Evaluation of Integrated (Irrigation-Fertigation) Measures Taken Against Drought in Potatoes in Terms of Mathematical Modeling of Crop Water Production Functions (CWPF)

Terwijl de planeet opwarmt, verschuiven de patronen van regen en hitte waar boeren generaties lang op hebben vertrouwd, wat leidt tot langere droge periodes en intensere droogtes. Voor gewassen zoals aardappelen, die essentieel zijn voor de wereldwijde voedselzekerheid, vormen deze veranderingen een ernstige bedreiging. De uitdaging gaat niet alleen over het in leven houden van planten, maar ook over weten precies wanneer ze water en voedingsstoffen nodig hebben om te overleven zonder kostbare middelen te verspillen. Wetenschappers weten al lang dat planten verschillende levensfasen doorlopen, van ontkiemen tot bloei en uiteindelijk tot de productie van de knollen die wij eten. Het kernidee achter recent onderzoek is dat de behoefte aan water van een plant niet constant is; het verandert afhankelijk van de levensfase waarin de plant zich bevindt. Als een boer een plant op het verkeerde moment te veel of te weinig water geeft, kan het gewas weliswaar overleven, maar produceert het minder voedsel of aardappelen van lagere kwaliteit. Om dit op te lossen, gebruiken onderzoekers wiskundige modellen om nauwkeurig in kaart te brengen hoeveel water een plant in elke fase nodig heeft om de beste oogst te produceren. Deze modellen fungeren als een gids die boeren helpt beslissen wanneer ze moeten irrigeren en wanneer ze water moeten terughouden, vooral wanneer water schaars is.

In een recente studie uitgevoerd in de Marmararegio van Turkije, zette een onderzoeker zich in om deze ideeën te testen op aardappelgewassen die geconfronteerd werden met reële droogteomstandigheden. De onderzoeker werkte op een onderzoeksveld nabij Bursa en plantte een populair industrieel aardappelras genaamd Hermes, dat vaak wordt gebruikt voor de productie van chips. Over twee groeiseizoenen, van 2019 tot 2020, experimenteerde de onderzoeker met verschillende strategieën. De aardappelpercelen werden verdeeld in groepen en de watergift vond plaats met intervallen van zes dagen. Specifieke plantvoedingsstoffen — fosfor, kalium, calcium en zwavel — werden via druppelirrigatie toegediend op momenten die overeenkwamen met de vier hoofdfasen van de aardappel: de initiële vegetatieve groei, de bloei, de knolvorming en de uiteindelijke rijping. Het doel was om te zien welke combinatie van water en voedingsstoffen de meeste aardappelen en de hoogste kwaliteit produceerde, waarbij de kwaliteit werd gemeten aan de hand van de hoeveelheid vaste, droge stof in de knol. Een hoog droge stofgehalte is cruciaal voor aardappelen, omdat dit zorgt voor een betere textuur en smaak, vooral bij de verwerking tot chips. De onderzoeker volgde ook hoe de planten daadwerkelijk water gebruikten door het water te meten dat via de bladeren en de bodem aan de lucht werd verloren, een proces dat evapotranspiratie wordt genoemd.

De onderzoeker stelde vast dat aardappelen niet in elke fase van hun leven even gevoelig zijn voor watertekort. Het meest kritieke moment voor water was wanneer de knollen aan het vormen waren. Als de planten tijdens dit specifieke venster niet genoeg water kregen, daalde de opbrengst aanzienlijk. De bloeifase en de vroege vegetatieve groei waren ook belangrijk, maar iets minder cruciaal dan de periode van de knolvorming. Verrassend genoeg was de laatste rijpingsfase de fase waarin de aardappelen het minst goed tegen een tekort aan water konden zonder een grote afname in totaal gewicht te lijden. Dit betekent dat een boer potentieel een aanzienlijke hoeveelheid water kan besparen door de irrigatie aan het einde van het seizoen te verminderen zonder de totale oogst grootte te schaden. Echter, de studie onthulde een complexe afweging met betrekking tot de kwaliteit. Hoewel het geven van veel water gedurende het hele seizoen de hoogste totale hoeveelheid aardappelen opleverde, verlaagde dit de kwaliteit juist. Hoe meer water de planten ontvingen, hoe lager het droge stofgehalte werd, wat resulteerde in aardappelen die minder compact waren en mogelijk minder geschikt voor verwerking.

Om deze resultaten te duiden, testte de onderzoeker vijf verschillende wiskundige modellen om te zien welk model de relatie tussen watergebruik en aardappelproductie het beste kon voorspellen. Deze modellen zijn in essentie verschillende manieren om te berekenen hoe de groei van een plant reageert op waterstress. De onderzoeker vergeleken de voorspellingen van elk model met de werkelijke gegevens die in het veld waren verzameld. De onderzoeker ontdekte dat twee specifieke modellen, bekend als de Rao- en de Minhas-modellen, veel nauwkeuriger waren dan de andere. Deze twee modellen voorspelden correct hoe de aardappelen zouden reageren op watertekorten in elke fase, waarbij de waarnemingen uit de echte wereld met opmerkelijke precisie werden gematcht. De andere modellen blekenen minder betrouwbaar, omdat ze de impact van waterstress ofwel overschatten of onderschatten. Deze bevinding is significant omdat het agrarische planners een beter instrument geeft voor besluitvorming. Door gebruik te maken van de nauwkeurigere modellen kunnen boeren irrigatieschema's opstellen die de hoeveelheid geproduceerd voedsel maximaliseren terwijl ze het waterverbruik minimaliseren.

De studie benadrukte ook het belang van timing wat betreft voedingsstoffen. De onderzoeker diende specifieke voedingsstoffen toe via druppelirrigatie op momenten die overeenkwamen met de vier verschillende fenologische stadia, naast het reguliere waterprogramma, om de planten te helpen weerstand te bieden tegen droogte. Er werd vastgesteld dat hoewel deze voedingsstoffen hielpen, de timing van de watergift de dominante factor bleef bij het bepalen van de uiteindelijke uitkomst. De gegevens toonden aan dat in jaren met hevige neerslag de planten minder gevoelig waren voor waterstress, maar in drogere jaren werden de verschillen tussen de irrigatiestrategieën veel duidelijker. De onderzoeker concludeerde dat voor de Marmararegio, en waarschijnlijk voor soortgelijke klimaten, de beste aanpak is om de waterbronnen te concentreren op de fase van de knolvorming. Ook werd opgemerkt dat hoewel de modellen krachtige instrumenten zijn, ze getest en aangepast moeten worden aan verschillende lokale omstandigheden om hun nauwkeurigheid te waarborgen. Het werk biedt een duidelijk pad voorwaarts voor het beheer van aardappelgewassen in een opwarmende wereld, waarbij wordt aangetoond dat zorgvuldig, op wetenschap gebaseerd waterbeheer boeren kan helpen om zowel hoge opbrengsten als hoge kwaliteit te behouden, zelfs wanneer de regen onbetrouwbaar is.