Efecto del riego deficitario controlado optimizado por etapas, para volúmenes limitados de agua, en el rendimiento y la calidad de la cebada cervecera

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(1)Escuela Técnica Superior de Ingenieros Agrónomos y de Montes de Albacete Departamento de Producción Vegetal y Tecnología Agraria. TESIS DOCTORAL. EFECTO DEL RIEGO DEFICITARIO CONTROLADO OPTIMIZADO POR ETAPAS, PARA VOLÚMENES LIMITADOS DE AGUA, EN EL RENDIMIENTO Y LA CALIDAD DE LA CEBADA CERVECERA. Doctorando: José Jesús Pardo Descalzo Directores de Tesis: Dr. Alfonso Domínguez Padilla Dr. José María Tarjuelo Martín-Benito Albacete, octubre de 2018.

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(3) A mi padre, José, in memoriam.

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(5) AGRADECIMIENTOS.

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(7) Es indudable que la elaboración de esta Tesis Doctoral no sólo ha sido fruto de la dedicación y del trabajo del doctorando, sino también de la ayuda y contribución de muchas más personas (compañeros, familia y amigos) e instituciones que se han visto, directa o indirectamente, involucrados en el desarrollo de este documento. Me gustaría agradecer a la Universidad de Castilla-La Mancha, a la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Agrónomos de Albacete, al Departamento de Producción Vegetal y Tecnología Agraria y al Centro Regional de Estudios del Agua, todos los medios, tanto en equipamiento como en infraestructuras, que han puesto a disposición del grupo de investigación para el progreso de este trabajo. También al Ministerio de Economía, Industria y Competitividad, a la Agencia Estatal de Investigación y al Fondo Europeo de Desarrollo Regional por financiar los proyectos “Riego por aspersión: aplicación del agua, agronomía y flujos de retorno (Ref.: AGL2010-21681-C03-02)”, “Desarrollo e integración de herramientas y metodologías para la mejora del uso del agua y la energía en el regadío (Ref.: AGL2014-59747-C2-1R)” y “Mejora de la eficiencia en el uso de la energía y del agua de riego mediante minilisímetros y riego deficitario (Ref.: AGL2017-82927-C3-3-R)”, que han permitido mi formación de doctorado durante la duración del mismo. De igual manera, agradezco a Intermalta por todo el soporte técnico y material dado durante los ensayos. Agradecer al Centro Integral de Formación Profesional “Aguas Nuevas” y a su personal laboral por su predisposición a ayudar y solucionar eventuales problemas acontecidos durante el desarrollo experimental. Me gustaría demonstrar mi inmensa gratitud a mis dos queridos directores, Dr. Alfonso Domínguez Padilla y Dr. José María Tarjuelo, ejemplos de trabajo, humildad y responsabilidad los cuales me han proporcionado la oportunidad, confianza, apoyo y ánimos para seguir mejorando. De igual manera, a Dr. Bruno César Lellis, compañero de fatigas, de jornadas duras e interminables, pero también de alegrías, y a Dr. Ángel Martínez Romero, el cual se ha implicado, participado y orientado en sobremanera, siempre desinteresadamente. No podría dejar de agradecer a todo el equipo humano que forma o ha formado parte del “Centro Regional de Estudios del Agua”-CREA, y en especial a los que “engañé” para que participasen activamente en mi Tesis, Dr. Francisco Aldiel (Diel), Dra. Anna Kelliane Nascimento, Amaro Del Castillo y Dr. Eulogio López..

(8) Aprovecho para expresar toda mi gratitud a mis padres (José y Mª del Carmen) y familiares por todo el cariño, afecto, ayuda, apoyo y comprensión que me han dado durante todos estos años. Tampoco me puedo olvidar de mi otra familia, esos “tunantes”, “Erasmus” y “amigos del barrio”, los cuales son muy importantes en mi vida y con quienes he compartido muchos quebraderos de cabeza y la angustia de algunos malos momentos, pero también muchas alegrías y momentos inolvidables. Por último y no menos importante, es dirigir unas líneas a mi “bicheja”, muchas gracias por ser como eres conmigo, por demostrarme tanto amor, cariño y hacerme tan feliz. Espero que la vida nos brinde muchas y muy buenas cosas juntos. A todos, muchas gracias..

(9) RESUMEN.

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(11) Resumen. A nivel mundial, la cebada (Hordeum vulgare L.) es el duodécimo cultivo en producción y el quinto en superficie cultivada. En España se cultivan 2.800.000 ha de esta especie, produciéndose cerca de 7.000.000 de toneladas de grano. Castilla-La Mancha (CLM) es el segundo productor con el 29% del total nacional, cultivándose 847.793 ha de las que 95.320 ha son en regadío. En condiciones semiáridas como las de CLM, la cebada es un cultivo con unas necesidades relativamente bajas de agua de riego (lámina neta, In = 2.500 m3 ha-1 para un año medio), pudiendo triplicar el rendimiento en regadío frente al secano. No obstante, en la agricultura de regadío actual, el aumento de los costes de producción, especialmente los de la energía eléctrica asociada a los sistemas de riego presurizados, así como la limitación de la disponibilidad de agua en general y de las dotaciones para el riego, están impulsando la necesidad de aplicar técnicas que mejoren la eficiencia del uso del agua de riego, tales como el riego deficitario controlado (RDC), con el fin de asegurar la viabilidad de las explotaciones. Además, la sociedad exige un uso más eficiente y sostenible de los recursos hídricos con el fin de reducir el impacto sobre el medio ambiente. El modelo MOPECO permite establecer estrategias de riego en los cultivos que optimicen el uso del agua. Fue concebido para maximizar el margen bruto de las explotaciones de regadío, al tener en cuenta tanto el volumen de agua como la superficie regable disponible. Para un determinado objetivo de déficit global, o un volumen de agua de riego limitado, calcula la estrategia de riego deficitario controlado optimizado por etapas (ORDI) que maximiza el rendimiento. El objetivo de esta Tesis Doctoral es determinar las estrategias ORDI que maximizan el rendimiento de cebada bajo las condiciones de CLM, para cinco volúmenes de agua de riego (uno sin déficit “SD” y los otros cuatro con distintos volúmenes limitados de agua de riego disponible, que corresponden al 100% “T100”, 90% “T90”, 80% “T80” y 70% “T70” de In), y analizar sus efectos sobre la calidad de las cosechas, la respuesta fisiológica del cultivo, la eficiencia en el uso del agua y la rentabilidad de las explotaciones. El ensayo experimental se llevó a cabo durante las campañas 2015, 2016 y 2017 en Albacete (España). La variedad de cebada cultivada fue “Shakira” con una dosis de siembra de 210 kg ha-1. Se realizaron cuatro repeticiones de cada tratamiento en parcelas de 2,5 x 18,0 m, distribuidas al azar, salvo en los tratamientos sin déficit y el T100 donde.

(12) Resumen. fueron tres. El agua se aplicó mediante un sistema de riego localizado por goteo de marco cuadrado (0,5 m x 0,5 m de separación entre ramales y emisores) dotado de emisores autocompensantes con un caudal nominal de 3,8 L h-1. En cada sector de riego, que corresponde con un tratamiento, se instaló un caudalímetro de pulsos de alta precisión para controlar los volúmenes de agua aplicados. La duración de las etapas de desarrollo del cultivo en grados día acumulados (GDD) se definió a partir de 28 seguimientos fisiológicos de esta especie llevados a cabo por el Servicio Integral de Asesoramiento al Regante de CLM (SIAR) y el Instituto Técnico Agronómico Provincial de Albacete (ITAP) durante los años 2002 a 2013 a lo largo de toda la comunidad autónoma. La calibración del modelo MOPECO se realizó mediante los datos obtenidos en un experimento previo de tres años de duración, y quedó validado en los ensayos llevados a cabo en esta Tesis con un 100% de aciertos con respecto al rendimiento esperado en todos los tratamientos simulados. Los valores del coeficiente de cultivo (Kc) para la zona se dieron por válidos a partir de los datos de evolución del contenido de humedad del suelo registrados por los sensores colocados en las parcelas de seguimiento y los registros de un lisímetro de pesada continua experimental instalado en la campaña de 2017. El lisímetro de pesada de tamaño reducido, utilizado en este trabajo, ha mostrado su eficacia y versatilidad en esta tarea. Como media de los tres años de ensayos, ORDI ha logrado elevados rendimientos para el agua recibida (entre 9.049 kg ha-1 del tratamiento SD y 6.339 kg ha-1 del T70), mejorando la productividad del agua de riego (de 2,75 kg m-3 del SD hasta 3,64 kg m-3 del T80). En consecuencia, se ha reducido la huella hídrica de la cebada, pasando de 581 m3 Mkg-1 del SD a 531 m3 Mkg-1 del T80. El análisis de los resultados ha puesto de manifiesto que, generando la misma producción total en la provincia de Albacete (155.000 toneladas de cebada procedente de regadío) aplicando la estrategia de riego T80 en lugar de la SD, se lograría reducir un 24% las necesidades de agua azul (agua de riego) y, del mismo modo, la componente gris de la huella hídrica, que también se vería beneficiada disminuyendo un 9%. Así, la reducción de la huella hídrica total en la zona rondaría el 9%, aunque sería necesario cultivar 30.500 ha, un 24% más que en la actualidad. Sin embargo, dado que un elevado porcentaje de la superficie regable tiene que dejarse en barbecho o cultivarse con especies de secano como la cebada por no haber agua suficiente, este inconveniente es perfectamente asumible. Por.

(13) Resumen. lo tanto, ORDI es beneficiosa para el medio ambiente y mejora la competitividad de este producto. Cuando la calidad del grano alcanza la categoría de “maltera”, es decir, apto para la elaboración de malta para cerveza, el precio del grano se incrementa una media de un 15%. Déficits hídricos limitados, aplicando ORDI, junto con un abonado nitrogenado orientado a las producciones esperadas, pueden favorecer el tamaño de los granos y su concentración de proteína, mejorando por tanto la aptitud maltera. Durante las tres campañas, todos los tratamientos cumplieron con los requisitos de calidad exigidos por las malterías, tanto a nivel de grano, como de malta y mosto. La metodología no generó diferencias significativas en los parámetros de calidad, aunque en muchos casos, los parámetros medios obtenidos por los tratamientos deficitarios mejoraron a los del tratamiento SD. Los parámetros fisiológicos de los que se realizó un seguimiento fueron la fotosíntesis y la conductancia estomática, poniéndose de manifiesto que el déficit hídrico afecta más rápidamente a este último factor. Además, se recogieron muestras de material vegetal con las que se obtuvieron la evolución de la biomasa y del índice de área foliar, que llegó hasta a 11 m2 m-2 en 2015 para el SD. El análisis de los resultados pone de manifiesto que la metodología ORDI puede ayudar a incrementar la rentabilidad de las explotaciones (hasta 30 € ha-1 año-1 de media con un T80, para los últimos 10 años, en una explotación tipo de 20 ha y 35.000 m3 disponibles, lo que supone un 7% más con respecto a la rentabilidad media de este cultivo en la zona) situadas en zonas con baja disponibilidad hídrica, aunque lo verdaderamente interesante es el impacto económico que puede ocasionar el ahorro de agua en este cultivo al manejarlo mediante ORDI. Sólo en el ámbito de la Unidad Hidrogeológica Mancha Oriental, situada entre las provincias de Cuenca y Albacete, donde se han cultivado unas 15.000 ha año-1 de media de cebada en regadío durante las tres campañas de ensayo de esta Tesis, la repercusión económica del volumen de agua de riego ahorrado y puesto a disposición de otros cultivos más rentables, si se hubiese gestionado toda esa superficie mediante un T80 en lugar de un SD, habría supuesto más de 30 millones de euros..

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(15) ABSTRACT.

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(17) Abstract According to the world production, barley (Hordeum Vulgare L.) is the twelfth crop in production and the fifth in cultivated area. In Spain, 2,800,000 ha of this cultivar are cropped, producing around 7,000,000 tons of grain. Castilla–La Mancha (CLM) is the second producer with 29% of the national total, cultivating 847,793 ha, out of which 95,320 ha are irrigated. Under semi-arid conditions like the ones in CLM, barley is a crop with relatively low irrigation requirements (net irrigation needs, In = 2,500 m3 ha-1 for the climatic conditions of the intermediate typical meteorological year), being able to triple the yield in irrigation as compared with rainfed production. Nevertheless, in nowadays irrigation agriculture, the rising in production costs, especially those of electric energy associated to the pressurized irrigation systems, as well as limitation in water availability in general and allocation for irrigation, are accentuating the need for applying techniques that enhance the water use efficiency, such as Regulated Deficit Irrigation (RDC), in order to ensure farms sustainability. Moreover, society demands a more efficient and sustainable use of the hydrological resources with the purpose of reducing the impact on the environment. The MOPECO model allows establishing irrigating strategies over the crops that optimize the use of water. It was conceived to maximize the gross margin of irrigation farms, taking into account both the volume of water and the available irrigable area. For a specific objective of global deficit, or a limited volume of irrigation water, it calculates the strategy of optimized regulated deficit irrigation (ORDI) that maximizes yield. The aim of this Doctoral Thesis is to determine the ORDI strategies that maximize the yield of barley under CLM conditions, for five irrigation water volumes (one with no deficit “SD”, and the other four with different limited volumes of available irrigation water, which correspond to 100% “T100”, 90% “T90”, 80% “T80”, y 70% of In), and to analyze their effects on the quality of the harvests, the physiological response of the crop, the efficiency in the use of water and the profitability of the farms. The field experiment was carried out during the 2015, 2016 and 2017 campaigns in Albacete (Spain). The variety of barley that was cultivated was “Shakira” with a sowing dose of 210 kg ha1. . Four repetitions of each treatment were made in 2.5 x 18.0 m plots, randomly distributed, except. for treatments with no deficit and T100, where three repetitions were carried out. The water was applied by a square frame drip irrigation system (0.5 x 0.5 m between pipes and emitters) equipped with self-compensating emitters with a 3.8 L h-1 nominal flow. A high accuracy pulse flowmeter was installed in each irrigation sector which corresponded to a treatment, in order to control the water volumes applied. The duration of the crop’s growth stages regarding accumulated growing degrees days (GDD) was defined from 28 physiological monitoring of this cultivar carried out by the “Servicio Integral.

(18) Abstract de Asesoramiento al Regante de CLM” (SIAR) and the” Instituto Técnico Agronómico Provincial de Albacete” (ITAP) during the years 2002 to 2013 throughout the whole region. The calibration of the MOPECO model was carried out using the data obtained from a three-year-long previous experiment, and was validated by the tests carried out in this Thesis with 100% successes with regard to the expected yield in all the treatments that were simulated. The values of the crop coefficient (Kc) for the area were regarded as being valid from the soil humidity content evolution data recorded by sensors, placed at the monitoring plots and from the readings by an experimental weighing lysimeter installed in the 2017 campaign. The compact size weighing lysimeter used in this work has proved its efficiency and versatility in this task. As an average for the three years of trials, ORDI has achieved high yields for the water received (between 9,040 kg ha-1 of the SD treatment and 6,339 ha-1 of the T70), enhancing irrigation water productivity (from 2.75 kg m3 of the SD up to 3.64kg m3 of the T80). Accordingly, the barley water footprint has been reduced, evolving from 581m3 Mkg-1 of the SD to 531m3 Mkg-1 of the T80. The analysis of the results has revealed the fact that, generating the same total production in the province of Albacete (155,000 tons of barley coming from irrigated land) and applying irrigation strategy T80 instead of SD, the need for blue water (irrigation water) would get to be reduced by a 24%, and in the same way, the water footprint grey component as well, which would be benefited by a 9% reduction. Thus, the reduction of the total water footprint in the area would be around 9%, even though it would be necessary to cultivate 30,800 ha, 24% more than the current number. Nevertheless, since a high percentage of the irrigable surface has to be left for fallowing or cultivated with rainfed species such as barley, due to lack of available water, this drawback is perfectly affordable. Therefore not only ORDI is beneficial for the environment but it also improves the competitiveness of this product. When the grain quality reaches the malt category, that is to say, apt for making malt for beer, the price of the grain increases 15% on average. Regulated water deficits, applying ORDI, along with a nitrogenous fertilization orientated towards the expected production, can promote the size of grains and their protein concentration, upgrading thus the malting capacity. During all three campaigns, every treatment fulfilled the quality requirements demanded by malt industry, at grain level, as well as malt and wort. The methodology didn’t make any significant differences on the quality parameters, even though in many cases, the average parameters obtained by deficit treatments overtook those by the SD treatment. The physiological parameters at which a monitoring was carried out were photosynthesis and stomatal conductance, revealing that the water deficit affects this last factor more rapidly..

(19) Abstract Moreover, samples of plant material were gathered, with which the biomass evolution and leaf area index, which reached up to 11m2 m-2 in 2015 for the SD, were obtained. The analysis of the results reveals that the ORDI methodology may help increase the profitability of farms (up to 30 € ha-1 year-1 on average with a T80, for the last ten years, on a type farm of 20 ha and 35,000 m3 available, what means 7% more in respect of the average profitability of this crop in the area) located in low water availability areas, although what is really meaningful is the economic impact that the use of ORDI can have in terms of water saving when dealing with this crop. Just within the scope of the “Unidad Hidrogeológica Mancha Oriental”, located between the provinces of Cuenca and Albacete, where 15,000 ha year-1 of irrigated barley have been cultivated, on average, during the three campaigns of this Thesis, the economic impact of the volume of water saved and made available to be used by other more profitable crops, managing barley with the T80 treatment instead of the SD, would have increased more than 30 million euros the total income in the area..

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(21) Índice General CAPÍTULO 1. LA CEBADA DE REGADÍO EN CASTILLA-LA MANCHA 1.1.. GEOGRAFÍA FÍSICA DE CASTILLA-LA MANCHA ................................... 3. 1.2. GESTIÓN ADMINISTRATIVA DEL AGUA Y EL SECTOR DEL REGADIO EN CASTILLA-LA MANCHA .................................................................................... 5 1.3. LA GESTIÓN DEL AGUA DE RIEGO EN LAS PRINCIPALES ZONAS REGABLES DE CASTILLA-LA MANCHA .............................................................. 8 1.4. MODELO DE OPTIMIZACIÓN ECÓNOMICA DEL AGUA DE RIEGO (MOPECO). ................................................................................................................ 12 1.5.. EL CULTIVO DE LA CEBADA CERVECERA ............................................ 14. 1.6.. OBJETIVOS .................................................................................................... 15. 1.7.. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................. 16. CAPÍTULO 2. CALIBRACIÓN Y VALIDACIÓN DEL MODELO MOPECO PARA EL CULTIVO DE CEBADA 2.1.. INTRODUCCIÓN ........................................................................................... 27. 2.2.. MATERIAL Y MÉTODOS ............................................................................. 28. 2.2.1.. Datos utilizados para la calibración y validación del modelo MOPECO. 28. 2.2.2.. MOPECO ................................................................................................. 30. 2.2.3.. Calibración y validación de la relación “Rendimiento vs. Agua neta total” 33. 2.3.. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ...................................................................... 36. 2.3.1.. Duración de las etapas Kc y Ky en función de GDD ................................ 36. 2.3.2.. Valores de Kc, Ky, rendimiento potencial y relaciones ETa/ETm ............. 37. 2.4.. CONCLUSIONES ........................................................................................... 42. 2.5.. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................. 43. CAPÍTULO 3. PRODUCTIVIDAD DEL AGUA EN LA CEBADA 3.1.. INTRODUCCIÓN ........................................................................................... 53. 3.2.. MATERIALES Y MÉTODOS ........................................................................ 55. 3.2.1.. Descripción del ensayo ............................................................................. 55. 3.2.2.. Año Meteorológico Típico (TMY) ........................................................... 63. 3.2.3.. Seguimiento de la humedad en el suelo.................................................... 65 i.

(22) 3.2.4.. Estrategia de riego deficitario controlado optimizado por etapas (ORDI) 67. 3.2.5.. Obtención de las funciones “Margen bruto vs. Agua bruta total” ............ 70. 3.2.6.. Productividad del agua ............................................................................. 70. 3.2.7.. Determinación de la huella hídrica de la cebada ...................................... 71. 3.3.. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ...................................................................... 72. 3.3.1.. Duración de las etapas Kc y Ky en función de GDD ................................ 72. 3.3.2.. Análisis de los calendarios de riego óptimos............................................ 74. 3.3.3.. Evolución de la humedad del suelo .......................................................... 84. 3.3.4.. Efecto de la metodología ORDI sobre el rendimiento de la cebada ......... 87. 3.3.5.. Validación de las simulaciones con MOPECO ........................................ 89. 3.3.6.. Margen bruto ............................................................................................ 91. 3.3.7.. Productividad del agua ............................................................................. 93. 3.3.8.. La huella hídrica de la cebada .................................................................. 95. 3.4.. CONCLUSIONES ........................................................................................... 97. 3.5.. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................. 98. CAPÍTULO 4. EFECTO DE LA METODOLOGÍA ORDI SOBRE LOS PARÁMETROS DE CALIDAD EN LA CEBADA 4.1.. INTRODUCCIÓN ......................................................................................... 109. 4.2.. MATERIALES Y MÉTODOS ...................................................................... 115. 4.2.1.. Parámetros de calidad del grano de cebada ............................................ 115. 4.2.2.. Parámetros de calidad de la malta y el mosto ......................................... 116. 4.3.. RESULTADOS Y DISCUSIÓN .................................................................... 117. 4.3.1.. Parámetros de calidad del grano de cebada ............................................ 117. 4.3.2.. Parámetros de calidad de la malta y mosto............................................. 123. 4.4.. CONCLUSIONES ......................................................................................... 125. 4.5.. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................... 125. CAPÍTULO 5. EFECTO DE LA METODOLOGÍA ORDI SOBRE LA RESPUESTA FISIOLÓGICA DE LA CEBADA 5.1.. INTRODUCCIÓN ......................................................................................... 135. 5.2.. MATERIAL Y MÉTODOS ........................................................................... 138. 5.2.1. Descripción del ensayo ........................................................................... 138. 5.2.2.. Análisis del desarrollo vegetativo........................................................... 139 ii.

(23) 5.2.3.. Análisis de conductancia estomática ...................................................... 142. 5.2.4.. Análisis de la fotosíntesis neta................................................................ 143. 5.3.. RESULTADOS Y DISCUSIÓN .................................................................... 144. 5.3.1. Efecto del riego deficitario controlado optimizado por etapas en la evolución de la biomasa ........................................................................................ 144 5.3.2. Efecto del riego deficitario controlado optimizado por etapas en la evolución del índice de área foliar (IAF) .............................................................. 149 5.3.3. Efecto del riego deficitario controlado optimizado por etapas en la evolución de la relación del área foliar (RAF) ...................................................... 153 5.3.4. Efecto del riego deficitario controlado optimizado por etapas en la conductancia estomática ........................................................................................ 155 5.3.5. Efecto del riego deficitario controlado optimizado por etapas en la fotosíntesis neta ..................................................................................................... 159 5.4.. CONCLUSIONES ......................................................................................... 164. 5.5.. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................... 164. CAPÍTULO 6. REPERCUSIÓN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS Y FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN 6.1.. REPERCUSIÓN EN EL SECTOR PRODUCTIVO ...................................... 177. 6.1.1.. Huella hídrica ......................................................................................... 177. 6.1.2.. Mejora de la competitividad de la cebada .............................................. 178. 6.1.2.1. Escenario 1. .......................................................................................... 179 6.1.2.2. Escenario 2. .......................................................................................... 181 6.1.2.3. Escenario 3. .......................................................................................... 184 6.2.. FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN ................................................ 186. 6.3.. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................... 187. iii.

(24) Índice de Figuras Figura 1.1. Región de Castilla-La Mancha. ..................................................................... 3 Figura 1.2. Diagrama de flujo del modelo MOPECO. .................................................. 13 Figura 2.1. Rendimientos obtenidos en los ensayos de riego en función del agua recibida. ................................................................................................................................. 30 Figura 2.2. Evolución de los valores de Kc y Ky por etapas (año 2013). ...................... 38 Figura 2.3. Relaciones ETa/ETm en cada etapa Ky para cada uno de los 6 tratamientos (a, 2011; b, 2012; c, 2013). .......................................................................................... 39 Figura 2.4. Rendimiento simulado (Ys) vs. Rendimiento observado (Yo). ................... 41 Figura 2.5. Determinación de la máxima diferencia de ETa/ETm acumulada entre dos etapas consecutivas de Ky por cada tratamiento y año de ensayo. .......................... 42 Figura 3.1. Esquema del ensayo. ................................................................................... 56 Figura 3.2. Obtención en laboratorio de las curvas de retención de humedad del suelo: a) ollas de presión, b) muestras en agua. ..................................................................... 58 Figura 3.3. Curva de retención de humedad característica de los suelos utilizados en los tres años de ensayo experimental. ........................................................................... 58 Figura 3.4. a) Evolución de temperaturas medias de medias (Tmm), de máximas (TMM) y de mínimas (tmm) mensuales durante los 7 primeros meses de los años 2015, 2016 y 2017; b) Evolución de la precipitación (P) y la evapotranspiración de referencia acumulada (ETo) durante los 7 primeros meses de los años 2015, 2016 y 2017. ... 60 Figura 3.5. a) Tensiómetros Watermark y sensores de humedad volumétrica PR-2 (Delta T) instalados en campo; b) Esquema de la distribución de las parcelas. ................ 62 Figura. 3.6. Evolución diaria acumulada de la evapotranspiración de referencia (ETo) y de la precipitación (P) de los años meteorológicos típicos secos, intermedios y húmedos (TMY); meses de los años que forman cada TMY; ETo total (mm), P total (mm), índice de déficit de precipitación (PD) (adimensional); e índice PD estandarizado (Z) (adimensional). ........................................................................... 64 Figura 3.7. Instalación del lisímetro de pesada continua. ............................................. 66 Figura 3.8. Vista del lisímetro de pesada continua durante la campaña 2017............... 66 Figura 3.9. Procedimiento para establecer el calendario de riegos optimizado para un volumen limitado de agua de riego. ........................................................................ 69 Figura 3.10. Relaciones ETa/ETm propuestas por ORDI para las etapas Ky (factor de respuesta al rendimiento del cultivo) durante los años 2015 (a), 2016 (b) y 2017 (c) en los diferentes tratamientos de riego (SD: Sin déficit; T100: Tratamiento con un volumen de agua disponible igual al 100% de las necesidades de riego durante un TMY-intermedio “IN”; T90: Tratamiento con 90% de las necesidades de un TMYintermedio; T80: Tratamiento con 80% de las necesidades de un TMY-intermedio; T70: Tratamiento con 70% de las necesidades de un TMY-intermedio). ............... 76 Figura 3.11. Evolución de los valores de ETm acumulados, de la precipitación efectiva acumulada, del agua total aplicada y de la temperatura media para los años 2015 (a), 2016 (b) y 2017 (c). ................................................................................................. 82 iv.

(25) Figura 3.12. Relaciones ETa/ETm reales para las etapas de Ky durante los años 2015 (a), 2016 (b) y 2017 (c); y ratio entre las relaciones ETa/ETm reales y las propuestas por ORDI durante 2015 (a’), 2016 (b’) y 2017 (c’) en los diferentes tratamientos de riego. ................................................................................................................................. 83 Figura 3.13. Comparación entre los valores de humedad volumétrica y el potencial mátrico obtenido con los sensores del suelo. .......................................................... 84 Figura 3.14. Comparación entre la curva de agua en el suelo propuesta por el modelo y los valores de humedad del suelo reales obtenidos a partir de los tensiómetros para el tratamiento T80 en el año 2016. .......................................................................... 85 Figura 3.15. Comparación entre la curva de Kc utilizada en MOPECO en el año 2017 y los valores de Kc obtenidos en función de los registros del lisímetro en 2017. ...... 86 Figura 3.16. Comparativa entre los rendimientos simulados por MOPECO y los observados en campo en las campañas 2015 (a), 2016 (b) y 2017 (c). ................... 90 Figura 3.17. Relación entre el margen bruto y el riego bruto recibido por el cultivo. .. 92 Figura 4.1. Equipos utilizados para determinar los parámetros de calidad del grano, a) Pffeufer Sortimat®, b) FOSS Infratec Grain Analyzer Model 1241®. ................ 116 Figura 5.1. Esquema de la distribución de las parcelas (P). ........................................ 139 Figura 5.2. Recogida de datos para el seguimiento de crecimiento del cultivo: a) profundidad de las raíces en campo; b) secado de las muestras............................ 140 Figura 5.3. Medidor de área foliar LI-3000. ................................................................ 141 Figura 5.4. Porómetros utilizados en el ensayo de riego deficitario: a) AP4 de Delta T; b) SC-1 Leaf porometer de Decagon Devices. ...................................................... 142 Figura 5.5. Medición de fotosíntesis neta utilizando el LI-6400XT. .......................... 143 Figura 5.6. Evolución de la biomasa seca (modelo de Gompertz) para los años 2015 (a), 2016 (b) y 2017 (c). Donde SD: Tratamiento sin déficit; T100, T90, T80 y T70: Tratamientos con diferentes niveles de riego. ....................................................... 145 Figura 5.7. Evolución del índice del área foliar (modelo de Peak-Gaussian) para los años 2015 (a) y 2016 (b). Donde SD: Tratamiento sin déficit; T100, T90, T80 y T70: Tratamientos con diferentes niveles de riego. ....................................................... 150 Figura 5.8. Evolución del índice de relación del área foliar (RAF) en 2015 (a), 2016 (b) y 2017 (c). Donde SD: Tratamiento sin déficit; T100, T90, T80 y T70: Tratamientos con diferentes niveles de riego. ............................................................................. 154 Figura 5.9. Conductancia estomática en la cebada para los años 2015 (a), 2016 (b, c) y 2017 (d, e) y porcentaje del valor de la conductancia de cada tratamiento con respecto al SD para los años 2015 (a’), 2016 (b’ y c’) y 2017 (d’ y e’). Las lecturas obtenidas mediante el porómetro AP4, Delta-T corresponden a (a, a’), (b, b’) y (d, d’), y del porómetro SC-1, Decagon Devices a (c, c’) y (e, e’). Donde SD: Tratamiento sin déficit; T100, T90, T80 y T70: Tratamientos con diferentes niveles de riego. ..... 157 Figura 5.10. Comparación entre los datos de conductancia obtenidos en los dos porómetros en las campañas 2016 y 2017. ............................................................ 159 Figura 5.11. Fotosíntesis neta para los años 2015 (a), 2016 (b) y 2017 (c) y porcentaje del valor de la fotosíntesis de cada tratamiento con respecto al SD para los años 2015. v.

(26) (a’), 2016 (b’) y 2017 (c’).Donde SD: Tratamiento sin déficit; T100, T90, T80 y T70: Tratamientos con diferentes niveles de riego. ....................................................... 161 Figura 5.12. Relación entre la reducción en porcentaje de la tasa fotosintética frente a la reducción de conductancia estomática en los tres años de ensayo comparados con el tratamiento sin déficit en las distintas etapas de desarrollo de cultivo y las distintas ETa/ETm alcanzadas. ............................................................................................. 163 Figura 5.13. Relación entre la reducción en porcentaje de la tasa fotosintética frente a la reducción de conductancia estomática en los tres años de ensayo comparados respecto al tratamiento sin déficit durante todo el ciclo de cultivo (a), y a partir de la etapa Ky (ii) (b). .................................................................................................... 163. vi.

(27) Índice de Tablas Tabla 1.1. Recursos hídricos en régimen natural en CLM por cuencas hidrográficas. ... 6 Tabla 1.2. Principales cultivos de Castilla-La Mancha. Año 2014 ................................. 8 Tabla 2.1. Dosis de abonado aplicadas en los ensayos de riego. ................................... 29 Tabla 2.2. Duración de las etapas Kc y Ky de la cebada en Castilla-La Mancha (días). 31 Tabla 2.3. Duración de las etapas Kc y Ky en grados día acumulados (GDD). ............. 37 Tabla 2.4. Estadísticos para los tres años de experimentación. ..................................... 41 Tabla 3.1. Análisis físico-químico del suelo para los años 2015, 2016 y 2017............. 57 Tabla 3.2. Dosis de abonado aplicadas en los ensayos de riego. ................................... 59 Tabla 3.3. Precipitación efectiva (Pe), evapotranspiración de referencia (ETo) y evapotranspiración máxima del cultivo (ETm) acumuladas durante los ciclos de cultivo. ..................................................................................................................... 61 Tabla 3.4. Volumen de agua de riego disponible por cada tratamiento. ....................... 61 Tabla 3.5. Valores de Kc y Ky de cada etapa, e Ym para el cultivo de cebada bajo las condiciones climáticas de Castilla-La Mancha. ...................................................... 65 Tabla 3.6. Días después de la siembra “DDS” y grados día acumulados “GDD” (ºC) al final de cada etapa de desarrollo. ............................................................................ 73 Tabla 3.7. Caracterización del año meteorológico típico al finalizar cada etapa de Ky para los años de ensayo. .................................................................................................. 74 Tabla 3.8. Caracterización de cada etapa de Ky para los años de ensayo. ..................... 75 Tabla 3.9. Volumen de agua aplicada en cada riego por tratamiento durante 2015. ..... 77 Tabla 3.10. Volumen de agua aplicada en cada riego por tratamiento durante 2016. ... 78 Tabla 3.11. Volumen de agua aplicada en cada riego por tratamiento durante 2017. ... 79 Tabla 3.12. Volumen de agua de riego aplicado, ETm acumulada, duración en días y precipitación efectiva recibida por el cultivo en cada etapa de desarrollo K y durante los tres años de ensayo. ........................................................................................... 80 Tabla 3.13. Comparación intraanual entre los rendimientos obtenidos en los diferentes tratamientos para los tres años de ensayo. .............................................................. 87 Tabla 3.14. Comparación interanual entre los rendimientos obtenidos en los diferentes tratamientos en función de la ETa/ETm global. ....................................................... 88 Tabla 3.15. Costes para los cinco tratamientos ensayados durante las tres campañas bajo las condiciones de Castilla-La Mancha. .................................................................. 91 Tabla 3.16. Productividad del agua de riego en los años 2015, 2016 y 2017................ 94 Tabla 3.17. Huella hídrica en la producción de la cebada en los años 2015, 2016 y 2017. ................................................................................................................................. 95 Tabla 4.1. Distribución por calibres de todos los tratamientos en los tres años de ensayo. ............................................................................................................................... 117 Tabla 4.2. Contenido en proteínas y humedad de todos los tratamientos en los tres años de ensayo. .............................................................................................................. 120 vii.

(28) Tabla 4.3. Peso de los mil granos y peso específico en los años 2016 y 2017. ........... 122 Tabla 4.4. Parámetros de calidad de la malta y mosto................................................. 123 Tabla 5.1. Coeficientes de los modelos de la evolución de biomasa generados para cada tratamiento a partir de la ecuación de Gompertz en los años 2015, 2016 y 2017. 144 Tabla 5.2. Análisis estadístico de la evolución de la biomasa seca total (g m-2) del cultivo de cebada durante cada etapa de desarrollo Ky en los años 2015, 2016 y 2017. .. 147 Tabla 5.3. Coeficientes de los modelos del índice de área foliar generados para cada tratamiento a partir de la ecuación de Peak-Gaussian en el año de 2015, 2016 y 2017. ............................................................................................................................... 149 Tabla 5.4. Análisis estadístico de la evolución del índice de área foliar (m2 m-2) del cultivo de cebada durante cada etapa de desarrollo Ky en los años de 2015, 2016 y 2017. ...................................................................................................................... 151 Tabla 5.5. Días después de la siembra (DDS) de las mediciones de la conductancia estomática. ............................................................................................................. 155 Tabla 6.1. Mejora de la huella hídrica de la cebada en la provincia de Albacete con la metodología ORDI. ............................................................................................... 177 Tabla 6.2. Comparativa de margen bruto (MB) entre manejar 20 ha y 35.000 m3 de agua disponible utilizando la estrategia SD, la T100, la T90, la T80 y la T70 para los tres tipos de TMY. ....................................................................................................... 180 Tabla 6.3. Diferencia de margen bruto (MB) anual entre la estrategia SD y el resto en una explotación de 20 ha y 35.000 m3 de agua de riego disponible situada en la “Mancha Oriental” con volúmenes estimados, y la T100 y el resto en la “Mancha Occidental” con volúmenes limitados (valores positivos significan menor rentabilidad del tratamiento SD) para una serie de 10 años. ................................. 181 Tabla 6.4. Comparativa de margen bruto (MB) entre manejar 20 ha y 35.000 m3 de agua disponible utilizando la estrategia SD, la T100, la T90, la T80 y la T70 en los años 2015, 2016 y 2017. ................................................................................................ 182 Tabla 6.5. Diferencia de margen bruto (MB) anual entre la estrategia SD y el resto en una explotación de 20 ha y 35.000 m3 de agua de riego disponible situada en la “Mancha Oriental” con volúmenes estimados, y la T100 y el resto en la “Mancha Occidental” con volúmenes limitados, bajo condiciones del escenario 2. ............ 183 Tabla 6.6. Superficie cultivada de cebada y agua de riego teórica y total aplicada en la “Mancha Oriental” en las campañas 2015, 2016 y 2017. ..................................... 184 Tabla 6.7. Superficie cultivada y márgenes brutos (MB) de cebada comparando estrategias SD y T80 en la “Mancha Oriental” durante las campañas 2015, 2016 y 2017. ...................................................................................................................... 184 Tabla 6.8. Comparativa de margen bruto (MB) entre manejar 20 ha y 35.000 m3 de agua disponible utilizando la estrategia SD, la T100, y combinación de T80 con T100 de ajo morado de Las Pedroñeras (estrategia 3). ....................................................... 185 Tabla 6.9. Diferencia de margen bruto (MB) anual entre la estrategia SD y la combinación T80 cebada y T100 de ajo morado de Las Pedroñeras (estrategia 3) en una explotación de 20 ha y 35.000 m3 de agua de riego disponible situada en la “Mancha Oriental” con volúmenes estimados, y la T100 y estrategia 3 en la “Mancha Occidental” con volúmenes limitados. .................................................................. 185 viii.

(29) Capítulo 1. La cebada de regadío en Castilla-La Mancha.

(30)

(31) Capítulo 1. 1.1.. La cebada de regadío en Castilla-La Mancha. GEOGRAFÍA FÍSICA DE CASTILLA-LA MANCHA. Castilla-La Mancha (CLM) (Figura 1.1) se encuentra situada en el centro de la Península Ibérica, ocupando la mayor parte de la Submeseta sur. Según Datum ETRS89 proyección UTM 30N, sus límites se localizan en las coordenadas 4.575.157,76 y 4.208.508,95 para la componente Y (Norte – Sur), y en 294.267,66 y 681.274,62 para la componente X (Oeste –Este). Con una superficie de 79.463 km2 es la tercera Comunidad Autónoma de España por extensión, representando un 16% del territorio nacional. FRANCIA ESPAÑA. GUADALAJARA. CASTILLA-LA MANCHA Río Tajo CUENCA MAGÁN. Río Júcar. TOLEDO. Mancha Oriental. EL SANCHÓN. CIUDAD REAL. Río Guadiana. Mancha Occidental DAIMIEL. CIUDAD REAL. EL PEDERNOSO. MANZANARES LA GINETA. Campo de Montiel MONTIEL. ALBACETE. LAS TIESAS ALBACETE. ALMANSA. ONTUR HELLÍN. Río Segura. Zonas regables Límite Unidad Hidrogeológica Estación agroclimática. Figura 1.1. Región de Castilla-La Mancha. El 70% de la región está situada entre los 600 m y 1.000 m de altitud, ocupada en su mayor parte por la planicie de la Submeseta Meridional, donde se encuentra más del 90% de la superficie regada (Figura 1.1). Según la clasificación agroclimática de Papadakis el clima es Mediterráneo Templado (MeTE) con invierno tipo Avena fresco (av), verano Maíz (M), con régimen térmico Templado cálido (TE) y de humedad Mediterráneo seco (Me) (Martín de Santa Olalla, 1994). También se puede clasificar, por sus características en conjunto, como mediterráneo, con un marcado matiz continental, con contrastes térmicos notables, diarios y estacionales, de verano largo, seco y caluroso e invierno con muchos días de heladas, especialmente en tierras altas y hondonadas, y con una distribución estacional desequilibrada de las escasas lluvias. Las épocas más lluviosas son el otoño y la primavera, con sequía secundaria en la mitad del invierno; el verano, marcado por la sequía, puede registrar precipitaciones de origen convectivo (de Juan et al., 2003). 3.

(32) Capítulo 1. La cebada de regadío en Castilla-La Mancha. El análisis de las isotermas medias anuales en el territorio castellano-manchego revela variaciones en función de la topografía, influenciadas por la diferencia de altitud y por la acusada continentalidad de las zonas centrales del territorio regional. La mayor parte del mismo queda englobado dentro de la isoterma de 14ºC, notándose un apreciable descenso en las áreas serranas de Cuenca y Guadalajara, donde los valores se sitúan entre 8 y 9ºC, no existiendo esta diferencia tan marcada en las áreas de montaña de Castilla-La Mancha. Se encuentra así, la Sierra de Alcaraz, con una temperatura media de 13ºC, mientras que en el extremo noroccidental de Toledo no baja de los 15ºC. Las heladas empiezan a registrarse a partir de septiembre, para aquellas zonas situadas por encima de los 1.100 m, siendo su periodo de finalización las últimas semanas de mayo o los primeros días de junio. Por debajo de los 1.000 m, las primeras heladas aparecen a partir de la segunda quincena de octubre o, como muy tarde, a primeros de noviembre, finalizando en abril, si bien, en las zonas más septentrionales, pueden continuar hasta bien entrado mayo (Elías y Ruiz Beltrán, 1981; de León et al., 1988a; 1988b; 1988c; 1988d; de Juan et al., 2003). En CLM, la escasez y la irregularidad son los aspectos más destacables de las precipitaciones registradas en su espacio geográfico. Las precipitaciones mínimas medias anuales son de 400 mm recibidos casi en su totalidad en forma líquida. En el sector N y noroccidental de la comarca de la Mancha, se llega a los 1.000 mm de las zonas montañosas de Guadalajara y Cuenca y el extremo oeste de Toledo, quedando la mayor parte de la región en la isoyeta de 500 mm. Existe un mínimo muy acusado en las comarcas limítrofes con la Región de Murcia en Albacete, de 300 mm, o incluso inferior, de media anual, en torno a Hellín. En las zonas de regadío, la mayoría de las características físicas de CLM, como la topografía y el clima, son bastante homogéneas (Martín de Santa Olalla et al., 2003). Las temperaturas medias varían entre un mínimo de 5°C en enero a un máximo de 24 °C en julio. Los suelos son poco profundos con un lecho de piedra caliza. La textura es muy variable, con suelos franco arenosos, francos y franco arcillosos, a menudo pedregosos pero fáciles de cultivar y de buena fertilidad bajo manejo agronómico adecuado (FATIMA, 2015). Con una precipitación media anual inferior a 400 mm y una ET o superior a 1.200 mm, el clima de estas zonas se clasifica como semiárido, con inviernos fríos y veranos cálidos. Además, la distribución espacio-tiempo de las precipitaciones es irregular, con frecuentes periodos de sequía interanuales y con épocas del año, como el 4.

(33) Capítulo 1. La cebada de regadío en Castilla-La Mancha. verano, en el que las precipitaciones son muy bajas, con menos de 100 mm acumulados de junio a septiembre. 1.2.. GESTIÓN ADMINISTRATIVA DEL AGUA Y EL SECTOR DEL REGADIO EN CASTILLA-LA MANCHA. CLM es una región relativamente despoblada, con sólo 25,8 habitantes km-2 (JCCM, 2017), muy por debajo de la media nacional, que es de 91,8 habitantes km-2 (INE, 2017a). Este hecho se debe a que la población española se concentra principalmente en las zonas costeras, y algunas zonas del interior, con más de 200 habitantes km-2 (INE, 2017a). Dado que las regiones del interior de España, a excepción de Madrid, se dedican tradicionalmente a la producción agrícola, la industria y el turismo se establecen sobre todo en las zonas periféricas. Las demandas de agua de las regiones costeras para satisfacer a estos sectores y a la población restringen la disponibilidad de recursos hídricos para la agricultura en las regiones del interior. En España, todas las cuencas hidrográficas compartidas por dos o más regiones están gestionadas por el Ministerio de Agricultura y Pesca, Alimentación y Medio Ambiente (MAPAMA) a través de las Confederaciones Hidrográficas. Sólo las cuencas intracomunitarias pueden ser gestionadas directamente por las regiones, aunque pueden ceder su gestión a una agencia del gobierno nacional. Las Confederaciones Hidrográficas son las encargadas de la elaboración de los planes hidrológicos de las demarcaciones hidrográficas. Estos documentos recogen, entre otros datos, cuál es el volumen de agua que se genera dentro de las cuencas, y cuáles son las demandas y la cantidad de recursos dedicados a cubrir dichas demandas. Administrativamente,. CLM. pertenece. a. siete. demarcaciones. hidrográficas,. correspondiendo la mayor parte del territorio a los ríos Tajo, Guadiana y Júcar, por este orden, estando presentes en menor medida las del Segura, Guadalquivir, y de forma testimonial las del Duero y Ebro. La extensión de las cuencas en el territorio de CLM, junto con el porcentaje que representa sobre el total, y los recursos hídricos generados dentro de CLM, se muestran en la Tabla 1.1 (CES, 2006). CLM posee unos recursos hídricos considerables, si bien con una distribución espacial irregular tal y como se recoge en la Tabla 1.1, destacando el hecho de que en la cuenca del Tajo, que ocupa un tercio del territorio regional, se concentran el 57% de los recursos, mientras que en el Guadiana, de extensión similar, solo se generan el 16% de los recursos 5.

(34) Capítulo 1. La cebada de regadío en Castilla-La Mancha. totales (Tarjuelo et al., 2003). La media total de recursos hídricos generados se aproxima a 9.258 hm3 año-1. Sin embargo, más del 70% de estos recursos están comprometidos para usos fuera de la región. La cantidad de agua asignada por los distintos planes de cuenca para satisfacer la demanda en CLM es la siguiente: 1.680 hm3, 240 hm3 y 35 hm3, para la agricultura, abastecimiento de la población e industria respectivamente (INE, 2017b); y 816 hm3 para la generación de energía (CES, 2006). Tabla 1.1. Recursos hídricos en régimen natural en CLM por cuencas hidrográficas. Superficie de la cuenca en la región Cuenca km2 % Tajo 26.699 33 Júcar 15.736 73 Segura 4.721 25 Guadiana 26.431 37 Guadalquivir 4.428 8 Ebro 1.063 1 Duero 48 <1 TOTAL 79.226 Fuente: Martínez-Romero (2010).. Recursos hídricos totales (escorrentías superficiales y subterráneas) (hm3 año-1) Superficiales Subterráneos Totales % 3.204 1.108 4.312 46,5 1.161 1.011 2.172 23,5 509 254 763 8,2 1.189 625 1.814 19,6 45 25 70 0,8 50 68 118 1,3 Sin datos 9 >9 0,1 6.158 3.100 9.258 100. En CLM el 70% del agua consumida es de origen subterráneo (CES, 2006), lo cual repercute en costes energéticos y ambientales. En la región se han definido 55 unidades hidrogeológicas (UH), de las que cerca de la mitad se ubican en las cuencas de los ríos Júcar y Segura. La superficie total ocupada por los acuíferos es de 50.807 km 2 (CES, 2006), con reservas de alrededor de 65.000 hm3. Los acuíferos con mayor volumen de agua disponible anualmente son los que soportan cerca del 50% de la actividad de riego (PNR, 2008). Así, el 08.29 “Mancha Oriental” (Figura 1.1) de la cuenca del río Júcar destina a la agricultura alrededor de 275 hm3 año-1 (CHJ, 2017), mientras que el 04.04 “Mancha Occidental” (Figura 1.1) y el 04.06 “Campo de Montiel” (Figura 1.1) de la cuenca del río Guadiana, 197 y 9 hm3 año-1 respectivamente (CHG, 2017). La rápida conversión de grandes áreas en regadío durante los últimos 40 años, además de una planificación inadecuada y de una legislación incompleta, permitió que el volumen de agua extraída de estas masas de agua subterránea superase el volumen de recarga. Como resultado, los dos grandes acuíferos de la cuenca del Guadiana se declararon sobreexplotados en 1987 y el de la cuenca del Júcar estuvo próximo a una situación similar. Por lo tanto, hay una necesidad real de reducir la presión sobre estos recursos mediante un uso más racional y eficiente del agua utilizada para el riego (Martín de Santa Olalla et al., 2007). 6.

(35) Capítulo 1. La cebada de regadío en Castilla-La Mancha. En CLM el sector agrícola es el mayor consumidor de agua, en torno al 90% del total utilizado (CES, 2006). La transformación de grandes extensiones de secano en regadío, principalmente durante las décadas de los años 70 y los años 80, ocasionó un aumento de la renta en la zona, permitiendo que un elevado porcentaje de la población permanezca en el medio rural. La superficie agraria de CLM consta de 3.782.068 ha, 522.588 ha de las cuales son de regadío (MAPAMA, 2017a). Aunque el porcentaje regado es sólo del 13,8%, comparado con el promedio nacional que es del 22,2% (MAPAMA, 2017a), el riego juega un importante papel social y económico en la región, ya que esta actividad genera el 40% de la renta agraria regional (JCCM, 2008). Por lo tanto, el regadío aumenta la rentabilidad de las explotaciones y aporta un mayor grado de seguridad económica para los agricultores. Sin embargo, el volumen medio de agua suministrada por hectárea de zona regable es baja, de alrededor de 3.300 m3 ha-1 año-1, mientras que el promedio nacional es de 5.400 m3 ha-1 año-1 (INE, 2017b; MAPAMA, 2017a). El coste del agua en la región varía entre 0,06 y 0,15 € m-3, dependiendo de si el origen de ésta es superficial o subterránea y, en este último caso, de la profundidad a la que se encuentre el recurso (Carrión et al., 2014). El incremento de los costes se debe principalmente al aumento en el precio de la energía, la cual es utilizada en el bombeo de las aguas subterráneas y en la presurización de los sistemas de riego. La reducción de la rentabilidad de la actividad agrícola como consecuencia del rápido incremento del precio de la energía en los últimos años implica que hay una necesidad de aumentar la eficiencia del uso del agua en el riego también desde un punto de vista económico y de consumo energético. Los sistemas de riego presurizados son los más utilizados en CLM y representan el 94% de la superficie de riego (58% riego por goteo, 20% riego por aspersión permanente, 16% sistemas de pivote central) (ESYRCE, 2017). Esto hace que CLM sea una de las regiones de España en la cual la eficiencia en el uso del agua es más alta, y donde gracias a la versatilidad que permite la utilización de estos equipos, puede seguir avanzándose en esta línea mediante el desarrollo de nuevas técnicas de manejo y de herramientas de ayuda a la toma de decisiones relacionadas con la gestión del agua a nivel de parcela y/o explotación. Los cultivos más representativos de la zona son herbáceos extensivos como el trigo, la cebada y el maíz, junto con algunos cultivos industriales como el girasol y otros cultivos. 7.

(36) Capítulo 1. La cebada de regadío en Castilla-La Mancha. hortícolas como el ajo y la cebolla. Entre los leñosos, la viña es la que ocupa una mayor superficie (Tabla 1.2). Tabla 1.2. Principales cultivos de Castilla-La Mancha. Año 2014 (MAPAMA, 2017a). Cultivo Cebada Viña Olivo Trigo Girasol Avena Maíz Alfalfa Ajo Otros Total. 1.3.. Regadío ha % 95.320 11,24 132.784 29,98 16.041 4,34 37.736 12,79 7.430 3,80 10.023 6,87 36.372 98,99 13.792 97,86 11.116 84,68 161.974 11,40 522.588 13,82. Secano ha 752.473 310.145 353.838 257.192 187.942 135.829 381 302 2.011 1.259.367 3.259.480. % 88,76 70,02 95,66 87,21 96,20 93,13 1,04 2,14 15,32 88,60 86,18. Total ha 847.793 442.929 369.879 294.928 195.372 145.852 36.753 14.094 13.127 1.421.341 3.782.068. LA GESTIÓN DEL AGUA DE RIEGO EN LAS PRINCIPALES ZONAS REGABLES DE CASTILLA-LA MANCHA. Generalmente, los agricultores se asocian en comunidades de regantes (CCRR) donde la fuente de agua, y las infraestructuras de almacenamiento y distribución son comunes, lo que mejora el rendimiento del sistema y el control del volumen demandado y aplicado a los cultivos. En otros casos, los agricultores forman parte de CCRR que no cuentan con instalaciones comunes, como es el caso del uso de aguas subterráneas, que incluyen a todos los usuarios individuales de un determinado territorio, y donde el control y la administración de los recursos lo realiza la Confederación Hidrográfica correspondiente, con ayuda de las CCRR La superficie regable situada sobre la Unidad Hidrogeológica Mancha Oriental (UHMO) (Figura 1.1) pertenece a la cuenca del río Júcar y su principal fuente de agua (80%) son los recursos subterráneos del acuífero “Mancha Oriental”. Su extensión es de 8.500 km2 y cuenta con una superficie regable de unas 105.000 ha con una dotación media de unos 4.500 m3 ha-1 (JCRMO, 2017). La institución responsable de la gestión de los recursos hídricos de la zona es la Confederación Hidrográfica del Júcar (CHJ) (www.chj.es) y lo hace ayudándose de la Junta Central de Regantes de la Mancha Oriental (JCRMO) (www.jcrmo.org), que es una Corporación de Derecho Público adscrita a la CHJ, a la cual, todos los usuarios de las aguas adscritas al territorio que ocupa la UHMO están obligados a pertenecer. Los objetivos de la JCRMO son esencialmente dos: gestionar el uso del agua, en colaboración con la CHJ, para lograr un uso sostenible de los recursos, 8.

(37) Capítulo 1. La cebada de regadío en Castilla-La Mancha. y, representar y defender los intereses de sus asociados ante las autoridades públicas y privadas en lo consistente al uso y disponibilidad del agua de la zona. Para evitar la sobreexplotación del acuífero “Mancha Oriental”, la CHJ anualmente determina el volumen máximo a extraer del acuífero, basándose fundamentalmente en la evolución de los niveles piezométricos del mismo. Así, en los años en los que los piezómetros descienden, en la/s campaña/s siguiente/s la dotación total disminuye hasta recuperar un cierto nivel objetivo. La dotación establecida por la CHJ es repartida entre los regantes de la JCRMO en función a una serie de derechos adquiridos a lo largo del tiempo (JCRMO, 2017). La JCRMO junto con la CHJ son los encargados de supervisar la adecuada utilización de los recursos asignados. Para ello cuentan con el apoyo de la sección de teledetección del Instituto de Desarrollo Regional (IDR) de la Universidad de Castilla-La Mancha (UCLM) y con el Servicio de Asesoramiento de Riegos, gestionado por el Instituto Técnico Agronómico Provincial de Albacete (ITAP) (www.itap.es). Antes del inicio de la campaña de riegos, los regantes deben presentar un Plan de Explotación (JCRMO, 2017) en el que indican la superficie que van a dedicar a cada cultivo, que multiplicada por el consumo por unidad de superficie durante su ciclo anual previamente acordado, evita que se supere el volumen de agua asignada a cada explotación agrícola, realizando posteriormente una supervisión de la indicada superficie mediante teledetección. En base a las condiciones climáticas y la experimentación previamente realizada en la zona, se ha consensuado entre la CHJ y los regantes la cantidad de agua que consume cada cultivo, a lo que se denomina consumo teórico, evitando tener que medir el agua realmente aplicada por cada regante. En esta estimación del consumo teórico de agua se tiene en cuenta que la posible agua aplicada en exceso drenaría, volviendo a recargar el acuífero, así como que el elevado coste del agua ligado a la energía, al tener que extraerla a profundidades de entre 60 y más de 200 m, supone un incentivo para evitar el uso abusivo de este recurso. Con este sistema de gestión, se desconoce la cantidad real de agua que cada agricultor aplica a los cultivos y el volumen total utilizado por la explotación. Normalmente, en años secos y calurosos el volumen aplicado suele ser mayor que el asignado y en húmedos y frescos menor, lo que ayuda a equilibrar el balance entre recargas y extracciones interanuales, completando las estrategias de gestión definidas por la CHJ. Progresivamente, algunos agricultores están instalando contadores en sus explotaciones con los que medir la cantidad de agua utilizada. Esta opción permite a los agricultores 9.

(38) Capítulo 1. La cebada de regadío en Castilla-La Mancha. regar la superficie que tienen asignada como regadío, sin someterse al Plan de cultivos, pero sin sobrepasar el volumen de agua asignado. El inconveniente es no poder utilizar un volumen extra de agua en caso de año seco. Por este motivo, la gran mayoría de los regantes prefieren la opción de los Planes de Explotación. Precisamente, la gestión por volúmenes fijos de agua y la instalación de contadores en las explotaciones de regadío es la estrategia de control del agua utilizada en las otras dos grandes zonas regables de CLM, las situadas sobre las Unidades Hidrogeológicas “Mancha Occidental” y “Campo de Montiel” (Figura 1.1). Estas UH pertenecen a la cuenca del río Guadiana y su principal fuente de agua son los recursos subterráneos de los acuíferos del mismo nombre. Sus extensiones son de 5.500 km2 y 2.800 km2 y la dotación media es alrededor de 2.000 m3 ha-1 (CHG, 2017). El principal motivo de la baja dotación de los regadíos en estas zonas regables es que las masas de agua de las que dependen fueron declaradas sobreexplotadas en 1987. La institución responsable de la gestión de los recursos hídricos de la zona es la Confederación Hidrográfica del Guadiana (CHG) (www.chguadiana.es), siendo sus objetivos similares a los de la CHJ. Dados los problemas en la zona de escasez de agua, el alto coste de la misma y el riesgo de sobreexplotación de acuíferos locales, son necesarias herramientas que les ayuden a determinar el volumen de agua que deben aplicar a los cultivos en función del estado de los mismos, de las condiciones climáticas y de la calidad de agua de riego utilizada. Con el fin de resolver estos problemas, en CLM se están llevando a cabo diferentes actuaciones coordinadas en las que está involucrada la UCLM y cuyo objetivo principal es el de mejorar la gestión del agua a través de las diferentes administraciones públicas y los usuarios del agua. Los Servicios de Asesoramiento al Regante (SAR) pueden desempeñar un papel importante en la asistencia a los usuarios en la adopción de nuevas técnicas y tecnologías para aumentar la productividad (económica o social), lo que minimiza los riesgos ambientales y contribuye a la sostenibilidad del sector agrario (Smith y Muñoz, 2002). El objetivo general de los SAR es ayudar a los agricultores a lograr un uso eficiente de sus herramientas de producción, en especial el agua, fertilizantes y energía. Para ello se proporciona apoyo científico y técnico adecuado a los agricultores con el fin de optimizar la gestión, para que la agricultura pueda ser una actividad sostenible y compatible con el medio ambiente. Estos servicios pueden ser prestados por empresas privadas, organismos. 10.

(39) Capítulo 1. La cebada de regadío en Castilla-La Mancha. públicos o cooperativos. La sostenibilidad financiera es el punto crítico en la promoción de servicios de asesoramiento de riego. En CLM, han coexistido dos SAR. El primero en entrar en funcionamiento fue el SAR de Albacete en 1987, coordinado por el Instituto Técnico Agronómico Provincial de Albacete (ITAP), perteneciente a la Diputación Provincial de Albacete. En consecuencia, su ámbito de aplicación es provincial, y asesora sobre todo a los regantes de UH 08.29. Entre 1999 y hasta 2014, el Servicio Integral de Asesoramiento al Regante (SIAR) de CLM, coordinado por el Centro Regional de estudios del Agua (CREA) de la UCLM, se encargó del asesoramiento en el resto del ámbito territorial. Acciones complementarias para ayudar a gestionar de modo más eficiente las explotaciones de regadío en la región están relacionadas con mejorar el funcionamiento y el manejo de las instalaciones de bombeo y de los sistemas de riego presurizados, con el fin de minimizar el consumo de agua y de la energía. Algunos de los trabajos realizados en este sentido son: •. Análisis y mejora del diseño y funcionamiento de las instalaciones de riego a presión, contemplando el sistema en su conjunto, desde la fuente de agua hasta el emisor, incluido el uso de energía fotovoltaica, integrando el modelo fotovoltaico y el modelo hidráulico para el correcto funcionamiento del riego (Moreno et al., 2010; 2012; Carrión et al., 2013; 2014; Izquiel et al., 2015; Carrión et al., 2016; Izquiel et al., 2016).. •. Mejora de la gestión y la eficiencia en el uso del agua en la agricultura y reducción de la huella hídrica del regadío mediante la determinación de las necesidades de riego de los cultivos y la aplicación de técnicas de riego deficitario controlado así como el desarrollo de herramientas y modelos de ayuda a la toma de decisiones como MOPECO “Modelo de OPtimización ECOnómica” (de Juan et al., 1996; Ortega et al., 2004; Martín de Santa Olalla et al., 2007; López-Mata et al., 2010; Domínguez et al., 2011; 2012a; 2012b; 2012c; 2013; Leite et al., 2015a; 2015b; López-Mata et al., 2016).. 11.

(40) Capítulo 1. 1.4.. La cebada de regadío en Castilla-La Mancha. MODELO DE OPTIMIZACIÓN ECÓNOMICA DEL AGUA DE RIEGO (MOPECO).. MOPECO es un modelo desarrollado por los grupos de investigación del CREA (de Juan et al., 1996; Ortega et al., 2004) concebido para maximizar la rentabilidad de las explotaciones de regadío situadas en zonas con áridas y semiáridas con escasez de recursos hídricos, mediante un uso eficiente del agua de riego (Domínguez et al., 2012b) y de la superficie regable disponible (López-Mata et al., 2010). Los manejos de riego convencionales suelen plantearse sin estrategias de riego deficitario, a pesar de que el óptimo económico implica un cierto grado de déficit hídrico (LópezMata et al., 2016), el cual depende del cultivo, de sus necesidades de riego y del margen bruto que puede llegar a generar (Tarjuelo y de Juan., 1999; Ortega et al., 2004). MOPECO optimiza el margen bruto de las explotaciones mediante el uso de estrategias de riego deficitario controlado optimizado por etapas de desarrollo del cultivo (Domínguez et al., 2012b; Leite et al., 2015a). Para la implementación del modelo MOPECO en una zona regable es necesario disponer de los datos climáticos, de los parámetros calibrados de los cultivos para su simulación, y de los datos económicos asociados a los cultivos. Actualmente, para las condiciones de CLM el modelo está calibrado para el maíz (Domínguez et al., 2012a), la cebolla (Domínguez et al., 2012c), el ajo (Domínguez et al., 2013) y el melón (Leite et al., 2015b), así como para la zanahoria (Carvalho et al., 2014) y el melón (Leite et al., 2015b) en Brasil, y la patata en El Líbano (Domínguez et al., 2011). El modelo se basa en las metodologías FAO-33 (Doorenbos y Kassam, 1979) y FAO-56 (Allen et al., 1998) para realizar el balance de agua en el suelo y determinar el efecto del déficit hídrico sobre el rendimiento de los cultivos. Para la simulación del rendimiento, el modelo utiliza la función de producción de Stewart et al. (1977), que estima el rendimiento del cultivo en base a la relación entre la evapotranspiración real (ETa) y la evapotranspiración máxima (ETm) para cada etapa de crecimiento (Domínguez et al., 2011). La distribución del agua de riego durante el periodo de crecimiento está determinada por la metodología ORDI (riego deficitario controlado optimizado por etapas), que obtiene el máximo rendimiento para un cierto nivel de déficit hídrico objetivo para todo el ciclo del cultivo (Domínguez et al., 2012b) estableciendo las relaciones ETa/ ETm que deben ser aplicadas en cada etapa de crecimiento. Los rendimientos obtenidos en función de la cantidad de agua de riego suministrada al cultivo se utilizan para 12.