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Evapotranspiración yrequerimientos de riego

Waldo Ojeda BustamanteErnesto Sifuentes Ibarra

Notas del diplomado semi-presencial a distanciasobre Agrometeorología, COFUPRO-IMTA, Abril 2007

Jiutepec, Morelos

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EVAPOTRANSPIRACIEVAPOTRANSPIRACIÓÓN DE N DE LOS CULTIVOSLOS CULTIVOS

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Conceptos bConceptos báásicossicos• Evaporación (Ev): Proceso de movimiento de agua en forma

de vapor de agua de la superficie del suelo, agua u hoja a la atmósfera

• Transpiración (Tr): Proceso de movimiento de agua en forma de vapor de agua de los estomas de la planta a la atmósfera

• Evapotranspiración (ET): Suma de los componentes de evaporación y transpiración.

• Uso consuntivo (Uc): Suma de la ET y el agua retenida en los tejidos vegetales. Como el agua almacenada en la planta es pequeña comparada a la liberada como ET, se asume que ambas son iguales (ET=Uc).

ET=Ev+Tr

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TranspiraciTranspiracióón n vsvs EvaporaciEvaporacióónn

Variación en un día Variación en el ciclo

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Forma de expresar la Forma de expresar la evapotranspiracievapotranspiracióónn

• Usualmente se expresa en unidades de lámina de agua por unidad de tiempo, por ejemplo: mm/día, mm/semana, cm/mes, cm/etapa, o cm/ciclo

• Para árboles frutales es mas común expresarla volumen por unidad de tiempo por árbol, en la forma de litros/día, litros/semana, litros/mes, litros/etapa, o m3/ciclo

• Bajo condiciones de invernadero es común expresarla como litros/día por planta o como litros/día por m2.

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Importancia de la transpiraciImportancia de la transpiracióónn

• La transpiración de agua por las plantas tiene varios efectos positivos– Permite refrescar a la planta– Permite un intercambio gaseoso de la planta

con la atmósfera, entra CO2 y se libera vapor de agua a través de los estomas

– A mayor transpiración, mayor es la asimilación de materia seca. Los cultivos requieren del orden de 100-1000 gr de agua para acumular un gramo de materia seca.

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VariaciVariacióón de la ETn de la ET• Varía con la especie. El maíz tiene una mayor

ET que por ejemplo el sorgo.• Varía con la etapa. A mayor superficie foliar

mayor es la ET.• Varía con las condiciones ambientales de

humedad, temperatura, viento y radiación solar.• Varía con las condiciones de humedad del suelo• Varía con las propiedades del suelo para

almacenar y transmitir agua.• Varía con el método de riego

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Curva de la ET del maCurva de la ET del maíízz

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EstimaciEstimacióón de la ETn de la ET

• Estimar la evapotranspiración de un cultivo es complejo por la cantidad de factores que intervienen en el proceso de evaporación del agua a través de una superficie.

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Divide y vencerDivide y vencerááss

• Para facilitar la estimación la ET se separan los efectos de la planta, suelo, y clima. Por lo que es necesario presentar nuevos conceptos usados en el cálculo de la ET con fines de estimar los requerimientos de riego de los cultivos.

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Mas conceptosMas conceptos

• Evapotranspiración real de un cultivo (ETr): Es la ET observada en campo.

• Evapotranspiración potencial de un cultivo (ETc): Es el valor máximo de ET de cultivo bajo condiciones optimas de agua, manejo y sanidad. ETr<<ETc

Para estimar la ET real de un cultivo primeramente se estima la ET potencial

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EvapotranspiraciEvapotranspiracióón potencial del n potencial del cultivo (ETcultivo (ETcc))

• Para estimar la evapotranspiración potencial de un cultivo, se separan en dos términos:

ETETcc= = f(climaf(clima) x ) x f(cultivof(cultivo))• El factor cultivo se conoce como coeficiente de

cultivo (Kc)• El factor clima se conoce como

evapotranspiración de referencia (ETo)• La forma de la ETc es ahora

ETETcc= K= Kcc x ETx EToo

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EvapotranspiraciEvapotranspiracióón de referencia n de referencia (ET(EToo))

• La ETo se refiere a la ET de un cultivo de referencia, esto es, un cultivo que permanece casi constante durante su ciclo como el pasto o la alfalfa (cultivos perennes).

• Estimar la ETo requiere conocer las condiciones ambientales de un lugar.

• Existen varias formas de estimar la ETo de un lugar.

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MediciMedicióón directa de la ETn directa de la EToo

Los lisímetros proporcionan una medición directa de la ETo si se usa el cultivo de referencia. Pero también pueden medir directamente la ETc o la ETr, dependiendo de las condiciones del cultivo.

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Estaciones especializadasEstaciones especializadas

Correlación Turbulenta Tipo Bowen

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EstimaciEstimacióón de la ETn de la EToo: tanques : tanques evaporevaporíímetrosmetros

•• Los tanques Los tanques evaporevaporíímetrosmetros pueden ser pueden ser usados para estimar la ETusados para estimar la EToo, midiendo el , midiendo el cambio diario (cambio diario (∆∆LL) en el nivel del agua ) en el nivel del agua y multiplicy multiplicáándolo por un coeficiente del ndolo por un coeficiente del tanque (tanque (KKtt).).

ETo=Kt ∆L

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EstimaciEstimacióón de la ETn de la EToo: estaciones : estaciones meteorolmeteorolóógicasgicas

•• Se han desarrollado un sinnSe han desarrollado un sinnúúmero de mero de ecuaciones para estimar la ET por medio de uno ecuaciones para estimar la ET por medio de uno o mo máás valores de variables meteorols valores de variables meteorolóógicas, gicas, principalmente HR, principalmente HR, TTaa, , VVvv, , RRss..

•• A mayor cantidad de variables monitoreadas y A mayor cantidad de variables monitoreadas y mayor frecuencia de monitoreo, mayor es la mayor frecuencia de monitoreo, mayor es la precisiprecisióón en la estimacin en la estimacióón de la ETn de la EToo..

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Principales variables Principales variables meteorolmeteorolóógicas gicas

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EcuaciEcuacióón de n de PenmanPenman--MontiethMontieth(PM)(PM)

La ecuación de PM es una de las ecuaciones mas robustas para estimas la ETo a intervalos cortos de monitoreo, 1min, 15 min, 60 min.

( )( )

( )( )*γ∆RKr

eeMw*γ*γ∆λgRn∆ETo

v

ds

+−

++−

=

ETo = Evapotranspiración de referencia (kg m-2s-1 o mm s-1

Rn = Radiación neta (Kw m-2)G = Flujo térmico del suelo (Kw m-2)Mw = Masa molecular del agua (0.018 kg mol-1)R = Constante universal de los gases (8.3x10 -3 KJ mol-1 K-1) K = Temperatura, Kelvin (273°K)λ = Calor latente de vaporización de agua (2450 KJ kg-1)rv = Resistencia al flujo de vapor de la cubierta vegetal (s m-1)∆ = Pendiente de la función de presión (Pa °C-1)γ = Constante sicrométrica aparente (Pa °C-1)

Donde

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CCáálculos requeridoslculos requeridos

• Usar la ecuación de PM requiere realizar una gran cantidad de cálculos, afortunadamente existen una serie de programas de computo o hojas de calculo que facilitan esta tarea.

• La mayoría de las compañías manufacturadorasde estaciones meteorológicas incluyen en el programa registro de las variables una estimación automática de la ETo, aunque con variantes en la ecuación de PM.

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EvapotranspiraciEvapotranspiracióón de n de referencia (5 areferencia (5 añños)os)

El Carrizo, Sinaloa

Fuente: Ojeda, 2004

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Coeficiente de cultivo (KCoeficiente de cultivo (Kcc))

• Diversos experimentos que han estimado tanto la ETc como la ETo, ha permitido estimar la variación diaria del coeficiente de cultivo como:

Kc=ETc/ETo

• Los valores de Kc son generalmente en el rango de 0.2-1, aunque pueden ser mayores que 1 o cercanos a cero.

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VariaciVariacióón estacional del Kn estacional del Kcc

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Modelo de ajuste linealModelo de ajuste lineal

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Valores de Kc para MochisValores de Kc para Mochis

Fase Inicial Desarrollo Intermedia MaduraciónAlgodón

Duración (días)

30 65 70 75

Kcb 0.26 - 1 0.5 Maíz

Duración (días)

20 70 40 50

Kcb 0.3 - 1.1 0.5 Sorgo

Duración (días)

20 30 25 20

Kcb 0.3 - 1 0.55 Trigo

Duración (días)

15 40 35 40

Kcb 0.26 - 1.1 0.45

Fuente: Ojeda y Sifuentes, 2000

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KKcc para cultivos perennespara cultivos perennes

Mes Caña Alfalfa Pasto Vid Cítricos Frutales de hojacaduca

Frutales de hojaperenne

1 0.30 0.65 0.48 0.20 0.65 0.20 0.602 0.35 0.75 0.60 0.23 0.67 0.25 0.753 0.50 0.85 0.75 0.30 0.69 0.35 0.854 0.60 1.00 0.85 0.50 0.70 0.65 1.005 0.77 1.10 0.87 0.70 0.71 0.85 1.106 0.90 1.13 0.90 0.80 0.72 0.95 1.127 0.98 1.12 0.90 0.80 0.72 0.98 1.128 1.02 1.08 0.87 0.75 0.71 0.85 1.059 1.02 1.00 0.85 0.67 0.70 0.50 1.0010 0.98 0.90 0.80 0.50 0.68 0.30 0.8511 0.90 0.80 0.65 0.35 0.67 0.20 0.7512 0.78 0.65 0.60 0.25 0.65 0.20 0.60

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Pasos para estimar la Pasos para estimar la evapotranspiracievapotranspiracióón realn real

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Efecto del contenido de humedad Efecto del contenido de humedad del suelodel suelo

ETr= KeETc = KcETo

• Una vez que se ha estimado la evapotranspiración potencial del cultivo, se ajusta por un factor de estrés calculado en función la humedad disponible en el suelo usando la siguiente relación:

• Donde HA es la humedad aprovechable presente en el suelo, si el suelo se encuentra a capacidad de campo el valor de HA es de 100%, si esta a PMP la HA es de 0%.

)101ln()1ln( +

=HAKe

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VariaciVariacióón de las n de las ETET´́ss

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REQUERIMIENTOS DE REQUERIMIENTOS DE RIEGORIEGO

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BALANCE DE HUMEDAD

Percolación Ascenso capilar

Escurrimiento Escurrimiento

Ese

Esse

Esss

Ess

ET

Lluvia Riego

Zona de raices

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EcuaciEcuacióón de balance del riegon de balance del riego

∆θ= Entradas - SalidasDondeEntradas= R + Pe +AcSalidas=ET + D∆θ= Cambio en el almacenamiento de humedad

R=RiegoPe=Lluvia Ac=Ascenso capilarD=Percolación profunda

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Requerimientos de riego (RR)Requerimientos de riego (RR)

En forma simplificada los requerimientos de riego se calculan con la siguiente

ecuación:RR=ETr-Pe

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Pe= Precipitación efectiva (mm)P= Precipitación obervada(mm)

PRECIPITACIPRECIPITACIÓÓN EFECTIVA (Pe)N EFECTIVA (Pe)

Pe =0.6P-10

Pe = 0.8P-24

Para 16.7<P<70 mm

Para P≥70 mm

Pe=0 para P≤16.7 mm

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6

0

RR

D (m

m/d

ía)

A

Requerimientos de riego diarioRequerimientos de riego diario

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Ya estamos listos para calcular la Ya estamos listos para calcular la lamina de riego?lamina de riego?

• Hasta ahora se ha calculado la lamina de agua que se tiene que aplicar a una parcela asumiendo que toda el agua se queda en la zona de raíces. ¡Lo cual no es cierto! El requerimiento de riego calculado se conoce como lámina neta.

• Dependiendo del sistema de riego, se tiene que aplicar un sobreriego de acuerdo a su eficiencia.

• La lamina calculada de acuerdo a la eficiencia del sistema de riego se conoce como lamina bruta.

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Rangos de eficiencias de riego de Rangos de eficiencias de riego de los sistemaslos sistemas

RangoMétodo

74-93Goteros

85-95Cintas goteo

80-87Pivote

63-87Melgas

55-80Surcos

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Ahora Ahora sisi……

Si se quiere aplicar una lámina neta de 10 mm por un sistema de riego por goteo con una eficiencia del 85%, la lamina bruta que se requiere aplicar es de:

10 / 0.85 = 11.8 mm10 / 0.85 = 11.8 mm

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Lamina bruta x SistemaLamina bruta x Sistema

RR Goteo Goteo Pivotedia mm diario 2 dias1 4 4.72 4 4.7 9.43 2 2.44 2 2.4 4.75 4 4.76 2 2.4 7.1 21.2

Ea=85%

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Dr. Waldo Ojeda BustamanteIMTAwojeda@tlaloc.imta.mx(777) 329-36-00 ext 445.

GRACIAS…..