Reutivar-App: Aplicación para el fertirriego de precisión del olivar con agua regenerada

El olivar es un cultivo de gran repercusión económica en toda España, siendo el país con la mayor superficie del mundo dedicada a éste. Esta importancia se acentúa en Andalucía, donde es el cultivo más representativo e icónico en la región. De hecho, debido a la superficie que ocupa, el olivar es el cultivo que más agua consume en toda la Cuenca Hidrográfica del Guadalquivir (alrededor de 866 m³/ha/año en 2016, según CHG). En cuanto a su fertilización, ésta suele ser poco precisa y, con frecuencia, basada en prácticas culturales y en la experiencia del agricultor. Esto conlleva que se realicen aplicaciones de fertilizantes innecesarias, ocasionando la contaminación de suelos y aguas subterráneas. En este escenario, la utilización de agua regenerada para riego de olivar surge como alternativa a las fuentes de agua tradicionales.

Sistema de riego con aguas regeneradas utilizado en el marco del proyecto Reutivar.

El uso de aguas regeneradas para riego de olivar puede suponer una alternativa viable a la problemática de escasez de agua. Las aguas regeneradas son aguas de origen doméstico municipal, industrial o pluvial que han sido procesadas en una planta de tratamiento y, posteriormente, han recibido un tratamiento adicional que las hace adecuadas para su reutilización. Sin embargo, este tipo de aguas contienen una cantidad considerable de nutrientes, los cuales son además variables a lo largo de la campaña de riego, lo que hace que su gestión sea compleja, pero, al mismo tiempo, imprescindible.

Materializar y definir metodologías y hacerlas de fácil manejo es fundamental para llevar el conocimiento científico al sector agrícola. El uso de las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC’s) unido a la posibilidad del uso de las fuentes de datos en abierto son esenciales para conseguirlo. En trabajos previos, diferentes autores han desarrollado metodologías para el apoyo en la gestión del riego y la fertilización. Por ejemplo, González Perea et al. (2017) desarrollaron Irrifresa App, una aplicación móvil y de escritorio para ayudar a los agricultores a programar el riego en el cultivo de la fresa de la forma más sostenible y eficiente posible. Mediante el uso de esta aplicación se obtuvieron importantes ahorros de agua en el entorno de Doñana (Huelva). Pérez-Castro et al. (2017) desarrollaron cFertigUAL, una aplicación móvil para la gestión del fertirriego de cultivos hortícolas en invernadero. cFertigUAL calculaba la cantidad óptima de fertilizante a aplicar teniendo en cuenta el cultivo y el sistema de riego.

El Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera (IFAPA) desarrolló una aplicación web cuyo objetivo es proporcionar recomendaciones de fertirriego a aplicar en olivar. Estas recomendaciones se basan en las medias anuales de registros agroclimáticos históricos, con lo cual, no cambian dependiendo de las condiciones climáticas en tiempo real. Además, las recomendaciones son proporcionadas a escala mensual y, al no incorporar las características hidráulicas del sistema, se ofrecen como lámina de riego, siendo ésta una variable de manejo poco operativa para los agricultores en la gestión diaria del riego.

En este trabajo de las Universidades de Córdoba y Castilla-La Mancha (UCO y UCLM) se ha desarrollado una aplicación para dispositivos móviles Android, Reutivar-App, para la programación óptima y en tiempo real del fertirriego del olivar con agua regenerada. El objetivo de la App es proporcionar a sus usuarios (técnicos y/o agricultores) una herramienta de fácil manejo para que el fertirriego de precisión del olivar con agua regenerada sea lo más sostenible, eficiente y cómodo posible. Sus principios clave son distribuir de forma óptima el agua disponible a lo largo de la campaña de forma que se asegure su aplicación en los momentos en los que olivar es más sensible al estrés hídrico y, al mismo tiempo, considerar los nutrientes que se aplican a través del agua en el programa de fertilización, de forma que solo se apliquen nutrientes cuando el cultivo los necesite.

La App desarrollada se ha probado en una finca comercial de olivar tradicional dedicada a la producción de aceite, perteneciente a la Comunidad de Regantes de Tintín (CRT), localizada en el municipio cordobés de Montilla. El agua para riego procede de la EDAR (Estación Depuradora de Aguas Residuales) del municipio y, previo a su distribución, se almacena en una balsa donde se aplican los tratamientos necesarios para alcanzar la calidad requerida para su uso. Desde allí se distribuye a los regantes por medio de una estación de bombeo localizada aguas abajo. El sistema de riego es goteo subterráneo, con goteros de 2,2 l/h, enterrados a 40 cm y espaciados a 1 m. La finca tiene una superficie aproximada de una hectárea.

1 - Datos de entrada

En este módulo, se introducen los datos generales de la parcela tales como nombre, localización, dotación concedida, área del sector, tipo suelo, estrategia de riego, características hidráulicas del sistema de riego (caudal de gotero, separación de goteros, etc.), estado nutritivo del árbol y calidad del agua de riego. El usuario, además, podrá seleccionar qué día de la semana desea que se realice el riego. En la fig. 1 se observa la interfaz gráfica de Reutivar-App para la introducción de estos datos.

Una vez que el usuario introduce los datos particulares de su explotación, la App determina el tiempo de riego y la cantidad de macronutrientes óptimos a aplicar para toda la semana, como se describirá en los siguientes apartados, (fig. 2a). Además, de forma manual, y en caso de no seguir las recomendaciones propuestas por la aplicación, el usuario puede introducir el manejo del fertirriego real que ha llevado a cabo en su explotación (fig. 2b). En cualquier momento, el usuario puede consultar la precipitación, contenido de agua en el suelo, riego recomendado y su distribución a lo largo de la campaña, así como la comparación con el manejo real (fig. 2c).

2 - Base de datos

La base de datos que incluye Reutivar-App se gestiona bajo SQLite, lo que la hace mucho más ligera que el resto de gestores de base de datos. Esta base de datos almacena todos los datos que el usuario ha introducido previamente, así como los registros agroclimáticos históricos disponibles de la estación más cercana y las recomendaciones de fertirriego que el modelo va calculando.

3 - Conexiones remotas

En este módulo se diferencian dos secciones, ambas dependientes de la localización de la parcela: registros agroclimáticos históricos y predicción meteorológica. En primer lugar, de forma automática, la aplicación se conecta a la Red de Estaciones Agroclimáticas de Andalucía y selecciona la estación más cercana a la ubicación de la parcela. De esta estación se obtienen todos los datos de precipitación y evapotranspiración de referencia disponibles. A partir de estos datos, el modelo obtiene la precipitación media diaria, la evapotranspiración de referencia media diaria y las necesidades de riego medias mensuales, las cuales se almacenan en la base de datos.

En referencia a la predicción meteorológica, de forma diaria, se obtienen diferentes variables climáticas para la semana próxima. Esto se hace a través de AEMET OpenData, la API REST (Application Programming Interface. REpresentational State Transfer) de la Agencia Estatal de Meteorología (AEMET, 2015), y de eltiempo.es (Pelmorex Corp, 2017), mediante técnicas de web scraping. Los datos obtenidos son de temperatura (media, máxima y mínima), humedad relativa (máxima y mínima), velocidad del viento, índice de nubosidad y precipitación. A partir de variables climáticas se calculan la evapotranspiración del cultivo y la precipitación efectiva de la semana próxima, los cuales se usarán posteriormente para la programación de los eventos de riego. En caso de problemas de conexión o error al obtener los datos de predicción climática, se usarán los valores de las medias históricas calculados en la sección anterior.

4 - Programación del riego

En este módulo se computan tanto necesidades de riego medias mensuales, calculadas a partir de los registros agroclimáticos históricos, como las necesidades teóricas diarias para toda la semana, calculadas a partir de las predicciones meteorológicas. Ambas se obtienen como la diferencia entre la evapotranspiración del cultivo (ETc) y la precipitación efectiva (Peff) (Allen, 1998). Las necesidades del cultivo se calculan con el objetivo de reponer la ETc diaria según Doorenbos & Pruit (1977).

En caso de que haya dotación asignada a la finca, las necesidades de riego son corregidas para ajustarse a este valor. De esta forma es posible asegurar la aportación de agua en los meses en los que el olivo es más sensible al estrés hídrico. Para ello se establecen límites de riego mensuales, los cuales se calculan a partir de necesidades medias mensuales, la estrategia de riego seleccionada y la dotación concedida. La App, quincenalmente, comprueba que se haya aplicado el agua inicialmente propuesta para ese período. En caso contrario, se vuelven a recalcular estos límites de riego para los meses restantes.

Respecto a la decisión del momento de riego, se lleva a cabo un balance de agua en el suelo, tanto histórico como predictivo, y se consideran los días de la semana que el usuario quiere regar. En el momento en el que el contenido de agua en el suelo sea menor al 25% de Capacidad de Campo (CC), la aplicación considera que es necesario regar y realiza el cálculo para ese día. Reutivar-App también considera la tarifa eléctrica, de forma que solo programa el riego en los periodos valle, cuando la energía y potencia son más baratas.

Por último, la aplicación ofrece tres posibles estrategias de riego, las más extendidas en olivar actualmente: riego completo (RC), riego deficitario sostenido (RDS) y riego deficitario controlado (RDC). RC programa el evento de riego para cubrir todas las necesidades de riego del olivar. RDS aplica un porcentaje fijo del total de las necesidades a lo largo de la campaña. Finalmente, la estrategia de RDC, aplica un porcentaje variable del total de las necesidades de riego dependiendo de los meses en los que el olivar es más sensible al estrés hídrico.

5 - Programación de la fertilización

La programación de la fertilización está basada en el establecimiento de un plan anual, el cual varía dependiendo del estado nutricional y de las extracciones del cultivo. El estado nutricional es un dato imprescindible para establecer la programación de forma precisa y se determina mediante la realización de análisis foliares en el mes de julio del año anterior (Fernández-Escobar et al., 2009). Reutivar-App compara los niveles de nutrientes en hoja con los umbrales de deficiencia (tabla 1). Cuando los niveles en hoja están cercanos a ese umbral, la aplicación establece la programación de la fertilización. En el caso de que los niveles sean adecuados, no es necesaria la aplicación adicional de fertilizante. En el caso de que algún elemento esté en el rango de deficiencia, la cantidad de fertilizante se calcula según las extracciones anuales del olivar de dicho nutriente (Fernández-Escobar, 2017). La cantidad total de nutrientes necesarios se distribuye a lo largo de la campaña de riego dependiendo de los días de riego y el ciclo de crecimiento del cultivo.

Finalmente, una vez establecido el plan anual, la aplicación considera la calidad del agua aplicada, ya que el riego con agua regenerada suele aportar una importante cantidad de nutrientes. Por ello, la cantidad final de nutrientes a aportar será la diferencia entre la establecida inicialmente en el plan anual y la aportada por el agua.

Figura 3. Comparación de la distribución de la programación del riego y el contenido de agua en el suelo a lo largo de la campaña de riego de 2019 entre las recomendaciones llevadas a cabo por REUTIVAR-App y el caso de estudio.

Para evaluar el funcionamiento de la aplicación se han comparado las recomendaciones proporcionadas por Reutivar-App y el manejo real que se llevó a cabo en el caso de estudio. La fig. 2 muestra la comparación de la distribución del riego y el contenido de agua en el suelo a lo largo de la campaña de acuerdo a las dos estrategias y la tabla 2 muestra los nutrientes aportados por el agua y por los fertilizantes para cada estrategia.

Como muestra la fig. 2, la estrategia llevada a cabo en la finca no coincide con la recomendada por la aplicación. La estrategia recomendada por Reutivar-App se basa en los principios de RDC, que concentra una mayor aplicación de agua en los meses en los que el cultivo es más sensible al estrés hídrico, concretamente en los meses de mayo, junio y septiembre. Además, la programación está siempre programada en las horas valle de la tarifa eléctrica, garantizando así que no exista un aumento en los costes totales de la explotación. En el manejo real de la finca, sin embargo, el riego se distribuye de manera constante a lo largo de la campaña. Esto puede ocasionar una falta de agua en las etapas del desarrollo más críticas al estrés hídrico, provocando una disminución tanto en rendimiento como en calidad de aceite (Rallo y Cuevas, 2017). En cuanto al contenido de agua en el suelo (CAS) se observa que, en el caso de la aplicación, éste disminuye de forma ligeramente más suave que en la estrategia seguida por la comunidad, debido a la mayor aplicación de agua en junio. Sin embargo, en ambas estrategias el CAS llega a valores cercanos al punto de marchitez permanente (PMP) debido a que la dotación de agua concedida es significativamente menor a las necesidades hídricas del olivar. Por otro lado, en cuanto a la aplicación de nutrientes, debido a los análisis foliares llevados a cabo en julio de 2018 y unido a los nutrientes aplicados por el agua, Reutivar-App no recomendó la aplicación adicional de fertilizantes. Sin embargo, según la estrategia llevada a cabo por la comunidad, sí que se aplicaron fertilizantes, lo que lleva a un aporte de nutrientes innecesario, ocasionando así no solo la contaminación de acuíferos y suelo, sino también un gasto adicional no unido a un aumento en la producción.

Conclusiones

El olivar es el cultivo que más agua demanda en Andalucía. Los organismos de gestión del agua están apoyando nuevas estrategias para reducir la presión en los recursos hídricos como es el riego con agua regenerada. Sin embargo, llevar a cabo una gestión sostenible y óptima es en ocasiones complicado para el agricultor, cuyas decisiones continúan basándose en las prácticas culturales. Por ello, en este trabajo se ha desarrollado una aplicación de fácil manejo para la gestión óptima del agua y fertilizante del olivar regado con aguas regeneradas. Reutivar-App proporciona de forma diaria el tiempo de riego y la cantidad de nutrientes que el agricultor debe aportar basándose en registros climáticos históricos, predicciones meteorológicas, análisis foliares y de calidad de agua. El uso de esta App ha puesto de manifiesto que se puede hacer un uso mucho más eficiente del agua y el fertilizante y que, gracias a los nutrientes que este tipo de aguas aporta, el uso de fertilizantes adicionales puede ser innecesario, implicando importantes beneficios tanto medioambientales como económicos.

Reutivar-App ya está disponible para dispositivos Android y se puede descargar gratuitamente desde Google Play, junto con el “Manual para la programación del fertirriego de precisión del olivar con aguas regeneradas” (Alcaide et al., 2020), en el que se describen en detalle todas las funcionalidades de la aplicación.

Agradecimientos

Este trabajo forma parte del Grupo Operativo REUTIVAR, proyecto de innovación cofinanciado por la Junta de Andalucía y la Unión Europea a través del FEADER 2014-2020, en el marco de las ayudas de la Línea Olivar para el funcionamiento de grupos operativos de la Asociación Europea de Innovación (AEI) en materia de productividad y sostenibilidad agrícola.

Referencias bibliográficas

• Agencia Estatal de Meteorología (AEMET). 2015. AEMET OpenData https://opendata.aemet.es/centrodedescargas/inicio
• Alcaide Zaragoza, C., González Perea, R., Rodríguez Díaz, J. A., Fernández García, I., Camacho Poyato, E., Martín García, I. Fahd Draissi, K. 2020. Manual para la programación del fertirriego de precisión del olivar con aguas regeneradas. Grupo Operativo Reutivar.
• Allen, R.G. 1998. FAO Irrigation and Drainage Paper Crop by. Irrig. Drain. 300.
• CHG - Confederación Hidrográfica del Guadalquivir (Spanish Government). 2016. Plan Hidrológico de la demarcación hidrográfica del Guadalquivir. Ciclo de planificación hidrológica 2015-2021.
• Doorenbos, J., Pruit, W.O. 1977. Guidelines for predicting crop water requirements. FAO Irrig. Drain. 24.
• FAO. 2017. The future of food and agriculture: Trends and challenges., The future of food and agriculture: Trends and challenges. FAO: Rome, Italy.
• Fernández-Escobar, R., 2018. Trends in olive nutrition. Acta Hortic. 1199, 215–223. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2018.1199.35
• Fernández-Escobar, R. 2017. Fertilización. In: El Cultivo Del Olivo. pp. 419–460.
• Fernández-Escobar, R., Parra, M.A., Navarro, C., Arquero, O., 2009. Foliar diagnosis as a guide to olive fertilization. Spanish J. Agric. Res. 7, 212–223.
• González Perea, R., Fernández García, I., Martin Arroyo, M., Rodríguez Díaz, J.A., Camacho Poyato, E., Montesinos, P. 2017. Multiplatform application for precision irrigation scheduling in strawberries. Agric. Water Manag. 183, 194–201.
• Pelmorex Corp. 2017. Pelmorex Corp Weather https://www.pelmorex.com/en/weather/
• Pérez-Castro, A., Sánchez-Molina, J.A., Castilla, M., Sánchez-Moreno, J., Moreno-Úbeda, J.C., Magán, J.J. 2017. cFertigUAL: A fertigation management app for greenhouse vegetable crops. Agric. Water Manag. 183, 186–193.
• Rallo, L., Cuevas, J. 2017. Fructificación y producción, in: Junta de Andalucía, Ediciones Mundi-Prensa (Eds.), El Cultivo Del Olivo. Madrid, Spain, pp. 145–186.