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

Abstract

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