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Este sistema cuenta de una red de emisores autocompensantes, contadores inteligentes, válvula reguladora de presión en cada sector y sondas para la medida de la humedad en suelo

Hacia el riego de precisión en el cultivo de la fresa

J. García; M. Martín; E. Camacho; J.A. Rodríguez; y P. Montesinos (Dep. de Agronomía, Área de Ingeniería Hidráulica. Universidad de Córdoba)

06/06/2014

España es el principal productor de fresa (Fragaria x ananassa) fresca de Europa, con una producción cercana a las 300.000 t/año. Esta producción se concentra en la provincia de Huelva, destinándose el 95% de la misma a mercados internacionales que requieren cada vez más que la producción se realice con un mínimo impacto ambiental.

Las circunstancias productivas y de mercado de este cultivo requieren un uso eficiente del agua, de forma que cada planta reciba la cantidad que necesita en el momento adecuado. Para ello es necesario disponer de un sistema de riego de precisión que aplique el agua de forma uniforme en toda la parcela, mediante pulsos de riego de duración variable a lo largo de la campaña, de modo que el agua se mantenga en los primeros 30 cm del suelo, evitando la percolación. Para asegurar un uso eficiente del agua en la fresa, se ha diseñado un protocolo que incluye la monitorización del uso del agua de riego en las explotaciones mediante indicadores de gestión, técnicas de modelización del movimiento del agua en el suelo, para detectar la duración óptima de los pulsos de riego, y la instalación de sistemas de riego de precisión.

El sistema de riego de precisión está compuesto por una red de emisores autocompensantes (antisucción y antidrenantes), contadores inteligentes, válvula reguladora de presión en cada sector y sondas para la medida de la humedad en el suelo. Mediante un programador de riego se corrige a escala (diaria o semanal) la duración y el número de pulsos de riego en función de la información climática, de las necesidades de fertilización y de los registros de los sensores de humedad. Gracias a una aplicación ad hoc (para diferentes tipos de soporte PC, móvil, tableta) el agricultor recibirá las recomendaciones de riego.

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Introducción

El cultivo intensivo de fresa, que se desarrolla en macrotúneles de plástico sobre lomos acolchados, demanda volúmenes importantes de agua para satisfacer las necesidades hídricas del cultivo así como para labores de preparación del suelo o alomado y riego de apoyo en la fase de plantación. Esta actividad agraria intensiva aparte de sus incuestionables beneficios económicos y sociales en su entorno, provoca importantes impactos medioambientales que se agravan en casos de zonas ambientalmente sensibles como el Parque Nacional de Doñana, siendo el agua el principal recurso afectado por la interacción cultivo-entorno natural.

El objetivo principal de este trabajo es desarrollar un sistema integral de riego de precisión para el cultivo de fresa que permita aplicar el volumen de agua necesario en el momento adecuado, disminuyendo de esta forma tanto el volumen de las extracciones de agua como de retornos contaminados a los acuíferos.

Materiales y métodos

El sistema diseñado (Fig. 1), contempla la monitorización del uso del agua de riego en las explotaciones mediante indicadores de gestión, técnicas de modelización del movimiento del agua en el suelo para detectar la duración óptima de los pulsos de riego (pulso efectivo), y la instalación de nuevas tecnologías aplicadas al riego.
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Fig. 1: Esquema del sistema integral de riego de precisión.

Indicadores de gestión

La aplicación de indicadores de gestión permite evaluar el manejo del agua de riego llevado a cabo en cada finca y conocer el impacto de las medidas de mejora implementadas. Mediante el uso de indicadores específicos como el Suministro Relativo de Agua (RIS), agua aplicada y consumida en m3/ha, huella hídrica (agua usada en la producción en m3/kg), entre otros (Malano y Burton, 2001; Rodríguez Díaz, 2003) se pueden identificar las buenas prácticas de riego así como detectar ineficiencias en el riego.

Programación del riego

Para mejorar el manejo de agua de riego, es necesario conocer los requerimientos de agua del cultivo y el movimiento del agua a través del lomo. Los suelos dedicados a fresa son suelos con más de un 85% de arena lo que dificulta el manejo del riego. Por ello es recomendable que el riego se aplique en pulsos, aunque la duración de los mismos está basada únicamente en la experiencia del agricultor. Las simulaciones llevadas a cabo mediante un modelo suelo-planta-agua permitirán definir la duración óptima de los pulsos de riego para cada tipo de suelo y definir una programación óptima del riego. La idoneidad del diseño hidráulico se evalúa con Epanet (simulador de redes de riego a presión) (Rossman, 2000).
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Riego de precisión

La programación del riego se basa en la serie de datos climáticos de la estación meteorológica de la zona que se corrigen diariamente con los datos registrados por una parte, en la estación agroclimática instalada en una parcela de ensayo, compuesta de un piranómetro de silicio que registra radiación solar fuera y dentro del macrotúnel y un sensor de temperatura dentro del túnel, y por otra con los datos de sondas de humedad capacitivas (FDR), instaladas a tres profundidades (12, 24 y 40 cm) para controlar el frente de humedad o bulbo húmedo en el lomo). Los sensores de ambos equipos están conectados a un datalogger que registra los datos cada 15 minutos (Fig. 2)

La dosis de agua se aplica mediante un sistema de riego de precisión basado en un diseño hidráulico óptimo de la red y la selección de los emisores más adecuados, resultantes de la evaluación en laboratorio, bajo condiciones controladas de presión, de un conjunto de emisores (cintas de riego de medio caudal y bajo caudal, goteros autocompensantes, antisucción y antidrenantes) que se recogen en la Tabla1.

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Fig. 2: Elementos tecnológicos del sistema de riego de precisión

Se ha diseñado un sector de riego para cada tipo de emisor controlado con una electroválvula en cabecera con piloto de tres vías que permite reducir o mantener/aliviar la presión aguas abajo (Fig. 2). Las electroválvulas están conectadas a un programador de riego (permite el control del riego por tiempo o volumen, fertilización, pH, telegestión de datos vía PC o teléfono móvil), que permite aplicar la dosis de riego establecida.

Cada sector dispone de un contador inteligente con sensor electrónico que detecta el giro de la única pieza móvil (turbina) y envía la señal a un microprocesador que interpreta y comunica la información en formato digital. Esta información queda almacenada en la memoria del equipo indicando cuándo y cuánta agua se consume en cada evento de riego.

Una aplicación ad hoc (para diferentes tipos de soporte PC, móvil, tableta) permitirá al agricultor visualizar el funcionamiento del sistema o bien modificar alguno de sus parámetros como duración de pulso de riego, número de pulsos, etc.

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Tabla 1: Emisores de agua seleccionados.

Resultados y discusión

El sistema de riego más generalizado en las zonas productoras de fresa son las cintas de riego, dispositivos de riego no compensantes respecto a la presión. En condiciones de escaso control de presión y caudal, las cintas aplican volúmenes de agua fuera del rango establecido por los fabricantes. Así mismo, su propio diseño hidráulico provoca procesos de succión al final de cada evento de riego, favoreciendo el atascamiento de emisores y disminuyendo la uniformidad de la distribución del agua y por tanto del rendimiento de aplicación a lo largo de la campaña de riego (Burt et al., 1997). Para evaluar la influencia del atascamiento en la uniformidad y en el rendimiento de aplicación, se ha simulado con EPANET un sector tipo con cinta de riego obteniéndose, cuando están atascados el 5% de los emisores, una uniformidad del 80% y un rendimiento de aplicación del 60%, si el atascamiento alcanza el 10%, la uniformidad baja al 67,5% y el rendimiento baja hasta el 42% (Martín et al, 2012).

Así mismo, las cintas se vacían al final de cada evento de riego por lo que siempre hay un volumen de agua no controlado. No son, por tanto, emisores adecuados para aplicar el riego por pulsos.

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Para evitar los problemas detectados en las cintas de riego se han seleccionado emisores de tipo autocompensante, antidrenantes y antisucción, que aplican el caudal nominal en un amplio intervalo de presiones, así como mantienen el sistema en carga y evitan procesos de succión y por tanto la acumulación de elementos que atasquen los emisores. Por esta razón mantienen niveles adecuados de uniformidad y del rendimiento de aplicación a lo largo de la campaña. Este tipo de emisores permite aplicar el volumen de agua deseado en el momento adecuado, por lo que resultan idóneos para el manejo de riego por pulsos. Sus características principales se muestran en la tabla 1.

El sistema de riego de precisión descrito en este trabajo aplica de forma integral diversas tecnologías relativas a la medición de las variables del balance de humedad del suelo en tiempo real, con emisores de agua de precisión y tecnologías de control del proceso de riego, de modelización del movimiento del agua en el suelo y del sistema de riego, con indicadores de gestión que evalúan el manejo del agua entre campañas, detectando problemas y cuantificando las mejoras.

Referencias bibliográficas

  • Burt, CM., Clemmens, A.J., Strelkoff, T.S., Solomon, K.H., Bliesner R.D., Howell T.A. y Eisenhauer, D.E. 1997. Irrigation performance measures: efficiency and uniformity. J. Irrig. Drain. Div., ASCE, 123 (6): 423-442.
  • García Morillo, J., Montesinos, P., Rodríguez Díaz, J.A. y Camacho, E. 2012. Hacia la sostenibilidad en el cultivo de fresa: demanda real de riego y posibilidades de mejora. Agricultura, número 952: 436-440.
  • Malano, H. y Burton, M. 2001. “Guidelines for benchmarking performance in the irrigation and drainage sector.” Int. Programme for Technology and Research in Irrigation and Drainage, FAO, Roma.
  • Martín, M., Montesinos, P., García Morillo, J., Rodríguez Díaz, J.A. y Camacho, E. 2013. Influencia de los emisores de riego en la sostenibilidad del uso del agua en el entorno del parque natural de Doñana. Actas del XXXI Congreso Nacional de Riegos, C-1: 120-131.
  • Rodríguez Díaz, J.A. 2003. Análisis de la gestión del agua de riego y aplicación de las técnicas de benchmarking a las zonas regables de Andalucía, Tesis Doctoral, Universidad de Córdoba.
  • Rossman, L. A. 2000. EPANET 2. Users manual. US Environmental Protection Agency (EPA). USA.

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