INTRODUCCIÓN
La actividad agrícola consume más de 70% del agua disponible a nivel mundial, se considera una gran consumidora de los recursos hídricos, esto se debe al desperdicio de agua que se presenta, aun en sistemas tecnificados ya que se desconocen los requerimientos hídricos de los cultivos (Servín et al., 2017).
El principal objetivo del riego es maximizar la producción manteniendo a la planta transpirando, pero sin asfixiar las raíces. Según (McCarthy et al., 2013), la cantidad total de agua a aplicar depende del cultivo y de parámetros climáticos, pero normalmente el suelo juega un rol clave para determinar la frecuencia de riego.
Para (Servín et al., 2018), un programa de riego busca reponer el agua evapotranspirada por el cultivo, pero con el desafío de mantener la humedad del suelo entre dos umbrales. Por un lado, se debe evitar el cierre estomático, provocado por la falta de agua fácilmente extraíble por las plantas, con el fin de no frenar la fotosíntesis y poder optar al máximo rendimiento potencial del cultivo.
La programación del riego se refiere a: cuánto, cuándo, y cómo regar los cultivos para obtener máxima eficiencia y productividad del agua. En la programación de los riegos se destaca la cuantificación de las necesidades hídricas de los cultivos, lo cuales se obtienen por los parámetros de evaporación y transpiración según Trezza et al. (2008).
En Cuba el Instituto de Investigaciones de Riego y Drenaje (IIRD), desde los años 80, propuso la planificación y explotación del riego de los cultivos mediante el llamado “pronóstico del riego” donde la aplicación de este método cuantificó ahorros de agua hasta un 32%, con incrementos en los rendimientos de 2,6 - 33,3% (Rey et al., 1982).
El cultivo de la papa ocupa un lugar primordial en el mundo por su valor alimenticio y se ubica en Cuba en una posición privilegiada, al constituir el tubérculo de mayor demanda y prioridad entre los productos agrícolas, dada la posibilidad de producir grandes cantidades de alimentos en poco tiempo, razón por la cual existe un empeño nacional en lograr en cada campaña producciones de mayor volumen y calidad (Castellanos, 2000).
En ese sentido, anualmente el país destina cuantiosas sumas de dinero para la adquisición de insumos y sistemas de riego destinados a la obtención de elevadas producciones. Uno de los elementos que aún continúan incidiendo en los rendimientos actuales es la inadecuada planificación del riego, lo que ha conllevado a la utilización de grandes volúmenes de agua sin el adecuado respaldo productivo (González, 2003).
Actualmente, alrededor del 90% del área total de papa plantada en el país se beneficia con el riego por máquinas de pivote central eléctricas, que garantizan una eficiencia de aplicación media entre 0,75 y 0,85 (Jiménez et al., 2013; Placeres et al., 2013). Las máquinas con bajantes y boquillas colocadas por encima y próximas al follaje de la planta han demostrado su efectividad en el riego de la papa y otros cultivos al garantizar una aplicación uniforme por tener menor influencia del viento. Esta tecnología por su productividad, baja presión de trabajo, ahorro de combustible, factibilidad para la fertirrigación y alta eficiencia de aplicación, es considerada como la de mayor perspectiva para el cultivo en áreas mayores a las 13,42 ha (González, 2003).
Güira de Melena es uno de los grandes productores de papa; en los últimos años este municipio se ha visto afectado por la reducción de sus precipitaciones, lo que ha provocado una disminución en la disponibilidad de agua para el riego (Basal, 2016).
Teniendo en cuenta todo lo anterior el presente trabajo tiene como objetivo evaluar el comportamiento de la programación del riego en función de las nuevas condiciones climáticas que permita un uso racional del agua con una adecuada respuesta productiva.
MÉTODOS
El trabajo se realizó en condiciones de producción de la Empresa Agropecuaria Güira de Melena de la provincia Artemisa, con coordenadas geográficas 22° 44' 6,39", latitud Norte y 82° 30' 11,54" longitud Oeste y ubicada al Sur de la provincia La Habana. La altura sobre el nivel medio del mar es de 8 m. En la Figura 1, se muestra la ubicación geográfica del municipio y las máquinas seleccionadas para el estudio.
FIGURA 1.
Ubicación geográfica del municipio Güira de Melena en la provincia Artemisa y las máquinas en las entidades estudiadas en las diferentes zonas.
Para el trabajo fueron seleccionadas dos formas productivas Unida Básica de Producción Cooperativa (UBPC) y Cooperativa de Producción Agropecuaria (CPA) dentro de la Empresa Agropecuaria, ubicadas en diferentes zonas dentro del municipio, dos en la zona Sur, dos en la Centro y tres en la zona Norte (Figura 1), que sembraron papa durante la campaña 2018-2019 en máquinas de pivote central con fechas de siembra muy similares. Dicha empresa sembró un total de 340 hectáreas del cultivo la papa, de ellas el total de área bajo pronóstico de riego fue de 124,4 hectáreas que representa aproximadamente el 37% del área sembrada.
El suelo predominante en las zonas de estudios se clasifica como Ferralítico Rojo compactado según la segunda clasificación genética de los suelos de Cuba Instituto de Suelos (1979), que se corresponde con un Ferralítico Rojo compactado hidratado según Hernández et al. (1975) y Hernández et al. (2003), citado por Cid et al. (2012).
Para la puesta a punto de todos los sistemas de riego con máquina de pivote central seleccionados se utilizó un software denominado Pivote (herramienta de cálculo de Excel), que define la ubicación correcta de las boquillas por diámetros de salida. La determinación de la velocidad real de avance de las máquinas en estudio se procedió por la norma (NC ISO 11545, 2005), poniendo a trabajar a la máquina a la velocidad máxima (100%).
La programación del riego se utilizó mediante la herramienta de cálculo en formato Excel “Hoja Pronóstico de Riego” definida por (Cisneros et al., 2007), como resultado de un proyecto de investigación del Programa Ramal Científico Técnico No. 22 de Riego y Drenaje, para la implementación del Servicio de Asesoramiento al Regante.
El programa consta de cinco ventanas con los nombres: glosario términos, entrada datos y pronóstico, procesamiento balance, datos suelo, coeficientes de cultivo y profundidad de raíces. La hoja glosario términos contiene todos los términos utilizados en la hoja y su significado, lo que facilita al interesado la operación del programa. La hoja entrada datos y pronóstico permite al usuario introducir toda la información necesaria para el balance de humedad, entre los que se encuentran: fecha de siembra, datos del cultivo: coeficiente de cultivo (Kc), profundidad de las raíces (Zr), datos del clima: evapotranspiración de referencia (ETo) y precipitaciones, datos del suelo: tipo de suelo, humedad inicial, humedad a capacidad de campo y limite productivo (figura 2). En la hoja procesamiento balance se muestra el algoritmo utilizado en la programación del riego. Las hojas datos suelo, coeficientes de cultivo y profundidad de raíces poseen información útil o complementaria para facilitar al cliente la utilización del software.
FIGURA 2.
Ventana entrada de datos y pronóstico.
Esta herramienta de cálculo tiene como base un algoritmo de balance hídrico simplificado según la expresión 1, definidas por (López, 2002; López et al., 2003):
donde:
AZr1 y AZr2: láminas de agua en mm almacenadas en la zona radical efectiva del cultivo, Zr, para los días iniciales y final del periodo de tiempo considerado en el balance, que fue diario.
R: lámina de agua diaria en mm ingresada por el riego efectuado.
Pefect: lámina de agua diaria en mm ingresada por las precipitaciones efectivas. Los datos de las precipitaciones se tomaron a partir de un pluviómetro colocado en el área y para el cálculo de la precipitación efectiva se consideró la diferencia entre la lámina de agua almacenada en el momento antes de la precipitación y el límite superior del agua disponible o lámina a capacidad de campo (Cc). La diferencia se asumió como pérdidas por drenaje interno (D).
ETc: evapotranspiración diaria del cultivo en mm estimada por el enfoque de coeficiente único según lo definido en el boletín FAO 56 de Allen et al. (1998) con la expresión 2:
Para estos cálculos se utilizaron los datos de ETo pronosticados para Güira de Melena por el Instituto de Meteorología (2018) de la estación 320 y los datos de coeficientes de cultivo (Kc), profundidad radical efectiva (Zr), definidos para cada fase de desarrollo del cultivo de la papa así como el criterio de riego utilizando el valor de la lámina de agua almacenada a la profundidad radical correspondiente a la fracción de agotamiento crítica (p), del agua disponible en el suelo (ADS), definidos por (Roque, 1995).
El agua disponible en el suelo, ADS (en mm), para cada profundidad Zr (en m) se calculó a partir de los datos de capacidad de campo y PMP dados por Cid et al. (2012), según la expresión:
La norma neta de riego (en mm) se calculó como:
Régimen de riego aplicado en la Empresa Agropecuaria Güira de Melena
El manejo del riego se ha realizó teniendo en cuenta los elementos contenidos en la tabla 1, partiendo siempre de la necesidad según el período vegetativo del cultivo, aplicando durante todo su ciclo de vida un promedio de 21 riegos, con un intervalo de 4 días.
TABLA 1.
Régimen de riego de la papa para el ciclo vegetativo del cultivo
Fuente: Minag-IIRD (2001).
La productividad agronómica del agua de determinó según Molden et al. (2003): mediante la expresión (5):
donde:
WPI - productividad agronómica del agua utilizada por riego (I) (kg m-3); I- volumen de agua aplicado por riego (m3). R- rendimiento (kg).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Comportamiento de las variables precipitación y evapotranspiración de referencia durante la campaña 2018-2019 en las unidades estudiadas
Para la campaña 2018-19 en la figura 3 se puede observar como durante el período donde se cultiva la papa de noviembre a abril en las tres zonas la evapotranspiración de referencia (ETo) supera las precipitaciones por tanto se confirma que el riego juega un papel importante.
FIGURA 3.
Comportamiento de las precipitaciones y la ETo, durante la campaña 2018-19 A) UBPC “Héroes de Bolivia”; B) CPA “Waldo Díaz”; C) CPA “Niceto Pérez”.
En el balance hídrico por zonas de estudio se tiene que en la zona Sur precipitaron 60 mm en cuatro eventos, en la zona centro 191 mm en siete eventos y en la zona Norte 97 mm en cuatro eventos.
Teniendo en cuenta lo planteado por Montero (2008), que para lograr altos rendimientos, se necesita un suministro adecuado de agua, por lo que dentro del cálculo del régimen de riego, la cantidad de agua que se suministra es importante, nos conlleva a conocer la pluviometría de la zona para una mejor gestión del riego de cara a un uso eficiente de la misma.
Programación del riego de la papa durante la campaña 2018-19 en las áreas seleccionadas y el monitoreo del contenido de humedad en el suelo
Aunque en el presente trabajo solo se muestra el comportamiento de la lámina de agua almacenada en la zona radical efectiva del cultivo considerando el riego programado para las maquinas “La Gloria” y “El Triunfo” , el mismo análisis se realizó para los demás sistemas donde se pudo comprobar que el contenido de humedad en el suelo durante todo el ciclo de vida de la papa para las entidades “Ignacio Brito II” y “La Morenita I” se mantuvo entre el límite superior de agua en el suelo (0,394 cm3 cm-3) y el límite Inferior (0,335 cm3 cm-3), lo que corrobora que el cultivo dispuso del agua planificada para satisfacer sus necesidades hídricas en todas sus fases fenológicas.
Para estas áreas las láminas aplicadas variaron entre los 14 mm en las primeras fases y los 20 mm en el momento de máximo desarrollo y engrose del tubérculo fases en las cuales según Solís et al. (2014), es importante mantener niveles de humedad adecuados en el cultivo de la papa para lograr rendimientos elevados.
Similares resultados se obtuvieron en las entidades “La Gloria” y “El Triunfo” que se ubican en la zona Centro (Figura 4), donde la humedad se mantuvo entre los mismos límites fijados. Destacándose en esta zona que la pluviometría fue superior. En la Figura 4 A aparecen mesetas que están asociados con el programa que considera hasta tres días el suelo al límite superior de agua disponible, a partir de ese momento comienza el balance de humedad, siguiendo el criterio del balance hídrico simplificado según López (2002).
Para estos sistemas la lámina aplicada varió entre los 13 y 14 mm en las fases iniciales y los 20-25 mm en las fases de máxima demanda, laminas que se corresponden con las necesarias para elevar la humedad del límite inferior fijado al límite superior de agua disponible o capacidad de campo como también se conoce.
FIGURA 4.
Comportamiento de la lámina de agua almacenada en la zona radical efectiva del cultivo de la papa considerando el riego programado, durante la campaña 2018-19.En la CPA “Waldo Díaz”; A) “La Gloria”; B) “El Triunfo”.
Por otra parte, la dinámica de humedad para la zona Norte donde están ubicadas las fincas “Progreso 5”, “Finca I” y “Finca 6”, el cultivo se mantuvo durante el ciclo de vida con un contenido de agua en el suelo sufiente para todas sus actividades biológicas. Lo que concuerda con Bazza (1994), que plantea que el rendimiento máximo de un cultivo se puede obtener si se suplen adecuadamente sus necesidades de agua siempre que los demás factores que afectan el rendimiento estén en sus niveles óptimos.
Durante la campaña 2018-19 la lámina de agua suministrada al cultivo permaneció en el rango de 14,5 mm para las tres áreas en los inicio del ciclo de vida y los 23 mm en los momentos punta, es de interés destacar que las mismas fueron suficientes para elevar la humedad hasta el límite superior de agua disponible (0,394 cm3 cm-3).
Cuando analizamos las necesidades de agua acumuladas para el riego programado y el aplicado por la empresa como se muestra en la Figura 5, al final del ciclo del cultivo para suplir las necesidades de riego siguiendo el criterio de la programación se demandan 3600,0 m3 ha-1, mientras que con la programación tradicional (aplicado por la empresa) son necesarios 5000,0 m3 ha-1, evidentemente existe una reducción de 1400,0 m3 ha-1 a favor de la programación.
FIGURA 5.
Necesidades de agua acumulada durante el ciclo de vida del cultivo programado y aplicado.
Consecuencias similares fueron notificadas por Ojeda et al. (2004) en un estudio sobre la generalización de la programación del riego en la papa utilizando el concepto de grados día.
Influencia de la programación del riego en los consumos de agua y el rendimiento del cultivo
En la Tabla 2 aparece el comportamiento de la programación del riego en las entidades estudiadas durante la campaña 2018-19 , el número de riego se mantuvo en el rango de 15 a 21, también en dependencia de la zona, el intervalo de riego se comportó entre los 3,10 y 3,89 días en función de las fechas de siembra y la evapotranspiración de referencia. En la misma se observa además como la norma neta parcial (NNP) promedio varió entre 232,8 m3 ha-1 en la zona Sur y 250,5 m3 ha-1 en la zona Norte, en correspondencia los rendimientos oscilaron entre 24,7 t ha-1 y 32,9 t ha-1.
TABLA 2.
Resultados de la programación del riego durante la campaña 2018-19
Leyenda: ES: desviación estandar, Min: mínimo, Máx: Máximo, CV: coeficiente de variación
La norma neta total (NNT) alcanzó valores de 5590,0 m3 ha-1 en la zona Sur, hasta 3036,0 m3 ha-1 en la zona Norte, teniendo en cuenta el balance hídrico de las zonas. Al compararlo con lo informado con el resto de las áreas sembradas por la empresa se tiene que el número de riego promedio fue de 21 con norma parcial neta de 280,0 m3 ha-1, norma total neta de 5880,0 m3 ha-1 y un rendimiento promedio de 22,8 t ha-1. En sentido general el promedio del total de las áreas bajo pronóstico de riego con la hoja utilizada, fueron inferiores en cuanto al número e intervalo de riegos, norma neta parcial y total con respecto a la Empresa Agropecuaria, confirmando la efectividad de la misma si se desea un uso eficiente del agua y la energía. Resultado similar fue informado por Aguilar (2012), estudiando la programación del riego en la papa bajo máquinas de pivote central en Güira de Melena donde obtuvo una disminución de cerca del 17% en el consumo del recurso agua en comparación con la programación fija.
Todas las variables presentaron coeficiente de variación inferiores al 20% lo que denota la homogeniedad entre todos los resultados obtenidos de la programacion del riego en las entidades productivas estudiadas.
Análisis conjunto del riego en los sistemas estudiados y la Empresa Agropecuaria Güira de Melena
Al comparar el riego programado en los diferentes sistemas productivos con el riego tradicional (Empresa) en la Tabla 3, se puede observar que el número de riego varía considerablemente entre el riego programado y el tradicional, las normas netas promedio totales difieren en 1349,8 m3 ha-1, lo que representa una disminución de cerca del 22,9% en el consumo del recurso agua.
TABLA 3.
Tabla resumen de los indicadores de riego y rendimiento promedio por entidades y la empresa
| Entidad | N R | IR (días) | N N P (m3 ha-1) | N N T (m3 ha-1) | Dif. (m3 ha-1) | Rend. (t ha-1) | Dif. (t ha-1) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Prom. Entidades | 18,7 | 3,37 | 240,64 | 4530,23 | 1349,8 | 29,70 | 6,9 |
| Empresa | 21 | 4,0 | 280,00 | 5880,00 | 22,80 |
Leyenda: NR: número de riegos, IR: intervalo de riego, NNP: Norma neta promedio, NNT: Norma neta total promedio, Dif: diferencia, Rend: rendimientos, Prom: promedio.
Por otra parte, los rendimientos obtenidos en el riego tradicional son inferiores a los alcanzados con la programación del riego en 6,9 t ha-1 para las entidades de estudio, lo que representa un aumento del rendimiento agrícola en un 23,2% a favor del riego programado entre todas las entidades objeto del análisis.
Si se considera el ahorro de agua promedio obtenido por la programación del riego en el estudio 1349,8 m3 ha-1 y teniendo en cuenta que la Empresa Agropecuaria Güira de Melena durante la campaña sembró 340,0 ha de papa, regada con máquinas de pivote central, se estima una posible reducción de los volúmenes de agua a usar de 458932,0 m3, que representa el 3,8% del agua total demanda por la empresa para el cultivo de la papa, la que asciende a cerca de 12 Mm3 por campañas.
En la Figura 6, se brinda las variaciones de los volumenes de agua aplicados para cada unidad estudiada y la productivida agronómica del agua, como se observa los mismos estuvieron en el orden de los 145 124,7 m3 y los 39 110,4 m3, la productividad varió entre 4,94 y 8,53 kg m-3.
En los sistemas agrícolas la productividad agronómica del agua (WP, por sus siglas en inglés) varía con la demanda climática y puede aumentar, disminuir o permanecer constante en un mismo año en dependencia de que se riegue o no el cultivo; varía además por las diferentes prácticas de manejo tales como la aplicación de los fertilizantes y también con la técnica de riego que se emplee (Molden et al., 2003; Bouman et al., 2007; Dehghanisanij et al., 2009, Kandil et al., 2011).
FIGURA 6.
Volumen de agua aplicado y productividad agronómica del agua.
En trabajo realizado por González et al. (2015), informa valores de productividad del agua para el cultivo de la papa en condiciones experimentales y regada por aspersión en el rango de 5,9 a 21,9 kg m-3 y como media 9,75 kg m-3.
Roque et al. (2013), informaron valores de productividad para las variedades Spunta, Desirée, Baraka y Kondor que variaron entre 6,25 y 15,4 kg m-3, siendo la variedad Spunta la que presentó los mayores valores de productividad de agua aplicada. Mientras que los valores de productividad agronómica del agua referida a la evapotranspiración (WPET) para estas cuatro variedades estudiadas estuvieron en el rango de 5,9 - 9,3 kg m-3.
El volúmen de agua total con la aplicacion del pronóstico es de 550 576,9 m3, al comparlo con el volúmen total de agua consumido por la empresa durante la campaña el cual ascendió a 1 999 200,0 m3, representa un 27,5% inferior, lo que indica que cuando se planifica el riego teniendo en cuenta las variables climáticas se logra una mejor gestión del recurso agua. La productividad agronómica del agua fue de 7,73 kg m-3 con pronóstico y 3,88 kg m-3 sin pronóstico.
CONCLUSIONES
La programación del riego con la herramienta “Pronóstico de riego”, en las entidades productivas evaluadas mostró ser efectiva al reducir los volúmenes de agua consumidos en un 23% y contribuir en el incremento el rendimiento agrícola en 23,2% con respecto a los sistemas de riego donde se asume el criterio de intervalos y normas fijas.
Al comparar las necesidades de agua y el riego aplicado según la programación pronosticada para las áreas de estudio con la programación fija, mostró que en algunos períodos se aplican cantidades de agua superiores a las necesidades del cultivo, incidiendo directamente en las normas netas totales, las que resultan superiores para el riego tradicional.
La cuantificación de las necesidades hídricas de la papa en las diferentes formas productivas a través de la herramienta “Pronóstico de riego” contribuye a reducir los volúmenes de agua demandados por la Empresa Agropecuaria Güira de Melena en un 3,8%.
Cuando se planifica el riego teniendo en cuenta la demanda evaporativa de la atmossfera se logra una mejor gestión del recurso agua lo que incide en la productividad agronómica del agua al lograrse 7,73 kg m-3 con pronóstico y 3,88 kg m-3 sin pronóstico.