Estimación de la demanda hídrica del trigo y sorgo en el Estado de México mediante la recalibración de K_T

Estimation of the water uptake of wheat and sorghum in the State of Mexico by means of the recalibration of K_T

M. Sc. José Luis Rangel Salinas^I, Dr. Khalidou MamadouBâ^I, Dr. Henry Arturo Kelso Bucio^II, M.C. Francisco Magaña Hernández^I

I.Universidad Autónoma del Estado de México, Facultad de Ingeniería, Centro Interamericano de Recursos del Agua, Cerro de Coatepec, Toluca, Estado de México, México. ^]]> II. Productos Agropecuarios KEBU, S.A., San Félix, Chiriquí, Panamá.

RESUMEN

En este estudio se realizó la estimación de la demanda hídrica del Trigo y Sorgo en el Estado de México mediante la recalibración del coeficiente K_T, para la estimación de la evpotranspiración de referencia (ETo). Debido a que el método recomendado por la FAO es el de Penman-Monteith y a veces las variables necesarias son escasas, la tendencia es usar métodos más simples como el método del Tanque Evaporímetro. Debido a esto, el objetivo de esta investigación se centra en la recalibración del coeficiente K_T para la estimación de ETo y determinar el déficit hídrico del trigo y sorgo de forma espacial para el Estado de México, a través de la implementación de la base de datos meteorológicos de CONAGUA-SMN. La comparación de los métodos fue realizada mediante la desviación estándar del error, índice de correspondencia y el cociente entre ambas estimaciones de ETo. Los resultados indican que el déficit hídrico promedio para el cultivo de Trigo y Sorgo fue de 88 mm y 10 mm, para el periodo mayo-septiembre y mayo-agosto, respectivamente. Además, el método del Tanque Evaporímetro recalibrado mediante su coeficiente K_T, puede ser utilizado para estimar ETo y disminuir la sobreestimación o subestimación del método.

Palabra clave: evapotranspiración, evaporación, tanque evaporímetro, requerimientos hídricos.

ABSTRACT

An estimation was made of the water uptake of wheat and sorghum in the State of Mexico by means of the recalibration of the coefficient K_T, for the estimation of the reference evapotranspiration (ETo). Because the method recommended by the FAO is that of Penman-Monteith and at times the necessary variables are scarce, the tendency is to use simpler methods such as the Evaporimeter Tank method. Therefore, the objective of the present study is centered on the recalibration of the coefficient K_T for the estimation of ETo and to spatially determine the water deficit of wheat and sorghum for the State of Mexico, by means of the implementation of the meteorological data base of CONAGUA-SMN. The comparison of the methods was made by means of the standard deviation of the error, correspondence index and the quotient between both estimations of ETo. Results indicate that the average water deficit for wheat and sorghum was 88 mm and 10 mm, for the period May-September and May-August, respectively. Furthermore, the Evaporimeter Tank method recalibrated using its K_T coefficient, may be used to estimate ETo and reduce the overestimation or underestimation of the method.

Keywords: evapotranspiration, evaporation, evaporimeter tank, water requirements.

  ]]> INTRODUCCIÓN

La optimización de los recursos ha alcanzado todos los niveles de la vida humana. En el caso del agua, dicha optimización adquiere gran importancia, ya que la disponibilidad del líquido disminuye cada vez más y por lo tanto su obtención se dificulta y encarece de manera importante. Debido a la falta o la inapropiada distribución espacio - temporal de la lluvia, es necesario el riego. Esta actividad tiene como objetivo suministrar la cantidad de agua requerida por los cultivos en sus diferentes etapas de crecimiento, una subestimación de los requerimientos de riego puede generar condiciones de estrés hídrico en los cultivo, afectando la productividad y calidad del mismo.

La evapotranspiración de cultivo (ETc) y la precipitación efectiva (PE) son los dos principales componentes para estimar los requerimientos de riego, mismos que han sido probados y aplicados desde hace varias décadas en México y en el mundo (Ojeda et al., 2007).

El Estado de México está situado entre los meridianos 98°36' y 100°37' de longitud oeste y los paralelos 18°22’ y 20°17’ de latitud norte, se ubica en la parte Sur de la altiplanicie meridional de la República Mexicana, la altitud en las cabeceras municipales fluctúa entre 1330 y 2800 msnm. Políticamente esta conformado por 125 municipios con una superficie de 22 351 km² y representa el 1.1% del territorio nacional (INEGI, 2012).

Para el desarrollo de programas agropecuario y forestal del gobierno federal utiliza la regionalización elaborada en 1976 por medio de datos geográficos, viales y administrativos. Estos distritos agropecuarios se convirtieron en 1981 en ocho distritos de desarrollo rural que han sido utilizadas para los programas de desarrollo regional (Rivera, 2007).

En el Estado de México uno de los principales cultivos es el trigo, el cual destaca por ser uno de los principales granos básicos, su importancia social y económica. El trigo se cultiva principalmente en zonas templadas, la temperatura adecuada para el cultivo varía entre 15 y 31°C, en general este cereal requiere de 600 a 800 mm de agua por ciclo (Parsons, 1991). La mayoría de la producción del trigo se destina para la alimentación, y casi el 75% de éste se utiliza para la producción de harina, principalmente para la elaboración de pan, sobre todo aquella procedente de trigo blanco (ICAMEX, 2008).

Por otro lado, el sorgo pertenece a la familia de las gramíneas y la importancia de este cultivo radica en que abastece de materia prima a la industria de alimentos balanceados para animales (SENASICA, 2012). El agua es muy importante en las fases de desarrollo del cultivo de sorgo. Dicho cultivo necesita de 450 a 650 mm de agua por ciclo.  Sin embargo, es una especie que tiene alta tolerancia a la sequía y a ciertos periodos de saturación de agua. La temperatura óptima para crecimiento está entre los 26.7 y 29.4°C, y la mínima de 15.6°C.  (SAGARPA, 2008).

La evapotranspiración es una de las variables hidrológicas más relevantes. La cuantificación de ésta, con un nivel suficiente de precisión, es fundamental en estudios hidrológicos, en modelos de cambio climático, y en la producción de alimentos. Se conoce como evapotranspiración (ET) la combinación de dos procesos separados por los que el agua se pierde a través de la superficie del suelo (evaporación) y transpiración de las plantas (Allen et al., 2006).

El primer paso es calcular la evapotranspiración de referencia (ETo) que depende solo del clima. El método recomendado por la FAO es el de Penman-Monteith. Sin embargo, las variables necesarias para su aplicación son a veces escasas. La tendencia es usar métodos más simples como el Método del tanque. Debido a esto, el objetivo de esta investigación se centra en la recalibración del coeficiente K_T (método de tanque evaporímetro) para la estimación de ETo y determinar el déficit hídrico del trigo y sorgo de forma espacial para el Estado de México.

MÉTODOS

Selección de estaciones climatológicas

En este estudio se utilizó las variables climatológicas de precipitación, evaporación, temperatura máxima, temperatura mínima y velocidad del viento a intervalos mensuales para el Estado de México. También se incorporaron las estaciones que se encontraron circundantes a una distancia de 5 km de los límites del Estado. Considerando un total de 436 estaciones regidas por la CONAGUA-SMN (Figura 1).

De acuerdo con las recomendaciones de la Organización Meteorológica Mundial (OMM), se llevó a cabo un análisis de calidad de los datos para disminuir los erróneos que conlleven a la incertidumbre de los resultados de la investigación como lo sugiere Llamas, (1997) y considerar que las muestras sean válidas (Cano, 2005). Se realizaron diversos análisis para determinar la aleatoriedad, independencia y homogeneidad de las series de datos utilizados. Para evaluar la aleatoriedad se utilizó el test de “Hatanaca”, para la independencia el test de “inversión”, y para la homogeneidad el test de “Mann y Whitney”.

Estimación de la Evapotranspiración de referencia

Debido a la disponibilidad de estaciones regidas por CONAGUA-SMN, en este estudio se implementó el método del tanque evaporímetro, el cual fue recalibrado regionalmente para estimar la evapotranspiración de referencia mediante la ecuación 1.

donde:

K_T coeficiente del tanque evaporímetro;

ETo_PM evapotranspiración de referencia estimado con Penman-Monteith (PM);

Una vez obtenido el coeficiente K_T recalibrado regionalmente en 117 estaciones, se estimó la ETo mediante el método del Tanque Evaporímetro a intervalo mensual. Finalmente, el rendimiento en la predicción de ETo con los nuevos coeficientes K_T se evaluaron con los criterios de desviación estándar del error (SEE), índice de correspondencia (D) y el cociente entre ambas estimaciones promedio de ETo (r) (Willmott, 1982). Estos criterios son definidos como:

donde:

P_i- valor estimado con cada modelo de prueba;

O_i- valor estimado con PM;

Ṗ - promedio de los valores estimados para cada modelo de prueba;

 n - tamaño de la muestra.

Estimación de la Evapotranspiración de cultivo

La evapotranspiración por cultivo se calculó para toda el área agrícola por cultivo. La ETc  se determinó como el producto de ETo y Kc.

En la Tabla, se muestran los coeficientes de desarrollo del trigo y sorgo.

Estimación de la precipitación efectiva

El método empleado para determinar la precipitación efectiva fue el propuesto por el Servicio de Conservación de suelos del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (SCS-USDA).

donde:

Pe-precipitación efectiva en mm/periodo;

P-precipitación observada en mm/periodo.

Determinación del déficit hídrico

Para determinar el déficit hídrico o necesidades de riego de los cultivos (NAR), se utilizó el software IDRISI Taiga para crear los mapas a nivel mensual de las observaciones puntuales de ETc y Pe, y mediante algebra de mapas se determinó las necesidades de riego de los cultivos, de acuerdo a los meses de desarrollo para cada cultivo.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La base de datos de CONAGUA-SMN estuvo conformada por 436 estaciones, de las cuales el 48.6% fueron rechazados debido a que no cumplieron con los criterios de calidad requeridos.  En este estudio, se utilizaron 224 estaciones correspondientes al 51,4% de la base de datos de CONAGUA-SMN.

Recalibración del coeficiente de tanque evaporímetro K_T

Implementando los datos obtenidos en la recalibración regional del coeficiente K_T (Figura 2), se estimó ETo mediante el método del Tanque evaporímetro y se comparó con respecto al método de PenmanMonteith para evaluar el rendimiento en la predicción de ETo. Donde se obtuvo una desviación estándar promedio de 14,78 mm·mes^-1, un índice de correspondencia de 0,84, un cociente promedio entre ambas estimaciones de 0,88 y un índice de determinación de 0,85, para determinar el grado de precisión del método recalibrado, y disminuir la sobreestimación en los primeros meses del año (enero-mayo) y la subestimación del método en los meses de junio-noviembre.

Determinación del déficit hídrico

El déficit hídrico para el cultivo de Trigo (Figura 3a) y Sorgo (Figura 3b) fue en promedio de 88 mm y 10 mm, para el periodo mayo-septiembre y mayo-agosto, respectivamente para los periodos recomendado por el Instituto de Investigación y Capacitación Agropecuaria Acuícola y Forestal del Estado de México, ICAMEX.

También se realizó la estimación del déficit hídrico para ambos cultivos desfasando la fecha de siembra recomendada por el ICAMEX un mes, el cual fue de 94 mm (Figura 4a) y 3 mm (Figura 4b). Donde se incrementaron los requerimientos hídricos un 6,8% para el cultivo del Trigo, al retrasar la fecha de siembra recomendad por el ICAMEX y para el cultivo de Sorgo se redujo un 30% los requerimientos hídricos.

De acuerdo a los resultados obtenidos para el cultivo de Trigo y Sorgo se ve la necesidad de replantear la planificación del recurso hídrico en función de los conceptos de variabilidad espacial de tipo climático que existe en el área de influencia de los distritos, principalmente en Tejupilco y Coatepec Harinas para el cultivo de Trigo, y para el cultivo Sorgo Zumpango, Texcoco, Tejupilco, Atlacomulco, Valle de Bravo y Jilotepec.

CONCLUSIONES

Una alternativa para estimar ETo en zonas donde se cuenta con estaciones convencionales climatológicas, es el método del tanque evaporímetro, el cual puede ser recalibrado mediante su exponerte K_T para disminuir la sobreestimación o subestimación del método. También se observó, que la ETo es inversamente proporcional a la altitud. Debido a que la presión atmosférica varía con la altitud y al incrementarse, el agua se evapora a menor temperatura por lo tanto la evapotranspiración también lo hará.

El desfase del establecimiento del cultivo de Sorgo, es favorable para reducir las necesidades hídricas en un 30%. Sin embargo, para el cultivo de Trigo resulta contraproducente, ya que las necesidades hídricas aumentan en un 6.8%.

]]> Los requerimientos hídricos del cultivo de nuestro interés, son de gran importancia para prevenir el estrés hídrico y afectar la producción. Dicha estimación se puede realizar con ayuda de los Sistemas de Información Geográficas como IDRISI, y convertirse en una herramienta en la actualización de la planificación del recurso hídrico de forma espacio - temporal, debido a la variación climática actual.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. ALLEN, G. R., S. PEREIRA, D. RAES & M. SMITH: Estudio FAO Riego y Drenaje 56.  Evapotranspiración del cultivo: Guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos, Serie cuadernos técnicos, FAO, Roma, Italia, 2006.

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Recibido: 31 de julio de 2013.
Aprobado: 10 de septiembre de 2013.

Henry A. KelsoBucio, Productos Agropecuarios KEBU, S.A., vía interamericana, Juay, San Félix, Chiriquí, Panamá, Correo electrónico:henry.iah@gmail.com