La opción más rentable es una estrategia de riego deficitario controlado que proporcione alrededor del 60% de las necesidades de agua del cultivo

En el actual contexto de creciente escasez de agua y de los impactos esperados en la disponibilidad de recursos hídricos por efectos del cambio climático, el presente trabajo tiene como objetivo establecer la cantidad de agua de riego que maximice el beneficio de la explotación del agricultor en función de las características de la explotación, en términos de precios y disponibilidades hídricas. Para ello se establecen las ecuaciones matemáticas que permiten estimar las aportaciones de agua de riego que maximizan el beneficio en función de si la explotación tiene restricciones de tierra o de agua de riego.

El agua es en recurso natural escaso sometido a niveles de explotación crecientes a lo largo del mundo. Unos 1.400 millones de personas viven actualmente en cuencas hidrográficas con alto estrés hídrico ambiental, siendo el nivel de estrés especialmente relevante en los países del arco Mediterráneo (Smakhtin et al., 2004). Este fenómeno de sobreexplotación también es frecuente para las aguas subterráneas, dado que millones de pozos se encuentran en riesgo de secarse si descienden los niveles freáticos (Jasechko y Perrone, 2021).

Por otro lado, las sequías son cada vez más recurrentes y sus impactos más severos (Poljanšek et al., 2017), lo que, unido a otros efectos esperados con el cambio climático (CC), como el incremento de las temperaturas y una mayor presión sobre los recursos hídricos (IPPC, 2016), incrementa la necesidad de gestionar el agua de la forma más eficiente posible para la supervivencia y bienestar humanos.

En zonas de mayor riesgo y con menor capacidad de adaptación, las consecuencias del CC pueden llegar a ser críticas, pudiendo impactar la seguridad hídrica sobre la seguridad alimentaria de la población (Flörke et al, 2018, ), y sobre la rentabilidad de las actividades económicas más sensibles a la disponibilidad de recursos hídricos, como es la agricultura (Pellicer-Martínez y Martínez-Paz 2018).

La agricultura intensiva sostenible se presenta como una alternativa técnica y económicamente viable para compatibilizar la producción de alimentos saludables y en cantidad suficiente para alimentar a la creciente población, con un manejo de los cultivos compatible con el medio ambiente, la mejora la biodiversidad y el paisaje, y unas condiciones de vida más favorables para los habitantes de zonas rurales (Garnett et al., 2013).

En un contexto de escasez de recursos hídricos, la gestión del agua de riego deberá adaptarse a la situación hídrica y económica de las explotaciones, de manera que contribuya a maximizar su rentabilidad. Para ello, el agricultor puede actuar sobre tres parámetros: el método de riego, la estrategia de riego, y la programación del riego. El método de riego hace referencia a cómo se aplica el agua: riego por sucos, por aspersión, por goteo…La estrategia establece cómo se quiere regar, si aplicando tanta agua como demande el cultivo o con riegos deficitarios. Finalmente, la programación del riego se refiere al uso de un método adecuado para establecer, con la mayor precisión posible, cuándo debo regar a lo largo de la estación de riego y con qué cantidad de agua.

Para ello, la comunidad científica ha desarrollado estrategias de riego deficitario que permiten reducir significativamente los aportes de riego con un impacto nulo, o reducido, en el rendimiento del cultivo. Destaca, entre ellas, el riego deficitario sostenido, con el que se aporta una fracción determinada de la demanda del cultivo a lo largo de toda la estación de riego (Goldhamer et al., 2006); o el riego deficitario controlado, con el que la fracción aportada varía dependiendo de la sensibilidad del cultivo al estrés hídrico en sus distintos estados fenológicos (Chalmers et al., 1981). Estas estrategias, junto con el conocimiento del cultivo y una programación del riego apropiada, permitirán que los agricultores puedan maximizar los beneficios de sus explotaciones.

En este contexto, el objetivo de este trabajo es establecer un uso de agua de riego que maximice el beneficio de la explotación del agricultor en función de las disponibilidades hídricas de la explotación, del precio del agua y de los aspectos económicos del cultivo. Para ello se establecerán las ecuaciones matemáticas que permiten estimar las aportaciones de agua de riego que maximizan el beneficio en función de las disponibilidades hídricas y los costes de producción del cultivo. Se utilizará como caso de estudio el caso del olivar superintensivo, utilizando la información recogida durante seis años en una plantación comercial y la información recogida en el trabajo de Fernández et al. (2020).

Este trabajo pretende dar respuesta a la pregunta que un agricultor regante puede hacerse al establecer su objetivo: ¿Qué quiero maximizar, la producción, el beneficio de mi explotación, o la productividad económica del agua de riego?

En el marco analítico empleado para dar respuesta al objetivo se optimiza el uso de agua basado en la maximización del beneficio a partir de la función de producción del cultivo en función del agua y la función de beneficios asociada. La función de producción se determina por la comparación de pares de datos experimentales de rendimiento del cultivo frente al agua de riego suministrada, y la de beneficio incorporando los factores económicos relacionados con el agua (Geerts y Raes, 2009; Trout y Manning, 2019).

El límite superior de la función de producción representa el suministro de agua de riego que maximiza el rendimiento (w_m), es decir, el límite para el riego excesivo. Cuando la tierra es el factor limitante, la función de beneficio identifica el suministro de riego que maximiza el beneficio, es decir, cuando el beneficio marginal es igual al coste marginal (w_l). Se maximiza, así, la diferencia entre la función de ingresos, dada por rendimiento a precio de mercado, y la función de costes, que incluye costes fijos, variables y de oportunidad. Si el factor limitante es el agua, por las restricciones que pueda haber en la explotación, el agricultor puede optar por utilizar menos agua por hectárea para regar una mayor superficie, maximizando el rendimiento económico de la explotación de manera que el beneficio marginal por hectárea, multiplicado por el número de hectáreas regadas, iguale al beneficio total. Así, la cantidad de agua suministrada con el riego bajo las restricciones de agua (w_w) maximizarían las ganancias para esas condiciones.

El conjunto de ecuaciones para derivar la cantidad específica de agua de riego requerida para la optimización específica fue desarrollado por English (1990). Según este autor, la ganancia por hectárea (z_w) se define como:

z_w = P_cy_w - P_ww - C_w  [Eq. 1]

donde P_c es el precio de venta del cultivo, y_w es la función de rendimiento, P_w es el precio del agua, w es la cantidad de agua de riego aportada y C representa todos los costes excepto el del agua.

Por otro lado, el beneficio de explotación (Z_w) dependerá del área regada (A):

Z_w = Az_w  [Eq. 2]

El valor de A lo define el total de agua disponible para la explotación (W_t) y el agua de riego usada (w), tal que A=W_tw.

Así, la cantidad de agua que maximiza el beneficio es determinada por la derivada de la función de beneficio respecto a w:

∂Z_w/∂w = A ∂z_w/∂w + z_w ∂A/∂w  [Eq. 3]

Cuando el agua es limitada, el óptimo uso de agua (w_w) se obtiene al igualar la derivada de Z_w a cero.

Si el factor limitante es la tierra, se puede asumir que A es constante y el nivel óptimo de uso del agua (w_l) vendría dado por la ecuación:

∂z_w/∂w = 0  [Eq. 4]

Aunque la función de producción puede tener varias formas, en agricultura es frecuente encontrar funciones cuadráticas de rendimiento y funciones de costes lineales (Mesa-Jurado et al., 2010; Moriana et al., 2003; Expósito and Berbel, 2016) definidas como:

Y_w = a₁+b₁ w+c₁ w²  [Eq. 5]

C_w = a₂+b₂ w  [Eq. 6]

Atendiendo a estas ecuaciones, la cantidad de agua de riego que maximiza el rendimiento (w_m) a partir de la función de producción viene definida por:

w_m = -b₁/2c₁  [Eq. 7]

La cantidad de agua de riego que maximiza el beneficio, dependiendo si el factor limitante es la tierra (w_l) o el agua (w_w), viene definida por:

w_l = b₂-P_cb₁/2P_cc₁  [Eq. 8]

w_w = (P_c a₁-a₂/P_c c₁)^1⁄2  [Eq. 9]

Para la aplicación de esta metodología se han utilizado los datos experimentales de un olivar superintensivo con un marco de plantación de 4 m × 1,5 m, ubicado en Utrera, Sevilla. Se establecieron 4 tratamientos de riego, tres estrategias de riego deficitario controlado (RDI = regulated deficit irrigation) con las que se aportanron el 30%, 45% y 60% de las necesidades del cultivo y un tratamiento regado al 100% de las necesidades hídricas (FI = full irrigation). Se ha considerado un precio de venta del aceite de 2,91 €/L y un precio del agua de 0,08 €/m³, como valores medios del periodo de análisis. Todos los costes de producción han sido valorados a precios de mercado. Más detalles del experimento pueden consultarse en Fernández et al. (2020).

Los costes fijos, variables y de oportunidad estimados para cada tratamiento de riego vienen recogidos en la Tabla 1. Los costes variables incluyen los fertilizantes, tratamientos fitosanitarios, la energía y el coste del agua de riego, existiendo diferencias entre los tratamientos 30RDI y 45RDI con el tratamiento FI. Estas diferencias se deben principalmente a los costes energéticos asociados con el uso del agua, y también se aprecian en términos de costes de oportunidad. En cuanto a los costes fijos, no se aprecian diferencias significativas entre los tratamientos de riego.

En cuanto a los ingresos, el tratamiento FI claramente supera a los RDI, no encontrándose grandes diferencias entre los tres tratamientos de riego deficitario. Sin embargo, al descontar los costes a los ingresos, los indicadores de beneficio sugieren que solamente el tratamiento 45RDI es diferente al tratamiento FI, no apreciándose diferencias en entre otros tratamientos.

Si atendemos a los indicadores de rentabilidad del agua, la productividad del agua de riego, entendida como el cociente entre el beneficio y el agua de riego utilizada, se incrementa para los tratamientos de riego con menor aportación hídrica, no apreciándose diferencias entre los tratamientos RDI y el tratamiento FI.

1Beneficio = Ingresos - Coste Fijos - Costes Variables - Costes de Oportunidad

2PEA: Productividad Económica del agua = Beneficio/agua de riego (w)

Valores medios seguidos de letras diferentes en la misma fila indican diferencias significativas al 92% siguiendo el test de Tukey.

Fuente: Adaptado de Fernández et al. (2020)

Tabla 1. Costes, ingresos e indicadores económicos por tratamiento de riego en olivar superintensivo. Se muestran datos de un tratamiento con el que se aportó suficiente agua para reponer las necesidades del cultivo (FI = full irrigation), y tres tratamientos de riego deficitario controlado (RDI= regulated deficit irrigation) con aportes totales equivalentes al 30%, 45% y 60% de FI.

Estas estimaciones, que en numerosas ocasiones permiten al agricultor tomar las decisiones acertadas, no tienen en cuenta, sin embargo, la disponibilidad de recursos hídricos en la zona. Es por ello que complementar esta información con las estimaciones de la función de rendimientos y de beneficios permitirá al agricultor tomar decisiones más acertadas tanto para la elección de la estrategia de riego, como de su programación.

La Figura 1 recoge la función de producción estimada a partir de los datos experimentales, así como la cantidad de agua estimada para maximizar el rendimiento (w_m) o el beneficio cuando el factor limitante es la tierra (w_l) o el agua (w_w). En la figura es aprecian dos funciones de producción, una estimada para los pares de valores de agua de riego y rendimiento medios y otra para aquellos con conforman el límite superior del 90%, recogiendo las observaciones que mejor establecen la función de producción. Estas dos funciones de producción se diferencian en que la función estimada para los valores medios caracteriza a una programación del riego media, mientras que la función del límite superior se corresponde con una programación del riego eficiente y en fincas en las que el resto de factores que influyen en la producción no son limitantes.

Figura 1. Función de producción del olivar superintensivo en la provincia de Sevilla. w: agua de riego aplicada que maximiza el rendimiento (wm), o el beneficio cuando el factor limitante es la tierra (w_l) o el agua (w_w). Fuente: Adaptado de Fernández et al. (2020).

De acuerdo con la función de producción de ajuste estándar, el nivel óptimo de agua de riego que cubre la demanda del cultivo y, por lo tanto, maximiza el rendimiento, w_m= 4,985 m³/ha, estaría asociado con un tratamiento regado al 100% de las necesidades del cultivo. Sin embargo, una estrategia de menor uso de agua proporcionaría una mayor ganancia, al usar w_l= 4,693 m³/ha, si la tierra es limitante, o w_w= 3,783 m³/ha si el agua es el factor limitante.

Para el periodo analizado, los aportes de agua de riego fueron de 4.720 m³/ha para FI y 2.410 m³/ha para 45RDI (Fernández et al., 2018). Por lo tanto, el riego suministrado a los árboles FI estuvo cerca de las cantidades de riego requeridas para un beneficio óptimo cuando la tierra es limitante, pero estuvo muy por encima de cuando el agua es el factor limitante. El valor w_w derivado es aproximadamente el 80% de la cantidad de agua aplicada a los árboles FI, es decir, bastante superior a la recibida por los árboles 45RDI.

Para la función de producción estimada para el 90 % del límite superior (Figura 2), que representa el mejor manejo de riego posible, el suministro de riego para lograr el rendimiento máximo es w_m= 3,981 m³/ha, mientras que el beneficio máximo se lograría con w_l= 3,845 m³/ha si la tierra es limitante, y con w_w= 2,648 m³/ha si el agua es el factor limitante. Esa cantidad es el 56% del riego suministrado a los árboles FI, es decir, entre los tratamientos de riego deficitarios de 45RDI y 60RDI. Estos resultados sugieren que el uso de estrategias de RDI proporcionaría el mejor beneficio agrícola en condiciones de escasez de agua.

Figura 2. Funciones de producción, beneficio, beneficio marginal y beneficio medio estimados para las observaciones del 90% del límite superior destacadas en la Fig. 1. Fuente: Adaptado de Fernández et al. (2020).

Considerando en conjunto los resultados de la función de producción del 90% del límite superior, se puede concluir que, bajo restricciones de disponibilidad de agua, la estrategia 60RDI será la más recomendable si se realiza una programación de riego adecuada y si el resto factores que afectan la producción están cerca del óptimo. Si el agricultor no tiene las herramientas o el conocimiento necesarios para programar adecuadamente la estrategia RDI, entonces aplicar una estrategia de FI sería menos arriesgado y probablemente la mejor opción.

Este análisis, sin embargo, debe completarse con factores locales, como la disponibilidad de agua de riego y el precio de la misma. A modo de ejemplo, si tenemos una explotación de 10 hectáreas sin restricciones de agua, y considerando que podemos hacer la mejor programación del riego posible, el máximo beneficio de la explotación (22.975 €) se alcanzaría con la cantidad de agua de riego w_l. Sin embargo, si tenemos una dotación de 1.500 m³/ha, o lo que es lo mismo, 15.000 m³ para toda la explotación, podríamos regar de forma que aplicásemos w_l a 3,9 ha y obtendríamos un beneficio de 8.960 € para toda la explotación, o utilizar la cantidad de agua de riego cuando el agua es limitante (w_w) para poder regar más superficie (5,7 ha) con una menor aportación de agua (2.648 m³/ha), para así obtener un mayor beneficio para la explotación (10.640 €).

Cabe destacar que el agua de riego estimada para los factores limitantes de la tierra y el agua se obtuvo para los precios del agua de (0,08 €/m³) y los precios de venta del aceite de oliva (2,91 €/kg). Sin embargo, estos precios del agua y del aceite influyen en las estimaciones de w_l y w_w si el precio del agua está por debajo del punto del umbral de rentabilidad, que para una función de producción media es de 0,33 €/m³. De acuerdo con la función de producción estimada para el 90% del límite superior, el punto de equilibrio del precio del agua asciende a 0,78 €/m³. Por lo tanto, para precios del agua superiores a los puntos de equilibrio generaría perdidas para cualquier uso del agua.

La toma de decisiones del agricultor relacionadas con el riego en la explotación mejorará con el manejo de indicadores biofísicos y económicos. Sin embargo, el uso de indicadores de beneficio o de productividad del agua de riego, por sí solos, no son suficientes para identificar la mejor opción para el riego, sino que se deberán combinar con la situación específica de cada explotación, en términos de disponibilidad y precio del agua, con información derivada de las funciones de producción y beneficio del producto considerado. Esto implica considerar el valor de mercado de los factores de producción y productos y las restricciones ambientales locales con impacto en la gestión del riego. Este procedimiento permite el análisis de escenarios sobre la mejor opción de riego, dependiendo de si la tierra o el agua es el factor limitante. Al aplicarlo a un olivar superintensivo, cuando el agua es limitante y el regante tiene los conocimientos y las herramientas necesarias para programar el riego de forma eficaz, la opción más rentable es una estrategia de riego deficitario controlado que proporcione alrededor del 60% de las necesidades de agua del cultivo.

Bibliografía

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