Análisis y caracterización del uso de fuentes de agua no convencionales para riego agrícola en la cuenca del Segura

Abstract

[SPA] Esta tesis doctoral se presenta bajo la modalidad de compendio de publicaciones. La cuenca de la Segura, situada en el sureste español, tiene una superficie aproximada de 20.234 km2 que se extiende por cuatro comunidades autónomas: Región de Murcia, Andalucía, Castilla-La Mancha y Comunidad Valenciana. En referencia a la pluviometría de la zona de estudio, característica de un clima semiárido, la precipitación total media anual se encuentra por debajo de los 400 mm. En un área con un marcado déficit hídrico, uno de los principales motores económicos de la región es la agricultura, y más concretamente la agricultura de regadío. Las características de insolación, edáficas y tecnológicas, hacen que la agricultura en la zona de la cuenca del Segura sea motor de la actividad económica, suministrando gran cantidad de productos agrícolas a mercados europeos e internacionales, con altos estándares de calidad. Además de la agricultura, el aumento de la población, el crecimiento turístico en las zonas costeras, así como los cada vez más frecuentes episodios de sequía, provocados por el acelerado cambio climático, han generado un aumento en la presión de los recursos hídricos, incidiendo aún más sobre el déficit hídrico. En este contexto, con una limitación cada vez más aguda de las fuentes tradicionales o convencionales de agua (superficiales, subterráneas, Trasvase Tajo-Segura, etc.), se hace necesario la implementación a gran escala de fuentes alternativas o no convencionales, como la desalación y la reutilización de aguas residuales regeneradas, según los estándares necesarios para el regadío. Sin bien es verdad que en la cuenca del Segura, y en particular en Murcia, Alicante y Almería, ambas fuentes de agua están implantadas, es preciso investigar y profundizar en los aspectos agronómicos, sobre los pros y contras relativos al uso de estas fuentes de agua, no sólo por el impacto socioeconómico y ambiental que tienen, sino para poder aportar ideas innovadoras que se puedan incorporar a las futuras planificaciones hidrológicas de cuenca y mejoren su uso a nivel de explotación agrícola. Esta tesis, compuesta por cuatro artículos científicos, analiza cuestiones relativas a la desalación y a la reutilización de agua para la agricultura. Los dos primeros artículos se centran en la evolución del consumo de agua marina desalinizada (AMO) hasta 2017, calidades, problemáticas asociadas, así como un su impacto relativo al coste de producción y la rentabilidad de los cultivos. El segundo de ellos desarrolla en profundidad una visión enfocada a consumos energéticos en las distintas fases de producción, transporte y distribución hasta el consumo por el agricultor. El tercer artículo estudia el rol del agua regenerada en la cuenca del Segura, analizando pros y contras de su utilización agraria bajo distintos escenarios. Por último, el cuarto artículo está basado en el estudio de las singularidades del agua regenerada a la hora de implementar los planes de fertilización, considerando sus características físicas, químicas y biológicas, y teniendo en cuenta varios escenarios, mezclas y cultivos, así como su impacto económico. Los principales resultados obtenidos de la primera línea de investigación indican que el AMD, desde un punto de vista de la caracterización fisicoquímica, tiene más beneficios que inconvenientes, sobre todo por la baja concentración de sales. Cabe destacar que las concentraciones de boro están por encima de los valores umbrales de muchos cultivos, lo que puede generar problemas de toxicidad. Desde el punto de vista del coste de producción del agua marina desalinizada, se ha determinado como un punto básico la necesidad de producción a capacidad nominal de las instalaciones de desalinización de agua de mar (IDAM) con un precio acordado con el agricultor, de manera que sea rentable el mantenimiento de las instalaciones y esté asegurada la sostenibilidad de las explotaciones de regadío. En la segunda línea de investigación, los principales resultados obtenidos tras el análisis de los datos revelan que las altas concentraciones de muchos nutrientes esenciales pueden producir un ahorro en los costes de fertilización. Una de las estrategias más importantes a corto plazo debe ser la monitorización de la calidad del agua regenerada en riego para tener controlados los posibles problemas derivados, como son toxicidad en planta, la bioacumulación, los problemas asociados a la sodificación del suelo, etc. Con respecto al balance económico de los cultivos, los resultados muestran que las posibles pérdidas en rendimiento en ciertos cultivos son compensadas por los ahorros producidos. Los resultados obtenidos en esta tesis "Análisis y caracterización del uso de fuentes de agua no convencionales para riego agrícola en la cuenca del Segura'', ponen de manifiesto el notable interés en seguir profundizando sobre los aspectos agronómicos que caracterizan estas fuentes de agua no convencionales. Su relevancia no sólo debe tenerse en cuenta desde un punto de vista de planificación hidrológica, a gran escala, sino que también deben desarrollarse aspectos de manejo en parcela como son las técnicas para optimizar su uso conjunto con otras fuentes de agua y la monitorización en continuo para optimizar la fertirrigación.

[ENG] This doctoral dissertation has been presented in the form of thesis by publication. The Segura River basin, located in the south-east of Spain, has a surface area of approximately 20,234 km2 within four autonomous communities: Región de Murcia, Andalucía, Castilla-La Mancha, and Comunidad Valenciana. Regarding the pluviometry in the study zone, it is characteristic of a semi-arid climate, with a mean annual total precipitation below 400 mm. In an area with a marked water deficit, one of the main economic drivers of the region is agriculture, and more specifically, irrigated agriculture. The characteristics of insolation, soil, and technology make agriculture in the Segura basin zone the motor for economic activity, supplying a large amount of high-quality agricultural products to European and international markets. In addition to agriculture, the increase in population, the growth in tourism in the coastal zones, as well as more frequent drought episodes, caused by the growth in climate change, have generated an increase in the pressure on water resources, exacerbating the water deficit still further. In this context, with more acute limitations on traditional or conventional water sources (surface waters, groundwater, Tajo-Segura water transfer, etc..), the large-scale implementation of alternative or non-conventional sources, such as from desalination and the reuse of regenerated waste waters, according to the standards required for irrigation, becomes necessary. Although it is true that in both these cases, in the Segura basin, and in particular in Murcia, Alicante, and Almería, these sources of water have been introduced, the agronomic aspects need to be researched and studied in depth. This is not only due to the socio-economic and environmental impact that they have, but also to contribute innovative ideas that can be incorporated into future hydrological basin planning and to improve their use at farm level. This thesis, which consists of four scientific articles, analyses questions related to desalination and the reuse of water for agriculture. The first two articles focus on the evolution of the consumption of sea water desalination (SWD) until 2017, its qualities, associated problems, as well as its impact with regard to production costs and crop profitability. The second of them develops an in-depth vision focused on energy costs in the different phases of production, transport and distribution up to its use by the farmer. The third article studies the role of regenerated water in the Segura basin, analysing the pros and cons of its use in agriculture under different scenarios. Finally, the fourth article is based on the study of the singularities of regenerated water when implementing fertilisation plans, considering its physical, chemical, and biological characteristics, and taking several scenarios, blends and crops into account, as well as its economic impact. The main results obtained from the primary research line indicate that SWD, from the point of view of physico-chemical characterisation, offers more advantages than drawbacks, above all due to the low salts concentrations. It should be highlighted that the boron concentrations are above the threshold values of many crops, which may result in toxicity issues. From the point of view of the production cost of desalinated sea-water, the need for the Sea Water Desalination Plant (SWDP) to produce at a nominal capacity with a price agreed with the farmer has been determined as a basic point, in such a way that maintaining the installations is profitable and that the sustainability of irrigated farming is ensured. In the secondary research line, the main results obtained after the analysis of the data reveal that the high concentrations of many essential nutrients may produce savings in fertilisation costs. One of the most important short-term strategies must be to monitor the quality of the regenerated water in irrigation to keep possible derived problems such as plant toxicity, bioaccumulation, the problems associated to soil sodification, etc. under control. With regard to the economic balance of the crops, the results show that possible losses in yield in certain crops can be offset by the savings produced. The results obtained in this thesis “Analysis and characterisation of the use of non-conventional water sources for agricultural irrigation in the Segura River basin” highlight the notable interest in continuing further study into the agronomic aspects that characterise these non-conventional water sources. Their relevance must not only be taken into account from the hydrographical planning point of view, at a large scale, but also aspects of on-field management must be developed, such as techniques to optimize their use together with other water sources and continual monitoring to optimize fertigation.