Predicción de las normas netas de riego a futuro en el pronóstico de riego

Localización y selección de las zonas de estudio

La zona de estudio occidental se encuentra el área de la Estación Experimental del IAgric en Alquízar, provincia Artemisa, la cual está a seis metros una altura sobre el nivel medio del mar y constituye el lugar donde se hicieron la mayoría de las investigaciones de campo cuyas características responden con similar comportamiento a la generalidad de los suelos y clima de la zona occidental. Posee como coordenadas geográficas 22,47° N y 82,31° W, aunque fueron tomadas los datos climáticos para el escenario Echam A2, las coordenadas 22,5 N y 82 W como la más cercana a la original del sitio. Los datos de clima, suelo y cultivo fueron procesados según Duarte et al. (2016). En general se puede decir que son suelos de buena estructura y muy productivos. Este estudio fue considerado como representativo de la región occidental.

Metodología de trabajo

Se realizó una recopilación de la información de clima, cultivos y suelos, seleccionados para la investigación y con ellos conformar una base de datos del proyecto.

Se definieron los escenarios productivos a evaluar en diferentes regiones geográficas, climáticas y de sistemas productivos representativos de los grupos hortalizas, viandas, granos, caña, pastos y forrajes.

Se utilizó el modelo regional climático PRECIS del programa PRECIS (Providing Regional Climates for Impact Studies) como escenario explicativo del “posible clima futuro”, derivados de los escenarios de posibles emisiones futuras de gases de efecto invernadero (Centella et al., 2001), los cuales se utilizan en modelos climáticos como elemento introducido para el cálculo de proyecciones climáticas. Dentro de este el modelo atmosférico de circulación general el escenario climático Echam en la serie 1961-2099 según estudios del Instituto de Meteorología de Cuba utilizado para este fin por su tendencia hacia condiciones más secas permite mostrar con los diferentes resultados la amplitud de incertidumbre de los modelos de cambio climático, el cual fue recomendado para Cuba, por Planos (2014), por presentar una resolución de 50 y 25 km², lo que ha permitido representar el clima del futuro en países tan pequeños como los caribeños.

Fue utilizada la línea evolutiva o escenario severo de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) A2 perteneciente a la familia de la Echam seleccionado porque considera una economía regional, con un desarrollo económico-tecnológico lento, visto como una representación plausible del clima futuro y es utilizado para estimar el posible impacto del cambio climático sobre la sociedad y el medio ambiente. Este escenario al igual que el B2, considera que el desarrollo se dará más a nivel regional y parten de un conjunto de suposiciones acerca de la evolución de los forzantes (población, tecnología, economía, uso del suelo, agricultura y energía).

Según Gutiérrez et al. (2010), esta es la representación de escenarios de emisión de gases de efecto invernadero, que influyen en el forzamiento natural del sistema, según distintas hipótesis sobre las futuras formas de desarrollo socio-económico (escenarios B1, A2, A1B, según Nakicenovic et al. (2001), Figura 1).

Se utilizó el programa CROPWAT (versión 8.0) (FAO, 2015), para la modelación de los sistemas agrícolas, de los posibles para establecer estrategias de riego, así como la estimación de las normas de riego a corto, mediano y largo plazo en función de los pronósticos de variabilidad climática en el país.

Se determinaron la evapotranspiración de referencia y de cultivo, así como los coeficientes de cultivos y de estrés hídrico por la metodología de la FAO, según Allen et al. (2006), para diferentes condiciones climáticas y localidades y que se integra al programa CROPWAT. Los datos climáticos utilizados partieron de los recomendados en el escenario A2 para cada periodo. Fue preciso determinar la insolación como datos faltantes para posteriormente calcular la radiación neta y completar la informa que calcula la evapotranspiración de referencia (ETo) según la ecuación siguiente:

Base de datos sobre clima

Se tomaron los datos climáticos del modelo regional PRECIS en el escenario climático Echam A2 tales como temperatura máxima y mínima, humedad relativa, velocidad del viento y se recopilaron en una base de datos hasta el 2099. A partir del Programa Cropwat se calculó la insolación y la radiación neta. Dicho programa seleccionado dentro de la modelación de los sistemas agrícolas según Fernández (2013), permite la elaboración de calendarios de riego para diferentes condiciones de manejo además del cálculo del esquema de provisión de agua para diferentes patrones de cultivos, calcula la ETo tomando la ecuación de la FAO Penman-Monteith cuyos datos climáticos deben ser colectados de la más cercana y representativa estación meteorológica.

Por otra parte, se estudió hasta el 2030 la evolución de la zona occidental del país con las variables que más influyen en el cálculo de la evapotranspiración de referencia (ETo) y que son las que con el cierto grado de incertidumbre aparecen en el modelo regional PRECIS visto para Cuba, en el escenario A2. Esta información incidiría en la ocurrencia diferenciada de la evapotranspiración de cultivo (ETc), así como en el cálculo de la norma neta para el riego de los cultivos.

En las Figuras 2 y 3, se aprecia el comportamiento evolutivo de las temperaturas máximas con rangos (32,27-27,95^oC) y mínimas que oscilan entre (23,89-20,98) las cuales tienden a aumentar en relación con la línea base determinada en el período 1961-1990 donde se considera este aumento de la temperatura mínima en 1,9^o C, dada fundamentalmente por una reducción significativa del rango diurno y mayor frecuencia de sequías prolongadas según plantea Planos (2014). Esta variable es unas de las que definen el cálculo de la ETo y por tanto de la ETc y que mayor variabilidad tienen a futuro.

Por otra parte, la Figura 4 de las precipitaciones arroja que los volúmenes de agua a pesar de algunos picos en los años 2025, 2040 y 2041 serán cada vez menores por lo que se sugiere hacer un adecuado uso del agua con mayor eficiencia.

Base de datos sobre los suelos seleccionados

Se recopilaron los datos más importantes de los suelos más vinculados a este estudio y que influyen en las propiedades hidrodinámicas del suelo (Cid et al., 2012). Ver Duarte et al. (2016).

Base de datos sobre los cultivos seleccionados

Se compendió la información de los cultivos agrícolas de mayor interés económico de la zona, coeficientes de cultivos (Kc) determinados de forma experimental y actualizada a través del enfoque de Penman Monteih, (Solomon y IPCC, 2007) en el cálculo de la evapotranspiración de referencia. Otros datos que se tuvieron en cuenta fueron las fases de desarrollo, la profundidad de las raíces y el agotamiento crítico del suelo para los cuales se calcularon los coeficientes de cultivo (Kc). (Tabla 1).

Base de datos climáticos

Se trabajaron con los datos climáticos a futuro del escenario A2 sobre la temperatura máxima y mínima, humedad relativa y velocidad de viento año a año desde 2016 hasta 2099.

Se realizó un estudio entre la evapotranspiración de referencia (ETo) y la precipitación del periodo comprendido entre 2016 hasta 2050 y 2099 en la zona de occidental reflejado en la Figura 5.

En la zona occidental, aunque la situación no es muy estimulante, existe la posibilidad de que las precipitaciones realicen algunos aportes a tenerse en cuenta en el balance de agua. En tal sentido en la probabilidad de ocurrencia de la lluvia (Figura 6), se pueden clasificar como períodos húmedos a aquellos que superan los 143,8 mm, lo cual solo ocurre en el 25% de los datos de la serie; que aun siendo los máximos, no satisfacen los requerimientos hídricos para ninguno de los cultivos y lo que es más importante, en el 75% de los casos, las lluvias esperadas no superarán 81,9 mm siendo más desventajoso todavía. Se aprecia en sentido general la que la lluvia promedio anual de 1200 mm anuales donde el 30% correspondería al período seco (360 mm) el cual supera con creces los valores que se tendrán en el futuro y que abogan con la reducción de disponibilidad de agua en las fuentes de abasto.

En cuanto a la evapotranspiración de referencia la Figura 5 refleja que para todo el ciclo evaluado se encuentra por encima o debajo directamente de los 250 mm (serie de años 2016-2999), aspecto de valor inestimable para la determinación de la evapotranspiración de cultivo y otros aspectos del balance hídrico y agrometereológico, sin embargo, Solano et al. (2003), encontró para esta zona un comportamiento donde la ETo estaba en el rango entre 77 y 121 mm calculada con igual método de Penman Monteith para el período 1975-1994, lo cual demuestra los incrementos de la ETo en el clima futuro estudiado en el documento, que será la tendencia a valorar en lo sucesivo para la zona de estudio. Lo expuesto hasta aquí, argumenta la necesidad de establecer una predicción a futuro del riego de los cultivos con mayor interés económico y productivo, para asegurar las producciones lo más sostenible posible y establecer una correcta política del agua.

En la Figura 7a, se presentan las normas netas de tomate, estimadas en la zona occidental, por el modelo CROPWAT. Como se puede observar los valores se encuentran en un rango entre 4 186 y 4 395 m³∙ha^-1, las cuales al ser comparadas con la norma neta promedio actual para la zona que es de 4 118 m³.ha^-1 según Duarte et al., (2015), donde se aprecia que estas la superan entre un 2 y 7%, lo que indicará incrementos de agua a tener en cuenta para la siembra del tomate en la zona teniendo en cuenta las consecuencias de la variabilidad y el cambio climático.

En la Figura 7b se muestran las normas netas estimadas para el ajo en la zona occidental, entre los años 2016 y 2099 que oscilan entre 3 076 y 3 294 m³∙ha^-1, con un promedio de 3 186 m³∙ha^-1 cuando se comparan estos valores de norma neta con la norma recomendada por (Duarte et al., 2015), que presenta un valor de 2 720 m³∙ha^-1, es evidente que esta última no será capaz de darle al cultivo toda el agua necesaria para su desarrollo óptimo, teniendo en cuenta que las necesidades hídricas fueron aumentando a partir del aumento de las variables climáticas a consecuencia de la variabilidad y el cambio climático, por lo que las lluvias estimadas para la región son insuficientes para satisfacer la demanda.

Para la zona occidental fue estudiado otro cultivo como el maíz T66 demostrándose la diferencia entre la norma neta actual y las que se requerirán en los próximos años, según escenario climático utilizado

En la Figura 7c se muestran las normas netas del maíz entre los años 2016 y 2099 las cuales oscilan entre 5 108 y 5 504 m³.ha^-1, con un promedio de 5 324 m³∙ha^-1, cuando se comparan estos valores de norma neta con la norma recomendada por Duarte et al. (2015), representado por un valor de 4 800 m³∙ha^-1, lo cual evidencia que esta última no será capaz de darle al cultivo toda el agua necesaria para su desarrollo óptimo, teniendo en cuenta que las necesidades hídricas fueron aumentando a partir del aumento de las variables climáticas en la región.

En el caso de la lechuga según la figura 8b al comparar las normas estimadas para los próximos años hasta el 2030, con la que actualmente se utiliza para el riego a cielo abierto se aprecia la existencia de variaciones en las mismas. En particular en el período 2021 los valores se hacen casi iguales aunque las normas se sobrepasan entre 7 (2 193 m³∙ha^-1) y 9% (2 446 m³.ha^-1) de las que actualmente se aplican (1 620 m³∙ha^-1).

Normas netas de riego ajustadas a la variabilidad y cambio climático para el uso del pronóstico de riego (Figuras 7A, B, C y D)

Normas netas ajustadas para periodos 2016-2099 en maíz T66 (Figura 7C) y lechuga en rango 2016-2030 (Figura 7D)

La Tabla 2 muestra la tendencia que tendrá la zona occidental de Cuba en cuanto a las necesidades de los cultivos hortícolas (tomate, ajo y lechuga) y granos (maíz), aun cuando haya cierto grado de incertidumbre en los datos climáticos del escenario climático (A2), así como incluido el margen de error del modelo utilizado para la estimación de las normas netas. No obstante, actualmente, representan la mejor herramienta que se dispone en la predicción de la condición posible del clima futuro.

En la misma se aprecia que para el tomate habrá que disponer de 4 a 6% más de agua para obtener los beneficios esperados en el rendimiento agrícola potenciado con el riego y su mejor manejo, por cuanto el comportamiento de la lluvia será como se reflejó en la Figura 4. Para el ajo se necesitará alrededor de un 14% más de agua, para la lechuga entre 17 y 19% y para el maíz de invierno 9% más de agua disponible. Todo esto indica la necesidad de hacer un manejo adaptativo en función del agua y las etapas críticas de los cultivos.