Waldo Ojeda Bustamante y Armando Ramírez Arias. Las heladas en la agricultura: principios y métodos de control. 2007. Notas del Diplomado de Agrometeorología. Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. 48 pp.
2. Efecto dañino en las plantas
• El congelamiento del agua en las plantas es mortal ya que al
expandirse los cristales de hielo perforan las membranas celulares.
• El congelamiento del agua en las plantas depende de varios
factores (temperatura del aire, contenido de solutos en la células,
estado fenológico).
• Mayor efecto en tejidos con alto contenido de agua como los brotes
jóvenes
• Las heladas pueden provocar la muerte de las inflorescencias, la
caída de hojas o frutos, la muerte de yemas o la muerte de la
plantas.
• Se libera calor cuando se congela el agua por lo que es mejor que
se congele el agua (si hay) que se encuentra presente en el
ambiente y no la que se encuentre en la planta.
• Deshidratación de la célula al formarse el hielo aumenta la
concentración de soluto provocando la salida de agua por la
diferencia de presiones osmóticas en el interior y exterior de la
célula.
WOB-3
Daños
Célula
Tallo
Afectado por
Sano
helada
Hoja Fruto
WOB-4
2
3. Aspectos teóricos
La física del calor
WOB-5
Que es una helada?
• Helada meteorológica ha sido considerada
cuando la temperatura ambiental baja de los
cero grados.
• Helada biológica cuando la temperatura
ambiental puede causar daños a los tejidos
vegetales para las condiciones ambientales, de
sanidad, fenología, especie y variedad del
cultivo.
• La definición no dice donde, como se mide
(1.25-2 m en una caseta) y que daño causa (%).
• La temperatura ambiental es menor que la
temperatura medida en una caseta.
WOB-6
3
4. Temperatura del punto de rocío
• Punto de rocío: temperatura (Tpr) a la cual el
vapor de agua se condensa en forma visible como
rocío, neblina o escarcha.
• Valores altos de Tpr indican grandes cantidades
de vapor de agua presente en el aire y viceversa.
• Si Tpr=4oC, al bajar la temperatura del aire por
debajo de 4, el vapor presente en el aire se
condensará. Si baja de lo 0oC se formará
escarcha (helada blanca).
• Si Tpr<0oC, el hielo no será visible a temperaturas
del aire menores a 0oC, causando un gran daño a
los cultivos (heladas negras). WOB-7
Tipos de calor
• Existen dos tipos de calor: sensible y
latente
• El calor sensible es el que puede sentirse
y medirse con un termómetro
• El calor latente está relacionado con los
cambios de fase del agua y no se
encuentra fácilmente disponible
WOB-8
4
5. Calor latente (calor químico)
• El cambio de fase implica liberación o
absorción de calor.
WOB-9
Calor latente
Se liberan 419 kJ como calor sensible al congelar un kg
de agua liquida a 20oC, sin embargo se requieren 2500
kJ para evaporar un kg de agua liquida a 0oC, que se
absorbe del calor sensible para convertirse en calor
latente. Se requiere mayor energía para evaporar que la
que libera para enfriar y congelar la misma masa de
agua.
Proceso Energía (kJ kg-1)
20 oC a 0 oC 84
Congelamiento a 0 oC 335
Evaporación a 0 oC -2,500
WOB-10
5
6. Formas de transferencia del calor
sensible
Convección- Transferencia de calor por circulación
(líquido o gas).
Conducción-Transferencia de calor entre sólidos.
Radiación-Transferencia de calor por ondas
electromagnéticas sin un medio conductor.
WOB-11
Clasificación de heladas
(por formación)
1.Radiativas: se presentan en noches
claras, despejadas en ausencia de viento,
al perder calor y enfriarse la superficie
terrestre durante la noche. También se
conocen como heladas de radiación.
2.Advectivas: se presentan a cualquier hora
del día con la llegada de frentes fríos con
una temperatura inferior al punto de
congelación del agua.
WOB-12
6
7. Características heladas
Tipo Características
Radiación Cielos claros y con calma
Temperatura durante el día>0oC
Inversión termica
Advección No perfil de inversión térmica,
vientos
Temperatura durante el día puede
ser <0oC
WOB-13
Control de heladas
• Aunque las heladas convectivas y radiativas se
pueden presentar teóricamente en cualquier
lugar, es muy caro proteger al cultivo de una
helada convectiva por la gran cantidad de
recursos energéticos que se requerirían. La
mayoría de los métodos de control están
enfocados a mitigar el efecto de heladas
radiativas.
• Afortunadamente las heladas convectivas se
producen en invierno durante el período de
reposo de los frutales y son menos frecuentes
que las radiativas.
WOB-14
7
8. Inversión térmica
Snyder y
Melo-Abreu
FAO 2005
WOB-15
Desarrollo de una inversión
térmica
Snyder y Melo-Abreu
FAO 2005
25
20
23h
15
02h 22h
10
01h
5
24h
0
-2 -1 0 1 2 3 4 5 6
o
Temperatura ( C)
WOB-16
8
9. Rango temperaturas críticas
oC
Cultivo Germinación Floración Fructificación
Cebada -7,-8 -1,-2 -2,-4
Col -5,-7 -2,-3 -2,-3
Fríjol -5,-6 -2,-3 -3,-4
Maíz -2,-3 -1,-2 -2,-3
Melón -0.5,-1 -0.5,-1 -1
Soya -3,-4 -2,-3 -2,-3
Tomate 0,-1 0,-1 0,-1
Trigo verano -9,-10 -1,-2 -2,-4
WOB-17
Temperaturas críticas en oC
(caducifolios)
Cultivo T10 T90
manzano -2.8 -3.9
Pera -2.8 -5.0
Durazno -2.2 -4.4
Ciruela -2.2 -5.0
Cereza -2.8 -3.9
La temperaturas criticas T10 y T90 indican que después de 30
minutos a la temperatura indicada causaran el 10% y 90% de
muerte en las partes afectas para la etapa señalada. WOB-18
9
10. Pronóstico de heladas advectivas
• Las heladas advectivas son pronosticadas
anticipadamente por el Sistema Meteorológico
Nacional con la ayuda de modelos de circulación
detallada de la atmósfera.
• Los pronósticos son actualizados a medida que el
frente frío se acerca a una zona de interés.
• La temperatura del frente advectivo es uniforme ya
que los vientos mantienen el aire mezclado y en
consecuencia hay poca variación horizontal y
vertical.
• Las heladas advectivas son difíciles de combatir
pero relativamente fáciles de pronosticar.
WOB-19
Frentes
Los frentes se forman cuando se encuentran dos masas de aire
de distinta temperatura. Debido a que el aire caliente es más
ligero que el frío, el primero asciende sobre la capa fría.
Llamamos a los frentes de según la masa de aire que se mueva
más rápido. De esta forma, si una masa de aire caliente se mueve
rápido hacia el aire frío, el espacio comprendido entre las dos
masas de aire se conoce como frente cálido. Los cambios
meteorológicos son rápidos si pasa un frente frío, y son más
lentos si se trata de un frente cálido.
WOB-20
10
11. Frente frío
Frente frío
WOB-21
Pronóstico de heladas radiativas
WOB-22
11
12. Condiciones propicias para la
presencia de un helada radiativa
• Una noche con cielos despejados (sin
nubosidad)
• Una humedad ambiental baja
• Noche con calma con vientos muy ligeros
o nulos.
WOB-23
Estimar el tiempo de inicio de la
helada
• Se requieren recursos y infraestructura para
salvar el cultivo ante presencia de una helada.
• Sin embargo es un reto consumir la cantidad
mínima de recursos posible.
• Activar anticipadamente cualquier método de
control de heladas es una perdidas de recursos.
• Por lo tanto es indispensable estimar la
tendencia del cambio en la temperatura y así
predecir el mejor momento de responder
activando el sistema de control de heladas.
WOB-24
12
13. Datos observados
dos horas
después
puesta sol
Temperatura
aire rocío mínima
dia To (oC) Tr (oC) Tn (oC)
Notas:
1 0.0 -6.4 -5.9 Temperatura del aire
2 0.3 -8.6 -5.5 (To) y de rocío (Tr), dos
3 2.4 -6.3 -5.2 horas después puesta
4 1.0 -1.7 -5.1
del sol.
5 2.5 -0.6 -4.4 Temperatura mínima (Tn)
6 4.3 -1.2 -4.3 observada en la
7 4.2 -6.0 -3.8 siguiente mañana
8 3.0 -4.1 -3.5
9 5.2 0.1 -3.3
WOB-25
10 4.9 2.6 -2.7
Ta vs Tmin
WOB-26
13
14. Predicción de la variación de la temperatura
durante una helada por radiación
Tp − T2
Ti = T2 + k i − 2 k=
n−2
• i es la hora del día, i=0 es la hora de la puesta
del sol, i=n a la salida del sol
• Ti es la temperatura al tiempo i
• T2 es la temperatura a dos horas después de la
puesta del sol
• k constante
• Tp es la temperatura estimada (mínima) hasta la
salida del sol del siguiente día
WOB-27
Modelo propuesto por Allen, C.C.1957
Allen, C.C.1957
Ejemplo
Snyder y Melo-Abreu
FAO 2005
WOB-28
14
15. Métodos de control
WOB-29
Control de heladas
• Control indirecto (pasivo)- Prácticas
protectivas antes de la presencia de una
helada para reducir su impacto.
• Control directo (activo)- Prácticas
reactivas aplicadas durante la presencia
de una helada para remplazar las
pérdidas de energía natural.
WOB-30
15
16. Métodos pasivos de control de
heladas
• Químicos
– Tratamiento químico de la semilla o planta
– Uso de reguladores de crecimiento u otras substancias
• Físicos
– Selección sitio de cultivo (cercano a cuerpos de agua,..)
– Modificación del paisaje y microclima
– Cobertura del suelo
– Protección parcial o total de la planta
• Agronómicos
– Control del estado nutricional
– Manejo del suelo
– Variedades resistentes
– Selección de cultivos y fecha de siembra de acuerdo al periodo
libre de heladas
WOB-31
Selección del sitio
“El mejor momento para
proteger una huerta de una
helada es cuando se establece”
establece”
Humphries (1914)
WOB-32
16
17. Protección física de cultivos
WOB-33
Uso de espumas protectoras
para los cultivos
Ante el pronóstico de una helada se
aplica una espuma protectora a las
plantas entre las 4-5 pm anterior a la
noche con evento de helada.
WOB-34
17
18. Aplicación de espuma en campo
Fuente: McGovern, Semer IV y Pecsenka
(U. Florida) WOB-35
Control directo (activo)
• Intercepción de la radiación por medio de
generación de gases o humos
• Mezclado del aire (bajar el aire caliente que se
encuentra arriba)
• Calentamiento directo del aire o planta
• Aplicación de agua por aspersión para liberar
calor por congelamiento o aplicar agua por
gravedad para transportar calor e incrementar la
conductividad térmica del suelo
WOB-36
18
19. Intercepción de la radiación
WOB-37
Calentadores
J. A. Soza, 2005
WOB-38
19
20. Ventiladores
WOB-39
Helicópteros
J. A. Soza 2005
Chile
E.E.U.U
Nueva Zelanda
WOB-40
20
22. Temperatura activación e intensidad de aplicación:
método de riego por aspersión
Temperatura de inicio/fin para
control de heladas con aspersión Intensidad de aplicación
temperatura
rocío
Temperatura bulbo húmedo (oC) mm/hr
oC -5 -4 -3 -2 -1 0 Vel. 30 s 60 s
Temperatura
viento rotación rotación
0 0.0
oC m s-1 mm h-1 mm h-1
-1 -1.0 0.7
-1.7 2.0 2.5
-2 -2.0 -0.4 1.3 -3.3 0.0-0.5 2.8 3.3
-5.0 3.8 4.3
-3 -3.0 -1.4 0.2 1.9
-1.7 2.5 3.0
-4 -4.0 -2.5 -0.9 0.8 2.4
-3.3 0.9-1.4 3.3 3.8
-5 -5.0 -3.5 -1.9 -0.4 1.3 2.9
-5.0 4.6 5.1
-6 -4.5 -3.0 -1.5 0.1 1.8 3.4
-7 -4.1 -2.6 -1.0 0.6 2.2 3.9
-8 -3.6 -2.1 -0.6 1.0 2.6 4.3 Snyder y de Melo-
-9 -3.3 -1.7 -0.2 1.4 3.0 4.7 Abreu, 2005
WOB-43
Tablas validas para bajas altitudes (<500 m)
Daño potenciales del riego por
aspersión
WOB-44
22
23. Pronostico de días con heladas
Fuente: SMN-CNA
WOB-45
Periodo libre de heladas
• El desarrollo de cultivos anuales esta asociada
con el periodo libre de heladas. Las fechas de
inicio y fin de dicho periodo definen la etapa
potencial de siembras y cosechas.
• Heladas tempranas o tardías son catastróficas
para el desarrollo del cultivo.
• Un estudio detallado del periodo libre de
heladas con diferentes niveles de probabilidad
es importante para el establecimiento potencial
de cultivos.
WOB-46
23
24. Longitud del periodo libre de
heladas
WOB-47
Para información adicional
Dr. Waldo Ojeda Bustamante
IMTA
wojeda@tlaloc.imta.mx
(777) 329-36-00 ext 445.
GRACIAS…..
WOB-48
24