Long-term effects of deficit irrigation on almond production

Abstract

Introduction. The recent favourable market perspectives for almonds around the world have induced important changes in Spanish almond production systems during the last 10 years. Earlier, the production was dominated by traditional rainfed orchards in marginal areas with small trees and average yields below 300 kg ha-1. Such systems have given way in some areas to an intensification of the crop with the important appearance of new irrigated plantations. These plantations have increased their area by more than 300% since 2014, and follow the Californian production standards where irrigation together with intensive mineral fertilization and phytosanitary management aim at yield objectives above 2000 kg ha-1. However, the lower availability of irrigation water in Spain makes the use of deficit irrigation strategies a widely adopted practice. Furthermore, the risks of severe restrictions of water availability for agriculture caused by the recurring droughts, common in the Mediterranean basin, poses an unknown challenge with potentially devastating effects for these new almond plantations. Research content. In 2014, López-López et al. (2018b) conducted research on almond irrigation in which they established four irrigation treatments (three deficit and one fully irrigated) to obtain the water production functions for irrigation, transpiration and evapotranspiration. In the present work, the experiment begun by López-López et al. (2018b) was continued for three more years in order to extend the period of study of the relationship between production and evapotranspiration and thus be able to generate a six-year production function. In addition, this extension allowed the study of the productive response during this second triennium and compare it with the response obtained during the first triennia and thus be able to identify adaptation or exhaustion phenomena of the trees as a result of the continued application of deficit irrigation strategies that could have altered the yield response. Additionally, another experiment was performed to study the effects associated with a single-season water deprivation to simulate a situation of severe water scarcity for agriculture caused by a persistent drought period. The effects on physiology and yield were measured during the season where the irrigation deficit was applied and in the subsequent seasons where irrigation was recovered to meet the ETC needs. Conclusions. The present work has generated an almond water production function obtained during six years. This water production function demonstrates that the evapotranspiration of an intensive adult almond plantation in southern Spain, yielding over 2.5 t ha-1, can exceed 1200 mm on the average, which corresponds to an irrigation depth of about 800-900 mm under the climatic conditions of Southwestern Spain. Under average productions greater than 2500 kg ha-1; deficit irrigation reduces kernel yields at a rate of 0.05 kg m-3 for irrigation levels close to the maximum and up to 0.35 kg m-3 for severe deficit irrigation (around 220 mm). These results are obtained when water stress is concentrated during the kernel-filling period, the least sensitive phenological stage of almond production to water stress. Furthermore, the data obtained suggest the non-significant appearance of adaptation or exhaustion phenomena due to the prolonged water deficits, which suggests the sustainability of the deficit irrigation strategies, at least for a six-year period under the experimental conditions. Remarkably, our experimental results simulating a single year drought, emphasised the vulnerability of irrigated almond orchards to a single-season severe irrigation deprivation. Despite the almond reputation as a drought-tolerant species, a total irrigation cut-off caused tree mortality greater than 90%. In the severe DI treatment (25% of full irrigation), negative effects on yield persisted in the two subsequent seasons, despite resuming full irrigation to restore the ETC demand in the following seasons.

Introducción. Las recientes buenas perspectivas económicas del mercado de la almendra a nivel mundial han inducido importantes cambios en el cultivo del almendro en España durante los últimos 10 años. Un cultivo tradicionalmente dominado por las plantaciones en secano, relegadas a zonas marginales, árboles de escaso desarrollo y producciones medias inferiores a los 300 kg ha-1 de pepitas. Sin embargo, este sistema ha empezado a dar paso a una intensificación del cultivo con la aparición de nuevas plantaciones en regadío. Estas plantaciones han aumentado su superficie en más de un 300% desde 2014 y son plantaciones jóvenes que siguen los cánones productivos californianos donde el riego junto a un manejo intensivo de la fertilización y fitosanitario hacen que los objetivos productivos estén por encima de 2000 kg ha-1. No obstante, la baja disponibilidad hídrica de España provoca que el uso de estrategias de riego deficitario sean una actividad ampliamente adoptada. Además, el riesgo de restricciones severas de la disponibilidad hídrica para agricultura causadas por las recurrentes sequías persistentes en la Cuenca Mediterránea suponen un desafío desconocido con efectos potencialmente devastadores para estas nuevas plantaciones de almendro. Contenido de la investigación. En 2014, López-López et al.(2018b) comenzó un estudio en el cual estableció cuatro tratamientos de riego (tres deficitarios y uno totalmente regado) con el fin de obtener las funciones de producción para riego, transpiración y evapotranspiración. El presente trabajo continúa el trabajo de López-López et al.(2018b) durante tres años más con el objetivo de extender el periodo de estudio de las relaciones productiva y así poder construir una función de producción en respuesta al agua de seis años. Esta ampliación del estudio permitió además el estudio de la respuesta productiva durante este segundo trienio y la comparación con la respuesta obtenida durante el primer trienio con la finalidad de identificar fenómenos de adaptación o agotamiento de los árboles, fruto de la continuada aplicación de estrategias de riego deficitario y que hubieran podido alterar la respuesta productiva. También se realizó un experimento donde se aplicó durante una temporada un recorte severo de las dotaciones de riego simulando una situación de escasez de agua de riego por una sequía con el fin de estudiar los efectos tanto en la fisiología como en la producción de dos niveles severos de recorte de riego. Posteriormente se recuperaron los tratamientos de riego para cubrir la totalidad de las necesidades hídricas y se continuó monitoreando los árboles en busca de efectos arrastrados derivados del estrés aplicado. Conclusiones. El presente trabajo ha servido para determinar las funciones de producción en respuesta al agua en el cultivo del almendro durante un periodo de 6 años. Los datos obtenidos han demostrado que las necesidades hídricas de una plantación intensiva adulta de almendro en el sur de España pueden superar evapotranspiraciones (ETc) superiores a 1200 mm, lo que corresponde a necesidades de riego en torno 800-900 mm en las condiciones del suroeste español. Para producciones medias superiores a los 2500 kg ha-1; el riego deficitario reduce las producciones a un ritmo de 0.05 kg m-3 cuando los valores de riego están próximos a los máximos y estas reducciones alcanzan los 0.35 kg m-3 para valores de riego deficitario severo (en torno a 220 mm). Estos resultados se han obtenido concentrado el estrés hídrico durante el periodo de llenado de grano, la cual es reconocida como la fase fenológica con menor sensibilidad en términos de producción al estrés. Además, los datos obtenidos sugieren la no aparición significativa de fenómenos de adaptación o agotamiento por la acumulación del estrés hídrico, lo que sugiere la sostenibilidad de las estrategias de riego deficitario, al menos para un periodo de seis años bajo las condiciones experimentales aplicadas. Es especialmente destacable la vulnerabilidad de las plantaciones de almendro en regadío a un recorte severo del riego que ha mostrado este trabajo. A pesar de la reputación de esta especie como tolerante a la sequía un recorte total del riego puede provocar una mortalidad de árboles superior al 90%. Finalmente, los efectos negativos del estrés hídrico sobre la producción pueden persistir durante las siguientes temporadas si el estrés ha sido lo suficientemente severo, incluso habiéndose restablecido el riego para cubrir la totalidad de las necesidades hídricas de los árboles.