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Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias
versión On-line ISSN 2071-0054
Rev Cie Téc Agr vol.21 no.3 San José de las Lajas jul.-set. 2012
ARTÍCULO ORIGINAL
Estimación de las necesidades hídricas de la papaya utilizando la aproximación de los coeficientes culturales duales
Papaya estimation of water requirements using the dual crop coefficient
M. Sc. Yoima ChaterlánI, Dr. C. Ricardo RosaII, M. Sc. Geisy HerándezIII, Dr. C. Teresa LópezI, Dr. C. Luis S. PereiraII
I Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola (IAgric),
II CEERBiosystems Engineering, ISA, Technical Univ. of Lisbon,
III Universidad Agraria de La Habana, Centro de mecanización Agropecuaria (CEMA), San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.
RESUMEN
Considerando el incremento de la actividad de riego en el cultivo de la papaya durante los últimos años, resulta de interés el conocimiento de los elementos técnicos y agronomicos necesarios para una adecuada programación del riego a partir de la estimación de las necesidades hidrícas del cultivo. Para esto se utilizo el modelo SIMDualKc el cual efectua el calculo de la evapotranspiración del cultivo (ETc) y la programación del riego a partir de la metodología de los coeficientes culturales duales (Kc=Kcb+Ke). La investigación fue realizada en
Palabras clave: evaporación, transpiración, balance de agua en el suelo, modelación, evaporación de cultivo.
ABSTRACT
Considering the increased activity of irrigation in the cultivation of papaya in recent years, interest is knowledge of the technical and agronomic necessary for proper irrigation scheduling based on the estimation of crop water requirements. For this we used the model SIMDualKc, which make the calculation of crop evapotranspiration (ETc) and irrigation scheduling based on the methodology of the dual crop coefficient (Kc = Kcb + Ke). The research was conducted at the Experimental Station of Irrigation and Drainage, located in Alquízar, Havana, Cuba. The experiments were carried out between the periods march to november 1997. We used the Papaya (Carica papaya L) var. "Maradol red." The calibration consisted in the search for cultural factors at baseline for the different stages of crop development by minimizing the differences between the simulated and observed soil moisture content. Was evaluated for goodness of fit of the model's predictions SIMDualKc, realizandoce a series of statistical analysis. It can be concluded that the model can be used to generate alternative schedules irrigation to improve water conservation and productivity of papaya in these soil and climatic conditions.
Key words: evaporation, transpiration, soil water balance, modeling, crop evapotranspiration.
INTRODUCCIÓN
La Papaya, más conocida en Cuba como Fruta Bomba (Carica papaya L.), es una planta de origen tropical, específicamente de la región Centroamericana (Sur de México). Debido a esto, está adaptada a los regímenes pluviométricos de esta región, y no tolera déficits hídricos prolongados, por lo que la irrigación en las áreas con baja pluviometría puede llegar a duplicar los rendimientos respecto a las áreas sin riego. Los factores ambientales como la temperatura (Campostrini y Glenn, 2007), la velocidad del viento, el estrés hídrico (Marler y Clemente, 2006) y las características químicas y físicas de los suelos afectan su fisiología y su productividad (Campostrini y Glenn, 2007).
El déficit de agua en este cultivo limita el crecimiento de las plantas favoreciendo la producción de flores masculinas (Terra de Almeida et al, 2003; dos Santos et al, 2008) y la reducción de la producción de frutos (Aiyelaagbe et al, 1986; Kruger y Mostert, 2007). A su vez, el exceso de riego afecta a la absorción de nutrientes, favorece su lixiviación, disminuye la disponibilidad de oxígeno en la zona radicular, y aumenta la propensión a las plagas y enfermedades (Campostrini y Yamanishi, 2001; Campostrini y Glenn, 2007). Por lo tanto, las buenas prácticas de gestión de riego en el cultivo de la papaya deben de estar referidas al manejo de escenarios con exceso y déficit de humedad del suelo.
El cálculo de la evapotranspiración del cultivo (ETc), utilizando la metodología de los factores culturales medios (Kc) ofrece resultados satisfactorios para los cálculos con diferentes espacios de tiempo, incluyendo la estimación de la evapotranspiración diaria para la mayoría de las aplicaciones (Pereira, 2004). Sin embargo, para el riego de alta frecuencia como es el caso del riego por goteo, y para cultivos con cobertura parcial del suelo como es el caso de los frutales y las hortalizas, así como las regiones con precipitaciones frecuentes, el uso de la metodología de los coeficientes de cultivo duales permite producir estimaciones más precisas de la evapotranspiración de la cultura (Allen et al., 2005a). De hecho, dividir el coeficiente cultural (Kc) en los componentes de evaporación del suelo (Ke) y del coeficiente cultural basal (Kcb) permite una mejor percepción de las fracciones de agua, provenientes de la precipitación o del riego, utilizadas por el cultivo, así como evaluar las ventajas de mantener una fracción del suelo seca o la utilización de mulches para controlar la evaporación del suelo (E).
El modelo SIMDualKc (Rosa et al., 2010), considera de forma separada la evaporación del suelo y la transpiración del cultivo, analisando el modo como el agua de la precipitación y el agua de riego son utilizadas por el cultivo. SIMDualKc efectua el balance hídrico del suelo a nivel de la parcela, utilizando periodos de tiempo diario y ofreciendo diferentes aproximaciones para estimar la percolación profunda, la ascención capilar y el escurrimiento superficial. El modelo permite simular la utilización de mulches y de coberturas vegetales activas. Resultados sobre la determinación de los coeficientes duales, la fracción de cobertura del suelo (fc) y una serie de variables tales como el agua fácilmente evaporable (REW) y el agua total evaporable o lámina máxima de agua que puede ser evaporada en el suelo (TEW) para el cultivo de la papaya en las condiciones del área de estudio, que hasta la fecha no han sido considerados en este tipo de cultivos frutícolas y no están disponibles en la literatura; son estimadas a partir de la calibración del modelo para su posterior utilización en la gestión de alternativas de programación de riego en condiciones de escasez de agua.
El objetivo de este trabajo consiste en estimar las necesidades de agua del cultivo utilizando la metodología de los coeficientes culturales duales con el fin de mejorar la gestión del riego y generar calendarios alternativos de riego.
MÉTODOS
La investigación fue realizada en
El suelo donde se realizó la investigación está clasificado como Ferralítico rojo compactado, o Rhodic Ferralsols, según FAO/UNESCO, el cual se caracteriza por ser arcilloso, profundo y muy permeable. Las observaciones del potencial hídrico del suelo se realizaron con tensiómetros a 0.20, 0.40 y 0.60 m, con 3 repeticiones en cada profundidad (Hernández et al., 2003). Los datos referentes al contenido de agua en el suelo se obtuvieron a través del modelo de Van Genuchten (López, 1996). Se utilizó
El modelo SIMDualKc calcula la ETc utilizando datos de suelo, clima, cultivo y sistema de riego. Los datos sobre clima incluyen la temperatura máxima y mínima, velocidad del viento media, precipitación, y ETo o puede calcular la ETo utilizando las temperaturas. Los datos sobre el cultivo incluyen la identificación de la duración de las fases del ciclo del cultivo, la evolución de la cobertura del suelo, del crecimiento de las raíces y la altura del cultivo durante el ciclo cultural, y la selección de los correspondientes Kcb tabulados; el ajustamiento de los Kcb tabulados para las condiciones climáticas específicas de la región de estudio; el cálculo diario de de los valores de Ke; y el cálculo diario de ETc. Usando esta metodología el modelo ejecuta la simulación del balance hídrico del suelo, a partir de la cual se derivan propuestas para la programación del riego.
La metodología para su determinación utilizando la estimación de los coeficientes culturales duales (Allen et al., 1998, 2005b) consiste en la adopción de la siguiente formulación:
Todas observaciones realizadas para la papaya se utilizaron para calibrar el modelo en las condiciones del área experimental y derivar los coeficientes duales del cultivo y las otras variables resultantes de interés.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La calibración consistió en la búsqueda de los coeficientes culturales duales para las diferentes etapas de desarrollo del cultivo reduciendo al mínimo las diferencias entre los valores simulados y observados del contenido de humedad del suelo. En la Tabla 2 se muestran los valores calibrados y en la Figura 2 la variación del contenido de agua del suelo simulado por el modelo y las observaciones.
Los resultados obtenidos referentes a los coeficientes Kcb y Ke mejoran significativamente (en comparación con los Kc medios, Chaterlán et al., 2010) la estimación de las fracciones de agua de precipitación y de riego utilizadas por la papaya durante el ciclo del cultivo, así como la cuantía de la parte del agua que es consumida por la planta por transpiración y la porción que es consumida por la evaporación desde el suelo, proporcionando una serie de alternativas para el control de la evaporación del suelo con mulches y coberturas activas.
A partir de los valores recomendados de REW y TEW para suelos arcillosos (Allen et al., 1998) se pudieron calibrar los mismos para este caso de estudio, utilizándose finalmente para la calibración valores de 38 y 8 mm respectivamente con Ze = 0,15 m. El agotamiento inicial de la capa evaporable fue establecido en el 10% de TEW y el agotamiento en la profundidad radicular al 10% de TAW.
Los resultados de los indicadores de calidad de ajuste calculados se resumen en la Tabla 3. En estos resultados, el coeficiente de regresión (b) está próximo de 1,0, entonces la covarianza está cerca de la varianza de los valores observados lo que significa que los valores simulados y observados están estadísticamente cerca; el coeficiente de determinación (R2) es 0,94 lo que indica que casi toda la variación de los valores observados se explica por el modelo. Los valores de los indicadores de errores de estimación residual del agua disponible del suelo, en el caso de la raíz del error cuadrado, RMSE [mm] es de 5,11 mm y el error absoluto promedio, AAE [mm] de 4,39, lo que representa aproximadamente el 5% de TAW, muestran un buen ajuste. En su totalidad estos indicadores confirman una buena concordancia entre los valores simulados y observados.
Calendarios de riego mejorados
Teniendo en cuenta los resultados de la calibración, se pudo asumir que el modelo puede ser utilizado para la generación de calendarios alternativos de riego destinados a mejorar el ahorro de agua y la productividad de la papaya en estas condiciones edafoclimáticas.
Fueron simulados calendarios de riego para mejorar la utilización del agua, controlar las perdidas por percolación y paralelamente maximizar la productividad del cultivo, en la Figura 3, se hace una representación grafica de los resultados de estas simulaciones. Se tomo como lamina de riego fija D = 8 mm. Como se muestra en la Tabla 4, en estas condiciones ETa está mucho más próxima de ETc indicando que el stress hídrico no es aparente.
Transpiración y evaporación
Este modelo, SIMDualKc, brinda la posibilidad de realizar cálculos de los componentes de la ETa, la evaporación del suelo (E) y la transpiración de las plantas (T). En la Tabla 5, son presentados los resultados obtenidos en términos de evaporación del suelo y de la transpiración del cultivo en cada etapa del ciclo cultural. En la etapa inicial, la variable evaporación del suelo es el principal componente de ETa lo que representa el 84% de ETa en este período, esto corresponde al hecho que en esta etapa ocurre la mayor exposición del suelo a la radiación solar debido a la poca cobertura foliar desarrollada por el cultivo y al alto contenido de humedad en la capa de evaporación del suelo relacionado con numerosos eventos de precipitaciones acontecidos que acumularon valores alrededor de 137 mm. En la fase de crecimiento rápido, el nivel de influencia de ambas variables casi se iguala, la evaporación alcanza el 48% y la transpiración el 52%. Esta situación va transformándose en los restante periodos, es decir, en la medida que el cultivo va desarrollando su cobertura foliar el peso relativo de la evaporación va disminuyendo y es la transpiración del cultivo quien asume el mayor aporte en el proceso de evapotranspiración, este comportamiento está estrechamente relacionado a las características propias de la cobertura foliar de este cultivo. Estos resultados pueden apreciarse gráficamente en la Figura 4.
Los resultados obtenidos en términos de coeficientes de evaporación del suelo Ke, coeficiente cultural basal Kcb, coeficiente cultural basal ajustado para estrés hídrico, KsKcb, riego y precipitación se presentan en la Figura 5.
CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos referentes a los coeficientes Kcb y Ke mejoran significativamente (en comparación con los Kc medios, la estimación de las fracciones de agua de precipitación y de riego utilizadas por la papaya durante el ciclo del cultivo, así como la cuantía de la parte del agua que es consumida por la planta por transpiración y la porción que es consumida por la evaporación desde el suelo, proporcionando una serie de alternativas para el control de la evaporación del suelo con mulches y coberturas activas.
Estadísticamente, los resultados obtenidos a partir de las regresiones lineales forzadas al origen y los indicadores de los errores residuales de estimación indican un buen ajuste entre los valores de humedad de suelo estimados por el modelo y los datos observados.
Teniendo en cuenta los resultados de la calibración, se puede concluir que el modelo puede ser utilizado para la generación de calendarios alternativos de riego destinados a mejorar el ahorro de agua y la productividad de la papaya en estas condiciones edafoclimáticas.
Resulta oportuno destacar que estos son resultados preliminares, los cuales se pretenden precisar en próximos trabajos donde podamos contar con otros ensayos experimentales que permitan realizar la validación de los valores aquí obtenidos.
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Recibido: 29 de septiembre de 2010.
Aprobado: 19 de mayo de 2012.
Yoima Chaterlán, Instituto de Investigaciones de Ingenería Agricola (IAgric), Apdo. Postal 6090;