Ajuste de las normas netas de riego del naranjo en un suelo ferralítico rojo

Programa CROPWAT

El programa CROPWAT (versión 8.0) es usado para el cálculo de los requerimientos de agua de los cultivos y de sus requerimientos de riego en base a datos climáticos, de cultivo y suelo. Para el cálculo de los requerimientos hídricos del cultivo (RHC), CROPWAT requiere de datos de evapotranspiración de referencia (ETo). Para ello se utilizó el módulo Clima/ETo del programa CROPWAT, versión 8.0 (Allen et al., 2006Allen, R. G., Pereira, L. S., Raes, D., & Smith, M. (2006). Evapotranspiración del cultivo: Guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos. FAO, 298, Roma, Italia.). El programa permite al usuario ingresar valores de ETo, o ingresar datos individuales de temperatura, humedad relativa, velocidad del viento y radiación solar, para calcular la ETo aplicando la ecuación de Penman-Monteith. También son necesarios los datos de precipitación total del área de estudio, para calcular la precipitación efectiva. El método empleado por el programa CROPWAT fue el USDA Soil Conservation Service, para los valores mensuales de precipitación, por ser uno de los métodos más precisos en sus cálculos, según Elizastigue (2018)Elizastigue, S. Y. (2018). Evaluación de la lluvia efectiva con diferentes métodos empíricos [Tesis presentada en opción al título de Ingeniero Hidráulico]. Universidad Tecnológica de La Habana-CUJAE, La Habana, Cuba. y Oña (2019)Oña, C. (2019). Evaluación de la lluvia efectiva a partir del balance hídrico bajo diferentes condiciones de manejo del suelo [Tesis presentada en opción al título de Ingeniero Hidráulico]. Universidad Tecnológica de La Habana-CUJAE.. Como datos de entrada para el cálculo de los requerimientos hídricos del cultivo (RHC) el programa necesita datos del cultivo y también datos del suelo. La altura promedio del cultivo empleada fue de 3,00 m y la máxima profundidad del sistema radical activo de 0,40 m, según los resultados de esta investigación. Se utilizó un coeficiente de cultivo (Kc) en la etapa inicial de 0,60, en la etapa intermedia de 0,70 y en la etapa final de 0,65, según lo recomendado por el Instructivo técnico para el cultivo y beneficio de los cítricos (Minag-Cuba, 1990Minag-Cuba. (1990). Instructivo técnico para el cultivo y beneficio de los cítricos (Tomo I; p. 251). Ministerio de la Agricultura, La Habana, Cuba.). Se empleó una humedad total disponible, calculada según datos del suelo de 211,2 mm m^-1, un índice de infiltración máximo de la lluvia de 70 mm h^-1 y una profundidad máxima de raíces de 0,40 m. Una vez realizados los cálculos mediante el programa CROPWAT y procesados los resultados en la aplicación Excel se confeccionaron los gráficos y tablas para ilustrar los resultados.

Determinación del crecimiento del sistema radical activo del naranjo

Para evaluar el crecimiento de las raíces se seleccionaron cinco plantas de naranjo ´Valencia´ con un porte y volumen de copa vigorosos, representativos de árboles con un buen desarrollo del sistema radical, en el área de estudio (1 ha), en la Empresa Agroindustrial “Victoria de Girón” de Jagüey Grande. Se utilizó como guía la metodología propuesta por Kolesnikov (1972)Kolesnikov, V. (1972). Metodología para el estudio del sistema radicular de las plantas frutales y de las bayas en el laboratorio y campo, pp. 9-12 y 36-40, Centro de Información Científico Técnica. Universidad de Matanzas, Cuba., para el estudio de ésta variable. Se hicieron calicatas a ambos lados de cada planta, de 3 m de largo, tomando el tronco de la planta como centro, 1,5 m de ancho y 1 m de profundidad y se acondicionó el área previamente a las mediciones.

Para la evaluación del crecimiento en profundidad de las raíces se realizaron mediciones en el plano vertical, en el sentido de la hilera y de la calle, con el fin de determinar la profundidad de las raíces cuyo diámetro no sobrepasara los 3 mm, las cuales corresponden al sistema radical activo o de absorción de los cítricos, según Levinson & Adato (1991)Levinson, B., & Adato, I. (1991). Influence of reduced rates of water and fertilizer application using daily intermittent drip irrigation on the water requirements, root development and responses of avocado trees (cv. Fuerte). Journal of Horticultural Science, 66(4), 449-463, Publisher: Taylor&Francis, ISSN: 0022-1589.. Las mismas se realizaron mediante la utilización de una cinta métrica, una regla y un pie de rey. Se calcularon los estadígrafos de dispersión de esta variable mediante el programa Statgraphics, versión 5.1.

Determinación de la altura de las plantas de naranjo

Para evaluar la altura de las plantas se seleccionaron 15 plantas en diagonal cruzada en la misma plantación antes mencionada. Se realizaron las mediciones correspondientes tomando el suelo como base. Se empleó una escalera para subir hasta el punto más alto de la copa y dos reglas de madera de fabricación artesanal, una graduada y ubicada de manera vertical y la otra sin escala de 2,50 m de longitud y situada desde la parte superior de la copa hasta la regla graduada con la utilización de un nivel de burbuja para descartar errores en las mediciones. Los datos de las mediciones se sometieron a análisis de varianza para determinar la media y los estadígrafos de dispersión de esta variable mediante el programa Statgraphics, versión 5.1.

Determinación de las normas netas para riego localizado del cultivo del naranjo

Se calcularon los requerimientos hídricos del cultivo del naranjo, año a año, con la utilización del programa CROPWAT, para el período 2011-2020, en Jagüey Grande. Se utilizó la ecuación de Pearson III según la NC 48-35, (1984)NC 48-35. (1984). Determinación de la lluvia máxima diaria. Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos, La Habana, Cuba., para determinar la probabilidad de ocurrencia de los mismos.

Se determinaron las normas netas mensuales de riego con la aplicación de un coeficiente de localización de 0,50, para riego localizado de alta frecuencia, que corresponde al marco de plantación de 6x3 m y a un diámetro de la copa de los árboles de 3,0 m, determinados en el área de investigación, por ser ambos parámetros de los más representativos del cultivo del naranjo en Jagüey Grande y entre los más promisorios para la estrategia de desarrollo de la Empresa Agroindustrial ‘’Victoria de Girón’’.

Se compararon las normas netas estimadas con las aplicadas actualmente en la Empresa Agroindustrial ‘’Victoria de Girón’’.

Caracterización de la evapotranspiración de referencia (ETo) en Jagüey Grande en el período 2011-2020

Como se puede apreciar en la Figura 1, los valores promedio de ETo más bajos en el período evaluado 2,96 y 3,07 mm día^-1 corresponden a los meses de diciembre y enero, respectivamente. Los valores de ETo más altos correspondieron a los meses de abril 5,15 mm día^-1 y mayo 4.97 mm día^-1. El período de mayores valores de ETo fue el comprendido entre los meses de marzo y agosto, con valores entre 4,54 y 5,15 mm día^-1, respectivamente.

Machado et al. (2016)Machado, Y., Domínguez, I. M., Chacón, A., Suárez, H. A. M., & Yera, Y. Y. Y. (2016). Caracterización de la precipitación total y la precipitación efectiva en la Empresa Agropecuaria Yabú. 24, 67-74, Villa Clara, Cuba., al evaluar la marcha de la Eto para la zona central del país, encontró valores promedios máximos de ETo en los meses de mayo y julio (4,7 mm día^-1) y un período de máxima demanda entre abril y agosto (4,5- 4.7 mm día^-1), y los meses con valores más bajos diciembre y enero respectivamente 2,6 y 2,8 mm día^-1. Al comparar estos resultados con los obtenidos en esta investigación se evidencia el incremento de la ETo en Cuba, según Duarte et al. (2017Duarte, D. C. E., Herrera, P. J., & Zamora, H. E. (2017). Predicción de las normas netas de riego a futuro en el pronóstico de riego. Ingeniería Agrícola, 7(3), 3-10, ISSN: 2306-1545, e-ISSN: 2227-8761., 2018Duarte, D. C. E., Valdés, P. J., Herrera, P. J., & Zamora, H. E. (2018). Predicción de normas netas de riego del frijol común en la zona occidental de Cuba. Revista Ingeniería Agrícola, 8(2), 41-47, ISSN: 2306-1545, e-ISSN: 2227-8761.).

Análisis de la precipitación total y efectiva en Jagüey Grande en el período 2011-2020

En Cuba, la lluvia es la variable meteorológica de interés agrícola de mayor variabilidad cuando se analizan largas series cronológicas (Pacheco et al., 2006Pacheco, J., Ismabel, M., Domínguez, Y., & Lamadrid, J. O. (2006). Lluvia y evapotranspiración de referencia en cuatro puntos representativos de la provincia de Villa Clara, Cuba. Centro Agrícola, 32(4), 67-68.). El contenido de humedad en el suelo que contribuye a satisfacer las necesidades hídricas de los cultivos está en estrecha vinculación con el volumen de precipitaciones totales ocurridas en un período determinado y se denomina precipitación efectiva (Cob, 2004Cob, A. (2004). Necesidades Hídricas en Cultivos Hortícolas. Horticultura, 25(2), 34-40.).

Como se puede apreciar en la Figura 2, la precipitación total presenta sus valores máximos en mayo y septiembre, 254,1 y 228,5 mm respectivamente y los mínimos en enero con 26,3 mm y diciembre 27,7 mm en toda la serie climática estudiada. En el período lluvioso (mayo-octubre) el acumulado de precipitación (1258,9 mm) alcanza el 83% del total anual (1521,1 mm).

Acosta & Paretas (2011)Acosta, R., & Paretas, J. (2011). Incendios Forestales. Editorial Científico-Técnica, La Habana, Cuba. plantearon, que las precipitaciones en Cuba pese a su variabilidad espacio-temporal, presentan una distribución estacional de 75-80% en los meses de mayo-octubre y solo de 20-25% desde noviembre hasta abril.

Además se observa que los valores promedio de precipitación efectiva (Pefect) más bajos en el período evaluado 26,9 y 28,1 mm mes^-1 corresponden a los meses de diciembre y enero respectivamente. Los valores de Pefect más altos se mostraron en los meses de mayo 139,0 mm mes^1- y septiembre 130,4 mm mes^-1. El período de mayores registros de lluvia efectiva estuvo en correspondencia con el período lluvioso (mayo-octubre) con valores entre 98,8 y 139,0 mm mes^-1, para un valor total de 758,3 mm, que representó el 76% del total anual (1004,0 mm).

Machado et al. (2016)Machado, Y., Domínguez, I. M., Chacón, A., Suárez, H. A. M., & Yera, Y. Y. Y. (2016). Caracterización de la precipitación total y la precipitación efectiva en la Empresa Agropecuaria Yabú. 24, 67-74, Villa Clara, Cuba. obtuvo resultados similares para la región central del país con registros máximos de precipitación efectiva en junio y septiembre de 137,9 y 140,4 mm y registros mínimos en enero y febrero de 29,6 y 31,0 mm.

Precisamente en los meses que pertenecen al período lluvioso (mayo-octubre) se alcanzan las mayores diferencias entre los valores totales y los efectivos de precipitación, donde el suelo no puede retener toda el agua que precipita y esta se pierde por infiltración o escorrentía con la posibilidad de que exista la tendencia a la disminución de la efectividad de la lluvia. En los meses iniciales y finales del año las diferencias son pequeñas evidenciando un máximo aprovechamiento de la lluvia.

Relación entre la evapotranspiración del cultivo y la precipitación efectiva anual en Jagüey Grande en el período 2011-2020.

La Figura 3 muestra el comportamiento, entre el año 2011 y el 2020, de la evapotranspiración del cultivo y la precipitación efectiva anual. Los valores anuales de lluvia efectiva muestran una gran variabilidad durante el período de estudio y se encuentran en un rango de 867,0 a 1141,0 mm como valor mínimo y máximo respectivamente y registrados en los años 2019 y 2012. Los registros de evapotranspiración del cultivo se mostraron más estables y oscilaron entre 917,0 y 1063 mm. El promedio de precipitación efectiva de este período (1002,0 mm), supera en 55,0 mm al de la evapotranspiración del cultivo (947,0 mm) Como se puede apreciar en la Figura 3, existe una tendencia a la disminución de la lluvia efectiva durante el período evaluado, mientras que en el caso de los egresos hídricos del cultivo la línea de tendencia representa un incremento, que es más evidente en los últimos dos años (2019 y 2020) con valores de 942,0 y 1063 mm que superan en ambos casos a sus correspondientes de lluvia efectiva 867 y 992,0 mm, respaldando lo expresado anteriormente con respecto a la disminución progresiva de las precipitaciones durante la década.

Resultados similares, fueron encontrados por Duarte et al. (2017Duarte, D. C. E., Herrera, P. J., & Zamora, H. E. (2017). Predicción de las normas netas de riego a futuro en el pronóstico de riego. Ingeniería Agrícola, 7(3), 3-10, ISSN: 2306-1545, e-ISSN: 2227-8761., 2018Duarte, D. C. E., Valdés, P. J., Herrera, P. J., & Zamora, H. E. (2018). Predicción de normas netas de riego del frijol común en la zona occidental de Cuba. Revista Ingeniería Agrícola, 8(2), 41-47, ISSN: 2306-1545, e-ISSN: 2227-8761., 2020Duarte, D. C. E., Blanco, U. E., Herrera, P. J., & Zamora, H. E. (2020). Modelación de las normas netas de riego de la papa según la variabilidad climática. Revista Ingeniería Agrícola, 10(1), 8-12, ISSN: 2306-1545, e-ISSN: 2227-8761.); Malek et al. (2018)Malek, K., Adam, J., Stöckle, C., & Peters, R. T. (2018). Climate change reduces water availability for agriculture by decreasing non-evaporative irrigation losses. Journal of Hydrology, 561, 444-460, ISSN: 0022-1694. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2017.11.046 ; Sosa-Sánchez et al. (2021)Sosa-Sánchez, Y., Duarte-Díaz, C. E., Cisneros-Zayas, E., Puente-Sánchez, A., González-Risco, L., & Breffe-Navarro, M. (2021). Ajuste de los requerimientos hídricos del pomelo (citrus paradisi macf.), en Jagüey Grande, Matanzas, Cuba. Revista Ingeniería Agrícola, 11(3), 9-15. y Valdés (2017)Valdés, P. J. (2017). Predicción de las normas netas del riego del cultivo del frijol común en la zona occidental de Cuba [Tesis presentada en opción al título de Ingeniero Hidráulico]. Universidad Tecnológica de La Habana-CUJAE., quienes evidencian que el clima está sufriendo modificaciones que apuntan hacia la disminución de las precipitaciones y el incremento de las temperaturas, que propician el aumento de los niveles de evapotranspiración de los cultivos agrícolas.

Evaluación del crecimiento vertical del sistema radical activo del naranjo

En esta investigación se estudió el crecimiento vertical del sistema radical activo del naranjo (Citrus sinensis L. Osb.), como información necesaria para el ajuste de las necesidades hídricas de dicho cultivar en las condiciones de Jagüey Grande. Como se puede apreciar en la Figura 4, las longitudes máximas del sistema radical activo se encuentran en un rango entre 0,33 y 0,42 m de profundidad con una media aritmética de 0,38 m, una desviación estándar de 0,10 y un coeficiente de variación de 9,30%, lo que indica la poca variabilidad en los resultados. Por esta razón se decidió utilizar el valor máximo (0,40 m) para calcular los requerimientos hídricos del naranjo ‘Valencia’, mediante el programa CROPWAT.

Bosch et al. (1998)Bosch, D., Paneque, J., Castellanos;, N., Peña, O., Fuentes, E., & Salazar, A. (1998). Estudio del sistema radicular de los cítricos para la implantación del sistema de riego en plantaciones de la empresa de cítricos ‘’Ceiba’’ [Informe Técnico. Disponible en: Biblioteca Unidad Científico Tecnológica de Base Jagüey Grande]. Biblioteca Unidad Científico Tecnológica de Base Jagüey Grande, Matanzas, Cuba., en una investigación realizada en pomelo Ruby Red de 14 años de edad, injertado sobre naranjo Agrio (Citrus aurantium L.) y con una distancia de siembra de 10x5 m, en la empresa de cítricos ‘’Ceiba’’, en un suelo Ferralítico Rojo típico y regada por aspersión, encontraron la presencia de abundantes raíces activas en todo el perfil del suelo, hasta los 0,75 m de profundidad. Toledo & Cárdenas (1980)Toledo, E., & Cárdenas, R. (1980). El sistema radical en árboles adultos de naranjo ‘Olinda Valencia’ sobre patrón naranjo ‘Agrio’. Cienc. Téc. Agric. Cítricos y Otros Frutales, Suplemento, 61-76., en un estudio llevado a cabo en naranja ´Valencia´ (Citrus sinensis L. Osbeck), injertado sobre naranjo Agrio en un suelo Ferralítico Rojo de Jagüey Grande, con una distancia de plantación de 8 x 4 m y regada por aspersión, determinaron que más del 90% de las raíces activas se encontraban hasta 0,60 m de profundidad.

Determinación de la altura de las plantas de naranjo.

La altura de las plantas es un dato de entrada del módulo cultivo del programa CROPWAT que aunque es un dato opcional, para Cuba es indispensable tenerlo en cuenta. En este estudio se determinó la altura promedio de las plantas de naranjo ‘Valencia’ para ajustar las necesidades hídricas de dicho cultivar en las condiciones de Jagüey Grande. Como se observa en la Figura 5, la altura de las plantas osciló entre 2,60 y 3,45 m, con una media aritmética de 3,01 m. Se encontró poca variabilidad en las evaluaciones realizadas con un coeficiente de variación de 9,40% y una desviación estándar de 0,30

La altura promedio no coincide con la determinada por Bello (1990)Bello, M. L. (1990). Comportamiento agricola de variedades de citricos en Jaguey Grande. [Tesis en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Agrícolas]. Instituto de Investigaciones en Fruticultura Tropical,Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas, Matanzas, Cuba., quien encontró, 4,6 m para el mismo cultivar en una plantación establecida en la misma área de estudio, (T-5, UEB No 1), de nueve años de edad, sobre patrón Cleopatra, plantada a una distancia de 10x5 m y regada por aspersión. La diferencia se debe, en gran medida, a la utilización de distancias de plantación más espaciadas, al empleo de otros patrones y a distintos sistemas de atenciones agrotécnicas. Aranguren (2017)Aranguren, M. (2017). Evaluación de los Pomelos Pigmentados en Jagüey Grande en plantaciones afectadas con Huanglongbing (p. 15) [Informe de Servicio a Empresa, Disponible en: Dirección de Desarrollo de la Empresa Agroindustrial “Victoria de Girón”]. Empresa Agroindustrial “Victoria de Girón”, Matanzas, Cuba. determinaron en plantaciones de pomelo de nueve años, sobre patrón Cleopatra, regada por goteo y con una distancia de siembra de 8 x 2,5 m los siguientes valores de altura para distintos cultivares: ‘Marsh Jibarito’ 2,6 m, Ruby Red 3,4 m y Star Ruby 3,0 m. Estos valores son similares a los encontrados en ésta investigación.

Determinación de las normas netas para riego localizado del cultivo del naranjo

Como se ha expresado anteriormente el régimen de riego establecido para el cultivo del naranjo en la Empresa Agroindustrial ‘’Victoria de Girón’’ data de finales de la década del 80 del pasado siglo, época en la cual las condiciones climáticas y del cultivo diferían de las actuales. Para ajustar las normas netas utilizadas en dicha programación se emplearon los requerimientos hídricos anuales estimados del cultivo para el período 2011-2020, obtenidos con el uso de la herramienta CROPWAT, los mismos oscilan entre un mínimo de 917,0 mm y un máximo de 1019,0 mm con una media anual de 942,0 mm (Figura 6).

Resultados similares encontró Koo (1963)Koo, R. C. (1963). Effects of frequency of irrigation on yield of orange and grapefruit. Florida State Hort. Soc., 76(3), 1-5., al obtener 1000,0 mm anuales para la toronja en condiciones de la Florida, Estados Unidos. Orduz-Rodríguez & Fischer (2007)Orduz-Rodríguez, J. O., & Fischer, G. O. (2007). Balance hídrico e influencia del estrés hídrico en la inducción y desarrollo floral de la mandarina’Arrayana’en el piedemonte llanero de Colombia. Agronomía Colombiana, 25(2), 255-263, ISSN: 0120-9965., obtuvieron requerimientos hídricos anuales de 1046,0 mm en árboles de mandarina ‘Arrayana’ de 6 años de edad, en Colombia. En esa investigación se tomaron coeficientes de cultivo de 0,75 para los meses húmedos y 0,80 para los meses secos, algo superiores a los empleados en este trabajo (entre 0,60 y 0,70). De La Fuente (2007)De La Fuente, H. (2007). Manejo del agua y fertirrigación en cítricos. En Rocha y Padrón. El cultivo de los cítricos en el estado de Nuevo León, México (pp. 119-155), INIFAP, México., encontró volúmenes de agua de riego para huertas de cítricos en producción, de 1063,0 mm al año, en la región centro de Nuevo León, México, con condiciones de clima tropical y una altura de 15 msnm. El Kc utilizado en este trabajo osciló entre 0,65 y 0,75.

Sin embargo, aun cuando los requerimientos hídricos promedios de la serie evaluada desde el año 2011 hasta 2020 son de 942,0 mm anuales, se recomienda utilizar para el diseño de la programación de riego del cultivo en la región 952,0 mm, los que se corresponden con el 25% de probabilidad de ocurrencia. Esto explica que en el cultivo del naranjo se podrá planificar el riego utilizando estos requerimientos en cuatro, de cada cinco años climáticos, sin provocar afectaciones. La evaluación de probabilidad se ajustó a una ecuación logarítmica (RH = -1,1087 P + 1002,2) y con coeficiente de determinación de R² = 0,65 (Figura 7).

Es preciso acotar que la campaña de riego en la empresa, para las plantaciones de naranjo en la etapa de producción, abarca los meses de enero a mayo debido a que en el período lluvioso las precipitaciones en Jagüey Grande superan la evapotranspiración del cultivo. En ocasiones es preciso regar en noviembre y diciembre según la ocurrencia de las lluvias, para evitar un estrés hídrico severo en las plantas, en consecuencia con las enfermedades de alto impacto que en la actualidad afectan la citricultura cubana. Para estimar las normas netas mensuales y compararlas con las utilizadas actualmente en la empresa se utilizó el período noviembre-mayo por las razones expuestas con anterioridad.

En la Tabla 1, aparecen las normas netas mensuales calculadas para dicho período. Como se puede apreciar las mismas oscilan en un rango de 275 m³ ha^-1 como valor mínimo en enero, hasta 470 m³ ha^-1 como valor máximo en mayo. Estos valores reflejan una disminución de las normas netas totales de riego estimadas para la campaña, con respecto a las utilizadas en la actualidad, avalada por 391 m³ ha^-1 de menos, lo que representa el 87% de las normas netas totales empleadas en la programación de riego actual.

Estos resultados concuerdan con los obtenidos en esta investigación sobre los parámetros de crecimiento del cultivo evaluados y comparados con los de épocas anteriores ya que en la actualidad las plantas son de menor porte y por tanto los niveles de transpiración son menores. Además la profundidad de suelo a humedecer, según la capa activa de raíces también es inferior en comparación con la de la época en que se determinaron las normas de riego que hoy se emplean en la programación de riego del cultivo del naranjo.

En sentido general es necesario tener en cuenta este resultado para conocer de qué volumen de agua se va a disponer para establecer los manejos hídricos que se adapten al cambio climático y a las condiciones agrotécnicas actuales del cultivo del naranjo para garantizar una producción sostenible en Jagüey Grande.