UNIVERSIDAD NACIONAL DE LUJÁN

DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA

CARRERA DE INGENIERÍA AGRONÓMICA

ASIGNATURA: RIEGO Y DRENAJE

Ficha Nº3: Relación agua-suelo-planta - Efectos del agua sobre el

rendimiento

Ing. Agr. Susana Pariani

-2005-

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RELACIÓN AGUA – SUELO – PLANTA

CONTENIDOS Primera parte: AGUA DEL SUELO 1- Objetivos 2- Sistema suelo

2.1- Fases del suelo 2.1.1- Formas en que se pueden cuantificar las fases del suelo 2.1.2- Determinaciones más comunes

2.2- Algunas propiedades del suelo 2.2.1- Densidad de sólidos 2.2.2- Densidad aparente 2.2.3- Porosidad

3- Fase sólida 4- Fase líquida

4.1- Humedad gravimétrica 4.2- Humedad volumétrica 4.3- Relación de volumen de agua 4.4- Grado de saturación

5- Ejemplos de aplicación 6- Expresión de la humedad en términos de profundidad 7- Medición del contenido de humedad 8- Estado energético del agua del suelo

8.1- Potencial total 8.1.1- Potencial gravitacional 8.1.2- Potencial de presión-Potencial matriz 8.1.3- Potencial osmótico

9- Medición del potencial agua del suelo 10- Unidades usadas en la medida de potencial 11- Ejercicios de aplicación 12- Curvas características suelo-humedad Segunda parte: RELACIÓN SUELO-PLANTA-ATMÓSFERA Bibliografía (Primera y segunda partes) Tercera parte: RENDIMIENTO Y PROVISIÓN DE AGUA (en base a la publicación Riego y Drenaje Nº 36 FAO) Trabajos realizados por docentes de la asignatura Riego y Drenaje relacionados con los contenidos de esta ficha

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PRIMERA PARTE: AGUA DEL SUELO 1- OBJETIVOS

Esta primera parte tiene como objetivo, recordar conocimientos adquiridos en Edafología, indispensables para comprender temas fundamentales de Riego y Drenaje.

2- SISTEMA SUELO

El suelo además de actuar como soporte de los vegetales, es reservorio de agua y

sales minerales, que son absorbidos por intermedio de las raíces. Cualquier consideración sobre la absorción del agua, requiere de los conocimientos

de las propiedades del suelo, fundamentalmente de aquellas propiedades que afectan la libre disponibilidad de agua para la planta.

2.1- Fases del suelo

El suelo es un sistema disperso formado por tres fases: sólida, líquida y gaseosa. De eso se desprenden dos conceptos que explican el comportamiento del agua en el suelo: a) sistema disperso y b) coexistencia de fases, cuya consecuencia es la existencia de interfases: sólido-líquido, sólido-gas y líquido-gas.

Las fases líquida y gaseosa son cuantitativamente dinámicas y varían continuamente en forma inversa una con respecto a la otra.

La fase líquida se diferencia del agua pura en que, por la presencia de solutos o por acción del campo de atracción de las partículas sólidas, tiene disminuída su energía libre.

La fase gaseosa del suelo se diferencia del aire atmosférico en que es menor su proporción de oxígeno y mayor su proporción de anhídrido carbónico.

La fase sólida se puede considerar como cuantitativamente estática, su proporción volumétrica no varía. Solo se modifica como consecuencia de compactaciones y / o laboreo. 2.1.1- Forma en que se pueden cuantificar las fases del suelo Relación en volumen Relación en masa

Siendo: Va Aire Ma Vt: volumen total

Vp Va: volumen de aire Vw Agua Mw Vw: volumen de agua

Vp: volumen de poros Vt Mt Ma: masa de aire

Mw : masa de agua Ms: masa de sólidos

Vs Sólidos Ms Mt: masa total Vs: volumen de sólidos

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2.1.2- Determinaciones más comunes

por medición a balanza Vt Mt :

A estufa a 105 C hasta masa constante (1): Ms Sumergiendo en agua la muestra seca volumen de agua desplazado: Vs agua aa agua suelo suelo Mw = Mt-Ms Vp = Vt –Vs Vw = Mw/ densidad del agua Va: Vp – Vw Densidad aparente: Ms/Vs (1) corrientemente se usa peso como sinónimo de masa 2.2- Algunas propiedades del suelo 2.2.1- Densidad de sólidos del suelo (densidad media de partículas)

Ms δ s = unidades: g/cm3

Vs En la mayor parte de los suelos minerales, la densidad media de las partículas es aproximadamente 2,6 – 2,7 g/cm3 . La presencia de óxidos de hierro y de varios metales incrementa el valor de δ s, la presencia de materia orgánica lo disminuye. 2.2.2- Densidad aparente (Dry Bulk density)

Ms Ms

δ a = = unidades: g/cm3

Vt Vs + Va + Vw La densidad aparente expresa la relación entre la masa del suelo seco y su volumen total (sólidos y poros).

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Obviamente δa es más pequeña que δs y si los poros constituyen la mitad del volumen, δa es la mitad de δs.

En suelos arenosos, δa puede llegar a 1,6 g/cm3 , en suelos franco arcillosos bien agregados puede ser 1,1 g/cm3.

La densidad aparente se ve afectada por la estructura del suelo y el grado de compactación.

En suelos extremadamente compactos, igual se mantiene más baja que la δs, ya que las partículas no pueden encajarse perfectamente.

2.2.3- Porosidad

Vp Va + Vw p = =

Vt Vs + Va + Vw Es un índice del volumen relativo de poros del suelo. Corrientemente se encuentra entre 0,3 y 0,6 (30 – 60 %). En suelos de textura arcillosa, la porosidad es altamente variable, ya que el suelo alternativamente se contrae, se agrieta, se dispersa, se compacta, se expande, etc. Este valor no revela nada sobre la distribución del tamaño de los poros. 3- FASE SÓLIDA

La fase sólida del suelo, está compuesta por una fracción inorgánica y otra fracción orgánica.

Dentro de la fracción inorgánica se encuentran: a) elementos químicamente inactivos: minerales estables y de gran tamaño (200 micrones o más); b) elementos químicamente activos: sales solubles (sulfatos y cloruros), medianamente solubles (bicarbonatos) y casi insolubles (silicatos, carbonatos de calcio); c) elementos físicoquimicamente activos: coloides del tipo silicatos cristalinos (geles amorfos e hidróxidos metálicos).

La naturaleza y la distribución de la fase sólida determinan sus relaciones con la fase líquida a través de su superficie activa y espacio libre poroso. La superficie específica está influenciada por el tamaño, la forma y naturaleza de las partículas elementales y por la forma, tamaño y estabilidad de los agregados que constituyen estas partículas. La presencia de agregados estables y de tamaño adecuado, determina una mayor superficie específica. A mayor superficie específica estarán más exaltadas las propiedades relacionadas a ellas, en ese caso interesan sobre todo, las fuerzas de atracción que se ejercen sobre el agua del suelo. 4- FASE LIQUIDA (Humedad del suelo)

La humedad del suelo o contenido relativo de humedad del suelo se puede

expresar de varias maneras: 4.1- Relativa a la masa de sólidos: humedad gravimétrica 4.2- Relativa al volumen total: humedad volumétrica 4.3- Relativa al volumen de sólidos: relación de volumen de agua 4.4- Relativa al volumen de poros: grado de saturación

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4.1- Humedad relativa a la masa: Humedad gravimétrica

Mw Wm =

Ms Se denomina también contenido de agua gravimétrico. Se expresa en porcentaje. En el suelo mineral saturado Wm puede alcanzar 25 a 60%, dependiendo de la densidad aparente. En suelos orgánicos, tal como turba, el contenido de agua a saturación con respecto a la masa puede exceder el 100%. 4.2- Humedad relativa al volumen total: Humedad volumétrica (contenido volumétrico de agua, fracción volumétrica de agua del suelo) Wv = θ = Vw / Vt = Vw / (Vs + Vp) Se expresa como porcentaje del volumen total del suelo. En suelos arenosos el valor de la humedad volumétrica a saturación es del orden del 40-50%. En suelos de textura media es aproximadamente 50% y en suelos arcillosos se puede acercar al 60%. El mayor uso de la humedad volumétrica deriva de que se puede adaptar directamente al cálculo de las cantidades de agua a agregar por riego; a las profundidades humedecidas por las lluvias o por el riego; a las cantidades de agua extraídas por medio de la evapotranspiración y evacuadas por el drenaje. De esta manera, la humedad volumétrica presenta la relación de profundidad de agua del suelo, por ejemplo la profundidad de agua por unidad de profundidad de suelo: profundidad equivalente. 4.3- Humedad relativa al volumen de sólidos: Relación de volumen de agua.

Vw v w =

Vs En suelos formados por arcillas expandentes, en los cuales la porosidad y por lo tanto el volumen total cambia con la humedad, puede ser más correcto referirse al Vw con respecto al Vs, que relacionarlo al volumen total. 4.4- Humedad relativa al volumen de los poros: Grado de saturación

Vw Vw s = ------- = -------------

Vp Va + Vw Expresa el volumen de agua presente en el suelo referido al volumen de poros. Varia entre cero (en suelos secos) hasta uno, en suelos saturados. 5.- Ejemplos de aplicación

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5.1- Una muestra de suelo que tiene una masa = 1000 g y un volumen de 640 cm3, fue secada en una estufa y se determinó Ms = 800 g. Adoptando el valor de densidad de partículas para un suelo mineral calcular: Densidad aparente Humedad gravimétrica Humedad volumétrica Humedad relativa al volumen de sólidos Grado de saturación Datos:

Mt: 1000g Vt: 640 cm3

Ms: 800g S: 2,6 g/cm3

a) Cálculo de la densidad aparente: Ms 800 g

δ a = = = 1,25 g/cm3

Vt 640 cm3

b) Cálculo de la porosidad:

Vp p =

Vt

Para obtener Vp, se parte de la fórmula de:

Ms Ms 800 g δ s = por lo tanto Vs = = = 307,6 cm3

Vs δ s 2,6 g/cm3

Vp = Vt – Vs = 640 cm3 – 307,7 cm3 = 332,3 cm3

332,3 cm3

p = = 0,52 ó 52% 640 cm3

c) Cálculo de la humedad gravimétrica:

Mw 1000 g – 800 g

Wm = = = 0,25 ó 25% Ms 800 g

d) Cálculo de la humedad volumétrica:

Vw Wv = Vt

Para obtener Vw partimos de la densidad del agua: Mw

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δ agua = Vw Por lo tanto:

Mw 200 g Vw = = = 200 cm3

δ w 1 g/cm3

Reemplazando:

200 cm3

Wv = = 0,31 ó 31%640 cm3

e) Cálculo de la relación volumen de agua – volumen de sólidos

Vw 200 cm3

v w = = = 0,65 ó 65% Vs 307,6 cm3

f) Cálculo del grado de saturación:

Vw 200 cm3

s = = = 0,60 ó 60% Vp 332,3 cm3

5.2- Cuántos centímetros (profundidad equivalente) de agua contiene un perfil de suelo de 1 m de profundidad, si la humedad gravimétrica en los primeros 40 cm es de 15% y en los últimos 60 cm es de 25%.

La densidad aparente en los primeros 40 cm es de 1,2 g/cm3 y en los últimos 60 cm 1,4 g/cm3.

Datos: δ a (40 cm) = 1,2 g/cm3 Wm (40 cm) = 15% δ a (60 cm) = 1,4 g/cm3 Wm (40 cm) = 25% Relaciones a utilizar: 1) Ms Mw δ a = δ w = Vt Vw

2) Mw Wm =

Ms

3) Vw Wv =

Vt Resolución:

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Mw Ms De 1) Vw = Vt = δ w δ a Reemplazando en 2) y 3) Mw / δ w Mw δ a Mw Wv = = . como = Wm Ms / δ a Ms δ w Ms Queda: δ a Wv = Wm (4) δ w

Así para los primeros 40 m, reemplazando en (4) por sus valores: 1,2 g/cm3

Wv = 0,15 = 0,18 ó 18% 1 g/cm 3

Expresado en profundidad equivalente: en 100 cm de profundidad de suelo 18 cm de profundidad de agua en 40 cm : 7,2 cm de agua

Para los últimos 60 cm, reemplazando en (4) por sus valores:

1,4 g/cm3

Wv = 0,25 = 0,35 ó 35% 1 g/cm3

Expresado en profundidad equivalente: en100 cm de profundidad de suelo, 35 cm de profundidad de agua, en 60 cm: 24 cm de agua.

Total para un metro de profundidad de ese suelo: 7,2cm + 24 cm = 31,2 cm de agua.

6- EXPRESIÓN DE LA HUMEDAD EN TÉRMINOS DE PROFUNDIDAD (Lámina)

Como se ha visto en el ejercicio de aplicación 5.2-, la humedad del suelo, se puede expresar en términos de profundidad.

Para ella se parte de la expresión (4) del ejercicio 5.2- Wv = θ = Wm (δ a / δ w) La relación entre δa y δw, que numéricamente es igual a la densidad aparente del

suelo, se pude denominar densidad aparente relativa δar, (que según se deduce no tiene unidades).

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Si se relaciona al Wv con una profundidad de suelo -D- (podrá ser la profundidad de raíces) como se hizo en el ejercicio 502-. Se obtiene un valor en unidades de longitud que recibe el nombre de lámina y cuyo conocimiento es fundamental en Riego y Drenaje (más adelante se retomará esta tema)

Resumiendo: Wv = Wm . δ ar Lámina = Wv . D = Wm . δ ar . D

7- MEDICIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD

Algunos de los métodos frecuentemente utilizados en la medición del contenido hídrico del suelo son:

7.1- Determinación gravimétrica Consiste en extraer una muestra de suelo y luego determinar Mt y Ma (ver ítem

2.1.2-). Mt se determina pesando la muestra en el momento de la extracción y Ms se

obtiene después de secarla en estufa hasta masa constante. En general se lleva a estufa a 105 ºC. durante 24 horas.

Con los datos obtenidos se puede calcular la humedad gravimétrica, según la relación ya vista:

Mt – Ms

Wm = Ms

Este método, al depender del muestreo, transporte y pesadas repetidas, tiene

errores inevitables, también insume trabajo y tiempo, ya que sacar muestras representativas y llevarlas al horno por lo menos 24 horas.

Además en el secado al horno a 105 ºC puede oxidarse y descomponerse materia orgánica, o sea que la pérdida de masa puede no ser totalmente debida a la pérdida de agua.

Los errores de este método se pueden reducir aumentando el número de muestras y el tamaño de las mismas.

7.2- Resistencia eléctrica

La resistencia eléctrica de un volumen de suelo no sólo depende de su contenido hídrico, sino también de su composición, textura y concentración de sales solubles.

La resistencia eléctrica de cuerpos porosos ubicados en el suelo, al llegar al equilibrio con la humedad del suelo, puede equipararse con la humedad del suelo.

Estas unidades o bloques de resistencia eléctrica, contienen un par de electrodos alojados en yeso (Bouyoucos, 1940), nylon o fibra de vidrio (Colman et Hendrix, 1949).

Los bloques porosos ubicados en el suelo tienden a llegar a un equilibrio con la succión matriz del suelo (ver apartado 8), más que con la humedad del suelo en sí.

Como los diferentes suelos pueden tener relaciones humedad-tensión muy diferentes, es conveniente calibrar los bloques con tensión y no con humedad del suelo, sobre todo si el suelo usado para la calibración es una muestra disturbada.

La sensibilidad del bloque puede no ser constante, sobre todo en algunos rangos de humedad de suelo; los bloques de yeso dan mejores respuestas en el rango “seco”, mientras que bloques porosos de nylon, por su mayor tamaño de poros, son más sensibles en el rango “húmedo”.

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Además hay que tener en cuenta que los bloques de yeso por su solubilidad se van deteriorando con el tiempo, esto hace variar la resistencia eléctrica y la tensión de humedad de bloque a bloque.

Por todo ello, la evaluación de humedad por medio de bloques es de exactitud limitada.

La ventaja de estos bloques es que pueden ser conectados a un registrador para obtener mediciones continuas del contenido hídrico in situ.

7.3- Sonda de neutrones

Este método permite monitorear la humedad del suelo en el campo en forma rápida, no alterando la estructura, periódicamente repetible en los mismos lugares y a las mismas profundidades.

Las principales desventajas son el alto costo inicial del aparato, la dificultad de medir la humedad de la capa superficial y la eventual peligrosidad asociada a la exposición de radiaciones gamma y neutrones.

El instrumento conocido como “medidor neutrónico de humedad” consiste en dos componentes principales:

a) Una parte que se introduce en un tubo insertado verticalmente en el suelo y que contiene una fuente de neutrones acelerados y un detector de neutrones lentos.

b) Un monitor generalmente portátil y accionado por una batería, para registrar el flujo de neutrones lentos.

La fuente de neutrones acelerados generalmente se obtiene mezclando un emisor radiactivo de partículas con berilio.

Algunos elementos presentes en el suelo, incidentalmente exhiben una alta capacidad de absorción para neutrones lentos (boro, cadmio, etc.) y su presencia puede tender a disminuir la densidad de neutrones lentos.

Aproximadamente, la densidad de neutrones lentos alrededor de la sonda es proporcional a la concentración de hidrógeno del suelo o sea más o menos proporcional a la fracción volumétrica del agua presente,en el suelo.

La esfera de influencia o el volumen efectivo de medida varía desde un radio de 10 cm en un suelo húmedo, a 25 cm o más en un suelo seco.

Este instrumento debe ser calibrado, entregando directamente el contenido de humedad volumétrica. 7.4 Reflectometría

Estos métodos se basan en la relación entre el contenido volumétrico de agua del suelo ( θ ) y la constante dieléctrica aparente de la mezcla aire-suelo-agua, a diferentes frecuencias de campos electromagnéticos. Los sensores emiten un campo eléctrico de alta frecuencia, la respuesta a cambios en la constante dieléctrica se mide a través de la capacitancia, la que aumenta considerablemente con el aumento en el número de moléculas de agua en el suelo. Las lecturas pueden realizarse en valores de capacitancia y transformarse en valores de humedad volumétrica, pero se ha desarrollado instrumental que entrega directamente el valor de humedad volumétrica o de mm de agua para diferentes profundidades. La estimación de humedad volumétrica que se realiza mediante esta metodología es relativamente independiente de la textura, la densidad aparente, la temperatura, la conductividad eléctrica de la solución del suelo (si se exceptúan los suelos de alta salinidad) y de la trayectoria de humedecimiento o desecado del suelo.

Las sondas con los sensores se colocan en tubos de PVC que se introducen previamente en el perfil del suelo.

Hay sondas que permiten el monitoreo continuo de humedad de suelo. Los sensores están ubicados cada 10 cm, pudiendo entregar el dato de humedad en mm de agua para cada 10 cm de profundidad de suelo, en forma continua. Los datos pueden acumularse en un “datalogger” con intervalos programables desde 1 minuto. Un

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datalogger puede almacenar la información de varias sondas (hasta 8 y hasta 500 m de distancia) situadas en lugares representativos dentro de un cultivo.

También hay sondas portátiles, basadas en el mismo principio, para la obtención de humedad volumétrica del suelo. En este caso la lectura es puntual y no continua. Se utilizan tubos de acceso de PVC previamente instalados. La sonda consta de un sensor y un sistema de reconocimiento de la profundidad del suelo. El sensor mide los contenidos volumétricos de humedad del suelo cada 10 cm y hasta 1,60 m de profundidad, en 5 segundos. Los equipos tienen un datalogger que permite almacenar datos de un número elevado de pozos de observación y una pantalla que permite visualizar la evolución humedad en forma gráfica.

A fin de obtener los valores correctos de contenido hídrico en cada suelo, esta metodología requiere de una calibración previa en el campo, con los valores de contenido volumétrico real del agua en el suelo, determinados gravimétricamente a partir de una porción de suelo adyacente al punto de medida de las sondas.

8- ESTADO ENERGÉTICO DEL AGUA DEL SUELO

El agua del suelo afecta al desarrollo vegetal, no sólo por su contenido, sino

también por su estado energético. El agua del suelo contiene energía en diferentes cantidades y formas. La Física clásica reconoce dos formas de energía: potencial y cinética. Como el movimiento del agua en el suelo es muy lento, su energía cinética

(proporcional al cuadrado de la velocidad) generalmente se considera despreciable. En cambio, la energía potencial, debido a su posición o condición interna,

determina el estado y movimiento del agua en el suelo. La tendencia universal y espontánea de toda materia en la naturaleza es moverse

en dirección de la energía potencial decreciente hacia un estado de equilibrio con su medio (segunda ley de la termodinámica).

Por lo tanto no interesa el contenido absoluto de energía potencial, sino su nivel relativo en distintas situaciones.

Se toma como referencia un estado normalizado dado por una reserva hipotética de agua pura a igual temperatura que el agua subterránea y a una dada elevación. 8.1- Potencial total

La forma de expresar el estado energético del agua del suelo, es en unidades de potencial.

Relación entre potencial y energía: Energía: capacidad de un cuerpo de realizar trabajo Trabajo: fuerza x distinta Dimensiones:

[M] [L] Fuerza = [T2] M: unidades de masa L: unidades de longitud

[M] [L2] T: unidades de tiempo Energía =

[T2]

El potencial (Ψ) expresa la energía potencial específica del agua en el suelo:

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Energía Potencial =

Volumen [M]

Potencial = (1) [T2] [L]

Si comparamos estas unidades con las que corresponden a la presión:

Fuerza Presión =

Superficie [M] [L] [M]

Presión = = (2) [T2] [L2] [T2] [L]

Se observa que en (1) y (2) coinciden las unidades, de allí se puede deducir por

que el potencial de agua se expresa en unidades de presión (atmósferas, bares, m de columna de agua, pF, etc.) y es posible medirlo utilizando tensiómetros.

Como concepto final, queda que el potencial total (Ψt) es función de la energía potencial.

El conjunto de campos de fuerza que inciden sobre el agua subterránea, hacen que su potencial difiera de aquel correspondiente al agua pura y libre.

Esos campos de fuerza resultan de la atracción de la matriz sólida, de la presencia de solutos, de la presión de vapor y de la gravedad.

Por lo tanto el potencial total resulta de la suma de otros potenciales.

Ψt = Ψg + Ψp + Ψo + ..............

Ψg: potencial gravitacional

Ψp: potencial de presión

Ψo: potencial osmótico ......... teóricamente son posibles otros potenciales

8.1.1- Ψg: Potencial gravitacional

El potencial gravitacional del agua en cada punto está determinado por un nivel de referencia arbitrario.

Si el nivel de referencia está en el interior del suelo Ψg puede ser positivo o negativo.

Si el nivel de referencia está a nivel del suelo Ψg es siempre negativo. 8.1.2- Ψp: Potencial de presión; - Ψm: Potencial matriz

Si el agua del suelo está a una presión hidrostática mayor que la atmosférica, el Ψ

p es positivo. En cambio si la presión hidrostática es menor que la atmosférica Ψp es negativo (tensión o succión)

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El agua del suelo de una superficie de agua libre o de un nivel saturado está a un Ψp positivo. En la superficie del estrato saturado, Ψp es cero y el agua que se eleva por

los capilares del suelo por sobre esa superficie tiene un Ψp negativo.

Si graficamos Ψp en función de la profundidad: h zona de aireación - + Ψp superficie de agua libre (por ejemplo nivel freático) potencial de presión zona de saturación

El potencial de presión negativo (tensión o succión) que se desarrolla en

condiciones de no saturación, se denomina potencial matriz (Ψm). El mismo es consecuencia de la capilaridad y de las fuerzas de absorción. La capilaridad resulta de la interacción entre la tensión superficial del agua, el ángulo de contacto con las partículas sólidas y el diámetro de poros de la matriz del suelo. La absorción de agua sobre la matriz sólida es generalmente de naturaleza electroestática: las moléculas de agua se adhieren a las expuestas de los sólidos. El potencial matriz resulta de efectos combinados de los dos mecanismos que no pueden ser fácilmente separados. 8.1.3- Ψo: Potencial osmótico El proceso de ósmosis solo tiene lugar cuando una membrana semipermeable separa dos soluciones de diferente concentración. Sin embargo las propiedades de la solución que inducen el proceso de ósmosis existen haya o no membrana presente, por que dicho proceso deriva fundamentalmente de la disminución de la energía potencial del agua con solutos en relación con la energía potencial del agua pura. Ese fenómeno prácticamente no influye en el flujo del agua en el suelo, pero adquiere importancia cuando está presente una membrana semipermeable que transmite agua con mayor facilidad que sales. El efecto osmótico por lo tanto, es importante en la interfase raíz suelo, así como en procesos influenciados por la presión de vapor. En solución diluída la presión osmótica es proporcional a la concentración de la solución y a la temperatura. 9- MEDICIÓN DEL POTENCIAL AGUA DEL SUELO 9.1- Tensiómetros

El tensiómetro está compuesto por una cápsula porosa, en general de cerámica, conectada por un tubo a un manómetro, con todas las partes llanas de agua.

Cuando se ubica la cápsula en el suelo donde se hará la medición, la masa que se encuentra en la cápsula entra en contacto con el agua del suelo y se tiende a equilibrar con ella.

El agua del tensiómetro está al principio, a presión atmosférica, mientras que el agua del suelo se encuentra a menor presión, por lo tanto se ejerce una succión que extrae agua del tensiómetro, causando una caída de presión hidrostática que se

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marcará en el manómetro, ya sea este un tubo en U con agua o mercurio, un vacuómetro o un transductor.

Las paredes de la cápsula al ser porosas son permeables al agua y a los solutos, de allí que el agua del tensiómetro, tiende a asumir la misma composición y concentración de solutos que el agua del suelo, por lo que el instrumento no indica el potencial osmótico.

Aunque el rango de medida de este tipo de aparatos sólo abarca una pequeña fracción en cuanto a valores de succión (0 – 0.8 bar ), dentro de este rango se encuentra un 50% del 75% o más en el caso de suelos arenosos. 9.2- Psicrómetro de termocupla

Fundamento: el potencial agua del suelo es igual al potencial de vapor de agua del suelo.

El psicrómetro es un instrumento que indica la humedad relativa midiendo la diferencia de temperatura entre dos termómetros, uno de bulbo seco y otro de bulbo húmedo.

El déficit de saturación dependerá del potencial hídrico del suelo ya que los mismos factores que reducen la energía potencial del agua en el suelo (adsorción, solutos, capilaridad), reducen la evaporación del agua en relación al agua pura y libre a igual temperatura.

Este instrumento es útil entre 2 y 50 bares, o sea por encima del rango de trabajo de los tensiómetros

Determina (Ψm + Ψo )

10- UNIDADES USADAS EN LA MEDIDA DE POTENCIAL

Como ya se ha visto en 8-, las unidades de potencial son las mismas que corresponden a la presión, por eso ha sido tradicional medirlo en atmósferas o bares. En publicaciones actuales es común encontrarlo expresado en cm de columna de agua (10,33 m de columna de agua = 1 atm) o como el logaritmo de la columna de agua expresada en cm, esto se conoce con el nombre de pF (10 cm c.a. : pF = 1; 100 cm c.a. : pF = 2; etc.)

Es importante distinguir entre potencial y succión: a medida que la succión aumenta, el potencial disminuye, por lo que si bien numéricamente y dimensionalmente son iguales, son de signo contrario.

Mientras que la succión parte de cero ( en suelos saturados), aumentando su valor a medida que el suelo pierde agua, el potencial disminuye (disminuye al energía) , por lo que siempre toma valores negativos siendo cero su valor máximo.

11- EJERCICIOS DE APLICACIÓN 11.1- En un tensiómetro, el manómetro indica 34 cbar. La distancia vertical del manómetro a la cápsula de cerámica es de 100 cm. Calcular el potencial matriz a la altura de la cápsula. Se considera Ψo = cero.

Resolución: Considerando que el manómetro mide Ψt (en forma de succión) Succión a la altura del manómetro = 0,34 bar Succión a la altura de la cápsula = 0,34 bar. Profundidad en bares Succión a la altura de la cápsula = 0,34 – 0,10 = 0,24 bar Ψm = -0,24 bares.

11.2- Se tiene dos tensiómetros en el campo a 50 y 100 cm de profundidad. El de 50 cm indica una succión de 60 cbar y el de 100 cm indica 30 cbar. Suponiendo que la

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zona radicular no va más allá de los 50 cm de profundidad, calcular si está habiendo flujo de agua hacia la zona radicular o hacia las capas más profundas.

Resolución: Succión a 50 cm = 60 cb. Ψt a 50 cm = -60 cb.

Succión a 100 cm = 30 cb. Ψt a 100 cm = -30 cb.

Como el agua se mueve del mayor al menor potencial, está habiendo flujo de agua hacia la zona radicular.

12- CURVA CARACTERÍSTICA SUELO-HUMEDAD

En un suelo saturado en equilibrio con agua libre, pura, a la misma elevación y a la presión atmosférica, la succión y por lo tanto el potencial tiene valor cero.

Si el suelo es sometido a presiones crecientes, comienza a liberar agua vaciando primero los poros de mayor tamaño y en forma decreciente los poros más pequeños.

En forma similar y simultáneamente, un incremento en la presión provocará la disminución del espesor de los films de agua adsorbidos sobre la matriz del suelo.

Curvas de retención de agua en diferentes texturas

012345678

0 20 40 6Wv%

pF

0

suelo arenoso suelo franco suelo arcilloso

Fuente: Stakman, 1974, modificado La cantidad de agua remanente para cada presión, es función de la succión matriz

del suelo. Esta función se puede medir experimentalmente y se representa gráficamente como una curva de retención humedad-suelo o curva característica humedad-suelo .

La cantidad de agua retenida a valores relativamente bajos de succión matriz ( 0-1 bar) dependen del efecto capilar y de la distribución del tamaño de poros, por lo tanto está fuertemente afectada por la estructura del suelo.

La retención de agua a mayores rangos de succión, es debida en forma creciente a la adsorción y por ello influenciada más por la textura y la superficie específica del material del suelo.

El agua contenida a una succión de 15 bares se toma a menudo como el límite menor de humedad de suelo para las plantas ( coeficiente de marchitez).

El límite mayor, denominado capacidad de campo, corresponde al agua contenida a una succión variable según distintas texturas, que oscila en general en 0,1 bares (100

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cm de columna de agua; pF = 2). En realidad corresponde a un rango de contenidos hídricos y succiones, donde el agua está fácilmente disponible para la planta.

La diferencia entre contenido volumétrico de agua a capacidad de campo y contenido volumétrico de agua a marchitez, se denomina capacidad de almacenamiento de la humedad útil o capacidad de almacenamiento del suelo. ( W alm.)

Como el objetivo del riego es regularizar el estado hídrico del suelo a los fines de lograr un rendimiento económico de los cultivos, debe fijarse el límite de contenido hídrico y succión para que ese rendimiento no se resienta.

Ese límite se denomina umbral crítico o umbral de riego y depende de varios factores: cultivo y estado fenológico, suelo, método de riego, etc. (W alm. uc.) .

Es común tomar ese límite como porcentaje de intervalo de contenido hídrico entre coeficiente de marchitez y capacidad de campo o sea como porcentaje de almacenamiento ( en la Segunda Parte se desarrollará este tema) .

Siendo: Walm = Wv c.c – Wv c.m. si se trabaja con humedad volumétrica.

Walm = (Wm c.c. – Wm c.m) δ ar si se trabaja con humedad gravimétrica. Capacidad de almacenamiento hasta umbral crítico, tomado por ej. 50% de la

capacidad de almacenamiento: Walm hasta umbral crítico = (Wv c.c. – Wv c.m.) .0,5 Ejercitación

Utilizando la olla y la membrana de presión de se obtuvieron los

siguientes resultados para los suelos A y B: Tensión Humedad volumétrica ( %) (cm H2O) Suelo A Suelo B 0 40 50 10 40 50 20 39 49 50 35 45 100 25 43 500 15 36 1000 7 20 10000 5 12

a) representar gráficamente el logaritmo de la tensión frente al contenido volumétrico de humedad.

b) Estimar contenido volumétrico de humedad para los dos suelos a una tensión de agua de 1/3 de bar y 15 bar.

c) ¿Cuál es la textura probable de ambos suelos?

18

SEGUNDA PARTE: RELACIÓN SUELO – PLANTA – ATMÓSFERA Si se considera el continuo suelo – planta – atmósfera se puede observar que el agua se mueve en el sentido de potenciales decrecientes a fin de satisfacer la demanda atmosférica.

Ψw hoja

Ψw xilema

Ψw raíz

Ψw suelo -Ψw + Ψw

Por lo tanto para mantener en sus valores máximos, el flujo de agua, ésta debe

estar disponible en el suelo a potenciales relativamente altos. El mayor potencial agua en el suelo, disponible para los cultivos, corresponde a capacidad de campo. Sin embargo hay un rango entre capacidad de campo y un valor potencial menor en que se mantienen condiciones de evapotranspiración máxima ( Etc = Etm) . Una aproximación que relaciona distintos cultivos con el rango de potenciales mínimos a los que puede llegar un suelo sin que se afecte la evapotranspiración surge del cuadro siguiente (Doorembos y Pruitt “Las necesidades de agua de los cultivos” FAO-Roma-1976)

19

Niveles de agotamiento del agua del suelo, expresados como tensiones de humedad del suelo, tolerados por distintos cultivos para los que la Et (cultivo) se mantiene en el

nivel previsto y se obtienen unos rendimientos máximos Alfalfa Banana Frijoles Coles Zanahoria Cítricos Trébol Algodón Pepino Frutas caedizas Flores y plantas de adorno Uva Gramíneas Lechuga Maíz Melón

0.8 – 1.5 atm* 0.3 – 1.5 0.6 – 1.0 * 0.6 – 1.0 0.5 – 0.7 0.5 – 1.0 0.3 – 0.6 1.0 – 3.0 1.0 – 3.0 0.6 – 1.0 0.1 – 0.5 0.4 – 1.0 0.4 – 1.0 0.4 – 0.6 0.5 – 1.5 0.3 – 0.8

Cebolla Guisantes Patatas Arroz punto de saturación Cartamo Cereales secundarios Sorgo Soja Fresas Remolacha azuc Caña de azúcar Tabaco temprano Tabaco tardío Tomates Trigo Trigo (maduración)

0.4 – 0.7 0.2 – 0.8 0.3 – 0.7 0 casi 1.0 – 2.0 * 0.4 – 1.0 * 0.6 – 1.3 * 0.4 – 1.5 0.2 – 0.5 0.5 – 0.8 0.8 – 1.5 * 0.3 – 0.8 0.8 – 2.5 0.6 – 1.5 0.7 – 1.5 3.0 – 4.0

En el cuadro anterior no se consideran los problemas de salinidad * Valores superiores a los indicados durante la fase de maduración

De acuerdo a lo visto en la PRIMERA PARTE de este trabajo, se puede relacionar Ψ w con contenido de agua. Los siguientes valores corresponden al horizonte A de un Argiudol: Horizonte A Ψw (atm) -0 -0.05 -0.33 -1 -5 -15 Wv (%) 39,50 32,25 29,29 20,61 13,81 11,27 Ψ w pF -1,7 -2,52 -3 -3,7 -4,18 Prof. horizonte A 50 cm. Tomemos como ejemplo, un cultivo de alfalfa desarrollando en ese suelo: el mayor porcentaje de raíces se encuentra en el horizonte A, dado que el horizonte B significa un impedimento para las mismas. El potencial agua del suelo podrá llegar a –0.8 atm (para el momento de mayor sensibilidad del cultivo) manteniendo condiciones de evapotranspiración máxima. Relacionado respectivamente los valores de potencial agua del suelo, con los valores de contenido de agua, se obtiene que para potencial agua -0,33 atm (tomando ese valor como capacidad de campo) le corresponde un contenido de agua 29,29 % y que para – 0,8 atm. Le corresponde una humedad volumétrica de 25,00 %. Por lo tanto la cantidad de agua del suelo que puede aprovechar el cultivo sin resentir la evapotranspiración será: 29,29 % - 25,00 % = 4,29 % Según lo visto en el ítem 6- si se multiplica un porcentaje de agua volumétrica por una profundidad se obtiene un valor de lámina.

20

El espesor del suelo donde se ubica el mayor porcentaje de raíces del cultivo, en este caso, será 50 cm de modo de 4,29 % . 50 cm = 21,45 mm Desde el punto de vista del riego esto significa que si para ese cultivo de alfalfa se pretenden mantener condiciones de Etm, se dejaría secar el suelo hasta un w = -0,8 bar y en ese momento se riega aplicando una lámina 21,45 mm para llevar nuevamente el contenido de agua del suelo a capacidad de campo. El valor mínimo de contenido hídrico al que se deja llegar al suelo, se denomina umbral de riego o umbral crítico (ver ítem 12, PRIMERA PARTE ). Para la determinación del umbral de riego se tienen en cuenta una serie de factores del sistema productivo: -Cultivo y estado fenológicos -Si se justifica trabajar en condiciones de Eta = Etm ó Eta < Etm -Tipo de suelo -Etc. Este umbral de riego se puede establecer como un valor de Ψw; de Wv o como porcentaje de la capacidad de almacenamiento total del suelo (entre capacidad de campo y coeficiente de marchitez). Una forma más precisa de determinar el rango de agua del suelo dentro del cual pueden mantenerse condiciones de Etm surge de considerar una fracción de agotamiento de agua en el suelo (p) tal como se verá en “Productividad y su relación con el agua” (Parte III) La lámina que surge de ese cálculo se denomina Lámina Neta de Reposición. En el ejemplo, 21,45 mm es la lámina que debe reponerse al suelo cada vez que se riega. Dado que en todo riego existen pérdidas (percolación, escurrimiento, etc.) esa lámina debe incrementarse por la eficiencia del sistema de riego. LNR (1/Efa) = LBR

De manera que la lámina realmente utilizada es la lámina Bruta de Reposición. La frecuencia entre riegos (IR) se determina relacionando Lámina Neta de reposición con evapotranspiración del cultivo: LNR (mm) / Etc = IR (día) Continuando con el ejemplo propuesto, si con el sistema de riego empleado se alcanza una eficiencia de aplicación del 50% y la Etc es de 5,5 mm/día, la lámina bruta a aplicar alcanzará un valor de 42,9 mm y el intervalo entre riegos será de 4 días.

21

BIBLIOGRAFÍA II Curso internacional de riego localizado (1981) INIA. España. Chambouleyron, J. (1990) Hidrología Agrícola. Fac. de Ciencias Agrarias. Universidad de Cuyo. Mendoza. Doorembos y Kassan. (1986) Efectos del agua sobre el rendimiento de los cultivos. Estudio FAO Riego y Drenaje Nº 33. FAO. Roma. Feddes, R. (1975) Soil, water, and plant growth. International Agricultural Centro. Wagenningen. Holanda. Hillel, D. (1971) Soil and water. Physical principles and processes. Academic Press. New York. INTA (1971) Riego y Drenaje. Mendoza. Argentina. Marano, R (2003) Curso Introducción a Sistemas de Riego para Cultivos Intensivos, Especialidad en Cultivos Intensivos. Facultad de Ciencias Agrarias Universidad Nacional del Litoral. Narro Farías, E. (1994) Física de suelos con enfoque agrícola. Trillas. Méjico. Smith, M. (1993) CROPWAT. Programa de ordenador para planificar y manejar el riego. Estudio FAO Riego y Drenaje Nº 46. FAO. Roma.

22

TERCERA PARTE: RENDIMIENTO Y PROVISIÓN DE AGUA Adaptado de Doorembos y Kassam. 1986, Efectos del agua sobre el rendimiento de los cultivos . Riego y Drenaje Nº 36 FAO

RENDIMIENTO MÁXIMO (Ym)

El rendimiento máximo de un cultivo (Ym) está determinado principalmente por sus características genéticas y por la buena adaptación del cultivo al ambiente predominante. Las necesidades ambientales de clima, suelo y agua para un crecimiento y rendimientos óptimos varían con el cultivo y con la variedad de éste. Tiene una importancia fundamental la selección cuidadosa del cultivo y de la variedad más adecuada para un ambiente dado a fin de obtener una producción elevada y eficiente.

El rendimiento máximo de un cultivo (Ym) se define como el rendimiento

cosechado de una variedad de gran producción, bien adaptada al ambiente vegetatitivo de que trate, incluyendo el tiempo disponible para llegar a su madurez, en condiciones tales que su rendimiento no esté limitado por el agua, los nutrientes , las plagas o las enfermedades. La información que se da sobre rendimientos indica los rendimientos máximos que se obtienen en condiciones agrícolas reales, con un alto nivel de ordenación del cultivo y el agua (Cuadro 1).

Los factores que determinan Ym son la temperatura, la radiación y la duración de

la estación vegetativa total además de la necesidades específicas del cultivo, en cuanto a temperatura y duración del día para su desarrollo. En general, la temperatura determina el ritmo de desarrollo del cultivo y en consecuencia, influye en la duración del periodo vegetativo total necesario para que el cultivo forme la cosecha; por ejemplo, una variedad de maíz que necesita 100 días para alcanzar su madurez, con un temperatura diaria de 25 a 30 ºC, puede necesitar 150 días con 20 ºC, o 250 días o más con 15 ºC.

Para algunos cultivos, el periodo vegetativo total necesario para Ym 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. Para otros cultivos, el crecimiento necesario para Ym debe manejarse también mediante el suministro de agua durante un determinado período de desarrollo; por ejemplo, en los cítricos una reducción en el suministro de agua ayudará a controlar un crecimiento vegetativo excesivo, y al mismo tiempo favorecerá la formación de las yemas florales.

Hay que tener en cuenta también en la selección de cultivos y duración de la

estación vegetativa, otros factores especialmente socio-económicos, que incluyen, por ejemplo, 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.

23Cuadro 1 Buenos rendimientos de variedades de gran producción adaptadas a las condiciones climáticas del período vegetativo disponible, con un suministro adecuado de agua y con un alto nivel de insumos agrícolas, en condiciones de agricultura bajo riego (Tm/ha)

Regiones climáticas Tropicales (1) Subtropicales (2) Templadas (3)

CULTIVO

< 20º C (4) >20ºC < 20º C >20ºC < 20º C >20ºC Alfalfa heno Banana fruto Fríjol: fresco vaina seco grano Col cabeza Cítricos: toronja fruto limón fruto naranja fruto Algodón alg.c/sem Vid fruto Maní nuez Maíz grano Olivo fruto Cebolla bulbo Guisante: fresco vaina seco grano Pimiento Fresco fruto Piña trop. fruto Patata tubérculo Arroz en cáscara Cártamo semilla Sorgo grano Soja grano Remolacha azucarera Caña de azúcar caña Girasol semilla Tabaco hoja Tomate fruto Sandía fruto Trigo grano

15

40-60

6-8 1,5-2,5

40-60

35-5025-3020-35

3-4

5-10 3-4

7-9 6-8

35-45

2-3 0,6-0,8

15-20

75-9015-20

6-8

3-4 3,5-5 2,5-3,5

110-150

2,5-3,5 2-2,5

45-65 25-35

4-6

25

30-40

6-8 1,5-2,5 40-60

40-6030-4525-40

3-4,5

15-30 3,5-4,5

9-10 7-9 7-10

35-45

2-3 0,6-0,8

15-25

65-7525-35

5-72-4

3-4 3,5-5 2,5-3,5

40-60

100-140

2,5-3,5 2-2,5

55-75 25-35

4-6

10

6-8 1,5-2,5 40-60

15-25 1,5-2

4-6

35-45 2-3 0,6-0,8

15-20

30-40 4-6

2-3

35-55

2-2,5 1,5-2

45-65

4-6 (1)solamente zonas semiáridas y áridas (2)zonas con lluvias de verano e invierno

(3)zonas oceánicas y continentales (4)temperatura media

24EVAPOTRANSPIRACIÓN REAL (Eta)

La demanda de agua de un cultivo debe ser atendida por el agua del suelo, a través del sistema radical. La tasa real de absorción de agua del suelo por el cultivo en relación con su evapotranspiración máxima (Etm) está determinada por la disponibilidad de agua en el suelo (en ausencia de otros factores restrictivos)

A fin de determinar la evapotranspiración real (Eta), debe tenerse en cuenta el 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 óptima o sea Eta = Etm. Sin embargo, Eta < Etm cuando el agua disponible en el suelo es limitada. El agua disponible en el suelo puede definirse como la fracción (p) a que puede reducirse el agua total disponible en el suelo sin dar lugar a que Eta se haga menor que Etm. La magnitud de Eta puede cuantificarse para períodos entre riegos o lluvias abundantes, y para períodos mensuales.

El agua máxima disponible para cada suelo y cultivo se define por la Lámina Neta de

Reposición

AGUA ADECUADA EN EL SUELO, ETa = ETm Posteriormente a un riego o a una lluvia, la tasa real de evapotranspiración (ETa) es igual a la evapotranspiración máxima (ETm), donde ETm, para un cultivo dado, viene determinado por la demanda evaporativa del aire. A medida que se agota el agua disponible del suelo, Eta en un punto determinado se hace inferior a Etm. La parte del agua total disponible del suelo que puede agotarse sin que Eta llegue a ser inferior a Etm, se define mediante la fracción (p) del agua total disponible del suelo (Sa). El valor de la fracción (p) dependerá de: (1) el cultivo, (2) la magnitud de Etm y (3) el suelo: (1) 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 Eta caiga por debajo de Etm. Los cultivos pueden agruparse de acuerdo con la fracción (p) a que puede reducirse el agua disponible del suelo (Sa) manteniéndose Eta igual a Etm (cuadro 2). El margen tolerable de la fracción (p) es estrecho para los cultivos cuya parte cosechada lo es en forma carnosa o fresca, como las frutas, hortalizas o forrajes, pero es más amplio para cultivos cuya parte cosechada lo es en forma seca, como los cereales para grano, 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 (coeficiente de cultivo). En general, en el período de establecimiento se necesitan niveles de agotamiento inferiores a los calculados. (2) En condiciones en que ETm es elevado, 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. (cuadro 3) (3) El agua del suelo se transmite y es absorbida por las raíces de las plantas y con mas facilidad en los suelos de textura ligera que en los de textura pesada. Parece que corresponden valores algo superiores de p a los suelos de textura ligera en relación con los de textura pesada. Sin embargo, las consideraciones sobre la textura del suelo contribuyen poco para una mayor exactitud. AGUA LIMITADA EN EL SUELO, ETa < ETm La evapotranspiración máxima (ETm) se mantendrá hasta que la fracción (p) del agua disponible del suelo se haya agotado. Más allá de este nivel de agotamiento la evapotranspiración real (ETa)

25se hace cada vez menor que ETm hasta el próximo riego o lluvia abundante. Cuando ETa < ETm, la magnitud de ETa dependerá del agua remanente disponible del suelo (1 – p) Sa. D, y de ETm. El agua remanente disponible del suelo está relacionada con el grupo de cultivo (cuadro 2), con ETm y con el agua total disponible del suelo a la profundidad de las raíces (Sa. D). Para su aplicación práctica se puede usar la información para calcular el efecto sobre ETa del agua disponible del suelo y también para determinar ETa para el período desde el último riego o desde la última lluvia abundante y para períodos mensuales, cuando se conoce el suministro de riego mensual y la lluvia. Los resultados calculados son los apropiados para predecir el efecto de los programas de riego sobre ETa. Se resalta la necesidad de comprobar la información expuesta mediante datos de campo disponibles localmente y por comparación con otros métodos para determinar ETa. Cuadro 2: Grupos de cultivos de acuerdo con el agotamiento del agua del suelo.

GRUPO CULTIVOS 1 2 3 4

Cebolla, pimiento, patata Banana, col, vid, poroto, tomate

Alfalfa, fríjol, cítricos, maní, piña, girasol, sandia, trigo Algodón, maíz*, olivo, cártamo, sorgo, soja, remolacha azucarera,

tabaco Cuadro 3: Fracción de agotamiento del agua del suelo (p) para grupos de cultivos y evapotranspiración máxima (ETm)

ETm mm/día GRUPO DE CULTIVO 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 2 3 4

0.50 0.6750.80

0.875

0.425 0.575 0.70 0.80

0.35 0.4750.60 0.70

0.30 0.40 0.50 0.60

0.25 0.35 0.45 0.55

0.2250.3250.4250.50

0.20 0.2750.3750.45

0.20 0.25 0.35

0.425

0.175 0.225 0.30 0.40*

RENDIMIENTO REAL (Ya) Cuando el suministro de agua no cubre las necesidades de agua del cultivo, la evapotranspiración real (ETa) es inferior a la evapotranspiración máxima (ETm), o sea, ETa < ETm. En estas condiciones, se desarrolla una penuria de agua en la planta que afecta adversamente el crecimiento del cultivo, y finalmente a su rendimiento. El efecto de la penuria de agua sobre el crecimiento y el rendimiento depende, por una parte, de la especie y variedad de cultivo, y por otra, de la magnitud y del tiempo en que tenga lugar el déficit de agua. El efecto de la magnitud y del tiempo en que produce el déficit de agua, sobre el crecimiento del cultivo y su rendimiento, es de importancia principal al programar el suministro del agua disponible, pero limitada, para determinar la prioridad del suministro de agua entre distintos cultivos. Los cultivos varían en cuanto al efecto del déficit de agua sobre su crecimiento y rendimiento. Cuando las necesidades de agua del cultivos se atienden plenamente mediante el suministro disponible (ETa = ETm), la cantidad de materia seca total y de cosecha producida por unidad de agua (kg/m3) varía con el cultivo. Esto puede expresarse como la eficiencia de utilización del agua en kg/m3 para la materia seca total (Em = Kg MSt/ m3 agua) y el rendimiento cosechado (Ey = Kg MS cosechada/ m3 agua). Cuando el suministro de agua no atiende las necesidades de agua del cultivo, o sea que ETa < ETm, los cultivos varían en su respuesta a los déficit de agua. En algunos cultivos, hay un aumento en la eficiencia de utilización del agua (Ey), mientras que en otros cultivos Ey disminuye

26al aumentar el déficit de agua. Por ejemplo, con un déficit de agua distribuido por igual durante toda la estación vegetativa, Ey disminuye para la maíz y aumenta algo para el sorgo, bajo condiciones climáticas similares. Aunque el rendimiento por unidad de superficie (kg/ha) de ambos cultivos será menor cuando el suministro de agua esté limitado, la reducción del rendimiento será mayor en el caso del maíz. Cuando el déficit de agua se produce durante una parte determinada del período vegetativo total de un cultivo, el efecto sobre el rendimiento del déficit de agua puede variar mucho dependiendo de la sensibilidad del cultivo en dicho período de crecimiento. En general, los cultivos son más sensibles 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) (cuadro 4). Sin embargo, 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 mas sensibles en su respuesta al agua, a los fertilizantes y a otros insumos agrícolas. 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 deficiencia de utilización del agua para la producción cosechada (Ey). Por ejemplo, muchas variedades tradicionales de maíz producen de 2 a 3 Tm por ha de grano en condiciones de lluvia desigual, esto se compara con rendimientos de 10 a 14 Tm por ha de grano de gran producción con riego completo, pero con rendimientos drásticamente reducidos con lluvia desigual o con riego insuficiente. Los esfuerzos dirigidos a unos rendimientos superiores mediante un riego mejor debe basarse en la utilización de variedades de gran producción obtenidas mediante evaluación local en el campo y con ensayos de selección. 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 aproxime al rendimiento máximo (Ym). Cuadro 4: Períodos de desarrollo sensibles al déficit de agua.

Alfalfa

banana

Col Limón

Naranja algodón

Vid

Maní

Maíz

Olivo

Inmediatamente después del corte (y para la producción de semillas, en la floración)

En todo tiempo, pero particularmente durante la primera parte de período vegetativo, la floración y la formación de

la cosecha Durante el desarrollo de las cabezas y su maduración Floración y fructificación < que el desarrollo del fruto,

puede inducirse una fuerte floración mediante el retiro del riego inmediatamente antes de la floración

Floración y fructificación < que el desarrollo del fruto Floración y formación de las cápsulas

Período vegetativo, especialmente durante el alargamiento de los brotes y la floración < que el henchimiento de los

frutos Floración y formación de la cosecha, especialmente

durante la formación de la vaina Floración < que en henchimiento del grano; la floración es

muy sensible si no hubo un déficit anterior de agua Inmediatamente antes de la floración y de la formación de

la cosecha, especialmente durante el período de

27

Cebolla

Poroto

Pimiento

Patata

Arroz

Sorgo

Soja

Caña de azúcar

Girasol

Tabaco

Tomate

Sandía

Trigo

endurecimiento del hueso Desarrollo del bulbo, especialmente durante el crecimiento

rápido del bulbo < que el período vegetativo ( y para la producción de semilla, en la floración)

Floración y formación de la cosecha < período vegetativo, maduración para los porotos secos

Durante todo el tiempo, pero especialmente inmediatamente antes y en el comienzo de la floración

Período de estolonización e iniciación del tubérculo, formación del rendimiento < el período vegetativo inicial y

maduración Durante el período de desarrollo de la espiga y en la

floración < el período vegetativo y la maduración Floración, formación de la cosecha < el desarrollo

vegetativo; período vegetativo menos sensible cuando va seguido de un suministro abundante de agua

Formación de la cosecha y floración; particularmente durante el desarrollo de las vainas

Período vegetativo especialmente durante el período del rebrote y alargamiento de los tallos < formación de la

cosecha Floración < formación de la cosecha < período vegetativo final, especialmente el período de desarrollo de la cabeza Período de rápido crecimiento < formación de la cosecha y

maduración Floración < formación de la cosecha < período vegetativo, especialmente en el trasplante e inmediatamente después

Floración, llenado del fruto < período vegetativo, especialmente durante el desarrollo de la enredadera

Floración < formación de la cosecha < período vegetativo;

el trigo de invierno menos sensible que el trigo de primavera

FACTOR DEL EFECTO SOBRE EL RENDIMIENTO (Ky) El efecto del suministro de agua sobre 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). De manera que: 1-Ya /Ym = Ky (1- Eta/Etm) Un déficit de agua de una magnitud determinada, expresado como la relación entre la evapotranspiración real (ETa) y la evapotranspiración máxima (ETm), puede tener lugar ya sea de una manera continua durante todo el período vegetativo del cultivo o puede producirse durante cualquiera de los distintos períodos de desarrollo (es decir, período de establecimiento, vegetativo, floración), formación de cosecha o período de maduración). La magnitud del déficit de agua se refiere en el primer caso al déficit en relación con las necesidades de agua del cultivo durante todo

28su período vegetativo y, en el segundo, al déficit en relación con las necesidades de agua del cultivo en un período determinado de desarrollo (cuadro 5). 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 la alfalfa, el maní, el cártamo y la remolacha azucarera (grupo 1) mientras que aumenta proporcionalmente (Ky = 1) para cultivos tales como la banana, el maíz y la caña de azúcar (grupo 4). 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 y el período de maduración y relativamente grande para el período de floración y para el período de formación de cosecha. 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. Los valores de Ky están basados en el análisis de datos experimentales de campo que abarcan una amplia variedad de condiciones vegetativas (véase la bibliografía). Los resultados experimentales empleados representan variedades de cultivos de gran producción, bien adaptadas al ambiente vegetativo y desarrolladas con un alto nivel de ordenación de cultivos. Una evaluación de los datos experimentales de campo indica una cierta dispersión en los valores de Ky que se debe a las imperfecciones de los experimentos y a las variaciones de clima, nivel de evapotranspiración y suelo La aplicación del factor del efecto sobre el rendimiento (Ky) para la planificación 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 agua limitada, distribuida por igual durante toda la estación vegetativa, incluyendo cultivos con distintos valores Ky, el cultivo con mayor valor de Ky sufrirá mayor pérdida de rendimiento que el cultivo con menor valor de Ky. Por ejemplo, en condiciones de suministro limitado de agua y con déficit de agua distribuido por igual durante toda la estación vegetativa, la disminución de rendimiento para el maíz (período vegetativo total, Ky – 1.25) será mayor que para el sorgo (Ky – 0.9). En consecuencia, cuando se producen tales cultivos dentro de la misma superficie de un proyecto y se pretende alcanzar la máxima producción por unidad de volumen de agua, el maíz tendrá prioridad para el suministro de agua. También cuando se pretende alcanzar la máxima producción total en la superficie del proyecto y la tierra no sea un factor limitante, el suministro del agua disponible se dirigirá a atender plenamente las necesidades de agua del maíz en una superficie limitada; para el sorgo, la producción total aumentará ampliando la superficie bajo riego, sin atender plenamente las necesidades de agua, siempre que los déficit de agua no sobrepasen ciertos valores críticos. Análogamente, el efecto sobre el rendimiento del déficit de agua en los distintos períodos de desarrollo es de la mayor importancia para la programación del suministro disponible, pero limitado, a fin de obtener en máximo rendimiento. Esto implica que la programación en el tiempo del suministro de agua es tan crucial como el nivel de suministro durante el período vegetativo total. Por ejemplo, para el maíz, el suministro se dirigirá especialmente a los períodos de floración y de formación de la cosecha. Se deduce de aquí que cuando se producen cultivos bajo riego suplementario, la aplicación del agua debe programarse de tal modo, que se disponga de suficiente agua en el suelo durante la floración y la formación de la cosecha.

29Cuadro 24: Factor del efecto sobre el rendimiento (Ky)

PERÍODO VEGETATIVO (1)

CULTIVO

INICIAL (1 a)

FINAL(1 b)

TOTAL

PERÍODO DE

FLORACIÓN(2)

FORMACIÓN DE LA

COSECHA (3)

MADURACIÓN (4)

PERIODO VEGETATIVO

TOTAL

Alfalfa Banana

Fríjol Col

Cítricos Algodón

Vid Maní Maíz

Cebolla Poroto

Pimiento Patata

Cártamo Sorgo Soja

Remolach Caña azúc

Girasol Tabaco Tomate Sandía

Trigo inv Trigo prim

0.2

0.2

0.45

0.25 0.2

0.45

0.8 0.3

0.5 0.1

0.7

0.7-1.1 0.2 0.2 0.2 0.4 0.45 0.2 0.2 0.75 0.4 0.2 0.2

1.1

0.5

0.8 1.5*

0.9

0.55 0.55 0.8

1.0

1.1 0.8 0.6 0.65

0.75 0.45

0.6 0.5 0.8 0.7

0.7 0.6 0.45 1.0

0.5 0.8

0.8 0.8 0.5 0.55

0.2 0.6

0.25

0.2 0.2 0.3 0.2

0.2

0.2

0.1

0.4 0.3

0.7 – 1.1 1.2 – 1.35

1.15 0.95

0.8 – 1.1 0.85 0.85 0.7

1.25* 1.1

1.15 1.1 1.1 0.8 0.9

0.85 0.6 – 1.0

1.2 0.95 0.9

1.05 1.1 1.0

1.15

30Trabajos realizados por docentes de la asignatura Riego y Drenaje, Edafología, Forrajicultura y estudiantes de la carrera de Ingeniería Agronómica, de la Universidad de Luján, relacionados con los contenidos de esta ficha Pariani, S.; Vernengo, E.; Schirripa, L.; Leiva, G; Vazquez, J.; Marciano, F. Evolución de los componentes de dos pasturas de gramineas y leguminosas en el año de implantación aplicando riego complementario. IV Congreso Argentino y II Internacional de Ingeniería Rural. 1996 Pariani, S.; Vernengo, E.; Leiva, G.; Schirripa, L.; Pirodi, F. Respuesta la riego comlementario y fertilización en pasturas durante el año de implantación. IV Congreso Argentino y II Internacional de Ingeniería Rural. 1996 Penón, E.; Pariani, S. Influencia de la posición en el paisaje sobre la disponibilidad hídrica en argiudoles para la cuenca del Río Luján. II Congreso Chileno de Ingeniería rural. Chillán. Chile 1997 Schirripa L.; Pariani, S.; Leiva, G. “Riego complementario y fertilización en maíz para silaje” III Congreso Chileno de Ingeniería rural. Chillán. Chile 1998 Defilipis, C.; Jiménez, A.; Pariani, S.; López, M. Respuesta de dos variedades de lechuga (Lactuca Sativa L.) a tres niveles de riego. Jornadas de la ciencia y la tecnología UNLu, 2000 y VIII Reunión Argentina de Agrometeorología, 2000 Della Vechia, P Trabajo final de aplicación para acceder al título de Ingeniero Agrónomo. Universidad Nacional de Luján. 2001. Jiménez A.; Defilipis, C.; Vazquez, J.; Pariani, S. Respuesta del cultivos de hakusay (Brassica rapa L. var pekinensis) a la disponibilidad hídrica. Parte I. Riego deficitario. Jornadas de la ciencia y la tecnología UNLu 2002 y Congreso Uruguayo de Horticultura, 2003 Pariani, S.; Vazquez, J,; Defilipis C.; Jiménez, A. . Respuesta del cultivos de hakusay (Brassica rapa L. var pekinensis) a la disponibilidad hídrica. Parte II. Umbrales de riego. Jornadas de la ciencia y la tecnología UNLu 2002 y Congreso Uruguayo de Horticultura, 2003 Della Vechia, P.; Pariani, S. Efecto del agregado de un polímero a un suelo, sobre los factores que hacen a la disponibilidad de agua, a través de la evaluación del comportamiento de un cultivo de lechuga (Lactuca sativa L. var Elvira) Jornadas de la ciencia y la tecnología UNLu 2002 y Congreso Uruguayo de Horticultura, 2003 Defilipis, C. Crecimiento y su relación con el consumo de agua en hakusay, Brassica rapa var pekinensis, destinada a consumo fresco bajo condición de invernadero en la zona de Luján, Buenos Aires. Trabajo final de aplicación para acceder al título de Ingeniera Agrónoma. Universidad Nacional de Luján. 2002.