Irrigation Infrastructure

The UBPC has a total area of 403.0 ha distributed over 17 farms, of which 144.0 ha are under irrigation, including 82,0 ha with sprinkler irrigation linked to 6 semi-stationary systems (medium pressure) and 62.0 ha to irrigation with 5 center pivot machines (Rodríguez-Correa & Bonet-Pérez, 2018RODRIGUEZ-CORREA, D.; BONET-PÉREZ, C.: “Propuesta de estrategia de extensión de buenas prácticas de riego en una unidad productiva agrícola”, Revista Ingeniería Agrícola, 8(2): 35-40, 2018, ISSN: 2227-8761, Publisher: Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola.).

The UBPC has a supply source of surface water (Borges micro dam) for irrigation. Its main parameters occupy a total volume of 1.102 MM m³, according to the information from the Hydraulic Exploitation Company in Camagüey (INRH-Cuba, 2018INRH-CUBA: Parámetros principales de la Micro presa Borges., Inst. Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos (INRH), Camagüey, Cuba, 2018.).

The irrigation system works from a main pumping station located in the reservoir, from which the water is pumped by a closed conductor to a regulating box placed at a higher point in the area and then it is distributed by gravity towards the entire irrigation network. It uses closed conductors, which feed the Pumping Stations of each of the irrigation systems installed in the unit (IIRD-Cuba, 2000IIRD-CUBA: Proyecto 2253. Incremento de la efectividad de los sistemas de riego en una unidad productiva de referencia, Inst. Instituto de Investigaciones de Riego y Drenaje (IIRD), Informe de proyecto, La Habana, Cuba, 2000.).

Soils

From an updated study carried out by the Cuban Soil Research Institute IS-Cuba (2010)IS-CUBA: Informe sobre la actualización de los suelos en la UBPC Victoria II para el Programa de Polígonos de Conservación de Suelos, Inst. Instituto de Suelos (IS), Camagüey, Cuba, 2010., it was specified that there are six types of soils at the UBPC "Victoria II" (Figure 2).

Climate

The locality presents typical characteristics of tropical climate of seasonally humid equatorial savannah forests with humid summer and with a comparatively remarkable trend to continental character within the country. Plains predominate in its physical-geographical condition.

The characterization of the UBPC "Victoria II" in 2019, was based on the data offered by the meteorological station of Camagüey, Cuba (78355) CMP-Camagüey (2020)CMP-CAMAGÜEY: Información de evapotranspiración de referencia diaria de la zona de estudio, Inst. Centro Meteorológico Provincial (CMP), Camagüey, Cuba, 2020., located at 21º 24' north latitude and 77º 51' west longitude, with a height of 118 m above sea level, which is the closest and most representative station for the study area (Table 1).

Characterization of the Experimental Area

The research was carried out in areas of electric center pivot machine. The predominant soil in the research area is reddish brown Fersialitic whose main characteristics are shown in Table 2.

Calculation of the Application Efficiency of the Electric Center Pivot Machine

The evaluation of the machine was carried out according to the procedure described in NC ISO 11545 (2009)NC ISO 11545: Máquinas agrícolas para riego-pivotes centrales y máquinas de avance frontal equipadas con boquillas difusoras o aspersores-determinación de la uniformidad de distribución del agua, Inst. Oficina Nacional de Normalización, La Habana, Cuba, 2009. and the obtained values of uniformity coefficient (Cu) and discharge efficiency (Ef) were used to determine the working regime in each of the phases of crop development.

Pivot Machine Adjustment

From the soil and the crop features, the net irrigation standards to be applied by stage of physiological development were determined, which were used for the operation of the regulation table of the pivot machine and the efficiency of application obtained during the evaluation will determine the necessary regulation for the entire crop stage.

TDR-300 Calibration

For the determination of soil moisture, the digital soil moisture sensor TDR-300 (Time Domain Reflectometer) was used (Figure 3).

The TDR-300 probe has proven to be an effective method that allows quickly and efficiently obtain volumetric moisture content readings in the soil to operate the irrigation system and keeping the level of available moisture between the upper and the lower limit of the reserve easily usable (López-Silva et al., 2017LÓPEZ-SILVA, M.; CARMENATES-HERNÁNDEZ, D.; MUJICA-CERVANTES, A.; PANEQUE-RONDÓN, P.: “Operación del pivote central evaluando la dinámica de humedad en el suelo con TRD”, Revista Ingeniería Agrícola, 7(3): 11-16, 2017, ISSN: 2227-8761, Publisher: Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola.).

Before starting the study, the TDR-300 equipment was calibrated using the gravimetric method to determine the moisture present, using a SORTORIOS Signum 1 digital scale with a weighing range of up to 35 kg and a precision of 0.1 g (Figure 4).

Calculation of Crop Evapotranspiration

To determine moisture of the soil to be used in the moisture balance, a control position was defined (Figure 5) occupying an area of 4 m²; in it, soil moisture sampling was carried out every five days.

From the moisture present, the moisture reserve was calculated.

Where: W. Moisture reserve (mm); H. Depth to moisten (mm); Gives. Apparent density (mm); Moisture present (mm).

From the soil moisture balance method, the initial and final reserve moisture of the period was calculated, considering the final reserve of one period as the initial reserve of the following period:

Where: Wf. Final reserve (mm); Wi- Initial reserve (mm); R. Net irrigation standard (mm); Lla. Usable rainfall (mm); Etc. Evapotranspiration (mm).

The value of the magnitude of the rainfall that occurred was measured with a rain gauge located in the research area, performing the daily reading at the same time. The calculation of usable rainfall during the period was carried out taking into account the rainfall (Ll) and the irrigation (R) applied, as well as the ETc of the crop during the decade evaluated in the period prior to the rain.

After calculating the final Wf, the ETc of the evaluated period is determined taking into account the irrigations carried out and the usable rainfall, according to the following equation:

Where: ETc. Crop evapotranspiration (mm); Wi- initial moisture reserve (mm); Wf- final moisture reserve (mm); LLa- usable rainfall (mm); R- irrigation (mm).

Calculation of the Kc

During 2019-2020 and 2020-2021 campaigns, bean evapotranspiration behavior was calculated; the average results obtained are shown.

The methodology approved by the FAO for the study of crop evapotranspiration (ETc) is based on its calculation as the product of the reference evapotranspiration (ETo) and the crop coefficient (Kc) (Bonet-Pérez et al., 2010BONET-PÉREZ, C.; ACEA-LAHERA, I.; BROWN-MANRIQUE, O.; HERNÁNDEZ-VICTORIA, M.; DUARTE-DÍAZ, C.: “Coeficientes de cultivo para la programación del riego de la piña”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 19(3): 23-27, 2010, ISSN: 2071-0054, Publisher: Universidad Agraria de La Habana.).

The Kc values were calculated from the relationship of the moisture balance of the period every five days knowing the ETc and the ETo, according to the expression:

For this, the forecast of the behavior of the reference evapotranspiration (ETo) for the study area was obtained weekly from the Province Meteorological Center (CMP) in Camagüey, Cuba CMP-Camagüey (2020)CMP-CAMAGÜEY: Información de evapotranspiración de referencia diaria de la zona de estudio, Inst. Centro Meteorológico Provincial (CMP), Camagüey, Cuba, 2020. (Figure 6).

The Kc values obtained were transformed into the steps described in the Penman-Monteith method (Allen et al., 2006ALLEN, R.G.; PEREIRA, L.S.; RAES, D.; SMITH, M.: Evapotranspiración del cultivo: guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos, Ed. Estudio FAO Riego y Drenaje 56, vol. 298, Roma. Italia, 2006, ISBN: 92-5-304219-2.).

After performing the calculation, the Kc curve was prepared from the data obtained, determining the duration of the development stages and the value of the Kc corresponding to each one, the curve represents the changes along of their growth period.

Validation of Kc Results

The validation of the results is aimed at verifying the results obtained under production conditions, it was carried out during 2021-2022 campaign, for which the ETc values were determined from the moisture balance, with this information and the ETo values obtained from the Meteorological Center of Camagüey, Cuba CMP-Camagüey (2020)CMP-CAMAGÜEY: Información de evapotranspiración de referencia diaria de la zona de estudio, Inst. Centro Meteorológico Provincial (CMP), Camagüey, Cuba, 2020., the Kc were calculated, the values obtained were compared with those calculated during the research stage.

Evaluation of the Electric Center Pivot Machine

As a result of the evaluation of the electric center pivot machine, values of Uniformity Coefficient and Application Efficiency of 82 % and 75 %, respectively, were obtained. Tarjuelo (2005)TARJUELO, J.M.: El riego por aspersión y su tecnología, Ed. Mundi-Prensa, Tercera ed., Madrid, España, Centro Regional de Estudios del Agua-CREA- Universidad de Castilla-La Mancha, 2005, ISBN: 84-8476-239-4. considers that for this technology, the Uniformity Coefficient is adequate in the range between 85 and 90 % (Jiménez, et al. , 2011JIMÉNEZ, E.; DOMÍNGUEZ, M.; PÉREZ, R.: “Parámetros de explotación y uniformidad de riego en la máquina de pivote central OTECH-IRRIMEC”, Revista Ingeniería Agrícola, 1(1): 7-12, 2011, ISSN: 2227-8761, Publisher: Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola.), for which the value obtained can be classified as acceptable. The Application Efficiency, however, is low, which is attributed to prevailing wind speed that usually behaved in the range of 2.8 to 3.5 m/s, during the operation of this irrigation system. Hence, in the development of the research, one of the aspects taken into account was to place the emitters at the same height to reduce the incidence of the wind. Referring to that, Tarjuelo (2005)TARJUELO, J.M.: El riego por aspersión y su tecnología, Ed. Mundi-Prensa, Tercera ed., Madrid, España, Centro Regional de Estudios del Agua-CREA- Universidad de Castilla-La Mancha, 2005, ISBN: 84-8476-239-4. indicates to reduce the height of the emitter to diminish losses due to evaporation and drag, without harm irrigation quality parameters; night irrigation also contributes to reduce these hindrances.

Pivot Machine Regulation

The results of the necessary regulation for the application of irrigation throughout the cropping stage are shown in Table 3.

TDR Calibration - 300

With the calibration of the TDR-300, values were obtained which reflect the relationship between the equipment reading and the soil moisture in the research area, as shown in Table 4.

Calculation of Crop Evapotranspiration

During the cropping cycle, there were 6 rain events with a total magnitude of 62.5 mm and 51% utilization. Figure 7 shows their distribution.

During the entire crop cycle, 16 irrigations were carried out; total moisture inputs were 263 mm. Its distribution is shown in figure 8.

The results of crop evapotranspiration (ETc) obtained from moisture balance by stages of physiological development are shown in Table 5.

The ETc values varied at all stages of crop development, increasing as the crop grows and develops, reaching its maximum value at the time of flowering and pod formation.

The results reported by different authors coincide in stating that bean is a crop susceptible to both, excess and deficit of moisture, during its development cycle (Polón-Pérez et al., 2014POLÓN-PÉREZ, R.; MIRANDA-CABALLERO, A.; RAMÍREZ-ARREBATO, M.A.; MAQUEIRA-LÓPEZ, L.A.: “Efectos del estrés de agua sobre el rendimiento de granos en la fase vegetativa en el cultivo del frijol (Phaseolus vulgaris L.)”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 23(4): 33-36, 2014, ISSN: 2071-0054, Publisher: Universidad Agraria de La Habana.).

The highest consumption is observed in the flowering and pod formation stage, a result that coincides with reports from Rivera & Chaves (2019)RIVERA, J.C.; CHAVES, C.A.: “Riego restringido en cinco cultivares de frijol (Phaseolus vulgaris L.)”, Boletín Técnico, 17: 2019, Publisher: Universidad de Costa Rica., that identify the period during the flowering stage as critical for water demand.

Calculation of the Kc

A summary of the ETo information received from the Camagüey Meteorological Center, Cuba CMP-Camagüey (2020)CMP-CAMAGÜEY: Información de evapotranspiración de referencia diaria de la zona de estudio, Inst. Centro Meteorológico Provincial (CMP), Camagüey, Cuba, 2020., during the two campaigns of the experimental stage is shown in Table 6.

The Kc integrates the effects of the characteristics that distinguish a reference crop, which has a uniform appearance and completely covers the soil surface. Different crops will have different Kc values and the characteristics of the crop that varies during its growth will also affect the Kc value (Rodríguez-Correa et al., 2022RODRÍGUEZ-CORREA, D.; BONET-PÉREZ, C.; DE LA CARIDAD MOLA-FINES, B.; GUERRERO-POSADA, P.; MARTÍNEZ-DER, C.; MACHADO-CARBALLO, M.: “Estrategias de riego deficitario controlado para el cultivo del frijol”, Revista Ingeniería Agrícola, 12(1): 54-58, 2022, ISSN: 2306-1545, Publisher: Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola.).

The factors that affect the values in the Kc are the characteristics of the crop, the development stage and the duration of the vegetative period. They will have a seasonal variation: initial phase (germination and initial growth with 10 % coverage), development phase (from the end of the initial phase and between 70 % - 80 % coverage), maturing phase (from full coverage to start maturation (leaf fall) and final phase (from the end of the previous phase to harvesting) (Rivera & Chaves, 2019RIVERA, J.C.; CHAVES, C.A.: “Riego restringido en cinco cultivares de frijol (Phaseolus vulgaris L.)”, Boletín Técnico, 17: 2019, Publisher: Universidad de Costa Rica.).

The Penman-Monteith method recommended by Allen et al. (2006)ALLEN, R.G.; PEREIRA, L.S.; RAES, D.; SMITH, M.: Evapotranspiración del cultivo: guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos, Ed. Estudio FAO Riego y Drenaje 56, vol. 298, Roma. Italia, 2006, ISBN: 92-5-304219-2. for calculating the Kc, suggests the use of the graph in which the four stages are framed (Figure 9).

The values obtained were used to prepare the Kc curve (Figure 10).

The results obtained in the research were 0.45 (Kc init), 1.00 (Kc mid) and 0.38 (Kc end), which are similar to Allen et al. (2006)ALLEN, R.G.; PEREIRA, L.S.; RAES, D.; SMITH, M.: Evapotranspiración del cultivo: guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos, Ed. Estudio FAO Riego y Drenaje 56, vol. 298, Roma. Italia, 2006, ISBN: 92-5-304219-2., with values of 0.40; 1.15 and 0.35 and are far from those indicated by Hermoso-Veramendi (2020)HERMOSO-VERAMENDI, S.: “Determinación del coeficiente de cultivo (KC), para frijol (phaseolus vulgaris l.), Bajo invernadero en el centro de investigación y experimentación de Cañasbamba, 2018”, mayo de 2020., which were 0.89; 0.90 and 0.57 respectively. In these last results, it is observed that the Kc values of the initial and middle stages are practically coincident, which is far from the behavior observed during the investigation stage.

The values shown in Figure 10 are in correspondence with what was proposed by Zamora-Herrera et al. (2014)ZAMORA-HERRERA, E.; DUARTE-DÍAZ, C.; CUN-GONZÁLEZ, R.; PÉREZ-HERNÁNDEZ, R.; LEÓN-FUNDORA, M.: “Coeficientes de cultivos (Kc) en Cuba”, Revista Ingeniería Agrícola, 4(3): 16-22, 2014, ISSN: 2306-1545, Publisher: Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola., who have pointed out that during the cropping growth period the variation of Kc expresses the changes in the vegetation and in the degree of soil covering. In the research, it was taken into account from the physiological point of view, when the plant was in the period of highest water demand. That is shown in the results obtained.

Studies carried out by López-Silva et al. (2017)LÓPEZ-SILVA, M.; CARMENATES-HERNÁNDEZ, D.; MUJICA-CERVANTES, A.; PANEQUE-RONDÓN, P.: “Operación del pivote central evaluando la dinámica de humedad en el suelo con TRD”, Revista Ingeniería Agrícola, 7(3): 11-16, 2017, ISSN: 2227-8761, Publisher: Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola., report the possibility of applying Controlled Deficit Irrigation criteria in bean cropping, taking care not to create water stress conditions in the flowering stage and pod formation, which guarantees the highest irrigation water productivity.

While ETo represents an indicator of climatic demand, the value of Kc varies mainly depending on the particular characteristics of the crop and its stage of development, affected only to a small extent depending on the climate. This allows the transfer of standard values of the crop coefficient between different geographical areas and climates (Herrera-Puebla et al., 2018HERRERA-PUEBLA, J.; GONZÁLEZ-ROBAINA, F.; DÍAZ-PÉREZ, Y.: “Consumo de agua y coeficientes de cultivo en el sorgo de grano (Sorgum vulgare L. Monech)”, Revista Ingeniería Agrícola, 8(3): 25-30, 2018, ISSN: 2227-8761, Publisher: Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola.).

Validation of Kc

During validation, the results shown in Table 7 were obtained.

It is observed that the same trend is kept in the behavior of the Kc values, while the variation in relation to the results of the researching stage remains in a range of less than 10 % variation, which confirms the validity of the values calculated.

Infraestructura de riego

La UBPC cuenta con un área total de 403,0 ha distribuidas en 17 fincas, de ellas 144,0 ha bajo riego, que incluyen 82,0 ha con riego por aspersión vinculadas a seis sistemas semi estacionarios (media presión) y 62,0 ha de riego con cinco máquinas de pivote central eléctrica (Rodriguez-Correa y Bonet-Pérez, 2018RODRIGUEZ-CORREA, D.; BONET-PÉREZ, C.: “Propuesta de estrategia de extensión de buenas prácticas de riego en una unidad productiva agrícola”, Revista Ingeniería Agrícola, 8(2): 35-40, 2018, ISSN: 2227-8761, Publisher: Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola.).

La UBPC dispone para el riego de una fuente de abasto de agua superficial (micropresa Borges), sus parámetros principales ocupando un volumen total 1,102 MM m³ según información de la Empresa de Aprovechamiento Hidráulico en Camagüey (INRH-Cuba, 2018INRH-CUBA: Parámetros principales de la Micro presa Borges., Inst. Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos (INRH), Camagüey, Cuba, 2018.).

El sistema de riego funciona a partir de una Estación de Bombeo principal situada en el embalse, a partir del cual el agua es impulsada por una conductora cerrada hasta una caja reguladora situada en un punto alto del área y desde esta por gravedad el agua se distribuye hacia toda la red de riego empleando conductoras cerradas, las cuales alimentan las Estaciones de Bombeo de cada uno de los sistemas de riego instalados de la unidad (IIRD-Cuba, 2000IIRD-CUBA: Proyecto 2253. Incremento de la efectividad de los sistemas de riego en una unidad productiva de referencia, Inst. Instituto de Investigaciones de Riego y Drenaje (IIRD), Informe de proyecto, La Habana, Cuba, 2000.).

Suelos

Mediante la actualización del estudio realizado por el Instituto de Suelos IS-Cuba (2010)IS-CUBA: Informe sobre la actualización de los suelos en la UBPC Victoria II para el Programa de Polígonos de Conservación de Suelos, Inst. Instituto de Suelos (IS), Camagüey, Cuba, 2010., se precisó la existencia de seis tipos de suelos en la UBPC “Victoria II” (Figura 2).

Clima

La localidad presenta características propias de clima tropical de bosques estacionalmente húmedo ecuatorial de sabana con verano húmedo y con una tendencia al carácter continental comparativamente notable dentro del país; en su condición físico-geográfico predominan las llanuras.

Para la caracterización de la UBPC “Victoria II” en el año 2019 se utilizaron los datos correspondientes a la estación meteorológica de Camagüey, Cuba (78355) CMP-Camagüey (2020)CMP-CAMAGÜEY: Información de evapotranspiración de referencia diaria de la zona de estudio, Inst. Centro Meteorológico Provincial (CMP), Camagüey, Cuba, 2020., ubicada en los 21º 24´ de latitud norte y los 77º 51´ de longitud oeste, con una altura de 118 m sobre el nivel del mar, siendo la estación más cercana y representativa para la zona de estudio (Tabla 1).

Caracterización del área experimental

La investigación se llevó a cabo en áreas de una máquina de pivot central eléctrica. El suelo predominante en el área de investigación es el Fersialítico pardo rojizo cuyas principales características se muestran en la Tabla 2.

Cálculo de la eficiencia de aplicación de la máquina de pívot central eléctrica

Se efectuó la evaluación de la máquina según procedimiento descrito en la norma NC ISO 11545 (2009)NC ISO 11545: Máquinas agrícolas para riego-pivotes centrales y máquinas de avance frontal equipadas con boquillas difusoras o aspersores-determinación de la uniformidad de distribución del agua, Inst. Oficina Nacional de Normalización, La Habana, Cuba, 2009., obteniéndose valores de coeficiente de uniformidad (Cu) y eficiencia de descarga (Ef) que fueron utilizados para la determinación del régimen de trabajo en cada una de las fases de desarrollo del cultivo.

Regulación de la máquina de pivot

A partir de las características del suelo y del cultivo se determinaron las normas netas de riego a aplicar por etapa de desarrollo fisiológico, las cuales fueron utilizadas para con el empleo de la tabla de regulación de la máquina de pivot y la eficiencia de aplicación obtenida durante la evaluación determinar la regulación necesaria para toda la etapa del cultivo.

Calibración del TDR-300

Para la determinación de la humedad del suelo se utilizó el sensor digital de humedad del suelo, conocido como TDR-300 (Time Domain Reflectometer) (Figura 3).

La sonda TDR-300 ha demostrado ser un método eficaz que permite obtener de forma rápida y eficiente las lecturas del contenido volumétrico de humedad en el suelo para operar el sistema de riego y mantener el nivel de humedad disponible entre el límite superior y el límite inferior de la reserva fácilmente utilizable (López-Silva et al., 2017LÓPEZ-SILVA, M.; CARMENATES-HERNÁNDEZ, D.; MUJICA-CERVANTES, A.; PANEQUE-RONDÓN, P.: “Operación del pivote central evaluando la dinámica de humedad en el suelo con TRD”, Revista Ingeniería Agrícola, 7(3): 11-16, 2017, ISSN: 2227-8761, Publisher: Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola.).

Previamente al inicio del estudio se procedió a realizar la calibración del equipo TDR-300 utilizando el método gravimétrico para la determinación de la humedad presente, empleando una balanza digital SORTORIOS Signum 1 con rango de pesada hasta 35 kg y precisión de 0,1 g (Figura 4).

Cálculo de la evapotranspiración del cultivo

Para la determinación de la humedad del suelo a emplear en el balance de humedad se definió una posición control (Figura 5) ocupando un área de 4 m²; en la misma se efectuaron los muestreos de humedad del suelo presente cada cinco días

A partir de la humedad presente se calculó la reserva de humedad.

Donde: W. Reserva de humedad (mm); H. Profundidad a humedecer (mm); Da. Densidad aparente (mm); Hp. Humedad presente (mm)

A partir del método de balance de humedad del suelo se calculó la reserva de humedad inicial y final del periodo, considerando la reserva final de un periodo como la reserva inicial del periodo siguiente:

Donde: Wf. Reserva final (mm); Wi- Reserva inicial (mm); R. Norma de riego neta (mm); LLa. Lluvia aprovechable (mm); ETc. Evapotranspiración (mm).

El valor de la magnitud de la lluvia ocurrida se midió con un pluviómetro ubicado en el área de investigación realizándose la lectura diaria en un mismo horario. El cálculo de la lluvia aprovechable durante el periodo se realizó teniendo en cuenta la lluvia (Ll) y el riego (R) aplicado, así como la ETc del cultivo durante la decena evaluada en el periodo anterior a la lluvia.

Después de calcular la Wf final se determina la ETc del periodo evaluado teniendo en cuenta los riegos realizados y la lluvia aprovechable durante el mismo, según la siguiente la ecuación:

Donde: ETc. Evapotranspiración del cultivo (mm); Wi- reserva de humedad inicial (mm); Wf- reserva de humedad final (mm); LLa- lluvia aprovechable (mm); R- riego (mm).

Cálculo de los Kc

Durante las campañas 2019 - 2020 y 2020-2021 se calculó el comportamiento de la evapotranspiración del cultivo del frijol, se muestran los resultados medios obtenidos.

La metodología aprobada por la FAO para el estudio de la evapotranspiración de los cultivos (ETc) se basa en su cálculo como el producto de la evapotranspiración de referencia (ETo) y el coeficiente de cultivo (Kc) (Bonet-Pérez et al., 2010BONET-PÉREZ, C.; ACEA-LAHERA, I.; BROWN-MANRIQUE, O.; HERNÁNDEZ-VICTORIA, M.; DUARTE-DÍAZ, C.: “Coeficientes de cultivo para la programación del riego de la piña”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 19(3): 23-27, 2010, ISSN: 2071-0054, Publisher: Universidad Agraria de La Habana.).

Los valores de Kc fueron calculados a partir de la relación del balance de humedad del periodo cada cinco días conociendo la ETc y la ETo según la expresión:

Para ello se obtuvo con frecuencia semanal desde el Centro Meteorológico Provincial (CMP) en la provincia de Camagüey, Cuba CMP-Camagüey (2020)CMP-CAMAGÜEY: Información de evapotranspiración de referencia diaria de la zona de estudio, Inst. Centro Meteorológico Provincial (CMP), Camagüey, Cuba, 2020., el pronóstico del comportamiento de la evapotranspiración de referencia (ETo) para el área de estudio (Figura 6).

Los valores de Kc obtenidos fueron transformados a las etapas descritas en el método de Penman - Monteith (Allen et al., 2006ALLEN, R.G.; PEREIRA, L.S.; RAES, D.; SMITH, M.: Evapotranspiración del cultivo: guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos, Ed. Estudio FAO Riego y Drenaje 56, vol. 298, Roma. Italia, 2006, ISBN: 92-5-304219-2.).

Después de realizar el cálculo se procedió a la confección de la curva de Kc a partir de los datos obtenidos determinando el periodo de duración de las etapas de desarrollo y el valor de los Kc correspondientes a cada una, representando la curva los cambios a lo largo de su periodo de crecimiento.

Validación de resultados del Kc

La validación de los resultados está encaminada a la comprobación en condiciones de producción de los resultados obtenidos, la misma fue realizada durante la campaña 2021-2022 para lo cual se determinaron los valores de ETc a partir del balance de humedad, con esta información y los valores de la ETo obtenidos del Centro Meteorológico de Camagüey, Cuba CMP-Camagüey (2020)CMP-CAMAGÜEY: Información de evapotranspiración de referencia diaria de la zona de estudio, Inst. Centro Meteorológico Provincial (CMP), Camagüey, Cuba, 2020., se calcularon los Kc, los valores obtenidos fueron comparados con los calculados durante la etapa de investigación.

Evaluación de la máquina de pivot central eléctrica

Como resultado de la evaluación de la máquina de pivot central eléctrica se obtuvieron valores de Coeficiente de Uniformidad y Eficiencia de aplicación de 82% y 75% respectivamente; Tarjuelo (2005)TARJUELO, J.M.: El riego por aspersión y su tecnología, Ed. Mundi-Prensa, Tercera ed., Madrid, España, Centro Regional de Estudios del Agua-CREA- Universidad de Castilla-La Mancha, 2005, ISBN: 84-8476-239-4. considera que para esta tecnología el Coeficiente de Uniformidad resulta adecuado en el rango entre 85 y 90%, Jiménez, et al. (2011)JIMÉNEZ, E.; DOMÍNGUEZ, M.; PÉREZ, R.: “Parámetros de explotación y uniformidad de riego en la máquina de pivote central OTECH-IRRIMEC”, Revista Ingeniería Agrícola, 1(1): 7-12, 2011, ISSN: 2227-8761, Publisher: Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola., por lo cual el valor obtenido puede catalogarse como aceptable, en tanto la Eficiencia de aplicación es baja, lo cual se atribuye a la velocidad del viento predominante que se comportó en el rango de 2,8 a 3,5 m/s, valores habituales durante la operación de este sistema de riego, por lo que en el desarrollo de la investigación uno de los aspectos que se tuvo en cuenta fue colocar los emisores a una misma altura para disminuir la incidencia del viento, refiriéndose al tema Tarjuelo (2005)TARJUELO, J.M.: El riego por aspersión y su tecnología, Ed. Mundi-Prensa, Tercera ed., Madrid, España, Centro Regional de Estudios del Agua-CREA- Universidad de Castilla-La Mancha, 2005, ISBN: 84-8476-239-4., uno de los aspectos planteados es la reducción de la altura del emisor al suelo, para disminuir las pérdidas por evaporación y arrastre, sin perjudicar los parámetros de calidad de riego y el riego nocturno contribuye también a reducir estas afectaciones.

Regulación de la máquina de pivot

Los resultados de la regulación necesaria para la aplicación de los riegos en toda la etapa del cultivo se muestran en la Tabla 3.

Calibración del TDR - 300

Con la calibración del TDR- 300 se obtuvieron valores que reflejan la relación entre la lectura del equipo y la humedad del suelo en el área de investigación como se muestra en la Tabla 4.

Cálculo de la evapotranspiración del cultivo

Durante el ciclo del cultivo se produjeron 6 eventos de lluvias con una magnitud total de 62,5 mm y 51% de aprovechamiento. En la Figura 7 se muestran su distribución.

Se realizaron 16 riegos, en total los ingresos de humedad durante todo el ciclo del cultivo fueron de 263 mm, su distribución se muestra en la Figura 8.

Los resultados de la evapotranspiración del cultivo (ETc) obtenidos a partir del balance de humedad por etapas de desarrollo fisiológico se muestran en la Tabla 5.

Los valores de ETc variaron en todas las etapas de desarrollo del cultivo, aumentando a medida que el cultivo fue creciendo y se desarrollándose, alcanzando su valor máximo en el momento de la floración y formación de vainas.

Los resultados reportados por diferentes autores coinciden en plantear que el frijol es un cultivo susceptible tanto al exceso de humedad como a su déficit durante su ciclo de desarrollo (Polón-Pérez et al., 2014POLÓN-PÉREZ, R.; MIRANDA-CABALLERO, A.; RAMÍREZ-ARREBATO, M.A.; MAQUEIRA-LÓPEZ, L.A.: “Efectos del estrés de agua sobre el rendimiento de granos en la fase vegetativa en el cultivo del frijol (Phaseolus vulgaris L.)”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 23(4): 33-36, 2014, ISSN: 2071-0054, Publisher: Universidad Agraria de La Habana.).

Se observa el mayor consumo en la etapa de Floración y Formación de vainas, resultado coincidente con reportes de Rivera y Chaves (2019)RIVERA, J.C.; CHAVES, C.A.: “Riego restringido en cinco cultivares de frijol (Phaseolus vulgaris L.)”, Boletín Técnico, 17: 2019, Publisher: Universidad de Costa Rica., que identifican el periodo comprendido durante la etapa de floración como crítico para la demanda de agua.

Cálculo de los Kc

Un resumen de la información de la ETo recibida desde el Centro Meteorológico Provincial Camagüey, Cuba CMP-Camagüey (2020)CMP-CAMAGÜEY: Información de evapotranspiración de referencia diaria de la zona de estudio, Inst. Centro Meteorológico Provincial (CMP), Camagüey, Cuba, 2020. durante las dos campañas de la etapa experimental se muestra en la Tabla 6.

El Kc integra los efectos de las características que distinguen a un cultivo de referencia, el cual posee una apariencia uniforme y cubre completamente la superficie del suelo, distintos cultivos poseerán distintos valores de Kc, las características del cultivo que varían durante el crecimiento del mismo también afectarán al valor del Kc (Rodríguez-Correa et al., 2022RODRÍGUEZ-CORREA, D.; BONET-PÉREZ, C.; DE LA CARIDAD MOLA-FINES, B.; GUERRERO-POSADA, P.; MARTÍNEZ-DER, C.; MACHADO-CARBALLO, M.: “Estrategias de riego deficitario controlado para el cultivo del frijol”, Revista Ingeniería Agrícola, 12(1): 54-58, 2022, ISSN: 2306-1545, Publisher: Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola.).

Los factores que afectan los valores en el Kc son las características del cultivo, la etapa de desarrollo y la duración del período vegetativo; tendrán una variación estacional: fase inicial (germinación y crecimiento inicial con el 10% de cobertura), fase de desarrollo (desde el final de fase inicial y entre 70% - 80% de cobertura), fase de maduración (desde cobertura completa hasta inicio de maduración (caída de hojas) y fase final (desde el final de fase anterior hasta la cosecha) (Rivera y Chaves, 2019RIVERA, J.C.; CHAVES, C.A.: “Riego restringido en cinco cultivares de frijol (Phaseolus vulgaris L.)”, Boletín Técnico, 17: 2019, Publisher: Universidad de Costa Rica.).

El método Penman - Monteith recomendado por Allen et al. (2006)ALLEN, R.G.; PEREIRA, L.S.; RAES, D.; SMITH, M.: Evapotranspiración del cultivo: guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos, Ed. Estudio FAO Riego y Drenaje 56, vol. 298, Roma. Italia, 2006, ISBN: 92-5-304219-2. para el cálculo de los Kc sugiere la utilización del gráfico en el cual se enmarcan las cuatro etapas (Figura 9).

Los valores obtenidos fueron utilizados para la confección de la curva de Kc Figura 10).

Los resultados obtenidos en la investigación fueron 0,45 (Kc inic), 1,00 (Kc med) y 0,38 (Kc fin), los cuales se asemejan a reportes de Allen et al. (2006)ALLEN, R.G.; PEREIRA, L.S.; RAES, D.; SMITH, M.: Evapotranspiración del cultivo: guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos, Ed. Estudio FAO Riego y Drenaje 56, vol. 298, Roma. Italia, 2006, ISBN: 92-5-304219-2., con valores de 0,40; 1,15 y 0,35 y se alejan de los señalados en Hermoso-Veramendi (2020)HERMOSO-VERAMENDI, S.: “Determinación del coeficiente de cultivo (KC), para frijol (phaseolus vulgaris l.), Bajo invernadero en el centro de investigación y experimentación de Cañasbamba, 2018”, mayo de 2020., que fueron de 0,89; 0,90 y 0,57 respectivamente; en estos últimos resultados se observa que los valores de Kc de las etapas inicial y media son prácticamente coincidentes, lo cual se aleja del comportamiento observado durante la etapa de investigación.

Los valores mostrados en la Figura 10 están en correspondencia con lo planteado por Zamora-Herrera et al. (2014)ZAMORA-HERRERA, E.; DUARTE-DÍAZ, C.; CUN-GONZÁLEZ, R.; PÉREZ-HERNÁNDEZ, R.; LEÓN-FUNDORA, M.: “Coeficientes de cultivos (Kc) en Cuba”, Revista Ingeniería Agrícola, 4(3): 16-22, 2014, ISSN: 2306-1545, Publisher: Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola., quienes han señalado que durante el período de crecimiento del cultivo la variación del Kc expresa los cambios en la vegetación y en el grado de cobertura del suelo, en la investigación se tuvo en cuenta desde el punto de vista fisiológico cuando la planta estaba en el período de más alta demanda hídrica demostrado en los resultados obtenidos.

Estudios realizados por López-Silva et al. (2017)LÓPEZ-SILVA, M.; CARMENATES-HERNÁNDEZ, D.; MUJICA-CERVANTES, A.; PANEQUE-RONDÓN, P.: “Operación del pivote central evaluando la dinámica de humedad en el suelo con TRD”, Revista Ingeniería Agrícola, 7(3): 11-16, 2017, ISSN: 2227-8761, Publisher: Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola., reportan la posibilidad de aplicar criterios de Riego Deficitario Controlado en el cultivo del frijol cuidando de no crear condiciones de estrés hídrico en la etapa de floración y formación de vainas, con lo cual se garantiza la mayor productividad del agua de riego.

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 (Herrera-Puebla et al., 2018HERRERA-PUEBLA, J.; GONZÁLEZ-ROBAINA, F.; DÍAZ-PÉREZ, Y.: “Consumo de agua y coeficientes de cultivo en el sorgo de grano (Sorgum vulgare L. Monech)”, Revista Ingeniería Agrícola, 8(3): 25-30, 2018, ISSN: 2227-8761, Publisher: Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola.).

Validación de resultados del Kc

Durante la validación se obtuvieron los resultados que se muestran en la Tabla 7.

Se observa que se mantiene la misma tendencia en el comportamiento de los valores de Kc, en tanto la variación en relación a los resultados de la etapa investigativa se mantienen en un rango menor al 10% de variación, lo cual confirma la validez de los valores calculados.