Location and Characteristics of the Study Area

The research was carried out in the period from March 2020 to May 2021 in an avocado plantation, cv. Govin, which had been planted in February 2020, in field 26 of the Experimental Station of the Agricultural Engineering Research Institute (IAgric), located in Pulido Town, Alquízar Municipality, Artemisa Province (22°46'48” N and 82°36'0.36”W) at 6 meters above sea level.

The soil in the area, like the rest of the farm, has been classified as the Red Ferralitic type, with a relative accumulation of clay and sesquioxides compacted in the middle part of the profile, which gives it a certain hardening, in the dry state a well differentiated, massive and hard structure.

Table 1 shows the texture characteristics of the soil in the area, highlighting the increase in clay content at depth. Although the soil is classified as clayey, due to the nature of this fraction it works, from the point of view of water movement, as a loam, which is justified by observing the value of the basic infiltration rate shown in Table 2.

Two days after a rain of 31.5 mm and in order to adjust the values ​​of the hydrophysical properties of the soil, a sampling was carried out with 100 cc cylinders, in accordance with the Cuban standard NC 110 (2001)NC 110: Calidad del suelo. Determinación de la humedad del suelo. Método gravimétrico, Inst. Oficina Nacional de Normalización, La Habana, Cuba, 2001.. The moisture value determined in this sampling was considered as equivalent to field capacity (cc).

Table 2 shows some physical properties of the soil as well as the irrigation rate to be applied for different depths.

According to the chemical characteristics of the soil (Table 3), it is a soil with a neutral to moderately acidic pH, with a medium content of Organic Matter (M.O), non-saline, low in phosphorus and potassium and with a low capacity of exchangeable bases.

The water used for irrigation came from a tube well located 120 m from the experimental area, which has a diameter of 50 cm and a static level of 6 m. The quality of the water is shown in Table 4, where it can be seen that it does not present limitations for irrigation according to the Cuban standard NC 110 (2001)NC 110: Calidad del suelo. Determinación de la humedad del suelo. Método gravimétrico, Inst. Oficina Nacional de Normalización, La Habana, Cuba, 2001..

The climate of the area is typical of the western region of Cuba and is mainly influenced by rainfall and its distribution regime within the year, with an average annual rainfall value of 1,432 mm, of which, 78% (1,116.7 mm) correspond to the rainy season (May-October) and the remaining 315.3 mm to the dry season (November-April). Rainfall and evaporation data were measured at the meteorological station of the experimental area with the standard rain gauge and the Class A evaporimeter tank, respectively. The other climate variables during the experimental period were obtained from the National Agro Meteorological Bulletin (Instituto de Meteorología-Cuba, 2020INSTITUTO DE METEOROLOGÍA-CUBA: Boletín .Agro meteorológico Nacional. Volumen 39 N ^o 1 al 36,., Inst. Instituto de Meteorología, La Habana, Cuba, Boletín .Agro meteorológico Nacional. Volumen 39 N^o 1 al 36, 2020.; 2021INSTITUTO DE METEOROLOGÍA-CUBA: Boletín .Agro meteorológico Nacional. Volumen 40 N ^o 1 al 13, Inst. Instituto de Meteorología, La Habana, Cuba, 2021.). Reference evapotranspiration (ETo) was calculated using the Penman-Monteith equation using the Cropwat 8.0 program.

Prior to planting, a mechanized cutting of grass and bush in the area was carried out and subsequently it was submitted to subsolation up to 0.4 m deep, after which the holes were mechanically opened to place the plants. These holes had a depth of 0.4 m and a diameter of 0.3 m.

The planting was carried out with seedlings coming from the Cooperativa Mártires de Yaguajay, in 4 rows and spaced at a distance of 6 x 6 m (17 plants in each row), following the indications of the Instituto de Investigaciones de Fruticultura Tropical (IIFT-Cuba, 2011IIFT-CUBA: Instructivo Técnico del Cultivo de Aguacate, Ed. Instituto de Investigaciones de Fruticultura Tropical IIFT, La Habana, Cuba, 40 p., Biblioteca ACTAF, 1ra edición 40 pp, 2011.). At the time of planting, an application of organic matter was made at a rate of +/- 10 kg per plant.

Characteristics of the Irrigation System

Irrigation was applied using a porous pipes system (16 mm diameter red mesh, Visa Reg (2019)VISA REG: Sistema de riego por Exudación. Manual Técnico Práctico, [en línea], Ed. VisaREg, Barcelona, España, Manual Técnico Práctico, 2019, Disponible en:www.visareg.es., which is a localized irrigation system that applies water continuously through a porous tube that exudes water along its entire length and on all or part of its surface (Pizarro-Cabello, 1990PIZARRO-CABELLO, F.: “Riego Localizado de Alta Frecuencia (RLAF)”, Goteo Microaspersión, 1990.; Poritex, 2014PORITEX: Riego localizado por exudación, [en línea], Inst. Poritex, México, 2014, Disponible en:http://riegoexudanteporitex.mex.; 2020PORITEX: Riego textil exudante poritex. Cálculos hidráulicos e instalación. Parques y jardines “césped, arbustos y árboles”, [en línea], Chile, 2020, Disponible en:http://riegoexudante.zp.cl.; Herrera-Puebla et al., 2020HERRERA-PUEBLA, J.; TEJEDA-MARRERO, V.; RIVEROL-MARRERO, L.H.; CISNEROS-ZAYAS, E.; CUN-GONZÁLEZ, R.; SARMIENTO-GARCÍA, O.: “Riego localizado mediante tuberías porosas”, Revista Ingeniería Agrícola, 10(3): 3-9, 2020, ISSN: 2306-1545.).

The irrigation system consists of two irrigation sub-units, each one fed by a valve, which in turn, feeds two irrigation sections. Each row of plants is fed by two porous pipes placed 0.3 m from the trunk of the plant, which are fed by 50 mm diameter LDPE pipes at both ends of the field. It has two 130 mesh disc filters installed at the beginning of the field.

At the outlet of the pump station, it was placed a water counter meter which was read at the beginning and end of each irrigation time. These moments, the start and the end time of irrigation, were noted in order to calculate the total volume of water delivered and the flow. From these measurements it was possible to calculate the total flow delivered per meter of pipe in each irrigation according to:

Unlike drip irrigation, where the delivery of water to the soil is punctual, and the lateral distribution of the water is expressed as a cone, the porous pipe distributes the water throughout its length, with a discharge related to inlet flow and pressure, therefore, the lateral distribution of moisture has to be expressed as a strip along and both sides of the pipe. Results of the hydraulic evaluations carried out on the system IAgric-Cuba (2021)IAGRIC-CUBA: Evaluación de la tubería porosa VISAREG en el riego de los cultivos de mango y aguacate, Inst. Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola. IAgric, La Habana, Cuba, DIRECCIÓN DE PRUEBA, VALIDACIÓN Y CERTIFICACIÓN DE TECNOLOGÍAS AGRÍCOLAS, La Habana, septiembre 2021., 2021. showed that the wet strip reaches 50 cm from the center of the strip. According to the above, it was considered that the effective irrigation area was 1 m around the plant. Since the total length of each row is 120 m, it was considered that the irrigated area in each one was 120 m², calculating the irrigation rate by ha delivered in accordance with:

where I_r is the irrigation rate delivered.

Measurement of Soil Moisture and Tension

To determine the soil moisture tension gradient (indirect measurement of soil moisture content), a tensiometric station was installed in the middle of each of the subsections (cultivars). These tensiometers have been placed in the center of the crop line at depths of 0.15, 0.30, 0.45, 0.60 and 0.90 m. These tension measurements were complemented with determinations of gravimetric soil moisture carried out at various times of the evaluation using the procedure described in the NC 110-200 standard (NC 110, 2001NC 110: Calidad del suelo. Determinación de la humedad del suelo. Método gravimétrico, Inst. Oficina Nacional de Normalización, La Habana, Cuba, 2001.).

To obtain the relationship between the soil moisture content and the tension measured with the tensiometers, a cross calibration was made between the moisture content obtained with the gravimetric method (g of water/g of soil) and the soil moisture tension, recorded with four tensiometers (kPa), installed at depths of 0.15, 0.3 and 0.45 m. With the average values ​​of moisture content of such strata, the water content for each of them was determined with the following equation:

Where: L is the quantity of water (mm / 0.15 m of soil) θ_hi is the moisture content (g water/g soil) corresponding to each tension i, i = 10, 30, 50 and 70 kPa; ρ_ai and ρ_w are the apparent density (Mg m^-3) of the corresponding stratum (i) and the density of water (Mg m^-3), respectively; and Z is the depth of the stratum (0.15 m). With the values ​​of L of each sample for each tension value in each stratum, a logarithmic equation was fitted to determine the retained water in each layer for different tensiometer observations, according to the following equation:

Where: L is the depth of retained water (mm/0.15 m of soil); T is the tension (cbar); and Bo and B1 are the regression coefficients of the equation. Previous studies in the soil of the station (Carrillo, 1980CARRILLO, O.: Estudio de diferentes métodos para determinar el momento de riego, Inst. Instituto de Investigaciones de Riego y Drenaje (IIRD), Informe de divulgación interna, La Habana, Cuba, 31 p., 1980.; Herrera et al., 1986HERRERA, P.; CID, G.; LLANOS, M.: “Relaciones Tensión-Humedad en algunos suelos de Cuba”, Suelo y Agua, 1986.) showed that the moisture content corresponding to a tensiometer reading of 10 cbar corresponds to the moisture content at field capacity (0.35 g g-1 ).

Determination of Water Consumption by the Crop

The water consumption by the crop was determined through the soil moisture balance. Taking into account that the area has a very gentle slope (0.16%), that soil infiltration is greater than 1.2 cm h-1 and the water table is below 6 m (IAgric-Cuba, 2021IAGRIC-CUBA: Evaluación de la tubería porosa VISAREG en el riego de los cultivos de mango y aguacate, Inst. Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola. IAgric, La Habana, Cuba, DIRECCIÓN DE PRUEBA, VALIDACIÓN Y CERTIFICACIÓN DE TECNOLOGÍAS AGRÍCOLAS, La Habana, septiembre 2021., 2021.), the terms of runoff and capillary rise were not considered in the water balance equation, which was as follows:

In equation (5) ${ET}_c\left(mm\right)= {Ll}_{ap}+R-∆W$ , ETc is the evapotranspiration of the crop for the calculated period, Ll_ap and R are the effective rainfall and the applied irrigation rate (mm), respectively, and ΔW is the variation in soil moisture (water layer, mm) to depths of 15, 30 and 45 cm, obtained through the readings of the tensiometers at the respective depths and converted to water depth by means of equation (5) ${ET}_c\left(mm\right)= {Ll}_{ap}+R-∆W$ .

The single crop coefficient (Kc) was estimated as:

With ETc and ET₀ determined as was indicated above

Crop Growth Dynamics

Crop height measurements were made to the entire population on a monthly basis from planting (February 2020) until February (2021).

Climatic Variables

The behavior of the temperatures during the experimental period was similar to the average of the area for the period 2008-2019, as shown in Figure 1. The differences in the minimum temperatures for the cold period of the year were less than 0.2°C, while the maxima (Figure 1a), showed a similar behavior. The average minimum and maximum temperatures for the dry season of the year (the coldest) were 19 and 23°C, respectively; while for the rainy season (the hottest) they were 23.2 and 32.4 °C, respectively. Since the cv Govin belongs to the Antillean race, for which the ideal daytime temperatures are between 25-30°C and the nighttime temperatures, 15-20°C (Fintrac U, 2019FINTRAC, U.: Advocado Production Manual (Persea americana L), [en línea], 2019, Disponible en:https://fintracu.fintrac.com/sites/default/files/tech_manuals/Fintrac%20U_Avocado% 20Production%20Manual.pdf.), the temperatures present in the study area do not were limiting for the development of the crop.

The ETo (Figure 1b) was similar in its behavior throughout the year in both periods and only 0.1 mm lower in the study period in relation to the average of the previous 11 years.

Figure 2 shows the rainfalls/ETo balance during the period under study in the area of ​​ IAgric Experimental Station. It can be seen that, despite reaching a total of 1938.1 mm of rainfall from the planting date (February 2020 to May 2021), there are two strong periods of negative moisture balance in the months from February to May, one at the initial stage of the crop establishment, and another one, from November to May at the end of the period of observations, where the crop was already fully established. This strong rainfall deficit indicates the need for irrigation in these conditions.

Irrigation and Soil Moisture

Despite, the higher amount of rainfall in the months from May to October, due to the unequal distribution throughout the month, irrigation had to be applied since in occasions the tensiometer reading indicated the need for irrigation. Table 5 shows the distribution of irrigation throughout the period studied, as well as the monthly average irrigation intervals.

As it can be seen in Table 5, the average interval was 8 days with a partial irrigation rate of 145 m3 ha^-1. It is noteworthy that during the first month of establishment, before the installation of the tensiometers, the irrigation interval was applied with a frequency of twice a week followed the recommendation of the standards for avocado cultivation from IIFT-Cuba (2011)IIFT-CUBA: Instructivo Técnico del Cultivo de Aguacate, Ed. Instituto de Investigaciones de Fruticultura Tropical IIFT, La Habana, Cuba, 40 p., Biblioteca ACTAF, 1ra edición 40 pp, 2011., that recommends irrigation applications during the first month of transplantation, twice a week.

Figure 3 shows the behavior of soil moisture tension for the period studied and the influence of irrigation and rainfall on it.

On the right side of Figure 3, the soil moisture tension for depths of 0-15, 15-30 and 30-45 cm can be observed, while on the left side, depths of 45-60 cm and 60-90are shown.

As the figure indicates, the tensions at depths of 45-60 cm (yellow line) and 60-90 cm (blue line) are maintained throughout the study period, within 10 cb and 20 cb, respectively, indicating its little or no contribution to water consumption by the crop, which led to these depths not being taken into account when performing the moisture balance. Similarly, on the right side, it can be noted that the depth of 30 and 45 cm shows little variation throughout the period and remains within the range of 20 cbar, also indicating its little contribution to the crop's water consumption.

Salgado and Cautín (2008, cited by Singh, 2020SINGH, L.: Advocado Irrigation Literature Review, [en línea], 2020, Disponible en:https://avocado.org.au/wp-content/uploads/2021/04/2020-Irrigation-Literature-Review-FINAL-Liz-Singh-AAL.pdf.) point out that the root zone of avocado is superficial and compact (30-60 cm deep and 2 m in diameter around the trunk), indicating that the small volume of the root zone of the crop limits the adequate supply of water demanded by the tree during periods of high evaporative demand or at critical moments of crop development (flowering, fruiting, seed development).

The aforementioned authors refer to trees in production, so it is to be expected that, in trees in development, the root system is less developed, which could explain the little variation in moisture tension shown in Figure 3 for depths under 30 cm.

Crop Growth

Starting from seedlings of 40 cm height, after 441 days of growth (February 15, 2020 to May 1, 2021) avocado plants reached an average height of 135.8 cm (S.D. +/- 22.9 cm) and an average diameter of 23.5cm (S.D. +/- 4.2 cm). Average daily growth was 0.4 cm day^-1, however, as Figure 4 shows, this value was not constant throughout the period studied.

In the period from planting to the months of March and May, the daily growth was 0.57 and 0.7 cm day-1, and fell sharply to 0.2 cm day-1 for the May-July period, which coincides with the highest rainfall values ​​throughout the time period studied. As Figure 3c shows, the soil moisture tension in this period, at depths of 0-15 and 15-30 cm, remained at values ​​of 0, which indicates that the soil remained at saturation almost all the time.

Ferreyra et al. (2011FERREYRA, E.; SELLÉS, V.; GIL, P.: Asfixia radicular en huertos de palto: Manejo del riego y suelo, Inst. Instituto de Investigaciones Agropecuarias, Centro Regional de Investigaciones la Cruz, La Cruz,, Chile, 54 p., Boletin INIA N^o 231, ISSN 0717-4829, 2011.) pointed out that in most plant species the air content in the root zone must be greater than 10% of the total volume of soil, while in avocado, it is estimated that the appropriate limit for the roots development is about 30%. The properties of the soil where the work was carried out, shown in Table 2, indicate that at field capacity, for a depth of 0-30 cm, the soil has an average porosity of 14.5. If it is assumed that all these pores would be filled with air, they would still be below the limit indicated by Ferreyra et al. (2011)FERREYRA, E.; SELLÉS, V.; GIL, P.: Asfixia radicular en huertos de palto: Manejo del riego y suelo, Inst. Instituto de Investigaciones Agropecuarias, Centro Regional de Investigaciones la Cruz, La Cruz,, Chile, 54 p., Boletin INIA N^o 231, ISSN 0717-4829, 2011., so keeping the soil almost all the time at a soil moisture tension value of 0 could have been the cause of the decrease in the growth rate for that period. By decreasing the values ​​of rainfall, from August to October, with shorter periods of time at 0 tension, the growth rate increased, then decreasing in the period from November to April, where the coldest time of the year occurs, which as it can be seen in Figure 1, average values ​​below 20°C were recorded.

Water Consumption and Crop Coefficients

Water consumption for the total cycle studied was 946.2 mm, which yields an average consumption of 2.14 mm days-1, which varied between 2.3 (November-April) and 4.6 (June-August).

Evapotranspiration is the combination of two separate processes by which water is lost through the soil surface by evaporation and by crop transpiration (Allen et al., 2006ALLEN, R.G.; PEREIRA, L.S.; RAES, D.; SMITH, M.: “Evapotranspiración del cultivo: guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos”, FAO, 298: 0, 2006.). In initial conditions of crop growth, with mostly bare soil and a sufficient supply of water, such as those prevailing in the months from February to April in this work, evaporation may be the dominant process and a high rate of ETc can be obtained even when the transpiration of the crop is not significant due to its scarce development.

A similar situation is shown in Figure 5, where in the month of March, with the plants still in establishment and a height not greater than 40 cm, a daily ETc of almost 5 mm is reached

However, the high daily dispersion from March, during the months from April to May (ten-day periods 6 to 9), maintains a relative stability in the daily values ​​of ETc with averages of 1.8 mm. From July, the values ​​increase until reaching a maximum in the month of September, reaching almost 4 mm and an average for the months from July to September (the warmest months of the year) of 2.5 mm. From the month of October onwards, the values ​​begin to decrease with a minimum in December of 1.4 mm and an average for the November-April period of 1.96 mm and beginning to rise again in May.

Consumption in avocados in establishment has been little studied, Lahav et al. (2013)LAHAV, E.; WHILEY, A.; TURNER, D.: “11 Irrigation and Mineral Nutrition”, The avocado: botany, production and uses, : 301, 2013, ISSN: 1845937015., in a Mediterranean climate, indicate values ​​of 8 liters plants per day for one-year-old avocados, which would be equivalent to a plantation of 400 trees per hectare, such as those used in the work of the aforementioned authors, to a consumption of 0.32 mm day^-1.

For his part, Kaneko (2016)KANEKO, T.: “Water requirements for’Hass’ avocado flowering and fruit development in New Zealand”, 2016. in New Zealand, obtained daily consumption values ​​of 1.34 and 0.41 mm day-1 for the warmest and coldest month of the year, respectively. In the nursery stage, Echeverría & Mercado (2021)ECHEVERRÍA, P.R.; MERCADO, F.T.: “Requerimiento hídrico del aguacate (Persea americana Miller) variedad americana, en etapa de vivero en los Montes de María, Sucre, norte de Colombia”, Idesia (Arica), 39(2): 91-100, 2021, ISSN: 0718-3429. obtained the plants with the best quality when they applied an irrigation dose of 3.6 mm day-1, while Mazhawu et al. (2018)MAZHAWU, E.; CLULOW, A.; SAVAG, M.J.; TAYLOR, N.J.: Water use of avocado orchards -Year, [en línea], Inst. 1SOUTH AFRICAN AVOCADO GROWERS’ ASSOCIATION YEARBOOK, South Africa, 41 p., 2018, Disponible en:https://www.researchgate.net/publication/339676731., in four-year-old avocado of the Hass variety, in South Africa, obtained average values ​​of 3.98 and 1.64 in summer and winter, respectively.

Figure 6 shows the ten-day and monthly values ​​of the crop coefficients (Kc) for avocado cv Govin in development. As can be seen in the figure, there is a large dispersion in the ten-day values ​​with the lowest values ​​of 0.26 (1st ten days of June) and the highest of 1.18 in the third ten days of November. From the beginning of the plantation, until the third ten days of May, there is a decrease in Kc, which corresponds to the decrease in ten-day consumption for this period shown previously in Figure 5. From this moment on, Kc increases (Figure 6) to reach its highest value in the first ten days of November, but more related to a lower value of the ETo and not to an increase in consumption, as it can be seen in Figure 5

Due to the large daily changes in ETo, caused largely by fluctuating environmental conditions, it is possible to obtain more meaningful values ​​for irrigation management in an established avocado crop by calculating seasonal averages (Table 6). In the table, it can be seen that the mean daily ETo in the rainy season (summer) was 4.49 mm day^-1, while in the dry season (winter) the mean daily ETo was 3.72 mm day^-1.

The ETc reached values ​​of 2.12 and 1.79 mm day^-1 for the rainy and dry seasons, respectively. These differences in consumption followed the same pattern as the differences in ETo between seasons, hence the crop coefficients have similar values.

Although with different values ​​of Kc, Kaneko (2016)KANEKO, T.: “Water requirements for’Hass’ avocado flowering and fruit development in New Zealand”, 2016. obtained similar relationships in young avocado plants cv Hass, with Kc values ​​between 0.25-0.30 in summer and 0.55 in winter, which was attributed, as in this work, to the decline of the ETo in the coldest season.

Ubicación y características del área de estudio

La investigación se llevó a cabo en el período comprendido de marzo 2020 a mayo 2021en una plantación de aguacate, cv. Govin, que había sido plantada en febrero 2020, en al campo 26 de la Estación Experimental del Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola (IAgric), situada en la localidad de Pulido, Municipio de Alquízar, Provincia de Artemisa (22°46’48”N y 82°36’0.36”W) a 6 msnm.

El suelo del área, al igual que el resto de la finca ha sido clasificado como del tipo Ferralítico Rojo compactado una relativa acumulación de arcilla y sesquióxidos en la parte media del perfil, lo que le confiere cierto endurecimiento; en estado seco una estructura bien diferenciada, masiva y dura.

La Tabla 1 muestra las características texturales del suelo del área resaltando el incremento del contenido de arcilla en profundidad. Aunque el suelo clasifica como arcilloso, por la naturaleza de esta fracción el mismo funciona, desde el punto de vista del movimiento del agua como un loam, lo cual se justifica al observar el valor de la velocidad de infiltración básica mostrado en la Tabla 2.

Dos día después de una lluvia de 31.5 mm y con el fin de ajustar los valores de las propiedades hidrofísicas del suelo, se realizó un muestreo con cilindros de 100 cc; acorde con la norma cubana NC 110 (2001)NC 110: Calidad del suelo. Determinación de la humedad del suelo. Método gravimétrico, Inst. Oficina Nacional de Normalización, La Habana, Cuba, 2001.. El valor de humedad determinado en este muestreo fue considerado como valor equivalente a capacidad de campo (cc).

La Tabla 2 muestra algunas propiedades hidrofísicas del suelo así como las normas de riego a aplicar para diferentes profundidades.

De acuerdo a las características químicas del suelo (Tabla 3) se trata de un suelo de pH neutro a medianamente ácido, con mediano contenido de Materia Orgánica (M.O), no salino, bajo en fosforo y potasio y de baja capacidad de bases intercambiables.

El agua utilizada para el riego provino de un pozo entubado situado a 120 m del área experimental, el cual tiene un diámetro de 50 cm y nivel estático de 6 m. la calidad del agua se muestra en la Tabla 4, donde puede observarse que la misma no presenta limitaciones para el riego según la norma cubana NC 1048 (2014)NC 1048: Calidad del agua para preservar el suelo―Especificaciones, Inst. Oficina Nacional de Normalización, La Habana, Cuba, 2014..

El clima de la zona es típico de la región occidental de Cuba, y está influenciado principalmente por las lluvias y su régimen de distribución dentro del año; con un valor de lluvia media anual de 1 432 mm, de los cuales el 78% (1 116.7 mm) corresponden al período lluvioso (mayo-octubre) y los 315.3 mm restantes al período poco lluvioso (noviembre-abril). Los datos de lluvias y evaporación fueron medidos en la Estación meteorológica del área experimental con el pluviómetro estándar y el evaporímetro de tanque Clase A respectivamente, mientras que el comportamiento de las otras variables del clima durante el periodo experimental fueron obtenidos del Boletín Agro-Meteorológico Nacional (Instituto de Meteorología-Cuba, 2020INSTITUTO DE METEOROLOGÍA-CUBA: Boletín .Agro meteorológico Nacional. Volumen 39 N ^o 1 al 36,., Inst. Instituto de Meteorología, La Habana, Cuba, Boletín .Agro meteorológico Nacional. Volumen 39 N^o 1 al 36, 2020.; 2021INSTITUTO DE METEOROLOGÍA-CUBA: Boletín .Agro meteorológico Nacional. Volumen 40 N ^o 1 al 13, Inst. Instituto de Meteorología, La Habana, Cuba, 2021.). La evapotranspiración de referencia (ETo) fue calculada utilizando la ecuación de Penman-Monteith mediante el programa Cropwat 8.0.

Previo a la siembra se realizó una chapea mecanizada del área y posteriormente una labor de subsolación hasta 0.4 m de profundidad, luego de lo cual se procedió a la apertura mecánica de los hoyos para la colocación de las plantas. Estos agujeros tuvieron una profundidad de 0.4 m y un diámetro de 0.3 m.

La plantación se realizó con posturas provenientes de la Cooperativa Mártires de Yaguajay, en 4 hileras y espaciadas a una distancia de 6 x 6 m (17 plantas en cada hilera), siguiendo las indicaciones del instructivo técnico del cultivo (IIFT-Cuba, 2011IIFT-CUBA: Instructivo Técnico del Cultivo de Aguacate, Ed. Instituto de Investigaciones de Fruticultura Tropical IIFT, La Habana, Cuba, 40 p., Biblioteca ACTAF, 1ra edición 40 pp, 2011.). Al momento de la plantación se realizó una aplicación de materia orgánica a razón de +/- 10 kg por planta.

Características del sistema de riego

El riego se aplicó mediante un sistema de tuberías porosas de 16 mm de diámetro malla roja Visa Reg (2019)VISA REG: Sistema de riego por Exudación. Manual Técnico Práctico, [en línea], Ed. VisaREg, Barcelona, España, Manual Técnico Práctico, 2019, Disponible en:www.visareg.es., el cual es un sistema de riego localizado que aplica el agua de forma continua mediante un tubo poroso que exuda agua en toda su longitud y en la totalidad o parte de su superficie (Pizarro-Cabello, 1990PIZARRO-CABELLO, F.: “Riego Localizado de Alta Frecuencia (RLAF)”, Goteo Microaspersión, 1990.; Poritex, 2014PORITEX: Riego localizado por exudación, [en línea], Inst. Poritex, México, 2014, Disponible en:http://riegoexudanteporitex.mex.; 2020PORITEX: Riego textil exudante poritex. Cálculos hidráulicos e instalación. Parques y jardines “césped, arbustos y árboles”, [en línea], Chile, 2020, Disponible en:http://riegoexudante.zp.cl.; Herrera-Puebla et al., 2020HERRERA-PUEBLA, J.; TEJEDA-MARRERO, V.; RIVEROL-MARRERO, L.H.; CISNEROS-ZAYAS, E.; CUN-GONZÁLEZ, R.; SARMIENTO-GARCÍA, O.: “Riego localizado mediante tuberías porosas”, Revista Ingeniería Agrícola, 10(3): 3-9, 2020, ISSN: 2306-1545.).

El sistema de riego está formado por dos sub unidades de riego alimentadas por una válvula cada una, que a su vez alimenta a dos secciones de riego. Cada hilera de plantas es alimentada por dos cintas porosas colocadas a 0.3 m del tronco de la planta, las cuales son alimentadas por tuberías de PEBD de 50 mm de diámetro por ambos extremos del campo El mismo cuenta con dos filtros de discos de 130 mesh instalados al inicio del campo.

Al inicio de la tubería de suministro de agua al campo fue colocado un metro contador, al cual se le tomó lectura al inicio y final de cada tiempo de riego, en este momento se anotó la hora de comienzo y fin del riego para poder calcular el caudal total entregado y el caudal unitario. A partir de estas mediciones fue posible calcular el caudal total entregado por metro de cinta en cada riego según:

A diferencia del riego mediante goteros, donde la entrega de agua al suelo es puntual, y la distribución lateral del agua se expresa como un cono, por el contrario, la tubería porosa a distribuye el agua a todo lo largo de su longitud, con un gasto relacionado con el caudal de entrada y la presión, por tanto, la distribución lateral de humedad ha de expresarse como una franja a lo largo y ambos lados de la tubería. Resultados de las evaluaciones hidráulicas realizadas al sistema IAgric-Cuba (2021)IAGRIC-CUBA: Evaluación de la tubería porosa VISAREG en el riego de los cultivos de mango y aguacate, Inst. Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola. IAgric, La Habana, Cuba, DIRECCIÓN DE PRUEBA, VALIDACIÓN Y CERTIFICACIÓN DE TECNOLOGÍAS AGRÍCOLAS, La Habana, septiembre 2021., 2021. mostraron que la franja de humedecimiento alcanza los 50 cm desde el centro de la cinta. De acuerdo a lo anterior se consideró que el área efectiva de riego era de 1 m alrededor de la planta, como la longitud total de cada hilera es de 120 m, se consideró que el área regada en cada una era de 120 m², calculando la norma entregada de acuerdo con:

donde: Nm es la norma de riego a entregar.

Medición de la humedad y la tensión del suelo

Para la determinación del gradiente de la tensión de humedad del suelo (medición indirecta del contenido de humedad del suelo) se instaló una estación tensiométrica en la parte media de cada una de las sub secciones (cultivares) Estos tensiómetros han sido colocados en el centro de la línea de cultivos a profundidades de 0.15, 0.30, 0.45, 0.60 y 0.90 m. Estas medidas de tensión fueron complementadas con determinaciones de la humedad del suelo realizadas en varios momentos de la evaluación mediante el método gravimétrico, según el procedimiento descrito en la norma NC 110-200 (NC 110, 2001NC 110: Calidad del suelo. Determinación de la humedad del suelo. Método gravimétrico, Inst. Oficina Nacional de Normalización, La Habana, Cuba, 2001.)

Para obtener la relación entre el contenido de humedad del suelo y la tensión medida con los tensiómetros, se hizo una calibración cruzada entre el contenido de humedad obtenida con el método gravimétrico (g de agua/g de suelo) y la tensión de la humedad del suelo registrada con cuatro tensiómetros (kPa), instalados a las profundidades de 0.15, 0.3 y 0.45 m. Con los valores promedio de contenido de humedad de tales estratos se determinó la lámina de agua para cada uno de ellos con la siguiente ecuación $L= {\theta }_{hi}\left(\raisebox{1ex}{${\rho }_{ai}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{${\rho }_{agua}$}\right.\right)Z$ :

donde: L es la lámina de agua (mm / 0.15 m de suelo) θhi es el contenido de humedad (g agua/g suelo) correspondiente a cada tensión i, i = 10, 30, 50 y 70 kPa; ρ_ai y ρ_agua son la densidad aparente (Mg m^-3) del estrato correspondiente (i)yla densidad del agua (Mg m^-3), respectivamente; y Z es la profundidad del estrato (0.15 m). Con los valores de L de cada muestra para cada valor de tensión en cada estrato, se ajustó una ecuación logarítmica para determinar la lámina de agua retenida para cada valor de tensión, deacuerdo con la siguiente ecuación $L={\beta }_o-{\beta }_{1}Ln \left(T\right)$ :

donde: L es la lámina de agua retenida (mm/0.15 m de suelo); T es la tensión (cbar); y Bo y B1 son los coeficientes de regresión de la ecuación. Estudios previos en el suelo de la estación Carrillo (1980)CARRILLO, O.: Estudio de diferentes métodos para determinar el momento de riego, Inst. Instituto de Investigaciones de Riego y Drenaje (IIRD), Informe de divulgación interna, La Habana, Cuba, 31 p., 1980.; Herrera et al. (1986)HERRERA, P.; CID, G.; LLANOS, M.: “Relaciones Tensión-Humedad en algunos suelos de Cuba”, Suelo y Agua, 1986. demostraron que el contenido de humedad correspondiente a una lectura del tensiómetro de 10 cbar se corresponde con el contenido de humedad a capacidad de campo (0.35 g g^-1).

Determinación del consumo de agua por el cultivo

El consumo de agua por el cultivo se determinó a través del balance de humedad del suelo. Teniendo en cuenta que el área tiene una pendiente muy suave (0.16 %) y que la infiltración del suelo es superior a los 1.2 cm h^-1, y el nivel freático se encuentra por debajo de los 6 m IAgric-Cuba (2021)IAGRIC-CUBA: Evaluación de la tubería porosa VISAREG en el riego de los cultivos de mango y aguacate, Inst. Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola. IAgric, La Habana, Cuba, DIRECCIÓN DE PRUEBA, VALIDACIÓN Y CERTIFICACIÓN DE TECNOLOGÍAS AGRÍCOLAS, La Habana, septiembre 2021., 2021., los términos de escurrimiento y ascenso capilar no fueron tenidos en cuenta en la ecuación de balance hídrico, la cual quedo de la forma siguiente:

En la ecuación (5) ${ET}_c\left(mm\right)= {Ll}_{ap}+R-∆W$ , ETc, es la evapotranspiración del cultivo para el período calculado, Ll_ap y R la lluvia aprovechable y la lámina de riego aplicada (mm), respectivamente y ΔW la variación de la humedad del suelo (lámina de agua, mm) a las profundidades de 15. 30 y 45 cm. obtenidas a través de las lecturas de los tensiómetros a las profundidades respectivas y convertidas a lámina mediante la ecuación (4) $L={\beta }_o-{\beta }_{1}Ln \left(T\right)$ .

El coeficiente único de cultivo (K_c) fue estimado como:

ET_c y ET₀ determinadas como se indicó anteriormente

Dinámica de crecimiento.

Se realizaron medidas de altura del cultivo a toda la población con periodicidad mensual desde la siembra hasta (febrero 2020) hasta el año de establecimiento (febrero (2021).

Variables climáticas

El comportamiento de las temperaturas durante el período experimental fue similar al promedio del área para el período 2008-2019, tal y como muestra la Figura 1, las diferencias en las temperaturas mínimas para el período frio del año fueron menores a 0.2°C, mientras que las máximas (Figura 1a), mostraron similar comportamiento. El promedio de temperatura mínima y máxima para el período poco lluvioso del año (el más frio) fue de 19 y 23°C, mientras que para el período lluvioso (el más caliente) fueron de 23.2 y 32.4 °C, respectivamente. Dado que el cv Govin pertenece a la raza antillana, para las cuales las temperaturas ideales diurnas se encuentran entre 25-30°C y las nocturnas 15-20°C Fintrac (2019)FINTRAC, U.: Advocado Production Manual (Persea americana L), [en línea], 2019, Disponible en:https://fintracu.fintrac.com/sites/default/files/tech_manuals/Fintrac%20U_Avocado% 20Production%20Manual.pdf., las temperaturas presentes en el área de estudio no fueron limitantes para el desarrollo del cultivo.

La ETo (Figura 1b) fue similar en su comportamiento a lo largo del año en ambos periodos y solo 0.1 mm inferior en el período de estudio con relación al promedio de los 11 años anteriores.

La Figura 2, muestra el balance lluvias/ETo durante el período de estudio en el área de la Estación Experimental del IAgric. En la misma puede observarse, que a pesar de alcanzarse un total de 1938.1 mm de lluvias desde la fecha de plantación (febrero 2020) hasta mayo de 2021, hay dos fuertes períodos de balance negativo en los meses de febrero a mayo en la etapa inicial de establecimiento y desde noviembre a mayo para el fin del período de observaciones donde ya el cultivo estaba plenamente establecido, lo cual indica la necesidad de riego en estas condiciones.

Riegos y Humedad del suelo

No obstante, la superior cantidad de lluvias en los meses de mayo a octubre, debido a la desigual distribución a lo largo del mes, hubo de aplicarse riego ya que en ocasiones la lectura del tensiómetro indicó la necesidad de regar. La Tabla 5 muestra la distribución de los riegos a lo largo del periodo de establecimiento, los intervalos promedios en cada mes

Como puede observarse en la Tabla 5, el intervalo promedio fue de 8 días con una norma parcial neta de 145 m³ ha^-1, es de destacar que durante el primer mes de establecimiento, antes dela instalación de los tensiómetros, se siguió la recomendación del Instructivo técnico del cultivo IIFT-Cuba (2011)IIFT-CUBA: Instructivo Técnico del Cultivo de Aguacate, Ed. Instituto de Investigaciones de Fruticultura Tropical IIFT, La Habana, Cuba, 40 p., Biblioteca ACTAF, 1ra edición 40 pp, 2011. que recomienda la aplicación del riego con una frecuencia de dos veces por semana durante el primer mes del trasplante, mientras que a partir del control de la humedad del suelo, el intervalo fue como promedio de un riego semanal.

La Figura 3 muestra el comportamiento de la tensión de humedad del suelo para el período estudiado y la influencia del riego y las lluvias en la misma.

En el lado derecho de la Figura 3, puede observarse la tensión de la humedad del suelo para las profundidades de 0-15, 15-30 y 30-45 cm, mientras que en el lado izquierdo, se muestran las profundidades de 45-60 y 60-90. Como indica la figura, las tensiones a las profundidades de 45-60 (línea amarilla) y 60-90 cm (línea azul) se mantienen a todo lo largo del periodo de estudio, dentro de los 10 cbar la primera, y en el entorno de los 20 cbar la segunda, indicando con ello su poca o nula contribución al consumo de agua por el cultivo, lo cual conllevo a que estas profundidades no se tuvieran en cuenta al realizar el balance de humedad. De igual modo, en el lado derecho puede notarse que la profundidad de 30.45 cm muestra poca variación en todo el período y se mantiene dentro del rango de los 20 cbar, indicando también su poca contribución al consumo de agua del cultivo.

Salgado y Cautín (2008, citados por Singh (2020)SINGH, L.: Advocado Irrigation Literature Review, [en línea], 2020, Disponible en:https://avocado.org.au/wp-content/uploads/2021/04/2020-Irrigation-Literature-Review-FINAL-Liz-Singh-AAL.pdf. señalan que la zona radicular del aguacate es superficial y compacta (30-60 cm de profundidad, 2 m de diámetro alrededor del tronco, indica que el pequeño volumen de zona radicular del cultivo limita el suministro adecuado de agua demandado por el árbol durante los períodos de alta demanda evaporativa o en momentos críticos del desarrollo del cultivo (floración, fructificación, desarrollo de la semilla).

Los autores antes citados se refieren a árboles en producción, por lo cual es de esperar que en árboles en fomento el sistema radicular sea menos desarrollado, lo cual explica la poca variación de la tensión de humedad mostrada en la Figura 3 para las profundidades por debajo de los 30 cm.

Crecimiento del cultivo

A partir de posturas de 40 cm de altura, en los 441 días de crecimiento (febrero 15 2020 a mayo 1 de 2021) las plantas de aguacate alcanzaron como promedio una altura de 135.8 cm (D.S +/- 22.9 cm) y un diámetro promedio de 23.5cm (D.S +/- 4.2 cm). El crecimiento promedio diario fue de 0.4 cm día^-1, sin embargo, como muestra la Figura 4, este valor no fue constante a todo lo largo del período estudiado.

En el periodo desde la siembra hasta los meses de marzo y mayo fue de 0.57 y 0.7 cm día^-1, y descendió bruscamente a 0.2 cm dia^-1 para el periodo mayo julio, el cual coincide con los mayores valores de lluvia durante todo el ciclo estudiado. Como muestra la Figura 3c, la tensión de humedad del suelo en este periodo, a las profundidades de 0-15 y 15-30 cm se mantuvo casi siempre en valores de 0, lo cual indica que el suelo se mantuvo casi a valores de humedad a saturación.

Ferreyra et al. (2011)FERREYRA, E.; SELLÉS, V.; GIL, P.: Asfixia radicular en huertos de palto: Manejo del riego y suelo, Inst. Instituto de Investigaciones Agropecuarias, Centro Regional de Investigaciones la Cruz, La Cruz,, Chile, 54 p., Boletin INIA N^o 231, ISSN 0717-4829, 2011. señalan que en la mayoría de las especies vegetales el contenido de aire en la zona de las raíces debe ser del superior al 10% del volumen total de suelo, mientras que en el aguacate se estima que el límite adecuado para el desarrollo de las raíces se encuentra alrededor del 30%. Las propiedades del suelo donde se desarrolló el trabajo, mostradas en la Tabla 2, indican que a capacidad de campo, para la profundidad de 0-30 cm, el suelo tiene una porosidad promedio de 14.5. Si asumimos que todos estos poros estarían llenos de aire, aun se encontrarían por debajo del límite indicado por Ferreyra et al. (2011)FERREYRA, E.; SELLÉS, V.; GIL, P.: Asfixia radicular en huertos de palto: Manejo del riego y suelo, Inst. Instituto de Investigaciones Agropecuarias, Centro Regional de Investigaciones la Cruz, La Cruz,, Chile, 54 p., Boletin INIA N^o 231, ISSN 0717-4829, 2011., por lo que al mantenerse el suelo casi todo el tiempo en un valor de tensión de humedad del suelo de 0 podría haber sido la causa de la disminución de la tasa de crecimiento para ese periodo. Al disminuir los valores de las lluvias, desde agosto hasta octubre, con menores periodos de tiempo a tensión 0, se incrementó la tasa de crecimiento, disminuyendo luego en el período de noviembre a abril donde ocurre la época más fría del año, que como se puede observar en la figura 1 se registraron valores promedios por debajo de los 20°C.

Consumo de agua y coeficientes de cultivo

El consumo de agua para el ciclo total estudiado fue de 946. 2 mm, lo que arroja un consumo promedio de 2.14 mm días^-1, el cual varío entre 2.3 (noviembre-abril) y 4.6 (junio-agosto).

La evapotranspiración es la combinación de dos procesos separados por los que el agua se pierde a través de la superficie del suelo por evaporación y por la transpiración del cultivo (Allen et al., 2006ALLEN, R.G.; PEREIRA, L.S.; RAES, D.; SMITH, M.: “Evapotranspiración del cultivo: guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos”, FAO, 298: 0, 2006.). En condiciones iníciales de crecimiento del cultivo, con el suelo mayormente desnudo y una provisión suficiente de agua, como las imperantes en los meses de febrero a abril en este trabajo, la evaporación puede ser el proceso dominante y obtenerse una alta tasa de ETc aun cuando la transpiración del cultivo no sea significativa por su escaso desarrollo.

Una situación similar se muestra en la Figura 5, donde en el mes de marzo con las plantas aun en establecimiento y una altura no mayor de 30 cm se alcanza una ETc diaria de casi 5 mm.

No obstante, la alta dispersión diaria a partir de marzo, durante los meses de abril a mayo (decenas 6 a la 9), se mantiene una relativa estabilidad en los valores diarios de ETc con promedios de 1.8 mm. A partir de julio los valores aumentan hasta obtener un máximo en septiembre de casi 4 mm y una media para los meses de julio a septiembre (los más cálidos del año) de 2.5 mm, desde el mes de octubre en adelante los valores comienzan a disminuir con un mínimo en diciembre de 1.4 y un promedio para el periodo noviembre-abril de 1.96 y comenzar a ascender de nuevo en mayo.

El consumo en aguacates en establecimiento ha sido poco estudiado, Lahav et al. (2013)LAHAV, E.; WHILEY, A.; TURNER, D.: “11 Irrigation and Mineral Nutrition”, The avocado: botany, production and uses, : 301, 2013, ISSN: 1845937015., en clima mediterráneo, señalan valores de 8 litros plantas día para aguacates de un año, lo que equivaldría para una plantación de 400 árboles por hectárea, como las utilizada en el trabajo delos autores antes citados, a un consumo de 0.32 mm día^-1.

Por su parte, Kaneko (2016)KANEKO, T.: “Water requirements for’Hass’ avocado flowering and fruit development in New Zealand”, 2016. en Nueva Zelandia, obtuvo valores de consumo diario 1.34 y 0.41 mm dia^-1 para el mes más cálido y más frio del año, respectivamente. En etapa de vivero, Echeverría y Mercado (2021)ECHEVERRÍA, P.R.; MERCADO, F.T.: “Requerimiento hídrico del aguacate (Persea americana Miller) variedad americana, en etapa de vivero en los Montes de María, Sucre, norte de Colombia”, Idesia (Arica), 39(2): 91-100, 2021, ISSN: 0718-3429. obtuvieron los mejores valores de calidad de las plantas cuando aplicaron dosis de riego de 3.6 mm día^-1, mientras que Mazhawu et al. (2018)MAZHAWU, E.; CLULOW, A.; SAVAG, M.J.; TAYLOR, N.J.: Water use of avocado orchards -Year, [en línea], Inst. 1SOUTH AFRICAN AVOCADO GROWERS’ ASSOCIATION YEARBOOK, South Africa, 41 p., 2018, Disponible en:https://www.researchgate.net/publication/339676731., en aguacate de cuatro años de la variedad Hass, en Sudáfrica, obtuvo valores promedios de 3.98 y 1.64 en verano e invierno, respectivamente.

La Figura 6 muestra los valores decenales y mensuales de los coeficientes de cultivo (Kc) para el aguacate cv Govin en desarrollo. Como puede observarse en la figura, hay una gran dispersión en los valores decenales con los menores valores de 0.26 (1ra decena de junio) y el mayor de 1.18 en la tercera decena de noviembre. Desde el inicio de la plantación, hasta la tercera decena de mayo hay un decrecimiento en el Kc, lo cual se corresponde con el decrecimiento en el consumo decenal para este periodo mostrado anteriormente en la Figura 5. A partir de este momento, Kc aumenta (Figura 6) para alcanzar su mayor valor en la primera decena de noviembre, pero más relacionado con un menor valor de la ETo y no con un aumento en el consumo como puede observarse en la figura 5.

Debido a los grandes cambios diarios en ETo, causados en gran medida por las condiciones ambientales fluctuantes, es posible obtener valores más significativos para el manejo del riego en un cultivo de aguacate en establecimiento mediante el cálculo estacional promedios (Tabla 6). En la tabla puede observarse que la ETo media diaria en la temporada lluviosa (verano) fue de 4.49 mm día^-1, mientras que en la temporada poco lluviosa (invierno) la ETo media diaria fue de 3.72 mm día^-1.

Por su parte, la ETc obtuvo valores de 2.12 y 1.79 mm día^-1 para las temporadas lluviosa y poco lluviosa, respectivamente. Estas diferencias en el consumo siguieron el mismo patrón que las diferencias en la ETo entre épocas, de ahí que los coeficientes de cultivo tengan similares valores.

Aunque con valores diferentes de Kc, Kaneko (2016)KANEKO, T.: “Water requirements for’Hass’ avocado flowering and fruit development in New Zealand”, 2016. obtuvo relaciones similares en plantas jóvenes de aguacate cv Hass, con valores de Kc entre 0.25-0.30 en verano y de 0.55 en invierno, lo cual atribuyó, al igual que en este trabajo al decline de la ETo en la estación más fría.