ENSAYO 1 DETERMINACIÓN DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN DE UN PARRONAL DE UVA DE MESA UTILIZANDO EL MÉTODO DE BALANCE DE ENERGÍA

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1 ENSAYO 1 DETERMINACIÓN DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN DE UN PARRONAL DE UVA DE MESA UTILIZANDO EL MÉTODO DE BALANCE DE ENERGÍA En Chile no se han realizado mediciones de evapotranspiración en las especies frutales, y uva de mesa no es una excepción. Los requerimientos hídricos de las plantas se determinan mediante un balance hídrico, que es el resultado de comparar las entradas y salidas de agua desde un sistema: R + PP = Etc + pp +es ± Ө R = água de riego PP= Precipitaciones Etc = evapotranspiración del cultivo Pp = percolación profunda Es escurrimiento superficial Ө = variación del contenido de agua del suelo Uno de los aspectos relevantes de del balance hídrico es la cuantificación de la evapotranspiración del cultivo, que determina entre el 70 a 90% de la magnitud del balance hídrico total. En efecto, en el caso de riegos localizados de alta frecuencia la componente percolación profunda (pp) y escurrimiento superficial (es) es mínimo. La Etc del cultivo puede ser determinada utilizando lisímetros de alta precisión ( lisímetros de pesada), como los que dispone la Universidad de California, que son de alto costo. Otra forma de determinar la evapotranspiración en mediante el método de balance de energía: Rn G = LE + H Donde : Rn es la radiación neta incidente sobre la cubierta vegetal (Wm -2 ) G es la radiación emitida por el suelo (Wm -2 )

2 LE = Flujo de calor latente (Wm -2 ) H = Flujo de calor sensible (Wm -2 ) El flujo de calor sensible se puede calcular de acuerdo a la siguiente expresión H = ρc p (T2-T1)/r h ρ = Densidad del aire (kg/m3) C p = Calor específico del aire ( J/kg/ºK) T = temperatura del aire (ºK) r h = Resistencia al flujo de calor (s/m) El flujo de calor latente se calcula de acuerdo a la siguiente expresión LE = (ρc p /γ)*((e2-e1)/r v ) γ= Constante sicrométrica ( kpa/ºk) e= presión de vapor (kpa) r v = resistencia al flujo de vapor (s/m) Rn, G, LE y H pueden ser medidos,, estableciendo un balance de energía que permite estimar la precisión y el grado de sensibilidad del sistema La evapotranspiración del cultivo se puede obtener a partir de LE, corregido por el calor latente de vaporización del agua (λ) Etc = LE* λ Donde λ es el calor latente de evaporación de agua ( 2,44 MJ/kg a 25ºC). Una forma de aplicación del balance de energía es mediante el uso de un sistema Eddy - Covarianza, de paso abierto, que incluye un analizador de CO2/H2O, de paso abierto, un anemómetro Sónico medidor de radiación neta y de flujo de calor del suelo) Esta sistema puede cuantificar la magnitud de H y de LE. Además cuenta con un radiómetro global y un anemómetro de veleta y un sensor de temperatura y humedad relativa y placas para medir la radiación del suelo. 2 Valores de coeficiente de cultivo (kc) determinados en uva de mesa cv. Thomson S. : El trabajo se lleva a cabo en el predio El Guindal, perteneciente Agrícola Brown, ubicado en la comuna de Calle Larga, Quinta Región. Sus coordenadas UTM son: , , las cuales e obtuvieron mediante sistema GPS (ver figura1).

3 Figura 1.- Foto satelital de la ubicación de la estación Eddy-Correlation en el predio El Guindal La mediciones se han desarrollado se realiza en una plantación comercial de uva de mesa (Vitis vinífera L.) cultivar Thompson Seedless sobre patrón Harmony,, con sistema de conducción de parrón español, distanciadas 3,5 x 2,5 m. La ubicación del sistema de medición permite mantener requerimientos de fecth apropiado para la realización de las mediciones, como se muestra en la figura 2.

4 34m 230m 50% 90% Figura 2. Longitud promedio estimada de fetch para la medición del 50% y 90% de los flujos en la temporada 2009/2010. El marcador indica el punto donde se ubica la torre. Este fetch logró mantener condiciones homogéneas de flujo en la dirección de los vientos predominantes (Figura 3) N 40 NO 30 NE O 0 E SO SE Figura 3. Frecuencia porcentual de la dirección de origen del viento, para períodos con Rn>0 de la temporada 2009/2010. S

5 En la figura 4 se presenta una evolución de los diferentes componentes del balance de energía Brotación a 20% de interceptación de la radiación solar 20% a 40% de interceptación de la radiación solar Flujo de energía (Wm -2 ) :00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12: Flujo de energía (Wm -2 ) :00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12: Hora Hora Rn G H LE Rn G H LE 40% a 60% de interceptación de la radiación solar 60% a 80% de interceptación de la radiación solar Flujo de energía (Wm -2 ) :00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12: Hora Flujo de energía (W m -2 ) : :00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12: Hora Rn G H LE Rn G H LE Desde 80% de interceptación de la radiación solar 800 Flujo de energía (W m -2 ) :00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12: Hora Rn G H LE Figura 4. Componentes del balance de energía en la temporada 2009/2010 (Rn: radiación neta, G: flujo de calor en el suelo, H: calor sensible, LE: calor latente) bajo distintos porcentajes de radiación solar interceptada por el parrón.

6 La evapotranspiración del parronal se determina a partir del flujo de calor latente (LE, Wm -2 ), multiplicado este valor por el calor latente de vaporización del agua (λ, 2,44 MJkg -1 ).. ETc = LE*λ La evapotraspiración se obtiene en kg agua/m 2, o mm/30 minutos. Para determinar la Etc diaria se procederá a integrar los valores entre 0 y 23:30 hrs Paralelamente se determina la evapotranspiración de referencia (ETo), utilizando el método de Penman-Monteith (Dorenbos y Pruit, 1977), a partir de los valores de Radiación neta, (Rn), el flujo de calor del suelo (G), y los componentes de velocidad de viento, déficit de presión de vapor y temperatura del aire, medidos en la misma torre donde se instaló el sistema Eddy covarianza La ecuación de Penman-Monteith, queda definida por la siguiente expresión: ETo = 0,408 R n 900 T ,34u 2 ( G) + γ u ( ) + γ ( 1+ ) 2 e s e a A partir de los valores de ETc, determinados por el sistema Eddy-covarianza, y la ETo determinado por la ecuación de Penman-Monteith, se determinarán los coeficientes de cultivo (Kc) para vid de mesa, conducido en sistema de parronal español, según la siguiente expresión Kc = ETc Eto Un ejemplo de la variación estacional de ETc y ETo se presenta en la figura 5

7 E Fecha Penman-Monteith Etc Figura 5. Evolución de la ETo (mm/d) calculada a partir de la ecución de Penmann-Monteith y de la evapotranspiración del cultivo (ETc, mm/d)), calculada a partir del flujo de calor latente (LE) medido en la estación Eddy Correlation para la temporada 2008/09. A partir de los valores medidos de ETc y ETo, se procedió a calcular los coeficientes de cultivo del parronal de uva de mesa, cv Thompsom S, en el curso de la temporada. En la figura 6 se muestra su evolución en función de los días después de brotación ( 15/9). Al momento de brotaciòn el valor de Kc es cercano a 0,2 para incrementar a un valor cercano a 1,1,120 a 150 días después de brotación ( entre pinta y cosecha)

8 Figura 6. Evoluciòn del coeficiente de cultivo en parronal español ( Ag. Brown), en función de los días después de brotación (DDB), para dos temporadas La figura 6 incluye los valores de Kc entregados por FAO ( línea gris) para uva de mesa. En este caso los valores de Kc llegan a un valor máximo de 0,8. La diferencia observada entre ambos resultados puede estar relacionada con el sistema de conducción de las plantas. Las determinaciones de FAO (Allen et al 1998), han sido realizadas en sistema de conducción en espaldera, con un porcentaje de radiación interceptada por el cultivo cercano al 60%. En las condiciones de parronal español este porcentaje llega al 80 a 90%, Durante el desarrollo del cultivo se midió la evolución del porcentaje radicación solar interceptada o porcentaje de sombra a medido dìa generado por el parronal desde brotación a caída de hojas. Estableciéndose una relación entre este valor y el coeficiente de cultivo, Kc (Figura 7).

9 Coeficiente Crop coefficient de cultivo (kc) (kc) y = x R² = 0.89** Porcentaje Canopy light de interception luz interceptada (%) (%) 2008/ /10 Figura 7. Relación entre el Kc estimado y el porcentaje de la radiación solar interceptada a medio día por el parrón durante la temporada 2008/2009 y 2009/2010 La relación obtenida es Kc = 0,0137* PS%-0,149 Donde PS%, es el porcentaje de sombra del parrón o porcentaje de Luz interceptada al medio dìa.. La relación lineal obtenida en este estudio es similar a la obtenida en Thompson Seedless conducida en espaldera, por Williams y Ayars (2005), quienes, al relacionar kc con el porcentaje de sombramiento del cultivo, obtuvieron una pendiente igual a 0,017 e intercepto de -0,008. Se ha visto la misma relación de tipo lineal entre el Kc y la PS% en bananero (Santana et al., 1993), clementinas (Castel, 1997), durazneros (Johnson et al., 2000; Goodwin et al., 2006) y olivos (Testi et al., 2004).. Lo anterior sugiere que, en lugar de tener tablas con el Kc para cada estado fenológico, o DDB, es de mayor utilidad contar con una ecuación que convierta el porcentaje de interceptación de radiación solar en un Kc. Los valores de Kc obtenidos mediante el método de Eddy Covarianza, son similares a los que se han obtenido mediante el uso de lisímetros de balance hídrico ( Figura 8), en el predio Santa Griselda, en este mismo proyecto ( Ver anexo Ensayo 4)

10 Coeficiente de cultivo (Kc) 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 y = 0,011x + 0,072 R² = 0, Porcentaje de Sombra (%) 2009/10 L 2010/11 L 2008/09 E 2009/10 E 2011/12 L Figura8. Relación entre el Kc estimado y el porcentaje de la radiación solar interceptada por el parrón durante la temporada 2008/2009 y 2009/2010 por el mètdo Eddy Covarianza y mediante el uso de lisímetros de balance hídrico, en el valle de Aconcagua ( L, lisímetros, E, Eddy covarianza). Con el objetivo de realizar una aplicación práctica de la relación entre el porcentaje de luz interceptada, o porcentaje de sombra del parrón), se preparó un set de fotografías, mostrando el porcentaje de sombra y el Kc asociado. El porcentaje de sobra en cada caso fue medido con ceptòmetro

11 Parrón con 15% de sombra a medio día (Kc= 0,06) Parrón con 30% de sombra a medio día (Kc= 0,27)

12 Parrón con 45% de sombra a medio día (kc= 0,47) Parrón con 65% de sombra a medio día (Kc= 0,75)

13 Parrón con 75% de sombra a medio día (Kc= 0,89) Parrón con 85% de sombra a medio día (Kc= 1,01))

14 2.- Extrapolación de los valores de kc determinados a otras variedades de uva de mesa. A continuación se analiza la extrapolación de los valores de Kc medidos en Thompson Seedless a otras variedades de uva de mesa, como es la variedad Flame Seedless. De acuerdo a Allen et al (1998). la ecuación de Penman-Monteith, para cualquier cultivo, puede ser determinada por la siguiente expresión : Donde Rn es la radicación neta que recibe el cultivo (Wm -2 ) G es la radiación emitidad por el suelo (Wm -2 ) (es-ea) es el defict de presión de vapor (kpa) rs es la resistencia de la cubierta vegetal ( s/m) ra es la resistencia aerodinámica que presenta el cultivo (s/m) La resistencia aerodinámica es función de :

15 donde Zm es la altura de medición de la velocidad de viento d es la altura de desplazamiento cero Zh es altura de la medición de humedad del aire Zom longitud del fecth que reguiere la transferencia de momentum (m) Zoh longiyud del fecth que regula la trasferencia de humedad (m) K 2 constante de von Karman (0,41) Uz velocidad del viento medido a la atura z (m/s) Para un parronal español los parámetros anteriores son los mismos, cualquiera sea la variedad, ya que Z depende de la altura del parronal La resistencia de la cubierta vegetal (s/m) está definida como : rl es la resistencia estomática (s/m) LAI es el índice de área foliar del cultivo En un sistema de conducción de parronal español, las diferentes variedades presentan valores de sombramiento e índice de área foliar (LAI o IAF) similares, como se presenta en la figura 9

16 Figura 9. Evolución del del índice de área foliar,iafen la variedad Thompson Seedless y en la variedad Flame Seedless, en el predio El Guindal ( Ag. Brown). Temporada 2010/11. En el mes de noviembre de 2011 se realizó un seguimiento diario de de la variación de la resistencia estomática (s/m en el parronal de la variedad Thompson S., donde se ubica el equipo Eddy Covarianza y un parronal de la variedad Flame S) ubicado junto al parronal anterior. En ambas variedades la resistencia estomática fue similar ( Figura 10)

17 Rs (s/m) Hora Thompson S Flame S Figura 10. Evolución de la resistencia estomática de uva de mesa de la variedad Thompson S. y la variedad Flame S. en el predio El Guindal (Ag. Brown), 22/11/2011. Dado lo indicado anteriormente, los coeficientes de cultivo determinados mediante el método Eddy Covarianza pueden ser utilizados en otras variedades de uva de mesa, cultivadas en parronal español. Se requiere contar con mediciones del porcentaje de sombramiento que presenta el parronal en los diferentes periodos de desarrollo. 4.- Conclusiones El coeficiente de cultivo determinado en uva de mesa cultivada en parronal español es superior a los valores normalmente utilizados por los productores, los cuales son extraidos de la literatura internacional Existe una relación lineal entre el porcentaje de sombra y el valor de kc. Esta relación permite determinar el Kc considerando las características propias de vigor de cada parrón l La relación obtenida es válida para otras variedades de uva de mesa.

18 5.- Método dual de determinación de la evapotranspiración Durante la temporada 2011/12 se inició la evaluación del método dual de dterminación de la evapotranspiración de cultivo Este método consiste en la dterminación separada de los componentes la transpiración de la planta y la evaporación del suelo, mediante un coeficiente basal de cultivo ( Kcb ) y el coeficiente de evaporación del suelo ( ke ). Por lo tanto, asumiendo que no hay limitantes en la disponibilidad de agua en el suelo, la ETc viene definida según Allen et al.(1998) como: ETc = (Kcb+ Ke) x ETo = Kc x ETo La evaporación del suelo se mide mediante 12 on microlisímetros de 7,3 cm de diámetro, distribuidos tanto en la entre hilera como la sobre hilera. Los cilindros son empujados dentro del suelo y haciendo que la parte superior quede expuesta unos 1 cm desde la superficie del suelo. Estos microslisímetros se presan temprano en la mañana de cada día, determinado la evaporación de agua. La mediciones se realizan una vez a la semana. La transpiración se mide mediante sensores de flujo de savia ( figura 12),. consistente de dos sondas cilíndricas de 2 mm de diámetro, que son insertadas 5 cm dentro del tronco. Las sondas se n una sobre la otra, las cuales se distanciarán en 10 cm. La sonda superior contiene un elemento que entrega calor constantemente y una termocupla cobre constantan mide la diferencia de temperatura resultante entre ambas sondas. Debido a la difusión del calor en el tronco y el arrastre de calor por la savia en asenso la temperatura será más cercana a la ambiente cuando el flujo es alto y se elevará sobre el ambiente cuando el flujo es bajo o cero.

19 Figura 11. Representación esquemática de la instalación de los microlisímetros. a= Dimensiones del microlisímetro; b= Microlisímetro con un tapón en la parte de abajo; c=inserción del microlisímetro; d=microlisímetro con el plástico. Figura 12. Medidor de flujo de savia

20 El flujo de savia promedio (u) a lo largo del radio (m s-1) es calculado por calibración con diferentes especies. K=0,0206*u 0,8124 En donde: K= (Tm-T)/(T-Tx) Tm=Temperatura de la zonda cuando u=0. T=Temperatura de la zonda calentada cuando u>0. Tx= Temperatura de referencia de la zonda no calentada. El coeficiente u, se calculará de la siguiente manera: u=119*10-6 *K 1,231 El flujo que pasa a través de una sección transversal, queda expresado de la siguiente forma: F=u*Sa Sa=Área de sección transversal. 5.1 Resultados preliminares Evaporación del suelo En la figura13, se observa la variación de la radiación solar interceptada entre las semanas correspondientes a los días 35 y 105 después de brotación. Las tasas máximas de incremento están entre los días 56 y 91 después de brotación, donde el parrón alcanza una cobertura cercana al 83%.

21 Figura13. Variación de la radiación solar interceptada por el parrón a través de la temporada. En la figura 14 se muestra la evolución de la evaporación entre los días 14 y 84 después de brotación. La evaporación mínima se detectó el día 14 con 1,01 mm/día y luego aumentó hasta llegar a un máximo el día 28 con 4,3 mm/día. A partir de este momento la evaporación comenzó a disminuir hasta llegar a valores de 1,22mm/día para el día 84 después de brotación., debido al aumento del porcentaje de sombra del parronal (Figur a 15) Figura14. Evolución de la evaporación semanal, de acuerdo a los días despúes de brotación. Los puntos negros representan la evaporación en mm/día.

22 Figura15. Comportamiento de la evaporación en relación al IRS (radiación solar interceptada). Se hizo un ajuste lineal que arrojó un R2 de 0, Flujo de savia En la figura 16 se muestra un ejemplo del comportamiento del flujo de savia para el día 61 después de brotación. Las tres curvas representan los tres medidores, los cuales fueron ubicados en tres plantas distintas. Los tres medidores muestran un comportamiento cercano a 0 para los periodos nocturnos. En caso del medidor 1, el valor 0 lo marcó alrededor de las 5 am. Posteriormente, los valores cercanos a 0 se mantuvieron hasta las 8:35am, en ese momento hubo un punto de inflexión ya que la velocidad comenzó a aumentar hasta que alcanzó un máximo a las 13:30 y 14:00 horas con una magnitud de 0,0015 cm/seg. Este valor se mantiene hasta las 17:35 horas, para luego disminuir hasta que alcanza un valor estable cercano a 0 a las 23:00 horas. El medidor 2 tuvo un comportamiento inicial similar al 1, pero el máximo lo alcanza a las 12:35 con magnitudes de 0,0012 cm/seg. A las 16:35 horas el medidor 2 registra 0,0011 cm/seg y disminuye hasta 0,009 cm/seg cuando son las 17:05 horas, en este momento tiene un ligero incremento hasta llegar a valores de 0,0010, para luego disminuir hasta valores cercanos a 0 a las 23:00 horas. El medidor 3 registra un valor máximo de 0,0015 cm/seg a las 13:00 horas, este disminuye hasta un valor de 0,00142 cm/seg a las 17:05 horas y luego aumenta hasta alcanzar magnitudes de 0,00148 cm/seg a las 18:05 horas. Finalmente disminuye hasta alcanzar valores cercanos a 0 alrededor de las 23:00 horas. El déficit de presión de vapor (DPV) alcanzó

23 un máximo a las 17 horas con un valor de 3,03 Kpa, mientras que la radiación global (rg) su magnitud más alta es de 712 W/m2 a las 11:35 am (figuras 11 y 12). Figura16. Evolución de la velocidad del flujo de savia en función de la hora del día para los tres medidores. Los rombos indican medidor 1, los cuadrados el medidor 2 y los triángulos el medidor 3.

24 Figura 17 Para el eje vertical izquierdo, se gráfica la evolución de la velocidad del flujo de savia en función de la hora del día. Los rombos indican medidor 1, los cuadrados el medidor 2 y los triángulos el medidor 3. En el eje vertical derecho se gráfica el comportamiento de la radiación neta. Figura18. Para el eje vertical izquierdo, se gráfica la evolución de la velocidad del flujo de savia en función de la hora del día. Los rombos indican medidor 1, los cuadrados el medidor 2 y los triángulos el medidor 3. En el eje vertical derecho se gráfica el comportamiento del déficit de presión de vapor.

25 5 Bibliografia, Allen, R., L. Pereira, D. Raes y M. Smith Crop evapotranspiration. Guidelines for computing crop water requirements. FAO Irrigation and Dranaige Paper N p Castel, J Evapotranspiration of a drip-irrigated clementine citrus tree in a weighing lysimeter. Acta Horticulturae 449(1): Goodwin, I., D. Whitfield y D. O Connor Effects of tree size on water use of peach (Prunus persica L. Batsch). Irrigation Science 24: Fernandez, J., M. Palomo, A. Díaz-Espejo, B. Clothier, S. Green, I. Girón and I. Moreno Heat-pulse measurements of sap flow in olives for automatin irrigation: tests, root flow and diagnostics of water stress. Agric. Water Manage 51: Johnson, R., J. Ayars, T. Trout, R. Mead y C. Phene Crop coefficients for mature peach trees are well correlated with midday canopy light interception. Acta Horticulturae 537: Paco, T.A., M. I. Ferreira and N.Coencicao Peach orchard evaporation in a Sandy soil: Comparison between eddy covariance measurements and estimates by the FAO 56 approach. Agricultural water management 85: Paço, T, N. Conceição y M. Ferreira Measurements and estimates of peach orchard evapotranspiration in mediterranean conditions. Acta Horticulturae 664: Santana, J., C. Suárez y E. Fereres Evapotranspiration and crop coefficients in banana. Acta Horticulturae 335: Testi, L., F. Villalobos y F. Orgaz Evapotranspiration of a young irrigated olive orchard in southern Spain. Agricultural and Forest Meteorology 121: Williams, L. y J. Ayars. 2005a. Grapevine water use and the crop coefficient are linear functions of the shaded area measured beneath the canopy. Agricultural and Forest Meteorology 132: