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Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias

versión On-line ISSN 2071-0054

Rev Cie Téc Agr vol.29 no.3 San José de las Lajas jul.-set. 2020  Epub 01-Sep-2020

 

ARTÍCULO ORIGINAL

Determinación del coeficiente de cultivo para la estimación de la evapotranspiración del arroz en Cuba

Dr.C. Julián Herrera-Puebla2  * 

Ing. Jesús Meneses-Peralta2 

Dr.C. Carmen Duarte-Díaz2 

Dr.C. Felicita González-Robaina2 

Ing. Guillermo Hervís-Granda2 

2Instituto de Investigaciones de Ingeniera Agrícola (IAgric), Boyeros, La Habana, Cuba.

RESUMEN

Utilizando datos de evapotranspiración del cultivo (ETc) obtenidos en lisímetros en campos arroceros de la región occidental de Cuba y la evapotranspiración de referencia (ETo) calculada por las formulas Penman-Monteith (FAO P-M), Hargreaves (Hag), la evaporación del tanque evaporímetro clase A modificada por el coeficiente del tanque (EoKp) y la Evaporación del tanque (Eo), se determinaron los Kc de las variedades de arroz Amistad y J-105 con ciclos de 130 días sembradas en los meses de marzo y abril durante los años 1987 a 1989. La ETc promedio para ambas variedades y años fue 820 mm (6.8 mm dia-1) para un ciclo promedio de 133 días, mientras que la ETo fue de 624 (4,19 mm dia-1), 420 (3.86 mm dia-1), 600 (4.73 mm·dia-1) y 814 (5.49 mm dia-1) calculadas mediante las formulas FAO P-M, Hag, EoKp y Eo respectivamente, con coeficientes R2 significativos para las comparaciones entre sí de todos los métodos de cálculo de ETo; los Kc decenales se incrementan desde el inicio hasta obtener un máximo de 1.5 y 1.4 para las variedades J-105 y amistad desde los 80 a los 110 días de crecimiento y luego descender a 1.3 y 1,2 para ambas variedades al final del ciclo; dado la poca diferencia entre variedades se propone un Kc para el cultivo acorde a las fases del mismo de 0.8, 1.2, 1.4 y 1.3 para las fases final, vegetativa, reproducción y final respectivamente. Se sugiere la validación de estos coeficientes para otras regiones del país.

Palabras clave: manejo eficiente; agua; lisímetro; coeficiente de tanque

INTRODUCCIÓN

La evapotranspiración es el principal componente del balance de agua en el arroz (Haofang et al., 2017). En Cuba, al revisar diferentes trabajos sobre la evapotranspiración del arroz realizados en el país Herrera et al. (2019), obtuvieron un promedio de 853 mm por cosecha y señalaron además que este componente significa entre el 53 al 56 % del balance hídrico en un campo arrocero. Lo anterior indica la importancia de la estimación de este parámetro para el manejo eficiente del agua y el incremento de la eficiencia del uso de la misma por el cultivo del arroz.

Para la estimación de la Evapotranspiración del cultivo (ETc), se utiliza el coeficiente del cultivo (Kc), el cual surge de la relación entre la ETc y la evapotranspiración de referencia (ETo), términos todos definidos por Allen et al. 2006). utilización de la ecuación ETc = ETo x Kc, es bastante utilizada por su simplicidad, valor práctico y aceptable seguridad. ETc se determina en experimentos de campo con la utilización de lisímetros apropiados para las condiciones de inundación en que se cultiva el arroz (Dastane, 1978; García, 1994; Sivapalan, 2015).

La ETo puede determinarse a partir de los parámetros climáticos utilizando las ecuaciones de FAO Penman-Monteith o Hargreaves tal y como ha sido recomendado por Allen et al. (2006) y también mediante los valores de evaporación determinados en el tanque evaporímetro clase A bien utilizando el coeficiente de tanque para igualarlo a la ETo como recomiendan Allen et al. (2006) o directamente tal y como se ha utilizado para otros cultivos en Cuba (Rey et al., 1982).

De acuerdo con Allen et al. (2006), el valor de Kc varía principalmente en función de las características particulares del cultivo, variando solo en una pequeña proporción en función del clima. Numerosos estudios se han desarrollado para la estimación del Kc en el cultivo del arroz en varias regiones del mundo. Tyagi et al. (2000), en las condiciones del trópico semi árido de la India (Karmal) encontraron valores de Kc de 1.15, 1.23, 1.14 y 1.02 para los estadios de inicial, desarrollo, reproductivo y maduración respectivamente. Para estos mismos estadios, en Thailandia; Shah et al. (1986), obtuvieron valores de 0.96, 1.2, 1.17 y 1.1. en California, Haofang et al. (2017) señalan valores de 1.1, 1, 0.8 y 0.97, mientras que, en Zaragoza, España, para arroz regado por aspersión, (Moratiel y Martínez, 2013), indican valores de 0.92, 1.6 y 1.03 para los estadios I, II y IV; y en Sardinia, Italia, para esos mismos estadios y utilizando también riego por aspersión Spanu et al. (2009) encontraron coeficientes de 0.9, 1.07 y 0.97. El boletín FAO 56 según Allen et al. (2006), recomienda un Kc inicial, Kc medio y Kc final de 1.05, 1.20 y 0.90 - 0.60 para estos tres estadíos respectivamente

El Irrigation Water Management Research Group (2018), ofreció resultados de Kc para tres variedades (una de alto rendimiento HYV, Mali 105 y Basmati) y 7 fórmulas de determinación de la relación ETc/Eto, donde encontraron importantes diferencias en el Kc del arroz según la fórmula empleada en la determinación de ETo, con los mayores valores promedios al emplear la fórmula de Blaney y Criddle (1,54), el método del Evaporímetro clase A (1,5) y el método de la radiación (1,51). Como se observa de la revisión anterior, el mayor valor del coeficiente se obtiene en la etapa intermedia que coincide en general con la fase reproductiva según Tyagi et al. (2000), la cual para las siembras de primavera en Cuba ocurre entre la 8 y 11 decena de crecimiento y para las siembras en la época de frio entre la 11 y 12 decena cuando las plantas han acumulado alrededor de 1147 Grados días de calor (°C) con ligeras variaciones entre diferentes cultivares (Maqueira, 2014).

En Cuba Hernández e Infante (1976a; 1976b), en trabajos realizados sobre el consumo de agua en la variedad IR8 en dos épocas de siembra, en la Provincia dela Habana, Cuba, al relacionar la ETc determinadas mediante lisímetros y la Evaporación en el tanque Clase A, encontraron Kc de 1.04 en la fase vegetativa y 1.5 en la fase reproductiva para la siembra realizada en el mes de julio, mientras que para la siembra realizada en el mes de marzo, los valores de Kc fueron de 1.06 y 1.42, respectivamente para las dos fases antes citadas.

Polon y Pardo (1982), en el municipio Los Palacios, Provincia de Pinar del Río, Cuba, con la variedad Caribe 1 y similar procedimiento que Hernández e Infante (1976a) encontraron un Kc global de 1.16, mientras que Dueñas et al (1981) citado por Camejo et al. (2017), encontró Kc, también relacionados con la Evaporación en el tanque Clase A que variaron entre 1,65 y 0,95.

Como puede observarse, las escazas investigaciones realizadas en Cuba donde se ha determinado los Kc para el arroz, obtienen este valor relacionando la ETc con la evaporación en el tanque evaporímetro clase A, mientras que, por otra parte, los valores se refieren o bien a valores de Kc mensuales (Dueñas, et al. 1981, citado por Camejo et al. (2017), a coeficientes promedio para todo el ciclo (Polon y Pardo, 1982) o para solo dos fases (Hernández y Infante, 1976a; 1976b).

El Programa CropWat 8.0 FAO (2008), ha sido ampliamente utilizado para el cálculo de la demanda de riego del arroz en varias regiones del mundo (Bouraima et al., 2015; Surendran et al., 2015; 2015; Chowdhury et al., 2016; Ding et al., 2017), entre otros). Este programa utiliza la ecuación de Penman-Monteith para el cálculo de la ETc, por lo que los coeficientes que se utilizan deben haber sido obtenidos en relación a esta ecuación y además por fases del cultivo.

Para la determinación de Kc se requiere, además del cálculo de la ETo, el contar con datos obtenidos experimentalmente de la ETc del cultivo, para el caso del arroz en Cuba, Conte (1991), desarrollo en el cultivo del arroz durante tres años, con el empleo de lisímetros en condiciones de campo, estudios sobre el balance de agua en este cultivo, sin embargo en su trabajo, los resultados obtenidos de la ETc del cultivo no se relacionaron con la ETo determinada por ninguno de los métodos posibles.

En atención a lo anterior, este trabajo se propone, utilizando los datos de consumo de agua del arroz (ETc) obtenidos por Conte (1991) en la región de los Palacios, Pinar del Río, Cuba obtener coeficientes por fases para este cultivo a partir de la relación con la ETo calculada mediante la ecuación de Penman-Monteith, el Evaporímetro Clase A y la fórmula de Hargreaves.

MATERIALES Y MÉTODOS

Con el objetivo de obtener los valores de los elementos del balance hídrico del arroz Conte (1991), desarrollo un experimento, durante tres años, en áreas de la empresa Arrocera ¨Los Palacios¨, ubicada en el municipio del mismo nombre en la Provincia de Pinar del Río, Cuba. Los suelos del área de estudio, según Conte (1991), son del tipo Gley ferralítico (Gleysols según la clasificación FAO/UNESCO de acuerdo con Mesa y Naranjo (2018).

El promedio anual de lluvias de la región es de 1358 mm (Estación meteorológica ¨Paso Real de San Diego¨, 22° 33' 47" N, 83° 18' 26" W y 45 m.s.n.m), el 73 % de ellas precipita en los meses de mayo a octubre (estación lluviosa) y el 26 % restante en los meses de noviembre a abril (estación seca). En este último periodo ocurren también las menores temperaturas y los mayores valores de insolación acompañados de un marcado déficit en la relación Evaporación (Eo) /lluvias, lo que define una fuerte necesidad de riego. Este período es donde se obtienen los mayores rendimientos potenciales en el arroz bajo regadío para la región (Maqueira, 2014). La Tabla 1 muestra los valores promedios mensuales para el periodo 1971-2000 de las principales variables climáticas de la región.

TABLA 1 Algunas características climáticas (promedios mensuales período 1971/2000) tomados de la Estación Climática Paso Real de San Diego (22° 33' 47" N, 83° 18' 26" W y 45 m.s.n.m), en Los Palacios, Pinar del Río, Cuba 

Meses Temperatura mínima (°C) Temperatura máxima (°C) Humedad relativa (%) Velocidad del viento (m seg-1) Insolación (Horasdía-1) Evaporación (mm mes-1) Lluvias (mm mes-1)
Enero 17.0 27.2 80.2 7.7 7.1 115.1 54.6
Febrero 17.1 27.6 78.6 8.3 7.9 118.8 53.3
Marzo 18.4 29.0 77.1 9.6 8.5 162.3 57.6
Abril 19.8 30.4 75.5 9.3 9.1 176.0 85.8
mayo 21.7 31.4 78.8 8.2 8.0 175.7 162.7
junio 22.9 31.7 82.4 7.4 7.1 154.3 199.1
Julio 23.1 32.6 81.2 6.6 8.0 164.7 125.2
Agosto 23.2 32.6 82.5 6.4 7.8 155.1 165.7
Septiembre 23.0 31.8 85.1 5.8 7.0 127.6 230.0
Octubre 21.8 30.7 83.5 7.8 7.4 134.1 118.3
Noviembre 20.0 29.1 82.4 8.5 7.2 122.6 80.3
Diciembre 18.1 27.6 81.1 8.1 7.0 114.1 26.0

Para la obtención de los elementos del balance hídrico del arroz Conte (1991), trabajó en 4 campos del sistema de riego arrocero ¨Cubanacan¨ en la región antes citada. Las características del riego en cada campo, año de estudio, variedad, duración del ciclo, fechas de siembra y cosecha, así como el rendimiento obtenido fueron como sigue Conte (1991):

  1. Lote 19; campo 154A, año 1987; sistema de riego semiingeniero; variedad J-104; fecha de siembre 28/III, fecha de germinación 8/IV, fecha de cosecha 8/IX, rendimiento obtenido 4,4 ton ha-1. Ciclo de mediciones 140 días

  2. Lote 12; campo 90, año 1988, sistema de riego semiingeniero; variedad Amistad 82, fecha de siembre 16/IV; fecha de germinación 9/V, fecha de cosecha 16/IX rendimiento obtenido 3,83 ton ha-1. Ciclo de mediciones 140 días

  3. Lote 11; campo 85, año 1989, sistema de riego semiingeniero; variedad Amistad 82; fecha de siembre 1/III fecha de germinación 20/III, fecha de cosecha 4/VIII, rendimiento obtenido 3,95 ton ha-1. Ciclo de mediciones 110 días

  4. Lote 7 campo 4 Y 5, año 1989, sistema de riego Ingeniero; variedad J-104, fecha de siembre 29/III; fecha de germinación 6/IV, fecha de cosecha 21/VIII, rendimiento 7,3 ton ha-1. Ciclo de mediciones 130 días

Los tipos de sistemas de riego del arroz denominados semi ingenieros e ingenieros han sido caracterizados por Ruiz et al. (2016) como sigue:

Sistema semi ingeniero: Los canales de riego son uniformes, rectilíneos y con mando sobre el terreno a regar; su capacidad de conducción se corresponde a la demanda, los diques son rectos y permanentes trazan según las curvas de nivel y son temporales, la nivelación dentro de las terrazas es deficiente o no están niveladas, el riego se realiza pasando el agua de una terraza a la otra.

Sistemas ingenieros. Los canales de riego son uniformes, rectilíneos y con mando sobre el terreno a regar; su capacidad de conducción se corresponde a la demanda, los diques son rectos y permanentes, las terrazas están adecuadamente niveladas con pendiente cero o con pendientes, el riego se realiza a cada terraza individualmente.

Para la realización del balance hídrico en la terraza arrocera Conte (1991), utilizó dos métodos; el método de entradas y salidas de agua y el método de micro lisímetros (conocidos en la literatura cubana como evapontranpirómetros de Zaitzev, de acuerdo con García (2015); los resultados obtenidos por este último método fueron los escogidos para la realización de este trabajo y será descrito a continuación de acuerdo con (Conte, 1991).

En las terrazas de arroz se instalaron cuatro recipientes metálicos, dos de ellos con fondo y dos sin fondo. Los recipientes sin fondo se enterraron en el suelo a presión (golpeando cuidadosamente sobre un madero colocado sobre los mismos), teniendo cuidado de no alterar el estado natural del suelo. Los recipientes con fondo se colocaron en un agujero previamente abierto, cuidando al rellenar los recipientes que el suelo extraído fuera repuesto acuerdo según el orden de extracción. En dos de los tanques (uno con fondo y el otro sin el) se planta arroz y en los otros dos (también uno con fondo y otro no) no se planta arroz. El agua en los tanques se mantiene al mismo nivel que el agua en la terraza.

La Figura 1 muestra un esquema de la colocación de los tanques en el campo. En el tanque I. con fondo y sin plantas, las pérdidas de agua son debidas a la evaporación (Eo) del agua en la terraza, en el número II, también sin plantas, pero sin fondo; las pérdidas se deben al efecto combinado de la Eo y la filtración del agua en el suelo (Fv).

FIGURA 1 Esquema de instalación de los micros lisímetros. 

El tanque III, con plantas y con fondo, permite determinar la Evapotranspiración del cultivo (ETc), mientras que en el número IV, sin fondo y con plantas, totaliza el efecto combinado de la ETc y la Fv. La medición dela variación del agua dentro del tanque se realizó con un tornillo micrométrico y la densidad de plantas dentro de los recipientes que las contenían fue similar a la obtenida en la terraza, Una descripción detallada de este método ha sido brindada por (García, 1994).

La evapotranspiración de referencia fue determinada para las fechas de siembra señaladas en la Tabla 2 utilizando los datos meteorológicos brindados por la Estación Climática Paso Real de San Diego mediante la ecuación de FAO Penman-Monteith (FAO P-M) y Hargreaves según el procedimiento descrito por (Allen et al., 2006).

Los valores de Ra utilizados en la ecuación de Hargreaves fueron calculados mediante una hoja de cálculo Excel siguiendo el procedimiento descrito por (Allen et al., 2006).

Los valores de la Eo fueron obtenidos de la estación meteorológica antes citada, y fueron convertidos a ETo, utilizando los coeficientes (Kp) obtenidos por Bernal (1996), al comparar la ETo obtenida en lisímetros en la región occidental de Cuba, los valores mensuales de estos coeficientes se muestran en la Tabla 3. Los valores de Eo también fueron utilizados directamente para obtener un coeficiente (Kc) que relacionó directamente la Eo del tanque evaporímetro Clase A con la Etc.

En todos los caso Kc se obtuvo al relacionar el valor decenal de la ETc reflejados en la Tabla 2, con los valores de ETo decenales determinados por el método de FAO Penman-Monteith y Hargreaves o directamente con la evaporación obtenida en el Tanque Clase A, mediante las ecuaciones 1 y 2:

[TeX:] Kc = ETc/Eto (1)

[TeX:] Kc = ETc/Eo (2)

TABLA 2 Características del sistema de riego, variedades, fechas de siembra y cosecha y elementos del balance hídrico determinados por Conte (1991) en su experimento 

Época Semiingeniero; Lote 19; campo 154A, año 1987, J-104; Semiingeniero; Lote 12; campo 90, año 1988, Amistad 82, Semiingeniero; Lote 11; campo 85, año 1989, Amistad 82, ; Ingeniero; Lote 7 campo 4 y 5, año 1989, J-104, ;
mes dec. P Eo ETc F P Eo ETc F P Eo ETc F P Eo ETc F
III 2 10 11.8 6.3
III 3 66 33
IV 1 19 43 9.9 22 69 26 45 20 11
IV 2 32 46 30 33 33 66 29 61 26
IV 3 23 75 30 33 75 21 72 29 10 73 24
V 1 82 29 41 55 6.1 31 75 29 78 232
V 2 70 29 44 45 30 133 91 29 22 68 22
V 3 86 31 23 54 33 99 30 97 23
VI 1 76 28 41 47 30 92 28 86 22
VI 2 82 28 55 29 74 28 96 21
VI 3 68 28 61 29 69 28 233 63 19
VII 1 230 94 28 68 29 156 63 19
VII 2 83 28 40 79 28 62 19
VII 3 75 37 93 29 69 18
VIII 1 60 28 88 28 21 7.2
VIII 2 49 28 56 28
VIII 3 61 31
IX 1 46 25
Total 304 956 383 255 758 399 321 11.8 712 285 265 856 461

Nota: dec = decena; P= precipitación; Eo= Evaporación; ETc= Evapotranspiración del cultivo, F= Percolación (los valores de P, Eo ETc y F son expresados en mm).

La Tabla 3 muestra los coeficientes propuestos por Bernal (1996).

TABLA 3 Coeficientes Kp obtenidos por Bernal (1996).  

Meses noviembre diciembre Enero febrero marzo abril Promedio estación seca
Kp 0.91 0.87 0.71 0.86 0.75 0.84 0.82
Meses mayo junio julio agosto septiembre octubre Promedio estación lluvias
Kp 0.85 0.86 0.87 0.87 0.87 0.86 0.86

Determinación de las fases fenológicas del cultivo

Como puede observarse en la Tabla 2 Conte (1991), ofrece los valores de ETc por decenas de crecimiento sin indicar la fase en que se encontraba el cultivo, por su parte Maqueira (2014), relacionó las fases del cultivo con los grados días de calor acumulado (GDCA °C) por la planta para arribar a las diferentes fases y encontró que estos valores son similares independientemente de la época de siembra, aunque difieren entre variedades. Para la determinación de los GDCA, este autor utilizo la ecuación (3) según Rodríguez y Flores (2006), citado por Maqueira (2014):

GDC=Tmáxima+Tmínima2-Tbase (3)

donde:

T máxima

- temperatura máxima diaria (°C)

T mínima

- temperatura mínima diaria (°C)

T base

- 10 °C.

Como no se disponía de los datos diarios de temperatura, para el cálculo de GDCA se obtuvo el valor diario el promedio decenal de los valores de T máxima y T mínima.

Maqueira (2014), describe el desarrollo de la planta de arroz a través de tres fases y 10 etapas, mientras que el programa CropWat 8.0 FAO (2008), utiliza cuatro etapas definidas como inicial, desarrollo, medio y fin de temporada con Kc para las etapas inicial, medio y final. Con vistas a compatibilizar ambos criterios, se ajustó el criterio de Maqueira (2014), a las tres fases descritas por el según se muestra en la Tabla 4, tomando como referencia la variedad J-104.

TABLA 4 Fases del cultivo y DGCA (°C) necesarios para alcanzarla (adaptada de Maqueira (2014)  

Fase Desde- a GDCA (°C)
Inicial Germinación a inicio Ahijamiento 543 +/- 40
Vegetativa Inicio Ahijamiento a Ahijamiento máximo 1309 +/- 26
Reproductiva (media) Ahijamiento máximo a fin de etapa lechosa 2091 ´+/- 42
Final Fin de etapa lechosa a fin de etapa pastosa 2287 +/- 32

Ajuste de los coeficientes

Todos los coeficientes obtenidos en cada decena fueron promediados (n=4) y calculada la desviación estándar, luego se sumó o resto esta desviación a la media y con estos valores se obtuvo una ecuación polinómica del tipo Y= aX - bX2 + c, y con la misma se recalcularon los coeficientes decenales. Para la obtención de los coeficientes según demanda la subrutina ¨crop¨ del programa CropWat 8.0 para Windows FAO (2008), se siguió el procedimiento descrito por Allen et al. (2006).

Para la elaboración de la curva de coeficientes de acuerdo a las fases fenológicas, se asumió como valor de ETc diario al promedio del valor decenal reportado por Conte (1991) y se dividió por la ETo de acuerdo al mismo criterio, estos valores de Kc diarios así obtenidos se promediaron para el tiempo que duro la fase acorde con los GDCA acumulados.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Calculo de la Evapotranspiración de referencia

A pesar de la importancia del arroz como cultivo en Cuba, donde se siembran alrededor de 208 mil ha anuales (el 17 % del área plantada de cultivos temporales según ONEI (2017) y más del 90 % bajo regadío, se ha prestado poca atención al estudio del consumo de agua (ETc) por este cultivo. Al comparar valores de la ETc en varios sitios del mundo con los pocos trabajos realizados en Cuba, Herrera et al. (2019) concluyeron que los resultados obtenidos por Conte (1991), quien obtuvo como promedio de sus tres años de estudios y diferentes ciclos y variedades (ver Tabla 2) una ETc de 820 mm (valores diarios promedios de 6.8 mm) para un ciclo promedio de 133 días, concuerdan con los valores obtenidos para regiones de similar clima; por lo que los mismos brindan una referencia adecuada para la estimación de la demanda de agua del cultivo.

La evapotranspiración de referencia promedio diario mensual y la Eo del tanque evaporímetro clase A para los tres años que duró el estudio se muestra en la Figura 2.

Como puede observarse en la Figura, todas las curvas siguen un patrón similar con los mayores valores en abril y junio, lo cual coincide con Rey et al. (1982) quienes al estudiar el comportamiento de varias ecuaciones para la determinación de la ETo en Cuba encontraron similar comportamiento en todas las ecuaciones por ellos estudiadas. Por su parte Solano et al. (2003), al estudiar la distribución regional de la ETo mediante el método de FAO P-M encontraron igualmente similar patrón para todas las regiones del país.

FIGURA 2 Variación mensual de la ETo en la región de estudio calculada por diferentes métodos. 

La Figura 3 muestra la relación entre los distintos métodos de determinación de la ETo. Como puede apreciarse en la misma, existe una relación lineal positiva que salvo en la relación entre la evaporación del tanque clase y la formula de Hargreaves (Figura 3a) permite explicar más del 80 % de la variabilidad entre las formulas, con el mayor valor de R2 (0.86) para la relación entre la ETo determinada por la ecuación FAO P.M y Hargreaves.

Aunque el método de Hargreaves no es muy utilizado en Cuba, algunos autores han comparado los valores obtenidos mediante esta ecuación y la de FAO P-M; de este modo Figueroa et al. (2009), señalaron que Para las zonas montañosas (Alturas de Pizarras) en la provincia de Pinar del Río, es posible efectuar el cálculo de la ETo empleando el Método de Hargreaves que requiere menos información climática que el de FAO P-M.

También en la Provincia de Pinar del Río, para el municipio de los Palacios, al comparar ambas ecuaciones Castillo (2019), encontró una relación lineal entre ambas ecuaciones con coeficientes R2 de 0.83 para la época de enero a junio y de 0.92 para los meses de julio a diciembre, lo que según Castillo (2019), se debe a que existe una menor similitud entre la respuesta de las dos ecuaciones para los meses de abril a octubre, a causa de la mayor influencia en este período de la radiación solar. También en condiciones de clima seco, en la región oriental de Cuba Santana y Peña (2010), encontraron una buena relación entre las dos fórmulas de determinación de la ETo.

FIGURA 3 Relaciones entre los distintos métodos de determinación de Eto. 

Coeficientes de Cultivo

La Figura 4 muestra la variación decenal de los coeficientes de cultivo para cada uno de los períodos de siembra y variedad incluidos en este estudio y determinados a partir de la relación entre la ETc (Tabla 2) y los valores de ETo determinados por la formula FAO P-M.

FIGURA 4 Valores del coeficiente Kc del arroz para 4 épocas de siembra y dos variedades. 

En la Figura 4 puede observarse un bajo valor del coeficiente en las dos primeras decenas de crecimiento y a partir de este período un incremento casi lineal con el aumento de la edad de la planta hasta alcanzar los valores máximos del coeficiente a partir de la sexta semana. Desde este momento y hasta la 10 semana se mantiene un valor casi constante para comenzar a descender hasta la cosecha, coincidiendo con los resultados encontrados en varias partes del mundo Tyagi et al. (2000); Zawawi et al. (2010); Chowdhury et al. (2016), entre otros). Para la región en estudio, Maqueira (2014), trabajando con diferentes variedades señaló tres ciclos de desarrollo del cultivo (fases), vegetativa, reproductiva y maduración, con duración promedio de alrededor de 60, 40 y 30 días respectivamente para variedades con ciclo aproximado de 130 días, lo que coincide con el desarrollo de los coeficientes mostrados en la figura 4, donde el arroz alcanza su máximo valor de Kc a partir desde los 60 hasta los 100 días.

La Tabla 5 muestra los Kc decenales promedios para las variedades y épocas de siembra estudiados por Conte (1991) y calculados como la razón ETc/ETo FAO P-M.

Los bajos coeficientes en la primera y segunda semana se corresponden a la etapa de la siembra a comienzos del desarrollo vegetativo (inicial) donde el mayor porcentaje de ETc se corresponde con la Eo desde el suelo saturado y la Eo dela lamina inicial de agua.

TABLA 5 Coeficientes decenales del cultivo del arroz para ciclos de 130 días 

Días acumulados desde la Germinación
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Kc Promedio
COEFICIENTES POR DECENAS variedad J-105
año 1987 0,7 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,5 1,5 1,5 1,3 1,2
año 1989 0,9 1,1 1,2 1,3 1,3 1,3 1,4 1,4 1,4 1,5 1,5 1,5 1,4
Promedio 0,8 1,0 1,1 1,2 1,3 1,3 1,4 1,4 1,5 1,5 1,5 1,4 1,3 1,3
COEFICIENTES POR DECENAS Amistad 82
año 1988 0,5 0,7 0,8 0,8 0,9 0,9 1,0 1,1 1,1 1,2 1,2 1,2 1,2
año 1989 0,4 0,6 0,8 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4
Promedio 0,4 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,1 1,2 1,3 1,3 1,3 1,3 1,2 1,0
Promedio Dos variedades 0,6 0,8 1,0 1,1 1,1 1,2 1,3 1,3 1,4 1,4 1,4 1,3 1,3

Desde la semana 3 a la 7ocurre el período vegetativo (desarrollo), de la semana 7 a la 10 el período medio y de ahí en adelante hasta la semana 13 el período final acorde con la terminología empleada en el Programa Cropwat 8.0 (FAO, 2008).

La Figura 5 muestra los coeficientes de cultivo para el arroz ajustados según se requieren para el cálculo de la demanda de agua en el programa Cropwat 8.0 (FAO, 2008).

FIGURA 5 Coeficientes de cultivo del arroz ajustados.  

En la Tabla 6 se comparan los coeficientes obtenidos en este trabajo con los obtenidos por otras investigaciones en diferentes regiones de cultivo del arroz y los propuestos por FAO en su boletín de Riego y drenaje No.56 (Allen et al., 2006).

Como puede observarse en la Tabla 6, los valores de consumos de agua fluctúan entre 836 y 511 mm, sin embargo, esta gran diferencia de consumos, motivadas por las diferencias climáticas y varietales entre los distintos trabajos y tal vez también por las metodologías empleadas en la determinación de los valores de ETc, tienen poca influencia en la distribución de los coeficientes a través de las diferentes etapas del ciclo y también en sus valores. Todos los trabajos reseñados en la Tabla 6 coinciden en los mayores coeficientes sobre la tercera fase del cultivo, que coincide con la fase de reproducción. Los menores coeficientes corresponden a los resultados de Spanu et al. (2009) y de Moratiel y Martínez (2013), los cuales fueron realizados en el cultivo de arroz regado por aspersión, lo cual indudablemente disminuye el componente de la Eo en la ETc del cultivo y por tanto en el valor de la relación ETc/ETo.

Los valores promedios obtenidos en este trabajo corresponden a períodos de siembra donde el cultivo se desarrolló en la época de lluvias (la más cálida del año en Cuba). Para esta misma zona, pero con la variedad Caribe I, Polon y Pardo (1982) obtuvieron en siembras de esta misma época un coeficiente global de 1.16 cuando compararon durante dos años la ETc (promedio de 1 173 mm) con la evaporación del tanque clase A (promedio 980 mm); mientras que Hernández e Infante (1976 a y b) también relacionado con la Eo del tanque clase A obtuvieron coeficientes de 1,5 y 1,3 para las siembras de marzo-agosto y Julio diciembre respectivamente.

La Tabla 7 muestra los valores de Kc calculados utilizando diferentes métodos de cálculo de la ETo y los valores de la Eo determinados en el tanque clase A sin modificar. En la misma puede observarse poca variación entre el Kc calculado utilizando la ecuación de FAO PM y la evaporación en el tanque clase a sin modificar, mientras que al utilizar la ecuación de Hargreaves se obtiene un mayor valor de Kc, lo cual está relacionado con los menores valores de ETo obtenidos al utilizar esta ecuación (Figura 2). En este sentido Allen et al. (2006), señalan que la ecuación de Hargreaves tiene una tendencia a subestimar los valores de ETo bajo condiciones de viento fuerte (u2 > 3 m s-1), lo cual como puede observarse en la Tabla 1 es la condición imperante en la zona.

TABLA 6 Coeficientes de cultivo para el arroz en diferentes regiones del mundo 

Localidad Etc (mm) Fase del cultivo
I II III IV Promedio Autor
1 Kirtipur, Kathmandu 711 1.0 1.1 1.2 1.1 1.1 Tyagi et al. (2000); Zawawi et al. (2010)
2 Karmal, India 587 1.2 1.2 1.1 1.0 1.1 Tyagi et al. (2000)
3 Malaysia 775 1.1 1.4 1.4 1.0 1.2 Zawawi et al. (2010)
4 California 798 0.6 1.2 1.0 0.9 0.9 Lal, Clark, Bettner, Thoreson y Snyder
5 Nigeria 502.1 1.1 1.1 1.0 0.9 1 Shah et al. (1986)
6 Butte County , California 690-762 1.1 1 0.8 1.0 Shah et al. (1986)
7 Colusa County, California 681-813 1.1 1 0.8 1.0
8 Tailandia 1.0 1.2 1.2 1.2 1.11 Shah et al. (1986)
9 Zhenjiang, China 307-378 0.8 1.2 1.0 0.9 1.0 Shah et al. (1986)
10 Punjab, India 1.2 1.4 1.4 0.8 1.1 Kumar et al. (2017))
11 Serdang, Malasia 569.8 1.1 1.3 1.3 1.2 1.2 Zawawi et al. (2010)
12 Zaragosa, España 750-800 0.9 1.6 1.6 1 1.2 Moratiel & Martínez (2013)
13 Sardinia, Italia 0.9 1.07 0.97 0.97 0.97 Spanu et al. (2009)
14 Boletin 56 FAO 1,05 1,20 0,90-0,60 1 Allen et al. (2006)
15 Cuba 712-956 0.8 1.2 1.4 1.3 1.2 Este trabajo
Promedio 674.1 0.9 1.3 1.3 1.0 1.1
D.S +/- 162.7 0.2 0.2 0.2 0.2 0.10

TABLA 7 Coeficientes de cultivo calculados por diferentes métodos de determinación de la ETo 

Variedad Metódo de cálculo ETo Días acumulados desde la Germinación Kc Promedio
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
J-105 Eto FAO PM 0,8 1,0 1,1 1,2 1,3 1,3 1,4 1,4 1,5 1,5 1,5 1,4 1,3 1,3
Hargreaves 1,0 1,2 1,4 1,5 1,6 1,6 1,7 1,8 1,8 1,8 1,8 1,7 1,7 1,6
Eo X Kc pan 0,9 1,1 1,3 1,4 1,4 1,4 1,4 1,5 1,5 1,5 1,4 1,4 1,4 1,4
Eo 0,8 1,0 1,1 1,2 1,2 1,2 1,2 1,3 1,3 1,3 1,2 1,2 1,2 1,2
Amistad Eto FAO PM 0,5 0,7 0,8 0,8 0,9 0,9 1,0 1,1 1,1 1,2 1,2 1,2 1,2 1,0
Hargreaves 0,8 1,0 1,1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,7 1,7 1,7 1,4
Eo X Kc pan 0,7 0,9 1,0 1,1 1,2 1,2 1,3 1,4 1,4 1,5 1,5 1,5 1,5 1,2
Eo 0,6 0,8 0,9 0,9 1,0 1,1 1,1 1,2 1,2 1,3 1,3 1,3 1,3 1,1

CONCLUSIONES

La evapotranspiración es el principal componente del consumo de agua en los campos arroceros, por ello la determinación de la ETc es de suma importancia para el manejo del agua y su uso eficiente. Para la estimación de la ETc, el coeficiente del cultivo (Kc), definido como la razón de la ETc y la ETo es ampliamente utilizado por su simplicidad, practicabilidad y aceptable seguridad. Numerosos estudios sobre la evapotranspiración y el coeficiente del cultivo se han realizado en casi todas las zonas donde se cultiva el arroz en el mundo, sin embargo, a pesar de la importancia de este cultivo en Cuba, muy pocos trabajos se han realizado al respecto.

Los Kc determinados en este trabajo, al recoger la variación de los mismos a lo largo de todo el ciclo del cultivo y estar calculados utilizando la ecuación FAO P-M son utilizables en el programa CropWat cuando se dispone de suficientes datos meteorológicos o también utilizando ecuaciones alternativas como la de Hargreaves o medidas de Eo obtenidas directamente del tanque evaporímetro clase A.

Las condiciones cambiantes del clima desde que se obtuvieron los datos de ETc utilizados en este trabajo, así como la utilización de nuevas variedades y métodos de manejo del agua indican la necesidad de continuar estudios en este sentido. También, dada la posibilidad de diferentes condiciones climáticas en otras áreas arroceras del país diferentes a las que se obtuvieron los Kc en este trabajo, indica la necesidad de validación de los mismo para esas condiciones.

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Recibido: 13 de Noviembre de 2019; Aprobado: 14 de Junio de 2020

* Autor para correspondencia: Julián Herrera Puebla, e-mail: direccioninvest1@iagric.cu

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