IMPACTO DEL RIEGO EN LA PRODUCCIÓN DE CULTIVOS SAGARPA. Abril de 2011 SEDER

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1 IMPACTO DEL RIEGO EN LA PRODUCCIÓN DE CULTIVOS Abril de 2011 SAGARPA SEDER

2 SAGARPA SEDER SECRETARÍA DE AGRICULTURA, GANADERÍA, DESARROLLO RURAL, PESCA Y ALIMENTACIÓN DIRECTORIO FUNDACIÓN PRODUCE NAYARIT, A.C. PRESIDENTE C.P. PABLO RAMÍREZ ESCOBEDO GERENTE LIC. MARCO ANTONIO DÍAZ CASTILLEJOS SECRETARÍA DE DESARROLLO RURAL SECRETARIO ING. ARMANDO GARCÍA JIMÉNEZ SUBSECRETARIO DE DESARROLLO RURAL ING. JOSÉ A. CORRALES HERNÁNDEZ DIRECTOR GENERAL DE INFRAESTRUCTURA Y DESARROLLO RURAL LIC. HUMBERTO ALONSO ALARCÓN URUETA DIRECCIÓN DE INFRAESTRUCTURA RURAL ING. MARTÍN H. NAVARRETE MENDES SECRETARÍA DE AGRICULTURA, GANADERÍA, DESARROLLO RURAL, PESCA Y ALIMENTACIÓN DELEGADO DE LA SAGARPA NAYARIT LIC. CARLOS OCTAVIO CARRILLO SANTANA INSTITUTO MEXICANO DE TECNOLOGÍA DEL AGUA DIRECTOR GENERAL DR. POLIOPTRO MARTÍNEZ AUSTRIA COORDINADOR DE RIEGO Y DRENAJE M.C. FERNANDO FRAGOZA DÍAZ SUBCOORDINADOR DE CONTAMINACIÓN Y DRENAJE AGRÍCOLA DR. HEBER SAUCEDO ROJAS

3 CONTENIDO Introducción 4 Agua y rendimiento de los cultivos 5 Necesidades climáticas, de suelo 11 y agua de los cultivos Requerimiento de riego de los cultivos 14 Efecto del riego en el rendimiento de los cultivos 30

4 Introducción El agua que requieren los cultivos en zonas agrícolas es aportada en forma natural por la lluvia, pero cuando ésta es escasa o su distribución no coincide con los períodos de demanda de las plantas, es necesario aportarla a través del riego. El déficit de agua provoca una disminución en el rendimiento de los cultivos, aunque la mayoría de las veces la relación no es lineal entre la respuesta del rendimiento con respecto a las variaciones de la disponibilidad de agua en el suelo. Clima Precipitación (mm) En México existen zonas con marcadas diferencias entre la disponibilidad de agua y de tierras aptas para desarrollar agricultura intensiva y extensiva, estas diferencias se deben básicamente a dos factores, el topográfico y el climático (aridez); ambos condicionan y definen una superficie factible de sembrarse del orden de los 34.7 millones de ha. En nuestro país la superficie bajo riego es del orden de los 6.5 millones de ha, distribuida en 85 distritos de riego con una superficie de 3.5 millones de ha y 39,492 unidades de riego con una superficie aproximada de 3.0 millones de ha. Porcentaje de la superficie en México Necesidad de riego Árido < Indispensable Semi-árido Necesario Semi-húmedo Conveniente Húmedo > Innecesario El subsector riego es de una importancia relevante, ya que a pesar de que solamente ocupa alrededor del 30% de la superficie agrícola, el valor de su producción representa algo más del 50% de la producción total. Estadísticas agrícolas nacionales muestran que la productividad de los suelos en las 4 zonas de riego es de al menos 2.8 veces mayor que la de temporal. El incremento de los rendimientos de los cultivos en las zonas de riego se debe principalmente a que se garantiza la demanda de agua del cultivo, se tiene mayor densidad de plantas y se utiliza mayor cantidad de insumos.

5 Agua y rendimiento de los cultivos Conocer la relación entre la necesidad de agua de los cultivos y sus rendimientos permite predecir los niveles de producción que pueden alcanzarse de acuerdo al suministro del agua de riego. La relación entre el rendimiento de los cultivos y la aplicación del agua es compleja, sin embargo, en la mayoría de los cultivos, se ha encontrado una relación lineal entre la evapotranspiración del cultivo (ET) y la producción de materia seca. La pendiente de la línea varía para cada cultivo y la relación es valida solo cuando factores del crecimiento, tales como fertilizantes, temperatura, insolación y profundidad del suelo no presenten algún carácter limitativo. 5

6 En el caso de rendimientos se supone que la relación entre el rendimiento relativo cosechado (rendimiento real (Ya)/ rendimiento máximo (Ym)) y la ET relativa del cultivo (ETa/ ETm), es constante o casi constante para una variedad dada, y se asume que los efectos del crecimiento y las características de cada cultivo son similares, y que los factores de crecimiento, a excepción del agua, no tiene un carácter limitativo. 6 El déficit de agua en los cultivos tiene implicaciones directas sobre la evapotranspiración del cultivo y su rendimiento, la relación entre la tasa de evapotranspiración real (ETa) y la tasa de evapotranspiración máxima (ETm) permite cuantificar el déficit de agua en la planta. Cuando las necesidades de agua del cultivo se satisfacen plenamente, ETa=ETm; en caso contrario, ETa<ETm.

7 Esta relación también depende de otros factores distintos al agua, como la variedad del cultivo, fertilizantes, salinidad, plagas y enfermedades, y los sistemas agronómicos, se asume que las variedades de cultivos son de gran producción, bien adaptadas al ambiente vegetativo, que se desarrollan en grandes campos donde se aplican sistemas agronómicos, incluyendo el suministro de insumos apropiados. El impacto del déficit de agua en el crecimiento y rendimiento del cultivo, varía con la especie y período vegetativo. El efecto del suministro de agua en el rendimiento se cuantifica mediante el factor del efecto sobre el rendimiento (ky) que relaciona la disminución del rendimiento relativo (1-Ya/Ym) con el déficit de evapotranspiración relativa (1-ETa/ETm), bajo distintos regímenes de suministro de agua: Ya ETa 1 = ky 1 ( Ym) ( ETm) 7

8 Un déficit de agua de una magnitud determinada, expresado como relación entre la evapotranspiración real (ETa) y la evapotranspiración máxima (ETm), puede presentarse de una manera continua durante todo el período vegetativo del cultivo o durante determinado período de desarrollo (establecimiento (0), período vegetativo (1), floración (2), formación de la cosecha (3), o período de maduración (4)). En general, para el período vegetativo total la disminución del rendimiento se hace proporcionalmente menor al aumentar el déficit de agua (ky<1) para cultivos tales como alfalfa, cacahuate, cártamo y remolacha azucarera (Grupo I), mientras que aumenta proporcionalmente (ky>1) para cultivos tales como la plátano, maíz y caña de azúcar (Grupo IV). Para cada uno de los períodos de desarrollo la disminución del rendimiento debida al déficit de agua durante dicho período de desarrollo es relativamente pequeña para el período vegetativo (1) y el período de maduración (4) y relativamente grande para el período de floración (2) y para el período de formación de la cosecha (3). 8

9 Los valores de ky para la mayoría de los cultivos se deducen suponiendo que la relación entre el rendimiento relativo (Ya/Ym) y la evapotranspiración relativa (ETa/ETm) es lineal y es válida para déficit de agua hasta del 50% aproximadamente, o lo que es igual 1-ETa/ETm=0.5. 9

10 La aplicación del factor ky para la planeación, diseño y operación de los proyectos de riego, permite la cuantificación del suministro de agua y de la utilización del agua en términos de rendimiento del cultivo y de producción total para la superficie del proyecto. En condiciones de disponibilidad limitada de agua, distribuida por igual durante toda la estación vegetativa, el cultivo con mayor valor de ky sufrirá mayor pérdida de rendimiento que el cultivo con menor valor de ky. Pueden cuantificarse tanto las pérdidas probables de rendimiento como los ajustes necesarios en el suministro de agua para reducir al mínimo tales pérdidas. Tal cuantificación es posible cuando las pérdidas probables de rendimiento proceden de diferencias en el valor de ky en los distintos períodos de desarrollo. El efecto sobre el rendimiento del déficit de agua en los distintos períodos de desarrollo es de gran importancia en la programación del riego a fin de obtener el máximo rendimiento. En general, los cultivos son más sensibles 10 al déficit de agua durante la nascencia, la floración y la formación inicial de la cosecha, que durante los períodos iniciales (período vegetativo después del establecimiento) y finales de desarrollo (maduración).

11 La programación del riego, en condiciones de restricción del agua, debe enfocarse a atender las necesidades del cultivo durante los períodos más sensibles a su déficit. Necesidades climáticas, de suelo y agua de los cultivos El rendimiento máximo de un cultivo (Ym) está determinado principalmente por sus características genéticas y por su buena adaptación al ambiente predominante, en condiciones tales que su rendimiento no esté limitado por el agua, los nutrientes, las plagas o las enfermedades. Es de importancia fundamental la selección cuidadosa del cultivo y de la variedad más adecuada a fin de obtener una producción elevada. En general, la temperatura determina el ritmo de desarrollo del cultivo, y en consecuencia, influye en la duración del período vegetativo. Los cultivos necesitan también condiciones climáticas apropiadas para la formación de la cosecha, la maduración y la recolección. 11

12 La variación de las necesidades climáticas de los cultivos permite que se adapten a una amplia variedad de condiciones climáticas. Además de las necesidades climáticas, debe tenerse en cuenta las necesidades de agua del cultivo y las características del suelo. Para algunos cultivos, el período vegetativo total necesario para un rendimiento máximo debe manejarse mediante el nivel de suministro de agua; por ejemplo, una reducción en el suministro de agua durante el período vegetativo del algodón acelera la floración y la formación de la cápsula, además de hacer madurar el cultivo en el tiempo necesario. 12

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14 Las necesidades de agua del cultivo se expresan normalmente mediante la tasa de evapotranspiración máxima (ET) en mm/día o mm/ período. Otros factores, especialmente socioeconómicos, que deben tenerse en cuenta en la selección de cultivos son: la preferencia de los agricultores en relación con la demanda del mercado, las facilidades de almacenamiento, y la disponibilidad de maquinaria agrícola y mano de obra. Requerimiento de riego de los cultivos El balance hídrico en el suelo permite evaluar las necesidades de riego y drenaje para un cultivo. Las necesidades de riego se tienen cuando la precipitación efectiva es menor que la evapotranspiración de referencia y las de drenaje en caso contrario. Para la Margen Derecha del río Santiago las necesidades de riego (déficit) son de octubre a junio. El requerimiento de riego (RR) de los cultivos se define coma la suma de necesidades menos las aportaciones de agua, es decir: RR = ETm + LLv Pe Am donde Lv L es la lámina de lavado, Pe la precipitación efectiva y Am la aportación del manto freático. Debido a la dificultad que representa evaluar los requerimientos de lavado a nivel 14

15 de un distrito de riego y estimar la aportación del manto freático, la expresión anterior puede expresarse en forma general: RR = ETm Pe Se ha encontrado que la evapotranspiración del cultivo (ET) está relacionado con la demanda evaporativa del aire. La demanda evaporativa puede expresarse como la evapotranspiración de referencia (ETo) que representa la tasa de evapotranspiración de una superficie extensa cubierta de hierba verde de 8 a 15 cm de altura, creciendo activamente, que sombrea completamente el terreno y que no presenta déficit de agua. Generalmente, se pueden emplear coeficientes de cultivo (kc) determinados empíricamente para relacionar ETo con la evapotranspiración máxima del cultivo (ETm = kc ETo) cuando el suministro de agua satisface plenamente las necesidades del cultivo. El valor del kc depende del cultivo, etapa de desarrollo, velocidad del viento y humedad relativa. Para la mayoría de los cultivos el valor de kc aumenta desde un valor reducido en el momento de la nascencia hasta un valor máximo durante el período en que el cultivo alcanza su pleno desarrollo y declina a medida que madura el cultivo. 15

16 La evapotranspiración máxima (ETm) se refiere a aquellas condiciones donde el agua es suficiente para un crecimiento y desarrollo sin limitaciones; la ETm representa la tasa de evapotranspiración máxima de un cultivo sano, que crece en grandes campos y en condiciones óptimas de ordenación agronómica y de riego. La demanda de agua de un cultivo es abastecida por el agua del suelo a través del sistema radicular. La tasa real de absorción de agua del suelo por el cultivo en relación con su evapotranspiración máxima (ETm) está determinada por la cantidad de agua disponible en el suelo. La evapotranspiración real (ETa) es igual a la evapotranspiración máxima (ETm) cuando el agua del suelo disponible para el cultivo es la suficiente es decir ETa = ETm. Sin embargo, ETa<ETm, cuando el agua disponible en el suelo es limitada. El agua disponible en el suelo o humedad aprovechable puede definirse como la fracción (p) a que puede reducirse el agua total disponible en el suelo sin dar lugar a que la ETa se haga menor que la ETm. La magnitud de ETa puede cuantificarse para períodos entre riegos o lluvias abundantes, y para períodos mensuales. El agua total disponible del suelo o humedad aprovechable (HA) se define como el agua aprovechable, en cm por metro de profundidad de suelo, entre el contenido de agua del 16 suelo a capacidad de campo y punto de marchitamiento permanente. La humedad aprovechable puede variar para suelos que tengan una misma textura.

17 El valor de la fracción (p) dependerá de: (i) el cultivo; (ii) la magnitud de ETm; y (iii) el suelo: i) Algunos cultivos, como la mayoría de las hortalizas, necesitan continuamente suelos relativamente húmedos, para mantener ETa = ETm; otros, como el algodón y el sorgo, pueden agotar mucho más el agua del suelo antes de que la ETa este por debajo de ETm. Los cultivos pueden agruparse de acuerdo con la fracción (p) a que puede reducirse el agua disponible del suelo (HA) manteniéndose ETa igual a ETm. El margen tolerable de la fracción (p) es estrecho para cultivos cuya parte cosechada tiene forma carnosa o fresca, como las frutas, hortalizas o forrajes, y es más amplio para cultivos cuya parte cosechada es en forma seca, como los cereales para grano seco, algodón y semillas oleaginosas. El valor de p puede variar con el período vegetativo y en general será mayor durante el período de maduración debido al bajo nivel de evapotranspiración (ETm) debido al valor reducido de kc. En general, en el período de establecimiento se necesitan niveles de agotamiento inferiores a los calculados. 17

18 ii) En condiciones donde la ETm es elevada, p es menor y el suelo está comparativamente húmedo cuando ETa se hace menor que ETm, en comparación con lo que sucede cuando ETm es reducido. En consecuencia, la fracción (p) del agua disponible del suelo para la cual ETa es igual a ETm varía con el nivel de ETm. iii) El agua del suelo se transmite y es absorbida por las raíces de las plantas con mayor facilidad en los suelos de textura ligera que en los de textura pesada. Los valores de p son algo superiores en los suelos de textura ligera comparados con los de textura pesada. Cuando ETa<ETm, la magnitud de ETa dependerá del agua remanente disponible del suelo (1-p) HA 18 Pr, y de ETm. El agua remanente disponible del suelo está relacionada con el grupo de cultivo, con ETm (es decir la fracción p) y con el agua total disponible del suelo a la profundidad de las raíces (HA Pr). El efecto del déficit de agua sobre el rendimiento puede variar entre distintas variedades de un mismo cultivo. En general, las variedades de alta producción son también las más sensibles en su respuesta al agua, a los fertilizantes y a otros insumos agrícolas.

19 Por otro lado, las variedades de baja producción, con poca respuesta al agua, pueden ser más adecuadas para la producción de cultivos de secano en zonas que son propensas a la sequía. Para alcanzar altos rendimientos bajo riego es necesario utilizar variedades de gran producción y que den la mayor respuesta al agua, de modo que se obtenga una alta eficiencia de utilización del agua para la producción cosechada. El efecto del agua sobre el rendimiento no puede considerarse aisladamente de otros factores agrícolas, como los fertilizantes, la densidad de las plantas y la protección del cultivo, porque estos factores determinan también la medida en que el rendimiento real (Ya) se aproxima al rendimiento máximo (Ym). La precipitación efectiva (Pe) es la fracción de la precipitación que se almacena en la zona de raíces. Su determinación en campo es bastante complicada debido a los costos que representa el estimar el contenido de humedad previo a la lluvia, medir la intensidad y duración de la lluvia, medir la velocidad de infiltración y determinar las características superficiales del suelo, aunado a lo anterior están las diferentes prácticas de manejo del suelo. Entre las expresiones para estimar la precipitación efectiva se tiene la propuesta por el Servicio de Conservación de Suelos (SCS) de los Estados Unidos: donde Pe es la precipitación efectiva y Pp es la precipitación total. La información climatológica utilizada para estimar el requerimiento de riego de diversos cultivos, en la Margen Derecha del río Santiago, Nayarit corresponde a 4 estaciones climatológicas convencionales y 6 estaciones automatizadas (cuadros 1ay 1b). Los registros de la información climatológica para las estaciones ordinarias fueron extraídas de la base de datos denominad ERIC III desarrollada por el IMTA y para las automatizadas se tomaron de la web mx. 19

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21 La temperatura mínima promedio anual, según registros de las estaciones climatológicas, varía de 31.2 a 33.5 C, con un valor medio de 32.5 C y una desviación estándar de 1.1 C. Para el caso de la temperatura máxima promedio anual, varía de 19.3 a 20.4 C, un valor promedio de 20.0 C y una desviación estándar de 0.5 C. 21

22 Por otra parte, la precipitación media anual varía de 1,193.7 a 1,582.6 mm, un valor medio de 1,378.5 mm y 22 una desviación estándar de mm. La precipitación se incrementa en el sentido opuesto a la costa.

23 La evapotranspiración de referencia (ETo) se calculo con los métodos del tanque evaporímetro y Penman-Monteith. Este último es el utilizado en las estaciones automatizadas. La ETo media anual varía de 4.0 a 4.6 mm/d, un valor medio de 4.3 mm/d y una desviación estándar de 0.29 mm/d. La ETo se incrementa en el sentido opuesto a la costa. 23

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25 El requerimiento de riego varía de acuerdo al cultivo, fecha de siembra y condiciones climatológicas. Los resultados obtenidos muestran que tanto la evapotranspiración máxima como los requerimientos de riego son mayores en la zona de influencia de la estación de Santiago-INIFAP comparados con los obtenidos para la estación de Villa Juárez. 25

26 La programación del riego consiste en determinar los intervalos de riego y las láminas de riego (calendario de riego) a fin de satisfacer los requerimientos de riego o necesidades hídricas de los cultivos. La información de base la constituye el tipo de cultivo y su evapotranspiración potencial, la precipitación efectiva y el tipo de suelo. La programación del 26 riego generalmente se obtiene mediante un balance de agua en el suelo. Este método considera que la zona de raíces es un depósito donde se almacena el agua de riego y lluvia que es usada por el cultivo. El riego se aplica cuando la humedad del suelo baja por debajo de un cierto nivel sin provocarle déficit a la planta (70, 50, 60% de la humedad aprovechable).

27 La aplicación oportuna de los riegos garantiza la obtención del rendimiento máximo para un cultivo bien adaptado y sin restricciones de suelo, clima e insumos agrícolas. 27

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30 Efecto del riego en el rendimiento de los cultivos Cuando los requerimientos de riego se satisfacen en forma parcial el rendimiento de los cultivos se ve afectado. La magnitud de la disminución del rendimiento depende del cultivo y del periodo con déficit de agua. La disminución del rendimiento puede conocerse en forma directa con el establecimiento de parcelas de prueba o estimarse en forma indirecta con el factor ky utilizando gráficos o el software CropWat desarrollado por la FAO. Las parcelas de prueba tienen el inconveniente de ser costosas. En río Bravo Tamaulipas, en parcelas de prueba, se ha encontrado que cuando se siembra con la humedad almacenada en el suelo producto de la temporada de lluvias se esperan rendimientos de 2.7 ton /ha para sorgo y 1.0 ton /ha de maíz. En cambio si se aplican los riegos que requieren los cultivos se obtienen rendimientos de 4.9 ton/ha para el sorgo y 5.8 ton/a para el maíz. 30

31 En la Margen Derecha del río Santiago utilizando el método de la FAO (ky) se estimó el impacto del riego en el cultivo del frijol, maíz y sorgo. 31

32 Los resultados obtenidos muestran que si la única fuente de agua es la humedad residual producto de las lluvias se esperarían rendimientos de 1.2 ton/ha para frijol, 3.5 ton/ha para maíz y 1.2 ton/ha para sorgo. Con la aplicación del riego que demandan los cultivos se obtienen rendimientos de 2 ton/ ha de frijol, 8 ton/ha de maíz y 5 ton/ha de sorgo. Si se disminuye el número de riegos disminuye el rendimiento. Es importante remarcar que la aplicación oportuna de riego y en las cantidades requeridas garantizará la obtención del máximo rendimiento asociado a las necesidades hídricas de los cultivos. También, debe señalarse que los rendimientos esperados pueden ser mucho menores si se siembran variedades de alto rendimiento que son sensibles al déficit de agua. 32 La selección del método de riego depende de factores como las características físicas de los suelos, factores climáticos y tipo de cultivo. En la agricultura moderna se están adoptando preferentemente métodos de riego presurizados porque permiten aplicar láminas pequeñas con mayor frecuencia y evitan que la planta sufra de estrés hídrico, en consecuencia se logran mayores rendimientos.

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35 CRÉDITOS INSTITUTO MEXICANO DE TECNOLOGÍA DEL AGUA M.C. PEDRO LÁZARO CHÁVEZ DR. HEBER SAUCEDO ROJAS Este Programa es de carácter público, no es patrocinado ni promovido por partido político alguno y sus recursos provienen de los impuestos que pagan todos los contribuyentes. Está prohibido el uso de este programa con fines políticos, electorales, de lucro y otros distintos a los establecidos. Quien haga uso indebido de los recursos de este programa deberá ser denunciado y sancionado de acuerdo con la ley aplicable y ante la autoridad competente.

36 FUNDACIÓN PRODUCE NAYARIT A. C. Avenida Jacarandas No 74 Sur, colonia San Juan, Tepic, Nayarit, C.P Tel y Fax: 01 (311) y Correo electrónico: fdapronay@hotmail.com Página de Internet: www. fupronay.org.mx INSTITUTO MEXICANO DE TECNOLOGÍA DEL AGUA Paseo Cuauhnáhuac No 8532, colonia Progreso, Jiutepec, Morelos, C.P Tel y Fax: 01 (777) Correo electrónico: director_general@tlaloc.imta.mx Página de Internet: mx