Introducción
La demanda creciente por el recurso hídrico en el sector de la agricultura acentúa la necesidad de su manejo cada vez más racional, de modo que permita asegurar el equilibrio del medio ambiente. Por lo que, la operación adecuada de los sistemas de riego es suministrar agua de forma óptima al cultivo, en el momento apropiado y la cantidad suficiente para satisfacer sus necesidades hídricas, con el objetivo de maximizar la productividad del cultivo y minimizar el uso del agua (Mantovani et al., 2012).
El desarrollo de mejores prácticas del manejo del riego, requiere gran conocimiento de la dinámica del agua en el suelo (Canone et al., 2017) por ello, es necesario conocer con precisión los aportes de agua de lluvia y las variaciones de las reservas de agua en la zona radicular del cultivo (Sifuentes et al., 2016).
Desde hace dos décadas, la metodología indirecta es la más utilizada y divulgada para medir de manera rápida y precisa el contenido volumétrico del agua en el suelo, como la Time Domain Reflectometry (TDR) (Stander et al., 2013) que supera los métodos directos. Sin embargo, Kargas y Soulis (2012), y Naranjo y Ataroff (2015), recomiendan la calibración del instrumento a pesar de la calibración que el fabricante proporciona según el tipo de suelo.
Son diversos los estudios realizados que analizan la humedad del suelo empleando sondas TDR para el manejo del agua en el riego (Jung et al., 2013; Flores-Medina et al., 2015; Largaespada y Henríquez, 2015; Soulis y Elmaloglou, 2016) lo que ha permitido ajustar las frecuencias de riego y el coeficiente de cultivo para las condiciones edafoclimáticas, lo que repercute en un uso racional de los recursos hídricos y energéticos. En tal sentido, el objetivo de este trabajo es operar el sistema de riego de pivote central para el cultivo de maíz, a partir de la evaluación de la dinámica de humedad en el suelo, con una sonda TDR portátil.
Métodos
La investigación se desarrolló en la granja “La Legua” de la Empresa Agropecuaria CUBASOY en la provincia de Ciego de Ávila desde el mes de mayo hasta agosto en los años 2013 al 2015. El sistema de riego de pivote central dotado del emisor Rotator ocupa un área de 63,58 ha, con caudal de 78 L s-1 y presión en el pivote de 400 kPa. El relieve es predominantemente llano, con pendiente promedio de 0,1%.
En el área de objeto de estudio predomina el suelo Ferralítico Rojo Típico y sus propiedades hidrofísicas muestran en la Tabla 1, para una profundidad hasta 60 cm.
TABLA 1. Propiedades hidrofísicas del suelo Ferralítico Rojo Típico, provincia Ciego de Ávila (López, 2015)
La operación del sistema de riego de pivote central se realizó mediante el seguimiento de la dinámica de humedad en el suelo, entre el límite superior de la reserva fácilmente utilizable y el límite inferior de la reserva fácilmente utilizable. Se tomó el 85% del límite superior, porque según González-Robaina et al. (2014), este valor propicia en el maíz los máximos rendimientos del cultivo.
Se determinaron la humedad en el suelo antes y después del riego, mediante la toma de lecturas del contenido volumétrico de humedad en el suelo, con la sonda FieldScout TDR 300, modelo 6430FS, con precisión de ± 3% (Figura 1). Las precipitaciones se tomaron de las lecturas del Pluviómetro Digital Portátil TPJ-32 (Figura 2) con diámetro de 200 mm y precisión de ± 0,4 mm y se calculó la precipitación efectiva según las láminas de agua que se almacenaron en cada capa del perfil después de la precipitación.
La sonda TDR-300 fue previamente calibrada por el método gravimétrico con respecto al tipo de suelo según Spectrum Technologies (2013). Se tomaron 31 lecturas el TDR-300 por cada perfil de 20 cm, 30 cm, y 40 cm mediante el empleo de la propia ecuación del fabricante del equipo y amplio rango de humedad. Paralelamente se tomaron el mismo número de muestras de suelo con barrena para la determinación gravimétrica y trasformada a humedad volumétrica mediante la siguiente ecuación:
(1)
donde:
θv - contenido volumétrico de humedad en el suelo (cm3∙cm-3)
θg - contenido gravimétrico de humedad en el suelo (% en peso)
ρw - densidad del agua (1,0 g∙cm-3) y r la densidad aparente (g∙cm-3)
Los valores emitidos por el TDR-300 y los obtenidos a través del método gravimétrico que trasformados a contenido volumétrico de humedad en suelo, fueron representados en un diagrama de dispersión como puntos de coordenadas (x, y) respecto a dos ejes perpendiculares entre sí, señalando en ellos una línea de tendencia en función lineal o cuadrática (Quichimbo Cita). Luego se aplicó el análisis de correlación y se determinó la ecuación para la predicción de los valores de humedad volumétrica, a partir de los valores emitidos por el TDR-300
La toma de lecturas del contenido volumétrico de humedad en el suelo se realizó en 192 puntos distribuidos uniformemente en cada ensayo a profundidades de 20 cm, 30 cm, y 40 cm que se corresponde con el desarrollo radicular del cultivo del maíz (Herrera et al., 2013). El área de riego se dividió en 4 sectores y el lateral del pivote se fraccionó en 4 partes iguales que representan cada uno el 25% del área a 225 m, 93 m, 72 m y 61 m (figura 3) producto a que cada metro de lateral tiene que regar mayor superficie en el mismo tiempo.
En cada tramo del lateral fraccionado se tomaron cuatros lecturas para cada longitud de la barrilla del TDR-300, realizando este proceso durante tres días a la semana para cada etapa inicial, desarrollo, mediados de temporada y final de temporada.
Resultados y Discusión
En la Tabla 2 se ilustra la relación entre el contenido volumétrico de humedad calculado y medido con el TDR-300. Se observa que los análisis de regresión permitieron comprobar la existencia de una estrecha relación entre las medidas suministradas por el TDR-300 y los valores de humedad obtenidos en las muestras de suelo (R2=0,94; R2=0,93; R2=0,96 para las profundidades de 20, 30 y 40 cm). La ecuación matemática entre ambas mediciones resultó lineal y en general los valores obtenidos con el TDR-300 a partir de la calibración del fabricante resultaron superiores a los valores de humedad volumétrica.
TABLA 2. Relación entre el contenido volumétrico de humedad calculado y medido con el TDR-300
En las Figuras 4, 5 y 6 se muestran los resultados de la dinámica de la humedad en suelo mediante la toma de lecturas del TDR-300 operando el pivote central en el cultivo de maíz.
Se observa en las Figuras 4, 5 y 6 como la operación del pivote central en función de la dinámica de humedad en el suelo obtenida por medio del TDR-300, el contenido volumétrico de humedad en el suelo se mantuvo entre el límite superior de la reserva fácilmente utilizable y el límite inferior de la reserva fácilmente utilizable.
En las Figuras 5 y 6 se puede observar que el contenido volumétrico de humedad en el suelo los primeros 20 cm estuvo más cercano al límite inferior de la reserva fácilmente utilizable, debido a las condiciones meteorológicas que provocó una disminución de las precipitaciones y genera menor la lámina de agua almacenada en la primera capa, porque influye más el proceso de evaporación.
La precipitación efectiva incrementó el contenido volumétrico de humedad en el suelo, lo que permitió suplir el 47,47%, 29,16% y el 16,75% de la lámina bruta durante los años 2013, 2014 y 2015 respectivamente, que originó menor número de riego y ajuste del intervalo de riego de 4 y 5 días.
En la Figura 7 se muestran los mapas de isolíneas del contenido volumétrico de humedad en el suelo para los años en estudio. Se observa que la humedad en el suelo en todas las fases del cultivo del maíz se comportó entre 32 y el 36%, favorable para la obtención del rendimiento máximo según las necesidades hídricas para cada etapa. Factor que influenció para obtener un aumento del rendimiento de 15% con respecto a 12 pivotes centrales cercanos al área de estudio, siendo el año 2013 el más significativo, porque mantuvo un óptimo contenido volumétrico de humedad en el suelo superior a los 34,5%.
Se puede concluir que la operación del sistema de riego de pivote central en función de la dinámica de humedad en el suelo obtenida por el TDR-300 posibilitó una disminución del volumen de agua en 31,13% y la energía eléctrica consumida para el riego en 25% en los años 2013, 2014 y 2015. Los resultados anteriormente mencionados concuerdan con los obtenidos por Rodríguez-Díaz et al. (2011), que alcanzaron una reducción del volumen del agua y energía eléctrica en los sistemas de riego de pivote central entre el 15 al 30 %.
Conclusiones
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El uso de la sonda TDR-300 mostró ser un método eficaz que permitió obtener de forma rápida y eficiente las lecturas del contenido volumétrico de humedad en el suelo para operar el pivote central con una lámina de agua que se mantuviera entre el límite superior y el límite inferior de la reserva fácilmente utilizable.
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La operación del pivote central en función de la humedad en el suelo tomada con la sonda TDR-300 permitió disminuir el consumo de agua y energía eléctrica y un aumento de los rendimientos del cultivo de maíz.