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El Riego Inteligente en la Agricultura de Regadío

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Introducción

Para cubrir las necesidades en 2050, la FAO estima que la agricultura tendrá que producir casi un 50% más de alimentos de los que se producen actualmente para poder alimentar a los 9700 millones de personas que se espera vivan en el mundo en ese año. Sin embargo esto lo tenemos que conseguir dando respuesta a los desafíos que marca la FAO en “El Futuro de la alimentación y la agricultura. Tendencias y desafíos” publicado en 2017, con lo cual, este gran reto requiere de soluciones inteligentes y eficientes.

El regadío en el mundo

La agricultura ha crecido más del triple desde 1969 hasta este momento, debido en parte al uso de las tecnologías que mejoraron la productividad y a la expansión significativa del uso de la tierra, el agua y otros recursos naturales para fines agrícolas. En el mismo periodo, la alimentación y la agricultura se vieron sometidas a un marcado proceso de industrialización y globalización.

Actualmente la superficie de regadío en el mundo es de 325,1 millones de hectáreas, representando el 20% de la superficie total de tierra cultivada y suponiendo el 40% de los alimentos producidos en todo el mundo. Asia, con 232,7 millones de hectáreas, es el continente que tiene mayor superficie dedicada al riego (representa más del 70% de la superficie regada a nivel mundial), seguido de América con 52,2 millones de hectáreas, Europa con 21,4 millones de hectáreas, África con 15,6 millones de hectáreas y en último lugar Oceanía con 3,2 millones de hectáreas.

Figura 1. El uso eficiente del agua ha permitido incrementar la producción de alimentos mediante el riego inteligente de los cultivos.

Fuente: Arroyo, 2018.

Se estima que el 70% del agua es utilizada por la agricultura de regadío a nivel mundial, utilizándose el riego por gravedad como método de riego en el 94% de la superficie regada y el riego por aspersión o goteo en el 6% restante de superficie, siendo la eficiencia del riego media a nivel mundial del 56% aproximadamente. En España la superficie de regadío es de 3,4 millones de hectáreas, de las cuales el 70% de la superficie se riega por aspersión o goteo y el 30% restante por gravedad, dedicándose al riego el 79% del agua.

En los próximos años está previsto que se produzca una revolución en la agricultura de regadío a nivel mundial, incrementándose la superficie de regadío, realizándose nuevas infraestructuras para riego, instalándose nuevos sistemas de riego que conlleven el aumento de la eficiencia del riego y en muchas zonas regables se producirá un cambio del tipo de cultivos. De cara a afrontar los retos que conlleva esta revolución, hay que tener en cuenta los principales impactos negativos sobre el medio ambiente que tiene actualmente la agricultura de regadío (contaminación de las masas de agua, sobreexplotación de acuíferos, salinización de las tierras de cultivo, etc.), a lo que hay que añadir los efectos del cambio climático que provocará que los periodos de sequía se intensifiquen y la disponibilidad de agua para agricultura será menor, con lo cual, el ahorro de agua en la agricultura de regadío se hace imprescindible.

Como solución al reto de aumentar la eficiencia hídrica para dar respuesta a los desafíos descritos anteriormente aparece el Riego Inteligente, que consiste en el diseño óptimo de las instalaciones de riego junto a la utilización de las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TICs) para realizar una gestión optima del riego, utilizándose de forma más eficiente los recursos productivos agua, energía y fertilizante en las fincas de cultivo e incrementando las producciones por el uso más eficiente de estos recursos, es decir, se produce más con menos. Las decisiones en el Riego Inteligente están basadas en la monitorización y adquisición de datos (datos climáticos, humedad del suelo, fertilización, consumos de agua, fertilizante y energía, imágenes…), procesamiento de datos (modelización, simulación y predicción) y representación de la información.

Diseño de las instalaciones de riego

Para mejorar la eficiencia hídrica en las fincas de cultivo, el diseño de las instalaciones de riego es fundamental y debe hacerse con criterios técnicos. De entre los sistemas de riego existentes (gravedad, aspersión y goteo), es el sistema de riego por goteo el más eficiente y en el cual nos centraremos en el presente artículo.

Uno de los aspectos más importantes que tenemos que tener en cuenta en el diseño de las instalaciones de riego es realizar una sectorización adecuada de la finca, que consiste básicamente en dividir la finca en unidades de riego homogéneas (suelo, cultivo, variedad, etc.), para poder manejar el riego de forma independiente en cada una de ellas. Las instalaciones de riego por goteo están formadas por uno o varios sectores de riego, que se riegan al mismo tiempo.

Cultivo de arándano con fertirriego y bajo macrotúnel

Figura 2. El arándano es uno de los múltiples cultivos que en su mayoría se encuentra establecido con riego por goteo.

Fuente: Intagri, 2016.

Los sectores, a su vez, se dividen en varias unidades de riego, formadas por una tubería portarramal y el conjunto de laterales de riego que se derivan de ella. Es muy importante controlar la presión a la entrada de cada unidad de riego y/o sector. Respecto del diseño, en los sistemas de riego por goteo hay dos partes claramente diferenciadas:

El cabezal de riego. Constituye el elemento central de cualquier instalación. Está compuesto básicamente por un equipo de impulsión, siempre que sea necesario, un equipo de limpieza y un equipo de fertilización. Además de los elementos anteriores, en el cabezal de riego deben existir dispositivos de control y medida tales como, llaves, manómetros y contadores inteligentes y, lo más importante, un programador de riego que permita la automatización del riego.

Red de distribución. Es el conjunto de tuberías que se encargan de conducir el agua desde el cabezal de riego hasta las plantas. El trazado de la red y las ramificaciones dependen del tamaño de la finca. La red de distribución está formada por los siguientes elementos:

Tubería primaria. Es la encargada de conducir el agua desde el cabezal hasta cada sector de riego de la finca. Esta tubería suele ser de PVC y va enterrada.

Tuberías secundarias. Conducen el agua desde la tubería primaria a cada unidad de riego. Estas tuberías pueden ser de PVC o PE de alta densidad, dependiendo del diámetro utilizado, y van enterradas.

Portarramales. Suele ser de PE de baja densidad y diámetro uniforme, dispuestas en superficie de forma perpendicular a los lomos. Estas tuberías son las encargadas de alimentar a los laterales de riego que se derivan de ella.

Laterales de riego. Son de PE de baja densidad, y sobre estas tuberías se insertan los emisores. Los emisores son probablemente los elementos más importantes en una instalación de riego localizado. La elección del tipo de emisor depende de las características de la finca y del cultivo.

Elementos de control y automatización. Para la automatización del riego es necesario contar con una electroválvula en cabeza de cada sector y/o unidad de riego que permita reducir o mantener/aliviar la presión aguas abajo, conectadas a un programador de riego que ubicaremos en el cabezal. La colocación de manómetros en el cabezal de riego y en cada sector y/o unidad de riego permite el control de la presión. Es recomendable también instalar al menos un contador inteligente en el cabezal de riego para conocer las variaciones del caudal y consumo de los sectores de riego.

Figura 3. Esquema con los principales componentes de un sistema de riego.

Fuente: Intagri, 2018.

Una vez realizado el diseño óptimo de las instalaciones de riego en las fincas de cultivo, con el objetivo de aumentar la eficiencia hídrica se incorporan las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TICs) para realizar una programación óptima del riego, estableciendo el momento, la frecuencia y el tiempo de riego adecuados según las características del cultivo, la configuración de la red de riego, el clima y suelo de la finca, dando de esta forma el agua que necesita la planta en el momento adecuado. La programación del riego debe implicar tanto el control de funcionamiento del sistema de riego como la distribución de la humedad en el suelo.

Entre las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TICs) que se incorporan para conseguir una programación óptima del riego destacan las Estaciones Climáticas (permiten el cálculo de las necesidades teóricas del cultivo), Sensores de Humedad de Suelo (monitorización del contenido de humedad en el suelo), Caudalímetros (monitorización del caudal y volumen aplicado en el riego), Logger (sistema de adquisición de datos al cual se conectan los equipos, hoy en día se impone la tecnología GPRS, de forma que cada equipo envía sus datos a la nube y el usuario puede consultarlos vía online y a tiempo real desde cualquier dispositivo con conexión a internet), Software de gestión del riego (permite integrar los diferentes equipos y realizar la gestión del riego de forma fácil e intuitiva), Sensores de temperatura (permite medir la temperatura del aire), Sondas de succión (controlar la solución nutritiva del suelo) y Drones (toma de decisiones en el riego).

Programación de riegos

Para realizar una óptima programación de riegos, en primer lugar se determinan las necesidades de riego teóricas del cultivo, estimadas a partir de datos climáticos registrados en la estación agroclimática de la zona que proporcionan la evapotranspiración de referencia (ETo) y de los coeficientes de cultivo (Kc). En segundo lugar, se determinan las necesidades de riego brutas del cultivo a partir de las necesidades de riego teóricas del cultivo calculadas previamente, y del rendimiento de aplicación del riego (Ra), que depende de la configuración de la red de riego y del tipo de suelo. De esta forma, y teniendo en cuenta el caudal del emisor, se obtienen los tiempos de riego. Los tiempos de riego se actualizan periódicamente con los datos proporcionados por la estación agroclimática situada en parcela y las sondas de humedad.

Esquema de un Logger en un campo agrícola

Figura 3. El empleo de Loggers facilita el manejo eficiente del riego, donde el usuario puede consultar el estado hídrico del huerto en tiempo real.

Fuente: Modificado de Arroyo, 2017.

Huella hídrica

La eficiencia hídrica adquiere cada vez más importancia debido a que en los mercados internacionales crece la demanda de productos con garantía sostenible. La huella hídrica de las producciones agrícolas es la cantidad de agua que se necesita para producir cada unidad de producto, es un indicador del uso de los recursos hídricos. Los conceptos básicos de la huella hídrica son: Agua Verde (es el volumen de agua de precipitación que es utilizada en el lugar donde cae), Agua Azul (es el volumen de agua extraída de un cuerpo de agua superficial o subterránea) y Agua Gris (es el volumen de agua necesaria para diluir las aguas contaminadas resultantes de su uso para que las masas de aguas receptoras mantengan los niveles de calidad exigibles). Para el cálculo de la huella hídrica de las producciones agrícolas se considera únicamente el Agua Verde y el Agua Azul, excluyendo el Agua Gris por ser un tipo de agua con un marcado carácter teórico. La huella hídrica de un producto es el principal indicador de sostenibilidad vinculado al agua y la disposición de este indicador es la garantía de la obtención de una producción sostenible ante los mercados internacionales.

Conclusiones

El futuro de la agricultura de regadío a nivel mundial depende, en buena parte, de la implantación de sistemas de riego inteligentes en las fincas de cultivo, que permitan la utilización más eficiente de los recursos agua, fertilizante y energía de manera que se aumenten los niveles de producción utilizando menos recursos productivos. Con el riego inteligente se incrementa la rentabilidad de las explotaciones y se minimiza el impacto ambiental de esta actividad al disminuir tanto el uso del agua como la aportación de elementos contaminantes al entorno. La implantación de sistemas de riego inteligente es fundamental para garantizar la sostenibilidad de la agricultura de regadío.

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Cita correcta de este artículo

Arroyo, M. M. 2018. El Riego Inteligente en la Agricultura de Regadío. Serie Agua y Riego. Núm. 22. Artículos Técnicos de INTAGRI. México. 5 p.