Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias Vol. 34, January-December 2025, ISSN: 2071-0054

Cu-ID: https://cu-id.com/2177/v34e24

Original Article

Future Prediction of Net Irrigation Requirements for Coffee Trees under Different Production Scenarios

^iDEnrique Cisneros-Zayas^*✉:enrique.cisneros@iagric.minag.gob.cu cisneroszayasenrique@gmail.com

^iDCarmen Duarte-Díaz

^iDFelicita González-Robaina

^iDJulián Herrera-Puebla

^iDYoima Chaterlán-Duruthy

^iDReinaldo Cun-Gonzáles

^iDVíctor Manuel Tejeda-Marrero

Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola (IAgric), Carretera de Fontanar, km 2 1/2, Reparto Abel Santamaría, Boyeros, La Habana, Cuba. Teléf.: 53 7 645-1731; 645-1353. E-mail: carmen.duarte@iagric.minag.gob.cu, felicita.gonzalez@iagric.minag.gob.cu, julian.herrera@iagric.minag.gob.cu, yoima.chaterlan@iagric.minag.gob.cu, reinaldo.cun@iagric.minag.gob.cu, victor.tejeda@iagric.minag.gob.cu

^{^*}Author for correspondence: Enrique Cisneros-Zayas, e-mail: enrique.cisneros@iagric.minag.gob.cu or cisneroszayasenrique@gmail.com

Abstract

This study aimed to estimate the future net irrigation requirements of coffee trees based on climate variability across different coffee-growing regions in Cuba. Representative sites were selected in the four main mountainous regions of the country where coffee is cultivated. Climate data from the PRECIS model under the RCP 4.5 climate scenario-recommended by the Cuban Institute of Meteorology-were used to evaluate water management needs in each region and crop. The CROPWAT 8.0 modeling program was applied to estimate irrigation requirements for the medium term (2050), based on forecasted climate variability. The obtained results were then compared to the values established in Resolution 17/2020 of the National Institute of Hydraulic Resources. The total net irrigation requirements estimated for coffee trees under future climate conditions indicate an increase ranging from 8.8% in La Palma (equivalent to 8,447.0 m³·ha⁻¹) to 40.5% in Palenque de Yateras (8,793.0 m³·ha⁻¹). The largest differences between total net and reduced irrigation requirements under the RCP 4.5 scenario were found in the western and central regions (48% to 78%), while smaller differences were observed in the eastern region (17% to 51%). A comparison with the values from Resolution 17/2020 shows that future irrigation requirements are between 8.8% and 40.5% higher, indicating increased pressure on water resources in the studied coffee-growing areas.

Keywords:

Climate Change, Estimation, Water Requirements, PRECIS Model

Received: 25/1/2025; Accepted: 10/7/2025

The authors of this work declare no conflict of interests.

Author contributions: Conceptualization: E. Cisneros, C. Duarte, F. González. Data curation: E. Cisneros, C. Duarte, F. González. Formal analysis: E. Cisneros, C. Duarte, J. Herrera. Research: E. Cisneros, C. Duarte, F. González, Y. Chaterlán. Methodology: E. Cisneros, C. Duarte, R. Cun, J. Herrera, V. Tejeda. Software: E. Cisneros, C. Duarte, R. Cun. Supervision: E. Cisneros, J. Herrera, V. Tejeda. Validation: E. Cisneros C. Duarte, F. González, R. Cun. Writing-original draft: E. Cisneros F. González, C. Duarte, J. Herrera. Writing-review & editing: E. Cisneros F. González, C. Duarte, J. Herrera Y. Chaterlán, V. Tejeda.

The mention of trademarks of specific equipment, instruments or materials is for identification purposes, there being no promotional commitment in relation to them, neither by the authors nor by the publisher.

This article is under license Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)

CONTENT

Introduction

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Coffee cultivation is widespread in several tropical countries and it supports economically part of the world's population. This is considered one of the agricultural products with the greatest weight in the world market Vasallo et al. (2020)VASALLO-RODRÍGUEZ, L., MONTES-ESPÍN, R., ESCARRÉ-ESTEVE, A., BONET-JORNET, A., FERNÁNDEZ-SANTANA, I.: Los cafetales de sombra y la conservación de la diversidad biológica. El contexto cubano. Revista Científica Agroecosistemas, 8(3), 122-126, 2020., being also the most traded beverage in the world and the second most consumed beverage after water and for these reasons it has become a staple product for many people around the planet (Rojas, 2018ROJAS, O.E. Determinación del potencial agroecológico del café (Coffea arabica) en Costa Rica. Turrialba 39(3): 279-287, 2018.).

In the case of Cuba, coffee production is concentrated in the provinces of Cienfuegos, Villa Clara and Sancti Spíritus and with a marked development in the eastern region of the country, with the most representative volumes in the provinces of Santiago de Cuba, Guantánamo, Granma and Holguín. (García et al., 2013GARCÍA. R.Y, RAMÍREZ B.M, PAUMIER F.Y.: La actividad cafetalera en la comunidad del plan turquino de farallones de Moa. DELOS. Desarrollo Local Sostenible Grupo Eumed.net/Universidad de Málaga y Red Académica Iberoamericana Local Global Indexada en IN-Recs; LATINDEX; DICE; ANECA; ISOC y DIALNETVol 6. Nº 16 Febrero 2013. www.eumed.net/rev/delos/16).

Irrigation is a decisive factor in agriculture to obtain an adequate yield and, therefore, it is necessary to have an impact on good production in order to contribute to food security and sovereignty of the population (Baltazar & Chipana, 2016BALTAZAR, P.I.; CHIPANA, M.G.: Estudio del comportamiento hidráulico relacionado a la uniformidad de aplicación, mediante el método de riego por aspersión en la estación experimental choquenaira. Revista de Investigación e Innovación Agropecuaria y de Recursos Naturales, 3(3), 18-29, 2016, ISSN: 2409-1618.).

According to Nelson et al. (2009)NELSON, G.C., ROSEGRANT, M.W., KOO, J., ROBERTSON, R., SULSER, T., ZHU, T., RINGLER, C., MSANGI, S., PALAZZO, A.; BATKA, M., MAGALHAES, M., VALMONTE-SANTOS, R., EWING, M. Y LEE, D.: Cambio Climático. El impacto en la agricultura y los costos de adaptación. Instituto Internacional de Investigación sobre Políticas Alimentarias IFPRI. Washington, D.C. 30pp, 2009. agriculture is extremely vulnerable to climate change and the increase in temperatures reduces crop production. This, linked with changes in rainfall patterns, increase the likelihood of crop failure, and on that sense is expected that the impacts of climate change will be negative for agriculture, threatening global food security.

To analyze the different impacts of climate change and due to the high uncertainty regarding future climate conditions, the Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC (2023)IPCC: Sexto Informe de Evaluación, 2023. advises to work with “scenarios”, which are coherent and consistent descriptions of how the Earth's climate system may change in the future.

Among the various publications about IPCC, the scenarios are defined as Representative Concentration Pathways (RCPs) that provide a range of Greenhouse Gas (GHG) emissions and concentrations that allow exploration of the possible future climatic parameters in a broader way than those used in the past.

It should be reiterated that the RCPs are not predictions or policy recommendations; however, they have been chosen to describe possible future scenarios. They are defined taking as reference the intensity of the radiation in 2100, where the estimates for radiation are based on GHG emissions. These “possible future climate scenarios” are derived from the scenarios of possible future GHG emissions, used in climatic models as input for the calculation of climate projections (Cortés et al., 2013CORTÉS, B.C.A.; BERNAL, P.J.; DÍAZ, A.E.; MÉNDEZ, M.J.: Uso del modelo AquaCrop para estimar rendimientos para el cultivo de maíz en los departamentos de Córdoba, Meta, Tolima y Valle del Cauca, Inst. FAO, Informe técnico proyecto de cooperación técnica TCP/COL/3302, Córdoba, Meta, Tolima y Valle del Cauca, Colombia, 62 p., 2013.).

All simulations are carried out globally on a 0.5° grid, covering the period 1850-2100 and the results are evaluated as a function of transient atmospheric CO₂. Temporally, constant management assumptions are made, focusing on the isolated effect of the climatic change on current crop production systems (Jägermeyr et al., 2021JÄGERMEYR, J.; MÜLLER, C.; RUANE, A.C.; ELLIOTT, J.; BALKOVIC, J.; CASTILLO, O.; FAYE, B.; FOSTER, I.; FOLBERTH, J.A.; FUCHS, K.; GUARIN, J.R.; HEINKE, J.; HOOGENBOOM, G.; LIZUMI, T.; JAIN, A. K.; KELLY, D.; KHABAROV, N.; LANGE, S.; ROSENZWEIG, C.: Climate impacts on global agriculture emerge earlier in new generation of climate and crop models. Nature Food, 2(11), 873-885, 2021. DOI: http://doi.org/10.1038/s43016-021-00400-y.).

With the development and popularization of computers, tools are provided to store large volumes of data and perform numerous calculations in agricultural production systems under different management scenarios and contrasting climatic conditions (Flores et al., 2013FLORES, G. H.; OJEDA, W. B.; FLORES, H.; SIFUENTES, E.; MEJIA, E.: Simulación del rendimiento de Maíz (Zea mays L.) en el norte de Sinaloa usando el modelo Aquacrop. Agrociencia, 47(4): 347-359, 2013.).

In recent studies, Camejo et al. (2016)CAMEJO, N.; DÍAZ, Y.; HERRERA, J.: Requerimientos de agua de los cultivos sorgo, maíz y frijol en la “UEB Sierra Maestra” en el municipio Los Palacios, 72pp. Tesis (en opción al título de Ingeniero Hidráulico), Universidad Tecnológica de La Habana-CUJAE, La Habana, Cuba. and Díaz et al. (2016)DÍAZ, Y.; HERRERA, J.; GONZÁLEZ, F.: Estimación de los requerimientos de agua del sorgo (Sorgum vulgare L. Monech) en la región Los Palacios en Cuba, Ingeniería Agrícola, 6(4): 3-10, 2016, ISSN-2306-1545, e-ISSN-2227-8761. used the CropWat model for the calculation of water requirements and irrigation schedules with feasible results. In this context, CropWat is presented as a tool with potentialities to determine irrigation requirements, so it is intended with the present work to estimate in the future the total net irrigation requirements of the coffee plants according to climatic variability in the different areas producing this grain in Cuba.

Materials and Methods

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For the selection of the sites of coffee cropping in the mountainous massifs of Cuba where the coffee plantations are developed, (Sierra de los Órganos, Guamuhaya, Sagua-Nipe-Baracoa and Sierra Maestra), (Figure 1), representatives for the definition of future irrigation needs, was consulted the general director the Coffee, Cocoa and Coconut, of the Agroforestry Group (GAF) of the Cuba Ministry of Agriculture (Minag) (Legrá, 2022LEGRÁ, E.: Comunicación personal. Director general del grupo Café, Cacao y Coco perteneciente al Grupo Agroforetal (GAF) del Ministerio de la Agricultura (Minag)., 2022.).

In the processing of the climatic variables involved in the adjustment of climatic scenarios recommended by INSMET, each system was evaluated to verify which of them will be more restrictive for water management and according to the different climatic regions for coffee plantations and finally in the completion of the necessary information for the entry of data in each of the windows of the CROPWAT version 8.0 program, for its subsequent running for the prediction of future of the water needs of the crop.

Figure 1. Location of the study areas.

Within the mountainous massifs, the following sites were selected (Table 1):

Table 1. Sites selected for the study of future water needs of the coffee trees.

Province	Place	Coordinates		Height (m.o.s.l)
Province	Place	North	West
Pinar del Río	La Palma	22˚ 74 ̍ 89 ̎	-83˚ 55 ̍ 36 ̎	150.0
Villa Clara	Jibacoa	22˚ 01 ̍ 94 ̎	-79˚ 99 ̍ 19 ̎	388.0
Guantánamo	Palenque de Yateras	20˚ 36 ̍ 94 ̎	-74˚ 97 ̍ 00 ̎	423.0
Granma	Guisa	20˚ 26 ̍ 14 ̎	-76˚ 54 ̍ 97 ̎	255.0
Santiago de Cuba	Cruce de los Baños	20˚ 13 ̍ 02 ̎	-76˚ 32 ̍ 41 ̎	189.0
Guantánamo	El Salvador	20˚ 15 ̍ 39 ̎	-75˚ 13 ̍ 43 ̎	102.0

For the study, a 36-year series from 2015 to 2050 was taken from the PRESIS regional model, for the RCP 4.5 scenario, which has a resolution of 125 x 125 km. The variables taken were maximum and minimum temperature, relative humidity, wind speed and rainfalls, which represent the future climatic parameters for the study sites. The water needs of the coffee plants were calculated with emphasis on wet, medium and dry hydrological years. For the selection of the years, the empirical probability was determined from the expression:

P = (\frac{m - 0, 3}{n + 0, 4}) \cdot 100

Where: m: order number, n: number of members of the series.

Each of the years of the series was classified according to its probability. The scenarios of probability are 25 % wet, 50 % medium and 75 % dry, according to Pérez & Álvarez (2005)PÉREZ, R.; ÁLVAREZ, M.: Necesidades de Riego de la Caña de Azúcar en Cuba, Ed. Academia, primera ed., La Habana, Cuba, 219 p., 2005, ISBN: 959-270-065-6..

The soils in the mountainous regions of Cuba where are the coffee plantations were classified according to the latest Soil Classification established in our country Hernández-Jiménez et al. (1999)HERNÁNDEZ-JIMÉNEZ, A.; PÉREZ-JIMENÉZ, J.M.; MESA-NÁPOLES, Á.; FUENTES-ALFONSO, E.; BOSCH-INFANTE, D.: Nueva versión de la clasificación genética de los suelos de Cuba., Ed. Instituto de suelos, 1999., and their correlation Hernández et al. (2005)HERNÁNDEZ, A.; ASCANIO, M.; MORALES, M.; CABRERA, A.: Correlación de la nueva versión de clasificación genética de los suelos de Cuba con las clasificaciones internacionales y nacionales: una herramienta útil para la investigación, docencia y producción agropecuaria, Inst. Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), La Habana, Cuba, 18-59 p., 2005. with the Genetic Classification of Cuban Soils (IS-Cuba, 1980IS-CUBA: clasificación genética de los suelos de cuba, Ed. Editorial Academia, La Habana, Cuba, primera ed., La Habana, Cuba, 28 p., 1980.). Once identified, their hydro physical properties were taken from those reported by Cid et al. (2012)CID, G.; LÓPEZ, T.; GONZÁLEZ, F.; HERRERA, J.; RUIZ, M.E.: “Características físicas que definen el comportamiento hidráulico de algunos suelos de Cuba”, Revista Ingeniería Agrícola, 2(2): 25-31, 2012, ISSN: 2306-1545. (See Table 2).

Table 2. Correspondence between the soils of coffee plantations and those proposed by ) from its hydrophysical functioning

Province	Place	Soils
Pinar del Río	La Palma	Yellowish alithic with typical high clay activity
Villa Clara	Jibacoa	Typical low clay activity yellowish alithic with low clay activity
Granma	Guisa	Fersialithic reddish-brown pulverized soil
Stgo. de Cuba	Cruce de los Baños	Typical yellowish alithic with high clay activity
Guantánamo	El Salvador	Fersialithic reddish-brown pulverized soil
Guantánamo	Palenque de Yateras	Fersialithic reddish-brown pulverized soil

Once the information was processed, Table 3 was prepared with the data inputted in the CropWat program.

Table 3. Soil data inputted in CropWat program.

Place	Field capacity (cm3·cm-3)	Wilting point (cm3·cm-3)	ATD (mm/m)	Infiltration Rate (m·day-1)	Root depth (m)
La Palma	0.235	0.127	108.0	2.6	0.40
Jibacoa	0.168	0.091	77.2	6.2
Guisa	0.333	0.180	153.0	4.9
Cruce de los Baños	0.290	0.157	133.2	2.6
El Salvador	0.332	0.179	152.5	1.15
Palenque de Yateras	0.333	0.180	153.0	4.9

The development phases were taken from Cisneros-Zayas et al. (2015)CISNEROS-ZAYAS, E.; GONZÁLEZ-ROBAINA, F.; MARTÍNEZ-VARONA, R.; LÓPEZ-SEIJAS, T.; REY-GARCÍA, Á.R.: “Respuesta productiva del cafeto al manejo del riego. Función agua-rendimiento”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 24(4): 5-11, 2015, ISSN: 2071-0054. (See Table 4).

Table 4. Average duration of the phases of development of coffee trees, for San Andrés Region.

No	Phases	Durations	Average days
I	Flowering-fruiting	February up to April	89
II	Fructification-fruit development	May up to August	123
III	Ripen-harvest	September - 1st decade December	101
IV	Harvest-recovery	2nd decade December-January	52

Crop Coefficients (Kc): Initial: 1,01 Mid-season: 1,04 Late season: 0,49 Cisneros-Zayas et al. (2015)CISNEROS-ZAYAS, E.; GONZÁLEZ-ROBAINA, F.; MARTÍNEZ-VARONA, R.; LÓPEZ-SEIJAS, T.; REY-GARCÍA, Á.R.: “Respuesta productiva del cafeto al manejo del riego. Función agua-rendimiento”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 24(4): 5-11, 2015, ISSN: 2071-0054.

Sensitivity factor (Ky): 0,52. (González-Robaina et al., 2017GONZÁLEZ-ROBAINA, F.; CISNEROS-ZAYAS, E.; MONTILLA, E.: “Respuesta al déficit hídrico del cafeto (Coffea arabica L.) en diferentes fases de desarrollo”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 26(3): 4-11, 2017, ISSN: 2071-0054.).

Criteria for total irrigation requirements

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The criteria for total irrigation requirements are the following: Irrigation timing: Irrigated at critical depletion. Irrigation Application: Refill soil to field capacity. Irrigation efficiency (Field efficiency) 85 %.

Drip Irrigation. Allowable Depletion Fraction; p=40 %.

Criteria for reduced irrigation requirements

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The criteria for reduced irrigation requirements are the following: Irrigation timing: Irrigated when the ET is reduced for the stage. Development stage; 4 %. Mid-season: 4 %. Late season: 10 %. Irrigation application: Refill soil to field capacity. Irrigation efficiency (Field efficiency) 85 %. Irrigation system: Drip Irrigation. (See Figure 2).

Figure 2. Irrigation criteria for reduced irrigation requirements.

For the reduction of irrigation requirements, was considered the work carried out in Cuba by Valdés & Vento (1984)VALDÉS, C.R.; VENTO, D.H.: “Estudio del contenido de los principales productos de la fotosíntesis en plantas de Coffea arabica L. var. Caturra cultivadas bajo diferentes dosis de nitrógeno”, Cultivos Tropicales, 6(1): 111-122, 1984. and Valdés et al. (1995)VALDÉS, R.; BARRERA, M.; POMBO, F.; VENTO, D.: “Caracterización del sistema de pigmentos foytosintéticos en plantas de cafetos”, Revista Chapingo, Horticultura, 4: 29-32, 1995., who offer elements to affirm that the coffee trees can be considered as an intermediate species between C3 and C4 due to anatomical changes in the foliar photosynthetic apparatus, as well as the assimilation of CO₂. In addition, based on the agronomic management of the coffee trees where is provoked a water stress in the flowering phase for induce and grouping the flowering, it was decided to make reductions in the initial stage of flowering - fruiting and harvest - recovery. It was considered that these reductions did not affect the yield in more than 3 %.

The program CROPWAT, version 8.0, was used to estimate the water requirements of the coffee plants, according to the evapotranspiration of the crop by stages of development year by year from 2015 to 2050. This software allows managing irrigation programs both in unirrigated and in irrigated conditions and it was used to determine the reference evapotranspiration by the FAO Penman-Monteith method starting from the use of the main climatic variables: relative humidity, temperature, wind speed and insolation, as well as the incidence of the effective rainfalls, being processed the new RCP (Representative Concentration Path) scenarios for the coffee growing areas of Cuba (Centella, 2017CENTELLA, A.: La estimación del clima futuro y los escenarios climáticos [Parte 1 y 2], Instituto de Meteorología. La Habana. Cuba, La Habana, Cuba, 2017.).

The estimated irrigation requirements obtained were compared with those approved by the National Institute of Hydraulic Resources (INRH. Resolution 17/2020GOC-CUBA: “Resolución 17- 2020 Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos (INRH)”, Gaceta Oficial de la República de Cuba: 35, ISSN: 0864 I-0793, e-ISSN: 1682-7511, GOC 2020-557-061, 2020.) (GOC-Cuba, 2020GOC-CUBA: “Resolución 17- 2020 Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos (INRH)”, Gaceta Oficial de la República de Cuba: 35, ISSN: 0864 I-0793, e-ISSN: 1682-7511, GOC 2020-557-061, 2020.).

Results and Discussion

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Behavior of the climatic variables of the RCP 4.5 scenario (2020 - 2050) for the study sites

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Table 5 shows the average values of the variables maximum and minimum temperature, relative humidity, wind speed and precipitation for the 2020-2050 series studied for each work site. As can be seen, the maximum temperature (T _max ) varied between 26.5 and 33.8 ºC, the minimum temperature (T _min) between 18.7 and 22,8 ºC, and relative humidity (HR) ranged between 73.6 and 84.6 %. Wind speed (V _v ) was between 0,76 and 2.48 m·s^-1. Finally, precipitation reached a maximum of 2156,0 mm in Jibacoa, Villa Clara and a minimum of 1 040.94 mm in Cruce de los Baños, Santiago de Cuba.

Table 5. Average values of the climatic variables in the 2020-2050 series of the different meteorological stations associated with the study sites

Place	T máx. (º C)	T mín. (º C)	HR (%)	Vv (m s-1)	Rainfall (mm)
La Palma	31.17	22.30	75.7	1.49	1 784.92
Jibacoa	26.57	18.71	84.6	2.48	2 156.00
Palenque de Yateras	33.19	22.88	73.6	1.51	1 256.94
Guisa	33.80	21.23	78.0	1.72	1 040.94
Cruce de los Baños	32.82	20.94	76.5	0.76	1 060.45
El Salvador	33.16	22.98	73.6	1.49	1 093.86

When analyzing the behavior of the reference rainfalls and evapotranspiration (ET ₀ ) variables for the study sites, for the western and central zones represented by the sites La Palma and Jibacoa (Figures 3a, 3b) for most of the years the rainfalls exceeds the ET ₀ , so it could be expected that in the irrigation schedule the total net irrigation requirements will be lower than in other coffee growing sites. In the case of the eastern region represented by the sites Guisa, Cruce de los Baños, El Salvador and Palenque de Yateras (Figures 3c, 3d. 3eCENTELLA, A.: La estimación del clima futuro y los escenarios climáticos [Parte 1 y 2], Instituto de Meteorología. La Habana. Cuba, La Habana, Cuba, 2017.. 3fCENTELLA, A.: La estimación del clima futuro y los escenarios climáticos [Parte 1 y 2], Instituto de Meteorología. La Habana. Cuba, La Habana, Cuba, 2017.) the ET ₀ exceeds the rainfalls, which indicates that in this zone the total irrigation norms may be higher. All the sites of the RCP 4.5 scenario (Figure 4) show a similar behavior with what was proposed by authors such as Planos (2014)PLANOS, E.O.: Síntesis informativa sobre impactos del cambio climático y medidas de adaptación en Cuba., Ed. Sello Editorial AMA, La Habana, La Habana, Cuba, 2014, ISBN: 959-300-044-5. and Centella (2017)CENTELLA, A.: La estimación del clima futuro y los escenarios climáticos [Parte 1 y 2], Instituto de Meteorología. La Habana. Cuba, La Habana, Cuba, 2017..

Figure 3. Behavior of the variables of the rainfalls and reference evapotranspiration (ET ₀ ) for the study sites.

Figure 4. Evaluation of the rainfalls in the climatic scenarios RCP 4.5 for the study sites.

Irrigation demand of coffee plants for each site studied, as a function of rainfall probabilities for the RCP 4.5 climatic scenario

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Table 6 shows how crop evapotranspiration (ETc) performed according to the hydrological year, with the highest values at the Guisa site for the three years (wet, medium and dry) and the lowest at the Jibacoa site. The irrigation strategy obtained through programming guarantees that the reduction in yielding does not exceed 3 %.

The same table shows that the total net water requirements varied according to the year, with values ranging from 753.1 mm per year to 920.5 mm per year depending on the site and altitude. The total reduced net water requirements in correspondence with the years, was in the range of 190.5 mm and 746.1 mm per year.

The partial net water requirements reached values ranging from 14,2 mm (142 m³·ha^-1) to 26,6 mm (266,0 m³·ha^-1) values very similar to those obtained by Cisneros et al. (2006)CISNEROS, E.; REY, R.; ZAMORA, E.; GONZÁLEZ, F.: “Influencia del manejo del riego en el rendimiento del cafeto”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 15(2): 42-46, 2006, ISSN: 1010-2760. irrigating coffee plants in the area of San Andrés Pinar del Rio with a localized irrigation system with micro-sprinklers under the principle of total coverage.

Table 6. Distribution of the total net, partial net and reduced net water requirements for each site according to the hydrological year

Place	Rainfalls probability (%)	ETc (mm)	Total net requirements (mm)		Partial net requirements (mm)		Irrigation number		Yield reduction (%)
Place	Rainfalls probability (%)	ETc (mm)	SR	CR	SR	CR	SR	CR
La Palma Pinar del Río	25	1 290,0	862.3	190.5	17.25	27.21	50	7	2.5
	50	1 378.8	876.1	404.6	18.25	26.97	48	15	2.3
	75	1 320.0	844.7	264.6	17.60	26.46	48	10	2.2
Jibacoa Villa Clara	25	1 026.6	603.4	214.2	15.47	19,47	39	11	2,2
	50	1 078.6	681,4	325.6	14,20	20.35	48	16	2,5
	75	1 193.4	863,5	451.8	14,16	21.51	61	21	3.2
P. de Yateras Guantánamo	25	1 482.3	826.8	522.2	25.84	37.30	32	14	2.7
	50	1 441.6	815.8	569.7	26.32	37.98	31	15	2.8
	75	1 481.4	879.3	576.9	26.65	38.46	33	15	2.7
Guisa Granma	25	1 544.5	857.3	422.5	25.98	38.41	33	11	3.0
	50	1 557.6	858.3	575.1	26.01	38.34	33	15	2.6
	75	1 563.9	893.3	546.1	26.27	39.01	34	14	2.8
C. de Baños Stgo. de Cuba	25	1 412.9	775.3	615.7	23.49	32.41	33	19	3.0
	50	1 377.2	753.1	504.9	22.82	33.66	33	15	3.1
	75	1 435.6	863.7	600.8	22.73	33.38	38	18	3.0
El Salvador Guantánamo	25	1 415.6	886.6	702.0	26.08	36.95	34	19	3.2
	50	1 426.5	920.5	740.3	26.30	37.02	35	20	3.1
	75	1 489.0	895.0	746.1	26.32	37.31	34	20	3.3

Legend: SR: no reduction; CR: with reduction

When analyzing the behavior of the total net water requirements by zones it is appreciated that these vary according to the water balance of the region, since according to the climate scenario RCP 4.5 for the western and central regions in most years the precipitation exceeds the reference evapotranspiration and therefore the difference between the total and reduced norms differs between 48 and 78 % (Figure 5). While for the eastern region, where the balance of the reference evapotranspiration exceeds the rainfalls, the difference between the norms oscillates from 17 % to 51 %. This behavior is normal considering that in the western region a large part of the water demand of the coffee plants is covered by the rainfalls, but this is not the case in the eastern region.

Figure 5. Distribution of water demand by study sites.

Regarding the number of irrigations (Figure 6), there is a similar behavior. In the western and central regions, the differences between the variant of full and reduced water requirements vary between 39 and 61, with reduced requirements ranging between 7 and 21 irrigations. A similar analysis for the eastern region shows that this range is reduced, with values of 31 and 38 full irrigations. For the reduced water applications these range vary from 11 to 20 irrigations, which means 56 % less than those of the western and central regions on average.

Figure 6. Differences in the number of irrigations by study sites.

Study of the total and reduced net requirements obtained by CropWat program and approved in INRH Resolution 17/2020GOC-CUBA: “Resolución 17- 2020 Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos (INRH)”, Gaceta Oficial de la República de Cuba: 35, ISSN: 0864 I-0793, e-ISSN: 1682-7511, GOC 2020-557-061, 2020.

⌅

Table 7 shows the total irrigations approved by INRH in Resolution 17/2020 GOC-Cuba (2020)GOC-CUBA: “Resolución 17- 2020 Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos (INRH)”, Gaceta Oficial de la República de Cuba: 35, ISSN: 0864 I-0793, e-ISSN: 1682-7511, GOC 2020-557-061, 2020. and those estimated through the CropWat program. For La Palma site, in the three hydrological years, the estimates are higher than the current one in percentages that vary between 8.8 and 12, so that in the future for the RCP 4.5 scenario, the coffee trees will need higher number of irrigation than the current one to meet water needs.

In the central region, represented by the Jibacoa site, in the wet and medium years, the net water requirements obtained through the CropWat runs are lower than the current ones, overestimating those approved in the Resolution 17/2020 by 25 and 15.3 respectively. The same is not true for the dry year, where it exceeds the current one by 7.3 %.

Table 7. Comparison between the total net requirements estimated and that approved in the Resolution 17/2020 ()

Place	Probability of rainfalls (%)	Total net requirements estimated by CROPWAT (mm)		Total net Requirements by INRH (mm)	Difference	% Increment
Place	Probability of rainfalls (%)	SR	CR	Total net Requirements by INRH (mm)	SR	% Increment
La Palma Pinar del Rio	25	862.3	190.5	770.6	91.7	10.6
	50	876.1	404.6		105.5	12.0
	75	844.7	264.6		74.1	8.8
Jibacoa Villa Clara	25	603.4	214.2	804.9	-201.5	0
	50	681.4	325.6		-123.5	0
	75	863.5	451.8		58.6	7.3
Guisa Granma	25	857.3	422.5	823.8	33.5	4.0
	50	858.3	575.1		34.5	4.2
	75	893.3	546.1		69.5	8.4
Cruce de Baños Stgo. de Cuba	25	775.3	615.7	786.0	-10.7	0
	50	753.1	504.9		-32.9	0
	75	863.7	600.8		77.7	9.9
P. de Yateras Guantánamo	25	826.8	522.2	626.0	200.8	32.1
	50	815.8	569.7		189.8	30.3
	75	879.3	576.9		253.3	40.5
El Salvador Guantánamo	25	886.6	702.0	789.5	97.1	12.3
	50	920.5	740.3		131.0	16.6
	75	895.0	746.1		105.5	13.4

Legend: SR: no reduction; CR: with reduction

Palenque de Yateras is where the largest increases in total net water demands are predicted, varying between 32.1 % for the wet year and 40.5 % for the dry year. In this site it is necessary to pay special attention to the management of water resources in the future if it is desired to guarantee a good quality coffee production, taking into consideration the weight of the yields of this site in the Cuban coffee economy.

The Guisa and Cruce de los Baños sites have the lowest increases in future net water requirements, which only exceed the current ones by between 4.0 % and 8.4 % in Guisa. At Cruce de los Baños, the present one is overestimated with respect to the future by 1.4 % for the wet year and 4.2 % for the dry year.

Finally, at the El Salvador site, the increases in net water requirements estimated by the CropWat program compared to the current ones vary between 12.3 % and 16.6 %.

In general, for none of the sites studied, the total estimated future net water requirements exceed the current ones by more than 50 %, so they can be considered as normal if it is taken into account that most of the scenarios according to Planos (2014)PLANOS, E.O.: Síntesis informativa sobre impactos del cambio climático y medidas de adaptación en Cuba., Ed. Sello Editorial AMA, La Habana, La Habana, Cuba, 2014, ISBN: 959-300-044-5. and Cortés et al. (2013)CORTÉS, B.C.A.; BERNAL, P.J.; DÍAZ, A.E.; MÉNDEZ, M.J.: Uso del modelo AquaCrop para estimar rendimientos para el cultivo de maíz en los departamentos de Córdoba, Meta, Tolima y Valle del Cauca, Inst. FAO, Informe técnico proyecto de cooperación técnica TCP/COL/3302, Córdoba, Meta, Tolima y Valle del Cauca, Colombia, 62 p., 2013. tend to a significant reduction in the rainfalls and a significant increase in the average air temperature, climatic variables that directly influence water consumption by crops and therefore the increase in irrigation needs.

Conclusions

⌅

The estimation of the total net irrigation requirements for coffee trees according to climatic variability in the coming years for the study sites indicates that there will be an increase ranging from 8 447.0 m³·ha^-1 in La Palma (Pinar del Rio) to 8 793.0 m³·ha^-1 in Palenque de Yateras (Holguin).
The greatest differences between the total and the reduced net water requirements for the RCP 4.5 scenario are in the western and central regions, which vary between 48 % and 78 %, being smaller for the eastern region where they are in the range of 17 % to 51 %.
When comparing the estimated total net water requirements with those approved in Resolution 17/2020, these are higher by between 8.8 % and 40.5 %, which indicates that there will be strong pressure on water resources in the coffee-growing areas studied.
The criterion of reducing the net water requirements for coffee plants in the initial phases of flowering-fruiting and the ripening-harvest phase allows significant water savings with yield effects that do not exceed 3 %.

Acknowledgments

⌅

We would like to thank Dr. C. Arcadio Rios Hernandez for his time reviewing the document in both its Spanish and English versions.

References

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Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias Vol. 34, January-December 2025, ISSN: 2071-0054

Artículo Original

Predicción a futuro de las normas netas de riego del cafeto en diferentes escenarios productivos

^iDEnrique Cisneros-Zayas^*✉:enrique.cisneros@iagric.minag.gob.cu cisneroszayasenrique@gmail.com

^iDCarmen Duarte-Díaz

^iDFelicita González-Robaina

^iDJulián Herrera-Puebla

^iDYoima Chaterlán-Duruthy

^iDReinaldo Cun-Gonzáles

^iDVíctor Manuel Tejeda-Marrero

^{^*}Autor para la correspondencia: Enrique Cisneros-Zayas, e-mail: enrique.cisneros@iagric.minag.gob.cu o cisneroszayasenrique@gmail.com

Resumen

El trabajo se desarrolló con el objetivo de estimar a futuro las normas netas totales de riego del cafeto según la variabilidad climática en diferentes zonas productoras del grano en Cuba. Para ello fueron seleccionados sitios representativos donde se cultiva el cafeto en los cuatro macizos montañosos de Cuba. Se tomaron los datos climáticos del modelo PRECIS en el escenario climático RCPs 4.5, recomendado por el Instituto de Meteorología de Cuba para evaluar el manejo del agua en función de las regiones climáticas y cultivos como el cafeto. Para la estimación de las normas de riego a mediano plazo (2050), en función de los pronósticos de variabilidad climática se utilizó el programa de modelación CROPWAT 8.0. Por último, se compararon las normas de riego obtenidas con las que aparecen en la Resolución 17/2020 del Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos. Las estimaciones de las normas netas totales de riego para el cafeto según la variabilidad climática en los próximos años para los sitios de estudio indican que habrá un incremento de las mismas entre un 8,8 % en La Palma, que equivalen a 8 447,0 m³·ha^-1 y un 40,5 % en Palenque de Yateras (8 793,0 m³·ha^-1). Las mayores diferencias entre las normas netas totales y las normas netas reducidas para el escenario RCP 4.5 se tienen en la región occidental y central las que varían entre 48 % y 78 %, siendo menores para la región oriental donde están en el rango de 17 % a 51 %. Al comparar las obtenidas con las de la resolución 17/2020, estas son superiores entre un 8,8 % y 40,5 % lo que indica que habrá una fuerte presión sobre los recursos hídricos en las zonas cafetaleras estudiadas.

Palabras clave:

cambio climático, estimación, necesidades hídricas, modelo PRECIS

Introducción

⌅

El cultivo del café se extiende por varios países tropicales y sustenta económicamente parte de la población mundial. Se considera uno de los productos agrícolas de mayor peso en el mercado mundial Vasallo et al. (2020)VASALLO-RODRÍGUEZ, L., MONTES-ESPÍN, R., ESCARRÉ-ESTEVE, A., BONET-JORNET, A., FERNÁNDEZ-SANTANA, I.: Los cafetales de sombra y la conservación de la diversidad biológica. El contexto cubano. Revista Científica Agroecosistemas, 8(3), 122-126, 2020., siendo, además, la bebida de mayor comercio en el mundo y la segunda más consumida después del agua y por estas razones se ha convertido en un producto de primera necesidad para muchas personas alrededor del planeta (Rojas, 2018ROJAS, O.E. Determinación del potencial agroecológico del café (Coffea arabica) en Costa Rica. Turrialba 39(3): 279-287, 2018.).

En el caso de Cuba, la producción cafetalera se concentra en las provincias de Cienfuegos, Villa Clara y Sancti Spíritus y con un marcado desarrollo en la región oriental del país, con los volúmenes más representativos en las provincias de Santiago de Cuba, Guantánamo, Granma y Holguín (García et al., 2013GARCÍA. R.Y, RAMÍREZ B.M, PAUMIER F.Y.: La actividad cafetalera en la comunidad del plan turquino de farallones de Moa. DELOS. Desarrollo Local Sostenible Grupo Eumed.net/Universidad de Málaga y Red Académica Iberoamericana Local Global Indexada en IN-Recs; LATINDEX; DICE; ANECA; ISOC y DIALNETVol 6. Nº 16 Febrero 2013. www.eumed.net/rev/delos/16).

El riego constituye un factor decisivo en la agricultura para obtener un adecuado rendimiento, por tanto, se requiere incidir en una buena producción que contribuya a la seguridad y soberanía alimentaria de la población (Baltazar y Chipana, 2016BALTAZAR, P.I.; CHIPANA, M.G.: Estudio del comportamiento hidráulico relacionado a la uniformidad de aplicación, mediante el método de riego por aspersión en la estación experimental choquenaira. Revista de Investigación e Innovación Agropecuaria y de Recursos Naturales, 3(3), 18-29, 2016, ISSN: 2409-1618.)

Según Nelson et al. (2009)NELSON, G.C., ROSEGRANT, M.W., KOO, J., ROBERTSON, R., SULSER, T., ZHU, T., RINGLER, C., MSANGI, S., PALAZZO, A.; BATKA, M., MAGALHAES, M., VALMONTE-SANTOS, R., EWING, M. Y LEE, D.: Cambio Climático. El impacto en la agricultura y los costos de adaptación. Instituto Internacional de Investigación sobre Políticas Alimentarias IFPRI. Washington, D.C. 30pp, 2009. la agricultura es extremadamente vulnerable al cambio climático, el aumento de las temperaturas termina por reducir la producción de los cultivos, esto unido a los cambios en los regímenes de lluvias aumentan las probabilidades de fracaso de las cosechas y en ese sentido se espera que los impactos del cambio climático sean negativos para la agricultura, amenazando la seguridad alimentaria mundial.

Para analizar los diferentes impactos del cambio climático y debido a la alta incertidumbre respecto a las condiciones climáticas futuras, el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático IPCC (2023)IPCC: Sexto Informe de Evaluación, 2023. aconseja trabajar con “escenarios”, los cuales son descripciones coherentes y consistentes de cómo el sistema climático de la Tierra puede cambiar en el futuro.

Entre las diferentes publicaciones del IPCC se define a los escenarios como Rutas de Concentración Representativas (RCP, por sus siglas en inglés) que proveen un rango de emisión y concentraciones de Gases de Efecto Invernadero (GEI) que permite la exploración de los posibles parámetros climáticos futuros de una forma más amplia que las utilizadas en el pasado.

Cabe reiterar que los RCPs no son predicciones ni recomendaciones políticas, sin embargo, han sido elegidos para describir posibles escenarios futuros. Son definidos según la intensidad de radiación para 2100, donde las estimaciones para la forzante radiactiva están basadas en las emisiones de GEI.

Estos escenarios del “posible clima futuro”, son derivados de escenarios de las posibles emisiones futuras de gases de efecto invernadero, los cuales se utilizan en modelos climáticos como elemento introducido para el cálculo de proyecciones climáticas (Cortés et al., 2013CORTÉS, B.C.A.; BERNAL, P.J.; DÍAZ, A.E.; MÉNDEZ, M.J.: Uso del modelo AquaCrop para estimar rendimientos para el cultivo de maíz en los departamentos de Córdoba, Meta, Tolima y Valle del Cauca, Inst. FAO, Informe técnico proyecto de cooperación técnica TCP/COL/3302, Córdoba, Meta, Tolima y Valle del Cauca, Colombia, 62 p., 2013.).

Todas las simulaciones se llevan a cabo globalmente en una cuadrícula de 0,5°, que cubre el período de tiempo 1850-2100 y se evalúan los resultados en función del CO₂ atmosférico transitorio. Se hacen suposiciones de gestión temporalmente constantes, centrándose en el efecto aislado del cambio climático en los sistemas de producción de cultivos actuales (Jägermeyr et al., 2021JÄGERMEYR, J.; MÜLLER, C.; RUANE, A.C.; ELLIOTT, J.; BALKOVIC, J.; CASTILLO, O.; FAYE, B.; FOSTER, I.; FOLBERTH, J.A.; FUCHS, K.; GUARIN, J.R.; HEINKE, J.; HOOGENBOOM, G.; LIZUMI, T.; JAIN, A. K.; KELLY, D.; KHABAROV, N.; LANGE, S.; ROSENZWEIG, C.: Climate impacts on global agriculture emerge earlier in new generation of climate and crop models. Nature Food, 2(11), 873-885, 2021. DOI: http://doi.org/10.1038/s43016-021-00400-y.).

Con el desarrollo y popularización de computadoras se proporcionan herramientas para almacenar grandes volúmenes de datos y realizar cálculos numerosos en los sistemas de producción agrícola en escenarios de manejo diferentes y condiciones climáticas contrastantes (Flores et al., 2013FLORES, G. H.; OJEDA, W. B.; FLORES, H.; SIFUENTES, E.; MEJIA, E.: Simulación del rendimiento de Maíz (Zea mays L.) en el norte de Sinaloa usando el modelo Aquacrop. Agrociencia, 47(4): 347-359, 2013.).

En estudios recientes, Camejo et al. (2016)CAMEJO, N.; DÍAZ, Y.; HERRERA, J.: Requerimientos de agua de los cultivos sorgo, maíz y frijol en la “UEB Sierra Maestra” en el municipio Los Palacios, 72pp. Tesis (en opción al título de Ingeniero Hidráulico), Universidad Tecnológica de La Habana-CUJAE, La Habana, Cuba. y Díaz et al. (2016)DÍAZ, Y.; HERRERA, J.; GONZÁLEZ, F.: Estimación de los requerimientos de agua del sorgo (Sorgum vulgare L. Monech) en la región Los Palacios en Cuba, Ingeniería Agrícola, 6(4): 3-10, 2016, ISSN-2306-1545, e-ISSN-2227-8761. utilizaron el modelo CropWat para el cálculo de los requerimientos de agua y las programaciones de riego con resultados viables. En este contexto, CropWat se presenta como una herramienta con potencialidades para determinar normas de riego, por lo que se pretende con el presente trabajo estimar a futuro las normas netas totales de riego del cafeto según la variabilidad climática en diferentes zonas productoras del grano en Cuba.

Materiales y Métodos

⌅

Para la selección de los sitios cafetaleros dentro de los macizos montañosos de Cuba donde se desarrolla el cultivo (Sierra de los Órganos, Guamuhaya, Sagua-Nipe-Baracoa y Sierra Maestra) (Figura 1), que sean representativos para la definición de las necesidades de riego a futuro, se consultó al director general de Café, Cacao y Coco, perteneciente al Grupo Agroforetal (GAF) del Ministerio de la Agricultura de Cuba (Minag) (Legrá, 2022LEGRÁ, E.: Comunicación personal. Director general del grupo Café, Cacao y Coco perteneciente al Grupo Agroforetal (GAF) del Ministerio de la Agricultura (Minag)., 2022.).

En el procesamiento de las variables climáticas que intervienen en el ajuste de escenarios climáticos recomendados por el INSMET se evaluó cada sistema para verificar cual será más restrictivo para el manejo del agua y en función de las diferentes regiones climáticas para el cultivo del cafeto y por último en el completamiento de la información necesaria para la entrada de datos en cada una de las ventanas del programa CROPWAT versión 8.0, para su posterior corrida en la predicción a futuro de las necesidades hídrica del cultivo.

Figura 1. Ubicación de las áreas de estudio.

Dentro de los macizos montañosos fueron seleccionados los siguientes sitios (Tabla 1):

Tabla 1. Sitios seleccionados para el estudio de necesidades hídricas a futuro del cafeto.

Provincia	Sitio	Coordenadas		Altura (m.s.n.m)
Provincia	Sitio	Norte	Oeste
Pinar del Río	La Palma	22˚ 74 ̍ 89 ̎	-83˚ 55 ̍ 36 ̎	150.0
Villa Clara	Jibacoa	22˚ 01 ̍ 94 ̎	-79˚ 99 ̍ 19 ̎	388.0
Granma	Guisa	20˚ 26 ̍ 14 ̎	-76˚ 54 ̍ 97 ̎	255.0
Stgo de Cuba	Cruce de los Baños	20˚ 13 ̍ 02 ̎	-76˚ 32 ̍ 41 ̎	189.0
Guantánamo	El Salvador	20˚ 15 ̍ 39 ̎	-75˚ 13 ̍ 43 ̎	102.0
Guantánamo	Palenque de Yateras	20˚ 36 ̍ 94 ̎	-74˚ 97 ̍ 00 ̎	423.0

Para el estudio se tomó una serie de 36 años que comprende del 2015 - 2050 del modelo regional PRESIS, para el escenario RCP 4.5 en rejillas con una resolución de 25 x 25 km. Se tomaron las variables: temperatura máxima y mínima, humedad relativa, velocidad del viento y precipitación, que representa el clima futuro para los sitios de estudio. Las necesidades hídricas del cafeto serán calculadas haciendo énfasis en los años hidrológicos húmedos, medio y seco. Para la selección de los años se determinó la probabilidad empírica a partir de la expresión:

P = (\frac{m - 0, 3}{n + 0, 4}) \cdot 100

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. Los escenarios de probabilidad son del 25 % húmedo, el 50 % medio y 75 % seco, según Pérez y Álvarez (2005)PÉREZ, R.; ÁLVAREZ, M.: Necesidades de Riego de la Caña de Azúcar en Cuba, Ed. Academia, primera ed., La Habana, Cuba, 219 p., 2005, ISBN: 959-270-065-6..

Los suelos cafetaleros en las regiones montañosas de Cuba se identificaron de acuerdo a la última Clasificación de Suelos establecida en el país Hernández-Jiménez et al. (1999)HERNÁNDEZ-JIMÉNEZ, A.; PÉREZ-JIMENÉZ, J.M.; MESA-NÁPOLES, Á.; FUENTES-ALFONSO, E.; BOSCH-INFANTE, D.: Nueva versión de la clasificación genética de los suelos de Cuba., Ed. Instituto de suelos, 1999., y su correlación Hernández et al. (2005)HERNÁNDEZ, A.; ASCANIO, M.; MORALES, M.; CABRERA, A.: Correlación de la nueva versión de clasificación genética de los suelos de Cuba con las clasificaciones internacionales y nacionales: una herramienta útil para la investigación, docencia y producción agropecuaria, Inst. Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), La Habana, Cuba, 18-59 p., 2005. con la Clasificación Genética de los Suelos de Cuba (IS-Cuba, 1980IS-CUBA: clasificación genética de los suelos de cuba, Ed. Editorial Academia, La Habana, Cuba, primera ed., La Habana, Cuba, 28 p., 1980.). Una vez identificados se tomaron las propiedades hidrofísicas de los mismos a partir de lo informado por Cid et al. (2012)CID, G.; LÓPEZ, T.; GONZÁLEZ, F.; HERRERA, J.; RUIZ, M.E.: “Características físicas que definen el comportamiento hidráulico de algunos suelos de Cuba”, Revista Ingeniería Agrícola, 2(2): 25-31, 2012, ISSN: 2306-1545. (Tabla 2).

Tabla 2. Correspondencia entre los suelos cafetaleros y los propuestos por a partir de su funcionamiento hidrofísico

Provincia	Sitio	Suelos
Pinar del Río	La Palma	Alítico amarillento de alta actividad arcillosa típica
Villa Clara	Jibacoa	Alítico amarillento de baja actividad arcillosa típico
Granma	Guisa	Fersialítico pardo rojizo mullido
Santiago de Cuba	Cruce de los Baños	Alítico amarillento de alta actividad arcillosa típico
Guantánamo	El Salvador	Fersialítico pardo rojizo mullido
Guantánamo	Palenque de Yateras	Fersialítico pardo rojizo mullido

Una vez procesada la información se confeccionó la Tabla 3 con los datos de entrada del suelo al programa CropWat.

Tabla 3. Datos de entrada del suelo en el programa CropWat

Sitio	LSADS o Cc (cm³ cm^-3)	LIADS o PM (cm³ cm^-3)	ATD (mm)	Tasa Infiltración (m dia^-1)	Profundidad de raíces (m)
La Palma	0,235	0,127	108,0	2,6	0,40
Jibacoa	0,168	0,091	77,2	6,2
Guisa	0,333	0,180	153,0	4,9
Cruce de los Baños	0,290	0,157	133,2	2,6
El Salvador	0,332	0,179	152,5	1,15
Palenque de Yateras	0,333	0,180	153,0	4,9

Leyenda: LSADS: Límite superior del agua disponible en el suelo, Cc: Capacidad de campo; LIADS; Límite inferior del agua disponible en el suelo, PM: punto de marchitez; ATD: Agua total disponible.

Las fases de desarrollo fueron tomadas de Cisneros-Zayas et al. (2015)CISNEROS-ZAYAS, E.; GONZÁLEZ-ROBAINA, F.; MARTÍNEZ-VARONA, R.; LÓPEZ-SEIJAS, T.; REY-GARCÍA, Á.R.: “Respuesta productiva del cafeto al manejo del riego. Función agua-rendimiento”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 24(4): 5-11, 2015, ISSN: 2071-0054. (Tabla 4).

Tabla 4. Duración de las fases del cafeto, promedio en días. Región de San Andrés.

No	Fases	Duración	Promedio en días
I	Floración-fructificación	febrero-abril	89
II	Fructificación-desarrollo del fruto	mayo-agosto	123
III	Maduración-cosecha	septiembre - 1ra decena diciembre	101
IV	Cosecha-recuperación	2da decena diciembre-enero	52

Coeficientes de cultivo (Kc): Inicial: 1,01 medio: 1,04 final: 0,49 (Cisneros-Zayas et al., 2015CISNEROS-ZAYAS, E.; GONZÁLEZ-ROBAINA, F.; MARTÍNEZ-VARONA, R.; LÓPEZ-SEIJAS, T.; REY-GARCÍA, Á.R.: “Respuesta productiva del cafeto al manejo del riego. Función agua-rendimiento”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 24(4): 5-11, 2015, ISSN: 2071-0054.). Factor de sensibilidad (Ky): 0,52. (González-Robaina et al., 2017GONZÁLEZ-ROBAINA, F.; CISNEROS-ZAYAS, E.; MONTILLA, E.: “Respuesta al déficit hídrico del cafeto (Coffea arabica L.) en diferentes fases de desarrollo”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 26(3): 4-11, 2017, ISSN: 2071-0054.).

Criterios de riego para las normas totales

⌅

Los criterios de riego para las normas totales son los siguientes: Momento de riego: regar hasta el nivel de agotamiento permisible. Aplicación del riego: aplicar hasta la capacidad de campo. Eficiencia del riego: 85 %. Sistema de riego: Localizado. Fracción de agotamiento permisible p= 40 %.

Criterios de riego para las normas reducidas

⌅

Los criterios de riego para las normas reducidas son los siguientes: Momento de riego: regar cuando se reduzca la ET por fase. Etapa de desarrollo: 4 %. Etapa media: 4 %. Etapa final: 10 %. Aplicación del riego: aplicar hasta la capacidad de campo. Eficiencia del riego: 85 %. Sistema de riego: Localizado. (Figura 2).

Figura 2. Criterios de riego para normas reducidas.

Para la reducción de las normas de riego se tuvieron en cuenta los trabajos realizados en Cuba por Valdés y Vento (1984)VALDÉS, C.R.; VENTO, D.H.: “Estudio del contenido de los principales productos de la fotosíntesis en plantas de Coffea arabica L. var. Caturra cultivadas bajo diferentes dosis de nitrógeno”, Cultivos Tropicales, 6(1): 111-122, 1984. y Valdés et al. (1995)VALDÉS, R.; BARRERA, M.; POMBO, F.; VENTO, D.: “Caracterización del sistema de pigmentos foytosintéticos en plantas de cafetos”, Revista Chapingo, Horticultura, 4: 29-32, 1995., quienes ofrecen elementos para afirmar que el cafeto se puede considerar como una especie intermedia entre C3 y C4 debido a cambios anatómicos en el aparato fotosintético foliar, así como por la asimilación de CO₂. Además, a partir del manejo agronómico del cafeto donde en la fase de floración se provoca un estrés hídrico para inducir y agrupar la floración se decidió hacer las reducciones en la etapa inicial de Floración-fructificación y Cosecha-Recuperación. Se consideró que estas reducciones no provocaran afectación en el rendimiento superior al 3 %.

Se utilizó el programa CROPWAT versión 8.0 para la estimación de las necesidades hídricas del cafeto, según la evapotranspiración del cultivo por fases de desarrollo año a año desde 2015 hasta el 2050. 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 por el método de la FAO Penman-Monteith a partir de la utilización de las variables climáticas: la humedad relativa, la temperatura, la velocidad del viento e insolación, así como también la incidencia de las precipitaciones efectivas, según fueron procesados los nuevos escenarios RCP (Trayectoria de Concentración Representativa) para las zonas cafetaleras de Cuba (Centella, 2017CENTELLA, A.: La estimación del clima futuro y los escenarios climáticos [Parte 1 y 2], Instituto de Meteorología. La Habana. Cuba, La Habana, Cuba, 2017.).

Las normas estimadas obtenidas fueron comparadas con las aprobadas por el Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos. Resolución 17/2020 (GOC-Cuba, 2020GOC-CUBA: “Resolución 17- 2020 Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos (INRH)”, Gaceta Oficial de la República de Cuba: 35, ISSN: 0864 I-0793, e-ISSN: 1682-7511, GOC 2020-557-061, 2020.).

Resultados y Discusión

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Comportamiento de las variables climáticas del escenario RCP 4.5 (2020 - 2050) para los sitios de estudios

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En la Tabla 5 se muestran los valores promedios de las variables temperatura máxima y mínima, humedad relativa, velocidad del viento y precipitaciones de la serie estudiada 2020-2050 para cada sitio de trabajo. Como se observa la Temperatura máxima (T _max ) varió entre 26,5 y 33,8 ºC, la Temperatura mínima (Tmin) entre 18,7 y 22,8 ºC, Humedad relativa (HR) osciló en el rango de 73,6 y 84,6 %. La velocidad del viento (V _v ) lo hizo entre 0,76 y 2,48 m·s^-1. Por último, la precipitación alcanzó un máximo de 2156,0 mm en Jibacoa, Villa Clara y un mínimo de 1040,94 mm en Cruce de los Baños, Santiago de Cuba.

Tabla 5. Valores promedios de las variables climáticas en la serie 2020-2050 de las diferentes estaciones meteorológicas asociadas a los sitios de estudio.

Sitio	T máx. (ºC)	T mín. (ºC)	HR (%)	Vv (m s^-1)	Precipitación (mm)
La Palma	31,17	22,30	75,7	1,49	1 784,92
Jibacoa	26,57	18,71	84,6	2,48	2 156,00
Guisa	33,80	21,23	78,0	1,72	1 256,94
Cruce de los Baños	32,82	20,94	76,5	0,76	1 040,94
El Salvador	33,16	22,98	73,6	1,49	1 060,45
Palenque de Yateras	33,19	22,88	73,6	1,51	1 093,86

Cuando analizamos el comportamiento de las variables precipitación y evapotranspiración de referencia (ET ₀ ) para los sitios de estudio se tiene que para la zona occidental y central representada por los sitios La Palma y Jibacoa (Figuras 3a y 3b) la mayoría de los años la lluvia supera a la ET ₀ por lo pudiera esperarse que en la programación del riego las normas netas totales serán inferiores a la de otros sitios cafetaleros. En el caso de la región oriental representada por los sitios Guisa, Cruce de los Baños, El Salvador y Palenque de Yateras (Figuras 3c, 3d. 3e. 3f) la ET ₀ supera las precipitaciones lo que indica que en esta zona las normas totales de riego pueden ser superiores. Todos los sitios del escenario RCP 4.5 (Figura 4) muestran un comportamiento similar con lo planteado por autores como Planos (2014)PLANOS, E.O.: Síntesis informativa sobre impactos del cambio climático y medidas de adaptación en Cuba., Ed. Sello Editorial AMA, La Habana, La Habana, Cuba, 2014, ISBN: 959-300-044-5. y Centella (2017)CENTELLA, A.: La estimación del clima futuro y los escenarios climáticos [Parte 1 y 2], Instituto de Meteorología. La Habana. Cuba, La Habana, Cuba, 2017..

Figura 3. Comportamiento de las variables precipitación y evapotranspiración de referencia (ET ₀ ) para los sitios de estudio.

Figura 4. Evaluación de las precipitaciones en los escenarios RCP 4.5 para los sitios de estudio.

Demanda de riego del cafeto para cada sitio estudiado, en función de las probabilidades de ocurrencia de precipitaciones para el escenario climático RCP 4.5

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En la Tabla 6 se puede apreciar cómo se comportó la evapotranspiración del cultivo (ETc) en función del año hidrológico donde los mayores valores se tienen en el sitio de Guisa para los tres años (húmedo, medio y seco) y los menores el sitio de Jibacoa. La estrategia de riego obtenida a través de la programación permite garantizar que la reducción en el rendimiento no sea superior al 3 %.

En la misma tabla se muestra que las normas netas totales variaron en función del año, teniéndose valores que van desde los 753,1 mm anuales hasta los 920,5 mm anuales en dependencia del sitio y la altitud. La norma neta total reducidas en correspondencia con los años, estuvo en el rango de 190,5 mm y los 746,1 mm anuales.

La norma neta parcial alcanzó valores que van desde 14,2 mm (142 m³·ha^-1) a 26,6 mm (266,0 m³·ha^-1) valores muy similares a los obtenidos por Cisneros et al. (2006)CISNEROS, E.; REY, R.; ZAMORA, E.; GONZÁLEZ, F.: “Influencia del manejo del riego en el rendimiento del cafeto”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 15(2): 42-46, 2006, ISSN: 1010-2760. regando el cafeto en la zona de San Andrés, Pinar del Rio con sistema de riego localizado con micro aspersión bajo el principio de cobertura total.

Tabla 6. Distribución de la norma neta total, neta parcial y reducida para cada sitio en función del año hidrológico.

Sitio	Probabilidad Precipitación, (%)	ETc (mm)	Norma neta total (mm)		Norma neta parcial (mm)		No de riegos		Reducción Rendimiento, (%)
Sitio	Probabilidad Precipitación, (%)	ETc (mm)	SR	CR	SR	CR	SR	CR
La Palma Pinar del Río	25	1290,0	862,3	190,5	17,25	27,21	50	7	2,5
	50	1378,8	876,1	404,6	18,25	26,97	48	15	2,3
	75	1320,0	844,7	264,6	17,60	26,46	48	10	2,2
Jibacoa Villa Clara	25	1026,6	603,4	214,2	15,47	19,47	39	11	2,2
	50	1078,6	681,4	325,6	14,20	20,35	48	16	2,5
	75	1193,4	863,5	451,8	14,16	21,51	61	21	3,2
Guisa Granma	25	1544,5	857,3	422,5	25,98	38,41	33	11	3,0
	50	1557,6	858,3	575,1	26,01	38,34	33	15	2,6
	75	1563,9	893,3	546,1	26,27	39,01	34	14	2,8
Cruce de Baños Stgo. de Cuba	25	1412,9	775,3	615,7	23,49	32,41	33	19	3,0
	50	1377,2	753,1	504,9	22,82	33,66	33	15	3,1
	75	1435,6	863,7	600,8	22,73	33,38	38	18	3,0
Palenque de Yateras Guantánamo	25	1482,3	826,8	522,2	25,84	37,30	32	14	2,7
	50	1441,6	815,8	569,7	26,32	37,98	31	15	2,8
	75	1481,4	879,3	576,9	26,65	38,46	33	15	2,7
El Salvador Guantánamo	25	1415,6	886,6	702,0	26,08	36,95	34	19	3,2
	50	1426,5	920,5	740,3	26,30	37,02	35	20	3,1
	75	1489,0	895,0	746,1	26,32	37,31	34	20	3,3

Leyenda: SR: Sin reducción; CR: Con Reducción

En lo que respecta al comportamiento de las normas netas totales por zonas se aprecia que éstas varían en función del balance hídrico de la región, pues según el escenario climático RCP 4.5 para las regiones occidental y central en la mayoría de los años la precipitación supera la evapotranspiración de referencia y por tanto la diferencia entre las normas totales y las reducidas difieren entre 48 y 78 % (Figura 5). Sin embargo, para la región oriental donde el balance la Evapotranspiración de referencia supera a las precipitaciones, la diferencia entre las normas oscila en el rango de 17 y 51 %. Dicho comportamiento es normal teniendo en cuenta que en la región occidental gran cantidad de la demanda hídrica del cafeto se cubre con las precipitaciones no ocurriendo lo mismo en la región oriental.

Figura 5. Distribución de la demanda hídrica por sitios de estudio.

En cuanto a las cantidades de riegos (Figura 6), se tiene que existe similar comportamiento. En las regiones occidental y central las diferencias entre la variante de norma completa en comparación con las normas reducidas, los mismos varían entre 39 y 61, con normas reducida oscilan en el rango de 7 y 21 riegos. Efectuando similar análisis para la región oriental se tiene que esta amplitud se reduce teniendo valores para normas totales de 31 y 38 riegos. Para las normas reducidas estos van desde 11 hasta 20 riegos, lo que significa un 56 % inferior con respecto a los de la región occidental y central como promedio.

Figura 6. Diferencias en cuanto al número de riegos por sitios de estudio.

Estudio de las normas netas totales y reducidas obtenidas con la programación del riego mediante el programa CropWat y la Resolución 17/2020 del INRHGOC-CUBA: “Resolución 17- 2020 Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos (INRH)”, Gaceta Oficial de la República de Cuba: 35, ISSN: 0864 I-0793, e-ISSN: 1682-7511, GOC 2020-557-061, 2020.

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En la Tabla 7 se puede observar las normas netas totales aprobadas por el INRH en la Resolución 17/2020 GOC-Cuba, (2020)GOC-CUBA: “Resolución 17- 2020 Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos (INRH)”, Gaceta Oficial de la República de Cuba: 35, ISSN: 0864 I-0793, e-ISSN: 1682-7511, GOC 2020-557-061, 2020. y las estimadas a través del programa CropWat. Para el sitio La Palma en los tres años hidrológicos las estimadas superan a la actual en porcientos que varían entre 8,8 y 12, por lo que en el futuro para el escenario RCP 4.5 el cafeto necesitará normas superiores a la actual para satisfacer las necesidades hídricas.

En la región central, representada por el sitio de Jibacoa en los años húmedo y medio las normas netas obtenidas a través de las corridas en el CropWat son inferiores a las actuales, sobre estimándose las aprobadas en la Resolución 17/2020GOC-CUBA: “Resolución 17- 2020 Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos (INRH)”, Gaceta Oficial de la República de Cuba: 35, ISSN: 0864 I-0793, e-ISSN: 1682-7511, GOC 2020-557-061, 2020. entre un 25 y 15,3 % respectivamente. No ocurriendo lo mismo para el año seco donde supera a la actual en un 7,3 %.

Tabla 7. Comparación entre la norma neta total estimada y la aprobada en la Resolución 17/2020 del INRH ()

Sitio	Probabilidad de precipitaciones (%)	Norma neta total estimada CROPWAT (mm)		Norma neta Total INRH (mm)	Diferencia	% de incremento
Sitio	Probabilidad de precipitaciones (%)	SR	CR	Norma neta Total INRH (mm)	SR	% de incremento
La Palma Pinar del Río	25	862,3	190,5	770,6	91,7	10,6
	50	876,1	404,6		105,5	12,0
	75	844,7	264,6		74,1	8,8
Jibacoa Villa Clara	25	603,4	214,2	804,9	-201,5	0
	50	681,4	325,6		-123,5	0
	75	863,5	451,8		58,6	7,3
Guisa Granma	25	857,3	422,5	823,8	33,5	4,0
	50	858,3	575,1		34,5	4,2
	75	893,3	546,1		69,5	8,4
Cruce de Baños Stgo. de Cuba	25	775,3	615,7	786,0	-10,7	0
	50	753,1	504,9		-32,9	0
	75	863,7	600,8		77,7	9,9
Palenque de Yateras Guantánamo	25	826,8	522,2	626,0	200,8	32,1
	50	815,8	569,7		189,8	30,3
	75	879,3	576,9		253,3	40,5
El Salvador Guantánamo	25	886,6	702,0	789,5	97,1	12,3
	50	920,5	740,3		131,0	16,6
	75	895,0	746,1		105,5	13,4

Leyenda: SR: Sin reducción; CR: Con Reducción

En Palenque de Yateras es donde se predicen los mayores incrementos de las normas netas totales variando entre el 32,1 % para el año húmedo y 40,5 % para el año seco, en este sitio es necesario prestar especial atención en el manejo de los recursos hídricos a futuro, si se desea garantizar una producción de café de buena calidad teniendo en consideración el peso de los rendimientos de este sitio en la economía cafetalera cubana.

En los sitios Guisa y Cruce de los Baños es donde se tienen los menores incrementos en las normas netas a futuro, las que solo superan a las actuales entre un 4 y 8,4 % en Guisa. En Cruce de los Baños se sobre estima la actual con respecto al futuro en un 1,4 % para el año húmedo y 4,2 % para el año seco.

Por último, en el sitio El Salvador los incrementos de las normas netas estimadas por el programa CropWat en comparación con las actuales varían entre 12,3 y 16,6 %.

Cuando comparamos la precipitación en este sitio con respecto a los demás se tiene que es de los lugares donde menos llueve con valor de 993,49 mm.

En sentido general para ninguno de los sitios estudiados la norma neta total estimada a futuro superan en más de un 50 % a las actuales, por lo que se pueden consideran como normales si se tiene en cuenta que para la mayoría de los escenarios según Planos (2014)PLANOS, E.O.: Síntesis informativa sobre impactos del cambio climático y medidas de adaptación en Cuba., Ed. Sello Editorial AMA, La Habana, La Habana, Cuba, 2014, ISBN: 959-300-044-5. y Cortés et al. (2013)CORTÉS, B.C.A.; BERNAL, P.J.; DÍAZ, A.E.; MÉNDEZ, M.J.: Uso del modelo AquaCrop para estimar rendimientos para el cultivo de maíz en los departamentos de Córdoba, Meta, Tolima y Valle del Cauca, Inst. FAO, Informe técnico proyecto de cooperación técnica TCP/COL/3302, Córdoba, Meta, Tolima y Valle del Cauca, Colombia, 62 p., 2013. tienden a una reducción importante de las precipitaciones y a un incremento significativo de la temperatura media del aire, variables climáticas que influyen directamente en el consumo de agua por los cultivos y por tanto al incremento de las normas de riego.

Conclusiones

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La estimación de las normas netas totales de riego para el cafeto según la variabilidad climática en los próximos años para los sitios de estudio indica que habrá un incremento que van desde 8 447,0 m³·ha^-1 en La Palma (Pinar del Rio) hasta 8 793,0 m³·ha^-1 en Palenque de Yateras (Guantánamo).
Las mayores diferencias entre las normas netas totales y las normas netas reducidas para el escenario RCP 4.5 se tienen en la región occidental y central las que varían entre 48 y 78 %, siendo menores para la región oriental donde están en el rango de 17 a 51 %.
Al comparar las normas netas totales estimadas con las aprobadas en la Resolución 17/2020, estas son superiores entre un 8,8 y 40,5 % lo que indica que habrá una fuerte presión sobre los recursos hídricos en las zonas cafetaleras estudiadas.
El criterio de reducir las normas netas para el cafeto en las fases iniciales de la floración-fructificación y la fase maduración cosecha permite ahorros de agua importantes con afectaciones a los rendimientos que no superan el 3 %.

Agradecimiento

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Al Dr.C. Arcadio Ríos Hernández, por el tiempo dedicado a la revisión del documento en sus dos versiones español e inglés.