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A semi-quantitative approach for modelling crop response to soil fertility: evaluation of the AquaCrop procedure
(Cambridge University Press, 2014) Hanne Van Gaelen; Berhanu Abraha Tsegay; Nicole Delbecque; Nirman Shrestha; María Cruz García-González; Héctor Fajardo; Roberto Miranda; Eline Vanuytrecht; Berhanu Abrha; Jan Diels
SUMMARY Most crop models make use of a nutrient-balance approach for modelling crop response to soil fertility. To counter the vast input data requirements that are typical of these models, the crop water productivity model AquaCrop adopts a semi-quantitative approach. Instead of providing nutrient levels, users of the model provide the soil fertility level as a model input. This level is expressed in terms of the expected impact on crop biomass production, which can be observed in the field or obtained from statistics of agricultural production. The present study is the first to describe extensively, and to calibrate and evaluate, the semi-quantitative approach of the AquaCrop model, which simulates the effect of soil fertility stress on crop production as a combination of slower canopy expansion, reduced maximum canopy cover, early decline in canopy cover and lower biomass water productivity. AquaCrop's fertility response algorithms are evaluated here against field experiments with tef ( Eragrostis tef (Zucc.) Trotter) in Ethiopia, with maize ( Zea mays L.) and wheat ( Triticum aestivum L.) in Nepal, and with quinoa ( Chenopodium quinoa Willd.) in Bolivia. It is demonstrated that AquaCrop is able to simulate the soil water content in the root zone, and the crop's canopy development, dry above-ground biomass development, final biomass and grain yield, under different soil fertility levels, for all four crops. Under combined soil water stress and soil fertility stress, the model predicts final grain yield with a relative root-mean-square error of only 11–13% for maize, wheat and quinoa, and 34% for tef. The present study shows that the semi-quantitative soil fertility approach of the AquaCrop model performs well and that the model can be applied, after case-specific calibration, to the simulation of crop production under different levels of soil fertility stress for various environmental conditions, without requiring detailed field observations on soil nutrient content.
Simulación de la producción de quinua en el altiplano boliviano con el modelo de Aquacrop con escenarios futuros generados por LARS-WG y QPM
(2015) Gavi Alavi; Jan Diels; Patrick Willems; Magali García Cárdenas
El Altiplano de Bolivia es una región semiárida a árida con condiciones adversas para la agricultura (4000 msnm). La quínoa (Chenopodium quinoa Willd.), alimento altamente nutritivo, está bien adaptado a las condiciones desfavorables del Altiplano. El presente estudio tiene como objetivo determinar el impacto del cambio climático sobre la quinua en tres localidades del Altiplano boliviano (Viacha, Patacamaya y Río Mulatos). Dos métodos de downscaling se emplearon para generar escenarios climáticos futuros (SREs y RCPs): LARS (escenarios B1, A1B y A2 para SRE) y QPM (escenarios 4.5 y 8.5 para RCP). Precipitación, temperatura máxima y mínima fueron generados para tres diferentes periodos (2030s, 2050s y 2090s). Para estimar la productividad de la quinua se utilizó el modelo AquaCrop. Entre los resultados se tiene que las temperaturas máximas y mínimas se incrementan más en RCPs que en SREs, para los años 2030s y 2090s. La precipitación mensual no mostró cambios significantes durante la época seca. El número de días con heladas se reducen. Asimismo, las probabilidades de periodos de helada que pueden dañar a la quinua (-3ºC) se reduciría. AquaCrop estima que el ciclo promedio se reduciría en todas las localidades y escenarios. Además, indicaron que si las condiciones de manejo en el campo (riego a secano, poca fertilidad, etc.) son similares a las actuales la producción no varía mucho para SRE. Sin embargo para RCPs, en Patacamaya y Rio Mulatos la producción se reduciría en un rango de 0,1 a 0,2 Mg ha-1. Finalmente, en Patacamaya y Río Mulatos se espera que la pérdida de producción por el estrés hídrico se incremente y en Viacha se presente un leve decremento en el estrés hídrico. Efectos positivos y negativos en la quinua son esperados en el Altiplano boliviano.
Soil organic carbon in Andean high-mountain ecosystems: importance, challenges, and opportunities for carbon sequestration
(Springer Science+Business Media, 2022) Gavi Alavi-Murillo; Jan Diels; Jere L. Gilles; Patrick Willems