Análisis y modelación del balance hídrico de cuatro especies frutales plantadas en macetas con sustrato bajo condiciones de déficit hídrico y riego

Abstract

Debido al aumento en el uso de los sustratos en la agricultura y el contexto de cambio climático, ha surgido la necesidad de evaluar el desempeño de modelos hidrológicos que simulen el balance hídrico frente a distintos aportes de agua en estos medios. Con el fin de mejorar la compresión del flujo de agua en sustratos es necesario llevar a cabo estudios que aborden las propiedades hidrodinámicas de estos materiales, representadas en sus respectivas curvas características y de conductividad hidráulica. Con este propósito se han desarrollado herramientas como HYDRUS-1D, el cual permite simular el movimiento del agua en medios porosos. El objetivo de este estudio es modelar a través de HYDRUS-1D el balance hídrico a escala diaria para cuatro especies frutales (granado, olivo, palto y vid) en condiciones de riego, déficit y posterior reposición del riego, utilizando como medio de crecimiento una mezcla de turba y perlita. El modelo fue parametrizado mediante mediciones en laboratorio y terreno y posteriormente calibrado a través del software PEST. Las simulaciones directas por parte de HYDRUS-1D no fueron satisfactorias (coeficiente Nash-Stucliffe < 0.5) independiente de la condición hídrica, resultados que dependieron de errores experimentales atribuibles al sustrato que repercutieron en la estimación de los parámetros. Por otro lado, a través del proceso de calibración todas las especies bajo una condición de déficit lograron una simulación satisfactoria, con un comportamiento de la transpiración actual calibrada acorde a su estrategia de respuesta al estrés hídrico. Por su parte, el drenaje fue subestimado por el modelo en prácticamente un 100% debido a la probable presencia de caminos preferenciales e hidrofobia del sustrato. Finalmente, con excepción del palto, el proceso de calibración en las especies bajo una condición de riego no dio resultados satisfactorios. Esto debido a que en este estudio no se consideraron los efectos de los ciclos de humedecimiento-secado, el comportamiento dual de poros debido a los procesos de hidrofobia ni el fenómeno de histéresis del sustrato. Estos hechos generan desafíos para la correcta simulación del flujo de agua en sustratos, en particular con aquellos orgánicos como la turba.

Due to the increase in substrate use in agriculture and the context of climate change, there has arisen the need to evaluate the performance of hydrological models simulating water balance under different water inputs in these environments. To enhance the understanding of water flow in substrates, studies addressing the hydrodynamic properties of these materials represented by their respective characteristic curves and hydraulic conductivity are necessary. To this end, tools such as HYDRUS-1D have been developed, which allows simulating water movement in porous media. The objective of this study is to model, using HYDRUS-1D, the daily water balance for four fruit species (pomegranate, olive, avocado, and grapevine) under irrigation, deficit, and subsequent irrigation replenishment conditions, using a growth medium of peat and perlite mixture. The model was parameterized through laboratory and field measurements and subsequently calibrated using the PEST software. Direct simulations by HYDRUS-1D were not satisfactory (Nash-Stucliffe coefficient < 0.5) regardless of the water condition, results that depended on experimental errors attributable to the substrate, which impacted parameter estimation. On the other hand, through the calibration process, all species under deficit conditions achieved satisfactory simulation, with transpiration behavior accurately calibrated according to their response strategy to water stress. Drainage, however, was underestimated by the model by almost 100% due to the probable presence of preferential flow paths and substrate hydrophobia. Finally, except for the avocado, the calibration process for species under irrigation conditions did not yield satisfactory results. This was because this study did not consider the effects of wetting-drying cycles, dual-porosity behavior due to hydrophobic processes, or substrate hysteresis phenomenon. These facts pose challenges for the accurate simulation of water flow in substrates, particularly those organic in nature such as peat.