Programa para el cálculo de las necesidades hídricas en cultivos

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Programa para el cálculo de las necesidades hídricas en cultivos

  1. 1. ESCUELA SUPERIOR DE AGRICULTURA DE BARCELONA Ingeniería Técnica Agrícola Hortofruticultura y Jardinería Trabajo Final de Carrera Programa para el cálculo de las necesidades hídricas de los cultivos Autor: Víctor Yusta Laguna Diciembre de 1998
  2. 2. ESCUELA SUPERIOR DE AGRICULTURA DE BARCELONA Ingeniería Técnica Agrícola Hortofruticultura y Jardinería Trabajo Final de Carrera Programa para el cálculo de las necesidades hídricas de los cultivos Profesor ponente: Nuria Cañameras i Riba Autor: Víctor Yusta Laguna Diciembre de 1998 2
  3. 3. AGRADECIMIENTOS. A la profesora, Nuria Cañameras, por su a yuda y prestancia. A mi esposa, María Luz, por estar a mi lado. A mi hermana, Cristina, siempre está cuando la necesito. A mi sobrino, Víctor Manuel, me ha ayudado mucho en las traducciones. A mi amiga, Pilar Barceló, por su sabia crítica constructiva. A mis padres, Paco y Maruja, les quiero mucho. 3
  4. 4. RESUMEN. La utilización del agua en la agricultura ha contribuido a un aumento muy importante de la producción en los últimos años. El aumento del consumo de agua para la agricultura origina un conflicto con las necesidades de consumo urbanas e industriales. Por tanto, la necesidad de realizar un consumo equilibrado es fundamental. Para ello se cuenta con métodos para estimar el agua necesaria para las plantas. Uno de los métodos de estimación que se propone es este trabajo es el descrito por la FAO, basado en el balance hídrico. Este calcula las entradas y salidas de agua en el conjunto aire-suelo-planta. Los cálculos mediante este método, sin ser complicados, son muy laboriosos y llevan a la necesidad de utilizar herramientas de ayuda para realizarlos. La informática es una herramienta que puede ayudar a realizar los cálculos de una manera rápida y eficaz. Así mismo, se convierte en un instrumento de simulación para adoptar estrategias cambiantes. El resultado ha sido un programa que realiza el cálculo del agua necesaria para un cultivo, mediante el método del balance hídrico propuesto por la FAO. Se tienen en cuenta los aspectos más importantes del balance hídrico: localización del cultivo, características del cultivo, datos meteorológicos, tipo de suelo, tipo de agua de riego, tipo de riego, y programación del riego. Palabras claves: agricultura - cultivo - regadío - necesidad hídrica - balance hídrico - informática. 4
  5. 5. RESUM. La utilització de l'aigua a l'agricultura ha contribuït a un augment molt important de la producció en aquests últims anys. L'augment del consum d'aigua per a l'agricultura origina un conflicte amb les necessitats de consum urbanes i industrials. Per tant, la necessitat d'arribar a fer un consum equilibrat és fonamental. Per tal d'arribar a aconseguir-ho es poden fer servir mètodes per estimar l'aigua necessària per a les plantes. Un dels mètodes d'estimació que es proposa en aquest treball és el que descriu la FAO, basat en el balanç hídric. Aquest mètode calcula les entrades y sortides d'aigua en el conjunt aire-sòl-planta. Els càlculs mitjantçant aquest mètode, sense que siguin complicats, són molt laboriosos i comporten la necessitat de fer servir eines d'ajut per realitzar-los. La informàtica és una eina que pot ajudar a realitzar els càlculs d'una manera ràpida i eficaç. Així mateix, es converteix en un instrument de simulació per adoptar estratègies canviants. El resultat ha estat un programa que realitza el càlcul de l'aigua necessària per a un cultiu, mitjançant el mètode del balanç hídric proposat per la FAO. Es tenen en compte els aspectes més importants del balanç hídric: localització del cultiu, característiques del cultiu, dades meteorològiques, tipus de sòl, tipus d'aigua de reg, tipus de reg i programació del reg. Paraules clau: agricultura - cultiu - regadiu - necessitat hídrica - balanç hídric informàtica. 5
  6. 6. SUMMARY. In recent times, water use for agricultural purposes has contributed to a dramatic increase in production. Higher water consumption in agriculture conflicts, however, with urban and industrial water needs A balanced water consumption policy is therefore crucial, methods being necessary to calculate the amount of water required by growing crops. One of the methods discussed in this work is the FAO water balance-based method, which measures water incomes and outputs for the whole system of airsoil-plant. Calculations obtained with this method are not complicated but they are really laborious. Thus, some calculating tools become necessary. Computers are useful, rapid tools to undertake these calculations. They may be also employed as simulation instruments to adopt changing strategies. The result has been a program based on the FAO water balance method to determine the quantity of water required by a crop. The major factors of this method —crop location, crop features, weather data, soil type, water type for irrigation, irrigation type and irrigation scheduling—have been considered. Key words: agriculture - crop – irrigation – water need – water balance – computers. 6
  7. 7. Indice ÍNDICE. 1.Introducción 10 1.1. Superficie de regadío 11 1.2. Consumo equilibrado de agua 13 1.3. Estimación de las necesidades hídricas de los cultivos 14 1.3.1. Descripción 14 1.3.2. Punto óptimo de riego 17 1.3.2.1. Estado hídrico del suelo 18 1.3.2.2. Estado hídrico de la planta 19 1.3.2.3. Balance hídrico suelo-planta-atmósfera 19 1.3.3. Déficit hídrico 1.4. Estimación de las necesidades hídricas mediante el método FAO-24 1.4.1. Cálculo de la evapotranspiración 1.4.1.1. Cálculo de la evapotranspiración de referencia 21 23 24 24 1.4.1.1.1. Método Blaney-Criddle 25 1.4.1.1.2. Método de la Radiación 26 1.4.1.1.3. Método de Penman (FAO) 27 1.4.1.1.4. Evaporímetro de cubeta 29 1.4.1.1.5. Penman-Monteith (FAO-1990) 30 1.4.2. Coeficiente de cultivo 37 1.4.3. Evapotranspiración del cultivo 40 1.4.4. Factores locales que influyen en la evapotranspiración del cultivo 41 1.4.4.1. Clima 41 1.4.4.2. Humedad del suelo 42 1.4.4.3. Método de riego 42 1.4.4.4. Prácticas de cultivo 43 1.4.4.5. Rendimiento de los cultivos 44 1.4.5. Balance hídrico 44 1.4.5.1. Evapotranspiración del cultivo 44 1.4.5.2. Precipitación efectiva 45 7
  8. 8. Indice 1.4.5.3. Aguas subterráneas 46 1.4.5.4. Percolación profunda 46 1.4.5.5. Variación de la reserva de agua en el suelo 47 1.4.6. Necesidades netas de riego 48 1.4.7. Lavado de sales 49 1.4.8. Eficiencia de la aplicación 51 1.4.9. Necesidades brutas de riego 52 1.4.10. Programación del riego 53 1.4.10.1. Períodos críticos 53 1.4.10.2. Momento de riego 54 1.4.10.3. Dosis de riego 54 1.4.10.4. Reserva de agua al inicio del cultivo 55 1.4.10.5. Duración del riego 55 1.5. Utilización de la informática para el cálculo de las necesidades hídricas 56 1.6. Programas existentes para el cálculo de las necesidades hídricas 58 1.6.1. Programa para el cálculo de la evapotranspiración de referencia 59 1.6.2. Programa para el cálculo de la evapotranspiración de cultivo 59 1.6.3. Programa para el cálculo de la textura 60 1.6.4. Programas para la adquisición de datos meteorológicos 60 1.6.5. Programas para el cálculo de las necesidades hídricas de los cultivos 61 Programas para la simulación de las necesidades hídricas 63 1.6.7. Otros programas relacionados con las necesidades hídricas 63 1.6.6. 2. Objetivos 65 3. Material y métodos 67 3.1. Material 68 3.2. Métodos 68 8
  9. 9. Indice 4. Resultados y discusión 70 4.1. Flujo de datos 72 4.2. Programa 73 4.2.1. Diseño 74 4.2.2. Mantenimiento de tablas 74 4.2.3. Finca 75 4.2.4. Cultivo 76 4.2.5. Meteorología 79 4.2.6. Suelo 82 4.2.7. Agua de riego 84 4.2.8. Tipo de riego 85 4.2.9. Programación del riego 86 4.2.10. Resultados 88 5. Conclusiónes 89 6. Bibliografía 91 7. Anejos 93 7. Anejo 1. Tablas y figuras del manual FAO-24. 94 7. Anejo 2. Programas para el cálculo de las necesidades hídricas. 107 7. Anejo 3. Programa realizado. 124 7. Anejo 4. 157 Capítulo 1. Cálculo del Kc inicial. 157 Capítulo 2. Determinación indirecta de la capacidad de campo y del punto de marchitamiento. Capítulo 3. Triángulo de texturas 7. Anejo 5. Listado del programa 160 161 162 9
  10. 10. 1. Introducción 1. INTRODUCCIÓN. 10
  11. 11. 1. Introducción 1. INTRODUCCIÓN. 1.1. SUPERFICIE DE REGADÍO. El gran auge que ha tenido la agricultura en nuestro país en el último siglo se ha debido, entre otros factores, a una mayor utilización del agua para transformar cultivos y tierras de secano en otras de regadío más productivas. Excepto dos paréntesis históricos, el período árabe y durante el reinado de Carlos III (Nadal et alter, 1995), no es sino a partir de la Ley de Aguas de 1879 y la Ley de Grandes Regadíos de 1883, cuando aumenta la superficie de regadíos de una manera importante. Es a partir del inicio de este siglo cuando la superficie agrícola de regadío se triplica, pasando de las 1.200.000 hectáreas de 1904 a las 2.500.000 hectáreas de 1971 y llegando a las 3.400.000 hectáreas de regadío actuales. Este aumento tiene su causa en dos aspectos importantes: - El aspecto político: Las ya mencionadas “Ley de Aguas” de 1879 y la “Ley de Grandes Regadíos” de 1883 son dos leyes impulsadas por D. Joaquín Costa para el desarrollo de la agricultura de regadío (Nadal et alter, 1995) - Los avances tecnológicos: Gracias al avance tecnológico de finales del siglo pasado se pudieron empezar a realizar embalses, canales y la infraestructura necesaria para cultivar más cantidad de productos en menor espacio. Hoy en día, la productividad relativa del regadío frente al secano está entre 3, en el peor caso (zonas húmedas) y 100 (zonas áridas y soleadas) (Corominas, 1997). 11
  12. 12. 1. Introducción Las 3.200.000 hectáreas de regadío que se cultivan hoy en día suponen el 60% de la producción agraria útil (Valiente et alter, 1998). Pero esta producción sólo representa alrededor del 5% del producto interior bruto (Nadal et alter, 1995) y, sin embargo, consume el 80% de la demanda total de agua (Nadal et alter, 1995 Valiente et alter, 1997). Por este motivo, no es extraño que el uso agrícola del agua produzca tensiones con los otros usos del agua: el urbano y el industrial. Estas tensiones se agudizan en periodos críticos: verano y en épocas de sequía y, sobre todo, en zonas deficitarias (zona mediterránea). Nadal expone que para una correcta utilización del agua por parte del agricultor, han de estar presentes varios aspectos: un uso eficiente en la aplicación del riego, una correcta programación del momento y de la dosis de riego y un coeficiente de uniformidad lo más alto posible (Nadal et alter, 1995). Las pérdidas de agua que se producen durante la distribución pueden suponer hasta un 50% del caudal inicial (Luján, 1992). Siendo el sector agrícola el que más agua consume, esta falta de eficiencia en la distribución representa un volumen de pérdida muy alto. Nadal indica que el ahorro de agua que se puede conseguir, aumentando la eficiencia, puede llegar a satisfacer las futuras necesidades urbanas, industriales y agrícolas (Nadal et alter, 1995). 12
  13. 13. 1. Introducción 1.2. CONSUMO EQUILIBRADO DE AGUA. El agricultor ha de procurar realizar una correcta planificación en la distribución, en la dosis y en la aplicación del agua, con la finalidad de ahorrar el mayor volumen de agua posible (Valiente et alter, 1998 – Fereres, 1995 – Nadal et alter 1995). Esto quiere decir, que se ha de realizar un consumo sensato y equilibrado del agua. Las vías que permiten realizar un consumo equilibrado de agua son varias: → Los conductos de distribución del exterior de la explotación: se ha de exigir y conseguir que los conductos se construyan con las mínimas pérdidas posibles (pérdidas por filtración en embalses, falta de eficiencia en la distribución, pérdidas por evaporación, etcétera). → Mecanismos de distribución en el interior de la explotación: es válido el mismo principio que para el anterior punto. → Programación del riego: se ha de regar en el momento adecuado y con la dosis precisa (según la necesidad del cultivo). → Eficiencia en la aplicación: se ha de seleccionar el sistema de riego más eficiente posible y dotarlo de los medios necesarios para poder aumentar esa eficiencia. → Uniformidad: se ha de procurar que la uniformidad sea elevada, evitando así tener que aumentar las dosis para impedir zonas con déficit hídrico. La programación de riegos se basa en el cálculo de la necesidad hídrica de un cultivo con la finalidad de regar en el momento adecuado y con la dosis precisa. 13
  14. 14. 1. Introducción 1.3. ESTIMACIÓN DE LAS NECESIDADES HÍDRICAS DE LOS CULTIVOS. 1.3.1. Descripción. La necesidad hídrica de un cultivo se ha definido como: el volumen de agua requerido para el proceso de evapotranspiración, desde la fecha de siembra o plantación hasta el día de la recolección, de un cultivo dado en una región climática específica, cuando el contenido de agua del suelo está mantenido suficientemente por las precipitaciones y/o el riego, de tal forma que ésta no limita el crecimiento de las plantas o el rendimiento de los cultivos (Martín de Santa Olalla at alter, 1993). El agua es un elemento indispensable de las plantas porque tiene una doble función: - Función constitutiva: ya que una proporción mas o menos alta de la planta está constituida por agua. - Función de transporte: porque el agua, al ser un disolvente, transporta las sales minerales y los nutrientes del suelo a la planta. Si se consideran ambas funciones como la totalidad, la función constitutiva representa un porcentaje muy bajo respecto a la función de transporte. Martín de Santa Olalla et alter(1993) cita un ejemplo esclarecedor: una hectárea de maíz, 3 que produce 20 Tm. de materia seca, a lo largo de su cultivo retiene 4 m de agua y para ello habrá absorbido unos 6.000 m3 de agua, desde el suelo hasta la planta. Una vez que el agua ha realizado la función de transporte, pasa a la atmósfera en forma de vapor a través de los estomas. A esta liberación de vapor se le llama comúnmente evapotranspiración (ET). 14
  15. 15. 1. Introducción La evapotranspiración tiene, en realidad, 2 componentes: - La evaporación, que es la cantidad de agua que, por un proceso de vaporización, pasa del suelo a la atmósfera. Al inicio del cultivo el valor de la evaporación es más alto que en etapas subsiguientes. - La transpiración es la cantidad de agua que pasa, por el mismo proceso de vaporización, de la planta a la atmósfera. Al final del cultivo este valor es más alto que en etapas anteriores. A efectos prácticos, estos dos componentes se determinan conjuntamente porque representan el consumo de agua de la planta más el consumo de agua del suelo que sustenta a la planta. Los factores que influyen en la evapotranspiración son: > Factores climáticos: Radiación, temperatura, humedad del aire, velocidad del viento. > Factores edáficos: Conductivilidad hídrica, capacidad hídrica, etcétera. > Factores biológicos: Índice LAI, profundidad radical, etcétera. > Factores fitotécnicos: Laboreo, rotación, orientación, densidad, poda. > Factores geográficos: Extensión del área, efecto borde. La evapotranspiración se puede determinar por varios métodos: - Métodos directos: se utilizan unos aparatos que se denominan lisímetros. Los lisímetros son: unos recipientes grandes llenos de suelo ubicados en la parcela cultivada para recoger las condiciones naturales, de superficie desnuda o con cubierta vegetal, utilizados para determinar la ET de un cultivo o la evaporación de suelos desnudos (Aboukhaled et alter, 1986). Este es el método que sirve para verificar o calibrar los otros métodos. Por supuesto, es un método inviable en una explotación agrícola. 15
  16. 16. 1. Introducción - Métodos indirectos. Aquí se engloban tres tipos diferentes: > Micrometeorológico: se basa en una combinación del balance de energía y del transporte aerodinámico del vapor de agua, utilizando diversas variables climáticas (temperatura, humedad, velocidad del viento, radiación). > Balance hídrico del suelo: mide indirectamente la ET a partir de los parámetros que intervienen en el balance hídrico (suelo, aire y planta). > Fisiológico: Son técnicas que miden la pérdida de agua de la planta o de una parte de ella. Se utilizan trazadores o termómetros que analizan el movimiento de agua en la planta. Debido a la dificultad que presenta la medida de la ET por métodos directos o indirectos, éstos han sido sustituidos por diversos modelos de estimación. El modelo más común es el que se basa en la evolución del coeficiente cultural (Kc). Este coeficiente sirve para calcular la evapotranspiración de un cultivo (ETc) con una periodicidad regular (días, semanas o meses) mediante la siguiente relación: ETc = ETo x Kc Siendo ETo, la evapotranspiración de referencia del cultivo de referencia [mm]. ETc, la evapotranspiración del cultivo [mm]. Kc, el coeficiente cultural del cultivo. Los cultivos de referencia pueden ser gramíneas o alfalfa. En algunos casos, se denominaba a la a la ETo de las gramíneas como Etrg y al Kc correspondiente Kcg; si la referencia es la alfalfa, se denominaba Etra y Kca respectivamente. El Kc de un cultivo se define experimentalmente como la relación entre la ETc del cultivo y la ETo medida. 16
  17. 17. 1. Introducción El modelo más extendido en el mundo para determinar las necesidades hídricas es el de la FAO (Martín de Santa Olalla et alter, 1993). Este modelo se desarrolla en cuatro etapas: - Cálculo de la ETo mediante uno de cuatro métodos: Penman Radiación Blaney-Criddle Cubeta de evaporación clase A - Evolución de la curva del Kc a lo largo del cultivo - Cálculo de ETc mediante la relación: ETc = ETo x Kc - Factores correctores de carácter local: Advección, humedad, fertilidad del suelo, sistema de riego, salinidad, etc. 1.3.2. Punto óptimo de riego. Es el momento más idóneo para el riego, tanto desde el punto de vista agronómico como desde el punto de vista de la ingeniería del riego. Consiste en regar de tal manera que la planta no sufra disminuciones en su rendimiento actual ni futuro. Por ejemplo, si se regara sin tener en cuenta el lavado de sales, posiblemente no se disminuiría la producción actual pero sí que se podría producir una disminución en un futuro. Desde el punto de vista de la ingeniería del riego, el tema es de vital importancia porque puede determinar el sistema de riego, la dosis de riego y el intervalo de riego. Se ha de tratar de aunar los dos puntos de vista, para que el rendimiento no se altere y para que el protocolo de riego sea viable. 17
  18. 18. 1. Introducción Martín Santa Olalla et alter(1993), cita tres métodos para determinar el punto óptimo de riego: 1.3.2.1. Estado hídrico del suelo. Se basa en el conocimiento del nivel de agua que hay en el suelo. La programación del riego se basa en el punto en que se haya dedicido regar. Existen 3 métodos para determinar la cantidad de agua que hay en el suelo: - Resistencia eléctrica: Debido a que el agua es una solución salina, por la cantidad de sales que lleva disueltas, la medida de la conductividad eléctrica nos dará la cantidad de agua que hay en el suelo. Para ello, se utilizan unos bloques de yeso o de nylon enterrados en el suelo. Debido a que se mide el potencial osmótico y el potencial de tensión, estos bloques resultan afectados por la salinidad. Son de poca aplicación en la agricultura y se utilizan en investigación. - Radiactividad: Se utiliza una fuente de neutrones. La energía de los neutrones se pierde al chocar con los puentes de hidrógeno del agua. De tal manera, que a una mayor cantidad de agua habrá una pérdida mayor de energía. Por su naturaleza radiactiva, es utilizado por personal autorizado. - Potencial hídrico. Se basa en la medición de la tensión que se origina en una cápsula llena de agua. Esta cápsula tiene una membrana porosa que está en contacto con otra superficie en la cual hay una cantidad distinta de agua. El utensilio se llama tensiómetro y se calibra a 0 cuando el suelo está saturado de agua. En el momento en que el suelo se seca, el agua del tensiómetro pasa al suelo y provoca un vacío en la cápsula. Este vacío se registra mediante un manómetro. Cuando la lectura llega a un valor determinado, se ha de regar. Este valor depende del suelo y del cultivo. Aunque la lectura tiene un cierto retardo se puede registrar continuamente y puede servir para activar mecanismos de riego. Se utiliza en la agricultura y en investigación. 18
  19. 19. 1. Introducción 1.3.2.2. Estado hídrico de la planta. Se basa en el conocimiento del agua que se mueve en la planta. Para llegar a este conocimiento existen dos métodos: - Tensión de agua. Se mide mediante la cámara de tensión xilemática. Para ello se corta una muestra de tejido xilemático, por el que se hace pasar nitrógeno a una cierta presión. La lectura se realiza cuando aparece la savia, debido al empuje del gas nitrógeno. Es un método destructivo y sólo se utiliza en investigación - Temperatura. Cuando existe evapotranspiración, la temperatura en el exterior de la planta es menor que la del aire que la circunda. A mayor evapotranspiración, menor temperatura exterior habrá. Se utilizan unos termómetros de infrarrojos de onda media que pueden medir a una cierta distancia. Sirven para grandes extensiones de terreno. 1.3.2.3. Balance hídrico: suelo-planta-atmósfera. Se basa en la medición del balance hídrico que resulta de sumar las entradas de agua y de restar las salidas de ésta. Al resultado del balance se le llama variación de la reserva de agua en el suelo y es su valor el que determina el riego. Las entradas de agua se deben a las precipitaciones (Pe), a la ascensión capilar (Ge) y a la escorrentía superficial de salida (EsS) Las salidas de agua se deben a la evapotranspiración (ET), a la percolación profunda (Pp) y a la escorrentía superficial de entrada (EsE). (Pe + Ge + EsS ) - (ET+Pp+EsE) + ∆w El objetivo es mantener la variación de reserva de agua en el suelo (∆w) igual a 0. Pero como no se riega a cada instante, la ∆w variará de 0 a un nivel que no produzca la marchitez inviable de la planta. Este nivel es el que corresponde al agua útil. 19
  20. 20. 1. Introducción El agua útil (AU) es la cantidad de agua que existe entre la capacidad de campo (CC) y el punto de marchitez (PM). AU = CC – PM En la práctica agronómica, el hecho de que el margen de ∆w esté situado entre la capacidad de campo y el punto de marchitamiento, no es sinónimo de que no haya habido reducción del rendimiento en el cultivo; se ha de buscar un valor en el que no haya reducción del rendimiento. A este valor se le llama nivel de agotamiento permisible (NAP) y es el que corresponde al comienzo de la disminución de la tasa de evapotranspiración. Quedando el intervalo de humedad disponible en un punto que hay entre la capacidad de campo y el punto de marchitamiento: NAP = f * AU Siendo f el factor de agotamiento permisible en el cual no se produce una reducción en el rendimiento de la planta, dependiendo del tipo de cultivo y de la evapotranspiración diaria que exista (Doorenbos, 1973). Como la planta sólo puede extraer el agua mediante sus raíces, se define el concepto de profundidad efectiva de las raíces (z1). Este valor depende de la profundidad radical y de la profundidad del suelo cultivado. Siendo z1 el menor valor de los dos. A menudo, el valor que resulta de multiplicar NAP y z1 es denominado como reserva fácilmente utilizable (RFU). Las necesidades de riego netas (Nn) serán las siguientes: Nn = (Pe + Ge + EsS ) - (ET + Pp + EsE) + ∆w Siendo ∆w un valor que estará comprendido entre 0 y la RFU. 20
  21. 21. 1. Introducción 1.3.3. Déficit hídrico. Existe otra estrategia de riego, que no es objeto de este trabajo, pero que se va a definir por considerar que tiene un futuro muy prometedor para zonas con déficits hidráulicos estacionales o incluso anuales. A esta estrategia se la denomina riego deficitario controlado (RDC) y se está aplicando puntualmente en algunas zonas de clima mediterráneo (Levante murciano, Sur de Francia, etcétera). El RDC es un conjunto de estrategias que se basan en una menor aportación de agua de riego, en las épocas de escasez de agua, y en una posible aportación suplementaria en las épocas de abundancia de agua, pero sin que exista una disminución acusada de la productividad y de la calidad de los frutos. Según cita (Segura, P., 1995) en la región murciana la infradotación hídrica oscila entre 2.000 m3/ha y 3500 m3 /ha entre los años 1991 y 1993, cifra que puede llegar a corresponder a la cantidad de agua ahorrada con el RDC. No hay que confundir el RDC con la disminución de rendimiento debida al déficit de agua. La disminución de rendimiento ha sido estudiada por Doorenbos et alter en su obra “Efecto del agua sobre el rendimiento de los cultivos”. Esta obra se basa en la disminución del rendimiento de un cultivo, debido a una evapotranspiración más baja de lo normal. Esta menor evapotranspiración está causada por una menor aportación de agua. Las estrategias sobre las que se basa el RDC son las siguientes: - Períodos críticos en el cultivo. Se centra en suministrar agua en aquellos estados fenológicos que puedan condicionar la producción y/o la calidad de la cosecha. Cada cultivo tiene sus períodos críticos. - Crecimiento vegetativo y del fruto. Se basa en evitar un exceso de vigor que pueda inducir a una mayor demanda hídrica en estados fenológicos posteriores. En estos cultivos podría ser interesante aportar al estado fenológico de crecimiento del fruto el agua ahorrada anteriormente. En algunos cultivos, el crecimiento del fruto es un periodo crítico en cuanto al déficit 21
  22. 22. 1. Introducción hídrico pero a la vez responden de una manera positiva al aporte de agua (Cohen y Goell, 1984). - Características del suelo. Para el RDC se recomiendan suelos poco profundos y con poca retención hídrica, para que se puedan reponer de agua forma más rápida y precisa y para que el sistema radical sea pequeño. - Sistema de riego. El riego más aconsejable es el que se efectúa por el sistema por goteo, por ser más preciso y tener una eficiencia más alta. - Clima. Se recomienda la utilización del RDC en lugares con escasa pluviometría, para alcanzar los efectos perseguidos con el RDC. - Resistencia a la sequía. Existen diversas adaptaciones a la sequía: aumentar la profundidad radicular, el ajuste osmótico por el cual una planta es capaz de extraer agua con un potencial hídrico mas elevado del normal, el cierre estomático para evitar la deshidratación foliar y el defoliamiento foliar. En la bibliografía, constantemente se recomienda no extrapolar los resultados de una experiencia con RDC de una zona a otra y se recomienda tener en cuenta las necesidades de lixiviación de los cultivos, aportando agua suplementaria en épocas en que no se carezca de ella (Segura, P, 1995). 22
  23. 23. 1. Introducción 1.4. ESTIMACIÓN DE LAS NECESIDADES HÍDRICAS MEDIANTE EL MÉTODO FAO-24 Uno de los métodos más utilizados para el cálculo de las necesidades hídricas de los cultivos es el que publicó la FAO en 1974. Se publicó con el nombre de “ Las necesidades de agua de los cultivos” (Doorenbos et alter, 1974) y en 1977 se realizó una revisión. Por ser el volumen 24 de una serie de publicaciones de la serie Riegos y Drenajes, es conocido con el nombre de FAO-24. Este método consiste en una serie de pautas de aplicación de carácter práctico. Es un método de aplicación mundial por intentar reflejar en sus datos la mayor parte de los climas, cultivos y sistemas de riego que hay en el mundo. Por ser un método generalista, sus autores admiten que hay que ser críticos con los resultados obtenidos y, en la medida de lo posible, variar los datos para adecuarlos a nuestras necesidades. El método FAO-24 consta de tres partes diferenciadas: - Cálculo de la evapotranspiración. - Cálculo de las necesidades de riego. - Cálculo del suministro de riego. Desde la publicación de FAO-24 han pasado unos 25 años. A pesar del tiempo transcurrido, este método sigue utilizándose ampliamente en todo el mundo. Lógicamente, muchos de los aspectos de FAO-24 han quedado en desuso, se han modificado o se han ampliado con nuevos datos o cálculos. 23
  24. 24. 1. Introducción 1.4.1. Cálculo de la evapotranspiración del cultivo. El cálculo de la evapotranspiración de un cultivo se compone de 4 partes: - Cálculo de la evapotranspiración de referencia (ETo). - Elección del coeficiente de cultivo (Kc). - Cálculo de la evapotranspiración de cultivo (ETc). - Factores locales que influyen en la ETc. 1.4.1.1. Cálculo de la evapotranspiración de referencia (ETo) La evapotranspiración de referencia (ETo) se define como la evapotranspiración de un cultivo de gramíneas verdes de 8 a 15 cm., de altura uniforme, con crecimiento activo, que sombree el suelo y en el que no escasee el agua. Normalmente, el cálculo de la ETo utiliza o se vale de factores climáticos (temperatura, humedad, radiación, viento, etcétera). Existen 4 métodos para calcular la ETo por la vía FAO-24, aunque últimamente se ha añadido un quinto método: - Blaney-Criddle. - Radiación. - Penman. - Evaporímetro de cubeta. - Penman-Monteith combinado (publicado en 1990 por la FAO). A continuación, se exponen los datos mínimos para cada una de las cinco determinaciones: 24
  25. 25. 1. Introducción Tabla 1: Datos necesarios para calcular la ETo. Método Temperatura Humedad Viento Insolación Radiación Evaporación Condiciones Locales Blaney-Criddle * 0 0 0 - - 0 Radiación * 0 0 * (*) - 0 Penman * * * * (*) - 0 Cubeta clase A - * 0 - - * * Penman-Monteith * * * * (*) - 0 * datos medidos 0 datos estimados (*) datos cuando se dispone de ellos - No se necesita Los 4 primeros métodos se utilizan para períodos de 10 o 30 días, siendo la ETo calculada, la media diaria en mm/día para el período considerado. El quinto método se añadió en 1990 y puede servir para datos diarios y mensuales. A continuación, se exponen los 5 métodos. 1.4.1.1.1. Blaney-Criddle. Este método utiliza la temperatura, el porcentaje de horas diurnas, la humedad relativa y la velocidad del viento. Primero, se determina un factor f mediante la siguiente fórmula: f = P (0,46T + 8,13) donde: P : Porcentaje medio de horas diurnas del día sobre las horas diurnas anuales, véase tabla 1 del anejo 1 [%]. f : Factor de cálculo que depende de la temperatura y del porcentaje medio de horas diurnas, véase tabla 2 del anejo 1. T : Promedio de las temperaturas máximas y mínimas diarias [ºC]. Para determinar la ETo [mm dia-1], la figura 1 del anejo 1 se presentan 9 gráficos en función de 3 tipos de humedad relativa mínima y de 3 tipos de porcentajes 25
  26. 26. 1. Introducción medios de horas diurnas del día sobre las horas diurnas anuales. Cada uno de estos 9 gráficos contiene 3 rectas, correspondientes a 3 tipos de velocidad de viento diurnos. Es un método que sirve para estimaciones mensuales y que algunos autores desaconsejan porque hace una estimación de la humedad, de las horas de sol y del viento (Martín de Santa Olalla et alter, 1993 y Pizarro, 1996). 1.4.1.1.2. Radiación. Este método relaciona la ET con la radiación, la temperatura y un factor de ponderación W que depende de la humedad relativa media y del viento. Para determinar la ETo se calcula con la siguiente fórmula: ETo = función (Rs · W, humedad relativa media, viento diurno) donde: ETo : Evapotranspiración de referencia [ mm día -1] Rs : Radiación solar, véase tabla 5 del anejo 1 [ mm día -1]. W : Factor de ponderación en función de la temperatura y altitud, véase tabla 6 del anejo 1. La Radiación solar (Rs) se calcula mediante la fórmula: n  Rs =  a + b ·Ra N  donde: a : Para un clima medio a =0,24. b : Para un clima medio b =0,50 n : Horas de sol reales en el día [horas]. N : Horas de sol máximas en el día, véase tabla 4 del anejo 1 [horas]. Ra : Radiación extraterrestre, véase tabla 3 del anejo 1 [mm d -1 ]. Los valores de la radiación extraterrestre están tabulados en función del hemisferio, de la latitud y del mes. 26
  27. 27. 1. Introducción Para determinar la ETo [mm d-1], se utiliza la figura 2 del anejo 1. En el que presenta1 4 gráficos en función de 4 tipos de humedad relativa media. Cada uno de los gráficos presenta 4 rectas en función de la velocidad del viento diurno. Estas rectas relacionan el cálculo W·Rs con la ETo. Pizarro (1996) desaconseja la utilización de este método; afirma que sólo tiene validez en zonas húmedas. Martín de Santa Olalla et alter(1993) afirma que este método es una simplificación del método Penman. 1.4.1.1.3. Penman. El manual FAO-24 aconseja utilizar este método cuando se disponga de datos meteorológicos completos: temperatura, humedad relativa, viento y radiación solar o insolación (1974). La ecuación de Penman (1949) se definió para determinar la evaporación de una superficie libre de agua. Se basó en el balance energético de la superficie evaporante y en el proceso de transformación turbulenta del vapor de agua. La ecuación de Penman (Eo) original consta de 2 términos: el de radiación o debido a la radiación solar (primer paréntesis) y el aerodinámico o debido al viento (segundo paréntesis).  ∆   γ  Eo =   ∆ + γ·Rn  +  γ + ∆·Ea         donde: Eo ∆ : Evapotranspiración (Penman original) [mm d -1]. : pendiente de la curva de presión de vapor en función de la temperatura [mm de Hg]. γ : constante psicrométrica [mm de Hg]. Rn : radiación neta en la superficie de evaporación [mm d -1]. Ea : Presión vapor [mm d -1]. 27
  28. 28. 1. Introducción Ea = 0,35·(1 + 0,0092U2 )(e s − e a ) · donde: U2 : velocidad del viento diario a 2 metros de altura [millas h-1]. es : presión de vapor de saturación del aire [mm de Hg]. ea : presión actual de vapor del aire [mm de Hg]. El manual FAO-24 propone un método Penman modificado, para adaptar la ecuación a la predicción de la necesidad de agua de los cutivos: ETo = c[WRn + (1 − W )·f (U)(e s − e a )] · donde: ETo c : evapotranspiración de referencia [mm dia-1]. : factor de ajuste en función del viento diario y viento nocturno. Véase tabla 7 del anejo 1. 1-W : factor de ponderación en función de la temperatura y de la altitud del lugar. Véase tabla 6 del anejo 1. Rn : Radiación neta en la superficie de evaporación [mm dia-1]. es : presión de vapor de saturación del aire [mb]. Véase tabla 9 del anejo 1. ea : presión actual de vapor del aire [mb]. Véase tabla 8 del anejo 1. f(U) : función relacionada con el viento.  U  f (U) = 0,27·1 + 2   100  donde: f(U) U2 : función relacionada con el viento. : velocidad del viento diario a 2 metros de altura [km dia-1]. Rn = Rns − Rnl donde: Rn : radiación neta [mm d -1]. Rns : radiación de onda corta [mm d -1]. Véase tabla 10 del anejo 1. Rnl : radiación de onda corta [mm d -1]. 28
  29. 29. 1. Introducción n  R ns = 0,75 0,25 + 0,5 Ra N  : radiación de onda corta [mm d -1]. n : horas de sol recibidas [horas]. N : horas máxima de sol [horas]. Véase tabla 4 del anejo 1. Ra : radiación extraterrestre [mm d -1]. Véase tabla 3 del anejo 1. donde: Rns n R nl = f (t )·f (ed)·f   N  donde: Rnl : radiación de onda larga [mm d -1]. f(t) : función de la temperatura. Véase tabla 11 del anejo 1. f(ed) : función de la presión de vapor. Véase tabla 12 del anejo 1. f(n/N)l : función de n/N . Véase tabla 13 del anejo 1. n : horas de sol recibidas [horas]. N : horas máxima de sol [horas]. Véase tabla 4 del anejo 1. 1.4.1.1.4. Evaporímetro de cubeta. El evaporímetro de cubeta es un tanque lleno de agua en el que se produce la evaporación. Con este método se miden los efectos integrados de la radiación, del viento, de la temperatura y de la humedad. La adecuada instalación y mantenimiento de la cubeta son fundamentales. El manual FAO-24 hace aviso de una serie de problemas si no se cumplen las condiciones de trabajo: diferencias de reflexión del agua y de la zona circundante, transferencias de calor de la zona colindante, turbulencias del aire, etcétera. 29
  30. 30. 1. Introducción La evapotranspiración se calcula mediante la siguiente fórmula: ETo = Epan · Kp ETo : evapotranspiración de referencia [mm dia-1]. Epan : evaporación de la cubeta [mm dia-1]. Kp donde: : coeficiente de la cubeta de clase A. Véase cubeta de clase A en la tabla 14 del anejo 1. El coeficiente de la cubeta depende de varios factores: del tipo de cubeta, del cultivo que la rodea, de la humedad relativa media diaria, de la distancia a barlovento del tipo de cubierta vegetal. La cubeta más utilizada es la del evaporímetro de cubeta de la clase A. Y puede haber dos estrategias en cuanto al tipo de cubierta vegetal: cubierta verde baja y barbecho de secano. 1.4.1.1.5. Penman-Monteith. En un estudio efectuado por Jensen et alter (1990), con diversos métodos de cálculo de la evapotranspiración, se comprobó que el método Penman-Monteith era el que mejor se ajustaba a la medida de varios lisímetros (véase tabla 2). 30
  31. 31. 1. Introducción Tabla2. Sumario de estadísticas y su ranking para varios métodos de estimación mensual de la evapotranspiración. Ranking 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Method (1) Penman-Monteith 1982 Kimberly-Penman FAO-PPP-17 Penman Penman (1963) Penman (1963), VPD #3 1972 Kimberly-Penman FAO-24 Radiation FAO-24 Blaney-Criddle FAO-24 Penman (c=1) Jansen-Haise Hargreaves et al. (1985) Businger-van Bavel FAO-24 Corrected Penman FAO-24 Pan SCS Blaney-Criddle Christiansen pan Pan evaporation Turc Priestley-Taylor Thornthwaite All Months % (2) 101 107 111 106 113 112 114 108 121 85 108 121 127 100 101 92 118 90 85 79 SEE (3) 0.36 0.53 0.66 0.57 0.67 0.74 0.73 0.68 0.91 0.84 0.88 1.10 1.16 0.92 1.16 0.95 1.34 1.30 1.29 1.68 b (4) 1.00 0.95 0.93 0.99 0.93 0.93 0.91 0.95 0.88 1.11 1.00 0.87 0.82 0.94 0.99 1.03 0.82 1.20 1.22 1.24 r (5) 0.99 0.98 0.97 0.97 0.97 0.96 0.97 0.96 0.96 0.95 0.93 0.92 0.96 0.92 0.87 0.91 0.92 0.89 0.90 0.78 Peak Month ASEE (6) 0.36 0.49 0.56 0.57 0.57 0.67 0.59 0.64 0.65 0.71 0.88 0.90 0.65 0.88 1.15 0.94 0.87 1.07 1.02 1.47 % 97 107 105 99 105 102 110 106 111 83 101 110 122 95 103 88 113 85 86 79 SEE 0.52 0.79 0.72 0.95 0.77 0.72 0.88 0.98 0.84 1.44 1.47 1.19 1.53 1.58 1.31 1.88 1.82 2.26 2.34 2.69 B 1.03 0.96 0.99 1.07 1.00 1.03 0.95 0.98 0.95 1.15 1.07 0.97 0.86 1.03 1.05 1.11 0.88 1.31 1.28 1.41 R 0.99 0.96 0.97 0.96 0.96 0.97 0.96 0.94 0.96 0.92 0.87 0.91 0.93 0.82 0.89 0.78 0.83 0.84 0.78 0.79 Weigh ted SEE (7) ASEE 0.47 0.73 0.72 0.81 0.77 0.70 0.78 0.97 0.76 1.06 1.39 1.16 1.00 1.57 1.26 1.73 1.56 1.49 1.72 1.70 0.40 0.59 0.66 0.67 0.68 0.72 0.73 0.76 0.82 0.95 1.05 1.08 1.10 1.11 1.20 1.21 1.35 1.46 1.48 1.84 NOTES (1) All equation estimates have been adjusted for the reference crop of the lysimeter. (2) Average percentage of lysimeter measurements. (3) Standard error of estimate for ET estimates in mm d-1 that have not been adjusted by regression. (4) Regression coefficient (slope) for regression through the origin of lysimeter versus equation estimates. (5) Correlation coefficient for regression through the origin of lysimeter versus equation estimates. (6) Standard error of estimate for ET estimates in mm d-1 that have been adjusted by regression through the origin. (7) Weighted standard error of estimate calculated as 0.7(0.67(Col. 4)+0.33(Col. 7) + 0.3(0.67(Col.9)+0.33(Col. 12). Al método Penman-Monteith se le llama de “un paso” porque no maneja los conceptos de evapotranspiración de referencia y de coeficiente de cultivo, frente a los cuatro métodos tradicionales de FAO-24 que son de “dos pasos”. 31
  32. 32. 1. Introducción El método Penman-Monteith se basa en la valoración de la resistencia de la cubierta vegetal y, para ello, se vale de la siguiente relación: rc = R1 0,5·LAI rc : resistencia de la cubierta vegetal [s m-1]. R1 donde: : Resistencia media diaria (24 horas) de los estomas de una simple hoja [s m-1]. LAI : índice de área foliar . En una reunión que realizaron los expertos de la FAO en 1990 adoptaron el método Penman-Monteith como nuevo estándar en la determinación de la evapotranspiración. Estos expertos determinaron que, ante la falta de datos sobre la resistencia de los cultivos, se podía calcular la ETo por el método Penman-Monteith suponiendo los siguientes valores: Altura del cultivo igual a 12 cm (hc=0,12 m). Resistencia de la cubierta vegetal igual a 70 s/m (rc =70s/m). Albedo igual a 0,23 (α=0,23). Estas características, coinciden con la definición de la evapotranspiración de un cultivo de gramíneas, es decir, con la definición de evapotranspiración de referencia (ETo). Como se ha asimilado la ecuación de Penman-Monteith a un proceso de “dos pasos”, es necesario seguir utilizando el coeficiente de cultivo para relacionarlo con la evapotranspiración de referencia. La reunión de los expertos aconsejó seguir utilizando los Kc que se detallaban en FAO-24. 32
  33. 33. 1. Introducción A continuación se expone la fórmula de Penman-Monteith para un cultivo con las características anteriormente mencionadas: ETo = 900 U2 (e a − e d ) T + 273 ∆ + γ(1+ 0.34 U2 ) 0,408∆Rn + γ : evapotranspiración de referencia [mm d -1 ]. Rn : radiación neta en la superficie del cultivo [MJ m-2 d-1 ]. G : flujo del calor del sol [MJ m-2 d-1 ]. T : temperatura media [ºC]. U2 : velocidad del viento a 2 metros de altura [m s-1 ]. donde: ETo (ea-ed) : déficit de la presión de vapor [kPa]. : pendiente de la curva de presión de vapor [kPa ºC-1 ]. : constante psicrométrica [kPa ºC -1 ]. R n = R ns − R nl : radiación neta en la superficie del cultivo [MJ m-2 d-1 ]. Rns : radiación percibida de onda corta [MJ m-2 d-1 ]. Rnl : radiación neta de onda larga [MJ m-2 d-1 ]. donde: Rn n Rns = 0,77(0.25 + 0.50 ) Ra N : radiación percibida de onda corta [MJ m-2 d-1 ]. n : horas de sol percibidas [h]. N : horas máximas de sol [h]. Ra : radiación extraterrestre [MJ m-2 d-1 ]. donde: Rns 33
  34. 34. 1. Introducción N = 7,64ϖ s donde: N ws : horas máximas de sol [h]. : ángulo horario de puesta de sol [rad]. Ra = 37,6dr (ϖ s sen( d) sen( l) + cos(l) cos( d) sen( ϖ s ) ) donde: Ra : radiación extraterrestre [MJ m-2 d-1 ]. dr : distancia relativa Sol-Tierra . ws : ángulo horario de puesta de sol [rad]. d : declinación solar [rad]. l : latitud [rad]. ϖ s = cos − 1 (− tg( l) tg( d) ) donde: ws : ángulo horario de puesta de sol [rad]. l : latitud [rad]. d : declinación solar [rad]. d = 0,409 sen( 0,0172J − 1,39) donde: d : declinación solar [rad]. J : número de día del año . dr = 1 + 0,033 cos(0,0172J) donde: dr J : distancia relativa Sol-Tierra . : número de día del año . 34
  35. 35. 1. Introducción Mes   JDIA =  275 − 30 + Dia − 2 9   donde: JDIA : Número de día del año para estimación diaria . Mes : Número de mes del año en curso . Dia : Número de día del mes del año en curso . JMES = 30,42Mes − 15,23 donde: JMES : Número de día del año para estimación mensual . Mes : Número de mes del año en curso . 9 Rnl = 2.45 . 10- (0.9 n 4 + 0.1) (0.34 - 0.14 ed ) ( T4 maxima + Tminima ) N : radiación neta de onda larga [MJ m-2 d-1 ]. n : horas de sol percibidas [h]. N : horas máximas de sol [h]. ed : presión actual de vapor [kPa]. donde: Rnl Tmaxima : temperatura máxima del aire [ºK]. Tminima : temperatura mínima del aire [ºK]. e d HR = 50 e donde: ed : a ( tmin media + ) 50 e a ( tmax ) presión actual de vapor [kPa]. ea(tmin) : presión de vapor saturante en la temperatura mínima [kPa]. ea(tmin) : presión de vapor saturante en la temperatura máxima [kPa]. HRdmedia: humedad relativa media [%]. 35
  36. 36. 1. Introducción e a = 0,6108·e donde: ea  17 ,27 T     T + 237 ,3  : presión de vapor de saturación a la temperatura T [kPa]. : temperatura [ºC]. donde: y : P Cl constante psicrométrica [kPa ºC -1]. P : presión atmosférica [kPa]. Cl : calor latente de vaporización [MJ kg-1]. donde: P :  ( 273 + T ) − 0. 0065alt  P = 1013 ,  273 + T   presión atmosférica en la altitud alt [kPa]. T : temperatura del aire [ºC]. alt : altitud [m]. : Cl = 2,501− (2,36110 −3 T) · calor latente de vaporización [MJ kg-1]. : temperatura del aire [ºC]. T γ = 0,00163 5, 26 donde: Cl T ∆= donde: A : 4098e a (T + 273,3 )2 pendiente de la curva de presión de vapor en saturación [kPaºC-1]. ea : presión de vapor de saturación a la temperatura T [kPa]. T : temperatura del aire [ºC]. 36
  37. 37. 1. Introducción 1.4.2. Coeficiente de cultivo (Kc). El coeficiente de cultivo relaciona la evapotranspiración de referencia con la evapotranspiración del cultivo: Kc = ETo ETc Los factores que pueden influir en el coeficiente de cultivo son: las características del cultivo, la fecha de siembra o plantación, el ritmo de desarrollo del cultivo, la duración del período vegetativo, la humedad relativa, el viento, etcétera. El manual FAO-24 resume los factores que influyen en el coeficiente de cultivo, en una agrupación de cultivos. Tabla 3. Factores que influyen en diversos tipos de cultivo. FACTORES Cubierta vegetal Heladas Humedad Viento Edad Frecuencia riegos o lluvias Textura del suelo TIPO DE CULTIVO A B D E F G H L P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P Tipos de cultivo Leyenda: A = Cultivos extensivos y de hortalizas B = Arroz C = Caña de Azúcar D = Alfalfa E = Arboles caducifolios y de nuez F = Cítricos G = Uva H = Banana I = Hierbas acuáticas J = Café K = Té L = Suelos desnudos 37
  38. 38. 1. Introducción Los cultivos de caña de azúcar [c], hierbas acuáticas (I), café (J) y té (K) se han omitido por no tener mucho interés en España. Cada uno de estos 12 tipos de cultivos puede agrupar uno o más cultivos y corresponden a criterios comunes en la aplicación del coeficiente de cultivo. a) cultivos extensivos y de huerta Los cultivos extensivos y de huerta se presentan con 4 fases de desarrollo: fase inicial, fase de desarrollo, fase media y fase final. Cada una de estas fases tiene su duración y tiene asignado un coeficiente de cultivo. El coeficiente de cultivo de la fase inicial de estos cultivos se determina a partir de unos gráficos que relacionan la frecuencia de riego/lluvias más la ETo diaria con el coeficiente de cultivo. En cálculo del Kc inicial del anejo 4 se puede ver el gráfico y la forma de estimar el Kc inicial. El coeficiente de cultivo de la fase media y de la fase final se determina a partir de uno gráficos que relacionan cada uno de los cultivos con la humedad relativa mínima y con el viento diario. La fase inicial tiene un Kc constante, la fase de desarrollo tiene un Kc que aumenta linealmente a lo largo de los días, la fase media tiene un Kc constante y la fase final tiene un Kc que disminuye linealmente a lo largo de los días. Para determinar el Kc de la fase de desarrollo se realiza una estimación a partir del Kc inicial y del Kc medio y se multiplica por el número de días transcurridos de la fase. Para determinar el Kc de la fase final se realiza una estimación a partir del Kc medio y del Kc final y se multiplica por el número de días transcurridos de la fase. 38
  39. 39. 1. Introducción b) arroz. Para nuestro país se considera que el cultivo del arroz se desarrolla en la estación seca, aunque en otros lugares del mundo puede ser en la estación húmeda. Los valores de Kc se dividen en función del viento y se agrupan en 4 fases: primer mes de cultivo, segundo mes de cultivo, mediados del período y 3-4 últimas semanas de cultivo. d) alfalfa, trébol, leguminosas herbáceas y pastos. Se desarrolla de forma similar a los cultivos extensivos, aunque las 4 fases se desarrollan de 2 a 8 veces al año. En la práctica, se define un Kc medio para todo el cultivo en función de los vientos y de la humedad. e) árboles caducifolios frutales y de nuez. En este tipo de cultivo, se presentan valores de Kc para cada mes, excepto en los meses de menos necesidad hídrica. Los valores de Kc se definen en función de: el tipo de cultivo, el mes de cultivo, el tipo de cubierta vegetal, el tipo de viento, la humedad relativa, el tipo de invierno y la edad de las plantaciones. En algunos casos, se aplica el coeficiente de cultivo de la fase inicial de los cultivos extensivos. f) cítricos. Los cítricos se presentan con valores de Kc mensual. Los valores de Kc dependen de: tipo de cítrico, mes de cultivo, tipo de cubierta vegetal y edad de la plantación. 39
  40. 40. 1. Introducción g) uva. La uva se presenta con valores de Kc mensual. Los valores de Kc dependen de: mes de cultivo, tipo de helada, tipo de viento y humedad relativa. h) plátano El plátano se presenta con valores de Kc mensual. En el plátano se diferencian dos estaciones: la primera que corresponde a las plantas originales y la segunda que corresponde al hijo que sale. Hay un momento en que la planta original es cortada, quedando en el cultivo el hijo. Los valores de Kc dependen de: tipo de estación, mes de cultivo, tipo de viento y humedad relativa. l) suelos no cultivados o desnudos. En los suelos desnudos se produce una pérdida de agua que está en función de la evaporación (E) que tienen. El valor de Kc depende de la textura del suelo y de la frecuencia de riego. Para ello, se utilizan los gráficos de la fase inicial de los cultivos extensivos, para después realizar un ajuste en función del tipo de suelo. 1.4.3. Determinación de la evapotranspiración del cultivo (ETc). La evapotranspiración del cultivo se determina mediante la fórmula: ETc = ETo · Kc El valor de la ETc se suele expresar en mm por período; el periodo se puede expresar en mes, semana, días, etcétera. 40
  41. 41. 1. Introducción Cuando la ETo se mide con un tanque evaporimétrico la ETc se halla mediante la relación: ETc = ETo · Kc · Kp Siendo Kp, el coeficiente de la cubeta. 1.4.4. Factores locales que influyen en la ETc. Existen una serie de factores, generalmente locales, que pueden variar la evapotranspiración de un cultivo. El manual FAO-24 los divide en 5 grupos: Clima Humedad del suelo Método de riego Prácticas de cultivo Rendimiento de los cultivos 1.4.4.1. Clima. Dentro de las variaciones debidas al clima se encuentran los siguientes factores: - Tiempo: Es la variación de ETc que se puede producir temporalmente por el tipo de clima. - Distancia: Es la variación ocasionada por la distancia a la que se encuentra la estación meteorológica. Las variaciones de la estimación de la ETC en zonas con climas extremos son más acusadas que en los climas suaves. - Advección: Son las variaciones que se producen cuando el lugar de medición micrometeorológico tiene unas características distintas a la zona de cultivo. Estas variaciones pueden cambiar la ETo en una proporción que va desde la mitad a la vez y media del valor inicial estimado. Se calcula en función del tamaño del cultivo puesto en regadío. 41
  42. 42. 1. Introducción - Altitud: La ETc de un cultivo varía con la altitud. La fórmula de Penman-Monteith lo contempla al tener en cuenta la constante psicrométrica. La constante psicrométrica depende de la presión y por tanto de la altitud. 1.4.4.2. Humedad del suelo. - Nivel de humedad: Son las variaciones de evapotranspiración que se producen en un cultivo cuando disminuye la tensión de humedad del suelo. Normalmente, la ET corresponderá a la ETc máxima, mientras la tensión de humedad esté próxima a la capacidad de campo (0,2-5 atmósferas), pero a medida que aumente la tensión de humedad irá disminuyendo la ETc del cultivo. - Absorción de agua por el suelo: El tipo y profundidad de las raíces serán factores determinantes para la absorción de agua por el suelo y, por tanto, la evapotranspiración del cultivo - Niveles freáticos: Los niveles freáticos cercanos pueden disminuir la ETc del cultivo al causar déficits de oxígeno para las raíces. - Salinidad: La salinidad aumenta la presión osmótica y puede reducir la absorción de agua del suelo, provocando una alteración de la ETc del cultivo. 1.4.4.3. Método de riego. El sistema de riego puede afectar a la evapotranspiración del cultivo, en tanto en cuanto varía las condiciones del microclima. Los riegos a voleo (aspersión) provocan una modificación temporal de la evaporación al variar la temperatura y la humedad de la zona de riego. En los riegos por goteo puede haber una disminución de la ETc al aplicarse el agua localmente. Esta disminución ocurre en campos con cultivos espaciados, suelos arenosos y con gran evaporación. En riegos localizados, Pizarro (1996) propone calcular un coeficiente de localización en función del área sombreada y de las relaciones estudiadas por 42
  43. 43. 1. Introducción diversos autores entre el área sombreada y el coeficiente de localización. Este factor provoca una menor evapotranspiración porque el riego se aplica a zonas puntuales, generalmente a la sombra del cultivo. La fracción del área sombreada es la relación que existe entre la superficie proyectada por un cultivo y la superficie total donde está asentado el cultivo. La relación entre la fracción de área sombreada y el coeficiente de localización ha sido estudiada por diversos autores y es la siguiente: Aljibury Kl = 1,34·A Decroix Kl = 0,1 +A Hoare Kl = 0,5·A + 0,5 Keller Kl = 0,85·A + 0,15 Siendo; Kl : coeficiente de localización A : fracción área sombreada Pizarro propone realizar la media de los 2 coeficientes de localización más próximos a la media y rechazar los valores que son más extremos. 1.4.4.4. Prácticas de cultivo. La fertilización inadecuada puede provocar variaciones en la ETc al haber alteraciones en el desarrollo de las raíces. La densidad de plantación tiene unos efectos sobre la ETc similares a los de la cubierta sombreada. Los paravientos artificiales pueden variar la ETc de un cultivo en zonas ventosas. 43
  44. 44. 1. Introducción 1.4.4.5. Rendimiento de los cultivos. La evapotranspiración tiene una estrecha relación con el rendimiento del cultivo. En algunos casos, al igual que en la RDC, se adopta como estrategia un menor rendimiento del cultivo mediante una menor evapotranspiración. Esta menor transpiración se produce al regar menos la zona del cultivo. 1.4.5. Balance hídrico. El balance hídrico es una metodología de cálculo de las necesidades hídricas que se base en controlar las entradas y salidas de agua y la variación que se produce en la reserva de agua del suelo. El balance hídrico engloba una serie de variables y es el paso previo al cálculo de las necesidades netas de riego. Las variables que integran el balance hídrico son: Evapotranspiración del cultivo Precipitaciones efectivas Contribución de aguas subterráneas Percolación profunda Variación del agua almacenada en el suelo. 1.4.5.1. Evapotranspiración del cultivo. Se aplicará el dato obtenido por uno de los cinco métodos de cálculo de la evapotranspiración de referencia, más el correspondiente coeficiente de cultivo. Si se dispone de datos climáticos medios, se aplicará el valor que corresponda a las máximas necesidades de riego. 44
  45. 45. 1. Introducción En los casos de riego localizado se aplicará el coeficiente de localización en función del área sombreada por el cultivo. Para proyectos grandes se aplicará el coeficiente corrector de advección. 1.4.5.2. Lluvia efectiva. El conocimiento de la lluvia es indispensable para poder planificar el riego. Se pueden aplicar métodos de cálculo de precipitación para un período deseado, pero estos datos tienen que venir apoyados de un gran número de años. La lluvia efectiva es la parte de agua de lluvia que llega a la zona de las raíces; el resto se pierde por evaporación en la zona aérea, por percolación o por escorrentía. Existen diversos métodos para calcular la precipitación efectiva: - Porcentaje de la lluvia. Se aplica un coeficiente a la precipitación Pe=A·P siendo: Pe : precipitación efectiva [mm/mes] P : precipitación [mm/mes] A : porcentaje [%] - Método FAO/AGWL (climas áridos o subáridos) Pe = 0,6·P –10 à P < 60 mm/mes Pe = 0,8·P –25 à P > 60 mm/mes siendo: Pe : precipitación efectiva [mm/mes] P : precipitación [mm/mes] - Método de la USDA Soil conservation Service: Pe = P(125 –0,2P)/125 à P < 250 mm/mes Pe =125+ 0,1P à P > 250 mm/mes siendo: Pe : precipitación efectiva [mm/mes] P : precipitación [mm/mes] 45
  46. 46. 1. Introducción - Método empírico (con datos locales): Pe = A1·P – B1 -> P<C1 mm/mes Pe = A2·P – B2 -> P<C2 mm/mes siendo: Pe : precipitación efectiva [mm/mes] P : precipitación [mm/mes] A1 : valor empírico para la zona B1 : valor empírico para la zona C1 : valor empírico para la zona A2 : valor empírico para la zona B2 : valor empírico para la zona C2 : valor empírico para la zona - No se considera. En algunos casos no se considera por ser cultivos en invernadero o porque no interesa tener en cuenta la precipitación. 1.4.5.3. Contribución de aguas subterráneas (Ge). Se han de considerar los casos en que existan aguas subterráneas a una profundidad menor de 4 metros. El manual FAO-24 relaciona la Ge con el tipo de suelo y con la profundidad de las aguas subterráneas. En la práctica, no se considera, por ser un fenómeno minoritario de carácter local. 1.4.5.4. Percolación profunda (F). Es el agua que pasa a los horizontes profundos y no está al abasto de las raíces. Depende del tipo de suelo. Los suelos ligeros (arenosos) tendrán una mayor percolación que los suelos pesados (arcillosos). No hay que confundir la percolación profunda con la percolación debida a la eficiencia de la aplicación o con la percolación provocada para evitar acúmulos 46
  47. 47. 1. Introducción de sales en la rizosfera. Son fenómenos separados que no han de contabilizarse como percolación profunda. En la práctica, el fenómeno de la percolación se ha de determinar experimentalmente en el campo de cultivo. 1.4.5.5. Variación del agua almacenada en el suelo (∆w). La reserva de agua en el suelo puede variar desde prácticamente cero hasta un nivel llamado capacidad de campo. La capacidad de campo (CC) es cuando la reserva de agua en el suelo está en su máximo nivel de capacidad. Existe un nivel superior a este, pero termina por desaparecer en forma de escorrentía. El valor cero en la CC supondría la extinción total de cualquier forma de vida. En la práctica agrícola se suele considerar un nivel mínimo, a partir del cual se produce el marchitamiento de la planta. Este nivel se llama punto de marchitamiento (PM). El agua contenida desde el punto de marchitamiento hasta el nivel de capacidad de campo se llama agua útil (AU). Por seguridad, se considera un nivel más cercano al de la capacidad de campo, a partir del cual no se produce disminución de rendimiento en la producción del cultivo. Este nivel se llama nivel de agotamiento permisible. El agua contenida desde este nivel hasta la capacidad de campo se llama reserva fácilmente utilizable (RFU). La medida de la variación de agua en el suelo tiene por objeto que un cultivo no agote el agua que hay en la RFU o en el AU. El valor de la variación de agua en el suelo determinará el momento y la dosis de riego. 47
  48. 48. 1. Introducción Hay autores que indican una cierta relación entre la textura del suelo y los valores de CC y PM. Yagüe (1996) cita dos fórmulas que relacionan la textura con la CC y el PM, pero aconseja utilizarlas cuando no se disponga de análisis. En el capítulo 2 del anejo 4 se exponen las dos fórmulas. FAO-24 relaciona las clases texturales con la tensión de humedad del suelo y con el porcentaje de humedad del suelo, a la vez que dice que el punto de marchitamiento corresponde a una tensión de humedad de 16 atm. y la CC a una tensión de humedad de 0,2-0,3 atm. 1.4.6. Necesidades netas de riego (Nn). La necesidad neta de riego de un cultivo es la cantidad de agua que resulta de considerar las entradas de agua, las salidas de agua y la variación de agua en la reserva del suelo. Las necesidad neta de riego se expresa mediante la siguiente fórmula: Nn = ( ETc + F + R ) – ( Pe + Ge + N ) + )W Siendo: ETc=Evapotranspiración Cultivo [mm] Pe = Lluvia Efectiva [mm] F = pérdidas por percolación [mm] Ge = Aportación Capilar [mm] R = Escorrentía de salida [mm] N = Escorrentía de entrada [mm] )w = variación de la reserva de agua [mm] A menudo, se considera F, R, Ge y N igual a cero, por su pequeña aportación. De esta manera, la fórmula quedaría así: Nn = Pe – ET + )W Las necesidades netas de agua quedan compensadas con el déficit del balance hídrico. 48
  49. 49. 1. Introducción El riego se efectuará cuando la variación de agua en el suelo ()w) llegue a una tensión superficial de unas 16 atmósferas. En este punto, si no se riega, la planta se marchitará irreversiblemente. El riego sin disminución de rendimiento se realizará cuando la variación de agua en el suelo coincida con el nivel de agotamiento permisible. La tensión superficial en este nivel es variable en función del cultivo. Para que no haya reducción de la ET, y por tanto, reducción del rendimiento en el cultivo, es necesario regar antes de que se llegue al punto de marchitamiento. Este punto se ha estimado para cada cultivo y proporciona un valor que corresponde a la reserva fácilmente utilizable (RFU). El agua que se contiene en la RFU es la siguiente: RFU = ( CC-PM ) · z · NAP Siendo: RFU : Reserva fácilmente utilizable [mm] CC : Humedad en la capacidad de campo [mm/cm] PM : Humedad en el punto de marchitez permanente [mm/cm] z : Profundidad efectiva de las raíces [cm] NAP : Nivel de agotamiento permisible [tanto por uno] En ciertas ocasiones se expresa CC y PM como porcentaje en peso. Para convertir estos valores en mm por centímetro de suelo, se ha de multiplicar por la densidad aparente del suelo en gramos por centímetro cúbico. 1.4.7. Lavado de sales. El efecto osmótico de las sales disueltas en el agua sobre las raíces, hace que las plantas tengan que hacer un esfuerzo adicional para absorber agua. Además del potencial hídrico han de vencer el potencial osmótico. 49
  50. 50. 1. Introducción Si el agua en el suelo no es un factor limitante, la planta podrá vencer la suma de los dos potenciales. Pero, a menudo, el potencial osmótico aumenta por un efecto acumulativo y llega un momento en que la planta no es capaz de absorber agua. El efecto que se produce en la planta es, primero una disminución paulatina del rendimiento, para después morir. Para evitar la salinización de un terreno se aplica una dosis suplementaria de agua. Esta dosis suplementaria ha de evitar la acumulación de sales en el suelo y realizar un lavado del suelo. La necesidad de lixiviación depende del sistema de riego, de la concentración máxima permisible de sal en el suelo y de la concentración de sal en el agua. La concentración de sal se relaciona eléctricamente mediante la conductividad eléctrica. En las siguientes fórmulas se puede ver las necesidades de lixiviación para dos método de riego: -riego por gravedad y aspersión a baja frecuencia: LR = siendo LR CEa 5CEs − CEa : Requerimiento de lavado . CEa : Conductividad eléctrica del agua de riego [dS/m] Ces : Conductividad eléctrica del extracto de saturación del suelo para la producción deseada [dS/m]. -riego por goteo y aspersión de alta frecuencia: LR = siendo CEa 2·MaxCEs LR : Requerimiento de lavado . CEa : Conductividad eléctrica del agua de riego [dS/m] MaxCe : Conductividad eléctrica del extracto de saturación del suelo para un descenso en la producción del 100% [dS/m]. 50
  51. 51. 1. Introducción Como puede verse, existe una relación entre la concentración de sal en el suelo y la producción obtenida. En el manejo del riego es necesario determinar el descenso de la producción deseada, en función de la concentración de sal en el agua. De lo contrario, con aguas salinizadas sería necesario regar con un volumen muy elevado de agua. La relación entre la producción deseada y el grado de tolerancia del cultivo debido a la sal del suelo es lineal. Para determinar la conductividad eléctrica del suelo con la producción deseada se aplica la siguiente fórmula:  CE − CE100 %  CES =  o %  ⋅ P + CEo% 100   donde CEs : Conductividad eléctrica máxima permisible para la producción deseada [dS/m]. CE0% : Conductividad eléctrica para una producción del 0 % [dS/m]. CE100% : Conductividad eléctrica para una producción del 100 % [dS/m]. P : Producción deseada [%]. La fracción de lavado (Fl) es la relación que se aplicará a la necesidad neta de agua y es igual a 1-LR. 1.4.8. Eficiencia de la aplicación. La eficiencia es un factor corrector que se ha de tener en cuenta por la propia naturaleza del sistema de riego, que no se comporta de una manera perfecta en la distribución del agua. La eficiencia en la aplicación suele ser muy baja en los riegos por gravedad y muy buena en los riegos localizados. 51
  52. 52. 1. Introducción Existe otro factor corrector que depende de algunos sistemas de riego: el coeficiente de uniformidad (CU). El CU es la variación que se produce en la aplicación del agua entre un elemento y otro (aspersor, gotero, etc.). El CU es un factor de carácter hidráulico. En algunos casos, se considera el CU como un factor incluido en la eficiencia de la aplicación. 1.4.9. Necesidades brutas de riego. Es la necesidad adicional de agua que se aplica a la necesidad neta, para realizar el lavado de sales del suelo o para solventar las carencias de agua en la eficiencia de la aplicación. Entre la fracción de lavado(Fl) y la eficiencia en la aplicación(Ea), se escoge el de corrección que implique mayor gasto de agua. Cuando Ea < Fl, se aplicará la Ea. Siendo la necesidad bruta de riego la siguiente (Nb): Nb = siendo Nn Ea Nb : Necesidad bruta de riego [mm]. Nn : Necesidad neta de riego [mm]. Ea : Eficiencia en la aplicación . Cuando Ea > Fl, se aplicará la Fl. Siendo la necesidad bruta de riego la siguiente (Nb): Nb = siendo Nn Fl Nb : Necesidad bruta de riego [mm]. Nn : Necesidad neta de riego [mm]. Fl : Fracción de lavado . 52
  53. 53. 1. Introducción 1.4.10. Programación del riego. La programación del riego es una práctica que depende de multitud de factores: - Períodos críticos. - Momento de la aplicación. - Dosis a aplicar. - Reserva de agua al inicio del cultivo. - Duración del riego. 1.4.10.1. Períodos críticos. Cada cultivo tiene unos períodos críticos con respecto a la tensión de humedad del suelo; éstos son debidos a las propias características de los cultivos. En algunos casos, la falta de agua puede comportar una mejora en la calidad de la producción. En otros casos, el cultivo prefiere suelos húmedos. Pero, en la mayoría de los casos, existen unos períodos críticos en la falta de agua que pueden afectar a la calidad y cantidad de la producción. Estos períodos críticos pueden coincidir con uno o más estados fenológicos; por ejemplo, en el maíz existen diversos períodos críticos: en la inflorescencia, en la polinización y en la fructificación. La disminución en la producción es una estrategia que se adopta en la programación del riego cuando existen carencias de agua. La relación que existe entre la producción obtenida y la cantidad evaporada es cuasi lineal, a menor evapotranspiración menor será la producción de un cultivo. Esta relación depende del cultivo y de la fase en que se encuentre. 53
  54. 54. 1. Introducción La relación es la siguiente: 1− donde Ya : Producción Ya ETa   = Ky 1 −  Ym  ETm  obtenida en función de la cantidad evapotranspirada con carencia de agua . Ym : Producción obtenida cuando no existe carencia de agua . Km : Factor de respuesta del cultivo . ETa : Evapotranspiración que se produce cuando existe carencia de agua [mm/fase-s]. ETm : Evapotranspiración que se produce cuando no existe carencia de agua [mm/fase-s]. La relación se puede aplicar para una o más fases del cultivo. 1.4.10.2.Momento de riego. El momento de riego vendrá dado por la elección de diversas estrategias: - Nivel de humedad en la RFU: El momento de riego se producirá cuando la RFU llegue a un nivel determinado (cuando se agote la RFU, cuando se agote un porcentaje determinado de la RFU, etcétera). - Intervalo de riego: Se puede fijar el intervalo de riego para regar en períodos constantes. Es una estrategia muy utilizada en riegos localizados o en comunidades de regantes. - Períodos concretos: Consiste en regar en unos periodos concretos. Se puede utilizar en el riego deficitario controlado (RDC), en comunidades de regantes. 1.4.10.3. Dosis a aplicar. La dosis a aplicar depende del gasto que haya hecho el cultivo en un período concreto y de la variación de la reserva de agua en el suelo. La dosis variará en función del porcentaje de agua que tenga la RFU al inicio del riego y del porcentaje de agua que tenga al final del mismo. 54
  55. 55. 1. Introducción 1.4.10.4.Reserva de agua al inicio del cultivo. Todo cultivo tiene una reserva inicial de agua en el suelo en función de lo que ha llovido anteriormente, de un prerriego inicial. En los cultivos plurianuales, la reserva inicial de agua en la programación ha de ser la misma que tenía en la anterior programación. Una forma de referir la reserva inicial es con un porcentaje determinado de RFU. 1.4.10.5.Duración del riego. La duración del riego depende de diversos factores: del volumen de agua a aportar, de la infiltración del terreno y del caudal de la instalación. La velocidad de infiltración depende de las propiedades físicas y químicas del suelo. Las propiedades físicas que afectan a la infiltración son: la textura del suelo, la pendiente del suelo y la humedad del suelo. Las propiedades químicas que afectan a la infiltración son concentraciones de determinadas sales o la calidad del agua de riego. Para conocer la tasa de infiltración real es necesario realizar pruebas periódicas en el campo, ya que puede variar en el tiempo. 55
  56. 56. 1. Introducción 1.5. Utilización de la informática para el cálculo de las necesidades hídricas. La informática es una disciplina que realiza el tratamiento automático de la información por medio de ordenadores. Así pues, la informática es una herramienta que puede simplificar la complejidad del tratamiento de la información para el cálculo de las necesidades hídricas. Normalmente, se pueden escoger dos estrategias para realizar este cálculo: - Tiempo real: Se basa en datos meteorológicos diarios reales. - Previsión: Se basa en datos meteorológicos medios para el periodo considerado (mes, quincena, semana). Para realizar el tratamiento de la información se utilizan tres ejes fundamentales: - Análisis: Es el conjunto de procedimientos mediante los cuales se analiza cómo se han de recoger y procesar los datos para que tengan una entidad inteligible. - Programa. Es el conjunto de instrucciones mediante las cuales se realiza el tratamiento de los datos. - Ordenador. Es el aparato a través del cual se realiza el tratamiento del conjunto de datos. El análisis es una tarea que requiere a técnicos en informática pero que también implica a técnicos de otras disciplinas. El analista, como su nombre indica, ha de analizar cómo le llegará la información, cómo tratar esta información, cómo se envía la información procesada, de qué herramientas dispone, etcétera. El conjunto de instrucciones que forman parte de un programa está escrito con un lenguaje determinado. El lenguaje traduce el programa escrito a otro conjunto de instrucciones (lenguaje máquina) más inteligible para el ordenador. El lenguaje ha de tener instrucciones capaces de recibir, tratar y enviar la información. En la actualidad, existen lenguajes de tipo visual, que liberan al programador de la necesidad de describir la apariencia y el lugar de inserción de la información que 56
  57. 57. 1. Introducción se ofrece, tanto por el monitor como por la impresora. Uno de los lenguajes visuales más extendidos es el lenguaje Visual-Basic. La palabra BASIC hace referencia a que en su origen partía de las instrucciones del lenguaje BASIC (Beginens All-Purpuse Symbolic Instrucions Code) que resultaba ser un lenguaje muy popular por facilidad de uso. Normalmente, el lenguaje y el programa traducido funcionan sobre otro lenguaje que se llama sistema operativo. El sistema operativo, por si solo, no realiza nada, pero es el punto de unión entre los programas y el ordenador. El ordenador es una herramienta que contiene una serie de dispositivos para recibir, tratar y enviar la información. Estos dispositivos pueden llegar a ser numerosos, pero el más esencial es la unidad central de proceso de datos, o procesador, porque realiza el tratamiento de la información que le llega a través de un canal de información y la envía tratada. La información se puede recibir de múltiples maneras: a través del teclado, del ratón, de dispositivos de almacenamiento de datos, de dispositivos de comunicación de datos (línea telefónica, redes de datos, etc.). La información tratada se puede enviar por pantalla, por impresora, por dispositivos de almacenamiento de datos, por dispositivos de comunicación de datos, etc. Una forma de almacenar la información es en unos ficheros electrónicos que se denominan base de datos. Las bases de datos suelen ser dispositivos de almacenamiento de datos en los que la información se guarda de una forma lógica. Sirven para facilitar al ordenador y al usuario la recepción, el tratamiento, el almacenamiento y el envío de datos. 57
  58. 58. 1. Introducción 1.6. PROGRAMAS EXISTENTES PARA EL CÁLCULO DE LAS NECESIDADES HÍDRICAS. En el mercado existen diversos programas para el cálculo de las necesidades hídricas de los cultivos, basados en datos meteorológicos medios o en datos en tiempo real. Se hará mención de algunos programas que pueden servir de ayuda para el cálculo de las necesidades hídricas: cálculo de la evapotranspiración, textura de suelos y simuladores. Los programas analizados son, en su mayoría, de adquisición gratuita y el medio más rápido de obtenerlos es a través de Internet. El hecho de que sean gratuitos no significa que se puedan utilizar comercialmente sino que lo son para el aprendizaje, para la prueba durante un tiempo o como referencia. Al final de la descripción de algunos de los programas probados se proporciona la dirección de un servidor de la Universidad de Kassel (Alemania) donde se pueden obtener los programas gratuitamente o comprarlos directamente a sus desarrolladores. Los programas se dividen, según su función, en: -Cálculo de la evapotranspiración de referencia. -Cálculo de la evapotranspiración de cultivo. -Cálculo de la textura. -Adquisición de datos meteorológicos. -Cálculo de las necesidades hídricas de los cultivos. -Simuladores. -Otros programas relacionados con las necesidades hídricas. 58
  59. 59. 1. Introducción 1.6.1. Programa para el cálculo de la evapotranspiración de referencia. Se describirá un programa que puede realizar el cálculo de la evapotranspiración de referencia (ETo). Daylet. Realizado por la Universidad de Cranfield (UK). Está editado en inglés. Y es de libre distribución en: “www.cranfield.ac.uk/SAFE” Este programa sirve para el cálculo de la evapotranspiración de referencia mediante algunos de estos métodos: Penman, FAO-Penman y Penman-Monteith. Existe una variante del programa, publicado por la misma universidad, que realiza el cálculo de la ETo para una serie de datos meteorológicos. Esta variante del programa se llama ET. Véase figura 1 en el anejo 2. 1.6.2. Programa para el cálculo de la evapotranspiración del cultivo. La FAO publicó un programa en forma de hoja de cálculo para estimar la ETo. Fao.Pmon.xls Es una hoja de cálculo que sirve para evaluar mensualmente la evapotranspiración de referencia mediante el método Penman-Monteith. Ha sido realizado por la FAO y está editado en inglés y es de libre distribución, pudiéndose encontrar en “www.fao.org”. Es un programa altamente didáctico y un excelente simulador: Fácil de entender. Los cálculos se actualizan en el momento en que se cambia algún dato. En una hoja adyacente se dibuja la ETo del cultivo. Véase figuras 2, 3, 4, y 5 del anejo 2. 59
  60. 60. 1. Introducción 1.6.3. Programa para el cálculo de la textura. Existe un programa para el cálculo de la textura de un suelo: SW_ES Es un programa que sirve para el cálculo de la textura de un suelo y que proporciona los datos que se pueden ver en la imagen, de acuerdo a cada porcentaje textural. El programa ha sido realizado por el Dr. Saxton y existe una edición en castellano. Es de libre distribución en la dirección: "http://www.wiz.uni-kassel.de/kww/irrisoft/manage/manage_i.html". Véase figura 6 del anejo 2. 1.6.4. Programas para la adquisición de datos meteorológicos. Existen diversos programas y servicios meteorológicos que se ocupan de suministrar datos referentes a la meteorología: FAO La FAO suministra datos meteorológicos medios para diversas zonas del mundo. Para España distribuye 58 estaciones meteorológicas, que suelen coincidir con capitales provinciales. Los datos se estraen de una secuencia de 20 a 30 años. Se pude encontrar en la dirección de Internet: www.fao.org INM El Instituto Nacional de Meteorología suministra datos meteorológicos a la carta. Son datos con el correspondiente cargo económico. PACCOM La Generalitat de Catalunya, a través de su "Departament d'Agricultura", distribuye datos agrometeorológicos de 40 estaciones, repartidas por la geografía catalana, mediante línea telefónica. 60
  61. 61. 1. Introducción Los datos que se pueden extraer son: horarios, diarios y mensuales. El servicio es gratuito y se pude obtener a través del “Departament d’Agricultura, Ramaderia i Pesca”. Constituye el referente más cercano a nivel de cultivo por ser estaciones repartidas por todas las comarcas de Catalunya. Véase figura 7 del anejo 2. 1.6.5. Programas para el cálculo de las necesidades hídricas de los cultivos. Para la el cálculo de las necesidades hídricas de los cultivos existe diversos programas. Se mostrará una hoja de cálculo, el programa suministrado por la FAO y el programa que suministra la Generalitat de Catalunya: ReqRiego.xls Es un programa en forma de hoja de cálculo para evaluar las necesidades hídricas mensuales de los cultivos mediante el método Penman. Está realizado por el profesor Gonzalo Freites del Departamento de Hidrología de la Universidad Central de Caracas (Venezuela). Su presentación está hecha en castellano. Se puede obtener a través de la red Irrisoft (véase bibliografía). Es un programa altamente didáctico y un excelente simulador: Fácil de entender. Los cálculos se actualizan cuando se modifica algún dato. Realiza el dibujo del Kc. Véase figuras 8, 9, 10 y 11 del anejo 2. 61
  62. 62. 1. Introducción CROPWAT Es un programa para el cálculo de las necesidades hídricas de los cultivos por el método Penman-Monteith combinado (FAO, 1990) que se nutre de datos meteorológicos medios mensuales y de los datos de cultivo que tiene almacenados. En todo momento es posible modificar los datos a través de su menú. Ha sido realizado por la FAO. Existe una versión antigua (5.7) en castellano y dos versiones en ingles: la versión 7.0 y la versión Windows. La versión de Windows está en fase de prueba y algunas de sus opciones no están disponibles. Se puede obtener gratuitamente en www.fao.org. La versión en castellano (5.7) va incorporada en el volumen 46 de Riegos y Drenajes. La versión 7.0 simplifica el manejo y proporciona un aspecto más gráfico. Véase figura 12 del anejo 2. PACREG Es un programa para el cálculo de las necesidades hídricas de los cultivos pero presume calculada la ETo del cultivo. El programa puede recoger los datos meteorológicos obtenidos a través del programa PACREG. Lo ha realizado la Generalitat de Catalunya y está editado en catalán. Se puede obtener gratuitamente a través del “Departament d’Agricultura, Ramaderia i Pesca”. Es un programa que abarca el cálculo de las necesidades hídricas. Realiza algún cálculo correspondiente al diseño hidráulico al tener en cuenta el caudal de la instalación, el caudal de emisores y el coeficiente de uniformidad. La entrada manual de datos meteorológicos es algo engorrosa y presume calculada la ETo. Véase figura 13 del anejo 2. 62
  63. 63. 1. Introducción 1.6.6. Programas para la simulación de las necesidades hídricas. Los anteriores programas podrían servir como simuladores, en la medida en que se pueden introducir datos supuestos para realizar sus correspondientes cálculos. Pero existen diversos programas que entran dentro de la categoría de la simulación, por ser herramientas destinadas a investigadores o técnicos. Sólo se mencionará la existencia de alguno de ellos por no ser el objetivo primordial de este trabajo: Bigsim, CropSyst y WaterMod. Véase figuras 14, 15, y 16 del anejo 2. 1.6.7. Otros programas relacionados con las necesidades hídricas. En la dirección http://www.wiz.uni-kassel.de/kww/irrisoft/manage/manage_i.html se pueden encontrar programas destinados a la irrigación. Alguno de los programas son de libre distribución pero otros son comerciales. Alguno de los programas comerciales se puede probar por un período determinado. Véase figura 17 del anejo 2. A continuación, se detallan los programas disponibles en la dirección arriba indicada: AWSET (Potential Evapotranspiration for Automatic Weather Stations) BALANCE ( Soil Water BALANCE) BIGSIM (Balanced Irrigation schedule with Groundwater contribution SIMulation model) CITRUS IRRIGATION SCHEDULING (Citrus irrigation, scheduling, moisture level, stress) CLIMWAT ( A Climatic Database for Irrigation Planning and Management) CROPWAT (Crop Water Requirements and Irrigation Scheduling) CWR-VB (Crop Water Requirements for Windows) DAILYET ( Daily Evapotranspiration) ENWATBAL (Evaporation from the soil and plant canopy) ETPOT 1.0 (Module for the calculation of potential transpiration and evaporation ) EVAP (Program to calculate Evapotransipration using one of 5 metrics) HFAM (Watershed Resource Analysis, Reservoir Management, irrigation, hydropower, water supplies) HOURLYET (Hourly Evapotranspiration for Automatic Weather Stations) HOWWET ? (Estimating the storage of water and mineralised nitrogen in your soil using rainfall records ) HYDRA (Modelling and Decision Support Systems to irrigation) I M S ( Irrigation Scheduling) 63
  64. 64. 1. Introducción INCA (Irrigation Network Control & Analysis) I W R ( Irrigation Water Requirements LANDSCAPE WATER MANAGEMENT SOFTWARE (Auditing & Budgeting) Mac PET (potential evapotranspiration, Macintosh) Microweather 94 (Evapotranspiration, crop microclimate simulation, climate, soil) P E T (Potential Evapotranspiration) POT._EVAPO. (Potential Evapotranspiration) PRORIEGO (Available only in Spanish - sorry) REF-ET (Reference evapotranspiration) REQRIEGO (Reference evapotranspiration and crop water requirements) SPACTEACH (Soil/plant water dynamics) THE WATER AND PLANT RELATIONSHIP (Relationship, water in plants, photosynthesis ) UCA ( Unit Command Area Simulation Model ) WATER MANAGEMENT UTILITIES (Water management - irrigation system design) WATERMGT (Water Management - CD Rom) WATROP ( Irrigation Sytem Uniformity on Crop Yield ) 64
  65. 65. 2. Objetivos 2. OBJETIVOS. 65
  66. 66. 2. Objetivos 2. OBJETIVOS. Realizar un programa para el cálculo de las necesidades de riego de los cultivos, considerando para el cálculo de la evapotranspiración de referencia el método Penman-Monteith de dos pasos descrito por la FAO en 1990. 66
  67. 67. 3. Material y métodos 3. MATERIAL Y MÉTODO 67
  68. 68. 3. Material y métodos 3.1. MATERIAL. Se ha empleado el material informático que a continuación se detalla: - Lenguaje de programación Visual-Basic 5.0 ® . - Base de datos Microsoft Access-97®. - Sistema operativo de trabajo Windows-98®. - Ordenador personal con las siguientes características: Procesador Pentium, 64 megabytes de memoria de solo lectura (RAM) y 2 gigabytes de disco duro. 3.2. MÉTODO. El método utilizado para la realizar el programa programación se ha basado en una programación clásica, apoyada en módulos que coinciden con las entradas de datos (clima, suelo, etc.) pero con un aspecto visual para el usuario. Método para realizar el cálculo de las necesidades hídricas: - Metodología expuesta por Doorenbos-Prutt en el cuaderno FAO-24. - Cálculo de la ETo por el método Penman-Monteith de dos pasos publicado por la FAO en 1990. - Los coeficientes de cultivo estarán divididos en cuatro fases, exceptuando los cultivos plurianuales que lo estarán en doce fases correspondientes a 12 meses. Como datos opcionales, recogerá los coeficientes de cultivo (Kc) propuestos por FAO-24, se exceptuarán los cultivos menos interesantes para la nuestro país (café, té...). Dichos coeficientes han de ser susceptibles de ser modificados. El Kc inicial de los cultivos de 4 fases con el valor en blanco o asterisco se calculará mediante una estimación de las 5 gráficas. - La entrada de datos climáticos será: mensual para calcular la previsión de riego o diaria para calcular el riego en tiempo real (día a día). 68
  69. 69. 3. Material y métodos - La precipitación Efectiva se calculará por alguno de los métodos expuestos en la introducción. - No se tendrán en cuenta los fenómenos de Percolación profunda, escorrentía, aportación capilar y el fenómeno de advección. - Se tendrá en cuenta la velocidad de infiltración. - Se contemplará el efecto de localización debido al porcentaje de terreno sombreado para los riegos localizados. - Cuando sea necesario, se efectuará el lavado de sales para una productividad mínima deseada. - La programación del riego estará comprendida dentro de la reserva fácilmente utilizable, suponiendo que no hay limitaciones de agua. El momento de riego será cuando se agote un porcentaje de la RFU, o en un intervalo de días de riego. Cuando se introduzca el intervalo de riego, el momento de riego será el primero que cumpla la condición: agotamiento de un porcentaje de la RFU o intervalo de riego. - La dosis de riego vendrá marcada por el porcentaje de llenado de la RFU. - Se contemplará el porcentaje inicial de agua de la RFU. - Para calcular las necesidades brutas se tendrá en cuenta la eficiencia de la aplicación y la fracción de lavado. Aplicándose, el que suponga mayor dosis de lavado. - No se tendrá en cuenta el diseño hidráulico, exceptuando el caudal de la instalación. - Se realizará una estimación del tiempo mínimo de riego debido a la infiltración y al caudal de la instalación. - Los cálculo que se obtendrán serán: balance hídrico y riegos a efectuar 69
  70. 70. 4. Resultados y discusión 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 70
  71. 71. 4. Resultados y discusión 4. RESULTADOS Y DISCUSION. El resultado ha sido un programa con funcionamiento modular, que calcula las necesidades hídricas cuando detecta que todos los datos están introducidos. El diseño comienza con un nombre que identifica el grupo de datos que se van a introducir. A continuación, se puede introducir la información que corresponde a cada una de las áreas (descripción de la finca, suelo, clima, agua de riego, tipo de riego y programación). Por último, se encuentra el módulo de cálculo que realiza las operaciones y las muestra por pantalla. Además, se dispone de un programa de mantenimiento para entrar datos correspondientes a cada tabla. El listado del programa se puede ver en el anejo 5. 71
  72. 72. 4. Resultados y discusión 4.1. FLUJO DE DATOS. Como se puede apreciar en la figura 1 del anejo 3, existen siete módulos de entrada de datos para poder realizar el cálculo. En realidad, serían 2 módulos más si se incluye la entrada del diseño y el módulo de cálculos. El flujo de información converge hacia el proceso de cálculo, pero, en ocasiones, se pueden ver flechas con ambos sentidos. Este doble sentido en el flujo de la información indica que la información se puede visualizar en cualquier momento para corregirla o ampliarla. Por ejemplo, el módulo de entrada de datos envía la información a la tabla “Programación Clima”; esta información se ha de poder corregir y ampliar con nuevos datos climáticos. La información necesaria para realizar la estimación puede proceder del soporte magnético o se pude introducir a través del teclado; por ejemplo, el módulo de datos del cultivo puede recoger información entrada por teclado o puede realizar una lectura a las siguientes tablas: Cultivos, Kc, profundidad raíces, fracción agotamiento, días cultivo, y tolerancia a sales. El nexo de unión entre cada uno de los ficheros suele ser el nombre del diseño, excepto en los ficheros que se encuentran en la parte superior. Estos ficheros están unidos por el tipo de información. Cada vez que se realiza una modificación o ampliación de datos, el proceso de cálculo rellena con los datos oportunos el fichero de balance hídrico; de tal manera que el fichero de balance hídrico contendrá información referente a los datos entrados por cada uno de los módulos. 72
  73. 73. 4. Resultados y discusión 4.2. PROGRAMA. Los módulos disponibles en el programa son: - Diseño. - Mantenimiento de tablas. - Finca. - Cultivo. - Clima. - Suelo. - Agua de riego. - Tipo de riego. - Programación del riego. - Resultados. Todas las pantallas que aparecen en el programa informan en su parte superior del nombre de diseño agronómico que está activo. Exceptuando el menú, cada uno de los programas tiene tres partes diferenciadas: 1) Parte superior: es la barra donde van alojadas las funciones de grabación y salida del módulo. 2) Parte media: Es donde se introducen o visualizan los datos. En algunos módulos se encuentra la figura [...], que sirve para buscar datos en las tablas. 3) Parte inferior: Contiene una línea de mensajes para informar de las acciones que se han de realizar. El menú, como se puede apreciar en la figura 2 del anejo 3, es el lugar de acceso a cada uno de los módulos. Si la aplicación no está conforme con algún dato entrado, surge una pantalla de formato pequeño que informa de la acción incorrecta. 73
  74. 74. 4. Resultados y discusión A continuación, se expondrán con detalle la función de cada uno de los módulos: 4. 2. 1. Diseño. El diseño está contenido en el menú DISEÑO AGRONÓMICO. Consta de dos carpetas con funciones distintas: - Carpeta Nuevo Diseño. Es el lugar por el cual se introducirá el nombre del nuevo diseño. Si el nombre de diseño existiera, el programa dará aviso. Véase figura 3 del anejo 3. - Carpeta Abrir Diseño. Esta carpeta tiene dos funciones: escoger un diseño existente o eliminarlo. Para seleccionar un diseño se tendrá que apuntar con el ratón en la zona donde aparecen todos los diseños y pulsar Aceptar. Para borrar un diseño, primero se apuntará a la zona donde aparecen todos los diseños y después se pulsará Eliminar. El programa pedirá confirmación para eliminar el diseño. Cuando se pulsa en alguno de los diseños, aparece una pequeña descripción de las características que servirá de orientación sobre el diseño. Véase figura 4 del anejo 3. 4.2.2.Mantenimiento de tablas. El mantenimiento de tablas está contenido en el menú Diseño Agronómico. Sirve para dar de alta, modificar o eliminar datos correspondientes a las tablas del programa. Véase figura 5 del anejo 3. Los datos que se entren por este módulo pasarán a estar disponibles para la toda aplicación 74
  75. 75. 4. Resultados y discusión Estas tablas son: nombre de cultivo, Kc del cultivo, días de cultivo, raíz del cultivo, fracción de agotamiento permisible del cultivo, meteorología, tipo de textura y sistemas de riego. En la figura 6 del anejo 3 se puede ver el acceso a la tabla de sistemas de riego. 4.2. 3. Finca. El módulo Finca está en el menú de Entrada de Datos. Por este módulo se introducirán los datos referentes a la finca y el tipo de datos meteorológicos. Algunos de los datos no tienen relevancia para el cálculo de las necesidades hídricas, pero es necesario disponer de una pequeña referencia. Véase figura 7 del anejo 3. Los datos que se solicitan son: Descripción: Una pequeña descripción de la finca y del usufructuario de la misma. Nombre de la finca: Nombre con el que es conocida la finca. Población. Entrar la población Provincia. Entrar la provincia y el país. Latitud: Es una de las coordenadas que sitúan a la finca dentro de la Tierra. Además, tiene utilidad para el cálculo de la radiación neta cuando sólo se disponga del número de horas de sol (Smith, M., 1990). Longitud: Es la otra coordenada que ubica a la finca dentro de la Tierra. Altitud: Tiene utilidad para estimar la evapotranspiración de referencia (Smith, 1990). Datos meteorológicos: Por esta entrada se definen qué datos meteorológicos se van a suministrar. Se introducirá D en el caso de disponer de datos climáticos diarios y M para datos climáticos mensuales. Superficie de la finca: Se introducirá en metros cuadrados. Servirá para calcular la dosis bruta de riego de la finca. 75
  76. 76. 4. Resultados y discusión Una vez que se hayan introducido estos datos se podrá pulsar Aceptar para que los datos se graben. Para realizar alguna modificación, se cambiará el valor del campo deseado y después se pasará por cada uno de los campos hasta que aparezca Aceptar. 4. 2. 4. Cultivo. El módulo Cultivo está en el menú de Entrada de Datos. En este módulo se introducirán los datos referentes al cultivo: coeficiente de cultivo (Kc), fracción de agua disponible en el suelo, días de cultivo, profundidad de las raíces, tolerancia a la sal y fecha de plantación. En este módulo se pueden seleccionar los datos publicados por al FAO en el manual FAO-24 o se pueden variar de acuerdo a las necesidades. Si se seleccionan todas las opciones disponibles en los iconos [...] presentará los datos publicados por la FAO (Doorenbos et alter, 1977). Se ha intentado respetar la entrada de los coeficientes de cultivo: en el caso de cultivos leñosos el Kc está dividido en 12 meses y en el resto de los cultivos está divido en 4 fases (inicial, desarrollo, media y final). Véase figuras 8 y 9 del anejo 3. Los datos que se solicitan son: Nombre del cultivo: Se puede entrar el nombre del cultivo o se puede seleccionar de una lista pulsando en el icono de la derecha. 76
  77. 77. 4. Resultados y discusión Grupo: Pulsando en el icono de la derecha aparecen 7 grupos de cultivos: cultivos extensivos y hortalizas, arroz, alfalfa, árboles caducifolios (y de nuez), cítricos, uva y plátano. Se seleccionará el más adecuado a nuestras necesidades. Cada grupo de cultivos determina que la entrada del Kc sea mensual o en 4 fases; si se escogen árboles caducifolios, cítricos, uva o plátano, el Kc será mensual; si se escoge el resto estará dividido en 4 fases. Además, para poder recoger los valores publicados en FAO-24 (Doorenbos et alter, 1977), cada grupo de cultivos activará las opciones de: cubierta vegetal, heladas, humedad relativa, viento y edad de plantación. Por ejemplo, el grupo de cítricos activará las opciones de cubierta vegetal y edad de plantación. En este caso, si el usuario rellena las opciones de heladas y edad de plantación, aparecerá el valor publicado en FAO-24. Si no se está interesado en los valores de FAO-24, se continuará por la entrada de los coeficientes de cultivo. Cubierta vegetal. Es una de las opciones del manual FAO-24. Está disponible para árboles caducifolios y cítricos. Heladas. Es una de las opciones del manual FAO-24. Está disponible para árboles caducifolios y uva. Humedad relativa. Es una de las opciones del manual FAO-24. Está disponible para cultivos extensivos y hortalizas, arroz, alfalfa, árboles caducifolios y uva. Viento. Es una de las opciones del manual FAO-24. Está disponible para cultivos extensivos y hortalizas, arroz, alfalfa, árboles caducifolios, plátano y uva. Edad plantación. Es una de las opciones del manual FAO-24. Está disponible para árboles caducifolios, cítricos y plátano. En el caso concreto del plátano, se refiere a plátanos de primer cultivo o plátanos de los siguientes cultivos. En la figura 8 del anejo 3, se puede observar un ejemplo de selección de los valores publicados en FAO-24 para un cultivo de cítricos sin cubierta vegetal y para árboles adultos; se puede ver que los coeficientes están divididos en 12 meses. Si el usuario no está conforme con los valores propuestos puede modificarlos como considere oportuno. Si no se hubieran rellenado las opciones del grupo de cultivo, se tendrán que introducir los valores manualmente. 77

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