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Hacia un manejo sostenible del recurso agua-suelo: evaluación de sensores de potencial hídrico y de una innovadora gestión del suelo y cultivo en Navarra

La degradación de suelos agrícolas es un problema global agravado por el aumento de la población y la necesidad de una mayor producción de alimentos. La tasa de erosión causada por la actividad humana supera la capacidad natural de regeneración del suelo. Por otro lado, la agricultura de regadío, que requiere grandes cantidades de agua, contribuye a la escasez de este recurso valioso y puede tener impactos ambientales negativos, como contaminación de aguas subterráneas y erosión del suelo. Frente a esta situación, donde la demanda de alimentos va en aumento y los recursos naturales se vuelven progresivamente escasos, resulta esencial impulsar el desarrollo de sistemas agrícolas sostenibles. La agricultura sostenible se define como un enfoque holístico que busca maximizar la productividad agrícola sin comprometer la salud del suelo, la calidad del agua y la biodiversidad. Dos de los pilares fundamentales de la actividad agrícola son, precisamente, los recursos agua y suelo. En la búsqueda de mantener ambos recursos como bases sostenibles en el tiempo, se hace evidente la necesidad de evaluar y adoptar nuevas técnicas (por ejemplo, distintos tipos de sensores) que se alineen con los principios de la sostenibilidad. Esta tesis se presenta como un aporte al manejo sostenible del suelo y del agua. Concretamente los objetivos son: i) contribuir a una óptima gestión del agua del suelo disponible para los cultivos en ambientes mediterráneos, y ii) contribuir a mitigar el impacto en el ecosistema de la actividad agrícola en ambientes mediterráneos, a través de sistemas agrícolas alternativos más sostenibles que los actuales. Para tal fin, se evaluó en laboratorio la actual y diversa tecnología disponible, a nivel mundial y con fines agrícolas, para la estimación y monitoreo de sensores de potencial hídrico. Por otra parte, tras casi dos décadas de implementación, se evaluó un sistema pionero y único en Navarra para la gestión optimizada del suelo y cultivo, centrándose en su impacto en la calidad física y biológica del suelo. La calidad física se examinó mediante el análisis de las curvas de retención de humedad del suelo (CRHS), y la evaluación del tamaño y la estabilidad de los macroagregados del suelo. Por otro lado, la calidad biológica se analizó a través de la fracción orgánica del suelo y sus poblaciones microbianas. Las CRHS se obtuvieron a partir de muestras inalteradas y mediante mediciones continuas de alta resolución, permitiendo una estimación detallada de la estructura del sistema poroso del suelo. Los resultados experimentales fueron analizados y extrapolados mediante el uso del modelo hidrológico Hydrus-2D.

Nekazaritza-lurren degradazioa arazo globala da, eta arazo hori larriagotu egiten da biztanleria handitu delako eta elikagai-ekoizpen handiagoa behar delako. Giza jarduerak eragindako higadura-tasak lurzoruaren birsortzeko gaitasun naturala gainditzen du. Bestalde, ureztatze-nekazaritzak ur-kantitate handiak eskatzen ditu, baliabide baliotsu horren eskasia areagotzen du eta ingurumen-inpaktu negatiboak izan ditzake, hala nola lurpeko uren kutsadura eta lurzoruaren higadura. Egoera horri aurre egiteko, ezinbestekoa da nekazaritza-sistema jasangarrien garapena bultzatzea. Izan ere, elikagaien eskaria gero eta handiagoa da, eta baliabide naturalak gero eta urriagoak. Nekazaritza jasangarri ikuspegi holistiko gisa definitzen da, zeinak nekazaritzaren produktibitatea maximizatzea baitu helburu, lurzoruaren osasuna, uraren kalitatea eta biodibertsitatea arriskuan jarri gabe. Nekazaritza-jardueraren funtsezko zutabeetako bi ura eta lurzorua dira, hain zuzen ere. Bi baliabideak denboran zehar oinarri iraunkor gisa mantentzeko, jasangarritasunaren printzipioekin bat datozen teknika berriak ebaluatu eta erabili dira (adibidez, sentsore mota desberdinak). Tesi hau lurraren eta uraren erabilera jasangarrirako ekarpen gisa aurkezten da. Zehazki, honako helburu hauek ditu: i) ingurune mediterraneoetako laboreetarako eskuragarri dagoen lurzoruko ura ahalik eta ondoen kudeatzen laguntzea, eta ii) ingurune mediterraneoetako nekazaritza-jarduerak ekosisteman duen eragina arintzen laguntzea, gaur egungoak baino nekazaritza-sistema alternatibo jasangarriagoen bidez. Horretarako, potentzial hidrikoa duten sentsoreak zenbatesteko eta monitorizatzeko teknologia ebaluatu zen laborategian, hau da, mundu mailan nekazaritzarako erabilgarri dagoen egungo eta askotariko teknologia. Bestalde, ia bi hamarkadako inplementazioaren ondoren, lurzoruaren eta laborantzaren kudeaketa optimizaturako sistema aitzindari eta bakarra ebaluatu zen Nafarroan, lurzoruaren kalitate fisikoan eta biologikoan duen eragina ardatz hartuta. Kalitate fisikoa aztertzeko, lurzoruko hezetasunari eusteko kurbak (LHEK) aztertu ziren, eta lurzoruaren makroagregatuen tamaina eta egonkortasuna ebaluatu ziren. Bestalde, kalitate biologikoa lurzoruaren eta bere mikrobio-populazioen frakzio organikoaren bidez aztertu zen. LHEKak aldatu gabeko laginen bidez eta bereizmen handiko neurketa jarraituen bidez lortu ziren, eta horrek aukera eman zuen lurzoruaren sistema porotsuaren egitura zehazki zenbatesteko. Emaitza esperimentalak Hydrus-2D eredu hidrologikoaren bidez aztertu eta estrapolatu ziren.

Agricultural land degradation is a global problem aggravated by population growth and the need for increased food production. In many areas, the rate of erosion caused by human activity exceeds the natural regenerative capacity of the soil. On the other hand, irrigated agriculture, which requires large amounts of water, contributes to the scarcity of this valuable resource and can have negative environmental impacts, such as groundwater contamination and soil erosion. In this situation, where demand for food is increasing and natural resources are becoming increasingly scarce, it is essential to encourage the development of sustainable agricultural systems. Sustainable agriculture is defined as a holistic approach that seeks to maximize agricultural productivity without compromising soil health, water quality and biodiversity. Two of the fundamental pillars of agricultural activity are precisely water and soil resources. In the quest to maintain both resources as sustainable bases over time, the need to evaluate and adopt new techniques (e.g. different types of sensors) aligned with the principles of sustainability is evident. This thesis is presented as a contribution to sustainable soil and water management. Specifically, the objectives are: i) to contribute to an optimal management of soil water available for crops in Mediterranean environments, and ii) to contribute to mitigate the impact on the ecosystem of agricultural activity in Mediterranean environments, through alternative agricultural systems that are more sustainable than the current ones. To this end, the current and diverse technology available worldwide for agricultural purposes for the estimation and monitoring of water potential sensors was evaluated in the laboratory. Moreover, after almost two decades of implementation, a pioneering and unique system in Navarra for optimized soil and crop management was evaluated, focusing on its impact on physical and biological soil quality. Physical quality was examined by analyzing soil water retention curves (SWRC), and assessing the size and stability of soil macro-aggregates. Biological quality was assessed through the study of the soil organic fraction and its microbial populations. SWRCs were obtained from undisturbed samples and by continuous high-resolution measurements, allowing a detailed estimation of the structure of the soil pore system. The experimental results were analyzed and extrapolated using the Hydrus-2D hydrological model.