Técnicas de teledetección aplicadas a la mejora de la ... de... · La gestión de los recursos...

Técnicas de teledetección aplicadas a la mejora de

la gestión del agua en remolacha

Valladolid, Junio 2013

Ignacio Lorite Torres

Cristina Santos Rufo

IFAPA Alameda del Obispo (Córdoba)

La gestión de los recursos hídricos es un componente esencial en el manejo

de los cultivos

Técnicas de teledetección aplicadas a la mejora de la gestión del agua en remolacha

Introducción

Para llevar a cabo una gestión correcta del riego es preciso tener caracterizado

el sistema de forma precisa

Sin embargo conseguir una caracterización correcta no es fácil, especialmente

en grandes y/o heterogéneas zonas regables

Nuevas tecnologías como la teledetección pueden contribuir de manera decisiva

en este proceso de caracterización y mejora de los sistemas de regadío


Las técnicas de teledetección consisten en el empleo de sensores remotos

para caracterizar la superficie terrestre

Estos sensores pueden ser aerotransportados o instalados en satélites

La serie de satélites Landsat (gestionados por NASA) son en la actualidad

las plataformas más empleadas en agricultura

Introducción

La teledetección permite la identificación de parámetros básicos para la

programación de riegos de una forma precisa y económica

La integración de la teledetección con modelos de simulación permite

solventar las limitaciones de esta técnica


Información suministrada por los satélites de la serie Landsat

Landsat 7

Landsat 8

Resolución espacial: 30 m / 60 m

Resolución temporal: 16 días

Resolución espacial: 30 m / 100 m

Resolución temporal: 16 días

Inicio de toma de imágenes: 30 de Mayo de 2013

Serie Landsat

Landsat 26/8/2002 MODIS 26/8/2002

La resolución espacial limita el uso de la

teledetección en parcelas de tamaño reducido

La resolución temporal reduce la calidad de la

caracterización en sistemas dinámicos

La evapotranspiración (ET) de los cultivos es el componente principal para

estimar las necesidades hídricas de los mismos y aplicar así el riego en la

cuantía y momento adecuados


Modelos de balance de energía

METRIC

La evapotranspiración engloba la evaporación desde el suelo y la transpiración

de las plantas

El modelo METRIC fue desarrollado por la Universidad de Idaho (EEUU) y

permite la determinación de la evapotranspiración real de los cultivos

empleando técnicas de teledetección

METRIC ha sido calibrado y validado para las condiciones regionales del Valle

del Guadalquivir por IFAPA en coordinación con la Universidad de Idaho

La evapotranspiración (ET) es calculada como un “residuo” del balance de energía

R n

ET = Rn - G - H

G (Calor al suelo)

H (Calor a la atmósfera) ET

(Radiación desde el sol y la atmósfera)


Fundamentos del modelo

METRIC

Remolacha

Lisímetro METRIC

Medida lis í metro Estimaci ó n METRIC

0

100

200

300

400

500

600

700

800

4/1

/89

4/1

5/8

9

4/2

9/8

9

5/1

3/8

9

5/2

7/8

9

6/1

0/8

9

6/2

4/8

9

7/8

/89

7/2

2/8

9

8/5

/89

8/1

9/8

9

9/2

/89

9/1

6/8

9

9/3

0/8

9

Error = 2.5%


0

100

200

300

400

500

600

700

800

4/1

/89

4/1

5/8

9

4/2

9/8

9

5/1

3/8

9

5/2

7/8

9

6/1

0/8

9

6/2

4/8

9

7/8

/89

7/2

2/8

9

8/5

/89

8/1

9/8

9

9/2

/89

9/1

6/8

9

9/3

0/8

9

Error = 2.5%


0

100

200

300

400

500

600

700

800

4/1

/89

4/1

5/8

9

4/2

9/8

9

5/1

3/8

9

5/2

7/8

9

6/1

0/8

9

6/2

4/8

9

7/8

/89

7/2

2/8

9

8/5

/89

8/1

9/8

9

9/2

/89

9/1

6/8

9

9/3

0/8

9

Error = 2.5%

ET acumulada (1989)

ET

(m

m)


METRIC

Validación

Allen et al., 2007a,b

Principales zonas regables en Idaho

Idaho ET estacional para el sur de Idaho (Snake River)

Mejora de la gestión del riego en la cuenca del Snake River (Idaho)

Aplicaciones del modelo METRIC en Estados Unidos


Mejora de la gestión del riego en la cuenca del Snake River (Idaho)

Aplicaciones del modelo METRIC en Estados Unidos


Cuantificación de extracción de acuíferos

Identificación de variabilidad en el manejo de los cultivos

Balance de agua a nivel de cuenca

beet kc

60 100 140 180 220 260 3000.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

S.Beet

Kc

100 140 180 220 260 300 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

60 Day of Year

516 parcelas

Coeficientes de cultivo

Remolacha (516 parcelas)

Aplicaciones en Estados Unidos


Allen et al., 2007a,b


Modelos de balance de agua

LORMOD

Capa más profunda

TCapas intermedias

Zona radicular

Filtración profunda

T

Circulación

entre capas

Capa superficial

TLL R E

EscCirculación

entre capas

Capa más profunda

TCapas intermedias

Zona radicular


T

Circulación

entre capas

Capa superficial

TLL R E

EscCirculación

entre capas

Capa más profunda

T

Capas intermedias

Zona radicular


T

Circulación

entre capas

Capa superficial

TLL R E

EscCirculación

entre capas

Capa más profunda

TCapas intermedias

Zona radicular


T

Circulación

entre capas

Capa superficial

TLL R E

EscCirculación

entre capas

Capa más profunda

TCapas intermedias

Zona radicular


T

Circulación

entre capas

Capa superficial

TLL R E

EscCirculación

entre capas

Capa más profunda

TCapas intermedias

Zona radicular


T

Circulación

entre capas

Capa superficial

TLL R E

EscCirculación

entre capas

Capa más profunda

T

Capas intermedias

Zona radicular


T

Circulación

entre capas

Capa superficial

TLL R E

EscCirculación

entre capas

Lorite et al., 2004a,b

Modelo de balance de agua con circulación en cascada desarrollado por

IFAPA, Universidad de Córdoba y CSIC para la programación de riegos


Integración de técnicas de teledetección y modelos de balance de agua

METRIC + LORMOD Imágenes

Landsat 7 / 8 Datos climáticos Registros de

volumen real

aplicado en

parcela

Módulo de

volumen

aplicado/

eficiencia

Curvas de Kc act

envolventes

(máximos)

Curvas Kcb

generales

Suelo

Datos climáticos

Prácticas de

riego

ET

estacional

Kc act

Mapas de ET

diaria

METRIC

LORMOD

Módulo

de riego

Módulo

de riego

¿Imagen

Landsat?

Déficit de

agua en el

suelo según

el modelo

de

simulación

Sí No Déficit de

agua en el

suelo

utilizando

Kc act de

METRIC

Calendario

de riego

estándar

Nuevos

calendarios

de riego Santos et al., 2008

http://www.juntadeandalucia.es/innovacioncienciayempresa/ifapa/ria/servlet/FrontController

(mm/d)

ET

0.0

2.1

4.2

6.3

8.4Valle del Guadalquivir


Aplicaciones en el sur de España

Mejora de la gestión del riego en el Valle del Guadalquivir

Remolacha

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,415/1

1/2

004

15/1

2/2

004

15/0

1/2

005

15/0

2/2

005

15/0

3/2

005

15/0

4/2

005

15/0

5/2

005

15/0

6/2

005

15/0

7/2

005

FAO 56

Kc


Santos et al., 2008


Coeficientes de cultivo para remolacha en la Zona Regable del Genil - Cabra

CULTIVO Nº

PARCELAS METRIC

(mm)

FAO

(mm)

ALGODÓN 75 560 733

MAÍZ 33 663 738

AJO 13 548 497

REMOLACHA 24 882 730


Santos et al., 2008


Calendarios de riego

Las necesidades de riego de los cultivos variaron según la metodología de

cálculo empleada:

En remolacha la integración con METRIC mostró que el cultivo requería más

agua de la indicada por el calendario estándar con FAO (21%).

Las mayores necesidades fueron debidas al retraso en el ciclo producido por las

heladas ocurridas en invierno de 2005

Remolacha

0

200

400

600

800

1000

1200

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Número de parcela

Necesid

ad

es d

e r

ieg

o (

mm

)

Integración METRIC

FAO


Santos et al., 2008


Calendarios de riego

Específicamente en remolacha, empleando FAO se infra-estimaron las

necesidades de riego del cultivo:

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Eficiencia de riego

Fre

cu

en

cia

ac

um

ula

da Algodón

Maíz

Remolacha

Ajo

CULTIVO GLOBAL ASPERSIÓN GOTEO

ALGODÓN 0.72 0.71 0.75

MAÍZ 0.76 0.70 0.80

AJO 0.82 0.82 -

REMOLACHA 0.90 0.90 -

MEDIA 0.77 0.75 0.77


Santos et al., 2008


Eficiencia de riego

aplic Vol

PeETriego de Eficiencia

La remolacha en ZRGC presentó

los valores más elevados con

valores en torno a 0.9

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Volumen de riego aplicado en parcela (m3/ha)

Vo

lum

en

de

rie

go

es

tim

ad

o c

on

ME

TR

IC (

m3/h

a)

Algodón

Maíz

Remolacha

Ajo

Errores en la estimación de alrededor del 15%


Santos et al., 2008


Volumen de riego aplicado en parcela

media Eficiencia

PeETaplicado riego deVolumen

ARIS (Annual Relative Irrigation Supply; Aporte relativo anual de riego)

cultivo elpor demandado riego de anualVolumen

aplicado riego de anualVolumen ARIS

IWP (Irrigation Water Productivity; Productividad del agua de riego)

aplicado riego de anualVolumen

riego al debida agrícola producción la de valor elen IncrementoIWP (€/m3)


Indicadores de calidad del riego


0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

Ajo Maíz Trigo Algodón Girasol Remolacha

AR

IS

ARIS (M+L)

ARIS (ENV_M)

ARIS (FAO)

Para remolacha se aprecian diferencias muy significativas en el indicador ARIS

según la metodología empleada para su cálculo


Santos et al., 2010


ARIS

IWP

METRIC

IWP

METRIC (*)

(€/m3) (€/m3)

Ajo 2,97 3,00

Maíz 0,21 0,21

Trigo 0,38 0,21

Algodón 0,41 0,43

Remolacha 0,47 0,43



Productividad del agua de riego

Santos et al., 2010

Exceptuando el cultivo del ajo, la remolacha presentó los valores más altos de

productividad del agua de riego en la ZRGC:

Parcelas Cosecha real

media (kg/ha)

Cosecha estimada

media (kg/ha)

Error

Medio

(%)

RMSE

(kg/ha)

Ajo 2 17000 15402,29 9,4 -

Algodón 13 4504,77 4449,23 8,72 480

Cebolla 2 24537 27487,25 14,79 -

Maíz 6 11840,5 12398,09 11,57 1610

Remolacha 25 67409,08 73050,47 16,48 12332

Trigo 12 4955,83 5393,76 15,07 802



Cosecha estimada

Santos et al., 2010

Empleando la integración METRIC+LORMOD se obtuvieron valores relativamente

precisos en la estimación de cosecha:

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

15

/10

/04

15

/11

/04

15

/12

/04

15

/01

/05

15

/02

/05

15

/03

/05

15

/04

/05

15

/05

/05

15

/06

/05

15

/07

/05

15

/08

/05

15

/09

/05

15

/10

/05

ET

re

lati

va

(E

T D

ef)

Remolacha

Algodón

Ajo

Girasol

Maíz

Trigo


Santos et al., 2008


Determinación de estrés

Igualmente la integración METRIC+LORMOD permitió identificar la evolución del

estrés de los cultivos:


Aplicaciones en Castilla y León

Evapotranspiración a escala regional

K c ET c



Evapotranspiración a escala comarcal

K c ET c

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30

Coeficientes de cultivo

Fre

cu

en

cia

acu

mu

lad

a

16 Julio 2010

1 Agosto 2010



Variabilidad en la evapotranspiración

Consecuencias sobre la programación de riegos

16/7/2010 1/8/2010



Índices de vegetación a escala de parcela



Evapotranspiración a escala de parcela

Consecuencias sobre la gestión del riego en parcela

16/7/2010 1/8/2010



Sistema de alerta al gestor / técnico

Problemas de

uniformidad de riego

Déficit hídrico

moderado

Déficit hídrico

severo


Acciones futuras


Desarrollo de una aplicación global centrada en el asesoramiento integral al

regante de remolacha (y otros cultivos de regadío) en Castilla y León:

Programación de riegos en tiempo real

Identificación de estrés

Uniformidad del cultivo en parcela

Calendarios de riego específicos a nivel de parcela integrando técnicas de

teledetección y modelización para la maximización de cosecha y

productividad del agua de riego

Implantación de un Sistema de Información Geográfica integrando un

servicio de alerta con la información facilitada por las técnicas de

teledetección y modelización


Conclusiones

Las técnicas de teledetección han demostrado su gran utilidad para la

mejora de la gestión del riego en diferentes zonas del mundo

La integración de técnicas de teledetección con modelos de simulación

permiten obtener una herramienta global de asesoramiento al regante

superando las limitaciones presentes en otras metodologías

Una correcta gestión de los recursos hídricos permitirá incrementar los

rendimientos y la productividad del agua de riego en el cultivo de la

remolacha

La coordinación entre AIMCRA y organismos de investigación como IFAPA

permitirá realizar una labor de transferencia más efectiva

Técnicas de teledetección aplicadas a la mejora de

la gestión del agua en remolacha

Valladolid, Junio 2013

Ignacio Lorite Torres

Cristina Santos Rufo

IFAPA Alameda del Obispo (Córdoba)

Muchas gracias por su atención

Técnicas de teledetección aplicadas a la mejora de la ... de... · La gestión de los recursos...

Documents

Transcript of Técnicas de teledetección aplicadas a la mejora de la ... de... · La gestión de los recursos...