Improving the monitoring of corn phenology in large agricultural areas using remote sensing data series

Aim of study: Mexico's large irrigation areas demand non-structural actions to improve the irrigation service, such as monitoring crop phenology; however, its application has been limited by the large volumes of field information generated, diversity of crop management and climatic variability. The objective of this study was to generate and validate a methodology to monitor corn (Zea mays L.) phenology from the historical relationship of the vegetation indexes (VIs), EVI and NDVI, with the phenological development (PD) of corn grown in large irrigation zones.Area of study: Irrigation District (ID) 075 “Valle del Fuerte”, northern Sinaloa, Mexico.Material and methods: We used a database of 20 years of climate, field crop growth and crop phenology data, and Landsat satellite images. A methodology was proposed on a large scale supported with GIS and remote sensing data series.Main results: The methodology was validated in 19 plots with an acceptable correlation between observed PD and estimated PD for the two VIs, with slightly better values for EVI than for NDVI. NDVI and EVI models agreed with experimental PD observations in 92.1% of the farms used to validate the methodology, in 2.5% only the NDVI model coincided with the real, in 3.1% only the EVI model coincided, and in 2.3% both models disagreed with observation, generated a stage out of phase with respect to the real phenological stage.Research highlights: is possible to generalize the methodology applied to large irrigation zones with remote sensing data and GIS

Management Practices and Bioproductivity in Grassland of Dry Areas

In Mexico, the grassland represents 40.1% of the total area of the country and it is a source of feed for livestock, although suffers different degrees of degradation due to lack of management and adverse climatic conditions. The problem of the grasslands is complex since it involves diverse type’s soils, presence of invasive plants, low success in the establishment of grasses or replanting, high fluctuation in the rainfall distribution, as well as the low capacity of the soil to retain moisture. Among these constraints, the limited availability of soil moisture in arid conditions, makes these areas more fragile to the degradation of the environment which results in low productivity of the grassland. In this chapter, major ecological limitations of the grassland and techniques which improve the soils moisture retention capacity of the grassland especially in moisture deficit areas will be discussed

Water Harvesting and Soil Water Retention Practices for Forage Production in Degraded Areas in Arid Lands of Mexico

The area under arid conditions in Mexico is greater than 50%. This area faces a high risk due to environmental effects. The soil degradation in arid, semi‐arid, and dry sub‐humid areas is of multi‐causal nature, among which climatic and anthropogenic factors stand out. At least, three distinct elements with different effects may be considered: recurrent droughts in short periods, long‐term climate fluctuations, and degradation of soils by human activities. These threaten the productivity and sustainability of ecosystems and agro‐ecosystems. Thus, it is needed to maintain a constant exploration of new and more appropriate technologies that promote the efficient use of natural resources, in a framework of greater sustainability. Many of these technologies are focused toward better management of water and soil resources in production systems. Water management is oriented with rainwater harvesting, efficient irrigation systems, as well as soil moisture retention techniques, and the use of plant species tolerant to water stress. Planting of native species and using soil improvers of edaphic moisture retention can enhance reclamation (recovery) of degraded soils. The aim of this chapter is to show and discuss some experimental results using the above technologies applied to rangelands with degraded soils in dry lands

Variabilidad de la precipitación (1660-2018) para el oeste de Chihuahua inferida con anillos de árboles

Introduction: Tree rings play a significant role for the reconstruction of climate variables on century scales.Objective: To reconstruct the variability of precipitation for the western part of the state of Chihuahua, based on tree rings of Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco, Pinus arizonica Engelm.and Pinus strobiformis Engelm.Materials and methods: Samples were extracted with a Pressler drill, dated and growth indexes were generated based on dendrochronological techniques. A correlation analysis was run between regional chronology and observed precipitation data. A regression model was used to reconstruct precipitation. A spectral analysis determined the recurrence of droughts and the influence of El Niño Southern Oscillation (ENSO) on precipitation variability.Results and discussion: The relationship between the chronologies was statistically significant and a regional series of 359 years was developed. October-June precipitation had the highest impact on growth (r = 0.73, P < 0.01), so the variability of precipitation for that period was reconstructed for the last 359 years. Severe droughts were detected in the periods 1751-1768, 1807-1810 and 1945-1956 and a recurrence of droughts every 50 years was identified. The reconstructed precipitation variability is significantly modulated by ENSO at different time scales and frequencies.Conclusion: Paleoclimatic series help us to spread the knowledge of climate in specific geographic regions and to analyze the recurrence of extreme events (droughts).This research was funded under the project “Procesos de mitigación del impacto por cambio climático en la agricultura del sur de Sonora” with code 1450034669.Peer ReviewedPostprint (published version

Efecto de la cobertura del suelo sobre el crecimiento y productividad del zacate buffel (Cenchrus ciliaris L.) en suelos degradados de zonas áridas

The objective of this study was to evaluate the use of corn crop residues as mulch and its impact on soil moisture content and the establishment, development and productivity of buffel grass (Cenchrus ciliaris L). A randomized block design with three replications was used. The treatments were: sowing of 10 kg ha-1 of buffel grass seed (Bs); vegetation cover on soil with 10 t ha-1 of corn crop residues (Vc); Bs + Vc combination; and control (no grass sowing and no vegetation cover). The Bs + Vc treatment maintained a higher soil moisture content (P≤0.05), with 13.8 % vs 10.6 % of the control. Consequently, the number of grass plants m-2, buffel grass cover, plant height, chlorophyll index and dry biomass production had a tendency to respond better, with values of 518.5 plants m-2, 51.23 %, 31.8 cm, 162 and 167.8 g m-2, respectively, and they exhibited a tendency toward a statistically similar response as to this treatment when  applied  separately (Vc and Bs).  Photosynthesis (µmol s-2s-1), stomatal conductance, transpiration (mmol H2O m-2 s-1), and water use efficiency were not affected by any of the treatments in this study, their response being equivalent to that of the control.El objetivo de este estudio fue evaluar el uso de residuos de cosecha de maíz como cobertura vegetal y su impacto en el contenido de humedad del suelo y el establecimiento, desarrollo y productividad del pasto buffel (Cenchrus ciliaris L). Se usó un diseño de bloques al azar con tres repeticiones. Los tratamientos fueron: siembra de 10 kg ha-1 de semilla de pasto buffel (Sp); cobertura vegetal en suelo con 10 t ha-1 de residuos de cosecha de maíz (Cv); combinación Sp + Cv; y testigo (sin siembra de pasto y sin cobertura vegetal). El tratamiento Sp + Cv mantuvo un mayor contenido de humedad en el suelo (P≤0.05), con 13.8 % contra 10.6 % del testigo. En consecuencia, el número de plantas de pasto m-2, cobertura de pasto buffel, altura de la planta, índice de clorofila y producción de biomasa seca, tuvieron una tendencia de mejor respuesta, con valores de 518.5 plantas m-2, 51.23 %, 31.8 cm, 162 y 167.8 g m-2, respectivamente, con una tendencia de respuesta estadísticamente similar este tratamiento al aplicarse de manera separada (Cv y Sp). La fotosíntesis (µmol s-2s-1), conductancia estomática, transpiración (mmol H2O m-2 s-1) y uso eficiente del agua, no fueron afectadas por ninguno de los tratamientos de este estudio, con respuesta equivalente a la del testigo

Análisis temporal de sequías meteorológicas en la cuenca del Río Yaqui (México) y su relación con ENSO

Este estudio analiza el comportamiento temporal de las sequías en la Cuenca del Río Yaqui (CRY), México, usando el Índice de Precipitación Estandarizado (SPI, siglas en inglés) y determina la influencia del fenómeno climático El Niño Southern Oscillation (ENSO) en la modulación de su variabilidad. Se utilizaron 28 estaciones climáticas distribuidas en el gradiente de la cuenca y 20 km adicionales al parteaguas. Se evaluó la calidad de las series mediante pruebas de homogeneidad de varianza, se determinó su variabilidad común mediante un Análisis de Componentes Principales (ACP) y se generó un SPI regional para el periodo 1937–2016. Los eventos de sequía más severos se registraron en los años de 1980, 1988, 1999, 2006 y 2011. El análisis espectral de coherencia de ondeletas entre el SPI y ENSO indica una relación en fase entre eventos secos y lluviosos durante el período de 1937 a 1959 a frecuencias de uno a seis años, de 1937 a 1950 en frecuencias de 10 a 11 años, de 1972 a 1974 a frecuencias de uno a dos años y de 1997 a 2005 a frecuencias de 11 a 15 años. ENSO influye significativamente en la variabilidad del SPI en la cuenca

Impacto del uso del rodillo aireador para la siembra de pasto en el proceso hidrológico de una cuenca con lluvia natural y en condiciones de lluvia simulada

La investigación se realizó en la Región Hidrológica 36 (ríos Nazas-Aguanaval), zona árida del norte de México. En 2017, parte de la cuenca fue alterada durante el establecimiento de pasto buffel (Cenchrus ciliaris L.) con rodillo aireador (RA). El objetivo de esta investigación fue proponer un marco metodológico para integrar y analizar la información experimental de una cuenca de zonas áridas. El impacto del RA se cuantificó mediante el uso de simulador de lluvia in situ en el área de la cuenca. Los resultados indican que el empleo de RA provoca un retraso en el inicio del escurrimiento. De igual manera, la producción de escurrimiento fue menor en la parcela donde se utilizó el RA, con una producción media de 0.000004 m3s-1, mientras que la producción media de escurrimiento en las parcelas bajo condiciones naturales (testigo) fue de 0.000016 m3s-1. Además, la producción de sedimentos en la parcela con paso de RA fue significativamente mayor en la producción de sedimentos, con un valor medio de 833 mgl-1; en tanto que en la parcela experimental bajo condiciones naturales, la producción media de sedimentos fue de 470 mgl-1. Se infiere que las microdepresiones causadas por el RA capturaron el agua de lluvia ejerciendo una mayor retención del líquido en el suelo, lo cual redujo la escorrentía y aumentó la infiltración de agua en la cuenca. Los hallazgos muestran que, debido al tamaño, la cuenca (158.87 ha) es muy sensible a los cambios en los regímenes de precipitación y la cubierta vegetal

Validación espacial de datos climatológicos y pruebas de homogeneidad: caso Veracruz, México

Guajardo-Panes, R. A., Granados-Ramírez, G. R., Sánchez- Cohen, I., Díaz-Padilla, G., & Barbosa-Moreno, F. (septiembre-octubre, 2017). Validación espacial de datos climatológicos y pruebas de homogeneidad: caso Veracruz, México. Tecnología y Ciencias del Agua, 8(5), 157-177. La fiabilidad de la información climática es sustancial en cualquier tipo de investigación, por ello es importante implementar herramientas y metodologías que permitan identificar datos que contengan errores, ya sea por la toma de datos, fallas en los sensores de los instrumentos, por la transcripción de la información y/o por la reubicación de las estaciones. En el presente trabajo se describe una propuesta metodológica para validar e identificar registros anómalos de precipitación, y temperatura mínima y máxima diaria. La propuesta detalla el desarrollo de una metodología que permitió seleccionar estaciones con información mínima necesaria, verificar su congruencia lógica, el proceso de un esquema de validación espacial y la aplicación de pruebas de homogeneidad normal estándar (SNHT), Pettitt y Buishand, para validar datos climatológicos, y comprobar la homogeneidad de datos de precipitación y temperaturas registrados en estaciones del Servicio Meteorológico Nacional (SMN) ubicadas en el estado de Veracruz y áreas aledañas. Se observó que 72% de las estaciones con información de precipitación cumple el criterio de homogeneidad; en contraste, para la temperatura mínima y máxima, sólo el 31 y 30% de las estaciones cumplió dicho criterio. Lo anterior permitió fundamentar que es posible que los datos sean homogéneos, sin considerar ciclos o condiciones estacionales; sin embargo, es recomendable incluir el empleo de las pruebas sugeridas, tomando en cuenta los periodos de frío y/o calor, o bien la relación que exista con la dependencia de la precipitación (periodos húmedos y/o secos)

Feasibility of the adoption of soil erosion mitigation technology on farmland and pastures in northern Mexico

Objective: Identify the socioeconomic factors that determine the adoption of mitigation technologies of soil erosion in the Nazas-Aguanaval watershade at Durango State, Mexico. Design/methodology/approach: During 2018, 61 semi-structured surveys were applied to farmers in the region. The variables associated with the adoption disposition a binomial Logit regression of maximum likelihood was used. Results: Perception of the soil erosion problem, location of the watershade or agriculture productive unit, and economic activity were the most influential variables in the model. The main variable that conditions the disposition to improve the soil is the perception of soil erosion in the farm, with a marginal effect of 45.03 %. Limitations on study/implications: The results of this survey could be applicable to the study area only. Findings/conclusions: It is necessary to promote and increase the perception, understanding and acceptance of soil erosion mitigation technologies through training.Objective: To identify the socioeconomic factors which determine the adoption of soil erosion mitigation technologies in the Nazas-Aguanaval watershed region in the state of Durango, Mexico. Design/methodology/approach: During 2018, 61 semi-structured surveys were applied to farmers in the region. The variables associated with the willingness to adopt or not were analyzed with a maximum likelihood binomial Logit regression model. Results: Perception of the soil erosion problem, location of the watershed or agricultural unit, and economic activity were the most influential variables in the model. The main variable that conditions the willingness to adopt technologies to improve the soil is the perception of soil erosion in production areas, with a marginal effect of 45.03%. Limitations on study/implications: The results of this survey may only be applicable to the study area. Findings/conclusions: Training is necessary to promote and increase the perception, understanding and acceptance of soil erosion mitigation technologie

Modelación espacial de la producción de agua y escurrimiento superficial del agua de lluvia en la zona sur del estado de Puebla, México

En la conservación de recursos naturales, el aprovechamiento racional y el manejo de recursos hídricos son prioritarios; bajo esta directriz, el escurrimiento superficial, la precipitación pluvial y la infiltración son condicionantes en la recarga de acuíferos y en la disponibilidad del agua. Este trabajo desarrolla una propuesta metodológica para delimitar e identificar las microcuencas que reúnan condiciones favorables para implementar obras en beneficio de la recarga de acuíferos en el sur de la Mixteca y Sierra Negra de Puebla. Se calcularon coeficientes de escurrimiento, considerando el uso y la textura de suelo, así como la pendiente del terreno para modelar los flujos y la dirección de corrientes de agua de lluvia. En poco más de dos millones de hectáreas se delimitaron 178 microcuencas; 125 inciden en 1.31 millones de hectáreas de la región de la Mixteca, en donde se captan aproximadamente 9 513 Hm3 de precipitación total anual y de ésta escurre el 42% (4 030 Hm3); en la Sierra Negra, que comprende un área aproximada de 704 mil hectáreas, fueron delimitadas 53 microcuencas, las cuales captan 6 972 Hm3 de precipitación total anual, de la cual se escurre el 54%. Se aplicó análisis de componentes principales para disminuir la dimensionalidad de la base de datos de microcuencas para realizar una clasificación de cinco tipos mediante la metodología Dalenius y Hodges, considerando la extensión territorial de cada microcuenca, su producción de agua, densidad poblacional y degradación de suelo. Finalmente, se identificaron once como de prioridad en la conservación y construcción de infraestructura hidroagrícola, como hoya de agua, represas y/o lagunas de infiltración