REQUERIMIENTOS DE AGUA POR LOS CULTIVOS. JESUS ANTONIO JAIME P.

Transcripción

1 REQUERIMIENTOS DE AGUA POR LOS CULTIVOS JESUS ANTONIO JAIME P.

2 DEFINICION DE TERMINOS 1.- Evapotranspiración Potencial ETP es la cantidad de agua evaporada y transpirada por una cobertura de pequeñas plantas verdes (generalmente pasto) en estado activo de crecimiento con suministro continuo y adecuado de humedad. Se considera dependiente del clima y puede ser estimada de parámetros climáticos, dentro de los cuales los más importantes son la radiación incidente disponible, temperatura ambiente y humedad relativa.

3 2.- Evapotranspiración Real o Actual ETA: Es el uso potencial de agua por los cultivos agrícolas incluyendo evaporación directa de la humedad del suelo y de las plantas húmedas. Depende del clima,el cultivo asume un suministro adecuado de humedad 3.- Precipitación Confiable o Dependiente PD: Es la precipitación que tienen una cierta probabilidad de ocurrencia basada en los análisis de records de precipitación de un largo periodo de años. Para el desarrollo de riego y para la mayoría de las condiciones se ha determinado una probabilidad de 75% o la lluvia que puede esperarse que ocurra 3 por cada 4 años.

4 EVAPOTRANSPIRACION DE LOS CULTIVOS La evapotranspiración de agua en los cultivos se determina multiplicando la Evapotranspiración potencial por el factor o coeficiente de cultivo Kc. ETA = Kc x Etp Donde : ETA = Evapotranspiración de los cultivos ( mm ) ETP = Evapotranspiración Potencial ( mm ) Kc = Coeficiente de Cultivo

5 EVAPOTRANSPIRACION POTENCIAL Es la tasa de evapotranspiración de una superficie completamente cubierta de vegetación de altura uniforme, con adecuado suministro de humedad. Es la cantidad de agua evaporada y transpirada por una cobertura de pequeñas plantas verdes ( generalmente pastos )en estado activo de crecimiento y suministro continuo y adecuado de humedad. La evapotranspiración potencial se considera dependiente del clima, suelo y planta.

6 FACTORES DE LA EVAPOTRANSPIRACION POTENCIAL: FACTORES CLIMÁTICOS : - Radiación. - Temperatura. - Déficit de humedad en la atmósfera. - Viento. FACTORES DEL SUELO : - Humedad del suelo. - Textura y composición. - Salinidad. - Coloides.

7 FACTOR PLANTA -Etapas de crecimiento, área foliar, estomas, edad fenológica. Etp = Evapotranspiración del cultivo de referencia. ( rye grass ) Etp = Función: Radiación, Temperatura, Humedad relativa, Viento. CALCULO DE LA EVAPOTRANSPIRACION POTENCIAL La evapotranspiración potencial se puede calcular por los siguientes métodos: - Fórmulas empíricas. - Lisímetros.

8 a).- FORMULAS EMPÍRICAS Existen en función de variables meteorológicas como tal depende de la disponibilidad de datos y confiabilidad de datos, pudiéndose estimar estos datos si no se contasen con alguno de ellos; diversas formulas empíricas fueron desarrolladas por investigadores siendo las mas conocidas y de mayor aplicación de: Thornthwaite, Penman, Christiansen, Bladney Criddle, George Hargreaves, Jensen Haise, FAO,etc. Se debe tener en consideración que cada uno de estas han sido desarrollados para condiciones especificas

9 La formula de HARGREAVES da buenos resultados cuando se aplica en la Sierra, por eso esta tiene mucha aplicación en esta Región. FORMULA HARGREAVES / Rs Altitud < 1000 msnm E t p mm/día = x R s mm/día x T F - Convertir C a F F = ( 1.8 X C ) + 32

10 Convertir R s Cal / cm 2 día a mm / día cal / cm 2 día R s = cal

11 EJERCICIO : En Santa Ana- Huancayo se tiene como temperatura media mensual para el mes de Enero de 11.6 C y una R s de 543 cal / cm 2 día. Estimar la Etp utilizando la fórmula de Hargreaves con R s y T F. SOLUCION : Convertir C a F F = ( 1.8 X C ) + 32 F = ( 1.8 X 11.6 C ) + 32 F = 52.9 F - Convertir: R s Cal / cm 2 día a mm / día 543 cal / cm 2 día R s = cal

12 RS mm / día = 9.2 mm / día Hallando: E t p mm/día = x R s mm/día x T F E t p mm/día = x 9.2 mm/día x 52.9 F E t p mm/día = 3.65 mm/día

13 Ahora bien para estimar adecuadamente multiplicamos por el factor de corrección 1.2 y tendremos : E t p mm/día para alturas > s a 1,000 msnm. E t p mm/día = 1.2 ( x R s mm/día x T F ) E t p mm/día = 1.2 x 3.65 mm/día E t p mm/día = 4.38 mm/día

14 FORMULA HARGREAVES MF y CH E t p mm/mes = M.F x T F x CH. E t p mm/mes = Evapotranspiración mensual MF = Factor mensual de latitud. CH = Coeficiente para la humedad media mensual CH = 1 para Humedad relativa < 64% CH = ( 100 HR ) ½ para H R > 64 % MF = Factor mensual para medir Rs para latitudes / mes

15 EJERCICIO : En Sicaya Huancayo se tiene una temperatura media mensual de 11.6 C y una humedad relativa de 74 %, sabiendo que esta localizado en una latitud sur de 12 determinar la E t p mm/ mes utilizando el factor mensual de latitud y el coeficiente para humedad media mensual para el mes de Enero? SOLUCION : - Hallar CH para H R = 74 % CH = ( ) ½ CH = CH = x 5.099

16 CH = Hallar MF = Según tabla N 1 MF = Convertir C a F F = ( 1.8 X C ) + 32 F = ( 1.8 X 11.6 C ) + 32 F = 52.9 F

17 - Resolviendo : E t p mm/mes = M.F x T F x CH. E t p mm/mes = x 52.9 x E t p mm/mes = 118 mm / mes. Ahora para estimar adecuadamente multiplicamos por el factor de corrección 1.1 E t p mm/mes = 1.1 x MF x T F x CH

18 E t p mm/mes = 1.1 x x 52.9 x E t p mm/mes = 129 mm/mes = 4.2 mm/día

19 Tabla N 1 Factor de Evapotranspiración Potencial MF en mm por mes. Lat. Sur. E F M A M J

20 Lat. Sur. J A S O N D

21 DETERMINACIÓN DE ETP CON DATOS TOMADOS EN LISIMETROS DIA VOLUMEN APLICADO cm. LAMINA APLICADA cm. LLUVIA cm. DIFERENCIA DE NIVEL cm. ETP mm / día. TOTAL 12, DATOS: 1.- Área superficial del lisímetro: A = 2,552 cm 2.

22 2.- Lámina de agua aplicado con el riego : Volumen aplicado L. R. = Área lisímetro 12,000 cm L. R. = ,552 cm 2 L. R. = cm 3.- Precipitación agua de lluvia : p p = 5.76 cm.

23 4.- Total agua entregada ( R ) : : R = L.R. + pp. R = cm cm. R = cm.

24 ETP = R - D ETP 21 días = mm 7 mm ETP 21 días = mm ETP = mm / día.

25 EVALUACION DE ETP CON DATOS DE LISIMETROS DURANTE 5 DIAS Día Hora Volumen aplicado cc Lámina aplicada en el riego cm. Lectura de nivel de agua cm. Diferencia de nivel cm. Lluvia mm/día ETP mm/día ETP mm/día L 8:30 3, M 8: M 8:30 Capacidad de Campo J 8:30 3, V 8: S 8:30 Capacidad de Campo D TOTAL Volumen aplicado L. R. = Área lisímetro mm A = 2,552 cm mm

26 OBSERVACIÓNES: Área cilindro= 2, cm 2 (cilindro lisimétrico) Etp = R - D R D = Lámina de riego + lámina de precipitación. = Diferencia del percolante (1 er al 5 to día) ETP = Lámina de riego + precipitación diferencia del percolante.

27 PRECIPITACIÓN CONFIABLE O DEPENDIENTE, PD. 75 % Es la precipitación ( lluvia ) que tiene una cierta probabilidad de ocurrencia basada en los análisis e historial de precipitación en un largo periodo de años. Para el desarrollo de riego y para la mayoría de las condiciones se ha determinado una probabilidad de 75% o la lluvia que puede esperarse que ocurra 3 por cada 4 años. Para algunos cultivos sensibles a la sequía, o de alto valor económico, o condiciones especiales puede ser más apropiado un mayor nivel de probabilidad. ÍNDICE DE DISPONIBILIDAD DE HUMEDAD, MAI: Es la medida relativa posible que tiene la precipitación en suministrar los requerimientos de humedad. Se obtiene dividiendo la precipitación dependiente con la evapotranspiración potencial (MAI = PD / ETP). Indica la proporción del suministro de agua aprovechable para el cultivo, de la precipitación dependiente.

28 DÉFICIT DE HUMEDAD, ETDF.- Es la diferencia entre evotranspiración potencial y la precipitación dependiente. Un exceso de humedad es indicado por un déficit negativo (ETDF = ETP - PD). EJERCICIO DE PRECIPITACION CONFIABLE.- Se cuenta con datos de 16 años de precipitación en mm / mes de determinar la precipitación confiable o dependiente con 75 % de probabilidad? AÑO mm / mes

29 SOLUCION : - PRIMER METODO : Ordenar Datos de Mayor a Menor o Viceversa.- m P = x 100 n + 1 P = Probabilidad en porcentaje. m = Número de orden. n = Número total de datos. m = ( n + 1 ) x 0.25 m = ( ) x 0.25

30 Si m = ( 17 ) x 0.25 ( lectura de < a > ) m = 4.25 ( lugar que corresponde al 75 % de probabilidad ). mm / mes N Orden % Prob Si m = ( ) x 0.75 ( lectura de > a < ) m = (lugar que corresponde al 75 % de probabilidad ).

31 mm / mes N Orden % Prob

32 SEGUNDO METODO : Agrupar datos en Grupos.- PP mm / mes RESULTADO De 40 a 49 mm/ mes se tiene lluvia con 75 % de Prob x 0.75 = 12 años 12

33 LA EVAPORACIÓN Sabemos que el ciclo hidrológico es un sistema cuyos componentes son la precipitación, la escorrentía superficial. el flujo subterráneo, la evaporación y otras componentes del ciclo hidrológico de interés, representando las salidas del sistema la escorrentía y la evaporación. La evaporación es un fenómeno físico que consiste en el paso del agua de su estado liquido a su estado de vapor, este cambio depende de una serie de factores como radiación solar y velocidad del viento que influyen directamente sobre la superficie evaporante y originar la evaporación y transportarla fuera de esta.

34 MEDICION DE LA EVAPORACIÓN: La evaporación se mide utilizando instrumentos denominados evaporímetros como: - El tanque de evaporación, y - El evaporímetro de PICHE. TANQUE DE EVAPORACIÓN El Tipo A es de medidas estándar es ampliamente utilizada obtener Evaporación y ETP. La ETP puede estimarse asociando Evaporación a un conocimiento de las condiciones de exposición del tanque, y condiciones climáticas. Los coeficientes pueden desarrollarse para el efecto del viento en km / día, % medio de H R en 24 horas, y para el efecto de la corriente de aire (Viento),en metros o distancia a partir de algún límite dado, con cambio de condiciones. El tanque tipo A debe estar rodeado por un cultivo verde y pequeño en una distancia o faja de exposición a corrientes de aire (viento) de 1,000 metros a más bajo condiciones de viento moderado ( km/día ó 2-5 metros / seg. y una H R media (40-70 %). Para estas condiciones el coeficiente medio del tanque KP, es cerca de Para un tanque localizado en una faja larga de tierra seca o área no cultivada, el valor estándar de KP con vientos moderados y H R media, es cerca de Si la localización está en los linderos de tierras bajo riego y barbecho, con la tierra bajo riego hacia el lado del viento, KP es cerca de La distancia hacia el viento desde el área bajo riego, D, se utiliza para corregir los valores de KP.

35 DETERMINACIÓN DE LA EVAPOTRANSPIRACION POTENCIAL Para calcular Etp mediante información obtenida en el tanque de evaporación Tipo A debemos contar con los siguientes datos: Humedad relativa media mensual. H R. Velocidad del viento tomado a 2 metros. Distancia de vientos arriba-barlovento. Evaporación en mm / día Cubierta de la superficie. Coeficiente de evaporación para el caso de tanque Tipo A.( Ver Tabla N 2 ) ETP = Kp x E

36 EJEMPLO N 1 : Determinar la Evapotranspiración potencial para el mes de Enero sabiendo que la humedad relativa media es de 67%,velocidad del viento a 2 metros 51 Km / día, distancia vientos arriba barlovento 1,000 m.,evaporación 5.5 mm / día y tratándose de un área de cubierta verde. SOLUCION : Para resolver este ejemplo utilizaremos la tabla de Coeficiente Kp. DATOS: Kp = 0.85 E = 5.5 mm / día ETP ETP = Kp x E = 0.85 x 5.5 ETP = 4.67 mm / día

37 Tabla N 2.- Coeficiente KP en el caso de usar tanques de clase A para diferentes cubiertas niveles de humedad relativa media y varios durante las 24 horas. Cubierta con barbecho de secano Humedad Relativa Baja Media Alta Baja Media Alta Media % < > 70 < > 70 Viento (Km) Distancia a de la cubierta verde (m) Distancia del barbecho del secano(m) Débiles < Moderados

38 Coeficiente KP en el caso de usar tanques de clase A para diferentes cubiertas niveles de humedad relativa media y varios durante las 24 horas. Fuertes Muy fuertes > Fuente: Estudio FAO Riego y Drenaje N 24 Las necesidades de agua de los cultivos Roma (1876) ACDAIS-PERU Jesús A. Jaime Piñas.

39 EJEMPLO N 2 : Determinar la Evapotranspiración potencial para el mes de Julio sabiendo que la humedad relativa media es de 38%,velocidad del viento a 2 metros 51 Km / día,distancia vientos arriba barlovento 1,000 m.,evaporación 5.6 mm / día, tratándose de un área en barvecho. DATOS : Kp = 0.60 E = 5.6 mm / día ETP = Kp x E ETP = 0.60 x 5.6 ETP = 3.36 mm / día

40 OBSERVACIÓN: De no contarse con lectura del viento a 2 m. debemos estimar la Velocidad del viento utilizando la siguiente formula: V 2 = V Z ( 2 / z ) 0.2 Donde: z Altura a la que se mide la velocidad del viento. = EJEMPLO N 3 : Calcular la velocidad del viento a 2metros de altura sabiendo que la velocidad de este a 10 metros de altura es 50 Km / h.? V 2 = V Z ( 2 / z ) 0.2 V 2 = V Z ( 2 / 10 ) 0.2 V 2 = 36 Km / h

41 REQUERIMIENTO DE AGUA POR LOS CULTIVOS Para calcular los requerimientos de agua de los cultivos es necesario determinar el Uso consuntivo que relaciona: Evapotranspiración Real, ETA : Es el uso potencial de agua por los cultivos agrícolas incluyendo evaporación directa de la humedad del suelo y de las plantas húmedas. Depende del clima,el cultivo asume un suministro adecuado de humedad. En la estimación de la evapotranspiración potencial se considera los factores climáticos los factores de cultivo se utilizan para calcular ETA de ETP y son influenciados por la etapa de crecimiento, porcentaje de cobertura, altura de la planta y total superficie foliar. La evapotranspiración puede ser limitada por la humedad disponible dentro de la zona radicular, por las enfermedades de los cultivos y por algunas características propias del cultivo. La ETA es el uso potencial del agua bajo condiciones favorables y es equivalente a ET (cultivo) como lo utiliza la FAO en su reporte N 24 sobre irrigación y Drenaje.

42 ETA = Kc. x ETP ETA = Evapotranspiración de los cultivos agrícolas también se le denomina evapotranspiración actual. Kc. = Coeficiente de uso consuntivo de los cultivos. ESTIMACIÓN DEL KC METODO ASCE Sociedad Americana de Ingenieros Civiles El uso consuntivo depende de: características de los cultivos, fecha de siembra, estado de crecimiento, condiciones naturales Si nosotros evaluamos en campo la cobertura efectiva de la cebada ( granos pequeños ) ocurre a los 65 días entonces tendremos:

43 Tabla N 3 : Coeficientes de cultivo Kc. En cebada a varias etapas de crecimiento de evaluación local. COBERTURA TIEMPO Kc. % Días Fuente: ACDAIS-PERU Sub Proyecto Chupaca- INCAGRO. Jesús A. Jaime P.

44 Como determinar Kc. que no se encuentra en la tabla? EJEMPLO.- Determinar el Kc. para 42 % de cobertura del cultivo de papa? Sabemos que: Para 50 % de cobertura efectiva del cultivo de papa tenemos 0.49 de Kc. Para 40 % de cobertura efectiva del cultivo de papa tenemos 0.36 de Kc. Diferencia : = 10% = 0.13 Luego : 0.13 x 0.20 = Entonces : a 42 % le corresponde = 0.386

45 Tabla 4: Coeficientes de cultivo Kc. a varias etapas de crecimiento. Cultivo Desde la siembra hasta cobertura efectiva en % Pequeños granos Frijoles Arveja Papa Remolacha Azúcar Maíz Alfalfa Pastos

46 Días después de cobertura efectiva en % Pequeños granos Frijoles Arveja Papa Remolacha Azúcar Maíz Alfalfa Pastos Fuente: Comité de ASCE (Sociedad Americana de Ingenieros Civiles ) para necesidades de agua de riego (1) Jesús A. Jaime P.

47 Tabla N 5 Valores de Uso consuntivo obtenidos por el método lisimétrico en el valle del Mantaro. CULTIVO E T A P A S Papa Maíz Haba Arveja Trigo Col Cebolla Zanahoria Lechuga Espinaca Acelga

48 ESTIMACIÓN DEL KC POR EL METODO FAO Este método considera estimar el KC en función a cuatro etapas de desarrollo del cultivo teniendo en cuenta que la Evapotranspiración inicial es igual a la evaporación. Para este método se debe establecer la fecha de siembra y el periodo vegetativo en días para cada estado de crecimiento del cultivo ( Ver Tabla N 8 ) 1.- Etapa inicial.-periodo desde la germinación hasta 10% de cobertura. (Gráfico N 1) 2.- segunda etapa.-corresponde desde el 10% de cobertura efectiva hasta cobertura efectiva lo cual ocurre cuando del 70 a 80 % del terreno se encuentra cubierto. 3.-Tercera etapa.-comienza desde cobertura efectiva hasta que comienza a madurar el cultivo. Tabla N Cuarta etapa.-desde el inicio de maduración hasta la cosecha.

49 ETA = Kc. x ETP ETA = Evapotraspiración de los cultivos ( mm ) ETP = Evapotraspiración potencial ( mm ) Kc. = Coeficiente de cultivo. Durante estas cuatro etapas el coeficiente Kc. Presenta una variación que puede ser desde aproximadamente 0.2 hasta alrededor de 1.3 con lo cual e traza la curva Kc. del cultivo. Los factores que afectan los valores de Kc. son: - Características del cultivo. - Fechas de siembra. - Ritmo de crecimiento. - Desarrollo del cultivo. - Duración del periodo vegetativo. - Condiciones de nutrición. - Frecuencia de la lluvia o riego, especialmente en la primera etapa de crecimiento.

50 PASOS PARA DETERMINAR LA CURVA Kc. 1.-Determinar el período vegetativo y la duración de cada etapa de desarrollo del cultivo: inicial, desarrollo, maduración y cosecha. 2.-Determinar el valor Kc. Para la etapa iniciañd del cultivo, mediante el gráfico que relaciona frecuencia de riego y ETP. 3.-Se determina el valor Kc. Para las etapas de maduración y cosecha de acuerdo a la tabla N Se construye la curva Kc. relacionando los valores de Kc. y las etapas de desarrollo del cultivo. El ploteo se efectúa de la siguiente manera: 1.-El valor de Kc. para la etapa inicial corresponde a la parte final de dicha etapa. 2.-El valor de Kc. para la etapa de maduración corresponderá a toda la etapa. 3.-El valor de Kc. para la etapa de cosecha corresponde a la parte final de la etapa de cosecha. 4.-Unir los valores Kc. parte final de la etapa inicial con el inicio de la etapa de maduración, y la parte final de la etapa de maduración con la parte final de la etapa de cosecha. 5.-Trazar la curva suavizada representativa para el cultivo que se analiza.

51 EJEMPLO: Calcular la variación de Kc. para el cultivo de papa en Tarma si: 1.- Fecha de siembra : Octubre. 2.- Periodo vegetativo : 150 días. 3.- ETP = mm/mes. SOLUCION: 1.- Duración de la fase de desarrollo de la papa ( días) según tabla: N 7 Cultivo/ Período Papa dato la 2.-Asumiendo una frecuencia de riego de 7 días, se entra a la figura N con este para luego intersectar con la gráfica correspondiente y, se obtiene Kc =0.48 este valor se plotea en papel cuadriculado gráfico N 1 3.-Con el tipo de cultivo se entra a la tabla N 6 para obtener los valores de Kc. para etapa de maduración y cosecha: Etapa de maduración Kc. = 1.15 Etapa de cosecha Kc. = 0.75

52 Grafico N 1 : Kc. FUNCION ETP / Fr. KC. = 0.48 Punto de Intersección mm 5.76 mm Etp = 4.8 mm

53 Grafico N 2 CURVA Kc. papa Kc.=1.15 CURVA Kc. Kc.=0.75 Kc.0.48 INFORMACION LOCAL Periodo vegetativo : 150 días

54 Tabla N 6 : Coeficiente de cultivos KC para cultivos extensivos y hortalizas Metodo FAO Cultivo Medio Ciclo A la cosecha. Algodón Arveja Avena Azafrán Berenjena Calabaza Cebada Cebolla (seca) Crucíferas (repollo, coliflor, etc.) Espinaca Fríjol castor Fríjol seco Girasol

55 Lechuga Limo Maíz Maní Melón Mito Papa Pimiento (fresco) Rábano Remolacha azucarera Sorgo Soya Tomate Trigo Zanahoria Fuente FAO, Boletín N 24, Sobre Riego y Drenaje (6) Jesús A. Jaime P.

56 Tabla N 7 : Estados de crecimiento en días y Periodo vegetativo de los cultivos para el Valle del Mantaro. Cultivo Periodo vegetativo Maíz Meses Papa Meses Trigo Cebada Meses Haba Meses Lechuga Meses Col Meses Arveja Meses Cebolla Meses Quinua Meses Zanahoria Meses Nota: En base a información agronómica local Jesús A. Jaime Piñas

57 PROGRAMACIÓN DE RIEGO La capacidad de retención de humedad de los suelos varía con la textura, estructura composición química, para fines de riego, la capacidad de retención de humedad se considera como la diferencia entre la capacidad de campo y punto de marchitamiento. Varias publicaciones dan valores promedio del punto de capacidad de campo y el punto de marchitamiento para diferentes texturas. La reserva del suelo, Sa es la profundidad aproximada de humedad aprovechable en mm. retenida en el suelo por metro de profundidad

58 CANTIDAD DE H 2 O APROVECHABLE PARA LA PLANTA RETENIDO POR EL SUELO / m. Tensión de agua en el suelo 0.2 atmósferas. TEXTURA DEL SUELO ALMACENAMIENTO DEL SUELO Sa. Arcilla Pesada. Arcilla Limosa. Franco. Franco Limoso. Franco Arcillo Limoso. Finos. Franco Arcillo Arenoso. Franco Arenoso. Arcilla Fina Franca Medios. Gruesos. 180 mm /m 190 mm /m 200 mm /m. 250 mm /m 160 mm /m 200 mm /m. 140 mm /m 130 mm /m 140 mm /m. 140 mm /m 60 mm /m

59 Con fines prácticos se recomienda los valores aproximados de reserva del suelo siguientes: TEXTURA DEL SUELO Pesados (suelos arcillosos) Medios (suelos francos) Livianos (suelos Arenosos) ALMACENAMIENTO DEL SUELO Sa. 165 a 210 mm /m 125 a 165 mm /m 85 a 125 mm /m. Ahora bien multiplicando la profundidad radicular por el almacenamiento de suelo se obtiene la cantidad total del agua aprovechable para las plantas. La mayoría de los cultivos dan su máxima producción si se riegan cuando se ha agotado aproximadamente el 50% del agua almacenada en el suelo. Algunos cultivos, principalmente las hortalizas tienen el sistema radicular superficial o no bien desarrollado. Estos incluyendo papa, lechuga, cebolla, fresas y otros. Tales cultivos frecuentemente producen mejor si son regados cuando se agota solo el 30% del agua almacenada.