Vulnerability of Soil and Water in Mediterranean Agro-Forestry Systems

The study watershed is located within the Idanha Irrigation Scheme, Portugal. A hydrological and water quality station was installed at the outlet of the catchment. The AnnAGNPS model was applied in this study, and afterwards it was calibrated and validated to the conditions in the study catchment. The antecedent soil moisture conditions play an important role for rapid runoff and flash flooding. Relative Water Supply (RWS) is always bellow the unity value and sometimes below the value 0.5. Sometimes in very dry years, like the year 2004-2005 (302 mm), a runoff coefficient is equal to 0.40. Spatial distribution of runoff was primarily influenced by topography and soil management, which is common in Mediterranean agricultural systems, namely in grain crop systems such as oats and wheat. The simulation of spatial distribution of nitrate load shows a dependence of the spatial distribution of runoff, due to its high solubility. Spatial distribution of soil erosion by water indicates that the process does not depend directly on the runoff distribution in the catchment. Therefore, soil erosion is greatly influenced by deficient land cover whenever erosivity of rainfall is strong. Phosphorus losses were less than nitrate losses, due to their lower water solubility and mobility in soil

Contaminación difusa originada por la actividad agrícola de riego, a la escala de la cuenca hidrográfica

Tese de Doutoramento apresentada à Escuela Técnica Superior de Ingenieros Agrónomos y Montes da Universidad de Córdoba.La creciente preocupación por los problemas ambientales originados por la actividad agrícola, particularmente la contaminación del agua, motiva a repensar la gestión de los sistemas y a definir códigos de buenas practicas agrícolas. Además de la importancia de la monitorización y control de los medios acuáticos que reciben los contaminantes, los modelos de simulación se plantean como herramientas útiles para la previsión de impactos. Este estudio se propone estudiar la contaminación difusa del agua superficial originada por la actividad agrícola de riego, a la escala de la cuenca hidrográfica, en lo que respecta al nitrógeno, sales y sedimentos. La cuenca seleccionada para este estudio (189 ha) se sitúa en la Zona Regable de la Campiña de Idanha (Portugal), y tiene como cultivos principales de riego el tabaco, el maíz y el sorgo, y como cultivo principal de secano, la avena. La comprensión del comportamiento hidrológico de la cuenca es fundamental para entender la dinámica de los contaminantes. El comportamiento hidrológico de la cuenca en la estación de riego es muy sensible a las prácticas de riego, a la frecuencia y las dotaciones usadas. Durante la estación de lluvias, el modelo hortoniano domina el comportamiento de la escorrentía, y el contenido de humedad del suelo es decisivo en la magnitud de esta escorrentía en los eventos de máxima precipitación. El agua derivada para la cuenca de estudio en la campaña de riego es de muy buena calidad en lo relativo a las variables estudiadas, no constatándose una degradación significativa de su calidad al circular por este recinto hidrológico. Durante la estación de lluvias, la calidad del agua que es drenada de la cuenca depende de la conjugación de eventos de precipitación intensos con la disponibilidad en el suelo de los contaminantes estudiados. Prácticamente no se encuentra relación entre el caudal y la concentración de contaminantes, ni en la estación de riego ni en la de lluvias, exceptuando las situaciones de punta en que el grado de correlación depende de las condiciones vigentes en la cuenca. La dependencia de la carga contaminante diaria del volumen de escorrentía, otra forma de analizar la dinámica de los contaminantes, se muestra fuertemente influenciada por la solubilidad de los contaminantes en el agua. Ante una multiplicidad de modelos hidrológicos que simulan la contaminación difusa, hemos seleccionado el modelo AnnAGNPS para aplicarlo a la cuenca de estudio. Con vistas a la utilización del modelo AnnAGNPS, hemos concluido que un modelo digital de elevación del terreno con resolución vertical de 1 m es suficiente para contemplar la topografía de la cuenca, y para definir la red de drenaje existente, mientras que la resolución de 5 m es insuficiente. La suficiente proximidad de los datos de escorrentía observados en la estación hidrológica y de los datos simulados por el modelo AnnAGNPS apunta que este modelo puede ser una buena herramienta de predicción de la hidrología de la cuenca de estudio. Sin embargo, esta proximidad no se produjo en lo relativo a los sedimentos y nitrógeno, siendo probable que un esquema experimental de registro continuo de aquellos contaminantes permita la obtención de una mejor relación entre datos observados y simulados. De la forma de distribución espacial de la escorrentía se deduce que la topografía del terreno y la cobertura del suelo son los factores que más influencian el volumen de escorrentía por unidad de área y de tiempo. La producción y arrastre medio de nitrógeno en la cuenca se muestran dependientes de la distribución espacial de la escorrentía, mientras que la producción media de sedimentos no está tan claramente relacionada con la escorrentía, dado que solamente una parte del volumen de escorrentía tendrá energía suficiente para arrancar y arrastrar los sedimentos.Programa PRODEP II

Deficit Irrigation in Peach Orchards under Water Scarcity Conditions

The irrigation patterns in two peach orchards, located in the central eastern region of Portugal, called “Beira Interior”, and the effect of different amounts of irrigation on the total production and fruit quality were evaluated. The experiment was conducted in 2016, in two different orchards, and included three treatments correspondent to three different flow rates per tree: 8, 12 and 16 l/hour. The water balance, which included the water supplied by rain and irrigation and the crop evapotranspiration, was developed. At harvest, crop production, pulp firmness and percentage of the total soluble solids were evaluated. There were no significant differences between treatments in the average production per tree. However, in one of the orchards production increased with the volume of irrigation. In the same orchard, fruit firmness decreased with the increasing water supply. Total soluble solids had decreased with the increasing water supply in both orchards, probably as a consequence of the dilution effect due, directly, to the water incorporated in the fruits, or, indirectly, to the larger fruits produced by the trees that were irrigated more. In general, the treatments used in this study as well as in the farmers’ practices, the supplied water was in deficit, but the farmers tend empirically to follow closely the evolution of evapotranspiration. Keywords: Deficit irrigation, Peach tree, Production, Total soluble solids, Fruit firmnes

Uso da água e produtividade do trigo mole sob diferentes estratégias de rega e fertilização azotada

Nos ambientes mediterrânicos, a gestão da água de rega e a estratégia de fertilização azotada são determinantes nas respostas produtivas e de qualidade tecnológica do trigo para panificação. Neste estudo foram avaliados os efeitos da rega e da fertilização azotada sobre a produtividade do trigo mole na região do Alentejo, Sul de Portugal, em 2018. Testaram-se 3 tratamentos de rega e 8 tratamentos de tipo/fraccionamento do fertilizante azotado. Os tratamentos de rega foram: R0 (sem rega); R1 (rega com reposição de 100% da evapotranspiração cultural (ETc); R2 (rega com reposição de 100% da ETc apenas em quatro fases: início do encanamento; emborrachamento; ântese; enchimento do grão). Os tratamentos de fertilização azotada incluíram 4 tipos de adubos (clássico; de libertação controlada; com inibidor de nitrificação; com inibidor da urease) aplicados totalmente à sementeira ou fraccionados ao longo do ciclo. O ano hidrológico de 2017/2018 decorreu de forma anómala no que respeita à distribuição e volume de precipitação: a precipitação acumulada durante o ciclo de desenvolvimento cifrou-se em 479 mm; entre 26 de Fevereiro e 19 de Março, e entre 18 e 24 de Maio, registaram-se volumes de precipitação de 222.3 mm e 82.5 mm, respectivamente. A forma como decorreu meteorologicamente o ano de 2017/2018 determinou, para a modalidade R1, necessidades totais de rega para a cultura do trigo de 141.0 mm, repartidas por dez regas. Na modalidade R2 foram fornecidos à cultura 135.5 mm, valor ligeiramente inferior ao da modalidade R1, resultante de uma menor dotação aplicada na última rega, realizada na fase de enchimento do grão. Na modalidade R0 apenas se terão verificado dois períodos de stress hídrico, entre 20 de Janeiro e 26 de Fevereiro (maioritariamente no final do afilhamento) e entre 04 e 18 de Maio (maioritariamente na fase de enchimento do grão). No que respeita à avaliação agronómica, não se verificaram efeitos significativos dos factores em estudo em qualquer dos parâmetros analisados, nomeadamente na produção de grão e seus componentes. Este conjunto de resultados reflecte o comportamento similar do balanço de água no solo nas três modalidades de rega em estudo, o que acentua a necessidade deste tipo de avaliação no contexto da variabilidade climática anual e sazonal do clima Mediterrânico do Sul de Portugal.Palavras-chave: necessidades hídricas; fertilizantes de eficiência avançada; rega deficitária; produção de grão; Triticum aestivum L

Resilience of Irrigated Agriculture to Face the Challenges in Mediterranean Climatic Conditions (Iberian Peninsula)

Climate change scenarios in Mediterranean basin point to a decrease in the amount of annual rainfall and the increased frequency of drought. In this framework of greater water scarcity, an increase in irrigation costs is expected, so its rational and efficient use is an unavoidable issue in modern irrigated agriculture. In the last 60 years in Portugal, it had a great increase in the efficiency of water use in agriculture, accompanied by a great increase in energy consumption, and the variation was 15,000 to 6000 m3/ha.year and 200 to 1500 kWh/ha, respectively. The rational application of fertilizers is a priority, to prevent the contamination of superficial and subterraneous waters, and the process of soil salinization in semi-arid conditions. The pressure of water demand by agriculture implies the use of other water sources. For example, in 2010, the volume of unconventional water resources in Spain rose to 4.540 hm3/year. Of the total used in agriculture, 450 hm3 of water comes from the reuse of treated water, and 690 hm3 comes from desalination. The use of modern/smart technologies in irrigated agriculture, like information and communication technologies, allows the rapid share of information between all the system components and can promote optimized answers at different scales

Relationship of Weather Types on the Seasonal and Spatial Variability of Rainfall, Runoff, and Sediment Yield in the Western Mediterranean Basin

Rainfall is the key factor to understand soil erosion processes, mechanisms, and rates. Most research was conducted to determine rainfall characteristics and their relationship with soil erosion (erosivity) but there is little information about how atmospheric patterns control soil losses, and this is important to enable sustainable environmental planning and risk prevention. We investigated the temporal and spatial variability of the relationships of rainfall, runoff, and sediment yield with atmospheric patterns (weather types, WTs) in the western Mediterranean basin. For this purpose, we analyzed a large database of rainfall events collected between 1985 and 2015 in 46 experimental plots and catchments with the aim to: (i) evaluate seasonal differences in the contribution of rainfall, runoff, and sediment yield produced by the WTs; and (ii) to analyze the seasonal efficiency of the different WTs (relation frequency and magnitude) related to rainfall, runoff, and sediment yield. The results indicate two different temporal patterns: the first weather type exhibits (during the cold period: autumn and winter) westerly flows that produce the highest rainfall, runoff, and sediment yield values throughout the territory; the second weather type exhibits easterly flows that predominate during the warm period (spring and summer) and it is located on the Mediterranean coast of the Iberian Peninsula. However, the cyclonic situations present high frequency throughout the whole year with a large influence extended around the western Mediterranean basin. Contrary, the anticyclonic situations, despite of its high frequency, do not contribute significantly to the total rainfall, runoff, and sediment (showing the lowest efficiency) because of atmospheric stability that currently characterize this atmospheric pattern. Our approach helps to better understand the relationship of WTs on the seasonal and spatial variability of rainfall, runoff and sediment yield with a regional scale based on the large dataset and number of soil erosion experimental stations

Metodologia de retorno de informação de campo para a melhoria da análise e gestão da rega em canteiros de nível

Dissertação apresentada ao Instituto Superior de Agronomia - UTL, para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia da Rega e dos Recursos Agrícolas.As características de infiltração do solo sob de importância determinante no estudo dos métodos de rega de superfície, nos quais se inclui o processo de rega por canteiros de nível. A sua deficiente avaliação poderá levar a uma incorrecta análise e gestão deste processo de rega. O desenvolvimento de uma metodologia de optimização dos parâmetros da equação de infiltração com retorno de informação de campo, constitui o principal objectivo desta tese. A metodologia desenvolvida é verificada para regas rigorosamente observadas, através de um procedimento simplificado. Com recurso ao modelo de simulação de rega de superfície SRFR 20.5, é feita uma análise de sensibilidade para o tempo de recessão e para o coeficiente de rugosidade. No exercício de pesquisa dos parâmetros optimizados da equação de infiltração, faz-se uma utilização exaustiva do modelo de simulação SRFR 20.5, no sentido de se procurar a melhor aproximação entre resultados simulados e observados em determinada rega. A metodologia desenvolvida para uma rega e depois verificada para outras regas, mostra uma validade consistente pela obtenção de valores baixos dos aferidores numéricos SQD e módulo do Desvio, estabelecidos respectivamente para os critérios de comparação tempos de avanço e tempo de recessão, observados e simulados. Da análise de sensibilidade conclui-se da importância de uma avaliação rigorosa do coeficiente de rugosidade, não sendo esta uma exigência para o tempo de recessão

Balanço hídrico do solo e uso da água no trigo (triticum aestivum l.): Um caso de estudo em condições mediterrânicas

Neste estudo foram avaliados os efeitos da rega e da fertilização azotada sobre a produtividade do trigo mole na região do Alentejo, Sul de Portugal, em 2018. Testaram-se 3 tratamentos de rega e 8 tratamentos de tipo/fracionamento do fertilizante azotado. Os tratamentos de rega foram: R1 (rega com reposição de 100% da evapotranspiração cultural-ETc); R2 (rega com reposição de 100% da ETc apenas em quatro períodos: início do encanamento, emborrachamento, ântese, enchimento do grão); R3 (sequeiro). Os tratamentos de fertilização azotada incluíram 4 tipos de adubos (clássico; de libertação controlada; com inibidor de nitrificação; com inibidor da urease) aplicados totalmente à sementeira ou fracionados ao longo do ciclo. O ano hidrológico de 2017/2018 decorreu de forma anómala no que respeita à distribuição e volume de precipitação. Nas modalidades R1 e R2 apenas se verificaram dois pequenos períodos de stress hídrico na fase inicial da cultura. Na modalidade R3, verificaram-se períodos mais prolongados de stress hídrico e em maior número, que coincidiram com o final da fase de afilhamento e na fase de enchimento do grão. No que respeita à avaliação agronómica, não se verificaram efeitos significativos dos factores em estudo em qualquer dos parâmetros analisados, nomeadamente na produção de grão e seus componentes. Este conjunto de resultados reflecte o comportamento bastante semelhante do balanço de água no solo nas três modalidades de rega em estudo, como consequência da forma anormal como decorreu o ano hidrológico em causa. A fertilização com adubos específicos e com aplicações de 50% do azoto numa fase avançada do ciclo do trigo, deixam claro que aplicações mais tardias de azoto promovem o aumento de proteína no grão