Introducción
⌅El arroz (Oriza sativa L) es el alimento básico del 75% de la población mundial y uno de los cultivos más importantes en el mundo (Gharsallah et al., 2023Gharsallah, O., Rienzner, M., Mayer, A., Tkachenko, D., Corsi, S., Vuciterna, R., Romani, M., Ricciardelli, A., Cadei, E., & Trevisan, M. (2023). Economic, environmental, and social sustainability of Alternate Wetting and Drying irrigation for rice in northern Italy. Frontiers in Water, 5, 1213047, ISSN: 2624-9375, Publisher: Frontiers Media SA. https://doi.org/10.3389/frwa.2023.1213047 ; Vijayakumar et al., 2022Vijayakumar, S., Choudhary, A. K., Deiveegan, M., Thirumalaikumar, R., & Kumar, R. M. (2022). Android based mobile application for rice crop management. Chronicle of Bioresource Management, 6 (Mar, 1), 019-024.).
Cuba es uno de los países con mayor índice de consumo con valores de alrededor de 72 kg per cápita por año según Rodríguez et al. (2020)Rodríguez, G. O., Florido, B. R., Varela, N. M., González, V. D., Vázque, M. R., Maqueira, L. L. A., & Morejón, R. R. (2020). Aplicación de la herramienta de modelación DSSAT para estimar la dosis óptima de fertilizante nitrogenado para la variedad de arroz J-104. Cultivos Tropicales, 41(2), e01. ISSN: impreso: 2058-5936, ISSN: digital: 1819-4087, Publisher: Ediciones INCA. y ocupa solo el 7,6% de los 2 733,5 Millones de ha de tierra cultivadas en Cuba (ONEI-Cuba, 2021ONEI-Cuba. (2021). Anuario Estadistico de Cuba. 2021. Capitulo 9. Agricultura, Ganaderia, Sivicultura y Pesca (pp. 482, ISBN: 978-959-7119-62-63). Oficina Nacional de Estadistica e Informacion, ONEI, La Habana, Cuba.); sin embargo, utiliza alrededor del 30% del total de agua demandada anualmente para el riego de los cultivos agrícolas en el país (Herrera et al., 2011Herrera, P. J., López, S. T., & Gonzaléz, R. F. (2011). Sobre el uso del agua en la agricultura en Cuba. Revista Ingeniería Agrícola, 1(1), Article 1.).
El balance hídrico del campo arrocero, a diferencia de otros cultivos, va más allá de determinar las diferencias entre la evapotranspiración del cultivo (ETc) y lluvias aprovechables ya que otros factores, como la tasa de percolación del suelo y la evaporación desde la superficie del agua retenida en la terraza, determina la cuantía de la norma de riego a aplicar al cultivo. Bouman et al. (2017)Bouman, B., Lanpayan, R. M., & Tuong, T. P. (2017). Water management in irrigated rice: Coping with water scarcity. International Rice Research Institute, Los Baños, Philippines., han señalado que las demandas de agua para el arroz (lluvia + riego) para las condiciones del continente asiático, varían entre 400 mm en suelos arcillosos pesados con manto freático superficial, que suministra directamente agua para la transpiración) hasta más de 2000 mm en suelos loan arenosos con manto freático profundo.
Los consumos de agua netos en el arroz según Steduto et al. (2012)Steduto, P., Raes, D., Hsiao, T. C., & Fereres, E. (2012). Respuesta del rendimiento de los cultivos al agua. Estudio FAO Riego y Drenaje 66., fluctúan entre 8 000 y 10 000 m3 ha-1. En Cuba, las demandas de agua en el arroz se realizan sobre la base de una norma bruta de 17 400 m3 ha-1 y se calcula sobre la base de una eficiencia global del sistema que fluctúa entre 0,68 para la región occidental y central y 0,70 para la oriental según INRH-Cuba (2020)INRH-Cuba. (2020). Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos. Resolución 17/2020 (GOC-2020-557-O61) (p. 35). Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos, La Habana, Cuba., lo cual debiera indicar una norma neta de 11 832 y 12 180 m3 ha-1 para la región oriental - central y occidental respectivamente.
Teniendo en cuenta las actuales condiciones de clima unido a las nuevas variedades de arroz se desarrolla el presente trabajo con la finalidad de conocer las normas netas totales de riego para un ciclo de siembra medio (130 días) y probabilidades de ocurrencia de las precipitaciones en tres polos arroceros de Cuba.
Materiales y métodos
⌅El estudio se llevó a cabo en tres polos arroceros de interés y donde además existen dos centros de investigación (INCA “Los Palacios” y “Corojal” perteneciente al Instituto de Investigaciones de Granos), vinculados al cultivo que permiten definir cuál de las nuevas variedades desarrolladas es la más promisoria para la determinación de las necesidades hídricas por su alto potencial productivo. En la Figura 1 aparece los sitios de trabajo.
Para la obtención del resultado se trabajó en la caracterización de las precipitaciones para las diferentes regiones de estudio con una serie histórica de 13 años (2008-2020) tomadas del boletín Agro meteorológico del INSMET (Instituto de Meteorología) (2020)INSMET (Instituto de Meteorología). (2020). Boletín Agrometeorológico Nacional (AGROMET). ISSN: 1029-2055, Publisher: Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente Cuba., lo que permite definir que se realizarán balances de agua en función de los años hidrológicos, de la probabilidad de ocurrencia, por tipos suelos y épocas de siembra.
Para la selección de los años hidrológicos por sitio se determinó la probabilidad empírica a partir de la expresión 1 :
donde:
m: número de orden.
n: número de miembros de la serie.
Se clasificaron cada uno de los años de la serie en función de su probabilidad y para cada época de siembra del cultivo. El de probabilidad 25% denota un escenario húmedo, el 50% medio y 75% seco, según Pérez y Álvarez (2005).
Para la estimación de la ET0 se trabajó con un ciclo de siembra medio (130 días) y se tuvo en cuenta además las épocas de siembra más utilizadas en Cuba que aparecen en el instructivo técnico del cultivo del arroz para los diferentes polos productivos (Tabla 1) según el Instituto de Investigaciones de Granos (2020)Instituto de Investigaciones de Granos. (2008). Instructivos Técnicos del Cultivo del Arroz, Instituto de investigaciones del Arroz, Centro Nacional de Sanidad Vegetal. Imprenta EAS-MINAG, La Habana, Cuba. las cuales resultaron ser las siguientes:
| Época de siembra | Duración en días |
|---|---|
| Diciembre - mayo | 130 |
| Mayo - septiembre | |
| Julio - octubre |
Definición de los coeficientes de cultivo para los polos arroceros del país
⌅Teniendo en cuenta que la evapotranspiración es el principal componente del balance de agua en el arroz (Haofang et al., 2017Haofang, Y., Chuan, Z., Oue, H., Guangjie, P., & Darko, R. O. (2017). Determination of crop and soil evaporation coefficients for estimating evapotranspiration in a paddy field. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 10(4), Article 4.); se realizó un estudio de los trabajos de investigación en ese sentido de diferentes zonas arroceras del mundo y en Cuba, teniendo en cuenta las diferentes épocas de siembra, variedades y fases de desarrollo. En el proyecto se tomó como referencia para la determinación de las normas netas y totales en los diferentes polos productivos los resultados de Herrera et al. (2020)Herrera, P. J., Meneses, P. J., Duarte, D. C., González, R. F., & Hervís, G. G. (2020). Determinación del coeficiente de cultivo para la estimación de la evapotranspiración del arroz en Cuba. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 29(3), 5-20, ISSN: 2306-1545, E-ISSN: 2227-8761, Publisher: 1986, Universidad Agraria de La Habana.. Donde se relacionó las fases de cultivo según Maqueira (2014)Maqueira, L. L. A. (2014). Relación de los procesos fisiológicos del desarrollo y de variables meteorológicas, con la formación del rendimiento en el cultivo del arroz (Oryza sativa L.) en Los Palacios, Pinar del Río [PhD. Thesis]. Universidad Agraria de La Habana (UNAH), San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba., con los grados días de calor acumulado (GDCA °C) donde el mismo autor describe el desarrollo de la planta de arroz a través de tres fases y 10 etapas, mientras que el programa CropWat 8.0 FAO, utiliza cuatro etapas definidas como inicial, desarrollo, medio y fin de temporada con Kc para las etapas inicial, medio y final (Herbha et al., 2008Herbha, N., Vora, H., & Kunapara, A. N. (2008). Irrigation Scheduling of Maize Crop in Panchmahal Region of Middle Gujarat Using FAO-CROPWAT 8.0. FAO.). Los coeficientes de cultivo (Kc) se muestran en la Tabla 2.
| Fases de desarrollo | Kc |
|---|---|
| Inicial (GDCA 505 ±5) | 0,8 |
| Vegetativa (GDA 1299 ±21) | 1,2 |
| Reproductiva (GDCA 2136 ±98) | 1,4 |
| Final (GDCA 2555±168) | 1,3 |
Como parte del trabajo fueron agrupados los suelos según la 2da Clasificación genética según el Instituto de Suelos (1980)Instituto de Suelos. (1980). Clasificación genética de los suelos de Cuba. Academia, La Habana, Cuba. para resumir los parámetros a emplear por grupo de suelos y polo productivo arrocero en la estimación de las necesidades de riego.
Toda esta información fue tabulada en una base de datos en formato Excel y condensada según las categorías de suelos mostradas en la Tabla 3 luego de lo cual se conformaron los ficheros del módulo suelo para el arroz del programa CropWat, lo que permite trabajar para cualquier zona del país según los suelos presentes en la misma.
| Parámetro | Grupo I | Grupo II | Grupo III |
|---|---|---|---|
| Matanzas, Sancti Spíritus, Granma. | Artemisa, Mayabeque. | Pinar del Río, Camagüey. | |
| Humedad Total disponible en el suelo (CC-CM, mm/m) | 270 | 250 | 170 |
| Tasa máxima de infiltración de la lluvia (mm/día) | 17 | 17 | 43 |
| Profundidad radicular máxima del cultivo (cm) | 50 | 50 | 50 |
| Agotamiento inicial de la humedad del suelo (como % de ADT (%) | 100 | 100 | 100 |
| Humedad del suelo inicialmente disponible (mm/m) | 0 | 0 | 0 |
| Porosidad drenable (SAT-CC) % | 5 | 9 | 9 |
| Agotamiento crítico para grietas del fangueo (fracción) | 0,6 | 0,6 | 0,6 |
| Tasa máxima de percolación después del fangueo (mm/día) | 2.6 | 2.6 | 2.6 |
| Disponibilidad de agua a la siembra (% de saturación) | 0 | 0 | 0 |
| Altura máxima de la lámina de agua (mm) | 100 | 100 | 100 |
Para la estimación de las normas netas totales se utilizó la herramienta CropWat versión 8.0, este software permite gestionar programas de riego tanto en condiciones de secano como de irrigación, por lo que se empleó para determinar la evapotranspiración de referencia ya que utiliza el método de la FAO Penman-Monteith.
Entre las características que presenta este programa se encuentran:
-
Entrada de datos climáticos en versión mensual, decenal y diaria para el cálculo de la ET0.
-
Posibilidad de estimar los datos climáticos en caso de no contar con los valores medidos.
-
Cálculos diarios y decenal de los requerimientos de agua del cultivo.
-
Programaciones de riego ajustables e interactivas con el usuario.
-
Tablas de balances diarios de agua en el suelo.
El programa CropWat se organiza en ocho módulos diferentes, de los cuales cinco son módulos de datos de entrada y tres son módulos de cálculo. Estos módulos son accesibles a través del menú principal, pero se pueden acceder más fácilmente a través de la Barra de módulos que está permanentemente visible en la parte izquierda de la ventana principal (Figura 1). Esto permite al usuario combinar fácilmente diferentes datos climáticos, de cultivo y de suelo para el cálculo de los requerimientos de agua de los cultivos, la programación de riego y la entrega de agua en esquemas multicultivos.
Resultados y discusión
⌅Estudio hidrológico de los diferentes polos arroceros de Cuba
⌅Del estudio hidrológico de los sitios de trabajo se logró definir los años húmedo, medio y seco de los cuales se procesaron las variables climáticas que intervienen en la determinación de la evapotranspiración de referencia y la precipitación efectiva para su posterior corrida en la herramienta de programación CropWat. En la Tabla 4 se presentan los años hidrológicos y precipitación efectiva por épocas de siembra.
| Sitio | Diciembre - Mayo | Mayo - septiembre | Julio - octubre | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Húmedo 25% | Medio 50% | Seco 75% | Húmedo 25% | Medio 50% | Seco 75% | Húmedo 25% | Medio 50% | Seco 75% | |
| “Los Palacios” | 2010 1012,6 |
2014 915,6 |
2015 900,5 |
2008 1046,6 |
2012 1021,9 |
2015 552,6 |
2016 1007,6 |
2012 992,6 |
2015 905,6 |
| “Corojal” | 2010 985,8 |
2013 829,0 |
2009 780,7 |
2019 865,8 |
2010 864,0 |
2013 821,8 |
2012 981,0 |
2018 904,2 |
2013 821,8 |
| “Sur del Jíbaro” | 2016 792,6 |
2020 758,9 |
2008 753,6 |
2012 909,9 |
2008 920,4 |
2014 847,6 |
2009 920,4 |
2010 879,4 |
2013 794,1 |
Como se observa en la tabla los mayores valores de precipitación se encuentran en el sitio “Los Palacios”, seguidos del “Corojal” y los valores más bajos en el sitio “Sur del Jibaro”, como detalle se tiene que para un mismo año hidrológico presentan diferentes valores de precipitación efectiva y esto se debe fundamentalmente a los meses que incluyen las diferentes épocas de siembra.
Normas netas totales de riego por sitios para diferentes épocas de siembra y probabilidad de ocurrencia de la lluvia
⌅Una vez realizada las corridas en el programa CropWat se tienen los requerimientos de agua del cultivo (RAC) para cada sitio, año según probabilidad y época de siembra.
Se muestra continuación los requerimientos hídricos estimados del arroz para un ciclo de vida de 130 días y las tres épocas de siembra (diciembre-mayo; mayo-septiembre y julio-octubre), teniendo en cuenta los años hidrológicos del 25, 50 y 75% probabilidad de ocurrencia de las precipitaciones en los polos arroceros “Los Palacios” (Pinar del Rio), “Corojal” (Artemisa) y “Sur del Jíbaro” (Santi Espíritus).
En la Tabla 5 se tiene que para la época diciembre- mayo las normas varían entre los 887,77 mm para el sitio del “Sur del Jíbaro” y los 1027,78 mm, mientras que para “Los Palacios” las normas netas totales están en el rango de 1023,88 para un año seco y los 1011,87 mm para un ano húmedo. Cuando se analizan las precipitaciones estas normas son menores cuando los aportes por lluvia son mayores. Los consumos de agua netos en el arroz según Steduto et al. (2012)Steduto, P., Raes, D., Hsiao, T. C., & Fereres, E. (2012). Respuesta del rendimiento de los cultivos al agua. Estudio FAO Riego y Drenaje 66., las necesidades de riego del arroz fluctúan entre 8 000 y 10 000 m3 ha-1.
La evapotranspiración del cultivo (ETc) total para la época de estudio mostró diferente comportamiento en dependencia de la zona, donde los mayores valores se tienen en el “Sur de Jíbaro” con un valor de 540,1 mm para el 75% de probabilidad de ocurrencia de las precipitaciones.
| Sitio | Probabilidad Precipitación (%) | Lluvia efectiva (mm) | ETc (mm) | Norma neta total (mm) | Pérdidas por percolación total (mm) |
|---|---|---|---|---|---|
| “Los Palacios” Pinar del Rio | 25 | 345,0 | 454,3 | 1011,87 | 572,1 |
| 50 | 332,8 | 467,2 | 1016,47 | 593,1 | |
| 75 | 256,3 | 493,4 | 1023,88 | 580,4 | |
| “Corojal” Artemisa | 25 | 389,1 | 471,8 | 767,39 | 465,7 |
| 50 | 370,0 | 479,7 | 876,59 | 430,0 | |
| 75 | 287,0 | 488,0 | 891,80 | 415,5 | |
| “Sur del Jíbaro” Santi Espíritus | 25 | 470,9 | 514,9 | 887,77 | 520,4 |
| 50 | 202,7 | 537,6 | 1012,58 | 407,7 | |
| 75 | 150,9 | 540,1 | 1027,78 | 411,8 | |
Realizando similar análisis para la época mayo-septiembre en la Tabla 6 se muestra que las normas netas son superiores en los tres polos donde estas varían entre 897,52 mm en el “Corojal” para un año húmedo y los 1152,45 mm en “Los Palacios” para un año seco.
Los valores de ETc indican similar comportamiento Resultados informados por Bouman & Tuong (2001)Bouman, B., & Tuong, T. P. (2001). Field water management to save water and increase its productivity in irrigated lowland rice. Agricultural water management, 49(1), 11-30, ISSN: 0378-3774, Publisher: Elsevier. refieren que alrededor de 1300 -1500 mm son valores típicos para el riego del arroz en Asia.
| Sitio | Probabilidad Precipitación (%) | Lluvia efectiva (mm) | ETc (mm) | Norma neta total (mm) | Pérdidas por percolación total (mm) |
|---|---|---|---|---|---|
| “Los Palacios” Pinar del Rio | 25 | 958,2 | 454,3 | 1023,49 | 590,0 |
| 50 | 807,7 | 467,2 | 1024,79 | 596,2 | |
| 75 | 798,9 | 493,0 | 1152,45 | 611,4 | |
| “Corojal” Artemisa | 25 | 894,3 | 471,8 | 897,52 | 456,5 |
| 50 | 796,4 | 479,7 | 1006,98 | 450,6 | |
| 75 | 687,0 | 488,0 | 1030,12 | 450,1 | |
| “Sur del Jíbaro” Santi Espíritus | 25 | 1153,3 | 514,9 | 1016,34 | 413,5 |
| 50 | 878,4 | 537,6 | 1035,97 | 433,8 | |
| 75 | 706,0 | 540,1 | 1137,76 | 437,2 | |
Para la tercera época de siembra julio-octubre las normas netas muestran un comportamiento muy similar en los tres polos arroceros, donde los menores se tienen para un año húmedo y los mayores valores para un año seco. En este sentido en el polo arrocero “Los Palacios” para satisfacer las necesidades del cultivo son necesarios 1147,77 mm (Tabla 7).
| Sitio | Probabilidad Precipitación (%) | Lluvia efectiva (mm) | ETc (mm) | Norma neta total (mm) | Pérdidas por percolación total (mm) |
|---|---|---|---|---|---|
| “Los Palacios” Pinar del Rio | 25 | 1071,6 | 454,0 | 894,92 | 554,1 |
| 50 | 860,3 | 467,2 | 1011,27 | 578,9 | |
| 75 | 734,4 | 493,4 | 1147,77 | 580,4 | |
| “Corojal” Artemisa | 25 | 936,8 | 471,8 | 882,31 | 456,5 |
| 50 | 884,4 | 479,7 | 1013,74 | 453,6 | |
| 75 | 621,0 | 488,0 | 1030,12 | 479,4 | |
| “Sur del Jíbaro” Santi Espíritus | 25 | 936,8 | 514,9 | 908,57 | 434,1 |
| 50 | 848,2 | 537,6 | 1022,97 | 400,0 | |
| 75 | 623,1 | 540,1 | 1035,32 | 434,5 | |
Menezes et al. (2013)Menezes, V., Anghinoni, I., Silva, P., Macedo, V., Petry, C., Grohs, D., Freitas, T., & Valente, L. (2013). Projeto 10-Management strategies to increase productivity and sustainability of irrigated rice growth in the state of Rio Grande do Sul, Brazil: Developments and new challenges. Porto Alegre: Companhia Rio Grandense de Artes Gráficas, Cachoeirinha: IRGA/Estação Experimental de Arroz. señalaron que entre los años 1970-1980, en el estado de Rio Grande do Soul, en Brasil se aplicaban normas de riego al arroz entre 14 a 16 mil m3 ha-1 y obtenían rendimientos de 4 t ha-1, sin embargo, reportan estos mismos autores, con los cambios realizados en la tecnología de producción de arroz, en particular el manejo del agua, se logró disminuir la norma entre 10 000 a 8 000 m3 ha-1, mientras los rendimientos se incrementaron hasta 8 a 10 t ha-1.
Conclusiones
⌅A partir del estudio se logró precisar que las normas netas totales del arroz varían en función del tipo de suelo, clima y ciclo de vida del cultivo estando en el rango para un año medio (50%) en la época diciembre-mayo (876,59 y los 1016,47mm), mayo-septiembre (1006,98 y 1035,97 mm) y la julio-octubre (1011,27 y 1022,97 mm) al compararlas con las que propone la Resolución 17/2020 del INRH para las mismas zonas (10500 mm) son inferiores, comparadas con las mayores normas obtenidas, en un 9,6; 9,8 y 9,7%, respectivamente.