Water demand for rice ( <i>Oryza sativa</i>L.) in a Dark Plastic Gleyed soil

Introduction

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The rice (Oryza sativa L.) it is one of the main foods to world level together with the wheat and the corn, with a production of 509,2 million tons (FAO, 2020FAO: Perspectivas de cosechas y situación alimentaria - Informe trimestral mundial N° 2, julio 2020, Inst. FAO, Roma, Italia., Roma, Italia., 2020.), that come, for the most part, of Asian countries as China and India.

According to Díaz et al. (2021)DÍAZ, S.S.H.; MOREJÓN, R.R.; PÉREZ, L.N.: “ISRA LP-24. Nuevo cultivar de arroz (Oryza sativa L.) de ciclo medio, obtenido por hibridaciones”, Cultivos Tropicales, 42(4), 2021, ISSN: 0258-5936., Cuba is one of the countries that registers high values of consumption of rice with 72 kg per capita in a year, for that it is important to increase the national production of this grain to small and medium scale, since currently it satisfies only the 50 % of the necessities.

As any crop, the rice has stages during the cycle of growth that are more sensitive to the lack of humidity in the soil, mainly after the transplant, during the tillering stage, during the initiation and at the floral primordium development, in the blossoming and during the development of the panicles, up to two weeks before the crop.

The irrigation is necessary to supply the deficiencies in water of the crop, and when water is not available for irrigation it is better than the farmer planted other crops, due to the economic losses that can be caused planting rice without supplementary irrigation (Reyes, 2003REYES, D.N.: El cultivo de arroz. (Oryza sativa). Manual técnico para consultores agrícolas y productores, La Habana, Cuba, 51 p., 2003.).

In this context, the water plays an important role in the grain production. Now the 80 % of the surface planted of rice is cultivated under conditions of continuous flooding from the transplant until the physiologic maturity, and the remaining 20 % using the method of direct sowing. In both cases big volumes of water are used surpassing the 14 000 m³·ha^- (Hernaiz y Alvarado, 2007HERNAIZ, S.; ALVARADO, J.: “Manejo del agua en el arrozal”, Arroz, Manejo Tecnológico. Instituto de Investigaciones Agropecuarias, Chillán, Chile, : 49-68, 2007.). In the cultivation of the rice should be considered the losses of water due to the evapotranspiration of the plant, infiltration and percolation in the soil, being necessary to practice an specific of handling of the water (for example, drainage before the application of agrochemicals), and also a good initial soil farming and the drainage of the area before the tillering stage (Bouman et al., 2007BOUMAN, B.; LAMPAYAN, R.M.; TUONG, T.P.: Water management in irrigated rice: coping with water scarcity, Ed. International Rice Research Institute, Los Baños, Philippines, International Rice Research Institute, Los Baños, Philippines, 2007, ISBN: 971-22-0219-4.). This way, the rice is a high demander of the water resources.

The expression of the final result of the balance of water needs for rice cropping during all its cycle is the net irrigation standard, that is to say the quantity of total water to be planned (without keeping in mind the losses in the conduction system, distribution and application) to obtain the wanted yield.

According to Herrera et al. (2020)HERRERA, J.; MENESES, J.; DUARTE, C.; GONZÁLEZ, F.; HERVÍS, G.: “Determinación del coeficiente de cultivo para la estimación de la evapotranspiración del arroz en Cuba”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 29(3): 5-20, 2020, ISSN: 2071-0054., the parameters percolation and evapotranspiration occupy among the 80 % to 90 % of the water applied, of there the importance of the determination of the characteristics of the infiltration into the soil (it determines the percolation) and of the consumption of water by the crop, which is a function of the variety, of the duration of the cycle and of the climatic demand, in relationship this last one with the time of the crop’s development.

The present work was carried out with the objective of knowing the necessities of irrigation of the rice sowed in a Plastic Dark Gleyed soil.

Materials and Methods

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The work was carried out in the Agroindustrial Company of Grains (EAG) "Fernando Echenique", province of Granma, Cuba, taking like base the information of the available climatic variables in the National Agrometeorological Bulletin of the National Meteorological Institute INSMET-Cuba (2024)INSMET-CUBA: Reportes de las estaciones metereológicas de Cuba, Inst. Instituto de Meteorología. La Habana. Cuba, La Habana, Cuba, 2024..

For the selection of the hydrological years was carried out the study of a series of 13 years (2008 - 2020) of the pluviometer located in "Veguita", province Granma, with geographic coordinates of 20°13´38,59" N and 76°57´3,40" W to a height of 41 m.o.s.l where the empiric probability was determined starting from the following expression:

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

(1)

Where:

m: order number.

n: number of members of the series.

Each one of the years of the series was classified in function of their probability and for each time of sowing of the crop. The 25 % of probability denotes a humid scenario, 50 % medium and 75 % dry, according to Pérez & Álvarez (2005)PÉREZ, R.; ÁLVAREZ, M.: “Necesidades de Riego de la Caña de Azúcar en Cuba”, Editorial Academia-IIRD, Formato digital. C. Habana, Cuba, Capítulos, 2(3): 4, 2005., with the program WINKOL.exe.

For the estimate of the ET ₀ was started of the definition of the sowing dates more common in Cuba (Table 1) according to IIG-Cuba (2020)IIG-CUBA: Instructivo Técnico del cultivo del Arroz, Inst. Instituto de Investigaciones de Granos (IIG), Imprenta EAS-MINAG, La Habana, Cuba, 142 p., 2020. which are the following:

Table 1. Sowing dates and duration of the vegetative cycle

No.	Sowing dates	Duration, days
1	December - May	130 y 140
2	May - September
3	July - October

Were taken like reference for the determination of the net and total irrigation requirements the results of Maqueira (2014)MAQUEIRA, L.: “Relación de los procesos fisiológicos del desarrollo y de variables meteorológicas, con la formación del rendimiento en el cultivo del arroz (Oryza sativa L.) en Los Palacios, Pinar del Río”, Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba, 2014. & Herrera et al. (2020)HERRERA, J.; MENESES, J.; DUARTE, C.; GONZÁLEZ, F.; HERVÍS, G.: “Determinación del coeficiente de cultivo para la estimación de la evapotranspiración del arroz en Cuba”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 29(3): 5-20, 2020, ISSN: 2071-0054., where they defined four stages of vegetative development: initial, development, medium and end of the season, with crop coefficients (K _c ) for the stages initial, medium and final. The K _c are shown in the Table 2.

Table 2. Coefficients of crop of the rice adjusted according to

Development phases	K _c
Initial (GDCA 505 ±5)	0.8
Vegetative (GDA 1299 ±21)	1.2
Reproductive (GDCA 2136 ±98)	1.4
Final (GDCA 2555±168)	1.3

In the table 3, are summarized the parameters of entrance of the soil module using the program CropWat in function of the soil type defined by GOC-Cuba (2020)GOC-CUBA: “Resolución 17- 2020 Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos (INRH)”, Gaceta Oficial de la República de Cuba, : 35, GOC 2020-557-061, 2020, ISSN: 0864 I-0793, e-ISSN: 1682-7511..

Table 3. Parameters for a plastic dark gleyd soil

Parameter	Group I
Available total humidity in the soil (DC-CM, mm/m)	270
Highest rate of infiltration of the rain (mm/day)	17
Highest depth of the crop’s roots (cm)	50
Initial exhaustion of the humidity of the soil (as % of ADT) (%)	100
Humidity of the soil initially available (mm/m)	0
Drainable porosity (SAT-DC) (%)	5
Critical exhaustion by cracks in the soil remaining after mudding (fraction)	0.6
Highest percolation rates after the mudding (mm/day)	2.6
Availability of water for the sowing (% saturation)	0
Highest height of the sheet of water (mm)	100

For the estimation of the total net water requirements the tool CropWat version 8.0 was used. This software allows to negotiate irrigation programs so much under unirrigated land conditions as of irrigation, for what it was used to determine the reference evapotranspiration since it uses the Penman-Monteith method of the FAO.

For the calculation of the total net water requirements were used the following approaches:

Moment of the irrigation: To water when the level 50 mm high of the water is reached.
Application of the irrigation: To apply water to reach the level of 100 mm high.
Fraction of permissible exhaustion: p = 50 %.
Efficiency of the irrigation (Field eff.) 60%: Surface irrigation of the rice, according to Resolution 17/2020 of INRHGOC-CUBA: “Resolución 17- 2020 Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos (INRH)”, Gaceta Oficial de la República de Cuba, : 35, GOC 2020-557-061, 2020, ISSN: 0864 I-0793, e-ISSN: 1682-7511..

Once obtained the total net water requirements of the rice for the three sowing times and a medium cycle of the crop (140 days) they were compared with the ones that establishes the Resolution 17/2020GOC-CUBA: “Resolución 17- 2020 Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos (INRH)”, Gaceta Oficial de la República de Cuba, : 35, GOC 2020-557-061, 2020, ISSN: 0864 I-0793, e-ISSN: 1682-7511. for the study region (Herrera et al., 2019HERRERA, J.; HERVIS, G.; GONZÁLEZ, F.; DUARTE, C.: “Estudio sobre el balance hídrico del arroz en Cuba”, Ingeniería Agrícola, 9(3), 2019, ISSN: 2227-8761.).

Results and Discussion

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Hydrological study of the years for each sowing time

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Of the hydrological study of the work place was possible to define the humid, medium and dry years, of which were processed the climatic variables that intervene in the determination of the reference evapotranspiration and the effective rainfall for their later running in the programming tool CropWat. In the Figure 1 (A, B and C), are shown the studies of the rainfalls by sowing periods.

The table 4 show the hydrological years for the sowing times and the effective rainfalls in millimeters.

Table 4. Distribution of the hydrological years for sowing times

Site	December - May			May - September			July - October
Site	H	M	S	H	M	S	H	M	S
EAG “Fernando Echenique”	2012	2010	2017	2019	2015	2010	2010	2012	2009
EAG “Fernando Echenique”	281.4	267.5	203.7	568.5	540.4	501.7	442.4	425.6	352.5

Legend: H: humid (25 %), M; medium (50 %); S: dry (75 %).

In the figure 2 (A, B and C) the balance of water availability is shown for the study area in the three sowing periods for a dry year. Can be appreciated that in the period December-May the reference evapotranspiration (ET ₀) surpasses the effective rainfalls during the whole cycle of life of the crop. In the period May-September only in the month of September the accumulated effective rainfalls surpasses the ET ₀. In the period July-October equally in the month of September the accumulated rainfalls surpasses the ET ₀. This all indicates it that the irrigation is indispensable to satisfy the water requirements of the crop.

Similar results to those obtained, are informed by Herrera et al. (2019)HERRERA, J.; HERVIS, G.; GONZÁLEZ, F.; DUARTE, C.: “Estudio sobre el balance hídrico del arroz en Cuba”, Ingeniería Agrícola, 9(3), 2019, ISSN: 2227-8761. in the work "Studies about the water availability of the rice in Cuba" and more recent for Herrera et al. (2020)HERRERA, J.; MENESES, J.; DUARTE, C.; GONZÁLEZ, F.; HERVÍS, G.: “Determinación del coeficiente de cultivo para la estimación de la evapotranspiración del arroz en Cuba”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 29(3): 5-20, 2020, ISSN: 2071-0054. in "Determination of the crop coefficient for the estimate of the evapotranspiration of the rice in Cuba", in which a reference is made to the deficit of rainfalls in the three sowing periods of the rice, and where in general sense for most of the months, the reference evapotranspiration is higher than the volume of rainfalls.

Figure 1. Graph of probabilities: A (period december-may), B (period may-september) and C (period july-october).

Figure 2. Water availability for the three sowing periods: A (december-may), B (may-september) and C (july-october) in the eag "Fernando Echenique", province Granma, Cuba.

Net total irrigation requirements estimated for different periods of sowing and probability of occurrence of the 75 % of the rainfalls (dry year)

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In the Table 5 are shown the net total requirements estimated for the sowing period December-May for the cycles of life of the rice of 130 and 140 days for a dry year. The water requirements varied among 9 110,4 m³·ha^-1 for 130 days and 9 654,0 m³·ha^-1 for 140 days. Similar results were informed by Camejo et al. (2017)CAMEJO, B.L.E.; DUARTE, N.L.; RIVERÓN, L.A.R.: “El riego del arroz (Oryza sativa L.) con limitación de agua en suelos oscuros plásticos del municipio Cham-bas”, Universidad y Ciencia, 6(Especial UNICA): 61-78, 2017, ISSN: 2227-2690. an study carried out on the irrigation of the rice in dark plastics soils when comparing a handling system allowed to diminish the sheet of water in the terrace up to 3 cm and restoring it later on up to 10 cm until the 50 % of panicles formation with the traditional system of permanent flooding, obtaining a decrease in 50 % of the irrigation needs without affectations in the yielding.

The evapotranspiration of the crop (E _tc ) in this time it was of 5.75 mm³·day^-1 for 130 days and of 5.44 mm·day^-1 for 140 days. Similar results were informed by Ruiz (2014)RUIZ, S.: “Requerimientos de agua en el cultivo del arroz en la UEB “Sierra Maestra”, Los Palacios, Pinar del Río, Universidad Tecnológica de La Habana, Facultad de Ingeniería Civil, Centro de Investigaciones Hidráulicas (CIH) Instituto de Investigaciones Agrícolas (IAgric), Eng”, 2014. in a work carried out on requirements of water in the cropping of the rice using the program CropWat 8.0 FAO (2009)FAO: Program CropWat 8.0, Rome, Italy, 2009. and (Steduto et al., 2012STEDUTO, P.; C HSIAO, T.; FERERES, E.; RAES, D.: “Respuesta del rendimiento de los cultivos al agua”, 2012, ISSN: 1020-4393.) with the coefficients (K _c) proposed by Allen et al. (2006)ALLEN, R.G.; PEREIRA, L.; RAES, D.; SMITH, M.: “Evapotranspiration-Guidelines for computing crop water requirements”, FAO Irrigation and drainage paper, 56: 300, 2006, ISSN: 92-5-304219-2..

Table 5. Estimated water needs of the rice in the eag "Fernando Echenique", for a dry year (75 % of probability) in the sowing period (december-may).

Probability of rainfalls (%)	Effective rainfalls (mm)	ET _c (mm)	Net water requirement (mm)	Total losses by percolation (mm)
130 days
75	118.2	747.1	911.04	157.8
140 days
75	157.6	761.1	965.4	183.5

For the period May-September the estimated total net water requirements varied between 7 913,0 and 4 399,0 m³·ha^-1 for the cycles of life of 130 and 140 days as appears in the Table 6. The evapotranspiration of the crop (ET _c) is increased in 6 % when the cycle varied from 130 to 140 days.

In a work carried out by Bouman et al. (2012)BOUMAN, B.A.M.; HAEFELE, S.M.; HIZZI, G.; PENG, S.; HSIAO, T.C.: Respuesta del rendimiento de los cultivos al agua, Ed. Estudio FAO Riego y Drenaje 56, Roma, Italy, Steduto, P.; T.C. Hsiao; E. Fereres&D. Raes Ed. ed., 2012, ISBN: 978-92-5-308564-4., they refer that in the middle of the crop’s cycle, when there are a complete covering of the crop, the rice evapontranspire to a rate lightly higher to the reference evapotranspiration (ET ₀), with averages daily rates of ET _c of 4-5 mm·day^-1 in tropical humid season and 6-7 mm·day ^-1 in tropical dry season, but they can arrive up to 10-11 mm·day ^-1 in the arid regions.

Table 6. Estimated requirements of water of the rice in the eag "Fernando Echenique", for a dry year (75 % of probability) in the sowing season (may-september)

Probability of rainfalls (%)	Effective rainfalls (mm)	ET _c (mm)	Total net water requirements (mm)	Total losses by percolation (mm)
130 days
75	637.2	865.2	791.3	233.8
140 days
75	650.6	921.6	439.9	295.5

In the period July-October (Table 7), the estimated total net water requirements varied between the 8078,0 and 7072,0 m³·ha^-1 for the cycles of life 130 and 140 days. The evapotranspiration of the crop (ET _c) increases in 5,2 % when the cycle varied from 130 to 140 days.

Table 7. Estimated water requirements of the rice in the EAG "Fernando Echenique", for a dry year (75 % probability) in the sowing period (July-October)

Probability of rainfalls (%)	Effective rainfalls (mm)	ET _c (mm)	Total net water requirements (mm)	Total losses by percolation (mm)
130 days
75	394.7	807.8	659.6	224.0
140 days
75	402.9	852.3	707.2	249.7

The results shown coincide with the ones informed by Reyes (2003)REYES, D.N.: El cultivo de arroz. (Oryza sativa). Manual técnico para consultores agrícolas y productores, La Habana, Cuba, 51 p., 2003. in a work on the management of the irrigation where it outlines that a minimum supply of 1 liter of water per second per hectare during 24 hours in the parcel is enough for a crop of rice under irrigation, provided that the evaporation, infiltration and filtration indexes stay to the minimum with a good management of the irrigation in the plantation. The above-mentioned is approximately equal to about 26-30 gallons/minute during 10 hours daily per hectare. That is to say, that requires having a minimum of 300 gallons/minute during 10 hours per day for a project of some 10 hectares. The previous supply is in a consumption of approximately of 6 000 to 7 000 m³ of water for hectare, in approximately 100 days of permanent or continuous irrigation during the cycle of the crop (Pérez & Álvarez, 2005PÉREZ, R.; ÁLVAREZ, M.: “Necesidades de Riego de la Caña de Azúcar en Cuba”, Editorial Academia-IIRD, Formato digital. C. Habana, Cuba, Capítulos, 2(3): 4, 2005.).

Comparison of the total net water requirements obtained with the programming of the irrigation by means of the program CropWat and the Resolution 17/2020 of the INRH

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The table 8 shows the total net water requirements approved by the INRH in the 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, GOC 2020-557-061, 2020, ISSN: 0864 I-0793, e-ISSN: 1682-7511. for an average cycle (140 days) and different sowing periods and the estimated using the program CropWat. When comparing the figures approved in the Resolution for the province of Granma in the Agroindustrial Company of Grains "Fernando Echenique" they are superior in the range of 19,3 and 42,5 % for the three sowing periods.

Table 8. Comparison among the total net water requirements estimated for a dry year (75 % probability) and the ones approved in the resolution

Place	Sowing period	Total net water requirements estimated using CropWat (mm)		Total net water requirements (INRH) (mm)	Difference	% of increment
Agroindustrial grains company “Fernando Echenique”, province Granma		130 days	140 days	140 days
	Dic-May	911.04	965.4	1184.9	219.5	19.3
	May-Sept	791.3	439.9	1034.0	594.1	42.5
	Jul-Oct	659.6	707.2	940.0	232.8	24.7

Similar results to those obtained have been informed by Camejo et al. (2017)CAMEJO, B.L.E.; DUARTE, N.L.; RIVERÓN, L.A.R.: “El riego del arroz (Oryza sativa L.) con limitación de agua en suelos oscuros plásticos del municipio Cham-bas”, Universidad y Ciencia, 6(Especial UNICA): 61-78, 2017, ISSN: 2227-2690., who when comparing a management system where allowed to diminish the sheet of water in the terrace up to 3 cm and restoring it later on up to 10 cm, also until 50 % the formation of the panicles with the traditional system of permanent flooding, they obtained a decrease in 50 % of water needs for the irrigation without affectations in the yield.

In a study carried out by Herrera et al. (2019)HERRERA, J.; HERVIS, G.; GONZÁLEZ, F.; DUARTE, C.: “Estudio sobre el balance hídrico del arroz en Cuba”, Ingeniería Agrícola, 9(3), 2019, ISSN: 2227-8761. about the balance of water requirements for the rice in Cuba, they informs that the demands of water in the rice are carried out on the basis of a gross norm of 17 400 m³·ha^-1, and is calculated a global efficiency of the system that fluctuates among 0,68 for the western and central region and 0,70 for the Westerner Polon (2003)POLÓN, R.: “Prácticas agroecológicas para disminuir las afectaciones del arroz rojo (Oryza sativa L.). I. Rotación con Soya, manejo del agua y laboreo del suelo en húmedo”, Cultivos Tropicales, 24(2): 45-49, 2003, ISSN: 1819-4087.. This should indicate a net water requirements of 11 832 and 12 180 m³·ha^-1 for the eastern, central and western regions, respectively. The same author refers that the intense droughts of the years 2014 - 2015, forced to the reduction of these norms with a view to maintaining the area sowed at a fixed level of 14 000 m³·ha^-1. This reduction was not based on studies of the balance of water requirements of the crop, but rather in the historical averages of the real consumptions of water for irrigation.

Conclusions

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For a dry year of 75 % of probability of occurrence of rainfalls in the period May-December the consumption of water is of 9 110,4 m³·ha^-1, in the period May-September the rice needs 7913,0 m³·ha^-1 and for the period July-October of 6596,0 m³·ha^-1 for a cycle of life of 130 days.

For a cycle of life of 140 days and 75 % of probability the total net requirements are the following: May-December 9 654,0 m³·ha^-1, May-September 4 399,0 m³·ha^-1 and for the period July-October is of 7072,0 m³·ha^-1.

The evapotranspiration of the crop (ET _c) for the study area stayed in the range of 5,4 and 6,21 mm·day^-1 in dependence of the sowing period and the cycle of life of the rice.

When comparing the total net requirements that roposes the Resolution 17/2020 for a average cycle of 140 days and a year of 75 % of probability of occurrence of rainfalls, with those obtained in this study they are higher between a 19,3 and 42,5 % in function of the sowing period.

Introducción

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El arroz (Oryza sativa L.) es uno de los alimentos principales a nivel mundial junto con el trigo y el maíz, con una producción de 509,2 millones de toneladas FAO (2020)FAO: Perspectivas de cosechas y situación alimentaria - Informe trimestral mundial N° 2, julio 2020, Inst. FAO, Roma, Italia., Roma, Italia., 2020. que provienen, mayoritariamente, de países asiáticos como China e India.

Según Díaz et al. (2021)DÍAZ, S.S.H.; MOREJÓN, R.R.; PÉREZ, L.N.: “ISRA LP-24. Nuevo cultivar de arroz (Oryza sativa L.) de ciclo medio, obtenido por hibridaciones”, Cultivos Tropicales, 42(4), 2021, ISSN: 0258-5936., Cuba es uno de los países que registra altos valores de consumo de arroz con 72 kg per cápita al año, por lo que, apuesta a la producción nacional de este grano a pequeña y mediana escala, pero hasta el momento la producción nacional solo satisface el 50 % de las necesidades.

Como cualquier cultivo, el arroz tiene etapas durante el ciclo del cultivo que son más sensibles a la falta de humedad en el suelo, principalmente después del trasplante, en el macollamiento, durante la iniciación y desarrollo del primordio floral, en la floración y durante el desarrollo de la panícula, hasta dos semanas antes de la cosecha.

El riego es necesario para complementar las deficiencias hídricas del cultivo y cuando no se dispone de agua para riego, es mejor que el productor se dedique a otra clase cultivos, por las pérdidas que le puede ocasionar una siembra de arroz sin riego suplementario (Reyes, 2003REYES, D.N.: El cultivo de arroz. (Oryza sativa). Manual técnico para consultores agrícolas y productores, La Habana, Cuba, 51 p., 2003.).

En este contexto, el agua desempeña un papel importante en la producción de grano. Actualmente, un 80% de la superficie de arroz se cultiva bajo condiciones de inundación continua desde la siembra hasta madurez fisiológica, y el 20 % restante utilizando la metodología de siembra directa. En ambos casos se utilizan grandes volúmenes de agua que superan los 14 000 m³·ha^-1 (Hernaiz y Alvarado, 2007HERNAIZ, S.; ALVARADO, J.: “Manejo del agua en el arrozal”, Arroz, Manejo Tecnológico. Instituto de Investigaciones Agropecuarias, Chillán, Chile, : 49-68, 2007.). En el cultivo del arroz se deben considerar las pérdidas de agua debido a la evapotranspiración de la planta, infiltración y percolación en el suelo, y a prácticas específicas de manejo del agua (por ejemplo, drenaje para aplicación de agroquímicos), como la preparación de suelo inicial y el drenaje del terreno antes del macollaje (Bouman et al., 2007BOUMAN, B.; LAMPAYAN, R.M.; TUONG, T.P.: Water management in irrigated rice: coping with water scarcity, Ed. International Rice Research Institute, Los Baños, Philippines, International Rice Research Institute, Los Baños, Philippines, 2007, ISBN: 971-22-0219-4.). Así, el cultivo de arroz es altamente demandante del recurso hídrico.

La expresión del resultado final del balance de agua para el cultivo del arroz durante todo su ciclo es la norma de riego neta, o sea la cantidad de agua total a planificar (sin tener en cuenta las pérdidas en el sistema de conducción, distribución y aplicación) para obtener el rendimiento deseado.

Según Herrera et al. (2020)HERRERA, J.; MENESES, J.; DUARTE, C.; GONZÁLEZ, F.; HERVÍS, G.: “Determinación del coeficiente de cultivo para la estimación de la evapotranspiración del arroz en Cuba”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 29(3): 5-20, 2020, ISSN: 2071-0054., los parámetros percolación y evapotranspiración por si solos ocupan entre el 80 % al 90% del agua aplicada como norma de riego, de ahí la importancia de la determinación de las características de la infiltración del suelo (determina la percolación) y del consumo de agua del cultivo, el cual es una función de la variedad, la duración del ciclo y de la demanda climática, en relación esta última con la época en que se desarrolle el cultivo.

El presente trabajo se llevó a cabo con el objetivo de conocer las necesidades de riego del arroz sembrado en un suelo Oscuro Plástico Gleysado.

Materiales y Métodos

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El trabajo se desarrolló en la Empresa Agroindustrial de Granos (EAG) “Fernando Echenique”, provincia de Granma, Cuba. tomando como base la información de las variables climáticas disponible en el Boletín Agrometeorologico Nacional del INSMET-Cuba (2024)INSMET-CUBA: Reportes de las estaciones metereológicas de Cuba, Inst. Instituto de Meteorología. La Habana. Cuba, La Habana, Cuba, 2024..

Para la selección de los años hidrológicos se realizó el estudio de una serie de 13 años (2008 - 2020) del pluviómetro ubicado en “Veguita”, provincia Granma, con coordenadas geográficas de 20°13´38,59" N y 76°57´3,40" W a una altura de 41 msnm donde se determinó la probabilidad empírica a partir de la siguiente expresión:

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

(1)

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 y para cada época de siembra del cultivo. El de probabilidad 25 % denota un escenario húmedo, el 50 % medio y 75 % seco, según Pérez & Álvarez (2005)PÉREZ, R.; ÁLVAREZ, M.: “Necesidades de Riego de la Caña de Azúcar en Cuba”, Editorial Academia-IIRD, Formato digital. C. Habana, Cuba, Capítulos, 2(3): 4, 2005., con el programa WINKOL.exe.

Para la estimación de la ET ₀ se partió de la definición de las épocas de siembra más utilizadas en Cuba (Tabla 1) según IIG-Cuba (2020)IIG-CUBA: Instructivo Técnico del cultivo del Arroz, Inst. Instituto de Investigaciones de Granos (IIG), Imprenta EAS-MINAG, La Habana, Cuba, 142 p., 2020. las cuales resultaron ser las siguientes:

Tabla 1. Épocas de siembras y duración del ciclo vegetativo

No.	Época de siembra	Duración, días
1	diciembre - mayo	130 y 140
2	mayo - septiembre
3	julio - octubre

Se tomó como referencia para la determinación de las normas netas y totales los resultados de Maqueira (2014)MAQUEIRA, L.: “Relación de los procesos fisiológicos del desarrollo y de variables meteorológicas, con la formación del rendimiento en el cultivo del arroz (Oryza sativa L.) en Los Palacios, Pinar del Río”, Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba, 2014. & Herrera et al. (2020)HERRERA, J.; MENESES, J.; DUARTE, C.; GONZÁLEZ, F.; HERVÍS, G.: “Determinación del coeficiente de cultivo para la estimación de la evapotranspiración del arroz en Cuba”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 29(3): 5-20, 2020, ISSN: 2071-0054., donde se definen cuatro etapas de desarrollo vegetativo: inicial, desarrollo, medio y fin de temporada, con coeficientes de cultivo (K _c ) para las etapas inicial, medio y final. Los K _c se muestran en la Tabla 2.

Tabla 2. Coeficientes de cultivo del arroz ajustados según

Fases de desarrollo	Kc
Inicial (GDCA 505 ± 5)	0,8
Vegetativa (GDA 1299 ± 21)	1,2
Reproductiva (GDCA 2136 ± 98)	1,4
Final (GDCA 2555 ± 168)	1,3

En la tabla 3, se resumen los parámetros de entrada del módulo de suelo a utilizar en la herramienta CropWat en función del tipo de suelo definido por Herrera et al. (2020)HERRERA, J.; MENESES, J.; DUARTE, C.; GONZÁLEZ, F.; HERVÍS, G.: “Determinación del coeficiente de cultivo para la estimación de la evapotranspiración del arroz en Cuba”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 29(3): 5-20, 2020, ISSN: 2071-0054..

Para la estimación de las normas netas totales se utilizó la herramienta CropWat versión 8.0, 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 ya que utiliza el método de la FAO Penman-Monteith.

Para el cálculo de las normas netas totales se tuvo en cuenta lo siguientes criterios:

Momento del riego: Regar cuando se alcance el nivel de 50 mm de altura del agua.
Aplicación del riego: Aplicar la norma para alcanzar el nivel de 100 mm de altura del agua.
Fracción de agotamiento permisible: p = 50 %.
Eficiencia del riego (Field eff.) 60%: Riego superficial para el arroz, según Resolución 17/2020 del INRH GOC-Cuba (2020)GOC-CUBA: “Resolución 17- 2020 Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos (INRH)”, Gaceta Oficial de la República de Cuba, : 35, GOC 2020-557-061, 2020, ISSN: 0864 I-0793, e-ISSN: 1682-7511..

Tabla 3. Parámetros para un suelo Oscuro Plástico Gleysado

Parámetro	Grupo I
Humedad total disponible en el suelo (CC-CM, mm/m)	270
Tasa máxima de infiltración de la lluvia (mm/día)	17
Profundidad radicular máxima del cultivo (cm)	50
Agotamiento inicial de la humedad del suelo (como % de ADT) (%)	100
Humedad del suelo inicialmente disponible (mm/m)	0
Porosidad drenable (SAT-CC) (%)	5
Agotamiento crítico para grietas del fangueo (fracción)	0,6
Tasa máxima de percolación después del fangueo (mm/día)	2,6
Disponibilidad de agua para la siembra (% de saturación)	0
Altura máxima de la lámina de agua (mm)	100

Una vez obtenidas las necesidades netas totales de riego del arroz para las tres épocas de siembra y un ciclo medio del cultivo (140 días) fueron comparadas con la que establece la Resolución 17/2020GOC-CUBA: “Resolución 17- 2020 Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos (INRH)”, Gaceta Oficial de la República de Cuba, : 35, GOC 2020-557-061, 2020, ISSN: 0864 I-0793, e-ISSN: 1682-7511. para la región de estudio (Herrera et al., 2019HERRERA, J.; HERVIS, G.; GONZÁLEZ, F.; DUARTE, C.: “Estudio sobre el balance hídrico del arroz en Cuba”, Ingeniería Agrícola, 9(3), 2019, ISSN: 2227-8761.).

Resultados y Discusión

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Estudio hidrológico de los años para cada época de siembra

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Del estudio hidrológico del sitio de trabajo se logró definir los años húmedo, medio y seco, de los cuales se procesaron las variables climáticas que intervienen en la determinación de la evapotranspiración de referencia y la precipitación efectiva para su posterior corrida en la herramienta de programación CropWat. En la figura1 A, B y C se muestran los estudios de las precipitaciones por épocas de siembra.

Figura 1. Gráfico de probabilidades A (época diciembre-mayo), B (época mayo-septiembre) y C (época julio-octubre).

En la tabla 4 se resumen los años hidrológicos por épocas de siembra y la precipitación efectiva en milímetros.

Tabla 4. Resumen de la distribución de los años hidrológicos por épocas de siembra

Sitio	Diciembre - Mayo			Mayo - Septiembre			Julio - Octubre
Sitio	H	M	S	H	M	S	H	M	S
EAG “Fernando Echenique”	2012	2010	2017	2019	2015	2010	2010	2012	2009
EAG “Fernando Echenique”	281,4	267,5	203,7	568,5	540,4	501,7	442,4	425,6	352,5

Leyenda: H: húmedo (25%), M: medio (50%), S: seco (75 %).

En las figuras 2 (A, B, C) se muestra el balance hídrico para la zona de estudio en las tres épocas de siembra para un año seco. Como se aprecia en la época diciembre-mayo la evapotranspiración de referencia (ET ₀) supera la precipitación efectiva durante todo el ciclo de vida del cultivo. En la época mayo-septiembre solamente en el mes de septiembre la precipitación efectiva acumulada supera la ET₀, mientras que en el ciclo julio-octubre igualmente en el mes de septiembre la precipitación acumulada es superior a la ET₀, todo ello indica que el riego es imprescindible para satisfacer las necesidades hídricas del cultivo.

Figura 2. Balance hídrico para las tres épocas de siembra A (diciembre-mayo), B (mayo-septiembre) y C (julio-octubre) en la EAG “Fernando Echenique”, provincia Granma, Cuba.

Resultados similares a los obtenidos, son informados por Herrera et al. (2019)HERRERA, J.; HERVIS, G.; GONZÁLEZ, F.; DUARTE, C.: “Estudio sobre el balance hídrico del arroz en Cuba”, Ingeniería Agrícola, 9(3), 2019, ISSN: 2227-8761. en el trabajo “Estudios sobre el balance hídrico del arroz en Cuba” y más reciente por en “Determinación del coeficiente de cultivo para la estimación de la evapotranspiración del arroz en Cuba”, en los cuales se hace referencia al déficit de precipitaciones en las tres épocas de siembra del arroz, y donde en sentido general para la mayoría de los meses, la evapotranspiración de referencia supera los acumulados de lluvia.

Normas netas totales de riego estimadas para diferentes épocas de siembra y probabilidad de ocurrencia de la lluvia del 75 % (año seco)

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En la tabla 5 se muestran las normas netas totales estimadas para la época de siembra diciembre-mayo para los ciclos de vida del arroz de 130 y 140 días para un año seco. Las mencionadas normas variaron entre los 9 110,4 m³·ha^-1 para 130 días y 9654,0 m³ ha^-1 para 140 días. Resultados similares fueron informados por Camejo et al. (2017)CAMEJO, B.L.E.; DUARTE, N.L.; RIVERÓN, L.A.R.: “El riego del arroz (Oryza sativa L.) con limitación de agua en suelos oscuros plásticos del municipio Cham-bas”, Universidad y Ciencia, 6(Especial UNICA): 61-78, 2017, ISSN: 2227-2690. en estudio realizado sobre el riego del arroz en suelos oscuros plásticos, quienes al comparar un sistema de manejo donde se dejó disminuir la lámina de agua en la terraza hasta 3 cm y reponiéndola posteriormente hasta 10 cm hasta el 50 % de paniculación con el sistema tradicional de aniego permanente, obtuvieron una disminución de la norma de riego en un 50 % sin afectaciones en el rendimiento.

La evapotranspiración del cultivo (E _tc ) en esta época fue de 5,75 mm·dia^-1 para 130 días y de 5,44 mm día^-1 para los 140 días. Resultados similares fueron informados por Ruiz (2014)RUIZ, S.: “Requerimientos de agua en el cultivo del arroz en la UEB “Sierra Maestra”, Los Palacios, Pinar del Río, Universidad Tecnológica de La Habana, Facultad de Ingeniería Civil, Centro de Investigaciones Hidráulicas (CIH) Instituto de Investigaciones Agrícolas (IAgric), Eng”, 2014. en un trabajo realizado sobre requerimientos de agua en el cultivo del arroz utilizando el programa CropWat 8.0 FAO (2009)FAO: Program CropWat 8.0, Rome, Italy, 2009. y (Steduto et al., 2012STEDUTO, P.; C HSIAO, T.; FERERES, E.; RAES, D.: “Respuesta del rendimiento de los cultivos al agua”, 2012, ISSN: 1020-4393.) con los coeficientes (K _c) propuestos por Allen et al. (2006)ALLEN, R.G.; PEREIRA, L.; RAES, D.; SMITH, M.: “Evapotranspiration-Guidelines for computing crop water requirements”, FAO Irrigation and drainage paper, 56: 300, 2006, ISSN: 92-5-304219-2..

Tabla 5. Requerimientos de agua estimados del arroz en la EAG “Fernando Echenique”, para un año seco (75 % de probabilidad) en la época de siembra (diciembre-mayo)

Probabilidad Precipitación (%)	Lluvia efectiva (mm)	ET _c (mm)	Norma neta total (mm)	Pérdidas por percolación total (mm)
130 días
75	118,2	747,1	911,04	157,8
140 días
75	157,6	761,1	965,4	183,5

Para la época mayo-septiembre las normas netas totales estimadas variaron entre los 7 913,0 y 4 399,0 m³·ha^-1 para los ciclos de vida 130 y 140 días como aparece en la tabla 6. La evapotranspiración del cultivo (ET _c) se incrementa en un 6 % cuando el ciclo varió de 130 a 140 días.

Tabla 6. Requerimientos de agua estimados del arroz en la EAG “Fernando Echenique”, para un año seco (75% probabilidad) en la época de siembra (mayo-septiembre)

Probabilidad de precipitaciones (%)	Lluvia efectiva (mm)	ET _c (mm)	Norma neta total (mm)	Pérdidas por percolación total (mm)
130 días
75	637,2	865,2	791,3	233,8
140 días
75	650,6	921,6	439,9	295,5

En un trabajo realizado por Bouman et al. (2012)BOUMAN, B.A.M.; HAEFELE, S.M.; HIZZI, G.; PENG, S.; HSIAO, T.C.: Respuesta del rendimiento de los cultivos al agua, Ed. Estudio FAO Riego y Drenaje 56, Roma, Italy, Steduto, P.; T.C. Hsiao; E. Fereres&D. Raes Ed. ed., 2012, ISBN: 978-92-5-308564-4., refieren que, a la mitad del ciclo del cultivo, cuando ya existe una cobertura completa del cultivo, el arroz evapontranspira a una tasa ligeramente superior a la evapotranspiración de referencia (ET ₀), con tasas diarias de ET _c promedios de 4-5 mm dia^-1 en estación húmeda tropical y 6-7 mm·día^-1 en estación seca tropical, pero que pueden llegar hasta 10-11 mm·día^-1 en las regiones áridas.

En la época julio-octubre (Tabla 7), las normas netas totales estimadas variaron entre los 8078,0 y 7072,0 m³·ha^-1 para los ciclos de vida 130 y 140 días. La evapotranspiración del cultivo (ET _c) se incrementa en un 5,2 % cuando el ciclo varió de 130 a 140 días.

Tabla 7. Requerimientos de agua estimados del arroz en la EAG “Fernando Echenique”, para un año seco (75 % probabilidad) en la época de siembra (julio-octubre)

Probabilidad de precipitaciones (%)	Lluvia efectiva (mm)	ET _c (mm)	Norma neta total (mm)	Pérdidas por percolación total (mm)
130 días
75	394,7	807,8	659,6	224,0
140 días
75	402,9	852,3	707,2	249,7

Los resultados mostrados coinciden con los informados por Reyes (2003)REYES, D.N.: El cultivo de arroz. (Oryza sativa). Manual técnico para consultores agrícolas y productores, La Habana, Cuba, 51 p., 2003. en su trabajo de manejo del riego donde plantea que un suministro mínimo de 1 litro de agua/segundo/24 horas/hectárea en la parcela, es suficiente para un cultivo de arroz bajo riego, siempre y cuando los índices de evaporación, infiltración y filtración se mantengan al mínimo junto a un buen manejo del riego en la plantación.

Lo anterior equivale aproximadamente a unos 26-30 galones/minuto/10 horas diarias/manzana. O sea que para un proyecto de unas 10 manzanas se requiere contar con un mínimo de 300 galones/minuto/10 horas por día. El suministro anterior resulta en un consumo de aproximadamente de 6 000 a 7 000 m³ de agua por manzana, en aproximadamente 100 días de riego permanente o continuo durante el ciclo del cultivo (Pérez y Álvarez, 2005PÉREZ, R.; ÁLVAREZ, M.: “Necesidades de Riego de la Caña de Azúcar en Cuba”, Editorial Academia-IIRD, Formato digital. C. Habana, Cuba, Capítulos, 2(3): 4, 2005.).

Comparación de las normas netas totales 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, GOC 2020-557-061, 2020, ISSN: 0864 I-0793, e-ISSN: 1682-7511.

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En la tabla 8 se puede observar las normas netas totales aprobadas por el INRH en la Resolución 17/2020 del INRH GOC-Cuba (2020)GOC-CUBA: “Resolución 17- 2020 Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos (INRH)”, Gaceta Oficial de la República de Cuba, : 35, GOC 2020-557-061, 2020, ISSN: 0864 I-0793, e-ISSN: 1682-7511. para un ciclo medio (140 días) y diferentes épocas de siembra y las estimadas a través del programa CropWat. Al comparar las aprobadas en la resolución para la provincia de Granma en la Empresa Agroindustrial de Granos “Fernando Echenique” son superiores en el rango de 19,3 y 42,5% para las tres épocas de siembra.

Resultados similares a los obtenidos han sido informados por Camejo et al. (2017)CAMEJO, B.L.E.; DUARTE, N.L.; RIVERÓN, L.A.R.: “El riego del arroz (Oryza sativa L.) con limitación de agua en suelos oscuros plásticos del municipio Cham-bas”, Universidad y Ciencia, 6(Especial UNICA): 61-78, 2017, ISSN: 2227-2690., quienes al comparar un sistema de manejo donde se dejó disminuir la lámina de agua en la terraza hasta 3 cm y reponiéndola posteriormente hasta 10 cm, además hasta el 50% de paniculación con el sistema tradicional de aniego permanente, obtuvieron una disminución de la norma de riego en un 50% sin afectaciones en el rendimiento.

Tabla 8. Comparación entre la norma neta total estimada para un año seco (75 % probabilidad) y la aprobada en la

Sitio	Época de siembra	Norma neta total estimada CropWat (mm)		Norma neta total (INRH) (mm)	Diferencia	% incremento
Empresa Agroindustrial de Granos “Fernando Echenique”, provincia Granma		130 días	140 días	140 días
	Dic-May	911,04	965,4	1184,9	219,5	19,3
	May-Sept	791,3	439,9	1034,0	594,1	42,5
	Jul-Oct	659,6	707,2	940,0	232,8	24,7

En un estudio realizado por Herrera et al. (2019)HERRERA, J.; HERVIS, G.; GONZÁLEZ, F.; DUARTE, C.: “Estudio sobre el balance hídrico del arroz en Cuba”, Ingeniería Agrícola, 9(3), 2019, ISSN: 2227-8761. sobre el balance hídrico del arroz en Cuba, informa que las demandas de agua en el arroz se realizan sobre la base de una norma bruta de 17 400 m³·ha^-1, y se calcula una eficiencia global del sistema que fluctúa entre 0,68 para la región occidental y central y 0,70 para la occidental, lo cual debiera indicar una norma neta de 11 832 y 12 180 m³·ha^-1 para la regiones oriental, central y occidental Polón (2003)POLÓN, R.: “Prácticas agroecológicas para disminuir las afectaciones del arroz rojo (Oryza sativa L.). I. Rotación con Soya, manejo del agua y laboreo del suelo en húmedo”, Cultivos Tropicales, 24(2): 45-49, 2003, ISSN: 1819-4087., respectivamente. El mismo autor refiere que las intensas sequías de los años 2014-2015, obligó a la reducción de estas normas con vistas a mantener el área de siembra a un nivel fijo de 14 000 m³·ha^-1. Esta reducción no se basó en estudios del balance hídrico del cultivo, sino más bien en los promedios históricos de los consumos reales de agua para riego.

Conclusiones

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Para un año seco del 75% de probabilidad de ocurrencia de las precipitaciones en la época mayo-diciembre el consumo de agua es de 9 110,4 m³·ha^-1, en la época mayo-septiembre el arroz necesita 7913,0 m³·ha^-1 y para la época julio-octubre de 6596,0 m³ ha^-1 para un ciclo de vida de 130 días.

Para un ciclo de vida de 140 días y 75 % de probabilidad las necesidades netas totales son las siguientes: mayo-diciembre 9654,0 m³·ha^-1, mayo-septiembre 4399,0 m³·ha^-1 y para la época julio-octubre es de 7072,0 m³·ha^-1.

La evapotranspiración del cultivo (ET _c) para la zona de estudio se mantuvo en el rango de 5,4 y 6,21 mm·día^-1 en dependencia de la época de siembra y el ciclo de vida del arroz.

Al comparar las normas netas totales que propone la Resolución 17/2020 para un ciclo medio de 140 días y un año de 75 % de probabilidad de ocurrencia de las precipitaciones, con las obtenidas en el presente estudio son superiores entre un 19,3 y 42,5 % en función de la época de siembra.

Water demand for rice (Oryza sativa L.) in a Dark Plastic Gleyed soil