La tesis tiene como objetivo principal evaluar cuantitativamente las aportaciones del trabajo realizado por un servicio de asesoramiento de riegos, y las opciones para mejorar el asesoramiento a los agricultores en cuanto a las predicciones del consumo de agua. En 1988, el instituto técnico agronómico provincial de Albacete (itap), creo el servicio de asesoramiento de riegos (sar), con la finalidad de asesorar a los regantes de la provincia de Albacete. Desde entonces se ha trabajado en el ininterrumpidamente, con el principal objetivo de transferir al agricultor a nivel individual toda la información generada referente al riego. En el marco social, político, económico y medioambiental, en el que nos encontramos actualmente entorno al agua y a la productividad de la misma y con prácticamente dos décadas de trabajo realizado, un buen número de explotaciones agrarias y multitud de parcelas visitadas, cientos de agricultores asesorados y miles de registros archivados, se presenta esta tesis doctoral, en la que en el primer capítulo se analizan algunos de los resultados obtenidos por el SAR y se intenta evaluar en qué medida el trabajo del servicio ha contribuido a aumentar la productividad del agua. Para ello, se estudia el grado de difusión del mismo, evaluando el impacto del servicio en la agricultura de riego provincial, analizando la práctica del riego en los inicios del servicio y como lo hace actualmente. Se calcula la productividad agronómica y económica del agua de riego. Se comparan las producciones obtenidas en las fincas asesoradas con aquellas a las que no se ha asesorado y finalmente se estudia si es rentable económicamente la puesta en marcha y el mantenimiento del SAR. La aceptación del servicio por los regantes ha sido muy buena, pasando en 11 años de un 3% a un 30% la superficie asesorada de la unidad hidrogeológica de la mancha oriental. En general, se ha dado un aumento de la superficie bien regada desde 1997 a 2005, como media de 10%. Los rendimientos potenciales hallados han sido elevados. Los cultivos de baja demanda hídrica obtuvieron rendimientos más alejados de los potenciales que los cultivos de alta demanda hídrica. Cebolla y remolacha presentaron una productividad agronómica del agua de riego elevadas y a gran distancia de ellas se situaron el maíz dulce, cereales y adormidera. En cuanto a la productividad económica del agua de riego, nos indica que al estar totalmente relacionada con los precios de cada campaña, se producen cambios importantes del valor de la misma para cada uno de los cultivos. Se ha detectado un incremento de los rendimientos de los cultivos con el tiempo en el área asesorada por el SAR y atribuyendo solo el 10% de dicho incremento a las aportaciones del SAR, resulta un aumento de los rendimientos de 0,8% en cebada, 1,5% en trigo y remolacha, 1,8% en maíz y 3,4% en patata, que expresado en valor monetario, con precios de 2003 y en el más desfavorable de los supuestos estudiados, ascendería a un beneficio económico de 250.696 € anual. En este caso, el plazo de tiempo que debería transcurrir para que la inversión de la puesta en marcha del SAR se pagase a si misma seria de 2 años, el endeudamiento máximo menor de 44.000 €, el valor actual neto de 64.767 € y la tasa interna de rendimiento del 59.08%, arrojando por tanto el estudio económico del SAR resultados muy positivos. En el segundo capítulo se analizan seis métodos para estimar la evapotranspiración (et) de cultivos en programas de asesoramiento de riegos y su actualización en la campaña de riegos, en los cultivos de cebada, trigo, adormidera, maíz, remolacha, patata y cebolla. En todos ellos se ha utilizado la misma evapotranspiración de referencia (eto), calculada por penman-monteith (allen et al., 1998) y lo que varia es la estimación del coeficiente de cultivo (kc). El más sencillo usa un kc único tabulado por allen et al. (1998) para cada uno de los cultivos, mientras que el mas laborioso, es el derivado de mediciones semanales en campo del porcentaje de cubierta vegetal, seguida a través de fotografía digital. Otros métodos comparados han sido el de estimación de kc únicos, ajustados a los periodos fenológicos de las parcelas estudiadas, tanto ajustes anuales como los medios de la zona obtenidos por el SAR, kc duales, igualmente ajustados y kc derivados de índices de vegetación (ndvi) procedentes de imágenes de satélite Landsat. Tras ser calculadas las et por los distintos métodos, se realizaron los calendarios de riego, usando la metodología del balance hídrico del suelo, con la finalidad de cuantificar el número de riegos necesario para satisfacer la demanda hídrica de cada método. Se ha puesto de manifiesto la importancia de actualizar la et durante cada campaña de riego, dadas las grandes diferencias halladas entre los métodos que estiman la et en función de los ciclos teóricos de los cultivos y aquellos métodos en los que se tiene en cuenta la fenología y desarrollo del cultivo en tiempo real. El método fao 56 único sin ajuste en tiempo real de la duración de los ciclos de cultivo, así como el que ajusta a periodos fenológicos medios en la zona obtenidos por el SAR, parecen presentarse como métodos poco indicados para ser utilizados por el SAR, por presentar variaciones en el cálculo total de la et y desfase entre los ciclos de cultivo teóricos y los reales de la zona del estudio, que implicaría la aplicación de riegos en momentos no adecuados. Los resultados de comparación de métodos de cálculo de et obtenidos en este trabajo, indican que los métodos dual y único de fao 56 ajustados al ciclo de cultivo en la zona dan estimaciones muy parecidas, por lo que dada la mayor complejidad tanto en el cálculo como en el numero de datos que es necesario conocer para la aplicación del método dual, se presenta el método único ajustado mas practico para el funcionamiento diario del SAR. La et calculada, utilizando estimas del kc basados en medidas de ndvi procedente de imágenes landsat, se aproxima mucho a la calculada mediante mediciones directas en campo del porcentaje de la cubierta vegetal. Pero, aun siendo un método de sencilla aplicación, no podría aplicarse en la zona de estudio en los cultivos de desarrollo vegetativo en primavera al poseer de forma generalizada pocas imágenes nítidas en esa estación, debido a la nubosidad.

La tesis se estructura en cuatro capítulos con distintas metodologías enfocadas a la optimización del diseño y la gestión del riego a presión en parcela buscando el mínimo coste total de aplicación de agua (inversión y operación). El capítulo 1 recoge los antecedentes del tema objeto de la presente tesis y justifica los objetivos perseguidos en este documento, que se presentan en el capítulo 2. En el capítulo 3 se presentan los resultados, que han sido publicados en cuatro artículos. En el capítulo 4 se presenta la discusión y las conclusiones generales, así como las líneas de investigación futuras. La tesis surge ante la necesidad de disponer de modelos y herramientas de ayuda en la toma de decisiones en la mejora y modernización del regadío, contemplando el proceso en su conjunto, desde la extracción de agua de un acuífero como caso más general, hasta su aplicación en parcela con sistemas de riego a presión por aspersión y goteo. Los beneficios de la mejora y modernización del riego que se ha llevado a cabo en países con escasez de agua como España incluyen el aumento de la eficiencia del uso del agua y la productividad, con una mejora de la operatividad y la gestión de los sistemas de riego, así como las condiciones de trabajo de los agricultores, pero también lleva asociado un aumento de la demanda de energía y la inversión requerida. El principal objetivo de esta tesis es la generación de dos herramientas desarrolladas en entorno MATLABTM, una denominada PRESUD (PREssurized SUbunit Design) y otra DOPIR (Design Of Pressurized IRrigation). La primera para identificar el diseño óptimo de subunidades de riego presurizado de forma rectangular (aspersión fija y riego localizado), que conducen al mínimo coste de aplicación de agua, calculado como la suma de los costes de la inversión, mantenimiento y energía. Puesto que trabaja solo a nivel de subunidad de riego, necesita estimar el coste que supone llevar el agua hasta el origen de la subunidad, diferenciando además entre riego por goteo y aspersión, ya que necesita distintos tipos de datos, con resultados específicos para cada tipo de riego, aunque tienen en común una buena parte del motor de cálculo. Los resultados de esta parte del trabajo se han publicado en dos artículos (Carrión et al 2013a y 2014), uno ligado a la problemática del riego por goteo y otro a los sistemas fijos de riego por aspersión. La segunda herramienta (DOPIR), utiliza los resultados de PRESUD para abordar la optimización de la aplicación del agua del riego de forma holística, contemplando el proceso en su conjunto, desde la fuente de agua hasta el emisor. Los resultados se han publicado también en otros dos artículos, uno más centrado en el riego por goteo (Carrión et al. 2013b), contemplando una primera aproximación del uso de aguas subterráneas, y otro analizando con mayor profundidad el proceso de extracción de agua según el tipo de acuífero, libre o confinado, y analizando el efecto de los factores más importantes que definen el proceso de extracción y aplicación del agua con sistemas de aspersión fija (Carrión et al. 2015).

Initial soil conditions, operational aspects, and tool shape affect the efficiency of soil decompaction. The objective of this study was to evaluate the performance of a winged scarifier as a function of soil compaction and edaphic water content. The experiment was carried out in a typical Hapludoll. Treatments considered two soil compaction levels: high (HC) and low compaction (LC); and three soil water contents: wet (WS), humid (HS), and dry (DS) with 9, 14, and 19% gravimetric water content, respectively. A split-plot randomized block design was applied. Tractive effort, disturbed area, tillage depth, specific resistance, and power were evaluated. Results showed that tractive effort was 17% greater in HC than LC, and in both cases HS was greater than WS and DS. The specific resistance in HC was equal to 8, 9, and 11 N cm-2 in WS, HS, and DS, respectively, and 7, 8, and 7 N cm-2 in BC in similar soil water contents, respectively. Tillage depth was low and irregular only in HC-DS. Specific resistance was not an adequate indicator of overall work efficiency because it does not consider the final soil physical profile. Overall work efficiency in HC was greater under HS conditions, while in LC it was greater under HS and DS conditions. | El estado inicial del suelo, aspectos operativos y de diseño de las herramientas, influyen sobre la eficiencia de una labor de descompactación. El objetivo de este trabajo fue evaluar el desempeño de un escarificador alado en función de la compactación y humedad edáfica. La experiencia se realizó en un Hapludol típico. Los tratamientos abarcaron dos niveles de compactación: alta (HC) y baja (LC) y tres contenidos de agua del suelo, mojado (WS), húmedo (HS) y seco (DS), con 9; 14 y 19% de humedad, respectivamente. El diseño experimental fue en parcelas subdivididas en bloques al azar. Se evaluó esfuerzo de tracción, área disturbada, profundidad de trabajo, resistencia específica y potencia. Los resultados indicaron que en HC el esfuerzo de tracción fue 17% mayor que en LC y en ambos casos resultó mayor en HS que en WS y DS. La resistencia específica en HC fue igual a 8; 9 y 11 N cm-2 en WS, HS y DS, respectivamente, y en LC fue igual a 7; 8 y 7 N cm-2 en similares contenidos de agua del suelo, respectivamente. En HC-DS la profundidad de trabajo fue escasa e irregular, no así en el resto de los tratamientos. La resistencia específica no fue un indicador adecuado de la eficiencia global de labor, al no considerar el estado final de la condición física del perfil. En HC-HS mostró la mayor eficiencia global de la labor, mientras que en LC lo hicieron HS y DS.

Initial soil conditions, operational aspects, and tool shape affect the efficiency of soil decompaction. The objective of this study was to evaluate the performance of a winged scarifier as a function of soil compaction and edaphic water content. The experiment was carried out in a typical Hapludoll. Treatments considered two soil compaction levels: high (HC) and low compaction (LC); and three soil water contents: wet (WS), humid (HS), and dry (DS) with 9, 14, and 19% gravimetric water content, respectively. A split-plot randomized block design was applied. Tractive effort, disturbed area, tillage depth, specific resistance, and power were evaluated. Results showed that tractive effort was 17% greater in HC than LC, and in both cases HS was greater than WS and DS. The specific resistance in HC was equal to 8, 9, and 11 N cm-2 in WS, HS, and DS, respectively, and 7, 8, and 7 N cm-2 in BC in similar soil water contents, respectively. Tillage depth was low and irregular only in HC-DS. Specific resistance was not an adequate indicator of overall work efficiency because it does not consider the final soil physical profile. Overall work efficiency in HC was greater under HS conditions, while in LC it was greater under HS and DS conditions. | El estado inicial del suelo, aspectos operativos y de diseño de las herramientas, influyen sobre la eficiencia de una labor de descompactación. El objetivo de este trabajo fue evaluar el desempeño de un escarificador alado en función de la compactación y humedad edáfica. La experiencia se realizó en un Hapludol típico. Los tratamientos abarcaron dos niveles de compactación: alta (HC) y baja (LC) y tres contenidos de agua del suelo, mojado (WS), húmedo (HS) y seco (DS), con 9; 14 y 19% de humedad, respectivamente. El diseño experimental fue en parcelas subdivididas en bloques al azar. Se evaluó esfuerzo de tracción, área disturbada, profundidad de trabajo, resistencia específica y potencia. Los resultados indicaron que en HC el esfuerzo de tracción fue 17% mayor que en LC y en ambos casos resultó mayor en HS que en WS y DS. La resistencia específica en HC fue igual a 8; 9 y 11 N cm-2 en WS, HS y DS, respectivamente, y en LC fue igual a 7; 8 y 7 N cm-2 en similares contenidos de agua del suelo, respectivamente. En HC-DS la profundidad de trabajo fue escasa e irregular, no así en el resto de los tratamientos. La resistencia específica no fue un indicador adecuado de la eficiencia global de labor, al no considerar el estado final de la condición física del perfil. En HC-HS mostró la mayor eficiencia global de la labor, mientras que en LC lo hicieron HS y DS.

El problema que abordamos en el presente trabajo, es que no se le da un buen uso al agua de las precipitaciones pluviales, por ello el objetivo es diseñar un sistema de cosecha de agua técnica y económicamente factible para darle un buen uso al agua producto de las precipitaciones pluviales para la Facultad de Ingeniería Agrícola, para lograr este objetivo, se diagnosticó el sistema de abastecimiento de agua potable actual de la Facultad de Ingeniería Agrícola, se realizó un análisis hidrológico de la zona de estudio, se realizó el análisis físico –químico del agua de lluvia, se calculó la oferta del agua de lluvia en tres escenarios, siendo el primero el techo actual, el segundo, un techo de concreto armado y el tercero, un techo mixto de plancha galvanizada y concreto, de aquí se seleccionó dos alternativas (A y B) que nos permitirá seleccionar la opción técnica más adecuada, se hizo la evaluación económica con el método costo-efectividad. La facultad de ingeniería agrícola cuenta con un sistema de abastecimiento de agua potable en buen estado de operación y mantenimiento, la calidad del agua presenta valores de turbidez por encima de los valores máximos admisibles en 4.3 y 0.5 NTU; de las dos alternativas, se eligió la alternativa B, porque permitirá recolectar 575.17m³ de agua; y el análisis costo efectividad es aceptable con un valor de 453 soles /estudiante. | Tesis

El modelo MOPECO fue concebido para optimizar el margen bruto (GM) de explotaciones agrarias con riego, especialmente en zonas con escasez de agua y/o cultivos con altos costes de producción. En la actualidad, este modelo está siendo calibrando en varias zonas regables del mundo: Castilla-La Mancha (CLM) y País Vasco en España; Valle de la Bekaa en el Líbano; San Luis en Argentina; y Ceará y Rio de Janeiro en Brasil. El objetivo final es desarrollar un sistema de ayuda a la toma de decisión para aumentar la rentabilidad de las explotaciones de regadío a través de una mayor eficiencia en el uso de agua. Los objetivos de la tesis son: - Calibrar el modelo MOPECO en base a ensayos de campo ya realizados en tres importantes cultivos hortícolas de CLM (cebolla, ajo y melón, éste también para la región de Ceará en Brasil). -Determinar las estrategias de riego deficitario controlado óptimo (ORDI) que maximizan el margen bruto de estos cultivos para diferentes cantidades de agua de riego disponible. -Adaptar la metodología del "Año meteorológico típico" (TMY) para su uso en la estimación de las necesidades de agua de riego de los cultivos. -Desarrollar una metodología capaz de distribuir una cierta cantidad de agua de riego durante el período de crecimiento de un cultivo, minimizando la caída de rendimiento final en condiciones de escasez de agua. El documento está dividido en 6 capítulos: -Capítulo 1: situación de la agricultura de regadío en CLM, siendo las restricciones más importantes la baja disponibilidad de agua para el riego y el alto precio de la energía para bombeo de agua subterránea. -Capítulo 2: Procesos de calibración y validación para la simulación de un cultivo de cebolla (Himalaya cultivar) utilizando los datos de una experimentación de campo durante dos años bajo condiciones de riego de déficit en CLM. Además, se aplica la metodología ORDI para varios objetivos de déficit. Los resultados muestran que el modelo MOPECO es adecuado para simular el rendimiento frente al agua total recibida por el cultivo en las condiciones climáticas y de suelo de este estudio. Por otra parte, ORDI puede aumentar el rendimiento en un 3 a 7% y el margen bruto hasta un 30%, en comparación con una estrategia de riego deficitario contínuo (CDI), donde los niveles de estrés se mantienen constantes durante todo el ciclo de crecimiento del cultivo. Capítulo 3: Calibración y validación del MOPECO para la simulación de un cultivo de ajo (cultivar Mulvico) aprovechando los datos de campo de tres años de ensayo bajo condiciones de riego de déficit en CLM. Por otra parte, la metodología TMY fue adaptada para su uso en la estimación de las necesidades de agua de riego de los cultivos y combinada con ORDI para varios objetivos de déficit. Los resultados muestran que MOPECO es adecuado para simular el rendimiento frente al agua total recibida por el cultivo bajo el clima y las condiciones del suelo de este estudio. La combinación de ORDI con TMY pueden aumentar el rendimiento por 3 a 9% y el margen bruto hasta un 59% en comparación con una estrategia de la CDI. Capítulo 4: Calibración y validación de procesos para la simulación de un cultivo de melón, con cultivares Piel de Sapo (PiSa) y amarillo (YeMe) en dos regiones, utilizando ensayos de campo de dos años. Los experimentos de déficit de riego se llevaron a cabo en CLM y Ceará con agua de moderado nivel de salinidad. Además, se determinaron las estrategias más adecuadas de riego para las áreas de CLM y Ceará cuando se utiliza agua salina. Los resultados muestran que MOPECO es adecuado para simular el rendimiento frente al total de agua recibida por el cultivo en las condiciones de este estudio. Cuando se utiliza agua no salina, ORDI puede aumentar el rendimiento un 9 a 20% (PiSa) y hasta un 7% (YeMe) en comparación con laa estrategia de CDI. La combinación de ORDI con diferentes estrategias para el manejo de agua salina puede aumentar el uso eficiente del agua.Capítulo 5: En situaciones donde los agricultores tienen disponible solo una cantidad limitada de agua de riego para el ciclo completo de un cultivo, en los años secos tienen que buscar la manera de hacer frente a mayores requerimientos de agua de riego de lo esperado. Este hecho puede provocar una gran caída de rendimiento si el agua se agota demasiado pronto. Mediante la combinación de ORDI con TMY, una metodología para reducir al mínimo la caída de la producción debido a un déficit de agua ha sido desarrollada y aplicada a un cultivo de cebolla en las condiciones semiáridas de Albacete (España). El modelo MOPECO permite simular el rendimiento obtenido con la distribución del agua de riego disponible propuesta por ORDI. Los resultados indican que al comparar el rendimiento potencial para cada cantidad de agua disponible con el rendimiento obtenido por MOPECO, la caída del rendimiento promedio fue de 3%. -Capítulo 6: Conclusiones generales. Se concluye con la tesis que: MOPECO es una herramienta válida para simular las funciones Ya-TW de cebolla, ajo y melón bajo las condiciones climáticas de las zonas de estudio. Los valores calibrados de Kc y Ky son similares a los encontrados en la literatura, prueba de la solidez de esta metodología para simular el comportamiento de los cultivos herbáceos bajo diferentes escenarios de aporte de agua de riego. Comparando con una estrategia CDI, ORDI aumenta el rendimiento y el margen bruto de los cultivos hortícolas, justificando el uso de esta metodología. La distribución de déficit hídrico propuesta por ORDI es similar en los tres cultivos estudiados, induciendo mayor estrés durante el desarrollo vegetativo y etapas de maduración. Por otra parte, las etapas de formación de bulbos (cebolla y ajo) y floración (melón) deben protegerse contra el estrés de agua, así como garantizar un adecuado establecimiento del cultivo.La combinación de ORDI con diferentes estrategias de manejo de agua salina puede aumentar la eficiencia en el uso del agua a nivel de explotación. En áreas donde el agua de riego es escasa y presenta media o media-alta conductividad eléctrica, puede resultar interesante no aplicar fracción de lavado si la lluvia entre campañas de riego es capaz de lavar las sales aportadas por el agua de riego. Alcanzar el rendimiento potencial implica el uso de una gran cantidad de agua, lo que significa que no es recomendable aplicar fracción de lavado, salvo al inicio de los períodos más sensibles. Finalmente, la fracción de lavado no es recomendable cuando se pretende aplicar riego deficitario.El uso de la metodología TMY adaptada a la programación de riegos puede ser interesante para establecer los calendarios de riego en una zona regable. La serie climática generada por esta metodología se puede utilizar para estimar las necesidades medias de los cultivos y/o los rendimientos esperados bajo diferentes escenarios de escasez de agua.La combinación de ORDI con TMY puede aumentar la eficiencia en el uso del agua a escala de explotación cuenca, especialmente cuando la cantidad de agua de riego es limitada y menor que las necesidades de riego. En grandes zonas regables, los servicios de asesoramiento al regante pueden suministrar información relevante a los agricultores que pueden traducirse en una mayor rentabilidad y productividad de los cultivos.El análisis de las condiciones climáticas ocurridas antes de la siembra en términos de déficit acumulado (D = ETo ¿ P) puede ser un indicador adecuado sobre las condiciones climáticas que sucederán durante el período de crecimiento del cultivo en la zona.

El cambio climático es una realidad. El aumento de la contaminación atmosférica acentúa el efecto invernadero que provoca el aumento de la temperatura global del planeta. Algunas de las consecuencias son difícilmente reversibles, como la desertificación de zonas cálidas o el deshielo de glaciares que provoca el aumento del nivel de los mares y océanos. Debemos tomar conciencia de que las consecuencias de nuestra actividad pueden llegar a un punto de no retorno. Por ello, el ser humano debería llevar a cabo acciones que estuviesen encaminadas a revertir esta situación mientras sea posible. La agricultura es una actividad ligada al ser humano desde sus inicios. El incremento de la población a nivel global provoca que la producción de alimentos repercuta notable en el cambio climático; aunque la agricultura es, en parte, una actividad que supone un sumidero de carbono, porque el proceso de fotosíntesis contribuye a reducir los niveles de carbono del aire. Cada vez se producen más cosechas en menos tiempo, se intensifica la actividad agrícola y se elevan los consumos de agua y la demanda de energía. Si la energía consumida no es renovable, se emiten Gases de Efecto Invernadero (GEI) y se incrementa su concentración en la atmósfera. La disponibilidad de energía renovable en explotaciones agrícolas es una cuestión que depende de los acuerdos que alcancen los organismos públicos y privados. Este es un aspecto que se sitúa fuera del alcance de la presente Tesis, pero modificar las pautas de uso del agua y la energía, de manera que se reduzcan las emisiones GEI, depende del propio agricultor. El objetivo de la presente Tesis Doctoral es desarrollar una metodología para la cuantificación precisa de la huella de carbono en el manejo del agua de riego. Como zona de estudio se eligió La Mancha Oriental (MO), una zona situada en el sureste de España, donde la principal fuente de agua destinada a la agricultura proviene de la masa de agua subterránea MO. Se abarcó la serie de años 2007?2017, debido a que, por un lado, es una serie de años suficientemente amplia para poder detectar tendencias en la información de partida y en los resultados obtenidos, y por otro, por abarcar el último año completo del que se disponía información en el momento de comenzar el estudio. El concepto de "manejo del agua de riego" considerado en la Tesis, abarca el proceso desde su extracción mediante sondeos hasta su transporte y aplicación a los cultivos mediante sistemas de riego. A la hora de abordar el objetivo principal surgieron varios factores a considerar, por ejemplo: la manera en la que se emplea el agua y la energía para el riego de los cultivos, el tipo de energía empleada para el riego, cómo influye el momento en el que se demanda la energía en la cantidad de emisiones GEI generada, la relevancia de los distintos factores a la hora de calcular las emisiones GEI debidas al uso del agua. Para abarcar estos aspectos, se plantearon varios objetivos secundarios que contribuyeron a alcanzar el objetivo principal. Los objetivos secundarios establecidos en la Tesis fueron: i) conocer el estado del arte de los estudios publicados relativos a la energía que se emplea en el manejo del agua en la agricultura; ii) estudiar la relación entre la demanda energética y las emisiones GEI ligadas a ella, así como su relación con el manejo del agua en el riego; iii) determinar si las pautas que se siguen para decidir el momento en el que se ponen en funcionamiento los sistemas que intervienen en el manejo del agua en el riego, son las más adecuadas para de reducir las emisiones GEI, y proponer alternativas en caso de no serlo; iv) identificar los aspectos más influyentes a la hora de plantear una metodología para la cuantificación de la huella de carbono, y proponer herramientas para su estimación, v) analizar casos concretos y representativos de la zona de estudio para calcular, mediante la metodología propuesta las emisiones GEI que se originan por el manejo del agua para riego. En primer lugar, y como primer capítulo de la Tesis, se llevó a cabo una Revisión Sistemática (RS) de la bibliografía publicada. Para comenzar la búsqueda se planteó una cuestión principal: "¿Estimamos adecuadamente la huella de carbono debida al manejo del agua en la agricultura?" De esta búsqueda, se obtuvo información de distintos estudios relacionados con el tema de la Tesis, por ejemplo: la manera en la que han enfocado las peculiaridades para calcular las emisiones GEI originadas por el manejo del agua en la agricultura, los diferentes puntos de vista de los autores ante un mismo problema o los índices de trasformación que se han empleado, entre otros muchos aspectos. Finalizada la RS de la bibliografía, en el capítulo 2 se analizó el índice de transformación (kgCO2e/kWh) ligado a la producción y consumo de energía eléctrica convencional en España. Se observó que, tradicionalmente se han empleado índices de transformación de la energía eléctrica fijos, invariables en el tiempo e independientemente de la zona, como por ejemplo los empleados con la Comisión Nacional de los Mercados y la Competencia (CNMC). Pero la proporción de los distintos tipos de fuentes para la generación de energía (mix energético) es variable, y repercute directamente en el índice de transformación de la energía, que también varía a lo largo del tiempo. En España, tradicionalmente se ha consumido energía eléctrica convencional (la procedente de la red de distribución de Red Eléctrica de España (REE)) destinada al manejo del agua en el riego en períodos en los que la energía es más económica; evitando, en la medida de lo posible, consumir energía en el período más caro. Como la elección del momento de consumir energía para el riego está influenciada directamente por los períodos tarifarios, se calculó un índice de transformación de la energía eléctrica mensual para la serie de años analizada (2007?2017) distinguiendo entre períodos tarifarios. De esta manera, se estimaron las emisiones GEI asociadas al manejo del agua de riego de una forma más precisa que empleando índices de transformación fijos anuales. En zonas áridas, donde los recursos hídricos superficiales son escasos, el agua para riego procede normalmente de origen subterráneo. Para extraer agua de zonas subterráneas, se necesitan bombas hidráulicas que demandan grandes cantidades de energía. A mayor profundidad de la cota piezométrica con respecto a la superficie, mayor cantidad de energía se consume, y por tanto, mayor cantidad de emisiones GEI se producen. En el capítulo 3, se obtuvo la energía necesaria para extraer cada m3 de agua subterránea de la masa de agua MO, partiendo únicamente de la ubicación de los sondeos. Para ello, se realizó un estudio de la profundidad de la cota piezométrica de los sondeos que extraen agua de la masa de agua subterránea MO a partir de piezómetros controlados por la Confederación Hidrográfica del Júcar (CHJ). Estos piezómetros proporcionan información puntual de la profundidad de la cota piezométrica desde la que se extrae el agua para regar los cultivos de la zona de MO. A partir de esta información puntual, y tras aplicar técnicas geoestadísticas de interpolación como el krigeado (o kriging) e incluir el Modelo Digital de Elevaciones (MDE) se obtuvieron mapas continuos mensuales de la serie de años analizada (2007?2017) de la profundidad de extracción de la zona donde se concentra la agricultura de regadío sobre la masa de agua MO. Con los índices de transformación calculados en el capítulo 2 se obtuvieron mapas continuos mensuales de la huella de carbono asociada a la extracción de recursos hídricos subterráneos en la zona de estudio. En el capítulo 4 se calcularon las emisiones GEI generadas por el manejo del agua de riego, empleando la metodología desarrollada en anteriores capítulos de la Tesis, en dos casos de estudio representativos de MO: una explotación agrícola de 145 ha con un único propietario y una comunidad de 741 regantes y 951 ha. Se siguieron dos enfoques o aproximaciones, atendiendo a la información de partida disponible. Por un lado, partiendo del registro de la cantidad de energía mensual consumida y, por otro lado, partiendo de la mínima información (esta última aproximación es la más común), es decir, de las necesidades hídricas de los cultivos. Se calculó el coste económico de las emisiones GEI así como las mínimas y máximas que podrían originar. Además, se determinaron las horas más propicias para poner en funcionamiento los sistemas de manejo de agua con el fin de reducir las emisiones GEI originadas por esta actividad.

A nivel mundial, la cebada (Hordeum vulgare L.) es el duodécimo cultivo en producción y el quinto en superficie cultivada. En España se cultivan 2.800.000 ha de esta especie, produciéndose cerca de 7.000.000 de toneladas de grano. Castilla-La Mancha (CLM) es el segundo productor con el 29% del total nacional, cultivándose 847.793 ha de las que 95.320 ha son en regadío. En condiciones semiáridas como las de CLM, la cebada es un cultivo con unas necesidades relativamente bajas de agua de riego (lámina neta, In = 2.500 m3 ha-1 para un año medio), pudiendo triplicar el rendimiento en regadío frente al secano. No obstante, en la agricultura de regadío actual, el aumento de los costes de producción, especialmente los de la energía eléctrica asociada a los sistemas de riego presurizados, así como la limitación de la disponibilidad de agua en general y de las dotaciones para el riego, están impulsando la necesidad de aplicar técnicas que mejoren la eficiencia del uso del agua de riego, tales como el riego deficitario controlado (RDC), con el fin de asegurar la viabilidad de las explotaciones. Además, la sociedad exige un uso más eficiente y sostenible de los recursos hídricos con el fin de reducir el impacto sobre el medio ambiente. El modelo MOPECO permite establecer estrategias de riego en los cultivos que optimicen el uso del agua. Fue concebido para maximizar el margen bruto de las explotaciones de regadío, al tener en cuenta tanto el volumen de agua como la superficie regable disponible. Para un determinado objetivo de déficit global, o un volumen de agua de riego limitado, calcula la estrategia de riego deficitario controlado optimizado por etapas (ORDI) que maximiza el rendimiento. El objetivo de esta Tesis Doctoral es determinar las estrategias ORDI que maximizan el rendimiento de cebada bajo las condiciones de CLM, para cinco volúmenes de agua de riego (uno sin déficit “SD” y los otros cuatro con distintos volúmenes limitados de agua de riego disponible, que corresponden al 100% “T100”, 90% “T90”, 80% “T80” y 70% “T70” de In), y analizar sus efectos sobre la calidad de las cosechas, la respuesta fisiológica del cultivo, la eficiencia en el uso del agua y la rentabilidad de las explotaciones. El ensayo experimental se llevó a cabo durante las campañas 2015, 2016 y 2017 en Albacete (España). La variedad de cebada cultivada fue “Shakira” con una dosis de siembra de 210 kg ha-1. Se realizaron cuatro repeticiones de cada tratamiento en parcelas de 2,5 x 18,0 m, distribuidas al azar, salvo en los tratamientos sin déficit y el T100 donde fueron tres. El agua se aplicó mediante un sistema de riego localizado por goteo de marco cuadrado (0,5 m x 0,5 m de separación entre ramales y emisores) dotado de emisores autocompensantes con un caudal nominal de 3,8 L h-1. En cada sector de riego, que corresponde con un tratamiento, se instaló un caudalímetro de pulsos de alta precisión para controlar los volúmenes de agua aplicados. La duración de las etapas de desarrollo del cultivo en grados día acumulados (GDD) se definió a partir de 28 seguimientos fisiológicos de esta especie llevados a cabo por el Servicio Integral de Asesoramiento al Regante de CLM (SIAR) y el Instituto Técnico Agronómico Provincial de Albacete (ITAP) durante los años 2002 a 2013 a lo largo de toda la comunidad autónoma. La calibración del modelo MOPECO se realizó mediante los datos obtenidos en un experimento previo de tres años de duración, y quedó validado en los ensayos llevados a cabo en esta Tesis con un 100% de aciertos con respecto al rendimiento esperado en todos los tratamientos simulados. Los valores del coeficiente de cultivo (Kc) para la zona se dieron por válidos a partir de los datos de evolución del contenido de humedad del suelo registrados por los sensores colocados en las parcelas de seguimiento y los registros de un lisímetro de pesada continua experimental instalado en la campaña de 2017. El lisímetro de pesada de tamaño reducido, utilizado en este trabajo, ha mostrado su eficacia y versatilidad en esta tarea. Como media de los tres años de ensayos, ORDI ha logrado elevados rendimientos para el agua recibida (entre 9.049 kg ha-1 del tratamiento SD y 6.339 kg ha-1 del T70), mejorando la productividad del agua de riego (de 2,75 kg m-3 del SD hasta 3,64 kg m-3 del T80). En consecuencia, se ha reducido la huella hídrica de la cebada, pasando de 581 m3 Mkg-1 del SD a 531 m3 Mkg-1 del T80. El análisis de los resultados ha puesto de manifiesto que, generando la misma producción total en la provincia de Albacete (155.000 toneladas de cebada procedente de regadío) aplicando la estrategia de riego T80 en lugar de la SD, se lograría reducir un 24% las necesidades de agua azul (agua de riego) y, del mismo modo, la componente gris de la huella hídrica, que también se vería beneficiada disminuyendo un 9%. Así, la reducción de la huella hídrica total en la zona rondaría el 9%, aunque sería necesario cultivar 30.500 ha, un 24% más que en la actualidad. Sin embargo, dado que un elevado porcentaje de la superficie regable tiene que dejarse en barbecho o cultivarse con especies de secano como la cebada por no haber agua suficiente, este inconveniente es perfectamente asumible. Por lo tanto, ORDI es beneficiosa para el medio ambiente y mejora la competitividad de este producto. Cuando la calidad del grano alcanza la categoría de “maltera”, es decir, apto para la elaboración de malta para cerveza, el precio del grano se incrementa una media de un 15%. Déficits hídricos limitados, aplicando ORDI, junto con un abonado nitrogenado orientado a las producciones esperadas, pueden favorecer el tamaño de los granos y su concentración de proteína, mejorando por tanto la aptitud maltera. Durante las tres campañas, todos los tratamientos cumplieron con los requisitos de calidad exigidos por las malterías, tanto a nivel de grano, como de malta y mosto. La metodología no generó diferencias significativas en los parámetros de calidad, aunque en muchos casos, los parámetros medios obtenidos por los tratamientos deficitarios mejoraron a los del tratamiento SD. Los parámetros fisiológicos de los que se realizó un seguimiento fueron la fotosíntesis y la conductancia estomática, poniéndose de manifiesto que el déficit hídrico afecta más rápidamente a este último factor. Además, se recogieron muestras de material vegetal con las que se obtuvieron la evolución de la biomasa y del índice de área foliar, que llegó hasta a 11 m2 m-2 en 2015 para el SD. El análisis de los resultados pone de manifiesto que la metodología ORDI puede ayudar a incrementar la rentabilidad de las explotaciones (hasta 30 € ha-1 año-1 de media con un T80, para los últimos 10 años, en una explotación tipo de 20 ha y 35.000 m3 disponibles, lo que supone un 7% más con respecto a la rentabilidad media de este cultivo en la zona) situadas en zonas con baja disponibilidad hídrica, aunque lo verdaderamente interesante es el impacto económico que puede ocasionar el ahorro de agua en este cultivo al manejarlo mediante ORDI. Sólo en el ámbito de la Unidad Hidrogeológica Mancha Oriental, situada entre las provincias de Cuenca y Albacete, donde se han cultivado unas 15.000 ha año-1 de media de cebada en regadío durante las tres campañas de ensayo de esta Tesis, la repercusión económica del volumen de agua de riego ahorrado y puesto a disposición de otros cultivos más rentables, si se hubiese gestionado toda esa superficie mediante un T80 en lugar de un SD, habría supuesto más de 30 millones de euros.

Los sistema de riego presurizados a pesar de requerir más energía son los de mayor demanda al presentar mayor flexibilidad en la gestión del riego y la adaptación a un amplio rango de cultivos, pudiendo ser a su vez más eficientes en el uso del agua. El objetivo de este trabajo fue desarrollar modelos con un enfoque holístico de diseño y gestión conjunta de sistemas de bombeo y balsas en sistemas de riego alimentados desde sondeo buscando minimizar los costes totales anuales de aplicación de agua por unidad de área (CT) incluyendo la inversión (Ca) operación (Ce) y mantenimiento (Cm). Los modelos DOPW (design of centre pivot supplied from wells), DEPIRE (design of centre pivot with regulating reservoir) y DRODN (design of reservoir on demand network) fueron desarrollados e implementados en MATLAB 2012b (The MathWorks Inc., Natick, MA); se determinaron los caudales, diámetros, potencia y volumen de balsa óptimo, teniendo en cuenta las demanda de agua del sistema, disponibilidad de agua en la fuente, características del sistema de riego, costes (Ca y Ce), horas disponibles para el bombeo. La incorporación de balsas de regulación y almacenamiento en sistemas pívots generan los menores CT en superficies >100 ha, al compararlo con la alimentación directa desde sondeo. El CT se incrementa linealmente con el nivel dinámico en el sondeo (ND) para 100 ha usando el modelo DEPIRE pasa a ser de 659 a 2 414 € ha-1 año-1 y usando el modelo DOPW va de 618 a 2 582 € ha-1 año-1 cuando el ND va de 0 a 200 m, debido al significativo incremento del Ce en la extracción de agua desde el acuífero. El Ce es el principal componente del CT, representando entre el 24,8% y el 80,0% en los casos estudiados. La forma de operación y manejo de la red de riego condiciona las dimensiones de la balsa y los CT a la red para una garantía de suministro de agua, en caso de ND al pasar de 150 a 200 m el volumen de balsa pasa de 2 862 a 1 725 m3 con costes de 374,0 y 431,2 € ha-1 año-1 respectivamente causado por la disminución de potencia y de caudal en la extracción a costa del mayor consumo energético cuando se aplica el modelo DRODN. Las herramientas DOPW, DEPIRE y DRODN, permiten detectar las interrelaciones entre los Ca y Ce, y las variables que lo componen. Palabras claves: modelos, balsas de regulación, diseño óptimo de pívots, diseño óptimo de sondeos, costes de riego anuales.