project - Research and innovation

Soil Hydrology research platform underpinning innovation to manage water scarcity in European
and Chinese cropping systems. Shui
Soil Hydrology research platform underpinning innovation to manage water scarcity in European
and Chinese cropping systems

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Objectives

SHui will contribute to efficient use of soil and water cereal based rotations and tree crops in EU and China through:

1. Benchmarking cropping practices, crop yields, economic returns and key agro-ecosystem services.

2. Determining the impacts of these practices at farm and larger scales by testing:

a)- Increasing resilience to severe droughts and extreme rainfalls events introducing new technologies that allow heterogeneous management of the farm and landscape.

b) In irrigated agriculture, optimal use of the limited available water (including rainfall and recycled water), can increase growers’ net profits and increase support from society.

Objectives

SHui contribuirá al uso eficiente de suelo y agua en rotaciones basadas en cereales y cultivos leñosos en la UE y China a través de:

1. Evaluación comparativa de las prácticas de cultivo, cosecha, beneficio económico y servicios ecosistémicos.

2. Determinar el efecto de estas prácticas en finca y a escala regional buscando:

a) - Incrementar la resiliencia ante sequías severas y eventos de lluvias extremas introduciendo nuevas tecnologías que permitan una gestión heterogénea de la finca y el paisaje.

b) En agricultura de regadío, optimizar el uso del agua disponible (incluida la lluvia y el agua reciclada) puede aumentar las ganancias netas de los agricultores y aumentar el apoyo social.

Activities

SHui is articulated around:

1. A network of long-term experiment for on best management practices for farmers, researchers and stakeholders.

2. Using cooperatively crop and hydrologic models at different scales to evaluate the effect of different practices on yield, and soil and water conservation under different scenarios.

3- Request the feedback of stakeholders on strategies for best use of water in farms and delineation of policies at larger scales.

4- Develop tools for best use of soil and water resources at farm scale, as blueprint for development of digital solutions.

5- Train a new generation of scientists on integrated use of plant, soil and hydrologic sciences across EU and China.

Activities

SHui se articula en:

1. Una red de experimentos a largo que oriente agricultores, investigadores y stakeholders.

2. Uso coordinado de modelos hidrológicos y de cultivos a diferentes escalas para analizar el efecto de diferentes prácticas sobre la cosecha, suelo y agua en diferentes escenarios.

3- Recabar la opinión de múltiples agentes sobre estrategias para el mejor uso del agua en fincas y la definición de políticas.

4- Desarrollar herramientas digitales para mejorar uso del suelo y agua en fincas, como ejemplo para otros desarrollos digitales.

5- Formar a una nueva generación de científicos sobre el uso integrado de la agronomía hidrología y ciencias del suelo en la UE y China.

Contexte

One is the need to identify better strategies to provide decision-makers with options to evaluate and modify existing policies and implement measures to improve soil-water resources management. Among the EU policies on which SHui envisions a major impact are those related to the Common Agricultural Policy of the European Union and that related to the EU Water Framework Directive (WFD) and The Flood Directive. Among the Chinese law those initiatives emanated from the China´s 13th 5-year plan 2016-2020 to provide strict management of water resources, protection of cultivated land and increased productivity to ensure grain security, China´s Soil and Water Conservation Law, and the Water Law of the People´s Republic of China. This impact will go from direct communication with national and regional policy makers, and dissemination of major project findings to the European Commission and the Chinese Government through the Chinese Academy of Agricultural Sciences.





The other major development is the need of better information for farmers to guide water and soil management decisions at farm level, considering variability of biophysical and socioeconomic conditions. SHui envision to do this through cooperation with the cooperating stakeholders and in the second part of the project through dissemination via EIP-Agri and Chinese farms advisory systems.

Additional comments

A major limitation for improving soil and water use at farm level is the limited information to guide subtle decissions that can make the difference between sucess of failure for a farmer. SHui wants to contribute to minimize this gap providing an example of how to gather experimental information on actual effect of management practices in a broad range of enviroments, delivering more robust model analysis and exploring better ways to exchange information among diverse stakeholders.

Additional information

The major actors, and outputs, that the project aims to engage are:



1- Farmers, and farm technicians, providing best strategies for better use of soil and water and a limited number of tools to support implementation.

2-Scientists, technicians, and companies, delivering a curated dataset of long-term experiment that will be used openly to foster R+D+i beyond the project.

3- Policy makers proving examples of comprehensive regional analysis of the impact of best management practices for optimum use of soil and water at farm level on yield, socioeconomic impact and sustainable use of soil and water resources.

Project details
Main funding source
Horizon 2020 (EU Research and Innovation Programme)
Horizon Project Type
Multi-actor project
Emplacement
Main geographical location
Córdoba

€ 5562745

Total budget

Total contributions including EU funding.

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3 Practice Abstracts

The reuse of reclaimed water in irrigation requires the use of treatments, called tertiary treatment, aimed at reducing suspended matter to minimum levels and carrying out a thorough disinfection in order to guarantee healthy water. Despite the necessary investment involved in the implementation of this type of treatment, the benefits of the use of reclaimed water are numerous, highlighting the reduction of water stress, the reduction in the contribution of certain pollutants to natural water courses or the use of the nutritive elements contained in them as fertilizers for agricultural crops. Given these great advantages, the use of reclaimed water in agriculture is an initiative that is increasingly being adopted in areas with scarce water resources. All these advantages, together with the presence of other factors that give rise to a situation of uncertainty regarding the availability of water both spatially and temporally, generated by climate change, support the need for alternative sources of water, being reclaimed water the best option in terms of flow control, times, location and required quality. In the Region of Murcia, where the premises of scarcity, population growth and increased agricultural demand are met, the regeneration of water is one of the key actions that allow solving the water deficit that, for structural reasons, it faces this community. So much so that in 2019 98% of the 108 hm3 of the wastewater treated in the regional water treatment plans was reused in agriculture, which corresponds to 11% of the total annual irrigation needs, so in the Region of Murcia the Reusing these waters is a beneficial and additional contribution to traditional irrigation waters.

La reutilización de las aguas regeneradas en riego exige la adopción de un tratamiento, denominado tratamiento terciario, dirigido a minimizar la materia en suspensión y realizar una exigente desinfección con objeto de aumentar la garantía sanitaria. Pese a la inversión necesaria que suponen, los beneficios de la utilización de aguas regeneradas son numerosos, destacando la reducción del estrés hídrico y del aporte de ciertos contaminantes a cursos naturales de agua o el aprovechamiento de los elementos nutritivos contenidos en ellas como fertilizantes para los cultivos. Ante estas grandes ventajas, el uso en agricultura de agua regenerada es una iniciativa que se está adoptando cada vez en más áreas con escasez de recursos hídricos. Todas estas ventajas, junto con a otros factores que dan lugar a una situación de incertidumbre sobre la disponibilidad de agua tanto a nivel espacial como temporal, generada por el cambio climático, avalan la necesidad de contar con fuentes alternativas de agua, siendo las aguas regeneradas la mejor opción en cuanto al control de caudales, tiempos, localización y calidad requeridas. En la Región de Murcia, donde se cumplen las premisas de escasez, crecimiento de la población e incremento de la demanda agrícola, la regeneración del agua es una de las actuaciones clave que permiten solventar el déficit hídrico al que, por motivos estructurales, se enfrenta esta comunidad. Tanto es así que en 2019 se reutilizó en agricultura el 98% de los 108 hm3 de las aguas residuales tratadas en las EDAR regionales, que corresponde con el 11% de las necesidades totales anuales en regadío, por lo que en la Región de Murcia el reaprovechamiento de estas aguas es un aporte beneficioso y adicional a las aguas de riego tradicionales.

Regulated deficit irrigation (RDI) is an on-farm irrigation strategy particularly suited for woody perennial crops where water restrictions are imposed during certain periods of the crop phenological cycle, while full water needs are replaced during the rest of the season. An important aspect for applying RDI is the continuous control of the severity of the water restrictions imposed in order to avoid that a mild and potentially positive water stress turns into too severe. In addition, the final responses to the application of RDI might depend on the crop type. For instance, in pomegranate, RDI can result in water savings of up to 43% with an overall increase in water use efficiency (yield:water applied) if water restrictions are applied during spring. In citrus (Clementina de Nules and Navel Lane Late) the potential water saving appear to be less important (10-20%). In grapevines for wine production, RDI is the preferred strategy to substantially improve yield with respect of the rainfed regime (up to 49% increase) resulting also in significant increments in water use efficiency. When water was applied at full regime, the yield increase obtained compared with RDI was considered not convenient because of the important detrimental effect that full irrigation had on grape composition. RDI can be a useful tool for water management in case of water scarcity in order to increase water use efficiency and obtaining net saving in consumptive water use.

El riego deficitario controlado (RDC) es una estrategia de riego particularmente adecuada para cultivos leñosos donde se imponen restricciones de agua durante ciertos períodos del ciclo fenológico del cultivo y durante el resto de la temporada se aplica riego para cubrir la totalidad de las necesidades hídricas. Un aspecto importante para la aplicación de RDC es el control continuo de la severidad de las restricciones hídricas impuestas para evitar que un estrés hídrico leve y potencialmente positivo se convierta en demasiado severo. Además, las respuestas finales a la aplicación de RDC podrían depender del tipo de cultivo. Por ejemplo, en la granada, el RDC puede resultar en ahorros de agua de hasta un 43% con un aumento general en la eficiencia del uso del agua (rendimiento frente agua aplicada) si se aplican restricciones hídricas durante la primavera. En cítricos (Clementina de Nules y Navel Lane Late) el ahorro potencial de agua parece ser menos importante (10-20%). En la vid para la producción de vino, el RDC es la mejor estrategia para mejorar sustancialmente el rendimiento con respecto al régimen de secano (aumento de hasta un 49%), lo que también se traduce en incrementos significativos en la eficiencia del uso del agua. Cuando se aplicó agua a régimen completo, el aumento de rendimiento obtenido en comparación con el RDC no se consideró conveniente debido al importante efecto perjudicial que el riego completo tenía sobre la composición de la uva. En definitiva, el RDC puede ser una herramienta útil para la gestión del agua en caso de escasez de agua con el fin de aumentar la eficiencia del uso del agua y obtener un ahorro neto en el consumo de agua

Temporary cover crops (grown in the alleys during part of the year) are a good strategy to harmonize soil conservation and provision of ecosystem services while minimizing competition for water and nutrients with the tree crop. It needs to be tuned to the conditions of the plantation. Climate, soil type, tree crop, cropping systems (e.g. irrigated vs, rainfed) needs to be considered.

We start addressing two questions: a) water availability, b) yield level. As the water availability decreases and yield level increases the more conservative should be our management to minimize risk for competition with the tree. We should use cover crops species that provide soil cover during the rainy season; have shallow roots and moderate high, a phenologic cycle that occurs mostly during the rainy season, produce numerous seeds that can germinate on untilled soil, and does not host pest or diseases or are a weed difficult to eradicate. Sometimes these requirements can be achieved by the natural vegetation already present in the farm seed-bank. If this is the case we can let this vegetation growth, controlling its development mechanical or chemically at the advent of the dry season, allowing the stubble to remain on the soil surface. If this not possible, will need to seed a cover crop, homogeneous specie or a mix depending on your final aim. In any case the objective is to achieve self-seeding, terminating the cover crop when it has produced seeds. If this not feasible due to risk of competition alternative strategies will be needed, for instance leaving a narrow strip in the lane un-killed to produce seeds. Start using this technique in a small area of your farm, expanding the area and the killing date as you get familiar with the technique.

Las cubiertas temporales, presentes en las calles durante parte del año, son una buena estrategia para armonizar la conservación del suelo y servicios ecosistémicos con la minimización de la competencia por el agua y nutrientes en cultivos leñosos. Debe ajustarse a las condiciones de tipo de clima, suelo y sistemas de cultivo (e.g., riego vs. a secano).

Su manejo depende mucho de: a) disponibilidad de agua, b) productividad. A menor disponibilidad de agua y mayor productividad, más conservador debe ser el manejo para minimizar el riesgo de competencia. Debemos utilizar cubiertas que proporcionen cobertura del suelo durante la temporada de lluvias; tengan raíces poco profundas y porte moderado, un ciclo fenológico que se ajuste al periodo húmedo, produzcan numerosas semillas que pueden germinar en el suelo sin labrar, y que no alberguen plagas o enfermedades o sean una mala hierba difícil de erradicar. A veces estos requisitos los cumple la vegetación natural ya presente en el banco de semillas de la finca. Entonces se podría dejar que esta vegetación se establezca, controlando su desarrollo mecánica o químicamente en el comienzo de la estación seca, dejando el rastrojo en la superficie del suelo. Si esto no es posible, tendrá que sembrar una cubierta, homogénea o una mezcla dependiendo de su objetivo final. En todo caso, la idea es lograr la auto-siembra. Para ello, la fecha de control debe hacerse cuando el cultivo de cubierta haya producido semillas. Si esto no es posible sin provocar competencia con el cultivo se necesitarán estrategias alternativas, e.g. dejando una estrecha franja en la calle sin matar para semillado.

Comience esta técnica en un área pequeña de su finca expandiendo el área y la fecha de siega a medida que se familiariza con la misma.

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