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
