Informations et ressources scientifiques
sur le développement des zones arides et semi-arides

Accueil du site → Doctorat → Belgique → Deficit irrigation strategies via crop water productivity modeling : field research of quinoa in the Bolivian Altiplano

K.U.Leuven Belgique (2008)

Deficit irrigation strategies via crop water productivity modeling : field research of quinoa in the Bolivian Altiplano

Geerts, Sam

Titre : Deficit irrigation strategies via crop water productivity modeling : field research of quinoa in the Bolivian Altiplano

Auteur : Geerts, Sam

Université de soutenance : K.U.Leuven

Grade : Doctoral thesis 2008

Résumé
Omwille vande sterke bevolkingsgroei en het slinkende percentage van het zoet water datbeschikbaar is voor de landbouw, moet de geïrrigeerde landbouw haarproductiviteit per eenheid geconsumeerd water opdrijven. In deze dissertatiewordt aangetoond data deficit irrigatie (DI) een belangrijk deel van deoplossing kan vormen door de gewas-waterproductiviteit te verhogen. Dezeirrigatiestrategie bestaat erin de irrigatie-applicaties te beperken totdroogtegevoelige groeistadia en niet te irrigeren gedurende de tolerantegroeistadia. DI heeft als doel de oogsten te stabiliseren (in plaats van ze temaximaliseren) terwijl de output van elke druppel water, regen en/ofirrigatiewater, wordt gemaximaliseerd. In deze dissertatie wordt aangetoond hoepraktische richtlijnen voor DI ontwikkeld kunnen worden door combinatie vanveldexperimenten en het modelleren van de gewas-waterproductiviteit. Deproductie van quinoa (Chenopodium quinoaWilld.) in de Boliviaanse Altiplano wordt behandeld als gevalstudie. Bolivië behoorttot de armste landen van Latijns Amerika, met een hoog percentage van debevolking dat leeft van de landbouw. De Boliviaanse Altiplano is een extremeomgeving voor landbouw, met een gemiddelde hoogte van 4000 m. Desondanks is heteen belangrijke landbouwregio in het land. Quinoa, het basisvoedselgewas van debevolking in de Boliviaanse Altiplano, is een traditioneel pseudo-graan datwereldwijde interesse aan het winnen is. Het is gekarakteriseerd door een zeerhoge nutritionele waarde en een hoog niveau van resistentie tegen abiotischefactoren zoals droogte, vorst en bodemsaliniteit. Ondanks deze eigenschappenzijn de huidige gemiddelde oogsten onder regen gevoede omstandigheden relatieflaag en onstabiel. In eeneerste stap van het onderzoek werd een regionale agro-klimatologische studieuitgevoerd. De ontwikkelde GIS bibliotheek werd gebruikt om inzicht te krijgenin het klimaatsysteem van de Altiplano en om zones te identificeren waar quinoaproductie verbeterd zou kunnen worden door DI. Op basis van deze regionalestudie werden veldexperimenten (2004-2007) gepland in de verschillendeagro-klimatologische zones van de Boliviaanse hooglanden. Gedurendehet eerste jaar (2004-2005) werd de droogtegevoeligheid van quinoa gedurendeverschillende groeistadia bestudeerd in een experiment met mini-lysimeters. Demeest kritische groeistadia van quinoa zijn de initiële gewasontwikkeling, debloei- en de vroege graanvullingsperiode. Gedurende de groeiseizoenen 2005-2006en 2006-2007 werd de waterproductiviteit (WP ; kg graan per m³ geconsumeerdwater) van quinoa onder regengevoede omstandigheden, onder DI en volledigeirrigatie bestudeerd onder veldcondities op verscheidene plaatsen in de centrale(semi-aride) en zuidelijke (aride) Boliviaanse Altiplano. De DI strategie,afgeleid uit het mini-lysimeter experiment, werd verder geoptimaliseerd doorhet effect van irrigatie net voor de bloei en irrigatie enkel gedurende deinitiële gewasontwikkeling te testen voor quinoa. Uit de experimenten kangeconcludeerd worden dat de waterproductiviteit van quinoa onder DI gedurendede meeste jaren hoger is dan voor quinoa onder regengevoede condities of ondervolledige irrigatie. Door DI toe te passen kunnen de oogsten van quinoa insemi-aride regio’s gestabiliseerd worden op gemiddeld 1.6 ton per hectare metbovendien een uitstekende graandiameter. Dit kan bekomen worden met slechts dehelft van het irrigatiewater dat nodig is voor volledige irrigatie. De irrigatiedient enkel toegediend te worden gedurende de initiële fase vangewasontwikkeling, de bloeiperiode en de vroege graanvullingsperiode. Irrigerengedurende de periode net voor de bloei is overbodig, terwijl de beperking vanirrigatie tot de initiële gewasontwikkelingsfase een hoog risico op oogstverliezenen lage WP waarden veroorzaakt. Het werdaangetoond dat er meer randvoorwaarden verbonden zijn aan DI van quinoa inaride gebieden zoals de zuidelijke Boliviaanse Altiplano. Een minimale seizoenalehoeveelheid water dient gegarandeerd te worden opdat DI een positief effect zouhebben. Verder toonde simulatie van de zout- en waterbalans onder verschillendeomstandigheden en irrigatiestrategieën in the zuidelijke Boliviaanse Altiplanoaan dat de nodige aandacht moet besteed worden aan het risico van verzilting indeze zone. Als extra voordeel van DI werd aangetoond dat een goede controle vande fenologishe ontwikkeling (bloei en oogst) mogelijk is met DI (mindervariatie in bloeitijdstip en rijping), wat een betere planning van delandbouwactiviteiten doorheen het seizoen toelaat. Om het effect van deflexibele fenologie in reactie op droogtestress the kwantificeren werd eenmathematische relatie ontwikkeld. Hetonderzoek toonde aan dat gewas-waterproductiviteitsmodellering een zeer nuttiginstrument is om de verschillende fysiologische reactiemechanismen van gewassenop droogtestress holistisch na te gaan en om richtlijnen te formuleren voor DIonder verschillende scenario’s. Er werd gebruik gemaakt van het model AquaCrop,het nieuwe gewas- waterproductiviteitsmodel van FAO. Het werd succesvolgekalibreerd en gevalideerd voor quinoa in de Boliviaanse Altiplano.Sensitiviteitsanalyse toonde de robuustheid van het model aan voor de simulatievan quinoa in zulk een harde omgeving. Lange reeksen van historischeklimatologische data werden aangewend om de gewasrespons op water the simulerenin verschillende locaties en types van jaren en onder verschillende scenario’svan beschikbaar irrigatiewater. Uit de historische simulaties bleek dat deoogsten in de noordelijke, centrale en zuidelijke Altiplano in 4 op 5 jarenkunnen gestabiliseerd worden op respectievelijk minimum 2.2, 1.6 en 1.5 ton perhectare met DI. Onder regengevoede omstandigheden zijn de te verwachten oogstenop die plaatsen in 4 op 5 jaren slechts 1.1, 0.5 en 0.2 ton per hectare. Deafgeleide oogstprobabiliteitscurves kunnen gebruikt worden om de landbouwersadvies te geven over laag-risicostrategieën met DI die een hogere en vooralstabiele oogst garanderen in droge jaren, ook onder beperktewaterbeschikbaarheid. De oogstprobabiliteitscurves en het gekalibreerdegewas-waterproductiviteitsmodel kunnen ook ingebouwd worden in een grotereconometrisch model om het economische aspect van DI in de toekomst beter tebestuderen. Om de landbouwers te leiden bij hun irrigatietoediening werd hetgekalibreerde en gevalideerde model uiteindelijk gebruikt om DI tabellen temaken voor quinoa in de noordelijke, centrale en zuidelijke BoliviaanseAltiplano.

Présentation

Page publiée le 24 mars 2009, mise à jour le 10 décembre 2018