Resumen el conocimiento de la demanda evapotranspirativa de los cultivos, para la planeación y operación de las actividades agrícolas es muy importante.






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fecha de publicación26.10.2015
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METODOLOGIA PARA LA ESTIMACION DEL REQUERIMIENTO DE RIEGO EN BASE A FUNCIONES DE PRODUCCION1

Leonardo Tijerina Chávez2 y Guillermo Crespo Pichardo3

RESUMEN

El conocimiento de la demanda evapotranspirativa de los cultivos, para la planeación y operación de las actividades agrícolas es muy importante. La literatura es rica sobre ‚éste tema, existiendo numerosos m‚todos empíricos para calcular la evapotranspiración potencial (ETp); sin embargo, su uso está limitado a la disponibilidad de datos meteorológicos; adicionalmente, la estimación de la evapotranspiración real (ETr) de cada cultivo para cada localidad específica, ha sido determinada siguiendo diferentes criterios y metodologías. En consecuencia, los coeficientes de desarrollo de los cultivos (Kc), obtenidos a partir de ‚éstos cálculos son inciertos si no se específica el clima y las condiciones del régimen de humedad del suelo durante la estación de crecimiento de cada cultivo. Técnicas para mejorar la eficiencia en el uso del agua en los Distritos de Riego de México, consideran nuevas metodologías de operación de la red de canales y entrega del agua a nivel de parcela del agricultor. En ‚éste contexto, el objetivo del presente trabajo, es poner a consideración del personal técnico dedicado a la planeación y operación de los Distritos de Riego, un programa de cómputo de la metodología para estimar el requerimiento de riego. La metodología considera varios m‚todos para calcular la evapotranspiración de referencia y evapotranspiración potencial a nivel regional. El cálculo de la evapotranspiración real, considera el régimen de humedad del suelo en cada etapa fenológica de los cultivos como la principal variable en las funciones de producción; asumiendo que los otros factores de producción se mantienen a un nivel óptimo para obtener el máximo rendimiento. Con ‚esta base es posible calcular los coeficientes de cultivo para cada localidad en particular, y conociendo la función matemática que relaciona el consumo de agua por el cultivo en cada etapa fenológica con su rendimiento correspondiente, es posible estimar la reducción del rendimiento potencial cuando el cultivo sufre de deficiencia o exceso de agua en el suelo en alguna de sus etapas fenológicas. El programa fue escrito en Turbo Pascal versión 6.0. Consta básicamente de tres archivos: climático, cultivos y suelos. Con los datos climáticos y de cultivo se calculan los requerimientos de riego e interactuando con los datos de la capacidad de retención de agua en del suelo a la profundidad radical apropiada, el programa calcula el calendario de riego.

1 Contribución del Programa de Agrometeorología, Colegio de Postgraduados. 56230 Montecillo, México.

2 Profesor Investigador Adjunto.

3 Investigador Adjunto.
METHODOLOGY TO ESTIMATE THE CROP WATER REQUIREMENTS ON

CROP PRODUCTION FUNCTION BASIS.1

Leonardo Tijerina Chávez2 y Guillermo Crespo Pichardo3

The knowledegement of the crop water requirements for planning and operation of the agricultural activities, is very important. Literature is rich in this topic, the empirical methods to calculate potential evapotranspiration (ETp) are numerous; however, its use is limited to the availability of the meteorological data, in addition the estimation of real evapotranspiration (ETr) of each crop in a specific location have been determined following different criteria and methodologies. In consequence, the crop coefficient values (Kc), obtained from these calculations (Kc = Etr/ETp) are uncertained if not is specified the weather and soil water regime of each crop during its growth season. Techniques to improve the water use efficiency of the Mexican Irrigation Districts, takes into account new methodologies to operate the channel network, and water delivery at farmer plot level. In this context, the objective of this paper is to put under consideration of the technical personnel dedicated to planning and operate the irrigation districts, a computer program of the methodology to estimate the crop water requirements. The methodology considers several methods to calculate the reference evapotranspiration and potential evapotranspiration at regional level. Calculation of real evapotranspiration, takes into account the soil water regime in each phenological stage of each crop, as the main variable in each crop- production-function, assuming that the other production factors are maintained at optimal level to get the maximum yield. On these basis is possible calculate the crop coefficients for each particular location, and also knowing the mathematical function that relates the water consumption by the crop in each phonological stage with the corresponding yield, is possible to estimate the reduction of the potential yields when crop suffers deficiency or excess of water in the soil in some of its phenological stage. The program was written in Turbo Pascal version 6.0 . It has basically three files: climatic, crop and soil information. With the climatic and crop data are calculated the crop water requirements and interacting with the soil water retention capacity at the appropriate root depth, the program calculates the irrigation scheduling.

1 Contribución del Programa de Agrometeorología, Colegio de Postgraduados. 56230 Montecillo, México.

2 Profesor Investigador Adjunto.

3 Investigador Adjunto.
METHODOLOGIE D'ESTIMATION DES BESOINS EN EAU DES CULTURES D'APRES UNE FUNCTION DE PRODUCTION

RESUME

La connaissance des besoins en eau des cultures est très importante pour la planification des activités culturales. La littérature sur ce sujet abonde, et il existe de nombreuses méthodes empiriques pour calcules l'evapotranspiration potentielle (ETP). Cependant, leur usage est limité pour la disponibilité des données météorologiques.

L'évapotranspiration réelle pour une culture donnée, dans un lieu donné est déterminée, d'aprés plusieurs critères et méthodologies. Il en découle que le coéficient cultural (Kc) obtenu par ces méthodes (Kc= ETR/ETP) reste peu fiable si l'on ne précise pas les spécificités du climat et du régime hydrique du sol pour chaque culture.

Les planifications recentes visant á améliorer l'efficience de l'eau dans les périmétres irrigués mexicains prennent en compte de nouvelles méthodes de gestion du réseau hydraulique et de distribution d'eau au niveau de la parcelle. Dans ce contexte, le but de cet article est de mettre sur pied, pour le personnel technique gérant les périmétres irrigués, une méthode facilement appréhendable de calcul des besions en eau. Cette méthode prend en compte différentes options permettant le calcul de l'évapotranspiration de référence et de l'évapotranspiration potentielle au niveau régional.

Les calculs de l'évapotranspiration réelle d'apres des fonctions de production sont basés essentiellement sur le régime hydrique du sol et sur le stade phenologique de la culture, ceci pour atteindre on rendement maximum, tous les autres paramétres étantá leur niveau optimal. Sur ces bases, on peut calculer les coéficients culturaux pour un lieu donné. Il est aussi possible de construire la fonction mathématique qui relie la consommation en eau de la plante pour chaque stade phoenologique au rendement espéré.

On peut aussi estimer la réduction du rendement potentiel occasionnée par un stress hydrique ou au contraire par en excés d'eau dans le sol. Le programme est ecrit en Turbo-Pascal et il contient 3 fichiers principaux: climat, culture et sol, avec lesquels, a partir des besions en eau et de la capacité de retentiondu sol pour une profondeur racinaire donnée, le programme élabore un calendrier d'irrigation.
REQUERIMIENTOS DE RIEGO Y CALENDARIO DE RIEGO

Leonardo Tijerina Chávez*

* Profesor Investigador Adjunto, Centro de Hidrociencias. Colegio de Postgraduados, Montecillo, México.

INTRODUCCIÓN.

El propósito del riego es el de abastecer a los cultivos con el agua necesaria con el fin de optimizar sus rendimientos. El contenido de agua en el suelo puede perderse, al transferirse a la atmósfera a través de los procesos de absorción y transpiración por las plantas, la evaporación directa a partir de la superficie del suelo y por percolación por debajo de la zona radical. Existen una variedad de otro tipo de pérdidas que deben considerarse en la determinación del requerimiento de riego. En la figura 1 se ilustra el balance de agua en una parcela, después de que cierta cantidad de agua ha sido aplicada. A partir del diagrama de la figura 1 se puede establecer una relación simple entre los requerimientos de riego, (RR) y la evapotranspiración, (ET).

RR=(ET - Pe)+pérdidas de agua Ecuación 1

En muchos casos en las zonas áridas o en la estación seca del año la probabilidad de contar con lluvia efectiva (Pe) puede ser nula. Si el método de riego es bien seleccionado y bien operado, las pérdidas pueden ser bajas y por lo tanto el requerimiento de riego depende en una mayor parte de la evapotranspiración.

En nuestro país la mayor parte de los Distritos de Riego se ubican en climas áridos y semiáridos en cualquiera de sus modalidades (estepario, mediterráneo y savana) y en los valles altos dentro de la zona tropical, donde la ET varía con la estación del año y la suma de esta durante los correspondientes períodos de crecimiento de cada cultivo determina el volumen de agua requerido. Sin embargo en las áreas de riego con clima subhúmedo el requerimiento de riego puede disminuirse en función de la precipitación, que ocurre durante el período húmedo del año que coincide con el período de crecimiento y por aportaciones del manto freático en ciertas regiones.

De acuerdo con lo anterior es evidente que la ET es la componente del requerimiento de riego y su medición o estimación llega a ser de suprema importancia.

Evaporación y Transpiración.

La evaporación del agua hacia la atmósfera ocurre a partir de la superficie de cuerpos de agua tales como: mares, lagos, agua almacenada en depresiones y vasos de almacenamiento, a partir del suelo, y de la vegetación húmeda. La mayor parte del agua que se evapora a partir de las superficies de las plantas es agua que ha sido absorbida por las raíces y transportada hasta las hojas en donde escapa hacia la atmósfera a través de los estomas y la cutícula.

El proceso de transporte del agua que ha pasado a través de la planta hacia la atmósfera es llamado transpiración.

En un campo la evaporación directa a partir de la superficie del suelo y la transpiración de las plantas constituye lo que se conoce como evapotranspiración.

Ambos procesos evaporación y transpiración ocurren simultáneamente y es difícil separarlos en la naturaleza pero el proceso es físicamente idéntico ya sea que tenga lugar a partir de la superficie del suelo o de la superficie de las plantas.

La evaporación del agua requiere de energía calorífica, alrededor de 585 cal/g son requeridas para evaporar agua a temperatura ambiente. Este hecho establece uno de los requerimientos físicos para que la evaporación tenga lugar; además de que tiene que haber un gradiente de la presión de vapor para que halla una transferencia neta de vapor de agua y por supuesto debe existir agua disponible para evaporarse.

La principal fuente de energía calorífica dentro de un área dada para suplir la gran cantidad de calor de vaporización es la radiación solar, pero el calor puede ser importado externamente. La energía advectiva será considerada posteriormente.
FACTORES DEL CLIMA QUE AFECTAN Et.

Radiación y Balance de Energía.

La radiación solar recibida sobre la superficie de la tierra consiste de dos componentes. La radiación solar directa y la radiación difusa. La radiación total que llega es en parte reflejada, otra parte es absorbida y en parte reiradiada a la atmósfera. La proporción de radiación que llega y es reflejada se llama albedo y los valores en términos generales son de 0.05 para el caso de superficies de agua y 0.25 para un cultivo maduro. Los valores del albedo para un suelo desnudo están entre esos dos valores dados, pero no difieren substancialmente del valor dado para el caso de cultivos.

La diferencia entre el total de la energía que llega y el total de la que sale, es llamada radiación neta (Rn), que es una medida del flujo de energía sobre la superficie del suelo. Esta energía es disipada en calentar el aire (H), calentar el suelo (G), o en evaporación (ET), principalmente; por lo que la ecuación del balance de energía puede escribirse como:

Rn = H + G + ET Ecuación. 2

Cada término puede expresarse en unidades de energía como (cal/cm2.hr) o en lámina de agua evaporada (cm/hr), ambas unidades son equivalentes, ya que para evaporar 1 g de agua a temperatura ambiente (20°) se requieren 585 cal. Cuando se tiene una vegetación densa la cantidad de energía calorífica que llega al suelo puede ser muy pequeña y ser omitida en la expresión anterior; por lo que la Rn se disipa básicamente en dos formas sobre la mayoría de las superficies.

Rn = H + ET Ecuación 3

En condiciones áridas, si se hace la estimación de estas componentes a nivel diario, cuando no existe agua disponible para evaporarse, H constituye la mayor parte de Rn, y al contrario, en un cultivo bien irrigado la ET domina y H puede ser solo entre 10 y 20% de la ET.

Evapotranspiración Potencial y Evapotranspiración Actual.

Hay diferencia entre los conceptos transpiración y evaporación de una superficie libre, la mayor parte del agua transpirada por las plantas es perdida a través de los estomas y estos se cierran durante la noche, por lo tanto, la evaporación a partir de la superficie de las plantas en la noche puede ser limitada, no por la cantidad de energía presente, sino por la disponibilidad de agua en la superficie de las hojas.

A partir de consideraciones aerodinámicas, los estomas ofrecen resistencias adicionales a las pérdidas de agua cuando se comparan en una superficie libre y estas pueden restringir la difusión del vapor de agua de las hojas a la atmósfera. Sin embargo, durante el día cuando los estomas están completamente abiertos la transpiración es determinada primeramente por la energía disponible; esta energía es dependiente de una serie de factores climáticos que son característicos de una área en particular en un tiempo dado. Para propósitos de comparación y para estimar el requerimiento de agua de las plantas es necesario definir la evapotranspiración de referencia o estándar. Penman intentó esto definiendo como "Evapotranspiración potencial" como la evaporación que ocurre en una superficie extensa sembrada con un cultivo corto, que cubre completamente el suelo y sin restricciones de humedad. Esta definición es inexacta y no real en el caso de climas áridos semiáridos, ya que la mayor parte de las tierras irrigadas donde están localizadas se omite la consideración de otras fuentes de energía además de la radiación neta.

La transferencia de energía advectiva dentro del área de interés puede aumentar la energía disponible para evaporación por encima de los valores de la radiación neta. Parece ser más apropiado para definir esta evapotranspiración como una evapotranspiración de referencia (ETo) limitada climáticamente. La razón es que el clima determina el total de la energía disponible para la ETo en una localidad dada y si el cultivo esta bien abastecido de agua, este transpirará a su tasa potencial.

Definiendo la ETo en términos de energía, ayuda a visualizar la idea que la evapotranspiración es muy parecida para la mayoría de los cultivos cuando alcanzan la cobertura completa del terreno y están bien abastecidos de agua. Como ejemplos podemos citar los siguientes: un cultivo es irrigado por aspersión, las altas pérdidas por evaporación a partir de las superficies del cultivo mojado compensan la baja transpiración. Otro concepto erróneo muy común es que la ET del arroz en condiciones de inundación es varias veces mayor que la de un cultivo similar bien regado. La ET al inicio de la estación de crecimiento puede ser alta hasta antes que el cultivo alcanza su cobertura total; pero posteriormente, la ET no es mayor, ya que la ET es limitada climáticamente. Los altos requerimientos de riego del "arroz de inundación" son causadas por pérdidas por percolación en lugar de evapotranspiración.

La evapotranspiración actual (ETr) generalmente difiere de la evapotranspiración de referencia ETo porque varios parámetros de la planta pueden afectarla. Además debido a que las plantas pueden controlar la transpiración bajo condiciones limitadas de abastecimiento de agua al suelo, en muchos casos la ETr es un poco menor que la ETo.

A partir de la definición de la ETo cualquier cultivo que cubre completamente el suelo en condiciones de un buen abastecimiento de agua puede transpirar igualmente. Hay sin embargo, algunas diferencias entre cultivos que se discutirán más adelante cuando se consideran los factores de la planta que afectan la evapotranspiración.

El Concepto de Advección.

Hasta ahora nosotros hemos considerado la partición de la Rn sobre un cultivo bien irrigado y se ha visto que la mayor parte de la Rn es transferida para la ET bajo estas condiciones. Si ahora consideramos el balance de energía sobre una superficie de suelo desnudo y seco, la mayor parte de la Rn calentará el aire y el suelo debido a la escasez de agua para evaporación. Esto aumenta el calor contenido en el aire (calor sensible H) y cuando la dirección del viento es tal, que el aire seco y caliente es transferido a un campo irrigado, este constituye otra fuente de energía para ETr. La ETr puede entonces exceder la Rn. Este intercambio de energía entre áreas secas con vegetación interespaciada es conocido como advección.

Existen diversos tipos de advección dependiendo de la escala que se considere; en una pequeña escala es llamado "efecto de orilla"; este efecto ocurre en la frontera del área seca y el campo irrigado y es debida a la transferencia horizontal del calor dentro de la parcela húmeda. Como resultado de esto, la ETr es mayor en la frontera viento arriba. Esta es la razón principal del porque las parcelas localizadas en un ambiente seco usan mas agua.

También es bien conocido el hecho, que las plantas localizadas a la orilla de campos irrigados son de menor talla que el resto y es debido probablemente al efecto de orilla.

Otro tipo de advección a pequeña escala ocurre en cultivos en hileras. Cuando las hileras están ampliamente espaciadas, la energía radiante incidente sobre la parte desnuda seca el suelo entre las hileras de plantas calienta el suelo y al aire circundante. Esto constituye una fuente adicional de energía que induce a una mayor ETr y puede compensar una posible reducción en la ETr debido a la escasez de follaje que intercepta radiación.

La advección ocurre dentro de una zona extensamente irrigada y es debida a la transferencia del calor contenido en el aire que sopla sobre la superficie del cultivo y aumenta la energía disponible para ETr a un nivel mayor que la Rn. Este tipo de advección es llamado "efecto de oasis" y ocurre a nivel local o regional. Cuando el área irrigada durante la época seca está rodeada por áreas sin cultivos. Un buen ejemplo de advección a escala regional son las áreas irrigadas del Valle Central de California que durante el verano reciben considerables cantidades de energía advectiva de los desiertos cercanos de California y Nevada.

Volviendo a la definición de "ET potencial" podemos ver que en los casos discutidos anteriormente la ETr puede ser mayor que la ET potencial definida. El problema del cálculo de la ETr bajo estas situaciones es difícil de cuantificar, ya que la energía advectiva puede variar con la velocidad y dirección del viento así como en función de otros factores climáticos, por lo tanto, para la estimación de los requerimientos de riego uno debe estar enterado de este hecho y no solamente a partir de las estimaciones de la ET potencial.
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