Irrigación e impactos climáticos en el balance hídrico-energético del WI Central Sands

Irrigation and climate impacts to the water-energy balance of the WI Central Sands

Debido a la polémica sobre el creciente número de pozos de gran capacidad en las Arenas Centrales de Wisconsin, Mallika Nocco, estudiante de doctorado de la Universidad de Wisconsin, investiga el impacto del uso agrícola de la tierra, el regadío y el cambio climático en el balance energético del agua de la región. Ella y su equipo han descubierto algunos resultados sorprendentes.

DEBATE SOBRE EL USO DEL AGUA

Hay arroyos trucheros de clase 1 en la región de Central Sands, y a algunas personas les preocupa que el creciente número de pozos de gran capacidad utilizados para la agricultura reduzca los niveles de agua de esos arroyos. "El lago Hurón ha perdido unos 3 metros de agua desde 2000", dice un residente de la zona de Central Sands, "y los niveles de agua siguen bajando". En 2008, el pequeño pozo que utilizaba para bombear agua potable se secó, y culpa a los pozos de gran capacidad". (Aljazeera America) En el otro lado del debate, la agricultura regada por estos pozos es muy valiosa para el estado, y los cultivadores se han tomado bastante tiempo para entender el ciclo del agua y su papel en él. Puedes leer sobre sus objetivos y logros en la gestión del agua aquí.

ACTUALIZACIÓN DE INVESTIGACIONES ANTERIORES

La agricultura de regadío no era frecuente ni rentable en las Arenas Centrales de Wisconsin hasta que el riego de aguas subterráneas con pozos de gran capacidad se hizo factible en la década de 1950. Desde entonces, esta región ecológica relativamente pequeña ha pasado de tener 60 pozos de gran capacidad en 1960 a más de 2.500 en la actualidad. Mallika Nocco estudia la posible recarga de las aguas subterráneas por los sistemas de cultivo de regadío que utilizan los pozos, con la esperanza de saber si el agua de regadío se pierde o vuelve a las aguas subterráneas. Hasta ahora, nos basábamos en modelos validados por dos lisímetros de los años setenta", explica. Champ Tanner (uno de los padres de la biofísica ambiental) diseñó los lisímetros de pesaje, y eran muy precisos, pero queríamos hacer un estudio a mayor escala con múltiples cultivos para conocer la variabilidad interanual y mejorar nuestra comprensión de la recarga en la región para poder hacer un mejor trabajo de gestión del riego y de las aguas subterráneas."

A researcher's hand holding a TEROS 12 soil moisture sensor over a plowed field

MEDICIÓN DE LA RECARGA

Nocco utilizó lisímetros de calibre de drenaje de 25 METER G3 para captar el flujo de la zona vadosa bajo sistemas de cultivo de patata y maíz. Controló el flujo de humedad (y temperatura) del suelo estratificando los sensores de contenido de agua METER desde la superficie del suelo hasta una profundidad de 1,4 metros. También estimó la evapotranspiración (ET) utilizando un porómetro METER SC-1 para medir la conductancia estomática, además de obtener mediciones de micrometeorología, leaf area index y de intercambio de gases.

Nocco y su equipo tuvieron que colocar sus sensores para evitar el cultivo, por lo que extendieron el PVC del calibrador de drenaje que llega hasta la superficie del suelo y lo retiraron cada vez que había un trabajo importante en el campo, ya fuera labranza o plantación, para que la zona situada sobre la lysimeter recibiera el mismo tratamiento que el resto de los campos agrícolas.

POR DEBAJO DE LA ZONA RADICULAR

Nocco afirma que colocar los lisímetros por debajo de la zona radicular fue un gran reto. "Probamos un par de cosas, pero nos decidimos por instalar todos los lisímetros con una barrena de 18 pulgadas que perforaba un agujero ligeramente más grande que todo el lysimeter. Excavamos una zanja de 80 cm hasta la parte superior de la zona de monolitos. A continuación, perforamos el tubo de control de divergencia del calibrador de drenaje hasta 1,4 m para obtener un monolito intacto, siempre que fue posible hacerlo. También estratificamos los sensores de humedad del suelo a 10, 20, 40 y 80 cm. Utilizamos maquinaria pesada para levantar lentamente el monolito, excavar el suelo que había debajo y volver a colocarlo, sin perder de vista los distintos horizontes del suelo, y rellenamos lo más cerca posible de la densidad aparente."

ENCONTRAR LOS LISÍMETROS CON GPS

Normalmente, los científicos entierran los lisímetros cerca del borde del campo para que sean fáciles de localizar, pero a Nocco le preocupaba que pudieran perjudicar sus datos debido al efecto donut del riego con pivote central: más riego llega al centro del campo y menos hacia los bordes. Comenta: "Cuando instalé los diez primeros lisímetros, aún no había encontrado la forma de localizarlo todo. Todos esos instrumentos están a unos 15 metros del borde del campo para que pudiera triangular las mediciones y encontrarlos durante el cultivo. Pero entonces conocí a un divulgador científico de la universidad que tenía acceso a un sistema GPS RTK, capaz de localizar los instrumentos con una precisión de medio centímetro. Con su ayuda y formación, pudimos instalar el resto de los lisímetros en puntos más aleatorios del campo."

CONCLUSIONES SORPRENDENTES

Nocco afirma que la ET y las diferencias en la fisiología de los cultivos no explican ni explican toda la variabilidad que observó en la recarga de las aguas subterráneas. Su equipo realizó un análisis granulométrico de los suelos adyacentes a los lisímetros, y comenta: "Pensábamos que cuanto mayor fuera el contenido relativo de arena de los suelos, mayor sería la recarga, pero lo que vemos es lo contrario. El análisis granulométrico revela una correlación lineal negativa entre la recarga potencial y el contenido de arena. Cuanto más limo hay en estos lisímetros, más volumen de recarga. Lo que me interesa saber ahora es si estamos viendo un mayor volumen de recarga en los puntos más limosos por convergencia de flujo. Estoy tratando de obtener los datos de las series temporales de los transductores de presión para ver si tal vez las zonas más arenosas tienen menos recarga potencial, pero tal vez se drenan más rápido. He visto una correlación entre el contenido previo de humedad del suelo y el tamaño de las partículas (sin correlación basada en el tipo de cultivo). Así que también parece que los suelos más arenosos retienen más agua cuando llueve."

¿QUÉ SIGUE?

Con el tiempo, Nocco planea utilizar las estimaciones de recarga de aguas subterráneas y ET generadas sobre el terreno para parametrizar y validar un modelo dinámico de agroecosistema, Agro-IBIS, que simule las respuestas hidrológicas a los cambios climáticos y de uso del suelo de los últimos 60 años. A continuación, Nocco compartirá los presupuestos hídrico-energéticos y las simulaciones de cantidad de agua y clima con las partes interesadas de la zona de Wisconsin Central Sands.

Descubra los G3 lysimeter, SC-1 porómetro y los sensores de humedad del suelo METER.

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