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Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias
versión On-line ISSN 2071-0054
Rev Cie Téc Agr vol.32 no.2 San José de las Lajas abr.-jun. 2023 Epub 13-Mar-2023
ARTÍCULO ORIGINAL
Determinación de coeficientes del cultivo del frijol para las condiciones de las provincias centrales, Cuba
IInstituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola (IAgric), Filial Camagüey, Cuba.
Las necesidades de agua de los cultivos están determinadas por la demanda climática y el tipo de cultivo, estos dos parámetros a su vez, están relacionados entre sí a través del Coeficiente de Cultivo (Kc), este coeficiente varía en el tiempo debido a los factores que influyen en el desarrollo del cultivo. El objetivo determinar los Kc del frijol en las condiciones de las provincias centrales de Cuba. El estudio se realizó en la Unidad Básica de Producción Cooperativa (UBPC) “Victoria II”, perteneciente a la Empresa Agropecuaria Camagüey, empleando tecnología de máquinas de pívot central sobre suelo Fersialítico pardo rojizo, para ello se efectuaron muestreos de humedad del suelo cada cinco días con el equipo TDR-300, se determinó la evapotranspiración del cultivo (ETc) teniendo en cuenta los riegos realizados y la lluvia aprovechable durante el periodo del cultivo, los valores de Kc fueron calculados a partir de la relación del balance de humedad cada cinco días y se validaron de los resultados. Los resultados obtenidos mostraron el incremento de la ETc durante la etapa de floración y formación de las vainas con un valor de 3,98 mm/día, los Kc obtenidos fueron 0,45 (Kc inic), 1,00 (Kc med) y 0,38 (Kc fin) y en la validación de los resultados se observó que se mantiene la tendencia en el comportamiento de los valores de Kc, en tanto la variación en relación a los resultados de la etapa investigativa se mantienen en un rango menor al 10% de variación. Se concluye que los valores de Kc obtenidos pueden emplearse para la programación del riego del frijol en las condiciones de las provincias centrales.
Palabras-clave: programación de riego; eficiencia; requerimientos de agua
INTRODUCCIÓN
El agua disponible para el riego de los cultivos está cada vez más limitada tanto cuantitativa como cualitativamente debido al crecimiento acelerado de las demandas para uso doméstico e industrial, ello hace cada vez más necesaria la utilización eficiente del agua en los sistemas de riego (Cabello, 2015). Un riego eficiente es aquel capaz de mantener la humedad del suelo dentro de límites apropiados, ello va a estar en dependencia de las características propias de los cultivos, las condiciones climáticas, el manejo y el medio de desarrollo, todo lo cual se expresa a través de la evapotranspiración (ET) (Bonet-Pérez et al., 2010).
La correcta planificación del agua para riego basada en un adecuado balance implica del conocimiento de las necesidades de agua del cultivo y de la disponibilidad del agua en la fuente de abasto, las necesidades de agua del cultivo están determinadas por la demanda climática y el tipo de cultivo, estos dos parámetros a su vez, están relacionados entre sí a través del denominado Coeficiente de Cultivo (Kc) el cual es un valor obtenido al relacionar la evapotranspiración del cultivo (ETc) con la evapotranspiración de referencia (ETo), este coeficiente varía en el tiempo debido a los factores que influyen en el desarrollo del cultivo (Herrera-Puebla et al., 2018).
El Kc integra los efectos de las características que distinguen a un cultivo de referencia, el cual posee una apariencia uniforme y cubre completamente la superficie del suelo, distintos cultivos poseerán distintos valores de Kc, las características del cultivo que varían durante el crecimiento del mismo también afectarán al valor del Kc (Allen et al., 2006).
En la unidad objeto de estudio los principales problemas relacionados con la programación de riego en el cultivo del frijol en la provincia están referidos a la poca preparación del personal a cargo de la actividad debido a la falta de capacitación trayendo como consecuencia que se realice un manejo ineficiente del agua en el riego del cultivo del frijol mediante sistemas con máquinas de pívot central eléctrico, afectando al cultivo al no aplicarse las normas y frecuencias de riego necesarias para su normal crecimiento y desarrollo, por lo que resulta necesario una programación del riego que garantice el uso adecuado de las áreas bajo riego y la obtención de resultados productivos satisfactorios.
Objetivo. Determinar los Coeficientes de cultivo (Kc) del frijol en las condiciones de las provincias centrales de Cuba.
MATERIALES Y MÉTODOS
La investigación se desarrolló durante tres campañas (2019-2022) en áreas de la Unidad Básica de Producción Cooperativa (UBPC) “Victoria II”, perteneciente a la Empresa Agropecuaria Camagüey, la misma se encuentra ubicada geográficamente en el municipio Camagüey, provincia Camagüey, Cuba, entre las coordenadas N (310.00-315.00) y E (403.00- 408.00) en la hoja cartográfica San Serapio (4680-II-A) a escala 1:25 000 (Figura 1).
La actividad fundamental de la UBPC está encaminada a la producción de cultivos varios, entre ellos viandas, hortalizas, vegetales, frutales y granos, siendo el frijol el más representativo.
Infraestructura de riego
La UBPC cuenta con un área total de 403,0 ha distribuidas en 17 fincas, de ellas 144,0 ha bajo riego, que incluyen 82,0 ha con riego por aspersión vinculadas a seis sistemas semi estacionarios (media presión) y 62,0 ha de riego con cinco máquinas de pivote central eléctrica (Rodriguez-Correa y Bonet-Pérez, 2018).
La UBPC dispone para el riego de una fuente de abasto de agua superficial (micropresa Borges), sus parámetros principales ocupando un volumen total 1,102 MM m3 según información de la Empresa de Aprovechamiento Hidráulico en Camagüey (INRH-Cuba, 2018).
El sistema de riego funciona a partir de una Estación de Bombeo principal situada en el embalse, a partir del cual el agua es impulsada por una conductora cerrada hasta una caja reguladora situada en un punto alto del área y desde esta por gravedad el agua se distribuye hacia toda la red de riego empleando conductoras cerradas, las cuales alimentan las Estaciones de Bombeo de cada uno de los sistemas de riego instalados de la unidad (IIRD-Cuba, 2000).
Suelos
Mediante la actualización del estudio realizado por el Instituto de Suelos IS-Cuba (2010), se precisó la existencia de seis tipos de suelos en la UBPC “Victoria II” (Figura 2).
Clima
La localidad presenta características propias de clima tropical de bosques estacionalmente húmedo ecuatorial de sabana con verano húmedo y con una tendencia al carácter continental comparativamente notable dentro del país; en su condición físico-geográfico predominan las llanuras.
Para la caracterización de la UBPC “Victoria II” en el año 2019 se utilizaron los datos correspondientes a la estación meteorológica de Camagüey, Cuba (78355) CMP-Camagüey (2020), ubicada en los 21º 24´ de latitud norte y los 77º 51´ de longitud oeste, con una altura de 118 m sobre el nivel del mar, siendo la estación más cercana y representativa para la zona de estudio (Tabla 1).
Caracterización del área experimental
La investigación se llevó a cabo en áreas de una máquina de pivot central eléctrica. El suelo predominante en el área de investigación es el Fersialítico pardo rojizo cuyas principales características se muestran en la Tabla 2.
TABLA 2 Características del suelo predominante en el área de investigación. Clasificación Genética: Fersialítico Pardo Rojizo, Cuba
| Profundidad (cm) | Densidad aparente (g/cm3) | Porosidad (%) | Capacidad de Campo (% bss) | Velocidad Infiltración (mm/h) |
|---|---|---|---|---|
| 00 - 10 | 1,26 | 52,4 | 31,4 | 21 |
| 20 - 30 | 1,26 | 52,4 | 34,9 | 21 |
Fuente: Instituto de Suelos, Camagüey, Cuba. IS-Cuba (2018).
Cálculo de la eficiencia de aplicación de la máquina de pívot central eléctrica
Se efectuó la evaluación de la máquina según procedimiento descrito en la norma NC ISO 11545 (2009), obteniéndose valores de coeficiente de uniformidad (Cu) y eficiencia de descarga (Ef) que fueron utilizados para la determinación del régimen de trabajo en cada una de las fases de desarrollo del cultivo.
Regulación de la máquina de pivot
A partir de las características del suelo y del cultivo se determinaron las normas netas de riego a aplicar por etapa de desarrollo fisiológico, las cuales fueron utilizadas para con el empleo de la tabla de regulación de la máquina de pivot y la eficiencia de aplicación obtenida durante la evaluación determinar la regulación necesaria para toda la etapa del cultivo.
Calibración del TDR-300
Para la determinación de la humedad del suelo se utilizó el sensor digital de humedad del suelo, conocido como TDR-300 (Time Domain Reflectometer) (Figura 3).
FIGURA 3 Medidor de humedad de suelo TDR 300. Fuente: https://www.viaindustrial.com/pp/. (viaindustrial, 2020).
La sonda TDR-300 ha demostrado ser un método eficaz que permite obtener de forma rápida y eficiente las lecturas del contenido volumétrico de humedad en el suelo para operar el sistema de riego y mantener el nivel de humedad disponible entre el límite superior y el límite inferior de la reserva fácilmente utilizable (López-Silva et al., 2017).
Previamente al inicio del estudio se procedió a realizar la calibración del equipo TDR-300 utilizando el método gravimétrico para la determinación de la humedad presente, empleando una balanza digital SORTORIOS Signum 1 con rango de pesada hasta 35 kg y precisión de 0,1 g (Figura 4).
Cálculo de la evapotranspiración del cultivo
Para la determinación de la humedad del suelo a emplear en el balance de humedad se definió una posición control (Figura 5) ocupando un área de 4 m2; en la misma se efectuaron los muestreos de humedad del suelo presente cada cinco días
A partir de la humedad presente se calculó la reserva de humedad.
Donde: W. Reserva de humedad (mm); H. Profundidad a humedecer (mm); Da. Densidad aparente (mm); Hp. Humedad presente (mm)
A partir del método de balance de humedad del suelo se calculó la reserva de humedad inicial y final del periodo, considerando la reserva final de un periodo como la reserva inicial del periodo siguiente:
Donde: Wf. Reserva final (mm); Wi- Reserva inicial (mm); R. Norma de riego neta (mm); LLa. Lluvia aprovechable (mm); ETc. Evapotranspiración (mm).
El valor de la magnitud de la lluvia ocurrida se midió con un pluviómetro ubicado en el área de investigación realizándose la lectura diaria en un mismo horario. El cálculo de la lluvia aprovechable durante el periodo se realizó teniendo en cuenta la lluvia (Ll) y el riego (R) aplicado, así como la ETc del cultivo durante la decena evaluada en el periodo anterior a la lluvia.
Después de calcular la Wf final se determina la ETc del periodo evaluado teniendo en cuenta los riegos realizados y la lluvia aprovechable durante el mismo, según la siguiente la ecuación:
Donde: ETc. Evapotranspiración del cultivo (mm); Wi- reserva de humedad inicial (mm); Wf- reserva de humedad final (mm); LLa- lluvia aprovechable (mm); R- riego (mm).
Cálculo de los Kc
Durante las campañas 2019 - 2020 y 2020-2021 se calculó el comportamiento de la evapotranspiración del cultivo del frijol, se muestran los resultados medios obtenidos.
La metodología aprobada por la FAO para el estudio de la evapotranspiración de los cultivos (ETc) se basa en su cálculo como el producto de la evapotranspiración de referencia (ETo) y el coeficiente de cultivo (Kc) (Bonet-Pérez et al., 2010).
Los valores de Kc fueron calculados a partir de la relación del balance de humedad del periodo cada cinco días conociendo la ETc y la ETo según la expresión:
Para ello se obtuvo con frecuencia semanal desde el Centro Meteorológico Provincial (CMP) en la provincia de Camagüey, Cuba CMP-Camagüey (2020), el pronóstico del comportamiento de la evapotranspiración de referencia (ETo) para el área de estudio (Figura 6).
FIGURA 6 Información de evapotranspiración de referencia diaria. Fuente: Centro Meteorológico Provincial de Camagüey CMP-Camagüey (2020).
Los valores de Kc obtenidos fueron transformados a las etapas descritas en el método de Penman - Monteith (Allen et al., 2006).
Después de realizar el cálculo se procedió a la confección de la curva de Kc a partir de los datos obtenidos determinando el periodo de duración de las etapas de desarrollo y el valor de los Kc correspondientes a cada una, representando la curva los cambios a lo largo de su periodo de crecimiento.
Validación de resultados del Kc
La validación de los resultados está encaminada a la comprobación en condiciones de producción de los resultados obtenidos, la misma fue realizada durante la campaña 2021-2022 para lo cual se determinaron los valores de ETc a partir del balance de humedad, con esta información y los valores de la ETo obtenidos del Centro Meteorológico de Camagüey, Cuba CMP-Camagüey (2020), se calcularon los Kc, los valores obtenidos fueron comparados con los calculados durante la etapa de investigación.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Evaluación de la máquina de pivot central eléctrica
Como resultado de la evaluación de la máquina de pivot central eléctrica se obtuvieron valores de Coeficiente de Uniformidad y Eficiencia de aplicación de 82% y 75% respectivamente; Tarjuelo (2005) considera que para esta tecnología el Coeficiente de Uniformidad resulta adecuado en el rango entre 85 y 90%, Jiménez, et al. (2011), por lo cual el valor obtenido puede catalogarse como aceptable, en tanto la Eficiencia de aplicación es baja, lo cual se atribuye a la velocidad del viento predominante que se comportó en el rango de 2,8 a 3,5 m/s, valores habituales durante la operación de este sistema de riego, por lo que en el desarrollo de la investigación uno de los aspectos que se tuvo en cuenta fue colocar los emisores a una misma altura para disminuir la incidencia del viento, refiriéndose al tema Tarjuelo (2005), uno de los aspectos planteados es la reducción de la altura del emisor al suelo, para disminuir las pérdidas por evaporación y arrastre, sin perjudicar los parámetros de calidad de riego y el riego nocturno contribuye también a reducir estas afectaciones.
Regulación de la máquina de pivot
Los resultados de la regulación necesaria para la aplicación de los riegos en toda la etapa del cultivo se muestran en la Tabla 3.
TABLA 3 Regulación de la máquina de pivot
| Etapa de desarrollo fisiológico | Norma neta (mm) | Norma bruta (mm) | Regulación (%) |
|---|---|---|---|
| Siembra - Germinación | 5,92 | 10,03 | 25 |
| Germinación - Establecimiento | 5,92 | 10,03 | 25 |
| Establecimiento -Floración | 5,92 | 10,03 | 25 |
| Floración - Formación vainas | 11,34 | 19,22 | 15 |
| Formación vainas - Cosecha | 11,34 | 19,22 | 15 |
Calibración del TDR - 300
Con la calibración del TDR- 300 se obtuvieron valores que reflejan la relación entre la lectura del equipo y la humedad del suelo en el área de investigación como se muestra en la Tabla 4.
Cálculo de la evapotranspiración del cultivo
Durante el ciclo del cultivo se produjeron 6 eventos de lluvias con una magnitud total de 62,5 mm y 51% de aprovechamiento. En la Figura 7 se muestran su distribución.
Se realizaron 16 riegos, en total los ingresos de humedad durante todo el ciclo del cultivo fueron de 263 mm, su distribución se muestra en la Figura 8.
Los resultados de la evapotranspiración del cultivo (ETc) obtenidos a partir del balance de humedad por etapas de desarrollo fisiológico se muestran en la Tabla 5.
TABLA 5 Valores de evapotranspiración del cultivo durante la etapa experimental
| Etapa de desarrollo fisiológico | ETc (mm/día) |
|---|---|
| Siembra - Germinación | 1,61 |
| Germinación - Establecimiento | 2,43 |
| Establecimiento -Floración | 2,82 |
| Floración - Formación vainas | 3,98 |
| Formación vainas - Cosecha | 1,86 |
Los valores de ETc variaron en todas las etapas de desarrollo del cultivo, aumentando a medida que el cultivo fue creciendo y se desarrollándose, alcanzando su valor máximo en el momento de la floración y formación de vainas.
Los resultados reportados por diferentes autores coinciden en plantear que el frijol es un cultivo susceptible tanto al exceso de humedad como a su déficit durante su ciclo de desarrollo (Polón-Pérez et al., 2014).
Se observa el mayor consumo en la etapa de Floración y Formación de vainas, resultado coincidente con reportes de Rivera y Chaves (2019), que identifican el periodo comprendido durante la etapa de floración como crítico para la demanda de agua.
Cálculo de los Kc
Un resumen de la información de la ETo recibida desde el Centro Meteorológico Provincial Camagüey, Cuba CMP-Camagüey (2020) durante las dos campañas de la etapa experimental se muestra en la Tabla 6.
TABLA 6 Valores medios de ETo durante la etapa experimental
| Mes | ETo (mm/día) | ||
|---|---|---|---|
| 1ª Decena | 2ª Decena | 3ª Decena | |
| Diciembre | 3,50 | 3,72 | 3,50 |
| Enero | 3,69 | 3,41 | 3,75 |
| Febrero | 3,71 | 3,88 | 3,80 |
| Marzo | 4,02 | 4,25 | 4,20 |
El Kc integra los efectos de las características que distinguen a un cultivo de referencia, el cual posee una apariencia uniforme y cubre completamente la superficie del suelo, distintos cultivos poseerán distintos valores de Kc, las características del cultivo que varían durante el crecimiento del mismo también afectarán al valor del Kc (Rodríguez-Correa et al., 2022).
Los factores que afectan los valores en el Kc son las características del cultivo, la etapa de desarrollo y la duración del período vegetativo; tendrán una variación estacional: fase inicial (germinación y crecimiento inicial con el 10% de cobertura), fase de desarrollo (desde el final de fase inicial y entre 70% - 80% de cobertura), fase de maduración (desde cobertura completa hasta inicio de maduración (caída de hojas) y fase final (desde el final de fase anterior hasta la cosecha) (Rivera y Chaves, 2019).
El método Penman - Monteith recomendado por Allen et al. (2006) para el cálculo de los Kc sugiere la utilización del gráfico en el cual se enmarcan las cuatro etapas (Figura 9).
FIGURA 9 Coeficiente de Cultivo (Kc) durante el desarrollo del cultivo. Fuente: Allen et al. (2006).
Los valores obtenidos fueron utilizados para la confección de la curva de Kc Figura 10).
Los resultados obtenidos en la investigación fueron 0,45 (Kc inic), 1,00 (Kc med) y 0,38 (Kc fin), los cuales se asemejan a reportes de Allen et al. (2006), con valores de 0,40; 1,15 y 0,35 y se alejan de los señalados en Hermoso-Veramendi (2020), que fueron de 0,89; 0,90 y 0,57 respectivamente; en estos últimos resultados se observa que los valores de Kc de las etapas inicial y media son prácticamente coincidentes, lo cual se aleja del comportamiento observado durante la etapa de investigación.
Los valores mostrados en la Figura 10 están en correspondencia con lo planteado por Zamora-Herrera et al. (2014), quienes han señalado que durante el período de crecimiento del cultivo la variación del Kc expresa los cambios en la vegetación y en el grado de cobertura del suelo, en la investigación se tuvo en cuenta desde el punto de vista fisiológico cuando la planta estaba en el período de más alta demanda hídrica demostrado en los resultados obtenidos.
Estudios realizados por López-Silva et al. (2017), reportan la posibilidad de aplicar criterios de Riego Deficitario Controlado en el cultivo del frijol cuidando de no crear condiciones de estrés hídrico en la etapa de floración y formación de vainas, con lo cual se garantiza la mayor productividad del agua de riego.
Mientras ETo representa un indicador de la demanda climática, el valor de Kc varía principalmente en función de las características particulares del cultivo y su estado de desarrollo, afectado solo en una pequeña proporción en función del clima. Esto permite la transferencia de valores estándar del coeficiente del cultivo entre distintas áreas geográficas y climas (Herrera-Puebla et al., 2018).
Validación de resultados del Kc
Durante la validación se obtuvieron los resultados que se muestran en la Tabla 7.
TABLA 7 Resultados de la validación de los valores de Kc
| Etapa | Días | Kc | |||
|---|---|---|---|---|---|
| A | B | A | B | C | |
| Inicial | 12 | 10 | 0,45 | 0,50 | 0,90 |
| Desarrollo | 23 | 20 | 0,45 - 1,00 | 0,50-0,96 | 0,99 |
| Media | 38 | 35 | 1,00 | 0,96 | 1,04 |
| Final | 22 | 27 | 1,00 - 0,38 | 0,96-0,42 | 0,90 |
Leyenda: A. Etapa de investigación. B. Validación. C.Relación entre los resultados obtenidos durante la etapa experimental y la etapa de validación
Se observa que se mantiene la misma tendencia en el comportamiento de los valores de Kc, en tanto la variación en relación a los resultados de la etapa investigativa se mantienen en un rango menor al 10% de variación, lo cual confirma la validez de los valores calculados.
CONCLUSIONES
Los resultados de la evapotranspiración del cultivo en la etapa experimental se obtuvo un valor de 3,98 mm/día y la mayor demanda se obtuvo en la fase de floración - formación de la vaina.
Los valores de coeficientes de cultivo en el frijol variaron de la siguiente manera: 0.45 en la etapa inicial, 1.00 para la etapa intermedia y 0.38 para la etapa final.
Los valores de Kc obtenidos pueden emplearse para la programación del riego del frijol en las condiciones de las provincias centrales.
REFERENCES
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Recibido: 24 de Octubre de 2022; Aprobado: 13 de Marzo de 2023
