La adecuada planificación del agua para riego esta siempre basada en un adecuado balance del agua, que implica el conocimiento de las necesidades de agua del cultivo y del conocimiento de la disponibilidad del agua en la fuente. Las necesidades de agua del cultivo están determinadas por la demanda climática y el tipo de cultivo, estos dos parámetros a su vez, están relacionados entre sí a través del denominado coeficiente de cultivo (Kc).
El coeficiente de cultivo (Kc) es un valor obtenido al relacionar la evapotranspiración del cultivo (ETc) con la evapotranspiración de referencia (ET0) que varía en el tiempo debido a los factores que influyen en el desarrollo del cultivo y las prácticas agronómicas. De este modo, la evapotranspiración del cultivo ETc se calcula como el producto de la evapotranspiración del cultivo de referencia ETo y el coeficiente del cultivo Kc (Allen et al., 2006):
ETc
- evapotranspiración del cultivo [mm∙d-1];
Kc
- coeficiente del cultivo;
ETo
- evapotranspiración del cultivo de referencia [mm∙d-1].
De acuerdo con Allen et al. (2006), la mayoría de los efectos de los diferentes factores meteorológicos se encuentran incorporados en la estimación de ETo. Por lo tanto, mientras ETo representa un indicador de la demanda climática, el valor de Kc varía principalmente en función de las características particulares del cultivo y su estado de desarrollo, afectado solo en una pequeña proporción en función del clima. Esto permite la transferencia de valores estándar del coeficiente del cultivo entre distintas áreas geográficas y climas. Este hecho constituye la razón principal de la aceptación general y utilidad de la metodología del coeficiente del cultivo.
En Cuba, en la década del 80-90 se aplicó, con éxito, el llamado “pronostico del riego” (Rey et al., 1982; Roque et al., 1989), el cual introducía en la ecuación de balance hídrico simplificada el cálculo de la ETc utilizando los valores de la evaporación (Eo) en un tanque evaporímetro clase “A” y los coeficientes de cultivos (denominados coeficientes bioclimáticos, Roque et al, 1989) y que habían sido determinados en investigaciones de campo por el Instituto de Investigaciones de Riego y Drenaje (Duarte et al., 2015).
En los últimos años, en Cuba diversos trabajos se han dirigido a la actualización del Kc utilizando la metodología descrita por Allen et al. (2006) con el fin de estandarizar los mismos a tono con la tendencia mundial. De este modo, Zamora et al. (2014), realizaron un detallado estudio de estos coeficientes en 10 diferentes cultivos de importancia para Cuba donde incluyo hortalizas (8 especies, 14 cultivares), la malanga (Xantosomas sp.) y el maíz. Por su parte, Cun et al. (2015) obtuvieron valores de Kc para la lechuga (Lactuca sativa L, variedad BSS-1) y Herrera et al. (2010) y Herrera et al. (2015) lo hicieron para el Kng grass y las hierbas de césped utilizadas en campos deportivos respectivamente. Chaterlan et al. (2015) calcularon los coeficientes duales de cultivo (Kc= Kcb+ Ke) para la cebolla, el ajo, la zanahoria y el pimiento.
El sorgo para grano es un cultivo que se propaga rápidamente en Cuba, tanto en áreas de secano como bajo riego, puede sembrarse a lo largo del año y su repuesta al riego en condiciones de déficit de humedad en el suelo ha sido demostrada en trabajos experimentales realizados en el país (Gonzales et al., 2011; Herrera et al., 2016). En esta situación, la disponibilidad de coeficientes de cultivos y de los requerimientos de agua determinados experimentalmente, son un parámetro clave para el buen manejo del riego, la obtención de rendimientos óptimos y económicos y el uso eficiente del agua, por ello, este trabajo fue conducido con el objetivo de determinar los requerimientos de agua del cultivo y los coeficientes de cultivo del sorgo para sus diferentes estadios de desarrollo en las condiciones de la región occidental de Cuba.
El experimento se realizó en la Estación Experimental del Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola (IAgric), localizada en el sur de la provincia de Artemisa (22°47’ N, 82° 36’ W) con una altura sobre el nivel del mar de 6m. El sorgo fue sembrado durante dos épocas, la primera siembra se desarrolló desde el 21 de junio al 24 de septiembre de 1986 y corresponde a la época de lluvias y mayores temperaturas; la segunda se realizó el 13 de diciembre y se cosechó el 10 de abril de 1987 y estuvo comprendida en la época invernal que se corresponde con el periodo seco del año y con menores temperaturas.
La Tabla 1, elaborada a partir de los datos tomados en la estación meteorológica del sitio experimental, muestra el comportamiento de las variables climáticas durante las decenas de crecimiento del sorgo para las dos épocas de siembra.
El suelo de la estación es Ferralítico Rojo compactado (Hernández et al., 1996), que puede considerarse de textura media, el contenido de agua a capacidad de campo (Cc), determinado in situ hasta una profundidad de 1 m fue de 361,7 mm∙m-3 y el límite inferior del agua fácilmente aprovechable (limite productivo) 307,4 mm∙m-3.
Una descripción más completa del suelo del área experimental, así como el diseño experimental y los tratamientos de riego puede ser encontrada en Herrera et al. (2016), estos autores emplearon una combinación de dosis de fertilizante nitrogenado (33, 68 y 100 kg∙ha-1 de nitrógeno) y 3 niveles de riego (limite productivo al 85% de la humedad correspondiente a la capacidad de campo, al 75% de la capacidad de campo y con riegos solo en la germinación), y concluyeron que los mejores resultados se obtuvieron con 33 kg N y el riego al 85% de Cc Teniendo en cuenta lo anterior, este fue el tratamiento escogido para la determinación del consumo de agua del cultivo y el cálculo del Kc, contrastado con el tratamiento de 75% Cc e igual nivel de N.
La humedad del suelo fue determinada en cada tratamiento utilizando el método gravimétrico a diferentes intervalos de muestreo según el tratamiento de riego. Las muestras de suelo fueron tomadas a intervalos de 0,1 m en el perfil del suelo hasta la profundidad de 0,4 m.
La ETo fue determinada para cada decena de crecimiento del cultivo en ambas épocas con los valores de los elementos del clima mostrados en la Tabla 1 y utilizando la ecuación de Penman-Monteith (EtPM) descrita por Allen et al. (2006) como:
ETo
- evapotranspiración de referencia (mm∙día-1);
Rn
- radiación neta en la superficie del cultivo (MJ∙m-2∙día-1);
Ra
- radiación extraterrestre (mm∙día-1);
G
- flujo del calor de suelo (MJ∙m-2∙día-1);
T
- temperatura media del aire a 2 m de altura (°C);
u2
- velocidad del viento a 2 m de altura (m∙s-1);
es
- presión de vapor de saturación (kPa);
ea
- presión real de vapor (kPa);
es
- ea - déficit de presión de vapor (kPa);
∆
- pendiente de la curva de presión de vapor (kPa °C-1);
Γ
- constante psicométrica (kPa °C-1).
Para la solución de la ecuación (1) se preparó una hoja Excel a partir de la Planilla para el cálculo de ETo presentada en el recuadro 11, página 67 de la obra de Allen et al. (2006).
La ETc fue determinada mediante el balance simple de agua en el suelo hasta la profundidad de 0,4 m, asumiendo que este fue el máximo valor de perfil de suelo alcanzado por las raíces del cultivo regado. La ecuación utilizada fue:
ETc
- Evapotranspiración del cultivo;
Llap
- lluvia aprovechable;
R
- Riego;
ΔHsuelo
- variación de la humedad del suelo para el periodo de cálculo.
La variación de la humedad del suelo fue calculada a partir de los muestreos gravimétricos antes señalados. El nivel freático en los pozos del área se encuentra por debajo de los 16 m por lo que se consideró nula su influencia.
El coeficiente de cultivo para cada decena de crecimiento fue calculado como:
Posteriormente estos coeficientes fueron ajustados acorde con las etapas de desarrollo del cultivo según demanda la sub rutina Crop del programa CropWat 8.0 para el cálculo de las demandas de agua de los cultivos (FAO, 2009).
Las etapas de desarrollo y su duración fueron como se muestra en la Tabla 2:
Los valores diarios decenales de la ETo calculada según el método de Penman Montheith (Allen et al., 2006) para los dos períodos de siembra estudiados de conjunto con la ETc se muestran en la Figura 1.
En el periodo de invierno (Figura 1a), desde diciembre a abril, donde el ciclo del cultivo duro 120 días, la ETo se incrementó casi linealmente desde la primera decena de crecimiento del cultivo hasta la última, lo cual es coincidente con los valores de Eto obtenidos para este mismo sitio en lisímetros por Bernal (1997) y mediante cálculo para el período 1972/1990 por Roque (1995). Por su parte la ETc del sorgo sigue el patrón normal de consumo que se incrementa desde el periodo inicial (1,5 mm∙dia-1) y obtiene el máximo entre las decenas 6 a la 9 (4 mm∙dia-1) para decaer después en el periodo de maduración (3 mm∙dia-1).
En la siembra de verano, donde transcurre la época más cálida del año y mayores lluvias, el ciclo del cultivo tuvo una menor duración (90 días). En esta época la ETo se mantuvo relativamente estable a lo largo de todo el período de crecimiento y fluctuó entre 5,6 y 4,9 mm, valor diario promedio 35% mayor que en la época de invierno. La Etc del sorgo siguió el mismo patrón que en la época de invierno, pero con valor promedio diario 12% superior al de la época anterior.
La Tabla 3 muestra los valores de consumo diario y los coeficientes de cultivo por periodo de desarrollo y época de crecimiento para el sorgo de grano.
Como puede observarse en la misma, los coeficientes de verano son inferiores a los de invierno, lo cual es consecuencia de que mientras el valor de consumo de agua del cultivo entre ambas épocas de siembra es bastante similar, el valor de la ETo entre ambas épocas, como muestra la Figura 1, es sustancialmente diferente y superior para la época de verano.
| Parámetros | Época | Periodo de crecimiento | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Inicial | Desarrollo | Medio | Final | ||
| Etc del sorgo (mm dia-1) | invierno | 2,3 | 4,2 | 3,7 | 2,9 |
| verano | 2 | 4,8 | 4,4 | 3,7 | |
| Kc Sorgo | invierno | 0,6 | 1,3 | 1,1 | 0,6 |
| verano | 0,4 | 0,9 | 0,8 | 0,8 | |
En estas mismas condiciones, Herrera et al. (2017) encontraron consumos de agua totales para la época de invierno y verano de 490,8 y 412,7 mm respectivamente, lo cual significa una diferencia de solo un 15% de consumo del cultivo entre ambas épocas. Por su parte, Tyagy et al. (2000), trabajando en lisímetros en clima semi árido de la India encontraron valores de 3, 6 y 4 mm∙dia-1 y un consumo total de 495 mm. En Pakistán, Hameed et al. (2014), cuando el sorgo fue irrigado durante todo el ciclo, obtuvo valores de consumo total de 553 mm y de 4,1; 5,8; 4,7 y 3,1 mm∙dia-1 para los períodos de crecimiento inicial, desarrollo, medio y final respectivamente.
La Tabla 4 muestra valores de consumo para todo un ciclo de crecimiento y los coeficientes de cultivo en el sorgo para varias regiones del mundo; los valores de la mediana de los coeficientes de cultivo para los diferentes sitios mostrados en la tabla 4 son de 0,4, 0,8, 1,1 y 0,6 para los períodos de crecimiento inicial, desarrollo, medio y final respectivamente, mientras que los promedios para las dos épocas estudiadas en este trabajo fueron de 0,5; 0,9; 1,1 y 0,7 para periodos de crecimiento similares. La tendencia a lo largo de los periodos de crecimiento son análogos en todos los casos, y el promedio muestra una diferencia mínima de un 8% superior en los coeficientes de este trabajo, lo cual indica la similitud de comportamiento y la vez posibles pequeñas diferencias acorde a variaciones climáticas y también a comportamientos varietales.
| Consumo durante el ciclo (mm) | Periodo de crecimiento Kc | País | Autor | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Inicial | Desarrollo | Medio | Final | |||
| 450 - 750 | 0,4 | 0,7 - 0,75 | 1,0 - 1,15 | 0,75 - 0,8 | FAO | Allen et al. (2006) |
| 0,2 | 1,05 | 1,05 | 0,25 | Baja California (EE.UU) | Snyder et al. (2007) | |
| 0,35 | 0,75 | 1,1 | 0,65 | Chile | CITRA (2017) | |
| 495 | 0,53 | 0,82 | 1,24 | 0,85 | Haryana, India | Tyagy et al. (2000) |
| 491-533 | 0,2 | 1,0 | Uvalde, Texas (EE.UU) | Piccinni et al. (2009) | ||
| 500,7 | 0,45 | 0,83 | 1,18 | 0,78 | Melkassa, Etiopia | Shenkut, et al. (2013) |
| 721-691 | 0,64 | 1,19 | Albacete España | López-Urrea et al. (2016) | ||
| 401- 436 | 0,39 | 0,39 | 1 | 0,61 | Pakistán | Hameed et al. (2014) |
| 596 | 0,62 | 0,85 | 1,15 | 0,48 | Sudan | Bashir et al. (2006) |
| 490,8 | 0,6 | 1,1 | 1,3 | 0,6 | Cuba, invierno | este trabajo |
| 412,7 | 0,4 | 0,8 | 0,9 | 0,8 | Cuba, verano | este trabajo |
La ETc del sorgo para el periodo seco, cuando el cultivo es regado, en las condiciones estudiadas superó a la del periodo lluvioso en un 15%, asociado a la mayor duración del ciclo del cultivo que fue en el primer periodo señalado 30 días mayor que en el segundo, sin embargo los consumos diarios para el periodo de mayor demanda fueron 12% superiores en el segundo periodo (4,8 vs 4,2 mm∙día-1), para un promedio de ambas épocas de 4,5 mm∙día-1.
Pérez, Herrera y González (2016), en condiciones climáticas similares, pero diferente suelo, utilizando el modelo Cropwat obtuvieron consumos promedios picos diarios de 4,3 mm∙día-1; lo cual indica que el valor de consumo diario de 4,5 mm puede ser utilizado como consumo pico en el cultivo para cálculo de las demandas de riego del mismo en la región occidental.
Los coeficientes de cultivo presentados en este trabajo, contribuyen a llenar un vacío en el cálculo de las demandas de riego para este cultivo en desarrollo en el país, aunque los mismos indudablemente son válidos para la región occidental, su uso en el cálculo de las demandas de riego para otras regiones de Cuba, tal y como muestra la tabla 4 no estarían muy alejados de la realidad en tanto no se determinen valores más precisos para otras regiones del país.