Interpretación de:
Investigating unproductive water losses from irrigated agricultural crops in the humid tropics through analyses of stable isotopes of water
https://doi.org/10.5194/hess-24-3627-2020Mahindawansha, A., Külls, C., Kraft, P., Breuer, L., 2020: Investigating unproductive water losses from irrigated agricultural crops in the humid tropics through analyses of stable isotopes of water, Hydrol. Earth Syst. Sci., 24, 3627-3642, https://doi.org/10.5194/hess-24-3627-2020
Intérprete
Jarro Espinal Isabel
Fecha de interpretación
02/06/2023
Revisor
Apaéstegui Campos James E.
Resultados y conclusiones
RESULTADOS Los resultados nos ayudan a comprender las señales isotópicas del agua entrante que puede afectar el agua del suelo y la evaporación en los cultivos de arroz seco, húmedo y de maíz, lo que relaciona la gestión del agua y la producción de cultivos, adicionalmente nos permite saber la fuente de agua que se utilizó en los cultivos y comprender mejor la hidrología y los sistemas agrícolas. En ese sentido, la señal isotópica del agua varía según la época ya sea seca o húmeda, debido a las variaciones frecuentes de sus variables y a su variabilidad, también se identifican variaciones en la señal isotópica entrante. Los valores de los isotopos ẟ2H y ẟ18O del agua superficial y subterránea para el arroz son parecidos, pero no sucede así con la composición isotópica del agua subterránea para el maíz en época seca, por otra parte, el agua de lluvia fue parecida al agua subterránea y superficial estancada en época húmeda pero muy diferente en la época seca. La figura 3 muestra la composición del agua de lluvia y del agua de riego, que define la entrada de agua para cada época. La composición del agua y del suelo, es variable según la profundidad del suelo observándose mayor evaporación en capas superficiales. Los campos de arroz húmedo tienen mayor pérdida por evaporación en época húmeda y en época seca en suelos poco profundos también hay señales de que presenta mayor evaporación en comparación con la época húmeda. La figura 3 también muestra una mayor evaporación del suelo durante la estación seca en comparación con la época húmeda, ya que tanto la pendiente como el coeficiente de determinación de la línea de regresión son mayores. Además, se observa que los valores isotópicos del agua del suelo en suelos poco profundos se desvían más fuertemente de la línea de mezcla de agua temporal (LMWL) que, en suelos profundos, lo que sugiere que la evaporación es más elevada en suelos poco profundos. Por otra parte, se presenta la estimación de la fracción de evaporación (FE) en diferentes niveles del suelo mediante el enriquecimiento de isótopos más pesados en el agua del suelo. La Figura 5 muestra los resultados de la FE estimada basada en ambos isótopos para diferentes condiciones, incluyendo condiciones climáticas y etapas de crecimiento, nos ayuda a comprender los procesos de evaporación en suelos de campos de arroz y maíz. La tendencia para la FE es ligeramente más alta a profundidades moderadas del suelo y una reducción de FE en diferentes estaciones de clima. Los resultados también muestran que la estimación de la FE basada en los isótopos de hidrógeno y oxígeno es bastante similar para todos los cultivos de estación seca, pero puede haber una mayor incertidumbre en la estimación de la FE cuando se consideran otros factores como la composición isotópica del vapor atmosférico y la humedad relativa. CONCLUSIONES En conclusión, la investigación presenta los procesos de transporte de agua del suelo y las pérdidas por evaporación en respuesta a cultivos de arroz y maíz. La evaporación del suelo, el movimiento lento del agua del suelo a través del flujo de la matriz y la recarga del agua del suelo son 3 procesos que claramente abandonan el perfil isotópico del agua del suelo. También se cuantificó la fracción relativa de agua del suelo que se evapora directamente y se relaciona con los tipos de cultivo y estaciones. La investigación encontró una evidente separación entre suelos poco profundos y profundos (alrededor de 20 centímetros de la superficie). Los suelos poco profundos en los campos de maíz mostraron un efecto de evaporación del suelo más fuerte que los campos de arroz. Se eliminará una mayor pérdida de agua durante la estación húmeda en comparación con la estación seca debido a la evaporación del suelo. El estudio concluye que las pérdidas de agua a través de la evaporación del suelo son una importante pérdida improductiva que puede reducirse mediante la introducción de cultivos estacionales secos y la aplicación de métodos de mitigación, como cubrir con mantillo o cultivar cultivos de cobertura en el período de barbacoa y proteger el arado. En general, la investigación ayuda a comprender los procesos de evaporación del suelo y la pérdida de agua en respuesta a diferentes sistemas de cultivo, importante para los agricultores en diseñar estrategias de gestión más eficientes y sostenibles del agua del suelo. No obstante, aún se necesitan herramientas adicionales para confirmar los hallazgos de estudios complejos de isótopos de agua del suelo sobre la evaporación y que se requiere más investigación sobre estos procesos para comprender mejor el proceso de evaporación del suelo.
Metodología y datos
MATERIALES Y DATOS Se realizó durante la estación húmeda (WS) de 2015 y la estación seca (DS) de 2016, y se proporciona información sobre la precipitación promedio total durante estos períodos: 1700±50 mm durante la estación húmeda y 300± 25 mm durante la estación seca. También se obtuvieron datos de la temperatura y la humedad relativa durante estas épocas. Se menciona que ambos períodos representaron condiciones climáticas típicas de la región. Se describe el tipo de suelo en el área de estudio como un Antrosol hidrágrico con textura de suelo predominantemente arcilloso. El diseño consistió en nueve campos divididos en tres parcelas con diferentes tratamientos. Durante la estación húmeda, todos los campos se cultivaron con arroz húmedo, mientras que, durante la estación seca, tres campos se cultivaron con arroz húmedo, tres con arroz seco y tres con maíz. Los campos de arroz húmedo se mantuvieron en condiciones de inundación con agua, mientras que los campos secos de arroz y maíz solo se regaban cuando las condiciones climáticas sugerían una escasez de agua. La cantidad total de riego varió según el cultivo y la estación. Se mencionan las fechas de trasplante y cosecha de los diferentes cultivos para cada estación. El agua de riego se tomó de un depósito abierto ubicado al lado de los campos y se llena periódicamente con agua subterránea que se caracteriza por una composición estacional uniforme con una característica de agotamiento isotópico. En general, este diseño experimental permitió a los investigadores comparar los efectos de diferentes sistemas de rotación de cultivos en el transporte y la pérdida de agua del suelo. El proceso de recolección de muestras de suelo y agua fue bastante riguroso sobre procesos hidrológicos en campos de arroz y maíz. Las muestras se recolectaron durante las tres etapas principales de crecimiento y se tomaron en un día durante cada etapa de crecimiento. Se tomaron 972 muestras en 9 campos, 2 tratamientos, 2 estaciones, 3 etapas de crecimiento y 9 profundidades del suelo. Las muestras de agua del suelo se extrajeron mediante extracción criogénica al vacío y se limitaron el contenido de agua del suelo gravimétrico a lo largo de los perfiles del suelo. Las aguas subterráneas y superficiales se recolectaron una vez por semana de cada parcela en las estaciones de pruebas existentes. Las muestras se almacenan en bolsas de aluminio selladas y se mantuvieron congeladas antes de su análisis en el laboratorio. Se menciona que se utilizó un método de extracción criogénica al vacío para extraer el agua del suelo. Además, se proporciona información detallada sobre el diseño experimental y la preparación del campo, que se pueden encontrar en otro estudio relacionado. En cuanto a las mediciones isotópicas el enfoque utilizado para medir las composiciones de oxígeno e hidrógeno en las muestras de agua del suelo extraídas y muestras líquidas. Se utilizó la espectroscopía de salida de cavidad integrada fuera del eje (OA-ICOS) para medir las composiciones isotópicas de δ18O y δ2H en por mil (‰). La precisión analítica para δ18O y δ2H fue de 0,2 ‰ y 0,6 ‰, respectivamente. Se verificaron todas las fuentes de agua en busca de interferencias espectrales y no se encontró ninguna contaminación en las muestras de agua del suelo. Se definió la línea de agua meteorológica global (GMWL) y se calculó la línea de agua meteorológica local (LMWL) utilizando composiciones de isótopos estables de la precipitación local. Se utilizó el exceso condicionado por la línea (exceso de lc) para inferir la dinámica estacional del fraccionamiento por evaporación. El exceso de lc se calculó como la diferencia entre la composición isotópica de δ2H y la composición isotópica de la LMWL configurada a la muestra. El exceso de lc se utilizó para inferir la dinámica estacional del fraccionamiento por evaporación en un estudio anterior. En resumen, el texto describe un enfoque riguroso utilizado para medir las composiciones isotópicas de oxígeno e hidrógeno en muestras de agua del suelo y cómo se utilizó el exceso de lc para inferir la dinámica estacional del fraccionamiento por evaporación. El modelo de Craig-Gordon utilizado para estimar el efecto conjunto del fraccionamiento isotópico cinético y de equilibrio durante la transición de fase de agua líquida a vapor, con la que se estimó la fracción de pérdida por evaporación (FE) del agua del suelo en la capa superior del suelo (0-0,1 m). La fórmula utiliza la señal isotópica del suelo, la señal isotópica original del agua del suelo, el factor de enriquecimiento isotópico limitante y la pendiente de enriquecimiento temporal. La ecuación también incluye la humedad relativa, la composición isotópica del vapor atmosférico y los factores de fraccionamiento de equilibrio. El modelo se establece en función del tipo de cultivo, con diferentes valores para arrozales húmedos, arroz seco y maíz. Se utilizaron pruebas de normalidad y homogeneidad de varianzas para evaluar la distribución de los datos. Debido a que los datos no siguieron una distribución normal, se obtuvo una prueba no paramétrica basada en rangos que no empates. Además, los valores isotópicos de los dos tratamientos con paja y sin paja se combinan para cada cultivo, ya que no hubo diferencias significativas en los valores de los isótopos estables del agua entre los dos tratamientos.
Limitaciones de la investigación
Aún se necesitan herramientas adicionales para confirmar los hallazgos de estudios complejos de isótopos de agua del suelo sobre la evaporación y que se requiere más investigación sobre estos procesos para comprender mejor el proceso de evaporación del suelo.
Recomendaciones
Es importante cumplir con la rigurosidad de toma de muestras de agua y suelo, así como la mayor cantidad de datos posibles de las variables a intervenir en los procesos hidrológicos y agrícolas de los cultivos en general, para encontrar estimaciones más precisas. Aplicar medidas de adaptación y mitigación ayuda a obtener productos con mayor eficiencia y sostenibilidad, así como la continuación de nuevos estudios en el ámbito expuesto.
Adaptación: Agua, Agricultura
Mitigación: Agricultura, Uso de suelo, cambio de uso de suelo y silvicultura
Escala: Regional
Ámbito geográfico: FILIPINAS,IRRI,BAÑOS
Palabras clave: ARROZ, MAIZ, SEÑALES ISOTÓPICAS, CRAIG, SUELO, GESTION, EFICIENCIA, AGUA