Riego deficitario para la producción sustentable de zonas semiáridas

(1)

Riego deficitario para la producción

sustentable de zonas semiáridas

Nicolás Franck Seminario:

“Innovaciones sustentables para la agricultura de secano Chileno”

Academia Chilena de Ciencias Agronómicas, Santiago, 28 de octubre de 2015

Laboratorio de Adaptación de las Plantas a la Aridez (APA) - Centro de Estudios de Zonas Áridas (CEZA) UNIVERSIDAD DE CHILE

(2)

Estructura:

• Contexto

• Bases teóricas RDC

• Experiencias en frutales

• Reflexiones finales

(3)

(4)

(5)

Contexto

(6)

(7)

Un poco de teoría 0 50 100 150 200 m ay _jun jul _ago _sep _oct _nov _dic _ene _feb ma r ab r ET o ( mm/ me s)

Demanda atmosférica de agua

Ovalle Vicuña Vista Bella

(8)

Ovalle Vicuña Vista Bella 0 0.5 1 0 25 50 75 100 m ay _jun jul _ago _sep _oct _nov _dic _ene _feb ma r ab r ET c ( mm/ dí a)

Demanda del cultivo (vid)

ET c kc

(9)

ET c kc 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 110%

sep oct nov dic ene feb mar

Fr ac ció n d el m áx im o Oferta vs. demanda Caudal Demanda cultivo Caudal Demanda cultivo

(10)

ET c kc 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 110%

sep oct nov dic ene feb mar

Fr ac ció n d el m áx im o Oferta vs. demanda Caudal Demanda cultivo Caudal Demanda cultivo

(11)

CO

₂

CO

₂

H

₂

O

H

₂

O

Azúcar

LUZ

(12)

R² = 0.73 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 -4 -3 -2 -1 0 Co nd uc ta nc ia e sto m átic a (m ol m -2 s _-1 )

Potencial xilemático (MPa)

Sin estrés sequía 35 días Sequía 70 días Sequía 105 días R² = 0.90 0 2 4 6 8 10 12 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 Fo to sín te si s ne ta (µ m ol m -2 s -1 )

Conductacnia estomática (mol m-2_s-1₎

R² = 0.80 2 4 6 8 10 12 -4 -3 -2 -1 0 Fo to sín te sis n eta (µ m ol m -2 s _-1 )

Potencial xilemático (MPa)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

CO

₂

CO

₂

H

₂

O

H

₂

O

Azúcar

LUZ

FOTOSÍNTESIS EUA_i =

(19)

EUA_i = 0% 20% 40% 60% 80% 100% -50% -25% 0% 25% 50% 75% 100% Co nd uc tan ci a e st om át ic a (f ra cc ió n d el m áx im o) Humedad Aprovechable (CDC - PMP) Granado Higuera PMP CDC Mundaca et al. 2013

(20)

0% 20% 40% 60% 80% 100% -50% -25% 0% 25% 50% 75% 100% Co nd uc tan ci a e st om át ic a (f ra cc ió n d el m áx im o) Humedad Aprovechable (CDC - PMP) Granado Higuera PMP CDC FOTOSÍNTESIS EUA_i =

(21)

EUA_i = 0% 20% 40% 60% 80% 100% -50% -25% 0% 25% 50% 75% 100% Co nd uc tan ci a e st om át ic a (f ra cc ió n d el m áx im o) Humedad Aprovechable (CDC - PMP) Granado Higuera PMP CDC Mundaca et al. 2013

(22)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 0.1 0.2 0.3 Fo to sín te si s (µ m ol[ CO 2 ] m -2 s -1 )

Conductancia estomática (mol[H O] m-2_s-1₎

Granado Higuera

FOTOSÍNTESIS

(23)

Conductancia estomática (mol[H₂O] m-2_s-1₎

Granado Higuera

EUA_i =

(24)

EUA_i = 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 0.1 0.2 0.3 Fo to sín te si s (µ m ol[ CO 2 ] m -2 s -1 )

Granado Higuera

(25)

EUA_i =

EUAi = constante?

Conductancia estomática (mol[H₂O] m-2_s-1₎

Granado Higuera

(26)

EUA_i =

EUAi = constante?

Granado Higuera

(27)

EUA_i =

EUAi = constante?

0 2 4 6 8 10 12 14 16 EU A i ( m m ol [C O 2 ]/ m ol [H 2 O ]) R2_{= 0,54 (}_{n = 984)}

*

R2_{= 0,62 (}_{n = 813)} 0 1 2 3 4 5 6 DPV (kPa) Fraúndez et al. 2014

(28)

0 2 4 6 8 10 12 14 0 1 2 3 4 5 6 EU A i n or m ali zd a p or D PV DPV (kPa) Granado Higuera

*

0 2 4 6 8 10 12 14 16 EU A i ( m m ol [C O2 ]/ m ol [H2 O ]) R2_{= 0,54 (}_{n = 984)}

*

R2_{= 0,62 (}_{n = 813)} 0 1 2 3 4 5 6 DPV (kPa) FOTOSÍNTESIS EUA_i = _{𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸}_𝑖𝑖∗ ₌ 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝑖𝑖𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝑖𝑖𝐹𝐹 𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝐹𝐹𝐹𝐹𝑇𝑇𝑖𝑖𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑖𝑖𝐹𝐹𝐹𝐹 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷⁄ Constante!

(29)

CO

₂ CO₂

H

₂

O

H₂O

Azúcar

LUZ

BIOMASA

RE SP IRA CIÓ N

CO

₂

(30)

CO

₂ CO₂

H

₂

O

H₂O

Azúcar

LUZ

BIOMASA

RE SP IRA CIÓ N

CO

₂

(31)

BIOMASA

(32)

BIOMASA

TRANSPIRACIÓN

(33)

𝑊𝑊𝐷𝐷

_{𝐹𝐹𝐹𝐹𝐸𝐸}

=

(𝐵𝐵𝑖𝑖𝐹𝐹𝐵𝐵𝑇𝑇𝐹𝐹𝑇𝑇 + 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝑇𝑇𝑅𝑅𝑇𝑇𝐹𝐹 ) × í𝐹𝐹𝑛𝑛𝑖𝑖𝑇𝑇𝐹𝐹 𝑛𝑛𝐹𝐹 𝑇𝑇𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝑇𝑇 ℎ𝑇𝑇_{𝐸𝐸𝑇𝑇} 𝑇𝑇

0 1 2 3 4 5 6 7 100 300 500 700 900 1100 M at er ia S ec a ( t/ ha) ETc (mm) Vegetativo Reservas Fruta

WP

_Fru

(34)

(35)

EUA agronómica

kg Fruta

m

3

_{de agua regada}

(36)

WP

(37)

WP

_Fru

(38)

WP

_Fru

(39)

WP

_Fru

(40)

EUA agronómica

kg Fruta

m

3

_{de agua regada}

15.000 kg/ha

12.000 m

3 _/ha

= 1,25 kg/m

3

(41)

EUA agronómica

kg Fruta

m

3

_{de agua regada}

15.000 kg/ha

12.000 m

3 _/ha

= 1,25 kg/m

3 12.000 kg/ha

6.000 m

3 _/ha

= 2,00 kg/m

3

(42)

EUA agronómica

kg Fruta

m

3

_{de agua regada}

(43)

EUA agronómica

kg Fruta

m

3

_{de agua regada}

= 1,25 kg/m

3 => 800 m

3 _/ton

= 2,00 kg/m

3 => 500 m

3 _/ton

(44)

R

iego

D

eficitario

C

ontrolado

(

RDC

)

R

iego => menos… pero se sigue regando

D

eficitario => se reduce la cantidad

¿CUÁNTO?

C

ontrolado => en períodos que no afecte mayormente

(45)

R

iego

D

eficitario

C

ontrolado

(

RDC

)

R

iego => menos… pero se sigue regando

D

eficitario => se reduce la cantidad

¿CUÁNTO?

C

ontrolado => en períodos que no afecte mayormente

(46)

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 m3 H 2O h a-1 m es -1 Meses ETc T0 GRANADO

(47)

R² = 0.87 R² = 0.77 R² = 0.75 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 -5 -4 -3 -2 -1 0 gs (m ol m -2 s -1 ) Ψmd (MPa) Olivo Vid Palto

0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 0 50 100 150 Wallberg et al. 2014 Días después de interrupción del riego

(48)

R

iego

D

eficitario

C

ontrolado

(

RDC

)

R

iego => menos… pero se sigue regando

D

eficitario => se reduce la cantidad

¿CUÁNTO?

C

ontrolado => en períodos que no afecte mayormente

(49)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0 30 60 90 Va ri ac ió n r es pec to d e r ieg o Días de sequía An gs Fv/Fm F Y e CCI 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0 20 40 60 80 100 Va ri ac ió n r es pec to d e r ieg o Días de sequía An gs Fv/Fm F Y e

R

iego

D

eficitario

C

ontrolado

(

RDC

)

(50)

R

iego

D

eficitario

C

ontrolado

(

RDC

)

NUNCA EN FASE CRÍTICA!!!

500.0 1500.0 2500.0 3500.0 4500.0 5500.0

24-Oct 03-Nov 13-Nov 23-Nov 03-Dic 13-Dic 23-Dic 02-Ene F rut os /m 2 CUAJADO

(51)

R

iego

D

eficitario

C

ontrolado

(

RDC

)

NUNCA EN FASE SENSIBLE DEL CALIBRE!!!

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 0 50 100 150 200 250 Pe so se co fr ut o ( g) ddf Fruto Ecuación etapa 1 Ecuación etapa 2 Ecuación final Valores observados 0 5 10 15 20 25 0 20 40 60 80 100 120 P e so s e co r ac im o ( g) ddpf OLIVO VID Franck et al. 2012

(52)

R

iego

D

eficitario

C

ontrolado

(

RDC

)

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 0 50 100 150 200 250 Pe so se co fr ut o ( g) ddf Fruto Ecuación etapa 1 Ecuación etapa 2 Ecuación final Valores observados 0 5 10 15 20 25 0 20 40 60 80 100 120 P e so s e co r ac im o ( g) ddpf OLIVO VID

¿VENTANAS?

(53)

R

iego

D

eficitario

C

ontrolado

(

RDC

)

Asimilación de C (fotosíntesis) Demanda C (crecimiento y respiración) Flujos de reservas de C

-6 -1 4 9

ago oct dic feb abr

g C H 2O m -2 d ía -1

¿VENTANAS?

Franck et al. 2012

(54)

R

iego

D

eficitario

C

ontrolado

(

RDC

)

-6 -1 4 9

ago oct dic feb abr

g C H 2O m -2 d ía -1

¿VENTANAS?

(55)

R

iego

D

eficitario

C

ontrolado

(

RDC

)

-6 -1 4 9

ago oct dic feb abr

g C H 2O m -2 d ía -1

OJO CON RESRERVAS!!!

(56)

EUA agronómica

kg Fruta

m

3

_{de agua regada}

R

iego

D

eficitario

C

ontrolado

(

RDC

)

OJO CON RESRERVAS!!!

Temporada actual… …y las siguientes!

(57)

EUA agronómica

kg Fruta

m

3

_{de agua regada}

R

iego

D

eficitario

C

ontrolado

(

RDC

)

OJO

CON RESRERVAS

Y SITIOS FLORALES!!!

Temporada actual… …y las siguientes!

(58)

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12

24-dic 26-ene 28-feb 2-abr

Co nd uc tan cia es to m át ic a (m ol[ H 2O ] m -2 s -1 ) OLIVO

(59)

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12

24-dic 26-ene 28-feb 2-abr

Co nd uc tan cia es to m át ic a (m ol[ H 2O ] m -2 s -1 ) OLIVO Reducción consumo agua

R

iego

D

eficitario

C

ontrolado

(

RDC

)

(60)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0

5

10 ET

(mm)

Semanas desde brotación

Evolución estacional ETo y ETc

ET o

ET c

RIEGO

(61)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0

5

10 ET

(mm)

Semanas desde brotación

Evolución estacional ETo y ETc

ET o

ET c

Cosecha

RIEGO

(62)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0

5

10 ET

(mm)

Semanas desde brotación

Evolución estacional ETo y ETc

ET o

ET c

AHORRO!

RIEGO

(63)

R

iego

D

eficitario

C

ontrolado

(

RDC

)

R

iego => menos… pero se sigue regando

D

eficitario => se reduce la cantidad

¿CUÁNTO?

C

ontrolado => en períodos que no afecte mayormente

rendimiento y calidad

¿CUÁNDO?

(64)

(65)

(66)

(67)

0 10 20 30 40 5 7 9 11 13 15 17

Control P(-) A(+) P(+) A(+) P(+) A(-) P(-) A(-) N

°R ac im os /p la nt a Re nd im ie nt o ( K/ pl )

Componentes del Rendimiento

Rendimiento (k/planta) N° Racimos

2.5 2.7 2.9 3.1 3.3 3.5 400 410 420 430 440 450 460

Control P(-) A(+) P(+) A(+) P(+) A(-) P(-) A(-)

Pe so b aya s ( g) Pe so R ac im os (g ) Componentes de Calidad

Peso Racimos (g) Peso Bayas

Tratamiento Factor Poda

Factor Ajuste de Carga Control Sin Poda Sin Ajuste

P(-) A(+) Sin Poda Con Ajuste

P(+) A(+) Con Poda Con Ajuste

P(+) A(-) Con Poda Sin Ajuste

P(-) A(-) Sin Poda Sin Ajuste

Poda: 25% IAF Ajuste carga: -40% Ahorro riego: 35%

2,2 2,0 2,0 2,6 3,1

Experiencias en frutales: Uva de mesa

(68)

0 10 20 30 40 5 7 9 11 13 15 17

Control P(-) A(+) P(+) A(+) P(+) A(-) P(-) A(-) N

°R ac im os /p la nt a Re nd im ie nt o ( K/ pl )

Componentes del Rendimiento

Rendimiento (k/planta) N° Racimos

2.5 2.7 2.9 3.1 3.3 3.5 400 410 420 430 440 450 460

Control P(-) A(+) P(+) A(+) P(+) A(-) P(-) A(-)

Pe so b aya s ( g) Pe so R ac im os (g ) Componentes de Calidad

Peso Racimos (g) Peso Bayas

Tratamiento Factor Poda

Factor Ajuste de Carga Control Sin Poda Sin Ajuste

P(-) A(+) Sin Poda Con Ajuste

P(+) A(+) Con Poda Con Ajuste

P(+) A(-) Con Poda Sin Ajuste

P(-) A(-) Sin Poda Sin Ajuste

Poda: 25% IAF Ajuste carga: -40% Ahorro riego: 35%

2,2 2,0 2,0 2,6 3,1

(69)

Figura 1: estado de las plantas el 15 de octubre previo a la implementación de

los tratamientos (A) y de las plantas de los tratamientos T0 (B), H+P- (E) y H-P+ (D) al 11 de marzo de 2014. A B D E Fin riego y poda Tratamiento Riego

pre-cosecha post-cosechaRiego Ác. Húmico Poda

TC 100% ETc 100% ETc NO NO

H+P- 50% ETc NO SI NO

H+P+ 50% ETc NO SI SI

H-P+ 50% ETc NO NO SI

H-P- 50% ETc NO NO NO

(70)

f

Figura 2: Fracción de radiación interceptada (f).2/1 14/1 7/2 11/3 13/5 28/5

0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Fin riego y poda

Figura 3: Potencial hídrico xilemático (Ψ_x).

TC H+P-H+P+ H-P+ H-P-Ψx (M Pa ) 14/1 28/1 14/2 11/2 25/2 11/3 25/3 9/4 30/4 0,0 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 -1,0 -1,2 -1,4 -1,6 -1,8 a b bc c a b a b a b a b a b a b Fin riego y poda

(71)

Figura 6: Concentración de almidón (A) y arginina (B) en las raíces en la etapa

de receso invernal.

Figura 4: Fotosíntesis (P_n) antes y después de la implementación de la poda y la sequía

Figura 5: Conductancia estomática (g_s) antes y después de la implementación de la poda y la sequía TC H+P-H+P+ H-P+ H-P-Pn (µ m ol m -2s -1) 2/1 14/1 28/1 14/2 11/2 25/2 11/3 25/3 9/4 30/4 12 10 8 6 4 2 0 2/1 14/1 28/1 14/2 11/2 25/2 11/3 25/3 9/4 30/4 gs (µ mo lm -2 s -1 ) 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0 a b a b c a ab b c a b c a b c a b c a b c a ab b c a b c a ab b c a b c a b a b c TC H+P- H+P+ H-P+ H-P-A AB B B AB TC H+P- H+P+ H-P+ H-P-(A) (B) Fin riego y poda Fin riego y poda

(72)

Tratamiento Crecimiento Fruto Consumo Riego (m3/ha) Porcentaje Riego

Fase I Fase II Fase III

T0 100% 100% 100% 2.213 100% T1 100% 50% 100% 1.953 88% T2 100% 50% 50% 1.713 77% T3 100% 0% 0% 1.213 55% - 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 T0 T1 T2 T3 Ton/ha Kg/m3 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 T0 T1 T2 T3 Aceite Ton/ha Aceite kg/m3

(73)

(74)

POTENCIAL HÍDRICO Experiencias en frutales: Olivo

(75)

POTENCIAL HÍDRICO Experiencias en frutales: Olivo

(76)

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 11/1/14 2/3/14 21/4/14 10/6/14 30/7/14 co nd uc tan cia e st om át ic a ( m ol m -2 s -1 ) Fecha TC TOE TOH TOO TPE TPH TPO -3.5 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 11/1/14 2/3/14 21/4/14 10/6/14 30/7/14 Po te nc ial x ile m át ic o ( M Pa) Fecha TC TOE TOH TOO TPE TPH TPO

Sin enmienda de suelo

Ácido húmico

Estiércol

Sin poda

Con poda

Control (riego sin poda ni

enmienda)

(77)

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 11/1/14 2/3/14 21/4/14 10/6/14 30/7/14 co nd uc tan cia e st om át ic a ( m ol m -2 s -1 ) Fecha TC TOE TOH TOO TPE TPH TPO -3.5 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 11/1/14 2/3/14 21/4/14 10/6/14 30/7/14 Po te nc ial x ile m át ic o ( M Pa) Fecha TC TOE TOH TOO TPE TPH TPO

Sin enmienda de suelo

Ácido húmico

Estiércol

Sin poda

Con poda

Control (riego sin poda ni

enmienda)

Experiencias en frutales: Palto

(78)

0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 140% 160% 180% 01/01/2014 31/01/2014 02/03/2014 01/04/2014 Co nd uc ta nc ia e sto m átic a re sp ec to d el co ntr ol r eg ad o Fecha AH+ P+ AH+ P-AH- P+ AH- P-Control 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 140% 01/01/2014 31/01/2014 02/03/2014 01/04/2014 Co nd uc ta nc ia e sto m átic a re sp ec to d el co ntr ol r eg ad o Fecha AH+ P+ AH+ P-AH- P+ AH- P-Control

Ácido húmico

Sin enmienda de suelo

Sin poda

Con poda

Experiencias en frutales: uva de mesa

(79)

Ácido húmico

Sin enmienda de suelo

Sin poda

Con poda

(80)

Ácido húmico

Sin enmienda de suelo

Sin poda

Con poda

(81)

Ácido húmico

Sin enmienda de suelo

Sin poda

Con poda

(82)

Experiencias en frutales: Memoria del estrés? FOTOSÍNTESIS Fo to sí nte si s ne ta (µ m ol m -2 s .1) Año anterior

2011

2012

2011

2012

(83)

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 0-30 30-60 60-90 Pr opo rc ió n de ho ja s Rangos angulares T0 T3 Exponencial (T0) Exponencial (T3) 0% 10% 20% 30% 40% 50% 0-30 30-60 60-90 Pr opo rc ió n de ho ja s Rangos angulares T0 T3 Polinómica (T0) Lineal (T3) VID OLIVO qP campo 8 Dic

Olivo Palto Vid

qP 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Riego Estrés

*

Olivo Palto Vid

qN P 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Riego Estrés

* *

(84)

Experiencias en frutales: Memoria del estrés? 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 gs m ax (m ol m -2 s -1 )

Olea europaea

DID IID

*

**

*

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

Vitis vinifera

*

**

0 2 4 6 8 10 12 14 14 21 28 35 42 49 56 63 Pn m ax (µ m ol m -2 s -1 )

Days since onset of second drought

*

**

0 1 2 3 4 5 6 7 8 14 21 28 35 42 49 56 63 Days since onset of second drought

**

*

(85)

Reflexiones finales:

• La sequía estructural que enfrenta Chile requiere el desarrollo urgente de estrategias de manejo agronómico que aumenten la EUA de los sistemas productivos (kg/m3_).

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• La sequía estructural que enfrenta Chile requiere el desarrollo urgente de estrategias de

manejo agronómico que aumenten la EUA de los sistemas productivos (kg/m3_).

• El riego deficitario controlado se presenta como una alternativa efectiva para lograr dicho propósito si se consideran las épocas y niveles de restricción que optimicen el sistema productivo en el corto y largo plazo: sin afectar rendimiento de la temporada siguiente, en épocas que permitan mayor ahorro, secado parcial de raíces...

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• Esto requiere de estudios bajo las condiciones específicas de Chile considerando las principales combinaciones especie x suelo x clima.

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• Se requiere el desarrollo de herramientas de monitoreo que sean fáciles de implementar y adoptar por los agricultores.

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• Además del RDC se requiere el desarrollo de estrategias de riego que permitan aumentar la resiliencia de los sistemas productivos a sequías severas (manejo combinado de copa y suelo, “memoria del estrés”?).

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• Las interacciones agua-suelo-nutrientes–sales, y el desarrollo de genotipos adaptados a las condiciones de sequía específicos del país son desafíos que debemos enfrentar.

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• Las interacciones agua-suelo-nutrientes–sales, y el desarrollo de genotipos adaptados a las condiciones de sequía específicos del país son desafíos que debemos enfrentar.

• Estas estrategias de RDC deben insertarse en una estrategia que aborde el sistema completo: reduciendo las pérdidas de agua y aumentando su captura, reciclaje y almacenamiento e incluyendo los impactos económicos, ambientales y sociales.