Pérdidas de agua por evaporación en maíz con siembra convencional y directa para diferentes niveles de cobertura muerta. II modelos y relaciones

 

Water losses by evaporation in corn with conventional and zero tilling for different levels of dead covering. II models and relationships

 

 

 

 Juan Pacheco Seguí¹,  Juliano Gomes de Andrade², Reimar Carlesso³ y Célio Trois⁴

 

¹ Doctor en Ciencias, Profesor Titular, Facultad de Ciencias Agropecuarias, Universidad Central de Las Villas, Carretera de Camajuani km 5, Santa

  Clara, Villa Clara, Cuba. E-mail: [e-mail]

² Máster en Ciencias, Sistema Irriga. Universidad Federal de Santa Maria, Río Grande del Sur, Brasil.

³ Doctor en Ciencias, Profesor Titular del Dpto. de Ingeniería Rural, Universidad Federal de Santa Maria, Río Grande del Sur, Brasil.

⁴ Máster en Ciencias, Sistema Irriga. Universidad Federal de Santa Maria, Río Grande del Sur, Brasil.

 

 

 

 

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RESUMEN

 

El objetivo del presente trabajo fue hallar la variación de la evaporación y evapotranspiración del maíz dentro del ciclo de secado, para establecer los modelos que relacionan la extracción de agua de las plantas de maíz con el desarrollo del cultivo, la masa de paja y la suma de grados días. Existe correlación con la extracción media diaria, para la masa de paja (P) y el índice de área foliar (IAF) solamente. La extracción de agua acumulada del cultivo tiene correlación significativa con la masa de paja (P), la altura de las plantas (Altp) y la suma de grados de la temperatura media diaria (SG).

 

Palabras clave: modelación, evapotranspiración, maíz.

 

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ABSTRACT

 

The objective of the present work was to find the variation of the evaporation and evapotranspiratión of maize in the drying cycle, to establish the models that could relate the extraction of water from the soil with the developing of the plants, the straw mass used as mulch and the sum of days-degrees. Correlations were only found between the mean daily extractions, the straw mass (P) and the foliar area index (FAI). The accumulated water extraction of the crop has significant correlation with the straw mass (P), the height of the plants and the sum of degrees of the mean daily temperature (SG).

 

Key words: Modeling, maize, evapotranspiratión.

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INTRODUCCIÓN

 

La evapotranspiración de los cultivos anuales durante sus estados iniciales, tiene lugar fundamentalmente a expensas de la evaporación desde el suelo, es por eso, que la frecuencia de humedecimiento del suelo en ese período tiene una gran influencia en la magnitud de los valores de la evapotranspiración. Ya es bien conocido, que el proceso de evaporación de agua del suelo  atraviesa por tres estados (Feddes 1971; Ritchie 1972; Idso et al. 1974; Kanemasu et al. 1976; Hanks and Hill 1980; Ritchie and Johnson 1990). Durante el estado-1, la tasa de evaporación es solamente limitada por la cantidad de energía disponible para vaporizar la humedad en la capa superficial del suelo y es similar a la evaporación desde una superficie de agua. Esta fase termina cuando el contenido de humedad en la capa superficial del suelo decrece y el potencial matricial alcanza un valor crítico. Durante el estado-2, la tasa de evaporación está limitada por la falta de agua en la capa superficial de suelo y por las propiedades hidráulicas del mismo, las cuales determinan la transferencia de líquido o vapor de agua a la superficie. En este estado el flujo de agua se mueve en forma de líquido y vapor. El estado-2 termina cuando el movimiento de agua es mínimo y solamente tiene lugar el flujo de vapor a través de los poros del suelo. El estado-3 es caracterizado principalmente por las propiedades físicas y adsorbentes del suelo y la tasa de evaporación es despreciable.

 

Según Allen et al. 1998 para cálculos diarios y precisos, deben usarse dos coeficientes, el coeficiente Ke que relaciona la evaporación del suelo(Es) con la evapotranspiración de referencia (Eto), lo que permite el cálculo de la evaporación diaria desde el suelo en la ecuación siguiente:

 

Es = Ke·Eto                                                                                                              (1)

 

Mientras que la evapotranspiración del cultivo (Etc) es calculada a partir del concepto de dividir el coeficiente Kc en dos coeficientes, o sea:

 

Etc=(Ke+Kcb)·Eto                                                                                                   (2)

donde:

 

 Kcb - se conoce como el coeficiente basal que representa el componente de la transpiración en la ETc.

 

El uso de cobertura muerta modifica el comportamiento del consumo de agua por evaporación en los ciclos de secado, lo que permite un importante ahorro de agua en los cultivos, así Zhang (2003) reporta un ahorro que va de 40% del agua en las fases iniciales del cultivo hasta 20% en el estado de maduración, habiendo logrado incrementos en la eficiencia de uso del agua de 13 y 18% en trigo y maíz respectivamente.

 

El objetivo del presente trabajo fue modelar las relaciones existentes entre las perdidas de agua del suelo, la masa de la cobertura muerta del mismo, algunas variables agrometeorológicas  e indicadores fenológicos de las plantas en siembra directa y convencional.

 

 

MATERIALES Y MÉTODOS

 

En un experimento donde se estudió durante 38 días las pérdidas de agua del suelo en el cultivo del maíz, la humedad se midió con TDR 100 y se realizaban lectura cada 15 minutos en las capas de 0-10cm y 10-30cm y se observaron cuatro tratamientos, los cuales se detallan en la Tabla 1.

 

Se analizan fundamentalmente dos ciclos de secado para encontrar las relaciones entre la extracción de agua y  los tratamientos estudiados.

 

Se asume que la extracción de agua en el ciclo de secado 6-13 de noviembre a los siete días después de la emergencia  (DDE=7) y con un Índice de Área Foliar (IAF) muy pequeño (0,085) que corresponde fundamentalmente a la evaporación del suelo descubierto, por ser prácticamente despreciable la transpiración en plantas de  una altura inferior a 6 cm. En la Tabla 2, en lugar de Kc se calcula Ke. Por otra parte, la extracción que tiene lugar en el ciclo de secado del 4-8 de diciembre (IAF=2,78), se considera que  corresponde a la evapotranspiración del cultivo y fue imposible separar sus dos componentes. Para el primero y segundo ciclos de secado la Eto media fue de 4,72  y 5,55 mm/día respectivamente calculada por Penman-Monteith. Conocida la evaporación del suelo se estimó el coeficiente Ke y también el coeficiente de reducción (Kr) de la evaporación, atendiendo a Allen et al. (1998) que establece que:

Kr = Ke/Ke_max                                                                                                                                                (3)

donde:

Ke - coeficiente que relaciona la evaporación del suelo con la evapotranspiración de referencia.

Ke_max - coeficiente que tiene lugar cuando se produce la máxima evaporación desde suelo, al inicio de un ciclo de secado.

 

 

 

Para correlacionar la extracción media diaria de agua del suelo, se tomó el valor medio de las pérdidas de agua en tres ciclos de secado de seis días de duración en la profundidad 0-10 cm, correspondientes a  los períodos 6-11 noviembre, 26 nov-1ro diciembre y 3-8 diciembre y para la extracción acumulada se procesaron los datos para cinco edades diferentes de las plantas, o sea DDE 7, 15, 20, 26 y 34. Como variables independientes se tomaron las siguientes: Peso de la paja en t/ha (P), la evapotranspiración de referencia diaria en mm (Eto), el Índice de área foliar (IAF), los días transcurridos después de la emergencia del cultivo (DDE), la suma de grados días de la temperatura media diaria desde la emergencia de las plantas (SG) y la altura de la plantas en cm (Altp). Finalmente se calcularon las ecuaciones de regresión, todos los datos fueron procesados con el paquete estadístico SAS.

 

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

 

La evaporación diaria de agua del suelo, en un ciclo de secado al inicio del cultivo aparece en la Tabla 2, en la misma aparecen también los coeficientes Ke para cada tratamiento.

 

Los tratamientos con cobertura muerta muestran valores de evaporación al inicio del ciclo de secado que son marcadamente inferiores. Sin embargo, el valor medio de la evaporación del ciclo de secado para los dos tratamientos sin cobertura muerta resultó igual con independencia del tipo de preparación del suelo. La siembra directa mantiene un nivel más bajo de evaporación, pero es capaz de suministrar agua a la superficie del suelo por un período de tiempo más largo. El tratamiento con siembra convencional sin cobertura, alcanzó el valor más alto de Ke, el cual, llegó hasta 0,87. El valor medio de Ke = 0,40 obtenido para los tratamientos sin cobertura es muy similar al valor medio de Kc_ini que recomienda Allen et al. (1998) para suelos con irrigaciones a intervalos de 7 días, lo que demuestra la precisión de los datos obtenidos.

 

El coeficiente de reducción de la evaporación se presenta también en la Tabla 2, se destaca en el tratamiento con siembra convencional una rápida reducción de la evaporación, la cual, a los siete días de la saturación es el 14% del valor máximo del ciclo de secado, sin embargo, el uso de siembra directa sin cobertura, mantiene más altos niveles de suministro de agua a partir del tercer día de saturado el suelo y un valor más alto (23%) al final del ciclo de secado, los tratamientos con 3 y 6 t/ha de cobertura muerta presentan una tasa estable de evaporación hasta transcurridos tres días después de saturado el suelo y trascurridos 7  días del ciclo de secado evaporan 41 y 63 % del valor máximo obtenido al inicio del ciclo. Lo anterior demuestra las posibilidades de la cobertura  con paja para la conservación de la humedad  y su utilización por la planta en días posteriores.

 

En la Tabla 3 se presenta la extracción de agua del maíz en un ciclo de secado, 34 días después de la emergencia, en la misma se destacan los más altos coeficientes Kc para la siembra directa sin paja en los primeros dos días del ciclo de secado, pero después es sobrepasado por el tratamiento con 6 t/ha de paja. En los tratamientos de siembra directa  el valor del Kc medio en el ciclo de secado varia de 0,40 a 0,47 muy superior al valor medio de 0,36 alcanzado por la siembra convencional, eso demuestra el mayor suministro de agua a las plantas que se logra en el suelo sin labrar,  por otra parte en la medida que se añade paja al suelo  se produce una economía de agua que hace disminuir el Kc medio del ciclo de secado hasta 0.40 en el tratamiento de 6 t/ha de paja en comparación con el 0,46 del tratamiento de siembra directa sin paja. En un ciclo de secado de 5 días, la siembra directa  con 6 t/ha de paja ahorra 1,78 mm de agua en comparación con la siembra directa sin paja.

 

 

El análisis de la relación existente entre la extracción diaria de agua del suelo, en el estrato 0-10 cm y otras variables independientes aparece en la Tabla 4, igualmente aparece para la extracción acumulada. En la mencionada tabla se aprecia que existe correlación con la extracción media diaria, para la masa de paja (P) y el índice de área foliar (IAF) solamente, pero cuando el modelo se establece únicamente para siembra directa y no incluye la siembra convencional la correlación es mas fuerte. La correlación entre la extracción diaria y la masa de paja (P) usada como cobertura disminuye en la medida en que avanza la edad del cultivo, esto se debe al efecto compensador que ejerce el área foliar del cultivo, con lo cual disminuye el efecto de la cobertura muerta.

 

 

El valor de la extracción media diaria en un ciclo de secado para las condiciones analizadas no tiene correlación con la edad del cultivo, la altura de las plantas y la suma de los grados días en el momento donde se origina el ciclo de secado. La extracción acumulada del cultivo tiene correlación significativa con  la masa de paja (P), la altura de las plantas y la suma de grados de la temperatura media diaria.

 

 

En la Tabla 5 se muestran las características del modelo obtenido. Se estableció una ecuación general para calcular la extracción media diaria para todos los tratamientos estudiados y otro modelo para la siembra directa solamente. Se obtuvieron modelos para calcular la extracción media diaria en tres momentos diferentes del ciclo vegetativo del cultivo, o sea, DDE 7, 26 y 34 y se obtuvieron  modelos para estimar la extracción acumulada del maíz en cinco momentos, o sea, en DDE 7, 15, 20, 26  y 34.

 

Las ecuaciones obtenidas para la extracción media diaria (Extmdiaria) fueron las siguientes:

 

 

Extmdiaria = 1,76 – 0,11 P + 0,36 IAF      (para SD y SC)                                                     (4)

 

Variables    R2parcial    R2Model

IAF               0,50             0,50

P                  0,25             0,75

 

 

TABLA 5. Características de los modelos obtenidos

 

n.s = No significativo

 

Extmd = 1,71 - 0,11 P + 0,40 IAF      (para SD solamente)                                       (5)

 

Variables    R2parcial    R2 Model

 

IAF               0,59                0,59

P                  0,22                0,81

 

Para DDE 7

 

Extmd =1,96-0,18 P                                                                                                    (6)

 

Variables    R²parcial      R² Model

Paja              0,86                0,86

 

Para DDE 26

 

Extmd = 2,07-0,08 P                                                                                                    (7)

 

Variables    R²parcial    R² Model

Paja              0,42            0,42

 

Para DDE 34

Extmd = 2.68 – 0.08 P                                                                                                 (8)

 

Variables    R²parcial     R² Model

Paja              0,38              0.38

 

Las ecuaciones obtenidas para la extracción acumulada (ExtAC) fueron las siguientes:

 

Para Siembra Directa solamente

 

ExtAc= 5,66 - 2,36 P + 0,08 SG + 0,27 Altp                                                              (9)

 

Variables    R²parcial       R²Model

SG                0,76                0,76

P                   0,17                0,93

Altp               0,009              0,94

 

Para DDE 7

 

ExtAc = 6,66 - 0,83 P                                                                                               (10)

 

Variables    R²parcial    R² Model

P                   0,85            0,85

 

 

Para DDE 15

 

ExtAc = 18,35-1,60 P                                                                                               (11)

 

Variables    R² parcial    R² Model

P                  0,91            0,91

 

Para DDE 20

 

ExtAc = 25,27 - 2,35 P                                                                                             (12)

 

Variables    R²parcial   R² Model

P               0,90            0,90

 

Para DDE 26

 

ExtAc = 35,19 - 3,25 P                                                                                           (13)

 

Variables    R² parcial    R² Model

P                  0,91            0,91

 

 

Para DDE 34

 

ExtAc = 54,02 – 4,10 P                                                                                         (14)

 

Variables    R² parcial   R² Model

P               0,92            0,92

 

En las  Figuras 1 y 2 se presentan los resultados de la capacidad predictiva de las ecuaciones 5 y 9 para la extracción media diaria y la extracción acumulada en siembra directa de maíz. Según la dispersión de los puntos alrededor de la línea de tendencia se observa una mejor predicción por la ecuación de la extracción acumulada. La ecuación para la extracción media diaria sobreestima ligeramente los valores cuando están por debajo de 1,7 mm y los subestima cuando sobrepasan los 2,0 mm. La ecuación para la extracción acumulada de agua por el maíz presenta un R²= 0,94 y su capacidad de predicción resulta muy alta hasta los 60mm de agua extraídos como puede apreciarse en la figura 2, por la correspondencia entre la línea de tendencia (línea continua) y la línea 1:1 (línea discontinua). En las Figuras  3 y 4 se presenta la relación que existe entre la siembra directa sin cobertura muerta y cuando se usan 3 y 6 t/ha de paja respectivamente.  Puede apreciarse que  existe un buen ajuste a una ecuación polinómica de segundo grado con un R² = 0,99 en ambos casos. La relación mostrada tendrá una gran utilidad para estimar el efecto de diferentes cantidades de paja sobre la reducción  de la extracción de agua por el maíz.

 

CONCLUSIONES

 

• El coeficiente de evaporación medio del ciclo de secado (Ke) para la siembra directa y convencional, ambas sin paja presentó al inicio del ciclo vegetativo del cultivo valores muy semejantes (0,40) y el tratamiento con 6 t/ha de paja reduce su evaporación casi a la mitad de los tratamientos anteriores (Ke=0,22).

 

• Los tratamientos con 3 y 6 t/ha de cobertura muerta presentan una tasa estable de evaporación hasta transcurridos tres días después de saturado el suelo y trascurridos 7 días del ciclo de secado evaporan 41 y 63% del valor máximo obtenido al inicio del ciclo.

 

• La extracción media diaria de agua por el maíz tiene una correlación significativa con las t/ha de paja y el índice de área foliar y no presenta correlación con la altura de las plantas, la suma de grados días y los días transcurridos después de la emergencia de las plantas.

 

• La extracción acumulada de agua por el maíz tiene una correlación significativa con las t/ha de paja, la altura de las plantas y la suma de grados días solamente.

 

 

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

 

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4. IDSO, S.B., R.J REGINATO; R.D. JACKSON; K.B. KIMBALL and F.S. NAKAYAMA: The three stages of drying in a field soil, pp. 831-837, Soil Sci. Soc. Am. Proc., 38, 1974.

5. KANEMASU, E. T; R. STONE and L. POWERS: “Evapotranspiration model tested for soybean and sorghum”, Agronomy Journal, 68: 569-572, 1976.

6. RITCHIE, J.T.: Model for predicting evaporation from a crop with incomplete cover, Water Resources Research, 8(5): 1204-1213, 1972.

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8. ZHANG, X; P. DONG and H. CHUNSHENG: “Conserving groundwater for irrigation in the North China Plain”, Irrigation Science, 21: 159–166, 2003.

 

Recibido 29/11/09, aprobado 31/07/11, trabajo 36/11, investigación.