Agricultural water balances in agroclimatic simulation models. An analytical review

Authors

DOI:

https://doi.org/10.17584/rcch.2016v10i1.4460

Keywords:

CropWat v 8.0, AquaCrop, Performance, Planning, Scenarios

Abstract

This article analyzes the applicability of the agroclimatic crop simulation models CropWat v 8.0 and AquaCrop in the occurrence of ENSO (El Niño-Southern oscillation) events and climate change. The importance of these models is significant because they help farmers implement management measures and locate cultivars taking into account climatic conditions, thus allowing their participation, from the territorial context, in the design and implementation of strategies for mitigation and/or adaptation. Different methodologies used for determining the reference evapotranspiration (ETo) were compared, and the attributes, characteristics and applicability with the Penman-Monteith equation were described. Finally, the variables of the agricultural water balance were determined, along with their applicability regarding the preservation or the increase of productivity in different scenarios. It was concluded that these models are essential technical tools for planning sowing and harvests.

JEL Classification

Array

Downloads

Download data is not yet available.

References

Allen, R., Luis, S., Raes, D., y Smith, M. 2006. Evapotranspiración del Cultivo. Documento FAO 56. Serie Riego y Drenaje. Roma- Italia.

Andarzian, B., Bannayan, M., Steduto, P., Mazraeh, H., Barati, M. E., Barati, M. A., y Rahnama, A. 2011. Validation and testing of the AquaCrop model under full and deficit irrigated wheat production in Iran. Agricultural Water Management, 100(1), 1-8. doi:10.1016/j.agwat.2011.08.023

Araya, A., Habtu, S., Hadgu, K. M., Kebede, A., y Dejene, T. 2010. Test of AquaCrop model in simulating biomass and yield of water deficient and irrigated barley (Hordeum vulgare). Agricultural Water Management, 97(11), 1838-1846. doi:10.1016/j.agwat.2010.06.021

Bernal, J. Díaz E., Méndez J. Cortés, B., Boshell F., Mejia P., Raes D., Federes, E., Stedutto, P. 2013. Uso del modelo AquaCrop para estimar rendimientos para el cultivo de Caña de Azúcar en el departamento de Valle Del Cauca. FAO, Colombia.

Bernal, J., Díaz, E., Méndez, J. 2012. Uso del modelo AquaCrop para estimar rendimientos agrícolas en Colombia, en el marco del estudio de impactos económicos del cambio climático (EIECC). CP/COL/3302. IDEAM, Bogotá.

Boshell, F. 2013. Desarrollo de una función agroclimática para estimar la productividad de los cultivos agrícolas en Colombia. CEPAL - Serie Medio Ambiente y Desarrollo N°147

http://www.cepal.org/publicaciones/xml/4/49734/DesarrollodeunafuncionagroclimaticaCOL.pdf. Consulta: Agosto de 2015.

Bouraima, A., Weihua, Z., y Chaofu, W. 2015. Irrigation water requirements of rice using Cropwat model in Northern Benin. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 8(2), 58-64. doi:10.3965/j.ijabe.20150802.1290

Bruno, I. P., Silva, A. L. Da, Reichardt, K., Dourado-Neto, D., Bacchi, O. O. S., y Volpe, C. A. 2007. Comparison between climatological and field water balances for a coffee crop. Scientia Agricola, 64(3), 215-220. doi:10.1590/S0103-90162007000300001

Casa, R., Russell, G., y Lo Cascio, B. 2000. Estimation of evapotranspiration from a field of linseed in central Italy. Agricultural and Forest Meteorology, 104, 289-301. doi:10.1016/S0168-1923(00)00172-6

Castillo, F., Castellví, F., Bosch, Á., Cusidó, J., Sánchez, J., Ferreres, E., Gómez A., López, F., Martínez J., Pérez, P., Casanellas, J., Montserrat P., Villar. J., 2001. Agrometeorología. Madrid, España.

Cavero, J., I. Farre, P. Debaeke, and J. M. Faci. 2000. Simulation of maize yield under stress with the EPICphase and CROPWAT models. Agron. J. 92: 679-690

Charchousi, D., Tsoukala, V. K., y Papadopoulou, M. P. 2014. How evapotranspiration process may affect the estimation of water footprint indicator in agriculture? Desalination and Water Treatment, 3994(November), 1-10. doi:10.1080/19443994.2014.934118

Claro, F. 1991. Balance Hídrico. HIMAT, Bogotá.

Córdoba-Machado, S., Palomino-Lemus, R., Gámiz-Fortis, S. R., Castro-Díez, Y., y Esteban-Parra, M. J. 2015. Influence of tropical Pacific SST on seasonal precipitation in Colombia: prediction using El Niño and El Niño Modoki. Climate Dynamics, 44(5-6), 1293-1310. doi:10.1007/s00382-014-2232-3

CORPOICA. 2011. Sistema piloto de alertas agroclimáticas tempranas (SAT), para el apoyo a la toma de decisiones de alternativas tecnológicas de manejo para disminuir los efectos de eventos climáticos adversos en la Sabana de Bogotá, Colombia. Taller de Integración de los Sistemas de Alertas Tempranas Hidrometeorológicas del IDEAM, de las Corporaciones Autónomas Regionales y de los Sectores Productivos. Bogotá, septiembre 15 y 16 de 2011.

Cortés, B., Bernal J., Díaz, E., Méndez, J., Boshell, F., Mejía, P., Raes, D., Federes, E., Stedutto, P. 2013. Uso del modelo AquaCrop para estimar rendimientos para el cultivo de Arroz en los departamentos de Tolima y Meta. FAO. Colombia.

Dechmi, F., Playán, E., Faci, J. M., Tejero, M., y Bercero, a. 2003. Analysis of an irrigation district in northeastern Spain II. Irrigation evaluation, simulation and scheduling. Agricultural Water Management, 61(2), 93-109. doi:10.1016/S0378-3774(03)00021-0

Díaz, E., Bernal, J., Méndez, J., Cortes B., Boshell, F., Mejías P., Raes D., Federes E., Stedutto, P. 2013. Uso del modelo AquaCrop para estimar rendimientos para el cultivo de maíz en los departamentos de Córdoba, Meta, Tolima y Valle del Cauca. FAO. Colombia.

Doorenbos, J. and W. Pruitt. 1977. Guidelines for predicting crop water requirements. Irrigation and Drainage Paper 24. Food and Agriculture Organization. Rome, Italy.

Doorenbos, J., A. H. Kassam, C. I. M. Bentvelsen, V. Branscheid, J. M. G. A. Plusje, M. Smith, G. O. Uittenbogaard y H. K. van der Wal. 1979. Efectos del agua sobre el rendimiento de los cultivos. Estudio FAO Riego y Drenaje 33. Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación. Roma, Italia Smith, M. 1992. CropWat: a computer program for irrigation planning and management. FAO Irrigation and Drainage Paper 46. Food and Agriculture Organization. Rome, Italy.

Echeverría, C., Huber, A., y Taberlet, F. 2007. Estudio comparativo de los componentes del balance hídrico en un bosque nativo y una pradera en el sur de Chile Comparative study of water balance components in a native forest and a meadow in southern Chile. Bosque, 28(3), 271-280. doi:10.4067/S0717-92002007000300013

Eslava, J. 1992. Apuntes de climatología y diversidad climática. Universidad Nacional de Colombia. Bogotá.

Espinoza, J., Ronchail, J., Guyot, J., Cochonneau, G., Naziano, F., Lavado, W., Vauchel, P. 2009. Spatio-temporal rainfall variability in the Amazon basin countries (Brazil, Perú, Bolivia, Colombia, and Ecuador). International Journal of Climatology, 29(11), 1574-1594. doi:10.1002/joc.1791

FAO Documento Número 56. 2006: Crop Evapotranspiration: guidelines for computing crop water requirements. Disponible en https://riegos.wordpress.com/2000/05/26/evapotranspiracion-del-cultivo-guias-para-la-determinacion-de-los-requerimientos-de-agua-de-los-cultivos/. Consultado Abril de 2015.

FAO. 1977. Las necesidades de agua de los cultivos. Vol. No. 24, Roma, Italia.

Feng, Z., Liu, D., y Zhang, Y. 2007. Water requirements and irrigation scheduling of spring maize using GIS and CropWat model in Beijing-Tianjin-Hebei region. Chinese Geographical Science, 17(1), 56-63. doi:10.1007/s11769-007-0056-3

Ficklin, D. L., Letsinger, S. L., Gholizadeh, H., y Maxwell, J. T. 2015. Incorporation of the Penman–Monteith potential evapotranspiration method into a Palmer Drought Severity Index Tool. Computers y Geosciences, 85, 136-141. doi:10.1016/j.cageo.2015.09.013

García-Vila, M., y Fereres, E. 2012. Combining the simulation crop model AquaCrop with an economic model for the optimization of irrigation management at farm level. European Journal of Agronomy, 36(1), 21-31. doi:10.1016/j.eja.2011.08.003

Jamshid, Y. 2003. The integration of satellite images, GIS and CROPWAT model to investigation of water balance in irrigated area. A case study of Salmas and Tassoj plain, Iran. International Institute for GEO-Information Science and Earth Observation. Enschede, The Netherlands. http://www.itc.nl/library/Papers_2003/msc/wrem/yarahmadi.pdf. Fecha de consulta: mayo de 2015.

Jensen, M., Burman, R., y Allen, R. 1990. Evapotranspiration and Irrigation Water Requirements. ASCE Manuals and Reports on Engineering Practices No. 70. Am. Soc. Civil Engrs., New York, E.U.

Lagos, P., Silva, Y., Nickl, E., y Mosquera, K. 2008. El Niño - related precipitation variability in Peru. Advances In Geosciences, 14(3), 231-237.

Levine, G., A. D. Cruz-Galvan, D. Garcia, C. Garcés-Restrepo, and S. Johnson III. 1998. Performance of two transferred modules in the Lagunera región: water relations. International Water Management Institute. Research Report 23. Colombo, Sri Lanka. http://ageconsearch.umn.edu/bitstream/44583/2/REPORT23.PDF. Consultado mayo de 2015.

Li, F., Cao, R., Zhao, Y., Mu, D., Fu, C., y Ping, F. 2015. Remote sensing Penman – Monteith model to estimate catchment evapotranspiration considering the vegetation diversity. Theoretical and Applied Climatology. doi:10.1007/s00704-015-1628-2

Liang, L., Li, L., Zhang, L., Li, J., y Li, B. 2008. Sensitivity of penman-monteith reference crop evapotranspiration in Tao’er River Basin of northeastern China. Chinese Geographical Science, 18(4), 340-347. doi:10.1007/s11769-008-0340-x

López, M., Chaves, M., Flórez, V. 2011. Modelos de cultivos y modelos fenológicos. En Flórez R., V.J. ed. Sustratos, manejo del clima, automatización y control en sistemas de cultivo sin suelo. Bogotá: Editorial Universidad Nacional de Colombia. Pp, 153-177.

Marcelis, L., E. Heuvelink y J. Goudriaan. 1998. Modelling biomass production and yield of horticultural crops: a review. Scientia Horticulturae. 74, Pp, 83-111.

Méndez, J., Cortes, B., Bernal, J., Díaz, E., Boshell, F., Mejía, P., Raes, D., Federes, E., Stedutto, P. 2013. Uso del modelo AquaCrop para estimar rendimientos para el cultivo de Papa en los departamentos de Cundinamarca y Boyacá. FAO. Colombia.

Mullick, M. R. A., Babel, M. S., y Perret, S. R. 2011. Discharge-based economic valuation of irrigation water: Evidence from the Teesta River, Bangladesh. Irrigation and Drainage, 60(4), 481-492. doi:10.1002/ird.597

Palacios-Hernández, E., Carrillo, L. E., Filonov, A., Brito-Castillo, L., y Cabrera-Ramos, C. E. 2009. Seasonality and anomalies of sea surface temperature off the coast of Nayarit, Mexico. Ocean Dynamics, 60(1), 81-91. doi:10.1007/s10236-009-0244-z

Pereira, A. R., Camargo, M. B. P. De, y Villa Nova, N. A. 2011. Coffee crop coefficient for precision irrigation based on leaf area index. Bragantia, 70(4), 946-951. doi:10.1590/S0006-87052011000400030

Pérez, A. 1992. Calculo de la necesidad de agua de las plantas con datos meteorológicos. Riobamba, Ecuador. 289 pp.

Pérez, J. 2013. Diseño de un sistema de alertas Agroclimáticas tempranas participativas en la subcuenca Río Piedras del Macizo colombiano. Universidad Nacional de Colombia.

Santamaría J, Reta D, Faz R y Orona I. 2008. Reducción del rendimiento potencial en maíz forrajero en calendarios con tres y cuatro riegos. Terra Latinoamericana, vol. 26, núm. 3, julio-septiembre, 2008, pp. 235-241, Sociedad Mexicana de la Ciencia del Suelo, A.C. México. http://www.redalyc.org/pdf/573/57313050005.pdf. Fecha de consulta: mayo de 2015.

Santillán Gutiérrez, E., Dávila Vázquez, G., De Anda Sánchez, J., y Díaz Torres, J. D. J. 2013. Assessment of hydric balance through climatic variables, in the Cazones River Basin, Veracruz, Mexico. Ambiente e Agua - An Interdisciplinary Journal of Applied Science, 8(3), 104-117. doi:10.4136/ambi-agua.1147

Saseendran, S. A., Ahuja, L. R., Ma, L., Trout, T. J., McMaster, G. S., Nielsen, D. C., … Fang, Q. X. 2015. Developing and normalizing average corn crop water production functions across years and locations using a system model. Agricultural Water Management, 157, 65-77. doi:10.1016/j.agwat.2014.09.002

Silva, V. D. P. R., Albuquerque, M. F. De, Araújo, L. E. De, Campos, J. H. B. C., Garcêz, S. L. A., y Almeida, R. S. R. 2015. Measurements and modelling of water footprint of sugarcane cultivated in Paraíba State. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 19(October 2009), 521-526.

Solano, E. y Stolz, W. 2015. El fenómeno ENOS (El niño oscilación del sur), IMN. http://www.imn.ac.cr/educacion/enos.html. Fecha de consulta: junio de 2015.

Souza, M. J. H. De, Ribeiro, A., Leite, H. G., Leite, F. P., y Minuzzi, R. B. 2006. Disponibilidade hídrica do solo e produtividade do eucalipto em três regiões da Bacia do Rio Doce. Revista Árvore, 30(3), 399-410. doi:10.1590/S0100-67622006000300010

Spano, D., Snyder, R. L., Sirca, C., y Duce, P. 2009. ECOWAT—A model for ecosystem evapotranspiration estimation. Agricultural and Forest Meteorology, 149(10), 1584-1596. doi:10.1016/j.agrformet.2009.04.011

Stancalie, G., Marica, A., y Toulios, L. 2010. Using earth observation data and CROPWAT model to estimate the actual crop evapotranspiration. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, 35(1-2), 25-30. doi:10.1016/j.pce.2010.03.013

Stedutto, P., Hsiao, T., Raes, D., y Fereres, E. 2009. Aquacrop - The FAO Crop Model to Simuilate Yield Response to Water: I. Concepts and underlying.

Tavakoli, A. R., Mahdavi Moghadam, M., y Sepaskhah, A. R. 2015. Evaluation of the AquaCrop model for barley production under deficit irrigation and rainfed condition in Iran. Agricultural Water Management, 161, 136-146. doi:10.1016/j.agwat.2015.07.020

Toumi, J., Er-Raki, S., Ezzahar, J., Khabba, S., Jarlan, L., y Chehbouni, A. 2015. Performance assessment of AquaCrop model for estimating evapotranspiration, soil water content and grain yield of winter wheat in Tensift Al Haouz (Morocco): Application to irrigation management. Agricultural and Water Management, in rev., 219-235. doi:10.1016/j.agwat.2015.09.007

Trenberth, K. 1976. Spatial versus noise in the Southern Oscillation, Mon. Wea. Rev., 112:323-332.

Vanuytrecht, E., Raes, D., Steduto, P., Hsiao, T. C., Fereres, E., Heng, L. K., Mejias Moreno, P. 2014. AquaCrop: FAO’s crop water productivity and yield response model. Environmental Modelling y Software, 62, 351-360. doi:10.1016/j.envsoft.2014.08.005

Westerhoff, R. S. 2015. Using uncertainty of Penman and Penman–Monteith methods in combined satellite and ground-based evapotranspiration estimates. Remote Sensing of Environment, 169, 102-112. doi:10.1016/j.rse.2015.07.021

Yuan, T., y Di, Y. 2014. Variability of lightning flash and thunderstorm over eastern China and Indonesia on ENSO time scales. Atmospheric Research, 169(June), 15-20. doi:10.1016/j.atmosres.2015.10.022

Published

2016-07-11

How to Cite

Cleves L., J. A., Toro C., J., & Martínez B., L. F. (2016). Agricultural water balances in agroclimatic simulation models. An analytical review. Revista Colombiana De Ciencias Hortícolas, 10(1), 149–163. https://doi.org/10.17584/rcch.2016v10i1.4460

Issue

Section

Review articles

Metrics