Simulating the effects of extreme dry and wet years on the water use of flooding-irrigated maize in a mediterranean landplane

The final editorial version is available at: http://www.sciencedirect.com/science/journal/03783774The effects of years of extreme rainfall events on maize water-use under traditional flooding irrigation in a Mediterranean landplane were estimated through a simulation assessment; combining a weather generator with an agrohydrological simulation model. Two options: “Fully Irrigation” and “Deficit Irrigation” were considered in the simulations as the extreme water-management situations. Besides, a 2-m depth shallow water table and Free Drainage were considered as the typical extreme situations that can be found at the bottom of the simulated soil layer. Thirty “Dry” (DY) and “Wet” (WY) years were randomly selected from the weather generator output. The model SWAP was used to simulate the Relative Transpiration (RT), i.e. ratio between actual and maximum maize transpiration, Actual Maize Evapotranspiration (ETC), Percolated Water and Capillary Rising during wet and dry years and for each of the irrigation and bottom condition options. According to the modelling results, average mean RT is about 80% and 90% in dry and wet years, respectively. RT and ETC variability are very high under dry conditions although such variability is notably reduced if a suitable irrigation option is considered. Capillary rising can play a very important role during dry years in those places where irrigation is not enough, but water table is relatively shallower. On the other hand, a shallower water table can carry out RT reductions during wet years, due to water excess, although these negative effects are comparatively lower than those produced by rain scarcity. Besides, percolated water during wet years is very high, particularly in well irrigated farms.Peer reviewe

Field test of an automatic controller for solid-set sprinkler irrigation

The application of new technologies to the control and automation of irrigation processes is becoming very important, and the automatic generation and execution of irrigation schedules is receiving growing attention. In this paper, a prototype automatic irrigation controller for solid-set systems is presented. The device is composed by software and hardware developments. The software was named Ador-Control and it integrates five modules: the first four modules simulate drop trajectories, water distribution, crop growth and yield, and the last module ensures bidirectional communication between software and hardware. Decision variables based on soil, crop, and irrigation performance indexes were used to make real-time irrigation decisions. A randomized experimental design was designed to validate the automatic controller over a corn crop during two seasons. Three treatments were analyzed: T0) manual programmer or advanced farmer; T1) automatic scheduling controlled by indexes based on soil simulated water content and irrigation performance; and T2) advanced automatic scheduling controlled by simulated thresholds of crop and irrigation indexes. Experimental results in 2009 and 2010 indicated that automatic irrigation treatments resulted in similar maize yield but using less water than manual irrigation (10 % between T0 and T1, and 18 % between T0 and T2).Peer ReviewedPublishe

Uso de cultivos cubierta en maíz para mejorar la eficiencia en el uso del nitrógeno: evaluación de su efecto sobre el lavado del N y el rendimiento del maíz

El uso de cultivos cubierta para reducir el lavado de nitrógeno es una estrategia común en zonas agrícolas de alta precipitación durante el invierno, donde los cultivos cubierta son sembrados tras la cosecha del cultivo principal de verano para recuperar el nitrógeno residual que queda en el suelo, incorporar este N en la biomasa del cultivo cubierta, y reducir de este modo el lavado de nitrógeno durante los periodos de alta precipitación en invierno. En este estudio, se compara la siembra directa de un cultivo cubierta con la convencional y se evalúa el efecto de los cultivos cubierta en la reducción del lavado de N y en el rendimiento del maíz posteriorPublishe

Recopilación de suministros en cultivos eficientes de la Cuenca del Ebro y comparación con las dotaciones objetivo

80 Pag, 18 Tabl., 9 Fig.El objetivo de esta asistencia técnica ha sido la recopilación de datos de consumos reales de agua por distintos cultivos al nivel de parcela en diferentes zonas de la cuenca del Ebro, así como la comparación de estos consumos con las estimas de necesidades hídricas netas recogidas en los trabajos de CHE (1993a) y CHE (2004), con el fin de proceder a una validación de estas estimas en términos generales o de recomendar, en algunos casos, su revisión. En la medida de lo posible, se han recopilado datos de consumos en parcelas en las que existe una cierta garantía de que el regante realiza sus riegos de forma adecuada y de que los rendimientos son representativos de condiciones óptimas. En primer lugar se realizó una revisión bibliográfica en la que se encontró que sólo existe un trabajo previo de características similares a las de este estudio realizado en la cuenca del Ebro (CHE, 1993b). En ese trabajo se recopilaron consumos de agua en cerca de 100 parcelas de toda la cuenca pero realmente la comparación con valores estimados de necesidades hídricas se realizó en CHE (2005). Asimismo, se constató la existencia de trabajos previos en que se re evaluaron los consumos de agua y las eficiencias de riego en distintas zonas regables de la cuenca del Ebro (Les Planes, Sector X del Cinca, Comunidad de Regantes de Almudévar, Comunidad de Regantes La Loma, Comunidad de Regantes V de Bardenas, Acequia Bayunga y Comunidad de Regantes La Campaña). La finalidad de estos trabajos fue realizar un diagnóstico de dichas zonas regables y, en su caso, proponer mejoras en la gestión de sus recursos hídricos. Posteriormente, se recopilaron consumos de agua en distintas zonas regables de la cuenca del Ebro. Para ello se contactó con distintas entidades públicas y privadas, comunidades de regantes y agricultores particulares. En total, y tras un proceso de selección de la información recopilada, se obtuvieron registros de 2.754 parcelas, el 83,0 % regados a presión, para un total de 28 cultivos. En 3 de estos cultivos se consideró también la alternativa de riego deficitario controlado, por lo que en realidad se estudiaron 31 cultivos o ‘tipos de cultivos’ distintos. El cultivo más representado fue el maíz, del que se obtuvieron un total de 1.338 registros (el 92,8 % con riegos a presión); de la alfalfa se obtuvieron 493 registros (el 61,3 % con riegos a presión). Por el contrario, sólo se obtuvieron un registro del almendro y la berenjena y dos de la coliflor. Los resultados de este trabajo presentaron tres incertidumbres de tipo científico que afectan a su precisión: 1) la verificación en campo del carácter de eficiente de las parcelas seleccionadas que sólo se realizó de forma indirecta con las observaciones subjetivas de las personas que facilitaron los datos; 2) la naturaleza de las estimas de las necesidades hídricas utilizadas en las comparaciones; el uso de las necesidades hídricas de los años de observación de los consumos de agua presumiblemente podría aumentar la calidad de los resultados; y 3) la falta generalizada de datos acerca del rendimiento de los cultivos; no se puede descartar que los registros de consumos más bajos hayan dado lugar a producciones incompatibles con la sostenibilidad económica de las explotaciones.Trabajo de consultoría y asistencia. Clave 2005-PH-21.I. Ref. cronológica 12/2005. Ministerio de Medio Ambiente, Dirección General de Obras Hidráulicas y Calidad de las Aguas. Q 5017001 H Confederación Hidrográfica del Ebro, Oficina de Planificación Hidrológica.Peer reviewe

Automatic programmers for solid set sprinkler irrigation systems

6 Pags., 1 Tabl., 2 Figs.Introduction: The application of new technologies to the control and automation of irrigation processes is becoming very important in the last decade. Although automation of irrigation execution (irrigation programmers) is now widespread the automatic generation and execution of irrigation schedules is receiving growing attention due to the possibilities offered by the telemetry / remote control systems currently being installed in collective pressurized networks. In this paper, a prototype autonomous irrigation controller for solid set systems is presented. Material and Methods: The autonomous irrigation controller for solid set sprinkler irrigation systems is composed by software and hardware. The software simulates drop trajectories emitted by each sprinkler (Playán et al., 2006), water distribution in the soil and crop growth and yield (Dechmi et al., 2004, Zapata et al., 2009). Although the model simulates sprinkler water application, the control unit was the irrigated block of the solid set irrigated field. Variability inside an irrigated block was represented by decision variables (irrigation, soil and crop performance indexes) that can control the irrigation timing of the different blocks of the farm. The hardware was a research prototype translating the irrigation schedules into electrical orders to open or close solenoid valves and collecting and transmitting local sensor readings to the software. A field experiment was designed to test and validate the automatic programmer over a corn crop during two irrigation seasons (2009 and 2010). A randomized experimental design with four replicates was used to analyze three treatments: T0) a manual programmer acting as an advanced farmer; T1) automatic scheduling controlled by the estimated water content in the soil and simulated irrigation performance; and T2) advanced automatic scheduling controlled by crop and irrigation simulations. Results/Conclusions: Experimental results in 2009 and 2010 indicated that T0 was the treatment receiving most water, followed by T1 and T2. Yield parameters did not show significant differences between treatments. Automatic irrigation scheduling resulted in similar maize yield to manual irrigation. Differences were relevant in applied water (9% between T0 and T1, and 15% between T0 and T2).This research was funded by the MCINN of the Government of Spain through grants AGL2007-66716-C03-01/02 and AGL2010-21681-C03-01.Peer reviewe

Tillage and irrigation system effects on soil carbon dioxide (CO⁠2) and methane (CH⁠4) emissions in a maize monoculture under Mediterranean conditions

Irrigation as well as soil tillage management are considered two possible strategies to reduce carbon dioxide (CO2) and methane (CH4) emissions from the soil in Mediterranean agroecosystems. The objective of this work was to assess the impact of the irrigation system (i.e. flood, F; and sprinkler, S) and the soil tillage system (i.e. conventional tillage, CT; no-tillage maintaining the maize stover, NTr; and no-tillage removing the maize stover, NT) on CO2 and CH4 emissions from the soil during three growing seasons (2015, 2016 and 2017) and two fallow periods between growing seasons (15-16 fallow and 16-17 fallow) in a maize (Zea mays L.) monoculture system. Soil temperature and water-filled pore space (WFPS) had a great influence on daily soil CO2 fluxes but not on daily soil CH4 fluxes. Daily soil CO2 fluxes showed an increase with soil temperature in all tillage-irrigation treatments, especially when soil temperature was above 15ºC, in coincidence with the maize plant growth. In contrast, soil WFPS differently affected daily soil CO2 fluxes depending on the irrigation system. Under S irrigation, daily soil CO2 fluxes increased with soil WFPS, whereas under F irrigation a threshold value of 60% WFPS was found, with a positive or negative effect on CO2 fluxes for values below or above this threshold value, respectively. Over the three maize growing seasons, CT-S presented the greatest cumulative soil CO2 emissions with a seasonal average value of 3.28 Mg CO2-C ha-1. In contrast, for the same period, NTr-S cumulative soil CO2 emissions were up to 42% lower than the CT-S cumulative soil CO2 emissions. Cumulative CH4 emissions were only affected by soil tillage during the 16-17 fallow period, observing greater net CH4 uptake under NTr and NT compared with CT. This work highlights the importance of irrigation and soil tillage systems as key agricultural practices to minimize soil CO2 and CH4 emissions under Mediterranean conditions.Samuel Franco-Luesma was awarded a FPI fellowship by the Ministry of Science, Innovation and Universities (MICINN) of Spain (ref. BES-2014-069175). Daniel Plaza-Bonilla was awarded a Juan de la Cierva postdoctoral grant by MICINN (refs. FJCI-2014-19570; IJCI-2016-27784). This research was supported by a MICINN grant (ref. AGL2013-49062-C4-4-R)

Influence of irrigation time and frequency on greenhouse gas emissions in a solid-set sprinkler-irrigated maize under Mediterranean conditions

Irrigation management may influence soil greenhouse gas emissions (GHG). Solid-set sprinkler irrigation systems allow to modify the irrigation time and frequency. The objective of this study was to quantify the effect of two irrigation times (daytime, D; nighttime, N) and two irrigation frequencies (low, L; high, H) on soil carbon dioxide(CO2), methane (CH4), and nitrous oxide (N2O) emissions in a solid-set sprinkler-irrigated maize (Zea maysL.) field located in NE Spain during 2015 and 2016 growing seasons and the fallow period between growing seasons. Compared with D irrigation, N irrigation increased soil water content (0-5 cm) in both growing seasons. Irrigation management did not affect CH4 emissions and the soil acted as a sink of CH4. Cumulative CO2 emissions were affected by the measurement period (growing season vs fallow) with the greatest values in 2015 growing season, being 81 and 32% higher over the fallow period and over the 2016 growing season, respectively, due to the effect of the preceding crop, alfalfa, and a better soil moisture conditions for the microorganism activity. Similarly, cumulative N2O emissions showed the highest values in 2015, reporting values 90 and 51% greater than the fallow period and the 2016 growing season, respectively. Moreover, N irrigation increased cumulative N2O emissions by 29% compared with D irrigation, but irrigation frequency did not affect cumulative N2O emissions. Irrigation time did not affect cumulative N2O emissions scaled per grain yield or per N uptake because N irrigation increased maize yield by 11% compared with D irrigation. Due to the lack of differences in the scaled N2O emissions, N irrigation should be consider as an appropriate strategy to optimize grain yield without compromising soil GHG emissions per unit of grain yield in Mediterranean agroecosystems.The authors of this work would like to thank Elena Paracuellos Planas, Cesar Romano, for laboratory and field assistance. Samuel Franco-Luesma was awarded a FPI fellowship by the Ministerio de Economía y Competitividad of Spain (PhD fellowhip BES-2014-069175). Daniel Plaza-Bonilla received a Juan de la Cierva postdoctoral grant from the Ministerio de Economía y Competitividad of Spain (FJCI-2014-19570). This research was supported by the Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología of Spain (project AGL2013-49062-C4-4-R)

Análisis de la eficiencia de aplicación y de los cambios microclimáticos y fisiológicos en el riego por aspersión

En el riego por aspersión parte del agua emitida por los aspersores se pierde por evaporación y arrastre (WDEL) durante el riego. Asimismo, tras el riego el agua interceptada por el cultivo se evapora. Estas pérdidas de agua modifican el microclima en el que crecen las plantas provocando cambios fisiológicos en las mismas. La eficiencia de aplicación del agua de riego está determinada tanto por las pérdidas de agua como por la uniformidad del riego y la respuesta productiva del cultivo. En este trabajo se ha analizado: 1) los cambios microclimáticos y fisiológicos y la eficiencia de aplicación en el riego por aspersión del maíz (Zea mays L.) en un sistema de pívot central, 2) el efecto del riego por aspersión sobre la fotosíntesis del maíz y la alfalfa (Medicago sativa L.), y 3) la relevancia del momento de riego y de las pérdidas de agua en el rendimiento del maíz regado con un sistema de aspersión de cobertura total. La magnitud y duración de los cambios microclimáticos [temperatura del aire y déficit de presión de vapor (VPD)] y fisiológicos (temperatura de la cubierta vegetal y transpiración) del maíz debidos al riego por aspersión con pívot central se midieron en 2008 en una parcela comercial en Valfarta (Huesca, España). Dichas variables se midieron simultáneamente en tres tramos del pívot y en una zona situada a 270 m regada con anterioridad. Se estudiaron 34 eventos de riego, en 7 de los cuales se midió la transpiración de las plantas. Durante el riego se redujo temperatura del aire (1,8-2,1 ºC), el VPD (0,53-0,61 kPa), la temperatura de la cubierta vegetal (3,1-3,8 ºC) y la transpiración del maíz (0,22-0,28 mm h-1), siendo mayor la reducción en los días más secos y calurosos. Los cambios empezaron antes de pasar el brazo del pívot por la zona de medida (0,6-2,1 h) y se prolongaron tras el paso del mismo (0,8-2,4 h), si bien fueron menores. La duración total de los cambios microclimáticos disminuyó con la distancia hasta el centro del pívot pero la duración de los cambios fisiológicos fue similar en los diferentes tramos del brazo del pívot. La reducción de la transpiración debida al riego fue mayor cuanto más cerca del centro del pívot y representó entre el 5 y el 7% del agua de riego aplicada. Las WDEL fueron el 13% (tramo 2), 11% (tramo 4) y 10% (tramo 5) del agua aplicada. Considerando la reducción de la transpiración, las pérdidas netas por evaporación del sistema de riego oscilaron entre el 11 y 13% del agua aplicada, sin diferencias relevantes a lo largo del brazo del pívot. La fotosíntesis neta del maíz y la alfalfa regados con un sistema de aspersión de cobertura fija se midieron en dos experimentos diferentes (maíz: 2009 y 2010; alfalfa: 2009, 2010 y 2011). Para cada especie las medidas se realizaron simultáneamente en dos parcelas, una se estaba regando y la otra no. Se utilizaron dos cámaras automáticas conectadas a dos analizadores de CO2 por infrarrojos. El riego redujo la temperatura del aire (1,5 ºC en maíz, 1,7 ºC en alfalfa), el VPD (0,44 kPa en ambos cultivos) y la temperatura de la cubierta vegetal (5,1 ºC en maíz, 5,9 ºC en alfalfa). El riego por aspersión disminuyó la fotosíntesis neta del maíz en el 80% de los días siendo la reducción media del 19%. El riego por aspersión incrementó la fotosíntesis neta de la alfalfa en el 36% de los días y la disminuyó en el 14% de los días, no afectando a la misma en la mitad de los días. La reducción de la fotosíntesis neta del maíz durante el riego por aspersión fue causada por la alta mojabilidad de las hojas (¿120º) y su amplio rango de temperatura óptima para la fotosíntesis fueron las causas de que la fotosíntesis no se viera afectada negativamente por el riego por aspersión. El riego por aspersión durante el día debe ser evitado en el maíz. En los años 2009 y 2010 se estudió la relevancia del momento de riego (diurno o nocturno) y de las pérdidas de agua (añadiéndolas o no a la dosis de riego) sobre el rendimiento del maíz. La parcela experimental se dividió en 12 sectores de riego independientes, cada uno formado por cuatro aspersores en un marco de 18m x 18m. El riego por aspersión diurno tuvo mayores WDEL (16-22%) que el riego nocturno (3-9%). La uniformidad del riego (CU) fue similar para los riegos diurnos y nocturnos en 2009 (84%) pero en 2010 fue menor para los riegos diurnos (78%) que para los riegos nocturnos (84%). El riego diurno disminuyó un 9% el rendimiento del maíz en 2010, el año en el que el CU disminuyó. El aumento de la dosis de riego con las pérdidas de agua incrementó el potencial mátrico del suelo pero no el rendimiento del maíz. La menor uniformidad en el riego diurno parece ser una razón relevante para la reducción del rendimiento. Los sistemas de aspersión de cobertura fija para el maíz deben estar diseñados para minimizar el riego diurno y permitir una alta uniformidad del riego diurno (>84%)

Developing Automatic Controllers for sprinkler irrigation systems

1 Pag.Prospects for the development of such systems in collective sprinkler irrigation systems are analyzed in this presentation. Additionally, experimental results are presented on the application of these concepts to a hydrant irrigating a solid-set irrigated maize field.Peer reviewe

Consecuencias de la modernización del regadío sobre el aprovechamiento del agua en Riegos del Alto Aragón

14 Pag., 3 Tabl., 3 Fig.[ES] ¿Será suficiente la modernización del regadío para abordar las incertidumbres que plantea el futuro del sector agrario?; ¿La mejora de la productividad que se obtenga permitirá afrontar el pago de la inversión ante los continuos incrementos de precios de los factores de producción?; ¿Se ahorrará suficiente agua para ser menos sensibles a situaciones de sequía?. La modernización es un proceso necesario para mejorar la situación del regadío español. Sin embargo, plantea incertidumbres en grandes zonas regables del interior orientadas a la producción de cultivos herbáceos extensivos. Este trabajo pretende proporcionar una primera aproximación a estas cuestiones en la zona regable de Riegos del Alto Aragón. A partir de los datos disponibles en su sistema de gestión basado en ADOR se ha analizado la situación actual del aprovechamiento del agua, y la posible repercusión que tendrá la modernización. Los resultados muestran cómo la modernización no va a suponer un ahorro neto de agua en la cuenca. La modernización mejorará la productividad económica garantizando la sostenibilidad de las explotaciones si se aprovecha la flexibilidad de las nuevas infraestructuras para diversificar los cultivos y realizar un uso más productivo del agua.[EN] Will the modernization of irrigation systems be enough to face the uncertainties of the agrarian sector?; Will the improvement of productivity achieved allow to pay back the required investments in a context of progressive increase of input costs?; Will the water saving achieved be enough to reduce the sensitivity to water shortages? The modernization of irrigation systems is a necessary process to improve the Spanish irrigation sector. Nevertheless, it raises uncertainties in continental irrigated areas specializing in field crops. In this paper, preliminary answers to these questions are presented for the Riegos del Alto Aragón project (central Ebro basin, Spain). Current water use and the impact of modernization have been analyzed using the management database ADOR, which is widely used in this area. The modernization of irrigation systems will not result in net water saving for the watershed. Modernization will increase the economic productivity that can guarantee the sustainability of farming systems if the flexibility of the new hydraulic structures is used to diversify crops and to make a more productive use of water.Peer reviewe