CAPITULO
1 NECESIDADES DE AGUA DE LOS CULTIVOS 1.1 INTRODUCCIÓN Las necesidades hídricas de los cultivos expresan la cantidad de agua que es necesario aplicar para compensar el déficit de humedad del suelo durante su período vegetativo. Las plantas absorben el agua desde el suelo mediante sus raíces. Ambos, suelo y planta, están sometidos a los efectos de la lluvia, el sol y viento, qu e generan un mayor o menor grado de evaporación desde el suelo y transpiración de las plantas. Este proceso se conoce como evapotranspiración.
Fig. 1.1. Esquema del proceso de evapotranspiración
1
Las necesidades de agua se evalúan estableciendo, para un determinado período,
un
balance
entre
las
cantidades
de
agua
requeridas
para
la
evapotranspiración del cultivo y otros usos especiales, todo lo cual se contabiliza como pérdidas, y las aportaciones naturales efectivas, tales como la precipitación, la humedad precedente del suelo y cualquier otra contribución hídrica (inundaciones, agua subterránea). Los parámetros que intervienen en el balance hídrico son la evapotranspiración del cultivo (ETc), la precipitación efectiva ( Pe) durante su período de permanencia en el terreno y el agua aportada por el suelo. La diferencia entre el primer parámetro citado y los dos últimos determinan las necesidades de agua netas de cada cultivo.
Fig. 1.2. La evapotranspiración depende de las condiciones del clima, de los cultivos y de la humedad del suelo
1.2. FACTORES QUE QUE AFECTAN LA LA EVAPOTRANSPIRACIÓN EVAPOTRANSPIRACIÓN 1.2.1 Variables climáticas Los principales parámetros climáticos que afectan la evapotranspiración son la radiación, la temperatura del aire, la humedad atmosférica y la velocidad del viento. Se han desarrollado varios procedimientos para determinar la evaporación a partir de estos parámetros. La fuerza evaporativa de la atmósfera puede ser expresada por la evapotranspiración del cultivo de referencia (ETo). La evapotranspiración del cultivo de referencia (ETo) representa la pérdida de agua de una superficie cultivada estándar.
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1.2.2 Factores de cultivo El tipo de cultivo, la variedad y la etapa de desarrollo deben ser considerados cuando se evalúa la evapotranspiración de cultivos que se desarrollan en áreas grandes y bien manejadas. Las diferencias diferen cias en resistencia a la transpiración, la altura del cultivo, la rugosidad del cultivo, el reflejo, la cobertura del suelo y las características radiculares del cultivo dan lugar a diferentes niveles de ET en diversos tipos de cultivos aunque se encuentren bajo condiciones ambientales idénticas. La evapotranspiración del cultivo bajo condiciones estándar (ETc) se refiere a la demanda evaporativa de la atmósfera sobre cultivos que crecen en áreas grandes bajo condiciones óptimas de agua en el suelo, con características adecuadas tanto de manejo como ambientales, y que alcanzan la producción potencial bajo las condiciones climáticas dadas.
1.2.3 Manejo y condiciones ambientales ambientales Los factores tales como salinidad o baja fertilidad del suelo, uso limitado de fertilizantes, presencia de horizontes duros o impenetrables en el suelo, ausencia de control de enfermedades y de parásitos y el mal manejo del suelo pueden limitar el desarrollo del cultivo y reducir la evapotranspiración. Otros factores que se deben considerar al evaluar la ET son la cubierta del suelo, la densidad del cultivo y el contenido de agua del suelo. El efecto del contenido en agua en el suelo sobre la ET está determinado primeramente por la magnitud del déficit hídrico y por el tipo de suelo. Por otra parte, demasiada agua en el suelo dará lugar a la saturación de este lo cual puede dañar el sistema radicular de la planta y reducir su capacidad de extraer agua del suelo por la inhibición de la respiración. Cuando se evalúa la tasa de ET, se debe considerar adicionalmente la gama de prácticas locales de manejo que actúan sobre los factores climáticos y de cultivo afectando el proceso de ET. Las prácticas del cultivo y el método de riego pueden alterar el microclima, afectar las características del cultivo o afectar la capacidad de absorción de agua del suelo y la superficie de cultivo. Una barrera rompevientos reduce la velocidad del viento y disminuye la tasa de ET de la zona situada directamente después de la barrera. El efecto puede ser significativo especialmente en condiciones ventosas, calientes y secas aunque la evapotranspiración de los mismos 3
árboles podría compensar cualquier reducción en el campo. La evaporación del suelo de un huerto con árboles jóvenes, en donde los árboles están ampliamente espaciados, puede ser reducida usando un sistema de riego por goteo bien diseñado. Los goteros aplican el agua directamente al suelo cerca de los árboles, de modo en que dejan la mayor parte de la superficie del suelo seca, limitando las pérdidas por evaporación. El uso de coberturas, especialmente cuando el cultivo es pequeño, es otra manera de reducir substancialmente la evaporación del suelo. Los antitranspirantes, tales como estimulantes del cierre de los estomas, o los materiales que favorecen el reflejo del suelo, reducen las pérdidas de agua del cultivo y por lo tanto la tasa de transpiración. Cuando las condiciones de campo difieran de las condiciones estándar, son necesarios factores de corrección para ajustar ETc (ETc aj). Estos factores de ajuste reflejan el efecto del ambiente y del manejo cultural de las condiciones de campo.
Fig. 1.3. Evapotranspiración del cultivo de referencia (ETo), bajo condiciones estándar (ETc) y bajo condiciones no estándar (ETc aj)
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1.3. EVAPOTRANSPIRACIÓ EVAPOTRANSPIRACIÓN DE REFERENCIA (ETo) La cantidad de agua que las plantas transpiran es mucho mayor que la que usan para su crecimiento y fot osín osínttesis esis.. La tran transspir piración ción pue puede de con consi side derrarse, por tanto, como como el consum consumo o de agu agu de la planta. Además, se debe tener en cuenta que hay pérdidas por evaporación el agua desde la superficie del suelo. Por lo tanto, se considera que las necesidades de agua de los cultivos están dadas por la suma de la evaporación directa directa desde desde el suelo más la la transpir transpiració ació de las plantas, que es lo lo que que común comúnme ment nt se conoce conoce como como evapo evapotra transp nspira iració ción n y es una cantidad que varía según el clima y el e l cultivo. Para medir directamente la evapotransp nspiración se utiliza el lisí etro, que es un sistema sistema ideado ideado para tal fin fin, en el cual se mide el consumo de agua de una porción de parcela, de medidas concret cretas as,, sem sembr brad ada a de de un un cul culti tivo vo dete determ rmin inado (cultivo de referencia).
Fig. 1.4. Esquema que repr senta senta el proce proceso so de la evap evapotr otrans anspir piraci ación, ón, dent dentro de la relación agua, suelo, planta y clima.
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La evapotranspiración de referencia ( ETo), como el cultivo es siempre el mismo, variará según las condiciones del clima (radiación, temperatura, humedad, viento, etc.) y se expresa en mm de lámina de agua por día (mm/día). Existen muchos métodos empíricos para el cálculo de la evapotranspiración de referencia, en función de datos climáticos. El método a emplear se determina por el tipo de datos disponibles y según el nivel de exactitud requerido. Puede usarse el método del tanque evaporímetro, fórmulas empíricas (Blaney – Criddle, Turc, Thornthwite) o programas informáticos, como el CROPWAT, de la FAO, basado en la fórmula de Penman – Monteith. Los datos proporcionados por los evaporímetros (tanque de evaporación Tipo A) pueden ser confiables, cuando estén ubicados en condiciones adecuadas, con una instalación cuidadosa y un registro exacto y periódico de datos. Al realizar medidas en el tanque tipo A, podemos asimilar la evaporación que se produce desde una lámina de agua libre al poder evaporante de la atmosfera. Así, el equipo básico de medida es el tanque de evaporación, recipiente de tamaño estandarizado (Tanque de "clase A" = 1.20 m de diámetro, 25 cm de profundidad), con un tornillo micrométrico para medir el nivel del agua con precisión. Lógicamente, al lado siempre debe existir un pluviómetro (por ejemplo, si en el tanque ha bajado el nivel 2 mm. y en el mismo periodo han llovido 3 mm., la evaporación ha sido de 5 mm.).
Fig. 1.5. Tanques de evaporación "Clase A", instalados en un invernadero y utilizados para estimar la evapotranspiración de referencia.
Las medidas de evaporación del tanque se han relacionado con la ETo (Evapotranspiración de referencia). A partir de los valores de la evaporación del tanque
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(Et), se calcula la evapotranspiración de referencia ( ETo), mediante la siguiente expresión:
ETo = Kp x Et Dónde: Kp es un coeficiente que depende de las características del tanque, ubicación, condiciones climáticas, etc.
1.4 COEFICIENTES DE CULTIVO El coeficiente de cultivo Kc, describe las variaciones de la cantidad de agua que las plantas extraen del suelo a medida que se van desarrollando, desde la siembra hasta la cosecha. En los cultivos anuales normalmente se diferencian 4 etapas o fases de cultivo:
Inicial: Desde la siembra hasta un 10% de la cobertura del suelo aproximadamente.
Desarrollo: Desde el 10% de cobertura y durante el crecimiento activo de la planta.
Media: Entre floración y fructificación, correspondiente en la mayoría de los casos al 70-80% de cobertura máxima de cada cultivo.
Maduración: Desde madurez hasta la cosecha o recolección.
El Kc presenta valores pequeños al inicio del desarrollo del cultivo y aumenta a medida que se incrementa la cobertura del suelo. El valor máximo se alcanza durante la floración, se mantienen durante la fase media y finalmente decrecen durante la maduración. Lo mejor es disponer de valores de Kc para cada cultivo obtenidos en la zona y para distintas fechas de siembra, pero en ausencia de esta información se pueden usar valores referenciales de Kc, presentados en la bibliografía especializada.
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Tabla 1.1. Valores de Kc Según etapas de desarrollo para algunos cultivos Cultivos
Inicial
Desarrollo
Media
Maduración
días
Kc
días
Kc
días
Kc
días
Kc
Algodón
30-30
0.45
50-50
0.75
55-65
1.15
45-50
0.75
Avena
15-15
0.35
25-30
0.75
50-65
1.15
30-40
0.45
Berenjena
30-30
0.45
40-40
0.75
40-45
1.15
20-25
0.80
Cacahuete
25-30
0.45
35-40
0.75
45-45
1.05
25-25
0.70
Calabaza
20-25
0.45
30-35
0.70
30-35
0.90
15-25
0.75
Cebada
15-15
0.35
25-30
0.75
50-65
1.15
30-40
0.45
Cebolla verde
25-25
0.50
30-40
0.70
10-20
1.00
5-10
1.00
Cebolla seca
15-20
0.50
25-35
0.75
70-110
1.05
40-45
0.85
Col
20-25
0.45
25-30
0.75
60-65
1.05
15-20
0.90
Espinaca
20-20
0.45
20-30
0.60
15-40
1.00
5-10
0.90
Girasol
20-25
0.35
35-35
0.75
45-45
1.15
25-25
0.55
Guisante
15-20
0.45
25-30
0.8
35-35
1.15
15-15
1.05
Judía verde
15-20
0.35
25-30
0.7
25-30 2 5-30
1.10
10-10
0.90
Judía seca
15-20
0.35
25-30
0.7
25-30
1.10
20-20
0.30
Lechuga
20-35
0.45
30-50
0.6
30-50
1.00
10-10
0.90
Lenteja
20-25
0.45
30-35
0.75
30-35
1.10
40-40
0.50
Lino
30-30
0.45
50-50
0.75
50-50
1.15
45-50
0.75
Maíz dulce
20-20
0.40
35-30
0.80
25-30
1.15
10-10
1.00
Maíz grano
20-30
0.40
35-50
0.80
35-50
1.15
30-40
0.70
Melón
25-30
0.45
35-45
0.75
35-45
1.00
20-20
0.75
Mijo
15-20
0.35
25-30
0.70
25-30
1.10
25-35
0.65
Patata
25-30
0.45
30-35
0.75
30-35
1.15
20-30
0.85
Pepino
20-25
0.45
30-35
0.70
30-35
0.90
15-20
0.75
Pequeñas semillas
20-25
0.35
30-35
0.7 5
30-35
1.10
40-40
0.65
Pimiento
25-30
0.35
35-40
0.70
35-40
1.05
20-30
0.90
Rábano
5-10
0.45
10-10
0.60
10-10
0.90
5-5
0.90
Remolacha azucarera
25-45
0.45
35-65
0.80
35-65
1.15
40-40
0.80
Soja
20-20
0.35
30-30
0.75
30-30
1.10
25-30
0.60
Sorgo
20-20
0.35
30-35
0.75
30-35
1.10
30-30
0.65
Tomate
30-35
0.45
40-45
0.75
40-45
1.15
25-30
0.80
Trigo
15-15
0.35
25-30
0.75
25-30
1.15
30-40
0.45
Zanahoria
20-25
0.45
30-35
0.75
30-35
1.05
20-20
0.90
Debido a las variaciones en las características propias del cultivo en las diferentes etapas de crecimiento, Kc cambia desde la siembra hasta la cosecha. En la siguiente figura se presenta en formas esquemática, dichos cambios.
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Fig. 1.6. Curva generaliza del coeficiente de cultivo Kc, Fuente: Estudio FAO Riego y Drenaje 56
1.5 EVAPOTRANSPIRACION EVAPOTRANSPIRACION DEL CULTIVO Cuando la evapotranspiración se produce sin ninguna restricción de agua en el suelo se conoce como evapotranspiración del cultivo ( ETc) y corresponde a la cantidad de agua que debe ser aportada al suelo estacionalmente mediante lluvia y/o riego. La evapotranspiración del cultivo se calcula mediante la ecuación:
ETc ETo x Kc Donde:
ETc = Evapotranspiración del cultivo, en mm/día ETo = Evapotranspiración de referencia, en mm/día Kc = Coeficiente de cultivo (adimensional) 1.6 PRECIPITACION EFECTIVA Además de la evapotranspiración del cultivo, debe tenerse en cuenta la precipitación efectiva (Pe) en la estimación de las necesidades ne cesidades del agua para el riego.
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Desde el punto de vista agrícola, la precipitación efectiva es aquélla parte de la lluvia que se almacena en el e l volumen de suelo a la profundidad radicular y es consumida por la planta en el proceso de evapotranspiración.
1.7 DEMANDA DE AGUA Con los parámetros definidos anteriormente, el balance hídrico mensual será: Da
ETo x Kc
( Pe
Agua aportada )
El agua aportada considera los excedentes de la precipitación durante las épocas de lluvia, que quedan almacenados en el suelo y que posteriormente pueden ser aprovechados por los cultivos pero, para efectos de planificación de proyectos de riego, se considera cero dado que el objetivo es conocer la demanda de agua total del proyecto. Por lo tanto la demanda de agua será: Da
ETo x Kc Pe
1.7.1 Demanda de agua del proyecto Además de las necesidades de agua de los cultivos hay otras cantidades adicionales de agua que son necesarias para compensar las pérdidas por las condiciones en que se desarrolla el cultivo. Estas pérdidas se producen por:
Percolación profunda, por debajo de la zona de raíces.
Uniformidad de distribución del agua en la parcela de riego.
Requerimientos de lavado de sales del suelo.
Todas las pérdidas de agua se cuantifican en un término denominado eficiencia de riego (Er), el cual es el resultado del producto de las eficiencias ocasionadas en la conducción (Ec), en la distribución ( Ed) y en la aplicación del agua (Ea). Er Ec * Ed * Ea
Las necesidades totales del proyecto vienen dadas, entonces, por la relación: Nt
Da Er
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Cuando se utiliza agua salinas se deben aportar una cantidad adicional para lixiviar (desplazar fuera de la zona radicular) las sales que pudieran acumularse en el sue lo por efecto de la evapotranspiración. La lixiviación de las sales es una práctica obligada en el control de la salinidad del suelo, a nivel de la zona radicular. Para conocer las cantidades de agua necesarias de lixiviación, se parte de la condición que la salinidad del agua de riego actúa como único factor de influencia en la eficiencia de aplicación. Ejemplo 1.1 Para una zona determinada, donde la ETo es de 5 mm/día, durante el mes de noviembre, se desea saber cuál es la ETc del cultivo de maíz, que se encuentra en la fase media. Utilizando las tablas 1.1 correspondientes para el cultivo de maiz, se obtiene un Kc de 1.15, en la fase media del cultivo. Así la ETc diaria será:
ETc = ETo x Kc ETc= 5 x 1.15 ETc= 5.75 mm/día
Ejemplo 1.2 En un proyecto de irrigación, del total de área que se tiene planeado sembrar, 300 ha corresponden al cultivo de papa. La fecha de siembra es el mes de setiembre y el periodo vegetativo del cultivo es de cinco meses. Se pide calcular la demanda de agua mensual requerida para este cultivo en el punto de captación de la fuente de agua del proyecto y la demanda total de agua por hectárea. Considerar una eficiencia de riego (Er) para el proyecto de 40%. Tabla 1.2. Datos del ejemplo 1.2
ETo (mm/mes) Pe (mm/mes)
Set.
Oct.
Nov.
Dic.
Ene.
121,4 18,0
141,5 39,0
145,6 39,0
139,0 57,7
125,2 73,2
La ETc (mm/mes) se se calcula con la relación relación : La demanda de agua (mm/mes)
: 3
La demanda total del proyecto (m /ha)
: 11
ETc = ETo x Kc Da = ETc – Pe Nt = Da/Er x 10
Tabla 1.3. Resultados del ejemplo 1.2
Req. Agua Cultivo ETo (mm/mes) Pe (mm/mes) Kc ETc (mm/mes) Da (mm/mes) Nt (m3/ha)
Set.
Oct.
Nov.
Dic.
Ene.
121,4
141,5
145,6
139,0
125,2
18,0
39,0
39,0
57,7
73,2
0,5
0,8
1,17
1,16
0,88
60,7
113,2
170,4
161,2
110,2
42,7
74,2
131,4
103,5
37,0
1067,5
1855,0
3285,0
2587,5
925,0
12
