El riego localizado es la aplicación de agua al suelo, en una zona más o menos restringida del volumen radical del cultivo y constituyen un cambio en la forma de aplicar el agua(Rodrigo et al., 1992; Burt, 2004; Mantovani et al., 2009).
La rápida generalización de estos sistemas en el mundo se debe a sus grandes ventajas comparada con otras técnicas, como son el ahorro de agua, la posibilidad de introducir fertilizantes disueltos en el agua y de conservar la alta aireación del suelo (Aidárov et al., 1985). Con el riego por goteo es posible regar con gran frecuencia y reducir el volumen de suelo regado llegando a ser aproximadamente un 10-15% del volumen de suelo regado por otros métodos (Uri, 1999). Varios autores coincidenque, en condiciones de escasez de agua, climas extremadamente secos y suelos arenosos, el riego por goteo ha dado resultados muy prometedores en comparación con los sistemas de riego por gravedad o aspersión. (Jeldres, 1996; Barrantes, 1997).
El municipio Güira de Melena se encuentra ubicado en una de las zonas más productivas del país y produce una parte importante de los alimentos que consumen los 2 millones de habitantes de la capital y de sus provincias aledañas (Basal, 2014), citado por (López et al., 2016). Posee una gran parte de su área agrícola bajo infraestructura de riego, con cerca de 40 000 ha dedicadas fundamentalmente a los cultivos de viandas, hortaliza y granos, y donde predomina el riego superficial, el cual es un alto consumidor de agua y también de energía, porque en su mayoría se utiliza el bombeo de agua subterránea(Basal, 2014), citado por (López et al., 2016).
Aunque se han introducido en los últimos años otras tecnologías de riego de mayor eficiencia, como son las máquinas de pivote central eléctricas, que ocupan hoy alrededor del 15% de la superficie bajo riego de este municipio, otras técnicas eficientes como el riego localizado, ha tenido muy poca o casi nula introducción en estas condiciones de producción.
Por otra parte este municipio, al situarse en un acuífero costero abierto al mar está afectado por el fenómeno de la intrusión salina que afecta ya la calidad del agua para el riego fundamentalmente en la zona sur, lo cual dificulta o invalida la aplicación del riego por encima del follaje para la mayoría de los cultivos varios. En este sentido se requiere de la introducción de otras tecnologías que sean más eficientes en el uso del agua y que contribuyan a minimizar los efectos de la salinidad en el agua disponible para el riego.
El presente trabajo se traza como objetivodefinir los parámetros de calidad del riego y explotación que aseguren la introducción adecuada del riego localizado por goteo en las condiciones de producción del municipio Güira de Melena, contribuyendo a una mayor eficiencia del uso del agua para el riego y minimizar los efectos negativos de la salinidad.
El trabajo se desarrolló en la finca “Santa Ana”, la que pertenece a la CCS “Frank País” ubicada al Sur del municipio Güira de Melena, provincia Artemisa. Las coordenadas geográficas Cuba Norte son 22 43 de Latitud Norte y 82 27 de Longitud Oeste, a seis metros sobre el nivel del mar.
La finca posee una superficie bruta de 1,22 hectáreas, de ellas 1,16 ha están plantadas de uva (Vitis vinífera L.), variedad Aramond, con un marco de plantación de 1,30 x 2,0 m, el cultivo tiene 20años de edad. Plantada sobre un suelo Ferralítico Rojo, subtipo compactado, según segunda clasificación genética de los suelos de Cuba (Hernández et al., 1975, 1999, 2005),que se corresponde con un Ferralítico Rojo compactado hidratado según (Hernández et al.,2003, citado por (Cid, 2011).
Para la clasificación del agua en la finca se tomó una muestra de la fuente de agua subterránea (pozo), donde el valor de Conductividad Eléctrica es de 1,84 dS/m y el pH de 7,3 a la temperatura de 31 °C. Según la clasificación de (Ayers y Westcot, 1976), la calidad del agua de riego presenta un índice de salinidad 2, con problemas crecientes, por lo que tiene restricciones para su uso en el regadío.
El área se encuentra bajo riego localizado superficial con emisor integrado autocompensante, antisucción y autolimpiante del tipo STARCOMP 16/50; con caudal de 4 L∙h-1.En todos los campos el lateral es alimentado por el extremo y uno por hilera de plantas, con emisores espaciados a 0,50m, con un caudal máximo requerido por el sistema de 1,17 L∙s-1.
Para el estudio del estado de funcionamiento del sistema de riego localizado se utilizó la metodología propuesta por la Norma Cubana NC EN 15097: 2012(Oficina Nacional de Normalización, 2012). “Técnicas de riego. Riego localizado. Evaluación Hidráulica”.
A partir de la información obtenida se calcula la uniformidad de emisión de la subunidad verificando (CU) mediante la expresión 1:
- es la media de los caudales del percentil 25 de goteros, en L/h;
- el caudal medio de los goteros del bloque de riego ensayado, en L/h.
Para la clasificación del estado de funcionamiento del sistema de riego se utilizó la propuesta por (Christiansen, 1942), citado por (Rodrigo et al., 1992).
| Clasificación | Coeficiente de uniformidad (CU) |
|---|---|
| Excelente | 90 - 100 |
| Bueno | 80 - 90 |
| Aceptable | 70 - 80 |
| Inaceptable | 70 |
Para el estudio del comportamiento de la franja húmeda se tomaron lecturas con la sonda en dos direcciones, una en sentido del lateral a equidistancia de 0,10 m y otra en dirección perpendicular al emisor para conocer el ancho de la banda a la misma equidistancia. En la figura 1se muestra un esquema con la ubicación del sentido en el que se realizaron las mediciones.
Las lecturas para el registro de la humedad se realizaron con la sonda electromagnética TDR -300del tipo Spectrum Technologies1 a la profundidad de 0,10 m y 0,30 m, utilizando la ecuación de calibración específica para este sitio determinada por (López, 2017),que permite convertir los valores de período p (µS) a valores de humedad volumétrica Wv (%Vol.) según la expresión: Wv = 0,0272p - 70,04con un valor de coeficiente de correlación de 0,84.
Las mediciones de humedad en el suelo se realizaron en dos momentos. La primera lectura con el suelo seco (sin regar). Después de aplicada la dosis de riego según proyecto de explotación que es de 3,6 L m-2, con un tiempo de aplicación de 1 hora, se realizó el segundo muestreo.
La determinación del área humedecida por el gotero, se obtuvo a partir del levantamiento de los bulbos después de la aplicación de la dosis de riego de proyecto muestreando en superficie hasta 0,50 m de separación entre emisores y en profundidad hasta los 0,30 m con equidistancia de 0,10 m. El estudio se realizó a las 24 h de haber aplicado el riego para conocer el frente de avance de humedecimiento hasta la profundidad de muestreo. Para la confección de los gráficos de los bulbos húmedos se utilizó el (SURFER Golden Software Incorporated, 1994) y se delimitó el contorno del bulbo húmedo utilizando la isohídrica con valor de 35,0 % Vol., que representa el mayor valor de humedad natural del suelo obtenido antes de la aplicación del riego, según Nogueira (2000),citado por Almeida y Ferrreira (2007).
El radio del bulbo húmedo se midió a partir del levantamiento de los mismos después de aplicar la dosis máxima. Posteriormente se determinó el radio mojado (Rm) a la profundidad de 0,30 m, según Keller y Karmeli (1974), con el que se determinó el área humedecida (Ah) según la expresión 2:
El volumen de suelo humedecido se determinó mediante la (expresión 3).
d
- máximo valor de diámetro del bulbo formado;
h
- profundidad a la que se midió ese máximo valor de diámetro;
z
- Profundidad máxima del bulbo húmedo.
Determinación del agua disponible en el suelo dentro del bulbo húmedo.
Para la determinación del agua disponible en el perfil del suelo se convirtió la humedad volumétrica de cada uno de los puntos del bulbo húmedo en agua disponible en el suelo, utilizando la expresión 4, según (Nogueira et al., 2000):
- Porcentaje de agua disponible en el perfil del suelo (%);
- Humedad de suelo obtenida por el TDR (m3m-3);
- Límite superior de la reserva fácilmente utilizable (Cc) (m3m-3);
- Punto de marchites permanente (m3m-3).
Con estos valores se construyeron los mapas correspondientes de agua disponible en el suelo, considerando como límite crítico de agua disponible (la reducción permisible de humedad a partir del límite superior de disponibilidad o capacidad de campo) de 10%.
Con el valor de volumen de suelo humedecido por un emisor se puede determinar el volumen de raíces que es necesario mojar y cuántos emisores se necesitan por planta.
El estudio del funcionamiento del sistema de riego localizado en la finca Santa Ana, se realizó siguiendo lo establecido en el proyecto técnico, donde el área se encuentra dividida en tres sectores de riego.
De la evaluación de campo se obtuvo que los valores de caudal de los emisores estuvieron en el rango de 4,56 y 2,28 L h-1, como se observa existe una amplia variación de caudales lo que incide directamente en el valor del coeficiente de uniformidad obtenido de 76,39%, según la clasificación de (Rodrigo et al., 1992), el sector está trabajando Aceptable.
Aunque la sub unidad está trabajando normal, es inaceptable este valor de(CU) para estos sistemas de riego localizado si se tiene en cuenta que el mismo interviene en el cálculo de las necesidades de riego y por tanto influye en los tiempos de riego.
En el caso del sector de riego 2, los caudales de entrega son más estables en los laterales y emisores ubicados al inicio, 1/3 y 2/3, no así al final donde los caudales de entrega son bajos, del recorrido efectuado al sistema se pudo comprobar que existe una fuga de agua lo que influye en el valor de coeficiente de uniformidad(CU) obtenido de 79,73%. Este valor de coeficiente de uniformidad(CU) clasifica el funcionamiento del sistema como
Aceptable.
Del análisis se puede comprobar la importancia que tiene que el caudal de entrega del emisor esté lo más próximo posible al caudal nominal, pues como se observa los caudales más bajos 2,22 y 2,52 L h-1 están interviniendo en el bajo coeficiente de uniformidad, por los argumentos anteriores.
Entre los factores que pueden estar afectando el valor del coeficiente de uniformidad (CU) están los constructivos, los cuales se asocian al coeficiente de variación de fabricación que provoca la dispersión entre los valores de caudal descargado(Rodríguez, 2017).
Los caudales descargadospor los emisores en esta subunidad,alcanza el valor más alto de 4,52 L h-1y más bajo de 2,46 L h-1, en esta sub unidad de riego el coeficiente de uniformidad es de 79,65%, por lo que según la clasificación de (Rodrigo et al., 1992), se encuentra funcionado igual que los anteriores de manera Aceptable.
En una evaluación de campo realizada por (Antúnez et al., 2010), plantean que aunque los valores del coeficiente de uniformidad (CU) obtenidos por ellos, está dentro de los márgenes aceptable en todos los casos, se debe prestar especial atención a los caudales descargados, presiones existentes en los laterales de riego, presión de trabajo de los emisores y tipo de emisores (convencionales oautocompensados), cosa esta que se corresponde con lo encontrado en nuestro estudio, por lo que debemos tener en cuenta dichos elementos.
En sentido general cuando clasificamos el funcionamiento del sistema de riego localizado en la Finca “Santa Ana” podemos afirmar que el mismo está funcionando de manera Aceptable según la clasificación de(Rodrigo et al., 1992)y el valor promedio delcoeficiente de uniformidad CU (78,59%) obtenido (Figura 2)
A medida que el valor del coeficiente de uniformidad(CU) disminuye existe un mayor por ciento del área que recibe más agua de la necesaria, lo que no contribuye al uso eficiente de la misma, elemento a tener en cuenta para la zona de estudio si se conoce que la disponibilidad es limitada por el grado de deterioroque tiene la misma (elevados valores de Conductividad Eléctrica).
Existen otros elementos a tener en cuenta en la baja uniformidad del sistema de riegoque según Pizarro (1996)pueden ser:fugas en la red, obstrucción parcial de los emisores, aplastamiento en una tubería, si la diferencia de caudal es a partir de un punto.
Otro elemento no menos importante es la diferencia de temperatura, que según (Rodrigo et al., 1992), la sensibilidad de la temperatura es grande en los emisores de largo conducto, aumentando con la presión interior y su sección de paso del agua. Otros autores como Talens, (2009) y Sourell y Eberhard (2009)plantean que en emisores compensantes el aumento de la temperatura disminuye la viscosidad cinemática del agua y aumenta el número de Reynolds. En consecuencia, disminuye el coeficiente de Darcy- Weisbach y aumenta el caudal del emisor.
Al efectuar el muestreo antes del riego la humedad se encontraba entre el 32 y 64% del Límite Superior de Agua Disponible hasta la profundidad de 0,30 m, lo que indica que para el suelo Ferralítico Rojo compactado con un buen drenaje interno la humedad desciende con rapidez en los primeros centímetros, elemento a tener en cuenta para la explotación del sistema de riego ya que prácticamente el suelo se encuentra seco.
En la Figura 3, observamos la variación del contenido de humedad en el perfil de suelo entre los emisores evaluados, donde se tienen valores muy próximos al Límite Superior de Agua Disponible en los primeros centímetros, hasta valores del 95% de este límite a la profundidad de 0,20 m. Cuando analizamos la isohídrica que representa el 90% LSAD (35,5) esta se encuentra próxima a los 0,30 m de profundidad de humedecimiento deseada.
Del estudio se puede afirmar que con la separación entre emisores se logra una banda continua de humedecimiento, lo que garantiza el correcto funcionamiento del sistema de riego.
El desarrollo del bulbo húmedo a las 24h de cesar el riego se presenta en la Figura 4, puede apreciarse claramente la conformación del bulbo donde la humedad volumétrica en el suelo es alta, alcanzándose valores a la profundidad de 0,30m de 35,5 %Vol., que representa el 90% del valor máximo de retención de agua, teniendo en cuenta que para este tipo de suelo el Límite Superior de Agua Disponible es de 39,4%Vol., como promedio hasta la profundidad de estudio. Esta isohídrica, la que corresponde con el 35,5 %Vol., es la que se utilizó para el estudio del frente de avance del bulbo si se tiene en cuenta que la frecuencia de riego según proyecto es diaria.Otros autores han señalado que en los sistemas de riego localizado el contenido de humedad va de saturación en la cercanía del emisor a contenidos de humedad muy bajos en las zonas no humedecidas por el emisor (García, 2002).
Del análisis se puede confirmar que para los emisores con caudales de descarga igual a 4,0 L h-1 o próximos a estos, garantizan la profundidad de humedecimiento y el contenido de humedad en el suelo para el buen desarrollo del cultivo, sin que se produzcan grandes pérdidas por percolación profunda.
Para conocer la influencia del coeficiente de uniformidad (CU) en las necesidades de riego se llevó a cabo un muestreo debajo de un emisor cuyo caudal de entrega según la evaluación es de 2,2 L h-1, como se puede observar en la Figura 5, el desarrollo del bulbo húmedo es pobre, donde a las 24 horas después del riego la isohídrica del 35% Vol., solo alcanzó la profundidad aproximada de 0,15 m y el valor del Límite Superior de Agua Disponible solo se aprecia en los primeros 0,10 m, lo que indica que 24 horas después del riego el frente del bulbo húmedo no ha alcanzado la profundidad de humedecimiento deseada por lo que se debe aumentar el tiempo de riego.
Realizando el mismo análisis para un emisor con un caudal de 4,5 L h-1, en la Figura 6, se puede constatar que 24 horas después del riego el valor del 90 %Vol. del Límite Superior de Agua Disponible en el suelo se encuentra por debajo de los 0,30 m; lo que nos indica que para esta situación existe un movimiento de agua en profundidad por debajo de la zona de interés por lo que se puede afirmar que hay pérdidas por percolación profunda. Este comportamiento puede estar asociado a las propiedades hidráulicas del suelo en estudio, donde para altos contenidos de humedad se tienen altos valores de conductividad hidráulica, como ha sido señalado por otros autores (Cid, 2011; Rodríguez y López, 2014; López et al., 2016).
El área mojada y el volumen de suelo humedecido en riego por goteo están determinados por las características físicas de los horizontes del perfil, la dosis aplicada, el caudal del emisor, la frecuencia de riego y la topografía del terreno, sin embargo, aún no existen modelos suficientemente precisos que permitan estimar adecuadamente la forma y el tamaño del bulbo en función de las condiciones de suelo y de manejo del agua, resultando obligadamente la realización de pruebas de campo para el diseño(Vermeiren y Jobling, 1980; Keller y Bliesner, 1990; Marín, 2001; Elmaloglou y Diamantopoulos, 2007). Merriam y Keller (1978), estandarizan a 0,30 m la profundidad a que debe medirse el área mojada, pero según la profundidad de raíces de cada cultivo puede disminuirse hasta 0,15 m.
En este caso el radio mojado fue medida a la profundidad de 0,20m, después de aplicada la dosis de riego, resultando ser para las características de suelo de 0,30m con el cual se determinó el porcentaje del área humedecida por el emisor. La misma resultó ser de 30% del área del marco de plantación de la uva.
La elección del volumen de suelo necesario a humedecer es un elemento importante a tener en cuenta, según Pizarro (1996)y (Rodrigo et al., 1992),altos volúmenes de suelo humedecido aumentan la seguridad del sistema, sobre todo en casos de avería de la instalación o de situaciones de extrema evapotranspiración ya que el mayor volumen de suelo explorado por raíces permite a éstas extraer más agua del suelo y resistir más tiempo. En cambio, al aumentar el volumen de suelo humedecido aumenta el costo de la instalación (más emisores por planta, mayores diámetros en la tubería, etc.)
El conocimiento del volumen húmedo de suelo mojado es de gran ayuda e importancia para el diseño de un sistema de riego por goteo, porque teniendo el volumen de raíces que se necesita humedecer de una planta y el volumen de suelo humedecido por un emisor, se puede determinar cuántos emisores por plantas necesitaríamos colocar.
Con el empleo de la ecuación (3)y conociendo los parámetros que intervienen en la misma, se pudo determinar que para el sistema de riego por goteo con emisores de 4 L h-1 y tiempo de riego de una hora se humedece un volumen de 0,11 m3.
Cuando se determinó el volumen de suelo humedecido empleando la misma ecuación y teniendo en cuenta el diámetro humedecido según proyecto (Ds =1,1m), se tiene un valor de 0,37 m3.
De la figura 3 que aparece en el acápite “Control de la humedad dentro del bulbo 24 h después del riego”, se observa que el contenido de humedad dentro del mismo varió en el rango del 97% LSAD cerca del emisor hasta el 90% LSAD a la profundidad de 0,30 m.
La región del bulbo húmedo donde la absorción de agua por las plantas puede ocurrir con mayor facilidad estaría enmarcada según (Loboa et al., 2011)y(Rodríguez y Puig, 2012)dentro del volumen delimitado por la isohídrica del 50% de agua disponible, para nuestro caso la isohídricas (19,7).
Cuando se aplican volúmenes de agua de 4,18 L h-1 (Figura 4), se obtiene valores considerables de agua fácilmente utilizable por las plantas en una amplia región del bulbo húmedo, lo que facilita su absorción y el de los nutrientes por las raíces. Esta región presenta una extensión horizontalde0,35m como promedio y una profundidad hasta la zona muestreada de0,30 m, donde se almacena una lámina de 11,7 mm; es importante señalar que esta lámina puede ser mayor si tenemos en cuenta que la isohídrica que representa el 90% LSAD (35,5) se encuentra por debajo de los 0,30 m. Resultados alcanzados por (Souza et al., 2017),en suelo homogéneo, muestran valores de agua fácilmente utilizable por la planta a una profundidad de 0,40 m, estos autores consideran suficiente esta profundidad para el alcance habitual del agua y los nutrientes por las raíces más activas de los cultivos.
El sistema de riego localizado con goteros autocompensantes insertados, es una tecnología viable para satisfacer las necesidades hídricas de los cultivos en esta zona, ya que permite manejar pequeñas dosis con alta frecuencia y disminuir de esta manera los volúmenes de extracción del acuífero subterráneo así como la utilización de agua con restricciones para su uso agrícola.
Para la correcta adopción del sistema de riego localizado hay que garantizar elevados valores del coeficiente de uniformidad del riego y para ello se recomienda realizar pruebas de campo frecuentes según el procedimiento descrito en este trabajo.
Se debe además, en función de los resultados de las pruebas de campo de uniformidad, hacer revisiones periódicas del funcionamiento de los goteros debido a la afectación por obstrucción que se produce por los altos valores de salinidad que presenta el agua de riego en este tipo de acuífero subterráneo sobre formación cálcica.
Por otra parte, dadas las características del funcionamiento hídrico de los suelos Ferralíticos Rojos se debe evaluar periódicamente la humedad del suelo antes y después del riego para adecuar, si es necesario, los tiempos de riego en función de minimizar las pérdidas de agua por debajo de la zona radical de interés para cada cultivo.
Por último, es necesario también para la adopción de este tipo de sistema evaluar en condiciones de campo el desarrollo del bulbo húmedo para la determinación del volumen real de suelo humedecido y no considerar este volumen solo a partir de lo definido en el proyecto técnico. Esta evaluación permitirá definir las reservas reales de agua que se pueden tener en el suelo ante una rotura o situaciones extremas de alta evapotranspiración y trazar estrategias de manejo del riego.
La estimación de las necesidades de riego punta para las condiciones del área de estudio y el cultivo de la uva, permiten definir un valor máximo de 4,2 mm día-1 frente a un valor de proyecto de 4,0 mm dia-1, lo que garantiza el correcto diseño agronómico del sistema de riego localizado introducido.
El funcionamiento general del sistema de riego localizado en la Finca “Santa Ana” se clasifica de Aceptable, con un valor promedio de coeficiente de uniformidad (CU) de 78,59%.
La relativa baja uniformidad del riego del sistema evaluado no está asociada a causas hidráulicas, sino a la baja uniformidad de los goteros, con variaciones de caudales en el rango de 2,2 a 4,5 L h-1, lo que a su vez se puede atribuir a la obstrucción de los mismos por los altos contenidos de sales en el agua de riego que se tienen en esta zona.
El porcentaje del área humedecida por el emisor evaluado es de 30% del área del marco de plantación de la uva y permite definir para el tiempo de riego de una hora un volumen de 0,11 m3 de agua almacenada hasta la profundidad de 0,30 m, lo que representa solamente el 30% del parámetro de diseño y una lámina almacenada de 11,7 mm.
Las consideraciones dadas para la adopción del sistema de riego localizado en condiciones similares a las estudiadas ayudan a garantizar la correcta explotación del mismo, además permiten trazar estrategias de manejo del riego ante roturas o situaciones extremas de alta evapotranspiración.