La calendarización del riego en papa

El objetivo de la calendarización del riego es aplicar el agua en la cantidad y frecuencia correcta para reducir la posibilidad de bajos rendimientos por estrés hídrico. Siendo la papa un cultivo con altos costos de producción y muy sensible al estrés hídrico, un buen manejo del riego debe considerar no sólo su eficiencia y uniformidad, sino también su cantidad y oportunidad.

Existe una gran resistencia por parte de los agricultores a cambiar la forma tradicional de programar o calendarizar el riego debido a la ausencia de reglas simples y concretas producto de la complejidad de los factores que modifican los requerimientos hídricos de los cultivos y la disponibilidad del agua en el suelo. En este sentido, la mayor parte de las decisiones de la calendarización del riego son asumidas por los agricultores, los resultados son evidentes, se pueden entender las bases del mejor método para calendarizar el riego pero la metodología se ha aplicado tan mal que se prefiere aplicar excesos de agua a tener una disminución en al calidad y cantidad del rendimiento. Ante este panorama, es necesario que los responsables técnicos de la administración y operación de la red de distribución de agua tengan un mejor sistema de asignación de agua en tiempo real en respuesta a las demandas hídricas de los cultivos y apoyen al agricultor en definir la oportunidad y cantidad del riego.

El uso de una calendarización del riego científica en papa a gran escala ha sido reportada por Salazar et al. (1996) para el Valle de San Luis en el estado de Colorado. EEUU. En México, el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA), la Comisión Nacional del Agua (CNA), la Red del Valle del Fuerte y varios módulos de riego del distrito de riego 075, (Río Fuerte), Sinaloa, tiene en operación el sistema de pronóstico del riego en tiempo real que manipula una base de datos con información sobre los parámetros de los cultivos, suelo, padrón de usuarios, clima, red de distribución, seguimiento de riego de los cultivos y su manejo. Con la información anterior, el sistema realiza un balance diario del consumo de agua de cada cultivo establecido, desde su fecha de siembra hasta la cosecha y pronostica el momento oportuno y la cantidad del riego.

Estas notas han sido preparadas para presentar las bases de la calendarización del riego en papa, como parte de la transferencia del sistema de pronóstico del riego en papa, como parte de la transferencia del sistema de pronóstico del riego en tiempo real en el cual participan los módulos de riego y la Sociedad de Responsabilidad Limitada del Distrito de riego 075, la Comisión Nacional del Agua y el Instituto mexicano de Tecnología del Agua.

El documento ha sido compilado en base a la experiencia adquirida al transferir el sistema de calendarización y pronóstico de riego en papa en el Valle de Fuerte, Sinaloa, que durante el ciclo otoño-invierno 98-99 tenía cerca de 8,600 hectáreas de papa. Para validar la transferencia de la metodología de la calendarización del riego en tiempo real se tuvieron 10 parcelas de papa como una superficie total de 600 hectáreas tanto con riego por gravedad como por aspersión durante ese ciclo.

La importancia del riego

La disponibilidad de la humedad del suelo es de los factores más importantes que afectan el rendimiento de la papa, en términos de calidad y cantidad. Dicho rendimiento depende en gran medida de cómo el riego es calendarizado en las diferentes etapas fenológicas del cultivo.

A niveles altos de humedad (casi saturación) el rendimiento se ve afectado por una reducción en el oxígeno disponible para las raíces. El otro extremo se presenta cuando la humedad disponible es muy baja por lo que la planta usa gran cantidad de energía para extraer la poca humedad disponible que se encuentra fuertemente retenida por las partículas del suelo. Con algunas excepciones, bajo condiciones de saturación es sumamente difícil abastecer a las raíces simultáneamente de los requerimientos de agua, nutrientes y aire. Cuando el suelo se satura, los nutrientes solubles se disuelven y el agua se encuentra disponible en grandes cantidades pero el oxígeno tiende a ser el factor limitante; a medida que el suelo se va drenando y secando, las cantidades de oxígeno y humedad pasan a una zona óptima, para que finalmente el agua sea un factor limitante cuando el suelo se seca. Como la mayoría de los nutrientes que la planta necesita se absorben en forma iónica, el agua es también un medio cuya disponibilidad condiciona su absorción por las raíces.

Muchas veces el contenido de humedad en el suelo está lejos de su valor óptimo, sin embargo debe estar por arriba de un valor crítico (c) en el cual la planta muestra síntomas de estrés que se traduce finalmente en una reducción de la calidad y cantidad del rendimiento. Es difícil determinar cuál es el valor óptimo del contenido de humedad para un cultivo, pero sobre todo es más difícil mantener ese valor durante un período de tiempo definido, principalmente en riego por gravedad.

Para obtener buenos rendimientos en papa se requiere mantener el contenido de humedad lo más cercano a la capacidad de campo. Entre más lejos se encuentre la humedad del suelo de la capacidad de campo, mayor es la disminución en el rendimiento potencial.

En general el riego en papa puede ser aplicado con alta intensidad de aplicación y baja frecuencia como en el caso del riego por gravedad (surcos), o con alta intensidad y alta frecuencia como en el caso de riego por aspersión usando laterales móviles de movimiento circular o lineal, o baja intensidad con alta frecuencia para el caso de riego por goteo.

Para el riego de baja frecuencia, el suelo sirve como almacén de humedad hasta que se aplique el siguiente riego presentándose fases, una en donde el agua se encuentra en exceso durante e inmediatamente después del riego, otra de déficit donde el cultivo se estresa.

La alta frecuencia del riego tiene la ventaja de generar un ambiente hídrico favorable para las raíces, al suministrar el riego en casi la misma tasa en que se va consumiendo.

Al tener el suelo por abajo del contenido de humedad a saturación, el flujo del agua es controlado por las fuerzas capilares, resultando en una reducción en las pérdidas por precolación al concentrarse el movimiento del agua en la zona de raíces donde se presentan las mayores variaciones de la humedad del suelo. Teóricamente, el riego de alta frecuencia resulta en mayores rendimientos que el de baja frecuencia bajo un buen esquema de calendarización del riego y manejo del cultivo.

El cultivo de papa desde el punto de vista hídrico

La calidad y cantidad de tubérculos están relacionados con una buena calendarización del riego. Usualmente se contrarresta la deficiente calendarización del riego incrementando la lámina y frecuencia del riego o las aplicaciones de agroquímicos para no tener mermas significativas en los rendimientos convencionales. Esta práctica empieza a ser cuestionada ante la incertidumbre en la disponibilidad y cantidad del agua o debido a los más frecuentes problemas de contaminación atribuida a la agricultura intensiva de riego.

El agua es el mayor componente de una planta de papa, hasta el 95% en los tejidos verdes y hasta el 85% en los tubérculos. Curwen (1989) reporta que una planta de papa bajo condiciones óptimas de crecimiento y humedad puede reemplazar hasta cuatro veces al día su contenido de humedad por medio de la transpiración. La papa es más sensible al déficit hídrico del suelo que el trigo, soya o frijol, siendo sus etapas fenológicas más sensibles la formación de estolones y tubérculos. De acuerdo a información publicada en el manual 33 de la FAO (1986) se tiene que si se estresa la papa durante la etapa de formación de tubérculos en un 50% de los requerimientos evapotranspirativos potenciales, se tendría una reducción del 355 en el rendimiento, durante la maduración se tendría una reducción de solamente 10% y durante la fase negativa un 22%.

Ante la presencia de estrés hídrico durante la etapa de tuberización, los estomas se cierran y no existe intercambio gaseoso, interrumpiéndose la formación de carbohidratos que mantienen el crecimiento continuo de los tubérculos. Al restablecerse el suministro de humedad del suelo, el crecimiento del tubérculo se restablece, pero no en forma uniforme. Presentándose malformaciones conocidas como desorden de crecimiento secundario. La concentración de azucares generalmente aumenta en las zonas del tubérculo donde el crecimiento se ha detenido o disminuido.

El déficit hídrico en la etapa de formación de tubérculos puede resultado en tubérculos deformes, los cuales son más notorios en las variedades de tubérculos cilíndricos que en los redondos. Cambios drásticos en la humedad del suelo debido a riegos tardíos y pesados, puede resultar en el agrietamiento o la formación de corazones negros (necrosis interna) en los tubérculos. Lo anterior confirma el hecho que la alta frecuencia del riego por aspersión o goteo reduce la ocurrencia de malformación de tubérculos.

Después del desvare, debe haber un contenido de humedad idóneo que evite el agrietamiento del suelo y exponga los tubérculos superficiales al ataque de plagas y enfermedades que puedan dañarlo. Por ejemplo, las hembras de la palomilla de la papa al no encontrar follaje donde ovipositar , penetran hasta los tubérculos por las grietas que se forman en suelos secos, por lo que se debe tener cuidado en mantener una humedad superior al 50% del contenido a capacidad de campo. Riegos ligeros y frecuentes son necesarios para mantener un buen contenido de humedad desde el desvare hasta el final del ciclo, lo cual también facilita las operaciones asociadas con la cosecha.

Cuando existe la necesidad de la cosecha antes que se haya alcanzado la madurez fisiológica, se debe defoliar mecánica y químicamente con un contenido de humedad del suelo superior al 50% de la humedad a capacidad de campo para reducir la presencia de decoloración vascular en los tubérculos.

La humedad del suelo está relacionada también con la absorción de nutrientes. Plantas con suministro deficiente de agua presentan poca respuesta al fertilizante nitrogenado. La aplicación de fertilizantes debe coincidir con los riegos, en ausencia de riegos requeridos por el cultivo, se pueden programas riegos ligeros para solubilizar el fertilizante aplicado y distribuirlo en la zona de raíces.

La papa requiere suelos bien drenados y aireados con un pH ligeramente ácido (5-6). El sistema radical de la papa es somero, concentrándose en los 40 a 60 cm superiores, con la mayor absorción (70-80%) en los primeros 30 cm. Algunos investigadores han reportado raíces hasta de un metro. La etapa de germinación del tubérculo requiere de un ambiente oscuro, húmedo y caliente. Sus requerimientos brutos de riego varían entre 50 y 70 cm dependiendo de la variedad, fecha de siembra y clima. La eficiencia de uso del agua en papa varía de 4 a 7 Kg/m3. Esto es, se requiere de 1m3 de agua para producir de 4 a 7 kg de tubérculos con una humedad de 70 a75%. En el Valle del Fuerte, Sinaloa, la papa es sembrada en el ciclo otoño-invierno desde principios de octubre hasta mediados de diciembre, siendo noviembre la mejor época de siembra desde el punto de vista de rendimiento. Se aplican de 5 a 7 riegos de auxilio con una lámina total promedio de 60 cm y un intervalo de riego de 10 a 27 días, una eficiencia media en el uso de agua de 5 Kg/m3 con una duración de 110 a 120 días y un rendimiento promedio de 30 ton/ha de tubérculos frescos. Las variedades Alpha y Gigant, mientras que para uso industrial son Atlantic, Snowden y Herta.

El suelo como almacén de humedad

La disponibilidad del agua para las raíces depende de varias condiciones del suelo: que el agua se encuentre almacenada en el suelo, que el suelo pueda transmitirla de las zonas de disponibilidad a las zonas de demanda, y que el agua no se encuentre fuertemente retenida por las partículas del suelo para que las raíces la absorban con el mínimo esfuerzo.

El suelo es un material poroso, como una esponja que retiene agua cuando es humedecida. La máxima cantidad de agua que un suelo puede retener se le conoce como humedad a saturación (s) y a la humedad que alcanza el suelo una vez que el agua ha drenado por efecto de la gravedad se le conoce como humedad o capacidad de campo (Occ). El valor mínimo permisible de humedad que el suelo puede alcanzar, sin tener un efecto fatal en la planta, ha sido definido tradicionalmente como punto de marchitamiento permanente (OPMP). Estas constantes de humedad son de vital importancia en la calendarización del riego.

Por su simplicidad, el método del tacto, que consiste en friccionar una muestra de suelo para estimar el contenido de humedad, es el más utilizado para estimar el momento del riego.

La estimación de la humedad de un suelo es importante para calcular las láminas de riego a aplicar o aplicada, para estimar la profundidad de mojado después de un riego, o para definir el grado de estrés de las raíces.

Para expresar el contenido de humedad del suelo existen varias formas. A la cantidad de agua por unidad de masa o volumen de agua se le conoce como contenido de humedad gravimétrico o volumétrico, respectivamente.

Si se tiene que una muestra de suelo de 100 gr. tiene 20 gr. de agua, el contenido de humedad gravimétrico (0m) es de 0.3, que resulta de dividir 20 entre 100. Si se tiene que una muestra de suelo de 10 cm3 tiene 2 cm3 de agua, el contenido de humedad volumétrico (Ov) es de 0.3, que resulta de dividir 3 entre 10. La densidad aparente del suelo (Da) permite relacionar ambas formas de expresar el contenido de humedad.

El rango de valores de la densidad aparente para la mayoría de los suelos agrícolas se encuentra entre 1 y 2 gr/cm3.

Aunque lo mejor es estimar experimentalmente las constantes de humedad, muchas veces se requiere tener valores aproximados. Existen reglas empíricas, que a falta de valore experimentales pueden ser útiles, por ejemplo, un valor aproximado de 0PMP se puede obtener al dividir el valor de 0CC por 1.8, aunque este es un valor aproximado, valores de 1.7 por arcillas y de 2 para arenas mejoran las estimaciones.

Humedad aprovechable

La diferencia entre 0CC y 0PMP se le conoce como humedad aprovechable (HA). La humedad aprovechable es generalmente expresada en porcentaje volumétrico.

Humedad fácilmente aprovechable

En la práctica, el valor mínimo permitido o valor crítico del contenido de humedad (0C), a la cual el suelo puede llegar antes del riego, no es el punto de marchitamiento permanente sino un valor intermedio entre 0CC y (0PMP).

Los rendimientos son reducidos cuando el contenido de humedad se acerca al punto de marchitamiento permanente; dicha reducción es más drástica durante las etapas fisiológicas críticas. De esta manera en lugar de considerar a la humedad aprovechable (HA) como el rango utilizable por las plantas, se utiliza sólo una fracción de la misma que se conoce como factor de abatimiento o máximo déficit de humedad permisible (f). Tradicionalmente se ha tomado un valor de “f” para papa de 0.4 durante todo su ciclo fenológico. Sin embargo, su valor debe cambiar dependiendo de su etapa fenológica. El Departamento de Conservación de Suelos de los EEUU (SCS-USDA, 1991) recomienda usar un valor de 0.8 de la fecha de siembra a la formación de que alcance el tubérculo 2/3, y un valor de 0.7 en la última etapa de maduración. La etapa más crítica es la iniciación de tubérculos, el valor óptimo de f es de 0.2 durante esta etapa.

Métodos para calendarizar el riego

La calendarización de riego es el proceso de programar los riegos, cuándo y cuánto, de un cultivo para reponer el agua del suelo que ha sido utilizada (consultivamente usada), antes de causar daños fisiológicos debido al estrés hídrico.

Existen diversos métodos directos o indirectos para calendarizar los riegos. Por ejemplo, para definir el momento del riego se han usado diferentes indicadores relacionados con el estrés hídrico de las plantas. El principio general es aplicar el riego cuando dicho indicador alcanza un valor crítico.

Métodos para definir el cuándo y cuánto regar

La definición del cuánto regar se basa en el uso de indicadores de riegos que utilizan alguna propiedad del suelo o planta relacionada con el estrés hídrico para definir el momento de riego. Los pasos a seguir para calendarizar el riego usando un indicador de riego X son:

1. Definir un valor crítico (Xc) del indicador X.
2. Estimar el valor del indicador al inicio del ciclo Xo.
3. Estimar el valor del indicador para el día i, xi
4. Si el valor del indicador es menor o igual que el crítico, ese día es el momento del riego.
5. Esperar el siguiente día e ir al paso 3.

Existen varios indicadores vegetales que pueden ser usados para estimar el grado de estrés hídrico de la planta como son el color, la temperatura de las hojas, el contenido de humedad, el ángulo, el grado y tipo enrollamiento de las hojas, y el grado de apertura de los estomas.

Tradicionalmente se ha usado la observación visual de los cultivos para definir el cuándo regar, ocasionando muchas veces que el riego sea aplicado tardíamente ya que cuando los síntomas de estrés aparecen, el daño ocasionado puede ya ser irreversible. En consecuencia se debe de tener cuidado si se utiliza a la planta como indicadora del momento del riego. Una alternativa es sembrar algunas plantas, que funcionan como indicadoras del riego ya que deben tener la característica de mostrar síntomas (más sensibles) de estrés hídrico a mayor contenido de humedad que las del cultivo principal.

En general, hasta ahora no existe un indicador de riego vegetal usando comercialmente para calendarizar el riego en papa ya que algunos son tediosos y caros para implantarlos en campo, otros son puntuales y sujetos a una alta variabilidad. La mayoría son subjetivos dejando la responsabilidad a la persona que toma la decisión de regar.

Métodos directos

A continuación se describen los métodos directos más usados como indicadores del momento del riego.

Los indicadores edáficos más usados para calendarizar el riego son el contenido de humedad del suelo y el potencial métrico del suelo.

Método basado en la humedad del suelo.- Tradicionalmente la calendarización del riego se ha basado en el monitoreo de la humedad del suelo en la zona radical durante el desarrollo de un cultivo.

Al momento del riego, el contenido de humedad alcanza un contenido de humedad máxima (0max) y éste disminuye gradualmente a medida que las plantas satisfacen sus requerimientos hídricos. El contenido de humedad disminuye hasta alcanzar un contenido de humedad predefinido o crítico o mínimo permisible (0c). De esta manera la humedad del suelo fluctúa entre capacidad de campo y humedad crítica.

Existen varios instrumentos para estimar con buena precisión y rapidez el contenido de humedad. Entre los más usados se encuentra la sonda de neutrones y el reflectímetro conocido por sus siglas en inglés como TDR. La idea con estos instrumentos es muestrear diariamente el contenido de humedad a varias profundidades en varios sitios de las parcelas, cuando las estimaciones de humedad indican un valor crítico en la zona radical el riego debe ser aplicado.

Estado energético del agua del suelo.- El potencial métrico o la tensión del suelo como indicador del riego ha sido usado exitosamente para calendarizar el riego en papa. A continuación se presentan los dos principales instrumentos para medir el potencial métrico en campo y su forma de uso para calendarizar el riego.

Tensiómetros.- Un tensiómetro es una cápsula de cerámica enterrada en el suelo, llena de agua y conectada a un sensor de presión (vacuómetro) por medio de una columna de agua. Los tensiómetros miden la fuerza con que el agua está retenida en el suelo y por consiguiente es un indicador del esfuerzo que deben realizar las raíces de la planta para extraer la humedad del suelo. Los tensiómetros no definen cuanto agua hay en el suelo, indican cuando aplicar el riego.

Neibling y Brooks (1995) trabajando con papa a varios niveles de humedad y nitrógeno con riego subsuperficial (5-8 cm) encontró que los mejores rendimientos fueron obtenidos a tensiones entre 60 a 70 Kpa muestreada a la profundidad de siembra con solamente de 157 a 224 Kg de N/Ha usando 40% menos agua que el de riego por aspersión. Shock, et al. (1997) recomiendan regar la papa cuando la tensión del suelo alcance un valor de 60 Kpa en cantidad suficiente para suministrar el agua perdida por la evapotranspiración del cultivo desde el último riego.

La idea central de la calendarización del riego usando tensiómetros, que se adapta bien para el riego por goteo, es aplicar el riego cuando alcancen un valor crítico de 60 Kpa y suspenderlo cuando alcance cerca 10 Kpa. En caso contrario se debe estimar la lámina de riego requerida para llevar el suelo de una tensión de 60 KPa a 7 Kpa o estimar la evapotranspiración acumulada desde el último riego. La profundidad de colocación de los tensiómetros es a 30 cm.

Bloques porosos.- Cuando un bloque poroso está en contacto con el suelo éstos se equilibran de manera que cambios en la propiedades eléctricas o termales de bloque están en relación con el suelo que lo rodea. Esto es, el bloque adquiere un contenido de humedad similar al del suelo que lo rodea. El principio de medición se basa en que la cantidad de agua en el bloque puede ser estimada por la resistencia generada al paso de una corriente eléctrica entre dos electrodos insertados en el material poroso, usualmente hecho de yeso. La resistencia al flujo eléctrico está relacionado con el contenido de humedad y la tensión del agua en el suelo. A mayor contenido de humedad, menor es la resistencia al paso de una corriente eléctrica. Es posible generar curvas que relacionen la resistencia eléctrica del bloque con el contenido de humedad o tensión.

Shock, et al. (1997) usó bloques porosos para calendarizar el riego en papa. Aplicaron 20 riegos con una lámina promedio de 54 cm usando un valor crítico de 60 KPa y 12 riegos con una lámina promedio de 42 cm y un valor crítico de 80 KPa.

Métodos indirectos más usuales

Algo que siempre han añorado los agricultores es encontrar una receta mágica o método indirecto que les permita predecir el contenido de humedad del suelo sin la necesidad de un muestreo intensivo. El principal método para realizar lo anterior se conoce como el método del balance hídrico que se basa en realizar un balance riguroso de los componentes relacionados con el cambio en el contenido de humedad.

Método del balance hídrico.- Tradicionalmente los sistemas de riego se han programado con una calendarización del riego basada en el contenido de humedad presente en el suelo. De esta manera, entender la calendarización del riego es entender primeramente el concepto del balance del agua en la zona de raíces.

El contenido de humedad del suelo puede ser determinado para un intervalo de tiempo usando la siguiente ecuación de balance de humedad que es meramente una aplicación de la ley de conservación de materia que establece que la materia no puede ser creada o destruida, sólo cambia de estado o posición:

∆V = V entra -V sale

Donde V es el cambio en el volumen de agua almacenada en la zona de raíces, si el volumen de entrada es mayor al de salida, el valor de V es positivo por lo que habría ganancia de humedad, en caso contrario habría pérdidas de humedad. Si se asume un área unitaria, se puede describir los cambios de volumen en forma unidimensional. Si se toma en cuenta cada uno de los componentes de entradas y salidas potenciales, en términos unidimensionales, se tiene:

∆H = entradas – salidas = (P + R + Ac) – (Etc – PP – ESC)

Donde H es el cambio de humedad en términos de lámina de riego. P es la precipitación, E es el riego aplicado, Ac es el agua proveniente del ascenso capilar del manto freático, Etc es la evapotranspiración del cultivo, PP es la precolación, ESC es el escurrimiento sub y superficial. La figura 8 muestra gráficamente cada uno de los componentes que intervienen en el balance del agua en la zona de raíces.

Para la calendarización del riego se define primero en intervalo de tiempo para el balance hídrico, pudiendo ser horario, diario, mensual, etc. Si el cambio en contenido de humedad H es determinado en base diaria, su valor puede estimarse como la diferencia entre los contenidos de humedad al final de los días i + 1 y i (Hi + 1 y Hi).

H = Hi + 1 – H

La humedad al final del día es igual a la inicial del día i + 1. De esta manera para predecir el contenido de humedad al final del día i + 1 (Hi + 1) se usa la siguiente ecuación:

Hi + 1 = Hi + Pi + 1 + Ri + 1 – ET + 1 – PPi + 1

Donde Pi + 1 es la precipitación en mm que ocurrió en el día i + 1, Ri + 1 es el riego aplicado (mm) en el día i + 1, ETi + 1 es la evapotranspiración de cultivo (mm) para el día I + 1, PPi + 1 es la cantidad de agua en mm que se percoló fuera de la zona de raíces durante el día i + 1.

A continuación se presenta un ejemplo para el cálculo del cuándo y cuánto regar usando el método del balance hídrico. Dada la información de la Tabla 1 del perfil de suelo que se asume homogéneo y asumiendo un contenido de humedad inicial a capacidad de campo al inicio del día 1, i = 0.47, una profundidad de raíces constantes de 60 cm y un factor de abatimiento f = 0.3, realizar el balance de humedad considerando las entradas y salidas mostradas en la tabla 2.

Tabla 1.- Propiedades físicas e hídricas del perfil de suelo del ejemplo de cálculos.

Tabla 2.- Entrada y salidas de la zona radical

Los cálculos del balance de humedad para estimar el momento de riego se muestran en la tabla 3. en los 60 cm de la zona de raíces se puede almacenar alrededfor de 361 mm de agua [(0.47 – 0.0) *600=282 mm] que corresponde al contenido de humedad a capacidad de campo, como el contenido de humedad inicial para el día 1 es igual a la humedad a capacidad de campo, lalámina inicial es también de 282 mm. El riego tiene que aplicarse cuando el contenido de humedad alcance un valor de c=0.426 que corresponde a una lámina disponible en el suelo de 255.5 mm [0.47 *600=255.5 mm]. De esta manera en la siguiente table se muestra que se requiere un riego al final del día 12 o al inicio del día 13 con una lámina de 26.44 mm, que resulta de restar el valor acumulado de la Etr a la precipitación efectiva (33.07 – 6.63 = 26.44 mm). La lámina de riego también puede calcularse restando la humedad al final del día 12 (Hf) de la presente al inicio de día 1 (Hi) esto es, 282-255.56=26.44 mm. En caso que no haber lluvias el riego se hubiera presentado dos días antes, ya que las dos lluvias que totalizan 6.63 mm retrasan el riego.

Tabla 3. Estimación del momento del riego usando el método del balance hídrico

La columna 1 es el número de días desde el último riego, se asume que el riego finalizó al inicio del día 1 llegando el suelo a capacidad de campo, la columna 2 es el contenido de humedad expresa como lámina al inicio del día bajo análisis expresado en lámina, la col. 3 es el contenido de humedad para la lámina de la col. 2, la col. 4 es la profundidad radical, la col 5 es la evapotranspiración real, la col 6 es la evapotranspiración real acumulada desde el último riego, la col 7 es la precipitación efectiva, la col. 8 es la humedad fácilmente aprovechable presente en el suelo al final del día y la col. 9 es la humedad en términos de lámina presente al final del día bajo análisis. El momento de riego se define cuando la columna 8 alcanza un valor cercano a cero. La lámina de riego lo define la columna 9 y el valor de la humedad a capacidad de campo.

En el ejemplo anterior se asume conocida la evapotranspiración real para cada día. Para usar el método del balance hídrico se tiene que tener un buen estimador de la evapotranspiración. La metodología para la estimación de la evapotranspiración real de un cultivo (ETr) consiste en tres partes:

1.- Estimación de una tasa de referencia conocida como evapotranspiración de referencia (ETo).

2.- Escalar la tasa de referencia al tomar en cuenta las características del cultivo usando la coeficiente de cultivo (Kc).

3.ñ- Escalar el ET al considerar las condiciones locales y prácticas agrícolas que influyen en la ET como son la salinidad, déficit hídrico, tamaño de las parcelas, métodos de riego y cultivos (Ke).

La ecuación final para estimar la evapotranspiración real de un cultivo es:

ETr = KC KE ETO

Como la papa es un cultivo muy sensible al estrés hídrico el valor de Ke es muy cercano a 1 para riegos frecuentes.

En los últimos 50 años, se han desarrollado una gran variedad de métodos semiempíricos para estimar la evapotranspiración bajo diferentes condiciones climáticas. La base principal de estos métodos es usar una o más ecuaciones para estimarlas a partir de datos meteorológicos. Las dos formas más usuales son a partir de datos provenientes de una estación meteorológica o de un tanque evaporímetro.

La tabla 4 contiene la localización geográfica de cada una de las 14 estaciones agrometeorológicas automatizadas que forman la red agrometeorológica del Valle del Fuerte, Sinaloa que inició sus operaciones en febrero de 1997 y cuya operación y mantenimiento es responsabilidad de la Red del Valle del Fuerte del DR075.

Tabla 4. Localización geográfica de las 14 estaciones agrometeorológicas del Valle del Fuerte, Sinaloa, México.

Tabla 5. Valores de la evapotranspiración de referencia mensual para el año de 1998 de las 14 estaciones de la red agrometeorológica del Valle del Fuerte (RAVF).

La tabla 5 muestra los valores mensuales acumulados de la evapotranspiración de referencia de las 14 estaciones de la red agrometeorológica del Valle del Fuerte para el año de 1998. Datos de la estación 12-Cahuinahua se encuentran incompletos. La estación 7 reporta 103 mm como evapotranspiración de referencia para el mes de febrero, si se asume riego por aspersión, un valor de Kc=1, HFA=25.4 mm, se tendrían que haber aplicado cuatro riegos para ses mes en ausencia de lluvias.

Estaciones meteorológicas

Las estaciones agroclimáticas automatizadas actuales están equipadas con una serie de sensores conectados a un microprocesador (dataloger) que monitorea y almacena valores de las variables meteorológicas a intervalos de tiempo predefinidos de acuerdo a un programa residente en memoria corriendo indefinidamente. Las estaciones cuenta con un sistema de telemetría para radio o teléfono para el envío de datos meteorológicos a una computadora para su procesamiento posterior y calcular las demandas hídricas de los cultivos en forma casi continua en las parcelas del distrito de riego.

Dependiendo de los valores de las variables meteorológicas disponibles, es el tipo de ecuación a usar. El método más utilizado para estimar la evapotranspiración de referencia (ETº) por la mayoría de los servicios agrometeorológicos del mundo es la ecuación de Penman-Montieth. Dicha ecuación estima la ETº usando estimaciones de la temperatura y humedad del aire, velocidad del viento y radiación solar.

Uno de los problemas asociados con la calendarización del riego es estimar con precisión la evapotranspiración de referencia (ETº) que varía tanto espacial como temporalmente, en este caso, se consideró la variación diaria de la evapotranspiración de referencia en las 14 estaciones agrometeorológicas automatizadas localizadas estratégicamente en los módulos del distrito de riego 075, Río Fuerte, Sinaloa, los valores fueron obtenidos usando datos meteorológicos del año de 1998 y el método de Penman-Monteith, donde se reportan variaciones diarias promedio de ETº de cerca 2mm en el periodo analizado, lo cual podría incrementarse hasta 4 mm si se considera una eficiencia global de 50% en la zona de riego (desde la fuente de suministro hasta la parcela) en los meses de demanda máxima. Lo anterior indica que una sobre-estimación de la ETº resulta en sobreriegos y una subestimación resulta en sobreriegos y una subestimación resulta en un estrés de los cultivos.

Las estaciones meteorológicas automatizadas están equipadas con una serie de sensores conectados a un microprocesador (dataloger) que monitorea, a intervalos usualmente de un minuto, los datos meteorológicos de acuerdo a un programa residente en el procesador. Las estaciones usualmente cuentan con un sistema de telemetría, ya sea por radio o teléfono que permite la localización y consulta remota de la estación desde un centro de proceso, almacenamiento y distribución. Los datos recabados son almacenados en el disco duro de una computadora base localizada en las oficinas de proceso. Para que se puedan distribuir los datos en tiempo real, la base de datos meteorológica debe actualizarse automáticamente a intervalos menores a una hora y debe proporcionar al servicio de consulta externa a otros usuarios, este servicio se puede realizar vía módem, llamando por teléfono a la computadora base o por INTERNET.

En el Valle del Fuerte existe una red de 13 estaciones agrometeorológicas automatizadas, que envían la información meteorológica cada 15 minutos a una computadora para su consulta en tiempo real por los usuarios de riego del distrito vía módem las 24 horas del día. La Red del Valle del Fuerte y los módulos de riego Santa Rosa y Batequis del distrito de riego 075, cuentan con personal de tiempo completo dedicado a apoyar a los usuarios en la calendarización del riego en los principales cultivos del Valle del Fuerte.

Coeficiente de cultivo (Kc)

Los coeficientes de cultivo (Kc) son la representación cuantitativa de la evapotranspiración de un cultivo (ETr) en relación con la evapotranspiración de referencia (ETº) a lo largo del ciclo fenológico de un cultivo.

Gran esfuerzo se ha centrado en obtener los coeficientes de cultivo de los diferentes cultivos agrícolas durante sus etapas fenológicas. Existen reportados en la literatura los diferentes valores de Kc en función del tiempo una variedad de cultivos agrícolas. La FAO (1977) presenta las curvas de Kc en función de días después de siembra o transplante, dicho documento se ha tomado como el estándar de curvas de Kc.

Los valores de Kc son de uso limitado cuando son definidos en función de los días después de la siembra o emergencia o algún otra unidad de tiempo. Su uso se restringe a localidades con clima similar al del sitio donde las curvas fueron obtenidas, ya que no toma en cuenta los efectos de la variabilidad climática en el crecimiento y desarrollo de los cultivos. El máximo consumo hídrico de la papa se presenta a 1200 DGC acumulados.

Profundidad de raíces

El balance de humedad tiene que realizarse dentro del volumen de raíces por lo que se tiene que tener un estimador del crecimiento dinámico de la zona de raíces. A medida que las raíces crecen también crece la sección de balance. Típicamente se asume que las raíces de cultivos anuales inician su desarrollo después de la siembra a una profundidad un poco mayor a la profundidad de siembra. Durante la germinación los requerimientos de riego son bajos y concentrados en generar una humedad óptima alrededor de la semilla.

La mayoría de los modelos de crecimiento de raíces asumen un crecimiento lineal, iniciando a la profundidad de siembra y terminando a una profundidad máxima donde la mayor parte de la absorción del agua por las raíces se presenta.

Los métodos de riego

Al generar mejores condiciones de humedad en la zona de raíces, el cultivo de la papa regado por aspersión generalmente produce mayores rendimientos con un ahorro de agua que los regados por gravedad tal como lo han presentado numerosos investigadores. El método de riego por aspersión en la forma de laterales móviles, portátiles o fijos, es el más usado en los Estados Unidos para producir papa. El México, el riego por surcos es el predominante, pero existe la tendencia a sustituirlo por aspersión ya sea por laterales de movimiento circular o lineal. Para reducir la presencia de enfermedades, se debe permitir el secado del follaje entre riegos. Los sistemas de riego por surcos tienen un alto potencial de sobreirrigación con su alta probabilidad de precolación.

El sistema de riego por goteo subsuperficial tiene un gran potencial de aplicación en el cultivo de la papa por los altos requerimientos de fertilización y frecuencia de riego que demanda este cultivo además de generar condiciones favorables para el manejo del cultivo al no humedecer la superficie del suelo y follaje. El uso de riego por goteo en papa ha sido y sigue siendo objeto de estudio. La profundidad de colocación de las cintas de riego por goteo es importante en el cultivo de la papa, entre más cerca esté la cinta de la profundidad de siembra del tubérculo, mayor será el número de tubérculos con lenticelos, entre más profunda sea coloque la cinta (mayor de 50 cm) las raíces presentan mayores problemas para alcanzar esa profundidad. Diferentes investigaciones han reportado mejores rendimientos a profundidades de cintas de 7 a 14 cm y de 33 a 50 cm (De Tar, 1997;). Algunas variedades de papa tienen un sistema de raíces más agresivo para alcanzar profundidades mayores a 50 cm.

Sistema de pronóstico del riego en tiempo real

El sistema de pronóstico fue concebido inicialmente como una herramienta para la calendarización del riego en tiempo real en el Distrito de Riego 076, Valle del Carrizo, Sinaloa. Los resultados obtenidos al aplicar el sistema indican que es posible reducir significativamente los volúmenes de riego aplicados sin una reducción en los rendimientos convencionales. Al aplicar este y calibrarlo en campo con los suelos y cultivos del Valle del Carrizo, se encontró que es posible ahorrar grandes volúmenes usando el sistema para definir las láminas de riego como parte de una campaña de tecnificación del riego que incluye nivelación de tierras y mejoramiento del sistema de aplicación del riego. El sistema ha permitido estimar la eficiencia global del distrito de riego 076 en un 30%, lo cual indica que solamente una tercera parte del agua almacenada en la presa se queda finalmente en la zona de raíces, el resto es perdido por filtración en los canales, mala operación, o baja eficiencia de aplicación. Durante el ciclo otoño-invierno 97-98, se inició la transferencia del sistema de pronóstico al distrito de riego 075.

El sistema de pronóstico del riego tiene los siguientes componentes.

• Sistema computacional
• Base de datos
• Red agrometeorológica
• Red pluviométrica
• Parcelas de validación
• Muestreo
• Seguimiento del manejo del riego.

El sistema computacional consiste en una serie de algoritmos computacionales codificados en lenguaje Pascal y C++ con la interfase gráfica desarrollada en Delphi, que permiten manipular una base de datos relacionada con los parámetros de la planta, suelo, usuarios, clima y red de distribución, seguimiento de cultivos y manejo del riego para calendarizar el riego a nivel parcelario y distrital así como una serie de reportes de interés local, regional o nacional.

El sistema computacional manipula una base de datos con información de:

• Suelos de las parcelas por estratos
• Clima de la zona de influencia
• Parámetros de los cultivos
• Usuarios
• Seguimiento de cultivos establecidos
• Características geométricas de las parcelas
• Características hidráulicas de la red de distribución.
• Manejo del riego a nivel parcelario.

La base meteorológica del sistema se basa en información de la evapotranspiración de referencia, estimada indirectamente usando la ecuación de Penman-Montieth la cual manipula datos primarios de temperatura y humedad de aire, radiación solar y velocidad del viento. La información meteorológica es obtenida de estaciones distribuidas en la zona de influencia del distrito conformando lo que se conoce como red agrometeorológica que en el distrito de riego 075 consta de 14 estaciones. Una estación meteorológica está usualmente equipada con pluviómetro y veleta para medir la precipitación y dirección del viento, respectivamente. Complementariamente, se tiene contemplado contar con información pluviométrica. Debido a la alta variabilidad espacial de la lluvia se requiere de una mayor cantidad de pluviómetros que de estaciones agrometeorológicas, para conformar lo que sería una red secundaria.

El sistema de pronóstico es robusto ya que antes de ser transferido al distrito de riego 075, se ha validado en campo. Para esto, se cuenta con parcelas de validación establecidas con agricultores cooperantes que permiten mostrar la validez del sistema de calendarización del riego en tiempo real como una herramienta para hacer eficiente el uso del agua sin una merma en los rendimientos convencionales.

Para que el sistema sea adoptado por los usuarios de un distrito de riego, los técnicos cuentan con un método rápido y de alta precisión para medir el contenido de humedad del suelo o el grado de estrés del cultivo, y así comprobar la eficacia del sistema para pronosticar la oportunidad del riego. Cabe mencionar que el uso de reflectómetros para medir el contenido de humedad en campo ha probado ser un método eficiente en los distritos de riego 075 y 076.

El sistema toma en cuenta diferentes características asociadas con el manejo del riego, siendo los principales:

• Control de riegos
• Calendarización del riego
• Pronóstico del riego
• Seguimiento de la humedad del suelo
• Crecimiento de raíces
• Gastos requeridos y demandados en la red de distribución
• Eficiencias de conducción y aplicación.
• Restricciones hidráulicas de la red.

Conclusiones

• Se requiere continuar la calibración de coeficientes de cultivos para la papa para variedades y condiciones locales.
• La calendarización del riego en papa debe considerar los últimos avances teóricos y tecnológicos para definir la oportunidad, cantidad y evaluación del riego en tiempo real.
• El método del balance hídrico para calendarizar el riego es un método eficiente cuando se tienen buenas estimaciones de la evapotranspiración de referencia y coeficientes de cultivo.
• La incorporación del concepto de Días Grado Crecimiento (DGC) robustece las estimaciones del coeficiente de cultivo, permitiendo generalizar las curvas bajo condiciones climáticas variantes.
• Las parcelas de validación han permitido afinar y adaptar los parámetros que el sistema usa, para obtener pronósticos cada vez más precisos en papa.