ARTÍCULO ORIGINAL

Productividad del agua de riego en cultivos seleccionados de la región central de Cuba

Dr. Omar González-Cueto^{I  *}  , Ing. Abel Montaña-Valladares^I  , Dr. Elvis López-Bravo^I  , MSc. Sandra Sánchez-Valle^I  , MSc. Diana Estefanía Zambrano-Casanova^II  , MSc. Luisa María Macias-Martínez^II  , Dr. Miguel Herrera-Suárez^III 

^I Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas, Departamento de Ingeniería Agrícola, Santa Clara, Villa Clara, Cuba.

^II Universidad Laica “Eloy Alfaro” de Manabí, Departamento de Gestión Medioambiental, Manta, Ecuador.

^III Universidad Técnica de Manabí, Facultad de Ciencias Matemáticas, Físicas y Químicas , Portoviejo, Ecuador.

RESUMEN

El trabajo se realizó en la Empresa Agropecuaria Valle del Yabú ubicada en el municipio de Santa Clara, provincia Villa Clara con el objetivo de determinar la eficiencia en el uso del agua de riego, en la referida empresa, a través del cálculo de la productividad del agua aplicada a algunos cultivos de importancia económica. Se calculó la productividad del agua aplicada por riego, la productividad del agua total, y el agua total aplicada (T), en los cultivos maíz, papa, malanga, frijol y boniato. En el boniato la productividad del agua aplicada por riego, 20 kg/m³, fue superior a la del resto de los cultivos. En la papa el promedio fue de 7,74 kg/m³, en el frijol alcanzó valores de 4,74 kg/m³, en el caso de la malanga fue de 3,92 kg/m³ y el maíz fue de 10,66 kg/m³. Los resultados mostraron una baja productividad e ineficiencia en el uso del agua para los cultivos de papa, frijol y maíz, no el caso de la malanga y el boniato donde se obtuvieron valores de productividad del agua que muestran un uso eficiente del agua en estos cultivos.

Palabras-clave: eficiencia en el uso del agua; norma total de riego; precipitaciones efectivas

INTRODUCCIÓN

La agricultura consume un 70% de las extracciones de agua dulce que se realizan de los ríos, lagos y acuíferos; llegando a alcanzar hasta un 90% en algunos países en desarrollo. La creciente demanda de alimentos para satisfacer las necesidades de la población mundial, cada vez mayor es el principal factor que provoca el incremento en el consumo de recursos hídricos (^{UNESCO, 2009}). Ya en el 2002, se consumían aproximadamente 3 600 km³ de agua dulce para consumo humano, en todas las regiones, con excepción de Europa y América del Norte, la agricultura fue el sector que más agua consumió, alcanzando el 69 por ciento de toda la extracción (^{FAO, 2002}).

En Cuba, la agricultura es también el principal consumidor de agua dulce disponible. El Anuario Estadístico de Cuba 2017 refiere que en ese año se extrajo un volumen total de agua dulce de 6 661 millones de metros cúbicos y que de estos se consumieron en la agricultura 3 420 millones, lo que representa el 51,3% del total. En cuanto al agua dulce superficial de un total de 3 877 millones de metros cúbicos, se emplearon en la agricultura 2 031 millones, lo cual representa un 52,4%, valor similar al consumo de agua dulce subterránea que alcanzó casi el 50% del agua dulce total (^{ONEI, 2018a}). La agricultura como principal consumidor de agua dulce trabaja en la disminución el consumo de agua y una de las vías fundamentales para lograrlo es el aumento de la eficiencia en el uso del agua de riego y en el incremento de la productividad del agua.

El volumen de agua demandado por tonelada de producto agrícola, así como la eficiencia en el uso de esta durante el riego, son los principales factores que condicionan su consumo. La gestión del riego determina cuándo y cuánto regar, sobre la base de las necesidades de agua de los cultivos, las características del suelo y las condiciones climáticas (^{Vázquez et al., 2017}). Sin embargo, la no utilización de una programación del riego ajustada al clima, el suelo y las características del cultivo son una de las principales causas de uso excesivo del agua de riego. Además, las unidades de producción se enfrentan a la disminución de los volúmenes de agua disponibles debido al cambio climático y al aumento de las áreas bajo riego y por lo tanto al incremento de la demanda de agua a los reservorios existentes. Las presas de las cuales se sirven deberán contener menos agua en el futuro, debido a la disminución de las precipitaciones y al incremento de la temperatura ambiente, por lo tanto, habrá menos agua disponible para el crecimiento de las plantas.

El estado cubano ha invertido cuantiosos recursos financieros en la ampliación de las áreas bajo riego, este incremento en la demanda de agua puede atenderse aumentando la productividad del agua de riego empleada. La productividad agronómica del agua se define como la razón entre la masa del producto cosechado y el volumen de agua aportada por el riego para la obtención del producto. Su cálculo se puede obtener a partir del rendimiento agrícola del cultivo y el agua aplicada por riego, el agua total aplicada (riego + precipitaciones efectivas) o la evapotranspiración del cultivo (^{González et al., 2015b}).

Diversos autores han señalado la importancia que adquiere en la planificación y operación del riego el conocimiento de las funciones agua rendimiento (^{González et al., 2010}; ^{González et al., 2013}, ²⁰¹⁴; ^{Duarte et al., 2015}; ^{Herrera y González, 2015}). Según estos a partir de estas funciones pueden elaborarse reglas, con criterios técnicos económicos, para la distribución del agua disponible entre un grupo de cultivos a fin de maximizar la producción o la ganancia económica en condiciones de déficit hídrico. Esta investigación se realizó con el objetivo de determinar la eficiencia en el uso del agua de riego, a partir del cálculo de la productividad agronómica del agua de algunos cultivos seleccionados en la región central de Cuba.

MÉTODOS

La investigación se llevó a cabo en los meses de enero a marzo de 2018, procesando información a diferentes variedades de los cultivos papa (Solanum tuberosum), frijol (Phaseolus vulgaris) y malanga (Colocasia esculenta), cultivados en suelos pardos con carbonatos y pardos sin carbonatos. Las variables climáticas como la temperatura mínima, media y máxima, así como la evapotranspiración de referencia y las precipitaciones fueron obtenidas de la Estación Agrometeorológica “Valle del Yabú”, situada en los 22° 27' 54" de latitud norte y 79° 59' 51" de longitud oeste.

Las tecnologías de riego evaluadas fueron por aspersión, con el empleo de máquinas de pivote central eléctrico. Se utilizó información de las unidades de producción sobre los consumos de agua, agua aplicada por riego, precipitaciones y los rendimientos de los cultivos obtenidos durante el período analizado.

La eficiencia en el uso del agua se determinó a partir del cálculo de la productividad del agua. Esta se determinó para el agua aplicada por riego y para el agua aplicada total, es decir el agua de riego más las precipitaciones efectivas en el período, mediante las ecuaciones tomadas de (^{González et al., 2010}).

Productividad del agua de riego aplicada

Se determinó mediante la siguiente ecuación

$W{P}_{I }\left(kg/m^3\right)=\frac{R\left(kg/ha\right)}{I\left(m^3/ha\right)}$

donde:

WP I	la productividad del agua de riego aplicada (kg/m^3);
R	rendimiento agrícola de los cultivos (kg/ha);
I	norma total bruta de agua de riego aplicada m^3/ha

$W{P}_T\left(kg/m^3\right)=\frac{R\left(kg/ha\right)}{T\left(m^3/ha\right)}$

donde:

WP T	es la productividad del agua total (norma total de riego más precipitaciones) (kg/m^3);
T	Total de agua aplicada al cultivo m^3/ha.

Las precipitaciones durante los períodos estudiados fueron convertidas a precipitaciones efectivas, mediante el método de Savo, según ^{Pacheco y Pérez (2010)}.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La Tabla 1 muestra los cultivos analizados, el área total sembrada, el rendimiento agrícola (R), el agua de riego aplicada (I), las fechas de siembra y cosecha.

TABLA 1 Datos base de cada uno de los cultivos 

CULTIVO	Agua de riego aplicada m^3/ha	Área sembrada ha	Rendimiento kg/ha	Fecha de siembra	Fecha de cosecha
Papa	4500	8	25 000	5/1/2018	9/4/2018
Frijol	1363	6	1 700	15/1/2018	15/4/2018
Papa	4800	8	29 900	28/12/2016	5/4/2017
Frijol	3920	6	1 580	12/1/2017	12/4/2017
Papa	4800	14	27 600	26/12/2016	7/4/2017
Papa	4707,6	14	30 560	22/12/2016	20/3/2017
Papa	1126,7	11	17 880	8/1/2018	30/3/2018
Papa	3300	10	22 500	29/12/2015	20/3/2016
Malanga	5100	10	20 000	20/3/2016	20/4/2017
Papa	3600	15	27 000	8/1/2014	10/4/2014
Frijol	3600	12	1 210	11/2/2016	8/4/2016
Papa	3000	15	23 300	5/1/2018	31/3/2018

La relación entre el rendimiento agrícola y el agua aplicada por riego, para el cultivo de la papa, se muestra en la Figura 1. Aquí se aprecia una tendencia al incremento del rendimiento con un aumento del agua aplicada. El ajuste de la curva a una ecuación lineal con un valor del coeficiente de determinación R² de 0,82 es adecuado para la realización de predicciones. ^{González et al. (2010)}, encontró magnitudes del coeficiente de determinación desde 0,45 hasta 0,72; estos resultados coinciden con valores y tendencias similares en los trabajos de ^{González et al. (2010)}; ^{González et al. (2011b)} y ^{Herrera et al. (2011)}.

FIGURA 1 Relación entre el rendimiento agrícola del cultivo (R) y el agua aplicada por riego (I) para el cultivo de la papa. 

La Tabla 2 muestra el agua total aplicada a todos los cultivos. Aquí se aprecia un aumento del agua aplicada en valores de 478,8 a 1152,7 m³/ha debido a la lluvia en el cultivo de la papa y en el frijol se refleja un aumento de 470,3 a 1106,3 m³/ha.

TABLA 2 Precipitaciones en el período (P), agua aplicada al cultivo (I), precipitaciones efectivas (Pe) y agua total aplicada a los cultivos (T) 

Cultivos	I (m^3/ha)	P (mm)	Pe (m^3/ha)	T (m^3/ha)
Papa	4500	149,9	1106,3	5606,3
Frijol	1363	149,9	1106,3	2469,3
Papa	4800	103,2	761,4	5561,4
Frijol	3920	78,8	606,6	4526,6
Papa	4800	62,2	478,8	5278,8
Papa	4707,6	62,2	478,8	5186,4
Papa	1126,7	149,9	1106,6	2233,3
Papa	3300	176,1	1152,7	4452,7
Malanga	5100	1026,5	6622,3	11722,3
Papa	3600	35,8	275,6	3875,6
Frijol	3600	61,1	470,3	4070,3
Papa	3000	149,9	1106,6	4106,3

La relación entre el rendimiento agrícola del cultivo y el agua total aplicada se muestra en la Figura 2. Aquí se aprecia un incremento del rendimiento con un incremento del agua total aplicada al cultivo. La curva ajusta a una ecuación lineal con un valor de coeficiente R² igual a 0,63.

FIGURA 2 Relación entre el rendimiento agrícola del cultivo (R) y el agua total aplicada al cultivo (T), para el cultivo de la papa. 

La norma netas de agua de riego para la papa de 90 días en Villa Clara propuesta por ^{Duarte et al. (2015)}, es de 4 100 m³/ha. Al analizar la media del agua aplicada por riego encontramos que se le aplicaron 3 729 m³/ha, valor inferior al propuesto en la norma, sin embargo si se tiene en cuenta el agua total se obtuvo un valor de 4 537,4 m³/ha, superior a la norma de riego propuesta. Esto indica que no se ha hecho un uso eficiente del agua, debido a que no se tuvo en cuenta durante la aplicación del agua las precipitaciones efectivas del período. El rendimiento agrícola promedio del cultivo alcanzó los 25 467,5 kg/ha, superior al promedio obtenido durante el año 2017 en el país, que fue de 21 740,0 kg/ha (^{ONEI, 2018b}) y superior también al de los años del 2012 al 2017, como reporta el Anuario Estadístico de Cuba (^{ONEI, 2018b}).

La productividad agronómica del agua para riego, en el cultivo de la papa fue de 6,82 kg/m³ y al considerar el agua total la productividad del agua desciende hasta 5,61 kg/m³. La productividad del agua de riego está dentro del intervalo propuesto por ^{González et al. (2015a)}, quienes proponen valores entre 6,25-26,7 kg/m³ y dentro del presentado por ^{González et al. (2015b)}, para experimentos de campo. Sin embargo, al considerar además del agua de riego, la aportada por las precipitaciones vemos que la productividad lograda es inferior a la propuesta por los anteriores autores, manifestándose la aplicación de un exceso de agua a las plantas y por lo tanto una disminución de la eficiencia en el uso del agua.

^{Pacheco y Pérez (2010)}, en experimentos de campo en esta propia zona, evaluaron la eficiencia del riego en el cultivo de la papa y obtuvieron que se le aplica un exceso de agua y que se le hacía el riego a la papa con una frecuencia alta, cada 3,5 días. Ellos identificaron también como un problema el no establecer calendarios de riego o programación de riego ajustada a la evapotranspiración de la planta y al agua aportada por la lluvia. Los valores de productividad agronómica del agua coinciden con el intervalo propuesto por ^{Doorenbos y Kassam (1979)}, sin embargo son inferiores a los manejados por (^{Herrera et al., 2011}), para las condiciones de Cuba. Hay que destacar que este resultado de productividad del agua inferior se obtiene a pesar del muy buen rendimiento agrícola obtenido superior casi en 3000 kg/ha al promedio del país.

Para el cultivo del frijol la norma neta de agua de riego propuesta por ^{Duarte et al. (2015)}, alcanza los 3 000 m³/ha. El agua aplicada por riego tuvo un valor de 2 961 m³/ha, magnitud similar a la propuesta, cumpliéndose la norma neta de riego. Con la aplicación de este volumen de agua el rendimiento agrícola promedio alcanzó los 1 490 kg/ha superior a los 1 120 kg/ha logrados como promedio en Cuba durante el año 2017 (^{ONEI, 2018b}). Por lo que se puede afirmar que se hizo un uso eficiente del agua.

La productividad del agua de riego aplicada fue de 0,50 kg/m³ valor muy similar al del intervalo de 0,53 a 0,97 kg/m³ encontrado por (^{González et al., 2011a}), en experimentos de campo. Otros valores similares de productividad del agua 0,6 a 1,91 kg/m³ fueron reportados por (^{González et al., 2015a}) y (^{Herrera et al., 2011}). Si durante el período de establecimiento del cultivo la lluvia caída hubiera sido despreciable, se pudiera decir que se hizo un uso eficiente del agua, dado que la productividad obtenida es muy cercana a la propuesta. Sin embargo, al analizar el agua total que cayó sobre el cultivo, entonces encontramos que se ha hecho una aplicación excesiva del agua (688,7 m³/ha más que la norma propuesta por ^{Duarte et al. (2015)}. La productividad del agua en este caso desciende hasta 0,40 kg/m³ mostrándose ineficiencia en el uso del agua. Otros trabajos realizados sobre el uso del agua en el cultivo del frijol han mostrado un consumo de agua similar al presentado aquí. (^{González et al., 2017}), calcularon las necesidades hídricas del frijol, para condiciones similares y encontraron que se satisfacían con una norma neta de 2 518 m³/ha.

La norma de riego neta para el cultivo de la malanga según ^{Duarte et al. (2015)}, es de 13 200 m³/ha, superior a los 11 722,3 m³/ha de agua total aplicada al cultivo. Con este déficit hídrico de 1 477,7 m³/ha se obtuvo un rendimiento agrícola de 20 000 kg/ha, obteniéndose una productividad agronómica del agua de 1,7 kg/m³, muy inferior a la de 5,9-11,3 kg/m³ reportada por (^{González et al. (2014)} y por ^{González et al. (2015a)}, sin embargo es superior a la que se obtendría del cálculo de la productividad del agua a partir del rendimiento agrícola promedio de la malanga en Cuba, el cual es de 15 280 kg/ha (^{ONEI, 2018b}).

La relación entre el agua aplicada por riego y la productividad del agua total se muestra en la Figura 3. En esta se observa un decrecimiento de la productividad del agua total con un incremento del agua total aplicada. El ajuste de la curva a una ecuación polinómica con un valor del coeficiente de determinación R² de 0,50 muestra un valor aceptable del modelo.

FIGURA 3 Relación entre la productividad del agua total (WP_T) y el agua aplicada total (T), para todos los cultivos. 

En las unidades de producción analizadas se aplican calendarios de riego fijos, es decir cada cierto tiempo se aplica una norma de riego neta. Se trata de mantener este cumplimiento sin tener en cuenta las necesidades hídricas reales de los cultivos y sin aplicar un calendario de riego calculado según las condiciones climáticas y de evapotranspiración de la región. Estas prácticas provocan ineficiencias en el uso del agua de riego, que hoy son suficientes, pero que en la medida en que se incrementen las áreas bajo riego y el efecto del cambio climático sea mayor, pueden comenzar a escasear.

CONCLUSIONES

• Se hace un uso ineficiente del agua para el riego de los cultivos debido a que el agua total aplicada está por encima de las normas netas propuestas en la literatura científica y no se tiene en cuenta el agua aportada por las precipitaciones efectivas para hacer las aplicaciones de riego.

• La productividad agronómica del agua de riego aplicada a la papa fue de 5,61 kg/m³, al frijol fue de 0,50 kg/m³ y en el cultivo de malanga obtuvo valores de 1,7 kg/m³, en todos los casos inferiores a la productividad del agua reportada en la literatura, lo cual permite afirmar que no se hace un uso eficiente del agua para el riego.

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9The mention of trademarks of specific equipment, instruments or materials is for identification purposes, there being no promotional commitment in relation to them, neither by the authors nor by the publisher.

Recibido: 10 de Febrero de 2019; Aprobado: 19 de Diciembre de 2019

^*Author for correspondence: Omar González-Cueto, e-mail: [e-mail]