Agronomic and physiological basis for automating regulated deficit irrigation in sweet cherry trees

Mención Europeo / Mención Internacional: Concedido[SPA] Esta tesis doctoral se presenta bajo la modalidad de compendio de publicaciones. La tesis estudia el funcionamiento hídrico del cerezo a partir del empleo de diferentes estrategias de riego y técnicas de cultivo. Para ello, se evaluaron las respuestas agronómica y fisiológica del cultivo y se estudiaron y compararon diferentes indicadores del estado hídrico del continuo suelo, planta, atmósfera con el fin último de aumentar la productividad del uso de agua.[ENG] This doctoral dissertation has been presented in the form of thesis by publication. The global sweet cherry production has sharply increased in the last decades. As consumer interest in this seasonal fruit keeps growing, growers from areas where cherries have not been traditionally cultivated exhibit interest and consider its cultivation due to a demand exceeding the offer. These new areas are interested in extending sweet cherry season and providing high quality fruit when there is a low supply on the market. To achieve these goals, it has been necessary to adopt new orchard systems, new cultivar/rootstock combinations adapted to different edaphoclimatic conditions, and drip irrigation systems.Los artículos que componen la tesis son los siguientes:: Artículo I. Blanco, V., Domingo, R., Pérez-Pastor, A., Blaya-Ros, P.J., Torres-Sánchez, R., 2018. Soil and plant water indicators for deficit irrigation management of field-grown sweet cherry trees. Agricultural Water Management, 208:83-94. DOI: 10.1016/j.agwat.2018.05.021. Artículo II. Blanco, V., Martínez-Hernández, G.B., Artés-Hernández, F., Blaya-Ros, P.J., Torres-Sánchez, R., Domingo R., 2019. Water relations and quality changes throughout fruit development and shelf life of sweet cherry grown under regulated deficit irrigation. Agricultural Water Management, 217:243-254. DOI: 10.1016/j.agwat.2019.02.028. Artículo III. Blanco, V., Torres-Sánchez, R., Blaya-Ros, P.J., Pérez-Pastor, A., Domingo, R., 2019. Vegetative and reproductive response of ‘Prime Giant’ sweet cherry trees to regulated deficit irrigation. Scientia Horticulturae, 249:478-489. DOI: 10.1016/j.scienta.2019.02.016. Artículo IV. Blanco, V., Zoffoli, J.P., Ayala, M., 2019. High tunnel cultivation of sweet cherry (Prunus avium L.): physiological and production variables. Scientia Horticulturae, 251:108-117. DOI: 10.1016/j.scienta.2019.02.023.Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de CartagenaUniversidad Politécnica de CartagenaPrograma de Doctorado en Técnicas Avanzadas en Investigación y Desarrollo Agrario y Alimentario por la Universidad Politécnica de Cartagen

Effect of UV lightt irradiation on fullerenes in environmental matrices

[ENG]Fullerenes are carbon-based nanomaterials that are receiving increasing interest due to their application in novel technologies. They are spherical or ellipsoidal molecules that consist of sp2 hybridized carbon. Fullerenes can be also functionalized by the attachment of chemical groups to their surface or the inclusion of atoms within their structure. The resulting fullerene derivatives usually preserve the same physical and chemical properties of the pristine fullerene. These novel materials have great potential application and their production is expected to increase in the next future. However, little is known about their environmental fate and toxicity and few studies focused on these topics. This project focuses on ultraviolet light effect in low concentrations of fullerenes, in the top layer of sandy soil and in ultrapure water. Environmental matrices were amended with fullerenes and exposed to light. The samples were then extracted and analyzed with HPLC-UV. Results point a clear degradation effect in soil and water, especially in the short term of the incubation. In soil (1.8mm thick), the degradation rate was the same when either UV-A, B or C were applied suggesting a role of the matrix in the process. In water the losses of fullerenes seems to be related with the energy of the light applied and, the results obtained in low concentrations agrees with those from other works referenced. In water the degradation seems directly produced by UV-light, and UV-C shown the strongest effect.[SPA]Los fullerenos son nanomateriales basados en carbono que están recibiendo un interés creciente debido a su aplicación en las nuevas tecnologías. Son moléculas esféricas o elipsoidales que constan de hibridación sp2 en sus carbonos. Los fullerenos pueden ser funcionalizados también por la unión de grupos químicos a su superficie o la inclusión de átomos dentro de su estructura. Los derivados resultantes de los fullerenos, generalmente conservan las mismas propiedades físicas y químicas del fullereno precursor. Estos nuevos materiales presentan un amplio potencial de aplicación y se espera que su producción aumente en el futuro próximo. Sin embargo, poco se sabe acerca de su destino ambiental y su toxicidad y pocos estudios tratan estos temas. Este proyecto se centra en el efecto de la luz ultravioleta en los fullerenos a bajas concentraciones, en la capa superior de suelo arenoso y en el agua ultrapura. Estas matrices medio ambientales fueron modificadas con fullerenos y expuestas a la luz UV. Las muestras se extrajeron y analizaron con HPLC-UV. Los resultados indican un efecto claro en la degradación del suelo y el agua, especialmente en las incubaciones a corto plazo. En el suelo (1,8 mm de espesor), la velocidad de degradación fue la misma tanto en UV-A, B o C, lo que sugiere un papel de la matriz en el proceso. En el agua, las pérdidas de los fullerenos parecen estar relacionadas con la energía de la luz aplicada y los resultados obtenidos a baja concentración están de acuerdo con los de otras publicaciones referenciadas. En el agua la degradación parece producida directamente por la luz UV, donde UV-C muestra el efecto más fuerte.Escuela Técnica superior de Ingeniería AgronómicaUniversidad Politécnica de Cartagen

Procedimiento y sistema ultrasónico de desespumación mediante emisores con placa vibrante escalonada

Referencia OEPM: P200202113.-- Fecha de solicitud: 13/09/2002.-- Titular: Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).Procedimiento y sistema ultrasónico de desespumación mediante emisores con placa vibrante escalonada (ver figura en archivo de texto adjunto). El objeto de esta solicitud de patente es un dispositivo ultrasónico que permite eliminar espumas y controlar su crecimiento en grandes contenedores. El dispositivo emplea emisores sónicos y/o ultrasónicos del tipo placa vibrante escalonada, especiales para radiar altas intensidades acústicas en gases, los cuales, al estar libremente suspendidos en un soporte giratorio con rotación variable controlada, generan en su movimiento por acción de la fuerza centrífuga un recorrido complejo de los haces acústicos emitidos que permite barrer la superficie sobre la que se forma la espuma. Por efecto de la alta intensidad acústica ( >170 dB ref. 2.10^-4 μbar) gran parte de las burbujas de la espuma se van rompiendo casi instantáneamente al paso del haz ultrasónico.Peer reviewe

Vegetative and reproductive response of 'Prime Giant' sweet cherry trees to regulated deficit irrigation

The agronomic response of sweet cherry (Prunus avium L.) 'Prime Giant' to a 4 year-long experiment involving deficit irrigation strategies in a Mediterranean climate was studied in a commercial orchard located in the southeast of Spain (Jumilla, Spain). Four drip irrigation treatments were imposed: (i) control treatment (CTL), irrigated without restrictions at 110% of seasonal crop evapotranspiration (ETc); (ii) sustained deficit irrigation (SDI) treatment irrigated at 85% ETc during pre-harvest and post-harvest periods and at 100% ETc during floral differentiation; (iii) regulated deficit irrigation (RDI) treatment irrigated at 100% ETc during pre-harvest and floral differentiation and at 55% ETc during post-harvest, and (iv) farmer treatment (FRM), irrigated according to the farmer's normal practice. The crop's response to the different irrigation treatments was analyzed in relation to tree water status. Soil water deficit reduced tree midday stem water potential (Psi(stem)), stomatal conductance (gs) and net photosynthesis (Pn). Branch maximum daily shrinkage (MDS) responded rapidly to irrigation changes during pre-harvest and post-harvest. The lowest Psi(stem), values were reached by SDI during pre-harvest and by RDI and FRM during post-harvest. RDI did not lead to Psi(stem),, water potentials falling to below the threshold of -1.6 MPa in any season, although, FRM caused, Psi(stem) to fall below 1.8 MPa in 2017. RDI reduced vegetative growth and did not cause significant lower yields or fruit quality. However, with SDI there was a trend towards smaller fruits and a slightly higher soluble solid content. Post-harvest deficit irrigation increased water productivity without penalizing fruit yield or the quality parameters studied, and allowed water savings of 39% compared to CTL at a time when other fruit tree species require more water. Moreover, RDI and SDI led to significantly less cracking incidence and a lower cracking index, which could extend fruit shelf life.This work was supported by the Spanish Economy and Competitiveness Ministry (MINECO) and the European Agricultural Funds for Rural Development. Reference: AGL2013-49047-C2-1-R, AGL2016-77282-C3-3-R and the "Fundacion Seneca, Agencia de Ciencia y Tecnologia" of the Region of Murcia under the Excelence Group Program 19895/GERM/15. Victor Blanco acknowledges the research initiation grant received from the Technical University of Cartagena (UPCT). The authors are grateful to Pedro and Agustin Carrion-Guardiola, "Finca Toll." farm owners, for letting them use their facilities to carry out the tests

Analysis of plant and soil water status indicators and its application to automatic deficit irrigation scheduling of fruit trees

[SPA] En regiones áridas y semiáridas donde el principal factor limitante de la producción es el agua, la utilización de estrategias de riego deficitario unido al uso de las nuevas tecnologías puede contribuir a la mejora de la eficiencia de uso y sostenibilidad de la agricultura de regadío. La presente propuesta de tesis doctoral pretende profundizar en el estudio de los diferentes indicadores del hídricos del suelo y planta a diferentes regímenes hídricos, establecimiento de valores umbrales para la optimización y programación automática y remota del riego en árboles frutales, así como la relación de los indicadores estudiados con la respuesta agronómica del cultivo. [ENG] In arid and semiarid regions where water is the main limiting factor of production, the use of deficit irrigation strategies linked to the use of new technologies can contribute to improving the efficiency and sustainability of irrigated agriculture. The present PhD Thesis’ proposal aims at analysis of the different soil and plant status indicators in different water regimes, establishing threshold values for the optimization and automatic and remote scheduling of irrigation in fruit trees, just as the relationship of indicators studied with the agronomic response of the crop.Este trabajo será financiado por el Ministerio de Economía, Industria y Competitividad del Gobierno de España, MINECO (Ref. AGL2016-77282-C3-3-R) y la Fundación Séneca de la Región de Murcia (Grupo de excelencia 2016-2019 Ref. 19895/GERM/15)

Changes in the photosynthetic capacity of cherry trees during drought-recovery cycles

[SPA] La fotosíntesis neta (An) de los cultivos está supeditada a las variables climáticas y disponibilidad hídrica. Con el objetivo de evaluar la capacidad fotosintética de cerezos ‘Lapins’ sometidos a distintos niveles de estrés hídrico se llevó a cabo un ensayo de supresión-reanudación del riego en 2019 que constó de dos tratamientos: i) un control, CTL, regado para satisfacer las necesidades hídricas y ii) otro de déficit hídrico severo, SS, regado como CTL hasta finales de junio, momento a partir del cual se alternaron 2 ciclos consecutivos de supresión-reanudación del riego. El potencial hídrico de tallo (stem) y An se vieron afectados por la intensidad y duración de los periodos de supresión - recuperación. Durante el estudio, no se observó fotoinhibición; sin embargo, An requirió menor radiación para saturar los cloroplastos que los árboles CTL. Los árboles de SS precisaron de un periodo de recuperación de 7-10 d después de cada ciclo de supresión para alcanzar valores de stem similares a árboles CTL. [ENG] Net photosynthesis (An) in plants is conditioned by meteorological variables and soil water availability. With the aim of assessing the photosynthetic capacity of 'Lapins' sweet cherry trees exposed to cycles of drought - recovery, an irrigation study was carried out in 2019. The study involved two irrigation treatments: i) control, CTL, irrigated to ensure non-limiting soil water conditions, and ii) severe water deficit, SS, irrigated as CTL until the end of June, and from that moment on, two consecutive drought - recovery cycles were applied. Stem water potential (stem) and An were affected by both intensity and duration of the two drought - recovery cycles. Although during the study photoinhibition was not observed in SS trees, their chloroplasts resulted light-saturated at lower An values than those of CTL trees. Regarding stem, SS trees required a recovery time of 7-10 days after each drought event to reach similar stem values to those measured in CTL trees.Este trabajo fue financiado por el Ministerio de Economía, Industria y Competitividad del Gobierno de España, MINECO (Ref. AGL2016-77282-C3-3-R) y la Fundación Séneca de la Región de Murcia (Grupo de excelencia 2016-2019, Ref. 19895/GERM/15)

Estimating stomatal conductance in sweet cherry trees using thermal imaging

[SPA] Durante el verano de 2019 se realizó un ensayo de supresión-reanudación del riego en cerezos jóvenes (Prunus avium L.), con el objetivo de evaluar el uso de la termografía infrarroja para detectar estrés hídrico y estimar el nivel de conductancia estomática a partir de medidas de temperatura de copa. Para ello, se ensayaron tres tratamientos de riego: un control, regado para asegurar condiciones no limitantes de agua en el suelo, y dos tratamientos de riego deficitario. Ambos tratamientos deficitarios se sometieron a dos ciclos de supresión-reanudación del riego con diferente duración e intensidad de modo que uno alcanzase un nivel de estrés moderado (MS) y otro de estrés severo (SS). Los árboles sometidos a MS y a SS respondieron diferente, aunque en ambos casos disminuyeron la conductancia estomática (gs), y aumentaron la temperatura de copa (Tc), la diferencia de temperaturas copa-aire (ΔT) y el índice de estrés hídrico del cultivo (CWSI). La estimación de gs fue más precisa al realizarla a partir de los índices ΔT y CWSI que de la variable Tc. [ENG] An experiment of withholding and resuming irrigation was carried out in young cherry trees (Prunus avium L.) during the summer of 2019. The aim of this experiment was to assess the use of infrared thermography to detect water stress and estimate stomatal conductance based on canopy temperature. Three irrigation treatments were evaluated: a control treatment, irrigated to ensure non-limiting soil water conditions, and two deficit irrigation treatments. Both deficit treatments were subjected to two withholding and resuming irrigation cycles of different duration and intensity, up to reach moderate water stress (MS) and severe water stress (SS). The trees submitted to MS and SS resulted in different response, however, both deficit treatments decreased stomatal conductance (gs), and increased canopy temperature (Tc), canopy-air temperature difference (ΔT) and crop water stress index (CWSI). gs estimation based on ΔT and CWSI indices was more accurate than the one based on Tc.Este trabajo fue financiado por el Ministerio de Economía, Industria y Competitividad del Gobierno de España, MICIIN (Ref. AGL2016-77282-C3-3-R) y la Fundación Séneca de la Región de Murcia (Grupo de excelencia 2016-2019, Ref. 19895/GERM/15)

Low-Cost infrared thermography for water stress detection in almond trees

[SPA] En la cuenca mediterránea, donde el principal factor limitante de la producción es el agua, la aplicación precisa de los volúmenes de riego es clave. En este sentido, el uso de las nuevas tecnologías puede contribuir a la mejora de la eficiencia de uso del agua y sostenibilidad de la agricultura. El objeto de este trabajo fue evaluar la idoneidad de la termografía infrarroja para la determinación del estado hídrico de almendros ‘Marta’. Para ello, se llevó a cabo un ensayo de riego en 2018 que constó de tres tratamientos: i) un control, CTL, regado al 115% de la evapotranspiración del cultivo (ETc) y ii) dos tratamientos de riego deficitario controlado, RDC45 y RDC30, regados al 100% ETc, a excepción de la fase de llenado de grano, fase IV (junio – mediados de agosto), cuando se aplicó el 45 y 30% ETc, respectivamente. Los índices térmicos derivados de la temperatura de la copa, Tc, fueron indicadores sensibles del estado hídrico del almendro originado bajo las diferentes condiciones hídricas impuestas. [ENG] In the Mediterranean basin, where water is the main limiting production factor, accurate and careful application of irrigation volumes is key. In this sense, the use of deficit irrigation strategies linked to the use of technologies can contribute to improving the efficiency and sustainability of irrigated agriculture. The aim of this study was to assess the adequacy of infrared thermography for water status detection in 'Marta' almond trees. For that purpose, an irrigation experiment was conducted in 2018 that consisted of three treatments: ii) a control, CTL, irrigated at 115% of the crop evapotranspiration (ETc) and iii) two regulated deficit irrigation treatments, RDC45 and RDC30, both irrigated at 100% ETc, except during kernel-filling period, stage IV (June – mid-August), when they were irrigated at 45 and 30% ETc, respectively. Thermal-water stress indexes derived from canopy temperature, Tc, were sensitive indicators almond trees water status under different water-stress conditions.Este trabajo fue financiado por el Ministerio de Economía, Industria y Competitividad del Gobierno de España, MINECO (Ref. AGL2016-77282-C3-3-R) y la Fundación Séneca de la Región de Murcia (Grupo de excelencia 2016-2019, Ref. 19895/GERM/15)

Respuesta del cerezo var “Prime Giant” al riego deficitario: primeros resultados

[ESP] El seguimiento del estado hídrico del suelo y del árbol de manera continuada y en tiempo real mediante el uso de redes de sensores permite la aplicación del riego deficitario controlado en cerezo de forma precisa. Durante el primer año de ensayo, los tratamientos de riego deficitario controlado (RDC100-55) y sostenido (RDS85) supusieron un ahorro de agua respecto al tratamiento control (CTL), regado al 110% de la ETcg, del 41% (2812 m3·ha-1) y 23% (1612 m3·ha-1) respectivamente. Este ahorro de agua no dio lugar a potenciales hídricos de tallo a mediodía inferiores a -0,7 y -1,5MPa en pre y poscosecha, respectivamente y no causó diferencias entre tratamientos ni en producción ni en el peso unitario de las cerezas. [ENG] Monitoring soil and tree water status continuously and in real time using sensor networks allowed regulated deficit irrigation (RDI) management in sweet cherry trees. Two deficit treatments were imposed, regulated deficit irrigation RDC100-55 and sustained deficit irrigation RDS85, they saved 41% (2812 m3·ha-1) and 23% (1612 m3·ha-1) of the water amount applied during the first year of work compared to control treatment, CTL, watered to 110% of the ETcg. These savings did not cause midday stem water potentials lower than -0.7 and -1.5MPa during pre and postharvest, respectively. Moreover, there were no differences in production or per cherry unitary weight between treatments.Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación (ETSIT), Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica (ETSIA), Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial (ETSII), Escuela Técnica Superior de Arquitectura y Edificación (ETSAE), Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos y de Ingeniería de Minas (ETSICCPIM), Facultad de Ciencias de la Empresa (FCCE), Parque Tecnológico de Fuente Álamo (PTFA), Vicerrectorado de Estudiantes y Extensión de la UPCT, Vicerrectorado de Investigación e Innovación de la UPCT, y Vicerrectorado de Internacionalización y Cooperación al Desarrollo de la UPCT

Estudio de las relaciones hídricas en cerezos sometidos a ciclos de supresión – Recuperación del riego

En climas áridos y semiáridos, donde los recursos hídricos son escasos, es necesario aumentar la eficiencia en el uso del agua. Para ello, el conocimiento de las relaciones hídricas se convierte en un factor determinante. Con el objetivo de estudiar la respuesta fisiológica y vegetativa de cerezos jóvenes (Prunus avium L.) “Lapins” se realizó un experimento en 2019 consistente en la aplicación de dos ciclos de supresión - recuperación del riego a partir de tres tratamientos: i) control, CTL, regado al 115 % de sus necesidades hídricas máximas durante todo el ensayo; ii) déficit moderado-severo, MS, regado como CTL hasta finales de junio, momento a partir del cual se alternaron 2 ciclos consecutivos de supresión - reanudación del riego; iii) déficit severo, SS, similar a MS pero con árboles sometidos a un estrés de mayor intensidad y duración. Los indicadores de suelo y planta estudiados fueron sensibles al estrés hídrico, lo que provocó la caída de los potenciales matricial del agua en el suelo e hídrico de tallo a mediodía, y un aumento de la temperatura de la copa y de los índices derivados de ésta. Todos los indicadores estudiados alcanzaron valores similares a CTL durante los periodos de recuperación. El crecimiento vegetativo se vio drásticamente afectado por la intensidad y duración del déficit hídrico.Este trabajo fue financiado por el Ministerio de Economía, Industria y Competitividad del Gobierno de España, MICIIN (Ref. AGL2016-77282-C3-3-R) y la Fundación Séneca de la Región de Murcia (Grupo de excelencia 2016-2019, Ref. 19895/GERM/15)