition, several studies indicate that intensive traditional agriculture, such as monocultures, could have several adverse effects on the environment, such as soil degradation, greenhouse gas emissions, aquifer contamination, habitat reduction of various species and decreased sensitivity of pests and diseases to chemical control methods. Since water scarcity is one of the main factors limiting the development of sustainable agriculture, the objective of increasing water productivity and sustainability was proposed based on three main points: (i) the more precise delimitation of the periods in which the mandarin crop is less sensitive to wáter deficit; (ii) the exploration of new indicators to increase efficiency in irrigation scheduling; and (iii) the evaluation of the effect of geotextile mulching and the implementation of diversified cropping systems on crop water status, as an alternative to increase environmental sustainability, under different scenarios of water availability. To achieve these objectives, three independent trials were conducted in a commercial farm of adult mandarin 'Clemenvilla' trees located in the Region of Murcia (Spain) during three seasons. In article 1 of this compendium, the crop response, and the sensitivity of several indicators to deficit irrigation during the fruit growth stages were evaluated, with special emphasis on stage II, given that, as it occurs in summer months, it has a greater potential to increase water productivity. In this sense, the results allowed concluding that it is possible to increase it up to 63% by means of a regulated déficit irrigation strategy from the start of stage II of fruit growth until they reach 60% of their final size, with an irrigation threshold of −1.8 MPa of stem water potential (ΨS) and a cumulative water stress integral of 28 MPa per day for this period. A new indicator, denoted as VIRI, based on leaf reflectance with similar sensitivity to ΨS and soil water content was also developed, and it was found that wavelengths in the shortwave infrared region between 1540 and 1740 nm allow differentiation among trees without water limitations and under moderate to severe stress, so they could be considered as an initial basis for assessing the mandarin trees' water status by remote sensing, increasing the temporal and spatial resolution of crop monitoring. In article 2, the effect of geotextile mulch on the agronomic and physiological response of mandarin trees, as well as soil water conservation and wáter productivity, was assessed under different scenarios of water availability: without water limitations, with sustained deficit irrigation and others with an additional water deficit during stage II of fruit growth. Thus, black polypropylene raffia was a useful tool to cope with water scarcity and increase water productivity by up to 35%, since it reduced water stress by 18% due to greater soil water conservation, increasing ΨS and leaf gas exchange of the trees. Finally, in article 3, the deficit irrigation strategies evaluated in article 2 were replicated to evaluate the effect of two diversified cropping systems with crops between the rows of trees on the water status of mandarin trees compared to traditional monoculture. Interestingly, the implementation of alley crops during winter and spring reduced the water stress intensity of the trees by 26%, while when established in summer, it increased by 60-144%. Both diversifications required more water than the monoculture, which could be compensated by reducing the irrigation of the mandarin trees but induced an increase in their wáter stress intensity. Yield was not affected by the diversified cropping systems but was reduced by 30% when the additional water deficit was applied. The deficit irrigation strategies assessed allowed a significant increase in water productivity to reduce the pressure on water resources without affecting yield or fruit quality. And, although the crop was under water stress, this may be reduced by the use of geotextile mulch or even with the implementation of alley cropping in winter/spring, which also increase the environmental sustainability of the activity, but which under the current conditions of water availability are probably not viable, given that they require a greater amount of water tan monoculture.
Agricultura, Riego, Técnicas de cultivo, Sostenibilidad hídrica, Mandarino
Networked Digital Library of Theses and Dissertations