RLA/5/077 (Finalizado)

Proyecto Regional RLA 5077: “Mejora en la eficiencia en el uso del agua asociada a estrategias de adaptación y mitigación al cambio climático en la agricultura (ARCAL CLVIII)”

Coordinadora: PhD. Cristina Chinchilla. Costa Rica.

Título del Proyecto Nacional: Cuba por la eficiencia del uso del agua en la adaptación y mitigación del cambio climático en la agricultura.

Coordinadora: PhD. Rita Y. Sibello Hernández. Centro de Estudios Ambientales de Cienfuegos.

Antecedentes:

La sequía, las inundaciones y los fenómenos meteorológicos extremos del cambio climático están causando más incertidumbres en la producción agrícola. En América Latina y el Caribe, el sector agrícola utiliza el 68% del agua dulce existente; Sin embargo, la eficiencia del uso del agua en las granjas suele ser inferior al 40%. Esto se debe a la mala gestión y al hecho de que la forma predominante de riego es la inundación, durante la cual se aplican cantidades excesivas de agua de riego que el cultivo no utiliza de manera eficiente y por lo tanto se pierde. A medida que se irriga más tierra, aumenta la presión sobre las reservas de agua subterránea y superficial. Al mismo tiempo, puede conducir a la salinización. Se necesitan nuevos métodos que utilicen la agricultura de precisión para mejorar la eficiencia del riego. La eficiencia del uso del agua depende de las técnicas de riego, la fertilidad del suelo, las variedades de cultivos y la conservación del suelo y el agua. Dado a que se puede perder una gran cantidad de agua a través de la evaporación de la superficie del suelo, la reducción de la evaporación y la mejora de la transpiración pueden conducir a una mejora en la eficiencia del uso del agua en la granja. El uso de las composiciones de isótopos estables 18O y 2H en agua y vapor de agua puede ayudar a los científicos a diferenciar entre las pérdidas de agua a través de la evaporación directa del suelo y de la transpiración de la planta. Ese conocimiento, junto con la medición del agua del suelo y el modelado, se puede utilizar para aplicar prácticas de gestión adecuadas de la conservación del suelo y el agua, como la labranza mínima, mulching y un sistema de riego por goteo y de pulverización para minimizar la evaporación del suelo en una variedad de prácticas de gestión diferentes. La medición precisa del contenido de agua del suelo utilizando técnicas isotópicas y relacionadas, puede proporcionar información sobre la cantidad y disponibilidad de agua para los cultivos, lo que permite al agricultor establecer programas de riego óptimos. La optimización de los programas de riego ayudará a los agricultores y a los administradores de la tierra a ahorrar el agua, reducir los costos agrícolas y reducir las pérdidas de nutrientes como resultado del exceso de agua de riego. También aumenta la resiliencia de los cultivos contra la sequía. La sonda de neutrones para medir la humedad del suelo es una de esas técnicas nucleares que mide con precisión la humedad del suelo tanto en condiciones normales como salinas. El cambio climático y la variabilidad climática a corto plazo también implican la necesidad de implementar diferentes estrategias de mitigación y adaptación al cambio climático en toda América Latina, como el uso de cultivos de cobertura, siembra directa, fertilizantes de liberación lenta e inhibidores de la nitrificación, entre otros. Existe poca comprensión del efecto que estas prácticas tienen en la eficiencia del uso del agua (la cantidad de biomasa producida por cantidad de agua) a nivel del agroecosistema y si algunas de estas estrategias en realidad podrían requerir más agua que las prácticas tradicionales. Dado que el agua es uno de los recursos más limitados, especialmente en los escenarios de cambio climático, este problema debe abordarse. (RLA-5077)


Sostenibilidad

La propuesta de este proyecto está dirigida a proporcionar la ejecución de diferentes acciones de investigación que permitan dar respuesta a los objetivos propuestos por el RLA – 5077, del cual Cuba es contraparte. La coordinación nacional estará centrada por el Centro de Estudios Ambientales de Cienfuegos, con la participación necesaria e insustituible de otras instituciones del país, relacionadas directamente con el objeto de estudio a abordar y que deberán involucrarse y apoyar el desarrollo de las investigaciones en todo su alcance. Se prevé que estas instituciones sean: Instituto de Suelos, Ministerio de la Agricultura, Recursos Hidráulicos y los centros subordinados a estas y que sean designados por las mismas.

Se parte de las siguientes premisas:

1) Los investigadores involucrados en esta propuesta continuarán siendo parte de sus instituciones y, por lo tanto, darán continuidad al proyecto.

2) Las instituciones involucradas tienen una sólida formación en investigación y han sido en la mayoría de los casos parte de proyectos de investigación, nacionales y regionales, con el OIEA.

3) La asociación que se establecerá como parte de esta propuesta ha comenzado antes o continúa después de que el proyecto esté terminado.

4) Las instituciones involucradas apoyarán el establecimiento de pruebas de campo y el costo compartido necesario para este proyecto. (RLA 5077)

Proyecto Regional RLA 5077

El desarrollo del RLA 5077 debería reunir conocimientos de diferentes campos, como el riego, el uso de cultivos de cobertura, técnicas isotópicas, modelado y equipos complejos, entre otros. Los países involucrados como grupo cuentan con equipos y capacitación (adquiridos a través de proyectos del OIEA en muchos casos) que podrían ayudar a abordar la importancia de la eficiencia del uso del agua desde el punto de vista de la gestión del agua; la eficiencia del uso de fertilizantes (minimizando las pérdidas) y la mejora del rendimiento. Por lo tanto, sin dudas, el intercambio de técnicas y capacitación aportaría un gran beneficio a la región e impulsaría el desarrollo de áreas de investigación en los países en los que recién han empezado a trabajar en el tema. En términos de técnicas isotópicas, el grupo de países tiene equipos que ayudarían a rastrear la efectividad de los fertilizantes y la evapotranspiración de los cultivos.

Los investigadores de la Comisión Chilena de Energía Nuclear / (CCHEN) en Chile, la Universidad de la República en Uruguay y la Universidad Nacional de Educación a Distancia (UNED) en Costa Rica tienen experiencia en el uso de 15N para rastrear el destino de los fertilizantes en el ambiente. Además, el CCHEN y la Universidad Federal Fluminence de Brasil tienen la capacidad técnica para analizar 15N en agua, vegetales y suelo. En términos de 18O y 2H, el Centro de Investigaciones en Contaminación Ambiental (CICA) de la Universidad de Costa Rica, el Instituto Tecnológico de Sonora (ITSON) en México y CCHEN tienen un analizador isotópico para 18O y 2H que podría usarse para discernir la evaporación de la transpiración.

Además de la experiencia mencionada anteriormente sobre isótopos dentro del grupo de contrapartes interesadas, existe una gran experiencia en la reducción de pérdidas de fertilizantes (es decir, Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA) en Chile, Comisión de Energía Atómica en Argentina) y en el uso de cultivos de cobertura, riego y rotación de cultivos, como en Bolivia, Paraguay, Cuba y la República Dominicana. Al trabajar a nivel regional, se espera que se creen sinergias que ayudarán a abordar el problema de una manera más eficiente. La mayoría de los países no han utilizado Aquacrop (un modelo desarrollado por FAO para modelar la eficiencia del uso del agua, que se utilizará en este proyecto), pero en términos generales, hay experiencia o conocimientos básicos sobre herramientas similares (es decir, herramienta de evaluación del suelo y el agua (SWAT), modelo de desnitrificación-descomposición (DNDC) y modelo de zona de raíz de pesticida (PRZM).

Finalmente, la mayoría de los países involucrados han sido parte de los proyectos regionales de ARCAL como participantes o coordinadores.


Cuba como contraparte del RLA 5077


Antecedentes

Para Cuba, las investigaciones relacionadas con el clima, el cambio climático y sus impactos, ha sido objeto de estudio priorizado desde hace varias décadas. Nuestra condición de archipiélago y ubicación geográfica en el mar Caribe, nos hace altamente vulnerable a los eventos asociados a la variabilidad climática, con gran incidencia en sectores económicos como la agricultura.

Las investigaciones sobre el clima y el cambio climático hacen énfasis en la evaluación de sus impactos y cuyos resultados están dirigidos a proponer las medidas de adaptación más viables, reconociendo las limitaciones económicas y de infraestructura. En 1991 la Academia de Ciencias de Cuba creó la Comisión de Cambio Climático y en 1997 se integró el Grupo Nacional de Cambio Climático. Hoy existe un Programa Científico Nacional denominado El Cambio Climático en Cuba: Impactos, Adaptación y Mitigación.

Situación de Cuba con respecto al problema

Precisiones realizadas hace más de una década sobre el recurso hídrico del archipiélago cubano lo evalúan en un total de 38 100 millones de m3, de ellos 31 700 en 632 cuencas hidrográficas, el resto son aguas subterráneas. Sin embargo el nuevo mapa isoyético cubano indica que estos recursos potenciales son más bajos. A partir de la infraestructura hidráulica en el país permite poner el 57% de estos recursos aprovechables en disposición de las demandas económicas, ambientales y sociales. Hay que señalar que en algunas zonas las pérdidas de los volúmenes entregados llegan a ser hasta de un 60%. En este contexto se impone la necesidad del uso sostenible del recurso y mejorar la eficiencia en la conducción y distribución, disminuyendo las pérdidas, así como elevar la cultura ambiental hídrica, lo que permitirá mitigar la carestía relativa en un contexto climático complejo caracterizado por eventos meteorológicos extremos, especialmente de prolongadas sequías alternadas con intensas lluvias y huracanes.

El Consejo de Ministro de la República de Cuba aprobó en el 2017 el Plan de Estado para la adaptación y mitigación del cambio climático en el país, denominada Tarea Vida. Uno de las prioridades está referida con los objetivos del proyecto: (Tarea 4. Asegurar la disponibilidad y uso eficiente del agua como parte del enfrentamiento a la sequía, a partir de tecnologías para el ahorro y la satisfacción de las demandas locales. Elevar la infraestructura hidráulica y su mantenimiento, así como la introducción de acciones para la medición de la eficiencia y productividad del agua).

Rol de la tecnología nuclear

El enfoque metodológico del proyecto se basará en el uso de isótopos estables (18O, 2H y 15N). Las señales de 18O y 2H en muestras de agua y sólidos se utilizará para determinar la relación de evaporación / transpiración de los agroecosistemas en estudio. Esta técnica es única porque las muestras de vapor de agua pueden capturarse de forma relativamente fácil y enviarse a análisis en una sola instalación, en comparación con el despliegue de técnicas micrometeorológicas que podrían ser más complejas o el uso de enfoques matemáticos basados en condiciones meteorológicas. Además, los países donde el equipo esté disponible utilizarán sondas de neutrones para evaluar las variaciones en el contenido de agua del suelo. Esta técnica ha demostrado ser una de las más eficientes para la determinación del contenido de agua del suelo a profundidades superiores a 50 cm y con el menor número de tubos de instalación (Evett et al., 2012, IAEA 2008). Otras técnicas isotópicas que se incluirán en el proyecto son el uso de 15N para rastrear los movimientos de nitrato a través del perfil del suelo y combinar la eficiencia de uso de fertilizantes nitrogenados con el enfoque de eficiencia de uso de agua, particularmente cuando se aplica fertigación o la fertilización y el riego ocurren casi simultáneamente. En gran escala, se considerará el uso de sondas de rayos cósmicos. El papel del OIEA consistirá en proporcionar apoyo técnico para el uso y avance de estas técnicas en los diferentes países involucrados en el proyecto junto con el uso del modelo Aquacrop (desarrollado por la FAO con el apoyo del OIEA). Los datos de campo permitirán evaluar la efectividad del modelo para predecir WUE (Uso Eficiente del Agua) y dividir la evapotranspiración y la transpiración, lo que eventualmente conduciría a los científicos y extensionistas a utilizar el modelo en diferentes escenarios para asesorar a los agricultores sin la necesidad de costosos datos de campo.

Capacidades Analíticas y Recursos Humanos

En el Centro de Estudios Ambientales existe un laboratorio con el equipamiento necesario y personal capacitado para el procesamiento de las muestras y está implementado un Sistema de Gestión de la Calidad.

Existe experiencia técnica en la ejecución de proyectos de investigación, muchos de los cuales relacionados con la aplicación de las técnicas nucleares e isotópicas en estudios del medio ambiente, siendo el CEAC centro de referencia regional.

La institución cuenta con las facilidades para el uso de los isótopos estables. El equipamiento existente es un espectrómetro de masa de flujo continuo IRMS (ISOPRIME) acoplado a un analizador elemental (vario ISOTOPE cube) para muestras sólidas y un Multiflow (ISOPRIME) para análisis de agua. El personal encargado de estas técnicas ha sido entrenado por cursos del OIEA para la determinación de la composición elemental de carbono y nitrógeno y sus isótopos estables en sólidos, así como la determinación de 2 H y 18 O en aguas naturales.

Estrategia de implementación

El proyecto se implementará siguiendo una estrategia común pero teniendo en cuenta las características específicas de cada país en términos de cultivos, recursos y necesidades más relevantes. También se considerarán factores adicionales como la duración de la temporada de crecimiento y los tiempos óptimos para la siembra. En general, el proyecto comenzará con la consolidación del equipo de gestión en la primera reunión de coordinación. Mediante la implementación del proyecto, se fortalecerá la comunicación entre los participantes del proyecto a través de reuniones regulares a través de webex, skype o herramientas similares.

Las reuniones virtuales se han programado como parte del plan de trabajo. Una estrategia de comunicación se definirá al comienzo del proyecto y se implementará en paralelo a la parte experimental para que los resultados se comuniquen a los interesados de manera más eficiente. Reconocemos que dentro del grupo de países participantes hay diferentes niveles de desarrollo en términos de recursos técnicos, uso de isótopos, herramientas de modelado, etc.

Está claro que el objetivo principal en el proyecto es que todos los países involucrados se muevan un avanzar paso en su experiencia en isótopos estables. Y que todos los países alcanzarán el mismo nivel de experiencia en el uso de Aquacrop. Para lograr el objetivo del proyecto, se deberán proporcionar recursos básicos a los países que participan en este proyecto para recopilar los datos necesarios para Aquacrop (es decir, humedad del suelo y datos meteorológicos).

Esto significa que se espera que el componente de adquisición del proyecto sea alto. Sin embargo, el equipo del proyecto se asegurará de que algunos de los países más avanzados ya tengan estos recursos disponibles. Como la evaluación de la eficiencia en el uso de nutrientes también forma parte de este proyecto, el uso de 15N jugará un papel clave para evaluar el destino ambiental del fertilizante en todos los países. Además, esperamos que todos los países participen en el uso de técnicas relacionadas con 18O y 2H.

Las siguientes etapas contribuirán al éxito del proyecto: Etapa 1: establecimiento de pruebas de campo. En la reunión de coordinación, cada país identificará en un sistema de cultivo más detallado dónde trabajarán y se definirán los parámetros necesarios para las pruebas de campo. Esto es importante en esta etapa temprana, ya que los parámetros de Aquacrop generalmente se deben medir desde el día 1. Dado que la primavera en América del Sur comienza en septiembre (aproximadamente), anticipamos que los países de esta parte de América Latina comenzarán sus pruebas de campo alrededor de septiembre. Mientras que los países del norte de América del Sur, América Central y el Caribe probablemente comiencen con las lluvias (entre abril y mayo en el año 2 del proyecto).

Los países donde el riego se incluirá en la gestión (es decir, México) probablemente comiencen con cualquiera de los 2 grupos. Para esto, todas las actividades (es decir, preparación de muestras, envío de muestras y análisis de muestras) se dividirán en dos períodos, considerando los dos grupos. Etapa 2: muestreo, preparación de muestras y análisis. Hay dos grupos de países que se pueden agrupar en función de su nivel de conocimiento técnico e infraestructura Después del análisis de capacidades (ver el documento "infraestructura disponible" para más detalles.

Como tal, la estrategia de implementación se divide en dos grupos para el análisis de 18O y 2H: Grupo 1: países que proporcionarán análisis para otros países (3 países). Grupo 2: países que prepararán muestras para su análisis y las enviarán a uno de los países del grupo 1. Se proporcionarán países del grupo 1 con el equipo especial necesario para la extracción de agua de muestras sólidas para proceder al análisis 18O y 2H.

También recibirán los suministros necesarios para cubrir todos los costos del análisis de las muestras del grupo 2. Para el análisis de 15N en agua lixiviada, es probable que todas las muestras se preparen y se envíen a un tercero, que aún no se ha definido, ya que esta capacidad técnica aún no está disponible en la región. 3: Modelado con AQUACROP.

Los principios básicos de AQUACROP se presentarán a todos los países al comienzo del proyecto a través de una capacitación regional en el año 1 junto con conocimientos básicos sobre isótopos, de modo que la información necesaria se pueda recopilar en todas las pruebas de campo. En una segunda fase, habrá una capacitación nacional sobre AQUACROP para cada uno de los países involucrados, esta capacitación nacional podría limitarse solo a AQUACROP o podría incluir otros aspectos que son necesarios para la región. Esto ha demostrado ser una mejor estrategia en términos de uso de recursos a medida que más personas (aproximadamente 20 por país) recibirán capacitación en cada país.

Como tal, cada país podrá aplicar el modelo a su propio sistema productivo. Etapa 4: análisis de costo / beneficio. La manera más eficiente para que los agricultores adopten o estén convencidos de que una estrategia de mitigación de la adaptación al cambio climático es eficiente es si ven un incremento en la productividad o una reducción en los costos (es decir, menos fertilizantes, menos agua, etc.). Como tal, es necesario que este proyecto proporcione al grupo capacitación que ayude a hacer un análisis básico de las estrategias seleccionadas y su beneficio, no solo para el medio ambiente sino también para la economía de los agricultores. Etapa 5: análisis de resultados y recomendaciones.

Al final del proyecto, se espera que el grupo presente un documento técnico con recomendaciones sobre la evaluación de la eficiencia del uso del agua en el campo, el uso de Aquacrop para los cultivos seleccionados y la evaluación económica de la práctica implementada.

Además de las 5 etapas descritas anteriormente, se incluirán insumos adicionales (es decir, visitas científicas para temas específicos, misiones de expertos en 15N, uso de equipos de humedad del suelo, entre otros) para asegurar que todos los países participantes avancen al menos 1 nivel en su conocimiento de los isótopos 18O, 2H y 15N siempre que se modelen.

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