Download Water Use: Reduction, Recycling and Quality Control

Dr. Carlos Him González,
Ph. D. Conservación Suelos y Aguas
Universidad de Panamá,
Fac. Ciencias Agropecuarias
Departamento Suelos y Aguas
Dr. Carlos Him González,
Ph. D., Soils and Water Conservation
Universidad de Panamá,
Fac. Ciencias Agropecuarias
Soils And Water Department
Requerimientos Agua Plantas = f Clima {Rs, Temp. Vientos,
HR} Tipo de Plantas {Lechuga, Fresas Vs. Frijoles} y Estado de
Desarrollo de Plantas: Figura 1.
Factores Definen “ETP” para Cálculos Requerimientos de Riego
Agricultura Tradicional: Cultivos en Campo sembrados en
Suelos con Topografía Irregular y Expuestos a Inclemencias
del Tiempo, pueden Desperdiciar hasta 70% del Agua Extraída
de las Fuentes Hídricas.
Fig. 1: Requerimiento de Agua Depende del Estado de Desarrollo: Raíces, Follaje,
Frutos, Desarrollo Fisiológico; La Lámina de Riego va Aumentando.
ETP se debe Añadir Pérdidas por Conducción, Manejo del
Agua de Riego: Percolación Profunda, Escorrentía
Superficial, Requerimientos de Lavado de Sales, etc.
Desperdicia hasta 70% del Agua Extraída de las Fuentes
Hídricas: Sistemas Superficiales: Inundación, Surcos
Riego por Aspersión “Sprinkler Irrigation” Pérdidas 25%
Eficiencia en la Aplicación de Agua “ WUE” Mejora con
sistemas como MicroAspersores y Riego por Goteo
Inefficient Irrigation Systems: +50% Water Losses:
Evaporation, Surface Runoff, Deep Percolation
We Can´t Afford to Waste This Much Water: Under
Climate Change Conditions That is Imposing Increased
Water Needs and Uncertainity of Water Sources.
Inefficient Irrigation Systems: +50% Water Losses:
Evaporation, Surface Runoff, Deep Percolation
We Can´t Afford to Waste This Much Water: Under
Climate Change Conditions That is Imposing Increased
Water Needs and Uncertainity of Water Sources.
Utilización Vs.
Desperdicio de Agua:
Agric. Convencional
Percolación Profunda
Escorr. Sup.
Percolación Profunda
Requerimientos de Agua y Eficiencia “WUE”
Evapo-Transpiración “ETP” Uso Máximo en condiciones Óptimas de
Humedad en Suelos. Hortalizas: ETP = 8 mm/día; Frecuencia Riego 5 días
A= 5has Requieren en 2,000m3 de Agua: Dependiendo de la Eficiencia del
Sistema de Riego.
Requerimientos de Agua: Para 5 Has.
Goteo: 2,200m3; Aspersión: 2,700m3; Gravedad 4,000m3 “LR” “ID”
Sistemas de Ambiente Controlado la Evaporación puede Disminuir ó
Aumentar* los Requerimientos de Agua f Evaporación Reducida o
Aumentada en Climas Extremos: Desiertos Utilización Abanicos
*Water Use by Greenhouse Evaporative Cooling Systems in a Semi-Arid Climate. Sabeh, N., G. Giacomelli, C. Kubota.
2006
Micro Aspersores y Riego por Goteo “Drip Irrigation” Eficiencia en
Aplicación de Agua “WUE” Hasta 90 – 95%
Equipo Utilizado para Monitorear Agua Disponible en el Suelo:
Tensiómetros, BRE, Emisor de Neutrones $$$
Equipment to Monitor Available Water In Soils:
Tensiometers, ERB, Neutron Probe $$
Crisis Hídrica/ Crisis Energética
Aún en Climas Tropicales Húmedos la Crisis Hídrica se ha
Acentuado cada Año Debido al Incremento en Actividades
Antrópicas = Cambio Radical en Uso del Suelo de Bosques y
Rastrojos a Urbanizaciones, Carreteras y Prod. Agrícola
Intensiva; Impermeabilizado los Suelos Afectando Procesos
Hidrológicos Reducción en Infiltración y Aumento
Escorrentía Superficial
Resultante: Más Inundaciones en Época Lluviosa Incremento
en Déficits de Agua Estación Seca: Ríos Secos y Acuíferos sin
Recarga Suficiente, Cada vez Más Profundos o Secos:
Seguridad Alimentaria Amenazada!
Cauces de ríos Secos, March 2010-1015
Dry River Beds, Dry Season: 1990:Dry Belt; Nowadays: Everywhere
DÍA MUNDIAL DEL AGUA
Crisis Hídrica Creciente:
Ríos Secos, Potabilizadoras sin Agua, Pozos Secos: Gente Sin Agua
Fuentes de Agua Contaminadas
Áreas de Recarga de Acuíferos Desprotegidas
MESA REDONDA 22 Marzo
FCA, ETESA, ANAM, Sociedad Civil
Dr. Carlos Him González, Dep. Suelos y
Aguas, F.C.A.-UNIPAN
Pautas Proyectadas de Cambios en Temperatura: IPCC 2007
 Fuente: IPPC 2007b.
Pautas Proyectadas de Cambios En Precipitación: IPCC
Dic. – Febr.
Jun - Agst
Cambios Relativos en la Precipitación (%), Periodo 2090–2099. Respecto a
1980–1999.
Jueves, 02 de Febrero de 2012
Se está Secando el río Piedra , Chiriquí
En este río hay ocho concesiones de agua para hidroeléctricas. -
En este río hay ocho Concesiones de Agua para Hidroeléctricas, Sistema de Riego R.R.
Conclusión: Urgente Protección del Recurso Hídrico: Riesgo: Producción de Alimentos
En Riesgo: Seguridad Alimentaria y Salud de Muchas Comunidades
Panamá: Inicio en Arco Seco Hoy::Chiriquí, Veraguas, Panamá, Darién
Water Footprint
Wheat
Corn
Cotton
Soybean
Palms
Olive
Watermelon
Pinneaple
Papaya
Apples
Tomatoes
Orange
Agricultura en Ambiente Contolado /Agricultura Vertical
Producción Alimentos de Alta Calidad en Ambientes Controlados
se Controla el Clima: Luz, Temperatura, Humedad, Circulación de
Aire, CO2, Nutrientes:
Mayor productividad y Eficiencia en Uso de
Recursos: Suelos, H2O
En la Finca Vertical se produce en niveles múltiples desde el piso al
techo, produciendo “15 veces más alimentos
que la agricultura tradicional en el mismo espacio”
Sistemas Han Venido Evolucionando:
 Invernaderos Control de Clima Macetas, Suelo
y Riego por Aspersión o Manual: Ahorran 30-50%
H2O comparados con Igual Produc. en el Campo.
Hidroponía Convencional: Clima Controlado y
Sustrato de Nutrientes en Solución: Ahorran 90% H2O
Variados Tipos y Eficiencias
Invernaderos con Ambiente Controlado Utilizando
Suelo Natural y Riego Goteo
Conventional Greenhouses with
Natural Soil and Drip Irrigation.
Agua Solo en Emisores
Suelo sin Regar, sin Malezas, etc.
Eficiencia Uso Agua: ≈90%
SNL, USA: 0.2 Implica 80% Menos Agua q Convencional y en 10 días T.G.T.B.T.
Producción Pasto Fresco en 8-10 Días : Costo $$$ ????
Nuevo Mexico, Semi-Desertico Agua Escaza
Urban Farms: Río Hato, Panamá
Flujo de Agua Nutrientes:
Los contenedores de Substrato Liquido Inicialmente debían presentar
Pendiente homogénea, alrededor del 0.3%, para Garantizar el Flujo y
que Raíces absorbiendo adecuadamente; Tener Control de Lixiviados
que se producen y Evitar problemas de Salinización y pH.
Mas Avanzados Utilizan Impulsores del Sustrato y Sensores
controlan Concentraciones Automáticamente.
Hidroponía necesita Monitoreo medidores para controlar que la
solución llega correctamente al cultivo y que las características
son las adecuadas:
Oxígeno disuelto: Entre 14 y 7 mg/L: DO
Conductividad eléctrica: 2.5 a 1.2 ms/cm EC
ph: Ligera acidez entre 6.4 y 5.5.
Temperatura: Variable según cultivo.
Calidad del Agua: pH, EC, Sales
“E.C.”
Lettuce
Spinach
Tomatoes
Berries
Celery
Water Quality: pH, EC, Salts
Se Requiere Programadores con Sensor de Riego,
El aporte continuado de agua es fundamental ya que las
plantas no pueden estar más de unas horas sin agua sin que
acabe teniendo consecuencias en el cultivo.
Se debe Ajustar a las características del Sustrato Monitoreando
el estado hídrico y nutrientes y en el caso de raíz flotante en
función del estrés hídrico de la planta.
Water Aeration: O2
Aplicación
Agua
Dilución
Sustrato
Absorción
por
Reciclado
Raíces
Monitoreo
Calidad
H2O
Univ. Chiba: Japan, Urban Farms
The Advanced Hydroponics Techniques not only Efficiently
Conserve Water, but eliminate the need for larges doses of
pesticides and chemicals:
Reducción en la Contaminación de Suelos y Aguas
Presentación: Dr. Toyoki Kozai
Contaminación de Aguas, Fertilización Convencional
Underground Water Contamination, Conv. Fertilization
Lixiviación de Nitratos
Nivel Freático
Invernaderos con Clima Controlado, Sustrato, Agua: Horizontal
Riego Goteo,
MicroAspersores
/ NFT System
Agricultura Vertical con Clima Controlado:
Motor Hidráulico Rotar Estratos +10
Exposición óptima a Iluminación
Sistema NFT: Nutrient Flow Technic
 Sistema de Flujo Permanente de una pequeña Cantidad de
Solución a través de Canales/Tubos con Sustrato:
Recirculación!
 Sistema de Inversión Alta, Requiere Suministro de H2O
Constante: Bombeo.
 Sistema: Canales/Tubos de Distribución, Tanque de
Almacenamiento de la Solución, Tanques de Formulación y
una Bomba que contemple las necesidades del sistema.
Necesidad de contemplar el efecto de la Temperatura sobre
el nivel de oxígeno en el sistema de distribución,
 Requiere de formulación y chequeo frecuente del pH, Temp.
y Salinidad de la Solución.
SISTEMA “DFT” (Deep Flow Technique)
El sistema DFT, “Flujo Profundo”: Híbrido entre dos
Sistemas: Recirculación de la Solución Nutritiva igual
que el NFT, por medio de una bomba y presenta la
disposición de una Plancha sobre la Superficie de la
Solución nutritiva con las mismas ventajas y desventajas
del Sistema Flotante.
Aeroponía ?
MicroAspersor
Asperja Permanentemente Solución H2O+Nutrientes
“Nebulización”
Fuente: hydroenv.com.mx
Producción de Forrajes para Ganadería Utilizando la Agricultura bajo
Ambiente Controlado “CEA” para Ahorrar Agua: Sandia Research Center
Universidad
Nacional Agraria, La
Molina, Perú.
Centro de Investigación
de Hidroponía y
Nutrición Mineral
Agricultural University “La Molina, Peru,
Research Center for Hydroponics and
Mineral Nutrition
Hydroponic Forage Production
Hydroponic Foder Feed System
Conclusiones
Sistemas de Agricultura Bajo Ambiente Controlado ;
Agricultura Vertical: Agricultura de Punta*
Ofrecen Tecnología para Ahorrar Agua, Enfrentar la
Inseguridad Alimentaria de Vegetales.
WUE: Ahorro en Agua {-25 a -90% H2O} Permite producir
en Climas + Secos y Condiciones cada vez + Criticas en
cuanto Agua y Temp. Cambio Climático.
Tecnologías Requieren Mínimo de Conocimiento: para
Monitoreo, Control y Gestión: Educación, Investigación *
FCA: Módulos y Ejes Transversales de Formación.
 Dependientes de Energía, Deben contar Fuente Alterna
de Energía
 Bibliografía
 ASA, CSSA, SSSA. 1990. Irrigation of Agricultural Crops. Monographs Nº 30. U.S.A.
 Arnell, N., et al 2001. Hydrology and Water Resources. In: McCarthy, J.et al . Illinois Sustainable










Technology Center. 2013. Challenges in Vertical Farming
Controlled Environments Agriculture. University of Illinois, Il, USA. Controlled Environment
Agriculture Center, University of Arizona. 2013. Greenhouse Crop Production
Environmental Protection Agency "EPA". 2010. Water Quality Standards for Surface Waters.
Cornell University. 1998. Controlled Environment Agriculture
FAO. 2001. Inferences of a Drought Mitigation Action Plan. Expert Consultation and Climate Change
2001: Impacts, Vulnerability and Adaptations. C UP, United Kingdom
Jensen, M.H. 1996. New Strategies and Alternatives for Greening the Desert. Proc. Restoration and
Rehabilitation of
the Desert Environment. Al-Awadhi, M. Balba, & C. Kamizawa, eds.,
The Netherlands: Elsevier Science.
Kosai, Toyoki. 2012. Role of Plant Factory with Artificial Light in Vertical Farming. In Workshop on
Challenges in Vertical Agriculture, The University of Maryland Sep 2012.
Phillip P, et al. 2004. Systems Assessment of Water Savings Impact of Controlled Environment
Agriculture Forage Production, Sandia National Laboratories. In Identifying Technologies to
Improve Regional Water Stewardship: North-Middle Rio Grande Corridor
Sabeh, N., G. Giacomelli, C. Kubota. 2006. Water use for Pad and Fan Evaporative Cooling of a
Greenhouse in a Semi-Arid Climate. Acta Hort. 719: 409-415.
Wilhite, D.A. 2000. State actions to mitigate drought: lessons learned. In: D.A. Wilhite (ed.) Drought: a
global Assessment. Volume II. Routledge, London and New York.
Workshop on Drought Preparedness and Mitigation in the Near East and the Mediterranean,
Organized by FAO/RNE, ICARDA and EU. Aleppo, Syria 27-31 May. FAO Regional Office for
the Near East, Egypt.
40
20
0
-20
Pp
-40
Yie
1997
1996
1995
1994
1993
-80
1992
-60
1991
% Desviaciones
Penonomé (bh-T), % Desviaciones: Rendimientos Vs.
Precipt.
World Water Day 2015
Water Crisis :
Dry Rivers, Dry Wells, Depleted Water Sources,
Contaminated Water : Growing People withoth Water
Unprotected Aquifer Recharge Areas
Round Table Discussion: March 22
FCA, ETESA, ANAM, Civil Society
Dr. Carlos Him González, Soils & Water Dep
F.C.A.-UNIPAN
Principales Medidas de Mitigación a Sequía : Arco Seco Todos los
Años: Sistemas de Riego, Construcción de Abrevaderos,
Perforación de Pozos: Requieren Disponibilidad de Recursos
Hídricos en Cantidad y Calidad Suficiente. Lecciones Aprendidas??
Adaptación al Cambio Climático además de Todas las Anteriores
Mediadas
Gestión Integrada de Recursos Hídricos “GIRH” debe implicar un Uso Sostenible
del Agua en toda la Cuenca Hidrográfica