Modelling of soil water content and soil salinity with HYDRUS-1D

Mestrado em Engenharia Agronómica. Universidade de Lisboa, Instituto Superior de Agronomia

Salt-affected soils may result in highly negative impacts on the soils’ functions, limiting the soils’ productivity and ultimately leading to desertification. The area of salt-affected soils is increasing globally as a result of inadequate irrigation practices and of climate change. This work was carried out within the SoilSalAdapt project, which studies the hypothesis that adaptation of soil microbiome to soil salinity may result in increased crop tolerance. The aim of this work was to model the soils’ water content and soil salinity in the three different soils used in the experiment carried out by the project team at the Lincoln University, UK. In experiment, spinach was grown in vases, without fertilization, inside a polytunnel, during two growth cycles. Spinach was irrigated with non-saline water and, at the end of the second cycle, with highly-saline water. In this work, SIMDualKc was used to calculate crop evapotranspiration under standard conditions using the dual crop coefficient method. HYDRUS-1D was used to model the soil water content and electrical conductivity of soil water, integrating water and salinity stresses to obtain the actual crop evapotranspiration. The models resulted in a root mean square error between 0.024 and 0.063 cm3cm-3 for soil water content and between 1.74 and 3.31 dSm-1 for soil salinity. The errors were lower when considering only the first growth cycle. At the end of the second cycle, when saline water was applied, the models underestimated the water content and overestimated the salinity. These larger errors reflect the fact that observed data, which was measured with a TDR, overestimated the soil water content when soil salinity was high. The models obtained in this thesis will allow the simulation of soil salinity under short- and long-term conditions, considering different irrigation managements and future climate conditions, and the estimation of potential productivity losses.

A salinidade pode afetar os solos resultando em impactos negativos nas funções do solo, limitando a sua produtividade e podendo levar à desertificação. A área afetada pela salinidade está a crescer mundialmente, resultado de uma gestão inadequada da rega e das alterações climáticas. Este trabalho foi feito no âmbito do projeto SoilSalAdapt, que estuda a hipótese de pré-adaptar o microbioma à salinidade do solo através da gestão da salinidade da rega, conferindo tolerância às culturas. O objetivo deste trabalho é modelar o teor de água do solo e a salinidade em três tipos de solo usados na experiência efetuada pela equipa da Universidade de Lincoln. Na experiência, espinafres cresceram em vasos dentro de uma estufa, sem fertilização, durante dois ciclos de crescimento. Foram regados com água não salina e no final do segundo ciclo com água extremamente salina. Foi usado o SIMDualKc para calcular a evapotranspiração cultural em condições padrão usando a metodologia dos coeficientes duais. O HYDRUS-1D foi usado para modelar o teor de água do solo e a condutividade elétrica da água do solo, integrando o stress salino e hídrico, para obter a evapotranspiração cultural real. A raiz do erro quadrático médio foi de 0,024 a 0,063 cm3cm-3 para o teor de água e entre 1,74 até 3,31 dSm-1 para a salinidade. Os erros foram mais baixos no primeiro ciclo quando comparados com o segundo. No final do segundo ciclo, quando a rega salina é aplicada, os modelos subestimam o teor de água do solo e sobrestimam a salinidade. Estes erros superiores devem-se aos dados medidos com o TDR, que sobrestimam o teor de água no solo quando a salinidade é elevada. Os modelos obtidos permitem simular a salinidade a curto e longo prazo, considerando diferentes gestões de regas e alterações climáticas, e estimar potenciais perdas de produtividade.

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