Determinación de la huella hídrica y modelación de la producción de biomasa de cultivos forrajeros a partir del agua en la Sabana de Bogotá (Colombia)

[EN] The main objective was aimed at determining the biomass production from water based on water relations, levels of water consumption of the species, and climate variables that affect the formation of biomass and soil present and specifically it focused on two forage crops which were Forage Oats (Avena sativa L.) and ryegrass (Lolium perenne). The solution to the problem is based on AquaCrop model (FAO) Steduto et al, (2009) which was recently proposed for the determination of both biomass and agricultural production from water transpired by herbaceous species, this is gather scientific and technological advances on the effect of water in the estimation of crop production has been achieved in recent years. In the present research we have identified key variables AquaCrop model input for the two species mentioned, through field research conducted using the methodology gradient Hanks et al., (1980), and a new methodology proposal for determining water stress. A total of 18 major experiments were developed to generate the levels of biomass production of forage oats and ryegrass, determining 32 variables or parameters for each crop that requires the model to estimate the biomass produced by the forage and pasture. The experiments were conducted mainly during the years 2008-2013 in "Centro de Investigación Tibaitatá (CORPOICA)" located in the savannah of Bogota (Colombia). For forage oats were developed five cycles and ryegrass crops three complete cycles, with seven, four and two cuts were made respectively. Based on the information provided in the field, forage oats and ryegrass crops were calibrated and validated for AquaCrop model reaching adjustments R2=0.92, RMSE=1,86t.ha-1, NRMSE=17.67%, EF=0.91, d=0.97 for forage oat and R2=0.97, RMSE=0,47t.ha-1, NRMSE=13.6%, EF=0.88, d=0.98 for ryegrass. Two synthetic crops were determined one for each specie, which are "prototypes" for estimating biomass by the water use in different conditions of crops. The total biomass was determined to forage oats at 22.2 t.ha-1 on average with peaks that can reach up to 27 t.ha-1 in the production environment of the savannah of Bogota. For ryegrass total biomass reached levels of up to 9 t.ha-1 on average with peaks that can reach up to 9,9 t.ha-1 for the period from planting to first cut, and 6 t.ha-1 for others cuts. The intrinsic water footprint for fodder oats was determined in 175 L.kg-1 and 442 ryegrass L.kg-1 and 431 L.Kg-1. As alternative outcomes that support the calibration and validation of the model is also obtained, determining reference evapotranspiration in the region, the curves of Kc, Kcb and Ke determining the intrinsic water footprint of the two species, the development of canopy cover over the phenological cycles of the species studied, the curves of soil moisture and biomass in response to six levels of irrigation and various planting and production functions of both species. The conservative parameters of forage oats and ryegrass crops were determined like a sample referenced parameters and local variables nonconservative of these species, which is globally in a significant advance in calibration and validation for AquaCrop model of forage crops.[ES] El objetivo principal estuvo orientado a la determinación de la producción de biomasa a partir del agua con base en las relaciones hídricas, los niveles de consumo de agua de las especies, y las variables del clima que inciden en la formación de biomasa y el suelo presentes y se centró específicamente en dos cultivos forrajeros los cuales fueron Avena Forrajera (Avena sativa, L.) y Raigrás (Lolium perenne). La solución al problema se basa en el modelo AquaCrop (FAO) Steduto et al, (2009) el cual fue propuesto recientemente para la determinación tanto de la biomasa como de la producción agrícola a partir del agua transpirada por las especies herbáceas, en este se reúnen los avances científicos y tecnológicos que sobre el efecto del agua en la estimación de la producción de cultivos se ha logrado en los últimos años. En el presente trabajo de investigación se han determinado las principales variables de entrada al modelo AquaCrop, para las dos especies mencionadas, por medio de investigación de campo realizada con la metodología del gradiente de Hanks et al, (1980), y con una nueva metodología propuesta para la determinación del estrés hídrico. Se desarrollaron un total de 18 experimentos principales generando los niveles de producción de biomasa de avena forrajera y raigrás, determinando 32 variables o parámetros para cada uno de los cultivos que requiere el modelo para la estimación de la biomasa producida por las especies forrajeras y pastos. Los experimentos fueron realizados principalmente durante los años 2008 a 2013 en el Centro de Investigación Tibaitatá (CORPOICA) ubicado en la Sabana de Bogotá (Colombia). Para avena forrajera se desarrollaron cinco ciclos del cultivo y para raigrás se hicieron tres ciclos completos con siete, cuatro y dos cortes respectivamente. Con base en la información establecida en campo se calibraron y validaron los cultivos de avena forrajera y raigrás para el modelo AquaCrop alcanzando ajustes de R2=0,92, RMSE=1,86t.ha-1, NRMSE=17,67%, EF=0,91, y d=0,97 para avena forrajera y de R2=0,97, RMSE=0,47t.ha-1, NRMSE=13,6%, EF=0,88, y d=0,98 para raigrás. Se determinaron dos cultivos sintéticos uno para cada especie, los cuales constituyen los "prototipos" que son el punto de partida para la estimación de la biomasa a partir del uso del agua en diferentes condiciones de los cultivos mencionados. La biomasa total para avena forrajera fue determinada en 22,2t.ha-1 en promedio con valores máximos que pueden llegar a alcanzar hasta 27t.ha-1 en el entorno productivo de la sabana de Bogotá. Para raigrás la biomasa total alcanzó niveles de hasta 9t.ha-1, para el período de siembra a primer corte, y de 6t.ha-1 para los cortes posteriores al primero. La huella hídrica intrínseca para avena forrajera fue determinada en 175L.kg-1 y para raigrás en 442L.kg-1 y 431L.Kg-1. Como resultados alternativos que fundamentan la calibración y validación del modelo se obtuvieron además, la determinación de la evapotranspiración de referencia de la región, las curvas de Kc, Kcb y Ke que determinan la huella hídrica de las dos especies, los desarrollos de las coberturas del dosel a través de los ciclos fenológicos de las especies estudiadas, las curvas de humedad del suelo y de biomasa en respuesta a seis niveles de riego y varias épocas de siembra y las funciones de producción de ambas especies. Se determinaron los parámetros conservativos de los cultivos de avena forrajera y raigrás, así como una muestra referenciada localmente de los parámetros y variables no conservativos de estas especies, lo que constituye a nivel mundial en un avance significativo en la calibración y validación del modelo AquaCrop para cultivos forrajeros.[CA] L'objectiu principal va estar orientat a la determinació de la producció de biomassa a partir de l'aigua amb base en les relacions hídriques, els nivells de consum d'aigua de les espècies, i les variables del clima que incideixen en la formació de biomassa i el sòl presents i es va centrar específicament en dos cultius forrajeros els quals van ser Civada Forrajera (Avena sativa, L.) i Raigrás (Lolium perenne). La solució al problema es basa en el model AquaCrop (FAO) Steduto et al, (2009) el qual va ser proposat recentment per a la determinació tant de la biomassa com de la producció agrícola a partir de l'aigua transpirada per les espècies herbàcies, en aquest es reuneixen els avanços científics i tecnològics que sobre l'efecte de l'aigua en l'estimació de la producció de cultius s'ha aconseguit en els últims anys. En el present treball de recerca s'han determinat les principals variables d'entrada al model AquaCrop, per a les dues espècies esmentades, per mitjà de recerca de camp realitzada amb la metodologia del gradient d'Hanks et al, (1980), i amb una nova metodologia proposada per a la determinació de l'estrès hídric. Es van desenvolupar un total de 18 experiments principals generant els nivells de producció de biomassa de civada forrajera i raigrás, determinant 32 variables o paràmetres per a cadascun dels cultius que requereix el model per a l'estimació de la biomassa produïda per les espècies forrajeras i pastures. Els experiments van ser realitzats principalment durant els anys 2008 a 2013 en el Centre de Recerca Tibaitatá (CORPOICA) situat en la Sabana de Bogotà (Colòmbia). Per a civada forrajera es van desenvolupar cinc cicles del cultiu i per a raigrás es van fer tres cicles complets amb set, quatre i dues corts respectivament. Amb base en la informació establida en camp es van calibrar i van validar els cultius de civada forrajera i raigrás per al model AquaCrop aconseguint ajustos de R2=0,92, RMSE=1,86t.ha-1, NRMSE=17,67%, EF=0,91, i d=0,97 per a civada forrajera i de R2=0,97, RMSE=0,47t.ha-1, NRMSE=13,6%, EF=0,88, i d=0,98 per a raigrás. Es van determinar dos cultius sintètics un per a cada espècie, els quals constitueixen els "prototips" que són el punt de partida per a l'estimació de la biomassa a partir de l'ús de l'aigua en diferents condicions dels cultius esmentats. La biomassa total per a civada forrajera va ser determinada en 22,2t.ha-1 en mitjana amb valors màxims que poden arribar a aconseguir fins a 27t.ha-1 en l'entorn productiu de la sabana de Bogotà. Per a raigrás la biomassa total va aconseguir nivells de fins a 9t.ha-1, per al període de sembra a primer tall, i de 6t.ha-1 per als corts posteriors al primer. La petjada hídrica intrínseca per a civada forrajera va ser determinada en 175L.kg-1 i per a raigrás en 442L.kg-1 i 431L.kg-1. Com a resultats alternatius que fonamenten el calibratge i validació del model es van obtenir a més, la determinació de la evapotranspiración de referència de la regió, les corbes de Kc, Kcb i Ke que determinen la petjada hídrica de les dues espècies, els desenvolupaments de les cobertures del dosel a través dels cicles fenológicos de les espècies estudiades, les corbes d'humitat del sòl i de biomassa en resposta a sis nivells de reg i diverses èpoques de sembra i les funcions de producció d'ambdues espècies. Es van determinar els paràmetres conservatius dels cultius de civada forrajera i raigrás, així com una mostra referenciada localment dels paràmetres i variables no conservatius d'aquestes espècies, la qual cosa constitueix a nivell mundial en un avanç significatiu en el calibratge i validació del model AquaCrop per a cultius forrajeros.Terán Chaves, CA. (2015). Determinación de la huella hídrica y modelación de la producción de biomasa de cultivos forrajeros a partir del agua en la Sabana de Bogotá (Colombia) [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/54133TESI

Water Stress Thresholds and Evaluation of Coefficient Ks for Perennial Ryegrass in Tropical Conditions

[EN] Perennial ryegrass (Lolium perenne) is the predominant forage crop in the equatorial highland zones of Colombia due to its high nutritional value and versatility to produce both milk and meat. This study aimed to determine the relationship between the relative depletion of usable soil water and the Ks values of canopy expansion and closure stomatal of perennial ryegrass, as well as to identify the threshold values of water stress. The experiment was carried out in pots under a controlled environment condition. These pots were arranged in a completely randomized manner. The experiment consisted of five treatments¿including control treatment¿of water deficits in the soil that progressively increased the depletion level as the crop cycle developed. This generated a wide range of conditions in the growth stages. For each treatment, four repetitions were performed Biomass production was significantly affected by water stress. The results show that the upper and lower thresholds of Ks were 0.28 and 1.3 of the depletion level (p) of the total available water (TAW) in the soil for the expansion of the canopy (CE), and 0.25 and 1.1 p of the TAW for stomatal closure (gs). Quadratic functions were fitted for both the CE (R2 = 0.72) and CS (R2 = 0.73); moreover, the Ks function of FAO-AquaCrop with positive shape factor (sf) was as follows: sf = 11, RMSE 0.22 for CE, and sf = 4.3, RMSE 0.19 for gs. Our results indicate that ryegrass is moderately sensitive to water stress. The differences found between the Ks function of FAO and the experimental data call for the need to use modeling with parameters adapted for each case.The research leading to this report was supported by the Ministry of Agriculture and Rural Development of Colombia, the Corporacion Colombiana de Investigacion Agropecuaria, AGROSAVIA and Ibero-American Program of Cooperation INIA Doctorate/2015, the project 14152007O5490-692/2007.Terán-Chaves, CA.; Garcia-Prats, A.; Polo-Murcia, SM. (2022). Water Stress Thresholds and Evaluation of Coefficient Ks for Perennial Ryegrass in Tropical Conditions. Water. 14(11):1-16. https://doi.org/10.3390/w14111696116141

Determinación de Requerimientos Hídricos para Avena Forrajera (Avena sativa L.) y Raigrás (Lolium perenne) en la Sabana de Bogotá (Colombia)

[ES] Se determinó el consumo hídrico de especies forrajeras con la huella hídrica y las funciones de producción respecto al agua para los cultivos de avena forrajera (Avena sativa L.) y raigrás (Lolium perenne), teniendo en cuenta la evaluación de la energía presente en la atmósfera en la región. Se generó un gradiente de humedades según Hanks et al., (1976), para obtener las respuestas. Se llevaron a cabo 15 experimentos para generar el consumo hídrico, la huella hídrica, la producción de biomasa y la productividad hídrica normalizada (WP*). Se consideraron nuevas investigaciones sobre uso de agua, Steduto et al., (2007) implementadas por el modelo AquaCrop (FAO) para la determinación de la biomasa y la producción agrícola a partir del agua para especies herbáceas. El trabajo se desarrolló en el C.I. Tibaitatá, Corpoica (Colombia) (4°42¿N; 74°12¿W), Bogotá, a 2543 msnm. Para avena forajera se encontró una función de producción de segundo orden que define su huella hídrica en forma variable con un punto óptimo de 390 mm para una producción de 22 t ha-1 y una WP* de 18,97 g m-2, mientras que para raigrás una línea recta con un punto máximo de 410 mm y una producción de 10 t ha-1, alcanzando una WP* de 18,08 g m-2 de siembra a primer corte y de 14,66 para los cortes posteriores. Se obtuvieron las curvas del cultivo Kc, Kcb, y Ke de sus respectivos ciclos productivos, con puntos máximos de Kcb de 1,1 para raigrás, y 1,14 para avena forrajera.[EN] Water consumption of forage species with the water footprint and production functions to water for crops of forage oats (Avena sativa L.) and ryegrass (Lolium perenne) was determined, taking into account the evaluation of the energy in the atmosphere in the region. Moisture gradient as Hanks et al., (1976) was generated, to obtain the answers. It took just 15 experiments to generate water consumption, water footprint, biomass production and water productivity standard (WP*). New research on water use, Steduto et al., (2007) implemented by the model AquaCrop (FAO) for the determination of biomass and agricultural production from water in herbaceous species were considered. The work was developed in the C. I. Tibaitatá, Corpoica (Colombia) (4°42¿N, 74° 12¿W), Bogotá, 2543 meters. To forage oats production function that defines second-order its water footprint variably with an optimum of 390 mm for a production of 22 t.ha-1 and WP* of 18.97 g.m-2 was found, while ryegrass that a line with a peak of 410 mm and an output line 10 t.ha-1, reaching a WP* 18.08 gm-2 of seed and a first cut for subsequent cuts 14.66. Crop Kc curves, Kcb were obtained and Ke of their production cycles, with peaks of 1.1 Kcb for ryegrass and forage oats to 1.18.Terán-Chaves, CA.; Murcia Contreras, G.; Garcia-Prats, A. (2014). Determinación de Requerimientos Hídricos para Avena Forrajera (Avena sativa L.) y Raigrás (Lolium perenne) en la Sabana de Bogotá (Colombia). Revista Facultad Nacional de Agronomía. 67(2):1157-1159. http://hdl.handle.net/10251/104775S1157115967

Análisis agroclimático de la región de la Mojana :informe final

El área de La Mojana presenta una forma de elipse donde el eje mayor de la región tiene una longitud de 119.5 km aproximadamente, con dirección norte sur y el eje menor es perpendicular, con 71.5 km, es una zona plana baja, donde se ubican los conos deltáicos de los río Cauca y Magdalena y San Jorge, cuyas características geomorfológicas han generado gran cantidad de ciénagas y pantanos sujetos continuamente a inundaciones dadas por los altos niveles de los río durante períodos invernales. Estas zonas de inundación son elementos de amortiguación temporal de las crecientes de los ríos Cauca, San Jorge y Brazo de Loba, y de acumulación y depositación de sedimentos transportados por éstos. La región constituye entonces un importante sistema regulador de las corrientes fluviales, a la vez un sistema fuertemente deteriorado por la intensa acumulación de sedimentos y contaminantes provenientes de sus cuencas tributarias. En consecuencia este, deterioro del sistema debe mitigarse mediante acciones que propendan por la recuperación y preservación de los ecosistemas y por el desarrollo sostenible de actividades productivas. (Mehestre, A. et al, 1997)

Alternativas de desarrollo agropecuario con proyección sostenible para el distrito de riego del Zulia y su zona de influencia

La asociación de usuarios del Distrito de Adecuación de Tierras de Gran Escala del Río Zulia (ASOZULIA) Norte de Santander, con un área de influencia de 45.536 hectáreas, está interesada en la planificación productiva de su territorio. Dentro de sus actividades agropecuarias se encuentran el arroz (12.000 a 17.000 ha), la palma de aceite (1.534 ha), cítricos (limón, naranja; 346 ha), caña de azúcar (100 ha) y la ganadería. Su principal sistema de producción durante más de 50 años es el cultivo de arroz, sistema que presenta reducción de la productividad (7 a 3 tha), degradación del suelo y problemas de plagas y enfermedades, debido entre otros al uso continuo del fangueo como sistema de preparación de suelos. Adicionalmente, a pesar de tener el distrito de riego del río Zulia una concesión de 13,5 m3.s1, en épocas de verano la oferta hidrica es mucho menor como, por ejemplo, la correspondiente a los meses de febrero a marzo de 2016, con un caudal en la bocatoma del distrito de 10,8 m3s'y una captación real del distrito de solo 6 m.s' Asimismo, la construcción del nuevo acueducto para el área metropolitana de la ciudad de Cúcuta tomará 2,95 m3s del caudal antes de la bocatoma que provee agua al distrito, lo que disminuirá aún más la disponibilidad de agua para riego en esa región. Por lo anterior, se requiere la recuperación de los suelos para el establecimiento de nuevos sistemas productivos que demanden un menor consumo de agua y sean una alternativa viable para los productores.Acelga-Remolacha de hoja, Beta vulgaris var. Cicl

Calibration and Validation of the FAO AquaCrop Water Productivity Model for Perennial Ryegrass (Lolium perenne L.)

Crop models that can accurately estimate yield and final biomass have been used for major herbaceous crops and to a lesser extent in forage systems. The AquaCrop version 7.0 contains new modules that have been introduced to simulate the growth and production of perennial herbaceous forage crops. Simulated forage yields as a function of water consumption provide valuable information that allows farmers to make decisions for adapting to both climate variability and change. The study aimed to calibrate and validate the AquaCrop model for perennial ryegrass (Lolium perenne L.) in the high tropics of Colombia (South America). The experiments were conducted during two consecutive seasons, in which perennial ryegrass meadows were subjected to two irrigation regimes: full irrigation and no irrigation. The model was evaluated using precision, accuracy, and simulation error indices. The overall performance of AquaCrop in simulating canopy cover, biomass and soil water content showed a good match between measured and simulated data. The calibration results indicated an acceptable measurement of simulated canopy cover (CC) (R2 = 0.95, d-index = 0.41, RMSE = 9.4%, NRMSE = 12.2%, and FE = −21.72). The model satisfactorily simulated cumulative dry mass (R2 = 0.95, d-index = 0.98, RMSE = 2. 63 t ha−1, NRMSE = 11.8%, and FE = 0.94). Though the biomass values obtained in the end-of-season cuts were underestimated by the model, soil water content was simulated with reasonable accuracy (R2 = 0.82, d-index = 0.84, RMSE = 6.10 mm, NRMSE = 4.80%, and FE = 0.32). During validation, CC simulations were good, except under water deficit conditions, where model performance was poor (R2 = 0.42, d-index = 0.01, RMSE = 40.60%, NRMSE = 40.90%, and FE = −25.71); biomass and soil water content simulations were reasonably good. The above results confirmed AquaCrop’s (v 7.0) suitability for simulating responses to water for perennial ryegrass. A single crop file was developed for managing a full season and can be confidently applied to direct future research to improve the understanding of the necessary processes and interactions for the development of perennial herbaceous forage crops

Water Stress Thresholds and Evaluation of Coefficient Ks for Perennial Ryegrass in Tropical Conditions

Abstract: Perennial ryegrass (Lolium perenne) is the predominant forage crop in the equatorial highland zones of Colombia due to its high nutritional value and versatility to produce both milk and meat. This study aimed to determine the relationship between the relative depletion of usable soil water and the Ks values of canopy expansion and closure stomatal of perennial ryegrass, as well as to identify the threshold values of water stress. The experiment was carried out in pots under a controlled environment condition. These pots were arranged in a completely randomized manner. The experiment consisted of five treatments—including control treatment—of water deficits in the soil that progressively increased the depletion level as the crop cycle developed. This generated a wide range of conditions in the growth stages. For each treatment, four repetitions were performed Biomass production was significantly affected by water stress. The results show that the upper and lower thresholds of Ks were 0.28 and 1.3 of the depletion level (p) of the total available water (TAW) in the soil for the expansion of the canopy (CE), and 0.25 and 1.1 p of the TAW for stomatal closure (gs). Quadratic functions were fitted for both the CE (R2 = 0.72) and CS (R2 = 0.73); moreover, the Ks function of FAO-AquaCrop with positive shape factor (sf) was as follows: sf = 11, RMSE 0.22 for CE, and sf = 4.3, RMSE 0.19 for gs. Our results indicate that ryegrass is moderately sensitive to water stress. The differences found between the Ks function of FAO and the experimental data call for the need to use modeling with parameters adapted for each case. Resumen: El raigrás perenne (Lolium perenne) es el cultivo forrajero predominante en las zonas altas ecuatoriales de Colombia debido a su alto valor nutricional y versatilidad para producir tanto leche como carne. Este estudio tuvo como objetivo determinar la relación entre el agotamiento relativo del agua utilizable del suelo y los valores de Ks de la expansión del dosel y el cierre estomático del raigrás perenne, así como identificar los valores de los umbrales de estrés hídrico. El experimento se llevó a cabo en macetas en condiciones de ambiente controlado. Estas macetas se dispusieron de forma completamente aleatoria. El experimento consistió en cinco tratamientos, incluido el tratamiento de control, de déficit de agua en el suelo que aumentaron progresivamente el nivel de agotamiento a medida que se desarrollaba el ciclo del cultivo. Esto generó una amplia gama de condiciones en las etapas de crecimiento. Para cada tratamiento se realizaron cuatro repeticiones. La producción de biomasa se vio significativamente afectada por el estrés hídrico. Los resultados muestran que los umbrales superior e inferior de Ks fueron 0.28 y 1.3 del nivel de agotamiento (p) del agua total disponible (AAT) en el suelo para la expansión del dosel (ED), y 0.25 y 1.1 p del AAT para cierre de estomas (gs). Se ajustaron funciones cuadráticas tanto para ED (R2 = 0,72) como para cierre de estomas gs (R2 = 0,73); además, la función Ks de FAO-AquaCrop con factor de forma positivo (Ff) fue la siguiente: Ff = 11, RMSE 0,22 para ED y Ff = 4,3, RMSE 0,19 para gs. Nuestros resultados indican que el raigrás es moderadamente sensible al estrés hídrico. Las diferencias encontradas entre la función Ks de FAO y los datos experimentales hacen necesaria la utilización de modelos con parámetros adaptados a cada caso

Determinación de la huella hídrica y modelación de la producción de biomasa de cultivos forrajeros a partir del agua en la sabana de Bogotá (Colombia)

Abstract: Summary The main objective was aimed at determining the biomass production from water based on water relations, levels of water consumption of the species, and climate variables that affect the formation of biomass and soil present and specifically it focused on two forage crops which were Forage Oats (Avena sativa L.) and ryegrass (Lolium perenne). The solution to the problem is based on AquaCrop model (FAO) Steduto et al, (2009) which was recently proposed for the determination of both biomass and agricultural production from water transpired by herbaceous species, this is gather scientific and technological advances on the effect of water in the estimation of crop production has been achieved in recent years. In the present research we have identified key variables AquaCrop model input for the two species mentioned, through field research conducted using the methodology gradient Hanks et al., (1980), and a new methodology proposal for determining water stress. A total of 18 major experiments were developed to generate the levels of biomass production of forage oats and ryegrass, determining 32 variables or parameters for each crop that requires the model to estimate the biomass produced by the forage and pasture. Furthermore, the engine for determining crop production handling model is the concept of crop water productivity (WP) which is a conservative parameter resulting in greater strength, besides water productivity is normalized in two ways: (1) the climate are represented by the reference evapotranspiration (ET0) and (2) the content of CO2 in the atmosphere. These normalization allow abstract both climate and CO2 content over time, whereby, the engine model turns out to be an essential tool to estimate both the biomass and production, even considering the effects of global climate change. The experiments were conducted mainly during the years 2008-2013 in “Centro de Investigación Tibaitatá (AGROSAVIA)” located in the savannah of Bogota (Colombia). For forage oats were developed five cycles and ryegrass crops three complete cycles, with seven, four and two cuts were made respectively. Based on the information provided in the field, forage oats and ryegrass crops were calibrated and validated for AquaCrop model reaching adjustments R2=0.92, RMSE=1,86t.ha-1, NRMSE=17.67%, EF=0.91, d=0.97 for forage oat and R2=0.97, RMSE=0,47t.ha-1, NRMSE=13.6%, EF=0.88, d=0.98 for ryegrass. Two synthetic crops were determined one for each specie, which are "prototypes" for estimating biomass by the water use in different conditions of crops. The total biomass was determined to forage oats at 22.2 t.ha-1 on average with peaks that can reach up to 27 t.ha-1 in the production environment of the savannah of Bogota. For ryegrass total biomass reached levels of up to 9 t.ha-1 on average with peaks that can reach up to 9,9 t.ha-1 for the period from planting to first cut, and 6 t.ha-1 for others cuts. The intrinsic water footprint for fodder oats was determined in 175 L.kg-1 and 442 ryegrass L.kg-1 and 431 L.Kg-1. This research is novel because implemented scientific and technological advances of AquaCrop in forage crops, for the determination of the biomass by the water, because until this had not been calibrated and validated for the model, special biophysical considerations forage crops driving differently elements like crop production and harvest index. In addition to the large expanses of areas that exist today in the world of forages and pastures, which can be incorporated into local, regional or global studies biomass production, efficient water use, water consumption and determination of requirements, carbon sequestration, and determining the effects of changes in the coverage of pasture and forage in the global climate change. Resumen: El objetivo principal estuvo orientado a la determinación de la producción de biomasa a partir del agua con base en las relaciones hídricas, los niveles de consumo de agua de las especies, y las variables del clima que inciden en la formación de biomasa y el suelo presentes y se centró específicamente en dos cultivos forrajeros: Avena Forrajera (Avena sativa, L.) y Raigrás (Lolium perenne). La solución al problema se basa en el modelo AquaCrop (FAO) Steduto et al, (2009) el cual fue propuesto para la determinación tanto de la biomasa como del rendimiento a partir del agua transpirada por las especies herbáceas, en este se reúnen los avances científicos y tecnológicos que sobre el efecto del agua en la estimación de la producción de cultivos se ha logrado en los últimos años. En el presente trabajo de investigación se han parametrizado las variables de entrada al modelo AquaCrop, para las dos especies mencionadas, por medio de investigación de campo realizada con la metodología del gradiente de Hanks et al, (1980), y con una nueva metodología propuesta para la determinación del estrés hídrico. Se desarrollaron un total de 18 experimentos principales generando los niveles de producción de biomasa de avena forrajera y raigrás, determinando 32 parámetros para cada uno de los cultivos que requiere el modelo para la estimación de la biomasa producida por las especies forrajeras y pastos. El modelo AquaCrop implementa varios avances sobre el conocimiento del desarrollo de cultivos, como la separación de la evapotranspiración en evaporación del suelo y la transpiración del cultivo, la consideración independiente de la producción del cultivo en biomasa y el índice de cosecha. Para la determinación del desarrollo del cultivo se maneja el porcentaje de cobertura del dosel en vez del índice de área foliar (IAF). Además, el motor para la determinación de la producción del cultivo que maneja el modelo es el concepto de la productividad hídrica del cultivo (WP) la cual es un parámetro conservativo que redunda en mayor robustez, la productividad hídrica además se normaliza bajo dos aspectos que son el clima representado por la evapotranspiración de referencia (ET0) y el contenido del CO2 en la atmósfera. Con base en la información establecida en campo se calibraron y validaron los cultivos de avena forrajera y raigrás para el modelo AquaCrop alcanzando ajustes de R2=0,92, RMSE=1,86t.ha-1, NRMSE=17,67%, EF=0,91, y d=0,97 para avena forrajera y de R2=0,97, RMSE=0,47t.ha-1, NRMSE=13,6%, EF=0,88, y d=0,98 para raigrás. Se determinaron dos cultivos sintéticos uno para cada especie, los cuales constituyen los “prototipos” que son el punto de partida para la estimación de la biomasa a partir del uso del agua en diferentes condiciones de los cultivos mencionados. La biomasa total para avena forrajera fue determinada en 22,2t.ha-1 en promedio con valores máximos que pueden llegar a alcanzar hasta 27t.ha-1 en el entorno productivo de la sabana de Bogotá. Para raigrás la biomasa total alcanzó niveles de hasta 9t.ha-1, para el período de siembra a primer corte, y de 6t.ha-1 para los cortes posteriores al primero. La huella hídrica intrínseca para avena forrajera fue determinada en 175L.kg-1 y para raigrás en 442L.kg-1 y 431L.Kg-1. El presente trabajo es novedoso por la implementación de los avances científicos y tecnológicos de AquaCrop en cultivos forrajeros, para la determinación de la biomasa a partir del agua, pues hasta la presente no habían sido calibrados y validados para el modelo, las consideraciones biofísicas especiales de los cultivos forrajeros que manejan de forma diferente elementos como la producción de cosecha y el índice de cosecha. Además por las grandes extensiones de áreas que existen hoy en el mundo de cultivos forrajeros y pastos, las cuales pueden ser incorporadas en estudios locales, regionales o globales de producción de biomasa, eficiencia en el uso del agua, consumos y determinación de requerimientos hídricos, captura de carbono, y determinación de los efectos de las variaciones de las coberturas de pastos y forrajes en el cambio climático global

Calibration and Validation of the FAO AquaCrop Water Productivity Model for Perennial Ryegrass (<i>Lolium perenne</i> L.)

Crop models that can accurately estimate yield and final biomass have been used for major herbaceous crops and to a lesser extent in forage systems. The AquaCrop version 7.0 contains new modules that have been introduced to simulate the growth and production of perennial herbaceous forage crops. Simulated forage yields as a function of water consumption provide valuable information that allows farmers to make decisions for adapting to both climate variability and change. The study aimed to calibrate and validate the AquaCrop model for perennial ryegrass (Lolium perenne L.) in the high tropics of Colombia (South America). The experiments were conducted during two consecutive seasons, in which perennial ryegrass meadows were subjected to two irrigation regimes: full irrigation and no irrigation. The model was evaluated using precision, accuracy, and simulation error indices. The overall performance of AquaCrop in simulating canopy cover, biomass and soil water content showed a good match between measured and simulated data. The calibration results indicated an acceptable measurement of simulated canopy cover (CC) (R2 = 0.95, d-index = 0.41, RMSE = 9.4%, NRMSE = 12.2%, and FE = −21.72). The model satisfactorily simulated cumulative dry mass (R2 = 0.95, d-index = 0.98, RMSE = 2. 63 t ha−1, NRMSE = 11.8%, and FE = 0.94). Though the biomass values obtained in the end-of-season cuts were underestimated by the model, soil water content was simulated with reasonable accuracy (R2 = 0.82, d-index = 0.84, RMSE = 6.10 mm, NRMSE = 4.80%, and FE = 0.32). During validation, CC simulations were good, except under water deficit conditions, where model performance was poor (R2 = 0.42, d-index = 0.01, RMSE = 40.60%, NRMSE = 40.90%, and FE = −25.71); biomass and soil water content simulations were reasonably good. The above results confirmed AquaCrop’s (v 7.0) suitability for simulating responses to water for perennial ryegrass. A single crop file was developed for managing a full season and can be confidently applied to direct future research to improve the understanding of the necessary processes and interactions for the development of perennial herbaceous forage crops

Water Productivity Indices of Onion (<i>Allium cepa</i>) under Drip Irrigation and Mulching in a Semi-Arid Tropical Region of Colombia

Efficient water management is crucial for sustainable agriculture and water resource conservation, particularly in water-scarce regions. This study investigated the effect of different irrigation depths on onion (Allium cepa L.) yield and water use patterns in a semi-arid tropical region of Colombia, using a completely randomized design with five treatments. The treatments ranged from 0–100% of total available water (TAW), T1 (100% of TAW), T2 (80% of TAW), T3 (60% of TAW), T4 (40% of TAW), and T5 (20% of TAW). The experiment was conducted in a greenhouse during one growing season (2022–2023). The normalized water productivity (WP *), irrigation water productivity (IWP), consumptive water productivity, blue water footprint (WFblue), marginal water use efficiency (MWUE), and elasticity of water productivity (EWP), as well as some parameters of quality onion, were determined. The soil in the experimental field was classified as sandy loam; the results show that the WP * of onion is 17.42 g m−2, the water production function shows the maximum production will be achieved at a water application depth of approximately 943 mm, and beyond that, the biomass yield will decrease with additional water application, IWP values for onion ranged from 2.18 to 3.42 kg m−3, the highest Wfblue was in T5 (34.10 m3 t−1), and low Wfblue was T1 (20.95 m3 t−1). In terms of quality, treatment T1 had the most favorable effects on bulb weight, polar diameter, and equatorial diameter, while treatment T5 had the least favorable effects. The study highlights the importance of efficient irrigation on sandy loam soils to maximize yield and water use efficiency. It provides valuable data for evaluating the potential yield benefits of precision irrigation in the study area. Optimizing irrigation depth can significantly improve onion yield and water use efficiency in semi-arid regions