Spatiotemporal variability in soil moisture, plant water status, and yield under variable- rate micro-irrigation in a commercial almond orchard

Resumen Técnico: Variabilidad Espaciotemporal en la Humedad del Suelo, el Estado Hídrico de la Planta y el Rendimiento bajo Riego de Tasa Variable en un Huerto Comercial de Almendros

Planteamiento del Problema
El sector mundial de la almendra, fuertemente concentrado en California, enfrenta restricciones crecientes debido a la escasez crónica de agua, mandatos regulatorios como la Ley de Gestión Sostenible de las Aguas Subterráneas (SGMA) y condiciones económicas cambiantes. Si bien el riego de precisión, específicamente el Riego de Tasa Variable (VRI, por sus siglas en inglés), ofrece una vía para mejorar la eficiencia del uso del agua al abordar la variabilidad espacial dentro del huerto, existe una escasez de evaluaciones a escala comercial y de varios años que cuantifiquen sus efectos sobre la dinámica del agua en el suelo, el estado hídrico de la planta y el rendimiento. La literatura existente suele centrarse en la delineación de zonas o en el soporte de decisiones basado en sensores a corto plazo, en lugar de evaluaciones de campo integrales de varios años que integren el monitoreo del suelo, la planta y la atmósfera para determinar si el VRI mejora consistentemente la productividad del agua bajo condiciones comerciales.

Metodología
Este estudio evaluó una estrategia de gestión de VRI en un huerto comercial de almendros (gestionado por CAPEX/Esteve Ranch) en el condado de Tehama, California, durante tres temporadas consecutivas de cultivo (2019–2021). El diseño experimental involucró:

• Red de Monitoreo: Se establecieron catorce ubicaciones de monitoreo distintas (C1–C14) para capturar la variabilidad espacial en las condiciones del suelo, las combinaciones de cultivar-portainjerto y la entrega de riego.
• Recolección de Datos:
  • Riego: Caudalímetros localizados cuantificaron la profundidad de riego aplicada en cada sitio.
  • Humedad del Suelo: Sondas de neutrones (CPN 503) instaladas en tubos de acceso de aluminio midieron el contenido volumétrico de agua del suelo (VWC) en intervalos de 0.30 m hasta una profundidad de 2.9 m. Se realizaron calibraciones específicas para cada sitio mediante muestreo gravimétrico.
  • Estado Hídrico de la Planta: Se midió el potencial hídrico estomático al mediodía utilizando una cámara de presión en tres árboles representativos por ubicación, con hojas preequilibradas en bolsas de papel de aluminio.
  • Meteorología: Los datos de la estación cercana de CIMIS (Estación 222) proporcionaron la evapotranspiración de referencia (ETo), temperatura, humedad y precipitación.
  • Rendimiento: El rendimiento se estimó mediante muestreo de campo utilizando una cosechadora de parcelas especializada con celdas de carga electrónicas, complementada con registros de cosecha comercial.
• Programación de Riego: El productor implementó un VRI basado en un marco combinado de ETo, umbrales de SWP (siguiendo las directrices de riego deficitario regulado) y humedad del suelo en la zona radicular. La duración y frecuencia del riego se ajustaron específicamente por zona.
• Análisis Estadístico: El estudio utilizó la correlación de Pearson, el Análisis de Componentes Principales (PCA) y el análisis de conglomerados jerárquicos (vinculación de Ward) para caracterizar la variabilidad espaciotemporal y delinear zonas de manejo. La significancia estadística entre los conglomerados se probó mediante las pruebas t de Welch y Mann–Whitney U.

Resultos Clave

• Variabilidad Espaciotemporal: Se observó una pronunciada variabilidad en todos los parámetros monitoreados. Los totales de riego estacionales oscilaron entre 609 mm y 990 mm en las zonas del huerto. El contenido de agua en el suelo varió de 0.05 a 0.60 m³ m⁻³, mostrando las capas superficiales una alta fluctuación temporal mientras que las capas profundas permanecieron más estables.
• Dinámica Hídrica de la Planta: El SWP declinó estacionalmente de aproximadamente −0.1 MPa en primavera a tan solo −3.2 MPa en finales de verano, con una variabilidad espacial significativa que emergió durante la temporada de crecimiento tardía, particularmente en el año de sequía de 2021.
• Impulsores del Rendimiento:
  • SWP como Predictor: El SWP al mediodía fue el predictor más fuerte del rendimiento, mostrando una fuerte correlación negativa (r = −0.67). Los rendimientos más altos se asociaron con valores de SWP menos negativos (menos estresados).
  • Riego vs. Rendimiento: Contrario al supuesto de que más agua equivale a más rendimiento, la suma de la precipitación acumulada más el riego (P+I) se correlacionó negativamente con el rendimiento (r = −0.57). Las ubicaciones que recibieron los mayores aportes de riego no produjeron consistentemente los rendimientos más altos.
  • Humedad del Suelo vs. Rendimiento: Las correlaciones entre el rendimiento y el contenido de agua del suelo a profundidades individuales fueron débiles (r = −0.11 a −0.28), lo que sugiere que el almacenamiento total de agua no es un motor primario de la variabilidad del rendimiento.
• Análisis de Conglomerados: El análisis jerárquico delineó con éxito dos zonas de manejo: un conglomerado de "alto aporte" (que recibió ~943 mm de riego) y un conglomerado de "bajo aporte" (que recibió ~749 mm de riego). A pesar de la diferencia significativa en la aplicación de agua, el análisis estadístico no reveló diferencias significativas en el rendimiento medio (p > 0.05) ni en el SWP medio (p > 0.05) entre los dos conglomerados. El conglomerado de bajo aporte exhibió numéricamente rendimientos medios más altos, aunque no de forma estadísticamente significativa.

Significancia y Reivindicaciones
Los autores afirman que este estudio proporciona una de las pocas evaluaciones de varios años y a escala comercial de VRI en almendros. La principal significancia radica en demostrar que la integración del monitoreo del suelo, la planta y el riego respalda una gestión basada en datos y específica para cada sitio. Los hallazgos sugieren que:

1. Potencial de Optimización: Una mayor disponibilidad de riego y de agua en el suelo no necesariamente mejora el rendimiento del almendro, lo que indica oportunidades para optimizar el riego sin comprometer la productividad.
2. Zonificación de Manejo: La delineación de zonas de manejo basadas en indicadores integrados de suelo-planta-agua es un enfoque práctico para implementar el VRI, lo que potencialmente reduce el sobre-riego en áreas menos responsivas.
3. Eficiencia en el Uso del Agua: El estudio avanza en la agricultura de precisión al mostrar que las estrategias específicas de sitio pueden mejorar la eficiencia del uso del agua y la sostenibilidad bajo condiciones limitadas de agua, yendo más allá de las prácticas de riego uniforme que pueden conducir a ineficiencias.

El artículo concluye que la variabilidad del rendimiento está gobernada por la compleja interacción de la dinámica del agua en el suelo, las respuestas fisiológicas de la planta (específicamente el SWP) y la demanda atmosférica, más que por la cantidad de riego por sí sola. Por lo tanto, las estrategias de riego uniforme pueden generar ineficiencias, mientras que las estrategias específicas de sitio ofrecen un camino para mantener o mejorar el rendimiento conservando el agua.